JP6507113B2 - Analysis method of frame with columns, beams and load bearing frame - Google Patents
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Description
本発明は、柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法に関するものである。 The present invention relates to a method of analyzing a frame having a column, a beam and a load bearing frame.
従来より、図12に示すように、柱81と、梁82と、両側の柱81とその間に配設されるブレース材83からなる耐力フレーム84と、を有する架構体8についてのコンピュータによる解析が行われている(例えば特許文献1参照)。架構体8の解析モデル(架構体モデル9)は、図13に示すように、仮想柱91と、仮想梁92と、両側の仮想柱91とその間に配設される仮想ブレース材93からなる仮想耐力フレーム94とを有し、仮想柱91(仮想耐力フレーム94の仮想柱91も含む)と仮想梁92と仮想ブレース材93とが、端部において剛接合またはピン接合により接合されるものとして構成されている。
Conventionally, as shown in FIG. 12, a computer analysis of a
解析フローは、コンピュータが開始した後、架構体モデル9のデータが入力され、架構体モデル9に負荷される力や変位といった解析条件が入力される。その後、コンピュータによる解析が行われ、架構体モデル9の各部材にかかる力や変位といった解析結果が出力され、終了する。
In the analysis flow, after the computer starts, data of the
そして、解析を行うにあたって、架構体8を基にして架構体モデル9の作成が行われる。架構体モデル9の作成は、従来は、図14に示すように、まず、ステップS21として、架構体8が有する柱81、梁82および耐力フレーム84(柱81およびブレース材83)を、それぞれ線材からなる、仮想柱91、仮想梁92および仮想耐力フレーム94(仮想柱91および仮想ブレース材93)に置換することで行う。
Then, in performing the analysis, the
次に、ステップS22として、仮想柱91および仮想梁92の長さ、縦弾性係数等の材質に依存する係数、断面積、断面二次モーメント等の物理特性が設定される。この時、仮想柱91および仮想梁92の断面積として、実際の柱81および梁82の断面積か、または、柱81および梁82の仕様(長さ、断面形状等)に応じて実際の断面積に近い断面積が断面性能マスターから決定される。断面性能マスターは、予め実験等により設定されたものをテーブルとして用意するものである。
Next, in step S22, physical properties such as lengths of the
次に、ステップS23として、仮想ブレース材93の長さ、縦弾性係数等の係数、断面積等が設定される。この時、仮想ブレース材93の断面積として、実際のブレース材83の断面積ではなく等価断面積が用いられる。等価断面積は、この仮想ブレース材93が属する仮想耐力フレーム94の両仮想柱91の長さ、両仮想柱91間の距離、および、仮想耐力フレーム94の下端が接合されている仮想梁92を支持する下階の仮想柱91のうち、この仮想耐力フレーム94を挟んで両側に位置する仮想柱91間の距離(以下「柱間距離」)に応じて、等価断面積マスターから決定される。等価断面積マスターも断面性能マスターと同様に、予め実験等により設定されたものをテーブルとして用意するものである。等価断面積マスターの一例の一部(仮想耐力フレーム94の高さ(長さ)、幅、柱間距離、等価断面積)を図15に示す。
Next, in step S23, the length of the
このようにして作成された架構体モデル9に基いて、コンピュータにより解析が行われる。
Analysis is performed by a computer based on the
解析は、架構体8を単純化した架構体モデル9に基いて行われており、実際の架構体8においては、解析上は生じない、モデル化しきれていない部分での変形やズレが生じる。このため、実験から求められる耐力フレーム84の剛性は、解析から求められる仮想耐力フレーム94の剛性と比べて低くなることが多かった。
The analysis is performed on the basis of a
このため、解析から求められる仮想耐力フレーム94の剛性値を、実験から得られる耐力フレーム84の剛性値に一致又はできるだけ近似させるべく、上述したように、解析で用いられる仮想ブレース材93の断面積として、等価断面積マスターから決定される、柱間距離を考慮に入れた等価断面積を用いるものであった。
For this reason, the cross-sectional area of the
しかしながら、架構体8の構造が三次元化や高層化等の巨大化により複雑になると、柱間距離の決定が困難になり、実験値に近い解析値が得られる精度の良い解析が容易に行われない、という問題が生じるものであった。
However, when the structure of the
本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、容易に精度の良い解析を行うことができる、柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法を提供することを課題とするものである。 The present invention has been invented in view of the above-mentioned conventional problems, and the object of the present invention is the analysis of a frame having a column, a beam, and a load bearing frame, which enables easy analysis with high accuracy. It is an object to provide a method.
