手計算ができないと、構造計算プログラムが使えない

手計算ができないと、構造計算プログラムが使えない。
モデル化が理解できないと思われる人は、手計算を経ていない人に多い。手計算ができないと、特殊な計画の場合の計算ができないのではないかと思う。
構造計算プログラムによっては、手計算の時代に開発されたものもあり、見慣れていない人には難しいらしい。

旧式の構造計算プログラム

ユーザーが多い旧式の構造計算プログラムは、kizukuriとkizukuri-2x4だろう。
木造の許容応力度計算の標準になっている。相変わらず壁倍率で計算している。
法改正で3階建て16mになっても使われると思うが、壁の高さが高くなっても、耐力壁の最小長さは変わらないのだろうか。法改正に伴い、構造に関する規定の見直しが行われると思う。
壁倍率で計算している旧式の構造計算プログラムで対応できるだろうか。

手計算による杭基礎の計算

ラーメン構造なら上部構造と杭の計算はBUS-6とBUS基礎で行うことができるが、上部構造を別の構造計算プログラムを使う場合は、基礎梁の計算はエクセルで行う。
BUS基礎で計算出来たらよいが、杭頭モーメントの曲げ戻しは昔ながらの手計算で行う。これを何度か繰り返すことになる。
断面を切ってRCの床が半分つながっていれば水平力の伝達が可能とみなすが、建物が剛床の仮定が成り立つか、成り立たないか、ギリギリの場合は詳細に検討する。こちらの都合だが、壁式構造で独立水平変位を設定することができるプログラムがないからである。
構造計算プログラムは、ラーメン構造のプログラムは進歩が著しいが、それ以外はユーザーが少ないせいか、20年以上前と大して変わらない。
何でもFEMで解析しようとする人もいるが、立体のFEM解析はブラックボックスになってしまうので不安が残る。面材の剛性と強度は部材単位で個別に計算できるが、接合部のモデル化で悩む。

もうひと捻り、構造計算プログラム

様々な開発元も構造計算プログラムを使っていると、もうひと捻りあったらよいと思うものがある。
どうしても、一貫計算では完結せず、手計算を加えなければならないものがある。最終段階で手計算で補正するならよいが、途中段階で手を加え、その結果に基づいて一貫計算を継続しなければならないことがある。
これが厄介である。5%程度の余裕を見込み、2〜3％を誤差の許容範囲として結果に対して再検討を省くという手もある。
最後の手段は昔ながらの手計算である。コンピュータだけでは完結しない構造計算が持ち込まれる。
耐震補強設計は使いまわしのエクセルのシートを使っている。

軸を追加するとデータが飛ぶ

東京デンコーの構造計算プログラムは、軸を追加するとデータが飛んだり、斜め軸が跳ねたりする。
これは非常に困るトラブルである。
この問題を解決することは困難だろう。プログラムを作り直さなければ解決しない。

β版の構造計算プログラム

過去に何度かβ版の構造計算プロクラムを購入したり、貸与されたことがある。
興味本位で使ってみたかったので手を出したのだが、開発元はユーザーからのフィードバックを期待して無償あるいは破格の値段で提供してくれる。
同じ建物を複数の構造計算プログラムで計算したり、応力解析プログラムにデータを転送して比較した。新しいプログラムに手を出すのは、設計の範囲が広がるからである。
小規模で複雑な構造計画の場合、最後の手段は手計算である。手計算であたりを付けてから構造計算プログラムを利用することもある。

SPACE -構造解析ソフト

SPACE -構造解析ソフト
https://wwwra.meijo-u.ac.jp/labs/ra007/space/index.htm

アナログの勧め

デジタルに目が向く人がいるが、人間の思考はアナログである。
結論だけを求める人は、思考過程に興味を示さない。

楽楽モード

楽楽モード　というものがある。
http://www.kozosoft.co.jp/seihin/ik5/ik5_new_rakuraku.html
なかなか面白そうだ。
構造ソフトは、星さんが書かれているものを拝見している。

僕の場合は、BUS-6の算定計算の結果を取り込んで検定計算を行うことがあるが、この方法に慣れていないので、イマイチ配筋の分類が気に入らない。結局、自分で睨んで入力し直す。最初は大雑把に決めて計算し、次第に収束させてゆく。

使えると便利なプログラム

BUS-6とBUS基礎を組合わせることで、上部構造と杭を一体化して計算すると、何種類かの杭を比較検討することができる。メーカーに杭の検討を依頼することもあるが、アースドリルは業者に頼まず、構造設計者が計算しよう。
ストレートの鋼管杭も計算できるが、鋼管杭を使うなら、コスト的にスクリューパールのほうが有利である。
600Φの鋼管杭とe-Pileを比較したら、大差でe-Pileに決着した。
このような検討を行う場合、計算結果を示して見積りを取ると、無駄な時間を省くことができる。

斜め軸がはじける

2x4壁式をお使いの人は分かると思うが、平面的な斜め軸を設定してから、通りの追加や挿入を行うと、せっかく斜め軸を設定したのに、はじけてしまう。
このような建物の場合は、斜め軸の設定を最後に行うとこんなトラブルを避けることができる。
斜め軸は外周部に設定することが多いので、最後に節点を移動し、座標の直線化を行う。

BUS-6など、構造システムのプログラムではこんなトラブルは起きていない。プログラムの開発年度の違いと思われる。多くのプログラムは疑似立体から立体解析に移行した際に作り直しているが、2x4壁式はユーザー数が少ないプログラムなので、無理な要求をしないことにする。使いようである。
NBUS7は更に進化しているらしいが、データの入力はBUS-6で行っている。

木造専業の人たちが「2x4壁式3」「木三郎」を使うようになるとよいと思う。

構造計算プログラム

現在の構造計算プログラムの基本は、手計算で検証できることにある。しかし、増分解析や応力の立体解析は、手計算で追いかけることは難しい。
水平力に対する計算では、D値法、平均せん断力法、節点振分け法、仮想仕事法なら追跡できる。しかし、ブラックボックス化した解析結果を第三者的に検証する手法があれば、ブラックボックスも有りではないか。
もちろん、従来のプログラムで計算して比較することもある。
1980年代の日経アーキテクチュアの記事で、同じ建物を複数の構造計算プログラムで計算した結果が出ていた。結果はかなりのばらつきがあったことを思い出した。1980年代の半ばというと、一貫計算が一般化した時期である。
構造計算規準と構造計算プログラムは対になっており、解析技術の進化とともに計算規準の追加が必要になる。
諸々の係数で縛られるが、耐震診断の手法は分かりやすい。

構造別構造計算プログラムの評価

独断と偏見に満ちた構造別構造計算プログラムの評価
次のプログラムを勧める
・RC