上記課題を解決するために、本発明は、柱と、梁と、前記柱およびブレース材からなる耐力フレームと、を有する架構体の前記柱と前記梁と前記耐力フレームとが、それぞれ線材からなる仮想柱と、仮想梁と、前記仮想柱および仮想ブレース材からなる仮想耐力フレームと、に置換され、前記仮想柱、前記仮想梁および前記仮想ブレース材の長さ、接合箇所および接合方法と、前記仮想柱、前記仮想梁および前記仮想ブレース材の弾性係数、断面積および断面二次モーメントのデータを含む架構体モデルが作成され、前記架構体モデルと、前記架構体モデルに負荷される解析条件と、に基いてコンピュータが解析を行う、柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法である。前記仮想耐力フレームにおいて、前記仮想柱の基端となる上端または下端から中央部にむけて第1長さ離れた第1位置に前記仮想ブレース材の一端がピン接合により接合されるものである。前記仮想柱の前記基端から前記第1位置までの間の部分を調整代部とするとともに、前記仮想柱の前記調整代部以外の部分を本体部とする。前記仮想柱の前記本体部における断面積および断面二次モーメントとして、前記仮想柱の置換前の前記柱に対応する断面積および断面二次モーメントを用いる。前記調整代部における断面積および断面二次モーメントとして、前記本体部における断面積および断面二次モーメントより小さい、一定の断面積および一定の断面二次モーメントを用いることを特徴とする。 In order to solve the above problems, according to the present invention, the column, the beam, and the load-bearing frame of the frame body having the column, the beam, and the load-bearing frame made of the column and the brace are respectively made of wire rods. The virtual column, the virtual beam, and the virtual load bearing frame made of the virtual column and the virtual brace material are replaced, and the lengths of the virtual column, the virtual beam and the virtual brace material, the junction and the joining method, A frame model including data of elastic modulus, sectional area and second moment of area of the virtual column, the virtual beam and the virtual brace material is created, the frame model, and analysis conditions applied to the frame model The computer analyzes the frame on the basis of a method of analyzing a frame having a column, a beam and a load bearing frame. In the virtual load bearing frame, one end of the virtual brace material is joined by pin bonding to a first position separated by a first length from the upper end or the lower end as the base end of the virtual column toward the central portion. A portion between the base end of the virtual column and the first position is an adjustment margin portion, and a portion other than the adjustment margin portion of the virtual column is a main body portion. The cross-sectional area and cross-sectional secondary moment corresponding to the column before replacement of the virtual column are used as the cross-sectional area and cross-sectional secondary moment in the main body of the virtual column. As the cross-sectional area and the cross-sectional secondary moment in the adjustment margin portion, a constant cross-sectional area and a constant cross-sectional second moment smaller than the cross-sectional area and the cross-sectional second moment in the main body portion are used.
本発明にあっては、従来のように耐力フレームを挟んで両側に位置する柱間の距離を決定する必要がなく、仮想柱の調整代部における断面積および断面二次モーメントとして、一定の断面積および一定の断面二次モーメントを用いるだけでよい。これにより、架構体の構造が複雑になっても、容易に精度の良い解析を行うことが可能となる。 In the present invention, it is not necessary to determine the distance between the pillars located on both sides of the load-bearing frame as in the prior art, and constant cross section and moment of inertia for the cross section It is only necessary to use the area and constant second moment of area. As a result, even if the structure of the frame becomes complicated, it is possible to easily perform accurate analysis.
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the attached drawings.
本発明の解析は、例えばプレハブ住宅等の架構体を解析対象とするものである。 The analysis of the present invention is, for example, an analysis target of a frame body such as a prefabricated house.
図1に示すように、架構体1は、柱11と、梁12と、両側の柱11とその間に配設されるブレース材13からなる耐力フレーム14とを有するものである。図1に示す実施形態においては、基礎梁12a上に一階の柱11aが立設され、一階の柱11aの上端に二階の床梁12bが設けられている。また、一階の一部に耐力フレーム14が構成されている。そして、二階の床梁12b上に二階の柱11bが立設され、二階の柱11の上端に屋根梁12cが架設されている。また、二階の一部に、耐力フレーム14が構成されている。なお、本実施形態の架構体1は、二階建ての建物の架構体1であるが、平屋や三階以上の階を有する建物の架構体1であってもよく、階数は限定されないものである。
As shown in FIG. 1, the
また本実施形態の架構体1は、例えば90cmや1m等の所定のスパン(長さ)を水平方向の基本単位とする水平モジュールと、例えば260cm等の所定の高さを垂直方向の基本単位とする垂直モジュールと、に基いて構成されている。さらに、水平モジュールおよび垂直モジュールを、これより小さいサブモジュールにより微調整が可能とし、例えば、梁12や耐力フレーム14として水平方向の長さ(幅)が60cmや45cmのものが用いられたり、柱11として垂直方向の長さ(高さ)が245cmや275cmのものが用いられてもよい。なお、特にモジュール化されていなくても構わないものである。
The
本実施形態では、図2に示すように、一階の柱11aの長さh1は260cmである。一階の柱11aは、平面視正方形状をした角筒状をした鋼材により構成されている。一階の柱11aは、一辺の長さw1は80mmで、角筒の厚みが3.2mmである。なお、一階の柱11aの長さh1は、例えば245cm、275cm等も好適に用いられ、さらに他の長さであってもよく、特に限定されない。一階の柱11aの一辺の長さw1は、特に80mmに限定されない。一階の柱11aをなす角筒の厚みは、例えば2.3mm、4.5mm等も好適に用いられ、さらに他の厚みであってもよく、特に限定されない。また、一階の柱11aの材質は鋼材に限定されない。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the length h1 of the
図2に示す一階の耐力フレーム14を構成する一対の柱11aは、スパンの長さL1が90cmであるが、例えば60cm、45cm等にもなされ、さらに他の長さであってもよく、特に限定されない。
The pair of
一対の柱11aのうちの一方(図2の左側の柱11a)の上下中央部に、間隔をあけて一対のブラケット31が一体に設けられている。ブラケット31の挟持片32間に、シムのようなスペーサ33を介して、一対のブレース材13の一端部がピン接合されている取付部34が挿入される。ボルト35を、挟持片32に形成された挿通孔を挿通させるとともに、取付部34に形成されたねじ孔に螺合させて、取付部34のブラケット31への固定がなされる。
A pair of
一対のブレース材13の他端部はそれぞれ、耐力フレーム14を構成する一対の柱11aのうちの他方(図2の右側の柱11a)の柱11aの上端または下端(基端とする)から中央部にむけて長さh2離れた第1位置に、ピン接合により接合される。長さh2は本実施形態では85mmであるが、特に限定されない。
The other ends of the pair of
一階の柱11aの下端部は、基礎梁12aから上方に突出するアンカーボルト36に固定可能なように、前後、左右のうちの一方向に開口を有している。この開口を通して工具を挿入し、柱11aのフランジ状をした下片37に形成された挿通孔を挿通したアンカーボルト36にナット38を締結して、一階の柱11aの基礎梁12aへの固定がなされる。
The lower end portion of the
二階の床梁12bは、本実施形態ではH型鋼により構成されているが、特に限定されない。二階の床梁12b(ウェブ)の上下長さh3は250mmであるが、例えば200mmにもなされ、さらに他の長さであってもよく、特に限定されない。二階の床梁12b(フランジ)の幅w2は100mmであるが、特に限定されない。
Although the
二階の床梁12bの下フランジ39に形成された挿通孔にボルト40を挿通させるとともに、一階の柱11aの上端のフランジ状をした上片41に形成されたねじ孔にボルト40を螺合させて、一階の柱11aの二階の床梁12bへの固定がなされる。
The
図3に示す二階の耐力フレーム14を構成する一対の柱11bについて説明する。なお、図2に示す一階の耐力フレーム14の説明と重複する説明については、同符号を付して省略する。
A pair of
二階の耐力フレーム14を構成する一対の柱11bも、一階の耐力フレーム14のスパンの長さL1と同じ90cmのスパンの長さL1であるが、90cmでなくてもよい。
The pair of
二階の柱11bの下端部は、二階の床梁12bの上フランジ42に形成された挿通孔にボルト43を挿通させるとともに、二階の柱11bの下端のフランジ状をした下片44に形成されたねじ孔にボルト43を螺合させて、二階の柱11bの二階の床梁12bへの固定がなされる。
The lower end portion of the
屋根梁12cは、本実施形態ではH型鋼により構成されているが、特に限定されない。屋根梁12c(ウェブ)の上下長さh5は200mmであるが、例えば250mmにもなされ、さらに他の長さであってもよく、特に限定されない。屋根梁12c(フランジ)の幅w2は100mmで二階の柱11bと同じであるが、異なってもよい。
The
二階の柱11bの屋根梁12cへの固定は、一階の柱11aの二階の床梁12bへの固定と同様になされる。
Fixing of the
以下、コンピュータによる解析について説明する。まず、解析フローの実行に先立って、架構体モデル2を作成する。架構体モデル2は、実際の架構体1を、コンピュータ(電子計算機)で解析可能なように単純化したものである。本実施形態では、図1に示す実際の柱11、梁12、および耐力フレーム14(柱11およびブレース材13)を、図4に示すように、線材からなる仮想柱21、仮想梁22、および仮想耐力フレーム24(仮想柱21および仮想ブレース材23)に置換して構成し、コンピュータで処理可能なデータに加工されるものである。
Hereinafter, analysis by a computer will be described. First, a
図中の符号21aは、一階の柱11aに対応する一階の仮想柱であり、符号21bは、二階の柱11bに対応する二階の仮想柱である。また、符号22bは、二階の床梁12bに対応する二階の仮想床であり、符号22cは、屋根梁12cに対応する仮想屋根梁である。
In the figure,
なお、基礎梁12aについては、解析において変位しないものとしている。このため、本実施形態では、仮想基礎梁を設けておらず、一階の柱11aの下端部は変位しないものとしているが、仮想基礎梁を有する架構体モデル2であってもよい。
The
架構体モデル2における各線材、すなわち仮想柱21、仮想梁22、仮想ブレース材23は、他の線材と剛接合またはピン接合により接合されるものとする。なお、線材同士の接合方法を、剛接合、ピン接合以外の特殊な接合としてもよい。
Wires in the
置換にあたっては、実際の柱11、梁12、ブレース材13の長さをそれぞれ、仮想柱21、仮想梁22、仮想ブレース材23の長さとするのが好ましい。なお、仮想柱21、仮想梁22、仮想ブレース材23の長さを、実際の柱11、梁12、ブレース材13の長さを適宜修正した長さとしてもよく、断面積、断面二次モーメント等、他の数値についても同様である。
In replacement, it is preferable that the lengths of the
解析では、大きさを有しない線材を用いるため、便宜上、一階の仮想耐力フレーム24を構成する一対の仮想柱21aのうち、仮想ブレース材23が上下中央部に接合される仮想柱21a(図2における左側の仮想柱21a)の長さh11を、基礎梁12aの上端から二階の床梁12bの上下中央部までの長さ、すなわち、一階の柱11aの長さh1に、二階の床梁12bの上下長さh3の1/2の長さh4を加えた長さとする(図1参照)。
In the analysis, in order to use a wire that does not have a size, for convenience, a
また、一階の仮想耐力フレーム24を構成する一対の仮想柱21aのうち、仮想ブレース材23が上端または下端に接合される仮想柱21a(図2における右側の仮想柱21a)の長さh12は、実際の一階の柱11aの長さh1と同じとする。この仮想柱21aは、上端部が、二階の仮想床梁22bに剛接合されて下方に突出する、長さh4の線材に、ピン接合されるものとする。また、この仮想柱21aにあっては、一対のブレース材13の他端部がそれぞれ上端部および下端部に接合されており、上端および下端をそれぞれ基端として、基端からそれぞれ第1長さh2離れた第1位置までの間の部分を調整代部111とするとともに、調整代部111以外の部分を本体部110とする。
Further, the length h12 of the
また、一階の仮想柱21aのうち、仮想耐力フレーム24を構成しない仮想柱21aの場合、長さは、h11とする。
Moreover, in the case of the
また、二階の仮想耐力フレーム24を構成する一対の仮想柱21bのうち、仮想ブレース材23が上下中央部に接合される仮想柱21b(図2における左側の仮想柱21b)の長さh13を、二階の床梁12bの上下中央部から屋根梁12cの上下中央部までの長さ、すなわち、二階の柱11bの長さh1に、二階の床梁12bの上下長さh3の1/2の長さh4および、屋根梁12cの上下長さh5の1/2の長さh6を加えた長さとする。
Further, of the pair of
また、二階の仮想耐力フレーム24を構成する一対の仮想柱21bのうち、仮想ブレース材23が上端または下端に接合される仮想柱21b(図2における右側の仮想柱21b)の長さh14は、実際の二階の柱11bの長さh1と同じとする。この仮想柱21bは、上端部が、仮想屋根梁22cに剛接合されて下方に突出する、長さh6の線材に、ピン接合され、下端部が、二階の仮想床梁22bに剛接合されて上方に突出する、長さh4の線材に、ピン接合されるものとする。また、この仮想柱21bにあっても、基端から第1長さh2離れた第1位置までの間の部分を調整代部111とするとともに、調整代部111以外の部分を本体部110とする。この点については、後述する架構体モデル2の作成の説明時に説明する。
Further, a length h14 of a
また、二階の仮想柱21bのうち、仮想耐力フレーム24を構成しない仮想柱21aの長さは、h13とする。
Further, of the
この架構体モデル2のデータは、各線材の長さ、接合箇所および接合方法と、各線材の長さ、縦弾性係数等の材質に依存する係数、断面積、断面二次モーメント等の物理特性を含むものである。架構体モデル2のデータは、電子データとして記憶媒体に記憶されてもよいし、他の手段で保存されてもよい。この架構体モデル2については後で詳述する。
The data of this
なお、図4に示す実施形態では、基礎梁12aは線材に置換されず、基礎梁12aの変位はないものとして解析が行われる。また、上述した、二階の仮想床梁22bに剛接合されて下方および上方に突出する長さh4の線材、仮想屋根梁22cに剛接合されて下方に突出する長さh6の線材は、本体部110と同じ縦弾性係数等の材質に依存する係数、断面積、断面二次モーメントを有するとする。架構体モデル2の作成については、後でさらに説明する。
In the embodiment shown in FIG. 4, the analysis is performed on the assumption that the
解析フローは、図5に示すように、コンピュータにより開始された後、ステップS1において、架構体モデル2のデータが入力されて、コンピュータの演算で用いられる記憶領域に設置される。架構体モデル2のデータの入力は、架構体モデル2の電子データを、この電子データが記憶されている記憶媒体から読み込んで記憶領域に設置することで行ってもよいし、他の手段で保存されているデータを、作業者がマウスやキーボードやタッチパネル等の入力手段を操作することで記憶領域に設置してもよい。記憶媒体や記憶領域の形態(ハードディスクドライブ、揮発性メモリ等の形態)は限定されない。
The analysis flow is started by the computer as shown in FIG. 5, and then data of the
次に、ステップS2において、解析条件が入力される。解析条件として、例えば、架構体1の特定の部位に特定の大きさで特定の向きに負荷される力や、架構体1の特定の部位に特定の大きさで生じる変位が挙げられるが、これらに限定されない。この解析条件のデータも、架構体モデル2のデータと同様に、電子データとして記憶されている記憶媒体から該電子データを読み込んで記憶領域に設置することで行ってもよいし、作業者がマウスやキーボードやタッチパネル等の入力手段を操作することで電子データを記憶領域に設置してもよい。
Next, in step S2, analysis conditions are input. The analysis conditions include, for example, a force that is applied to a specific part of the
次に、ステップS3において、コンピュータによる解析が行われる。コンピュータについては、所謂パーソナルコンピュータ等、公知の様々なものが適宜利用可能であり、特に限定されず、また詳細な説明は省略する。 Next, in step S3, analysis by a computer is performed. With regard to the computer, various known ones such as a so-called personal computer can be appropriately used, are not particularly limited, and the detailed description will be omitted.
そして、コンピュータによる解析が行われた後、ステップS4において、解析結果の出力が行われる。解析結果として、例えば、架構体1の特定の部材(仮想柱21、仮想梁22および仮想ブレース材23)にかかる力(軸力やモーメント)や変位が挙げられるが、これらに限定されない。この解析条件のデータは、電子データとして記憶媒体に記憶されたり、ディスプレイに表示されたり、紙媒体に印刷されることで、出力される。ステップS4の解析結果の出力が行われた後、解析フローは終了する。
Then, after the analysis by the computer is performed, the output of the analysis result is performed in step S4. The analysis results include, for example, forces (axial force and moment) and displacement applied to specific members (
以下に、本発明の架構体モデル2の作成について説明する。架構体モデル2の作成は、柱11と梁12と耐力フレーム14とを有する架構体1を、それぞれ線材からなる、仮想柱21(仮想耐力フレーム24の仮想柱21を含む)、仮想梁22、仮想ブレース材23に置換して、これら各線材(仮想柱21、仮想梁22、仮想ブレース材23)の長さ、接合箇所および接合方法と、各線材の長さ、縦弾性係数等の材質に依存する係数、断面積、断面二次モーメント等の物理特性が設定されて、架構体モデル2が特定される。
Hereinafter, creation of the
このとき、仮想耐力フレーム24を構成する一対の仮想柱21のうち、仮想ブレース材23が上端または下端に接合される仮想柱21においては、本体部110における断面積および断面二次モーメントとして、仮想柱21の置換前の柱11に対応する断面積および断面二次モーメントを用いる。
At this time, in the
そして、調整代部111における断面積および断面二次モーメントとして、本体部110における断面積および断面二次モーメントより小さい、一定の断面積および一定の断面二次モーメントを用いることに特徴を有する。 A characteristic is that a constant cross-sectional area and a constant cross-sectional secondary moment smaller than the cross-sectional area and the cross-sectional secondary moment in the main body 110 are used as the cross-sectional area and the cross-sectional secondary moment in the adjustment margin part 111.
例えば、本実施形態では、本体部110の断面積を9.567cm2とするとともに、断面二次モーメントを92.7cm4とし、調整代部111の断面積を1cm2とするとともに、断面二次モーメントを2cm4とする。 For example, in the present embodiment, the cross-sectional area of the main body portion 110 is 9.567 cm 2 , the moment of inertia of area is 92.7 cm 4, and the cross-sectional area of the adjustment margin portion 111 is 1 cm 2. The moment is 2 cm 4 .
このようにすることで、実験値に近い解析値が得られるものであり、以下に説明する。 By doing this, an analysis value close to the experimental value can be obtained, which will be described below.
図6に、有限要素法(Finite Element Method、以下単にFEMという)による解析モデルを示す。図6に示す解析モデルにおいては、柱11等を仮想柱21等の線材に置換するものではないため、便宜上、図1に示す実際の架構体1と同符号を付している。解析モデルは、図1に示す耐力フレーム14を一階および二階に有し、梁12(12a、12b、12c)がその両側に伸びるとともに、耐力フレーム14の両側に柱11(11a、11b)を有するものである。詳細な説明は省略するが、解析モデルにあっては、図1に示す柱11、梁12、ブレース材13と同様の設定としている。
FIG. 6 shows an analysis model based on the Finite Element Method (hereinafter simply referred to as FEM). In the analysis model shown in FIG. 6, since the
解析条件として、二階の床梁12bに水平力F1、屋根梁12cに水平力F2を入力し、FEM解析を行った。図7に、一階の耐力フレーム14の変形解析の結果を示し、図8に、二階の耐力フレーム14の変形解析の結果を示す。
As analysis conditions, horizontal force F1 was input to the
図7Aに、ブレース材13の他端部が上端および下端に接合される柱11aの上端側と、二階の床梁12bとの接合部(図6のA部)の変形を示す。この結果では、二階の床梁12bの下フランジを中心に柱11aが傾いた角度をなすように変形している。
FIG. 7A shows deformation of the joint (A part in FIG. 6) between the upper end side of the
図7Bに、ブレース材13の他端部が上端および下端に接合される柱11aの下端側と、基礎梁12aとの接合部(図6のB部)の変形を示す。この結果では、柱11aの下端部、すなわち、アンカーボルト36に固定可能なように開口を有する部分において大きく変形している。
FIG. 7B shows the deformation of the joint (the B portion in FIG. 6) between the lower end side of the
図7Cに、ブレース材13の一端部が上下中央部に接合される柱11aの下端側と、基礎梁12aとの接合部(図6のC部)の変形を示す。この結果では、柱11aの下端部が幾分か変形している。
FIG. 7C shows the deformation of the joint portion (C portion in FIG. 6) between the lower end side of the
図8Aに、ブレース材13の他端部が上端および下端に接合される柱11bの上端側と、屋根梁12cとの接合部(図6のD部)の変形を示す。この結果では、屋根梁12cの下フランジを中心に柱11bが傾いた角度をなすように変形している。特に、屋根梁12cの下フランジが大きく変形している。
FIG. 8A shows the deformation of the joint portion (D portion in FIG. 6) between the upper end side of the
図8Bに、ブレース材13の他端部が上端および下端に接合される柱11bの下端側と、二階の床梁12bとの接合部(図6のE部)の変形を示す。この結果では、柱11bが幾分か変形している。
FIG. 8B shows the deformation of the joint (E part in FIG. 6) between the lower end side of the
図8Cに、ブレース材13の一端部が上下中央部に接合される柱11bの下端側と、二階の床梁12bとの接合部(図6のF部)の変形を示す。この結果では、柱11bの下端部が幾分か変形している。
FIG. 8C shows deformation of the joint (F in FIG. 6) between the lower end side of the
このようなFEM解析を、柱11、ブレース材13の断面積および断面二次モーメントを異ならせた複数種類の解析モデルについて行った。その結果、いずれも上記図7、図8に示すような変形を示すものであり、梁12における変形が大きいことが分かった。この点を踏まえて、図4の架構体モデル2を用いた本発明の解析において、調整代部111における断面積および断面二次モーメントとして、上述したように、本体部110における断面積および断面二次モーメントより小さい、一定の断面積および一定の断面二次モーメントを用いても、FEM解析結果と大きく相違しない結果が得られることが分かった。
Such FEM analysis was performed on a plurality of types of analysis models in which the cross-sectional areas and the geometrical moment of inertia of the
本発明の解析においては、本実施形態では、柱11として角筒の厚みが3.2mmのものが用いられる場合、本体部110の断面積を9.567cm2とするとともに、断面二次モーメントを92.7cm4とする。このときの調整代部111については、二階の仮想柱21bの上側の調整代部111および下側の調整代部111、一階の仮想柱21aの上側の調整代部111については、断面積を1cm2とするとともに、断面二次モーメントを2cm4とする。そして、一階の仮想柱21aの下側の調整代部111については、断面積を0.5cm2とするとともに、断面二次モーメントを3cm4とする。
In the analysis of the present invention, in the present embodiment, in the case where a square cylinder with a thickness of 3.2 mm is used as the
また、柱11として角筒の厚みが2.3mmのものが用いられる場合、本体部110の断面積が7.012cm2、断面二次モーメントが69.9cm4となるが、調整代部111については、柱11の厚みが3.2mmの場合と同様に、断面積が1cm2、断面二次モーメントが2cm4(一階の仮想柱21aの下側の調整代部111については断面積が0.5cm2、断面二次モーメントが3cm4)でよい。
When the
また、柱11として角筒の厚みが4.5mmのものが用いられる場合、本体部110の断面積が13.069cm2、断面二次モーメントが121.6cm4となるが、調整代部111については、柱11の厚みが3.2mm、2.3mmの場合と同様に、断面積が1cm2、断面二次モーメントが2cm4(一階の仮想柱21aの下側の調整代部111については断面積が0.5cm2、断面二次モーメントが3cm4)でよい。
When the
図9に、架構体1に変位を与えた場合の力を計測する実験値と、これを解析モデル化して行ったFEM解析値および比率(FEM解析値/実験値)と、同じく解析モデル化して行った本発明の解析方法による解析値および比率(本発明解析値/実験値)と、を比較した結果を示す。
In FIG. 9, an experimental value for measuring the force when displacement is applied to the
本発明解析値は、FEM解析値とはよく一致しており、実験値と若干異なる箇所はあるものの、比較的近い値が得られていることが分かる。 The analysis value of the present invention is in good agreement with the FEM analysis value, and it can be seen that relatively close values are obtained although there are places that are slightly different from the experimental values.
図10に、各解析モデルに変位を与えた場合のせん断力を求める解析をそれぞれの方法によって行い、その結果としてのFEM解析値と、従来例の解析方法による解析値および比率(従来例解析値/FEM解析値)と、本発明の解析方法による解析値および比率(本発明解析値/FEM解析値)と、を比較した表を示す。 In FIG. 10, the analysis for obtaining the shear force when displacement is applied to each analysis model is performed by each method, and the resulting FEM analysis value and the analysis value and ratio by the analysis method of the conventional example (conventional example analysis value The table which compared / (FEM analysis value) and the analysis value and ratio (this invention analysis value / FEM analysis value) by the analysis method of this invention is shown.
本発明解析値は、従来例の解析値と比べて、FEM解析値との同等の一致度もしくはより高い一致度が得られていることが分かる。 It can be seen that the analysis value of the present invention is equivalent to the FEM analysis value or higher than the analysis value of the conventional example.
本発明の解析方法にあっては、従来例の解析方法のように、仮想ブレース材23の断面積を入力するにあたり、この仮想耐力フレーム24の下端が接合されている仮想梁22を支持する下階の仮想柱21のうち、この仮想耐力フレーム24を挟んで両側に位置する仮想柱21間の距離を決める必要がない。しかも、これにかわって、解析値を実験値に近づけるための調整を行う調整代部111の断面積および断面二次モーメントとして、ほぼ一定の固定された値を、柱11、ブレース材13の種類にかかわらず用いることができる。これにより、実験値に近い解析値が得られる精度の良い解析を容易に行うことが可能となる。
In the analysis method of the present invention, as in the conventional analysis method, in inputting the cross-sectional area of the
精度の良い解析を行うことによって、安全設計を行うために過剰な設計を行うことが抑制され、無駄をなくし、コストおよび手間の低減が図られることとなる。 By performing analysis with high accuracy, it is possible to suppress excessive design for safety design, eliminate waste, and reduce cost and labor.
また、図11に示す他の実施形態の架構体モデル2においても、本発明の解析方法を適用することができる。
The analysis method of the present invention can also be applied to the
一階の仮想耐力フレーム24は、一本の仮想ブレース材23の一端が、両側のうちの一方(図11では左側)の仮想柱21aの下端側の第1位置にピン接合されており、この第1位置より上側が本体部110となり、下側が調整代部111となる。また、仮想ブレース材23の他端が、他方(図11では右側)の仮想柱21aの上端側の第1位置にピン接合されており、この第1位置より下側が本体部110となり、上側が調整代部111となる。
One end of a
二階の仮想耐力フレーム24は、二本の仮想ブレース材23がX字状をなして、両側の仮想柱21bに接合されている。
On the second floor of the virtual
一方の仮想ブレース材23の一端が、両側のうちの一方(図11では左側)の仮想柱21bの下端側の第1位置にピン接合されており、この第1位置より上側が本体部110となり、下側が調整代部111となる。また、一方の仮想ブレース材23の他端が、他方(図11では右側)の仮想柱21bの上端側の第1位置にピン接合されており、この第1位置より下側が本体部110となり、上側が調整代部111となる。
One end of one of the
他方の仮想ブレース材23の一端が、両側のうちの一方(図11では左側)の仮想柱21bの上端側の第1位置にピン接合されており、この第1位置より下側が本体部110となり、上側が調整代部111となる。また、他方の仮想ブレース材23の他端が、他方(図11では右側)の仮想柱21bの下端側の第1位置にピン接合されており、この第1位置より上側が本体部110となり、下側が調整代部111となる。
One end of the other
この図11に示す実施形態の架構体モデル2においても、図4に示す実施形態の架構体モデル2と同様に、調整代部111における断面積および断面二次モーメントとして、一定の断面積および一定の断面二次モーメントを用いて、容易に精度の良い解析を行うことができる。
Also in the
なお、本発明の柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法は、本実施形態のような二次元モデルだけでなく、三次元モデルにおいても適用可能である。 In addition, the analysis method of the frame body which has a pillar, a beam, and a load bearing frame of the present invention is applicable not only to a two-dimensional model like this embodiment but also to a three-dimensional model.
また、本発明の柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法を、コンピュータ等のハードウェア資源に実行可能に構成せしめることで、これを柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析装置とすることができる。また、コンピュータ等のハードウェア資源を、本発明の柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法を実行する手段として機能させるプログラムを作成可能である。 Further, the method of analyzing a frame having a column, a beam and a load bearing frame according to the present invention can be implemented by hardware resources such as a computer, etc. to obtain a frame having a column, a beam and a load bearing frame. It can be an analysis device. In addition, a program can be created that causes hardware resources such as a computer to function as a means for executing the method of analyzing a frame having the column, the beam, and the load bearing frame of the present invention.
1 架構体
11 柱
11a 一階の柱
11b 二階の柱
110 本体部
111 調整代部
12 梁
12a 基礎梁
12b 二階の床梁
12c 屋根梁
13 ブレース材
14 耐力フレーム
2 架構体モデル
21 仮想柱
21a 一階の仮想柱
21b 二階の仮想柱
22 仮想梁
22b 二階の仮想床梁
22c 仮想屋根梁
23 仮想ブレース材
24 仮想耐力フレーム
h1 一階の柱の長さ
h11 一階の仮想柱の長さ
h12 一階の仮想柱の長さ
h13 二階の仮想柱の長さ
h14 二階の仮想柱の長さ
h2 第1長さ
h3 二階の床梁の上下長さ
h4 二階の床梁の上下長さの半分
h5 屋根梁の上下長さ
h6 屋根梁の上下長さの半分
Claims (1)
前記架構体モデルと、前記架構体モデルに負荷される解析条件と、に基いてコンピュータが解析を行う、柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法であって、
前記仮想耐力フレームにおいて、前記仮想柱の基端となる上端または下端から中央部にむけて第1長さ離れた第1位置に前記仮想ブレース材の一端がピン接合により接合されるものであり、
前記仮想柱の前記基端から前記第1位置までの間の部分を調整代部とするとともに、前記仮想柱の前記調整代部以外の部分を本体部とし、
前記仮想柱の前記本体部における断面積および断面二次モーメントとして、前記仮想柱の置換前の前記柱に対応する断面積および断面二次モーメントを用いるとともに、
前記調整代部における断面積および断面二次モーメントとして、前記本体部における断面積および断面二次モーメントより小さい、一定の断面積および一定の断面二次モーメントを用いることを特徴とする、柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法。 A virtual column, a virtual beam, the virtual column, and the virtual column, wherein the column, the beam, and the load-bearing frame of the frame body have the column, the beam, and the load-bearing frame including the column and the brace material. A virtual load bearing frame made of a virtual brace material, and lengths of the virtual column, the virtual beam and the virtual brace material, a joint location and a joining method, the virtual column, the virtual beam and the virtual brace material A frame model including data of elastic modulus, sectional area and second moment of area is created,
A method of analyzing a frame having a column, a beam, and a load bearing frame, wherein a computer performs analysis based on the frame model and analysis conditions applied to the frame model.
In the virtual load bearing frame, one end of the virtual brace material is joined by pin bonding to a first position separated by a first length from the upper end or the lower end as the base end of the virtual column toward the central portion;
A portion between the base end of the virtual column and the first position is an adjustment margin portion, and a portion other than the adjustment margin portion of the virtual column is a main body portion.
As a cross-sectional area and a cross-sectional secondary moment in the main body of the virtual column, a cross-sectional area and a cross-sectional secondary moment corresponding to the column before replacement of the virtual column are used,
Column and beam characterized by using a constant sectional area and a constant sectional second moment smaller than the sectional area and the sectional second moment in the main body as the sectional area and the sectional moment in the adjustment margin part Analysis method of a frame having a bearing and a load bearing frame.
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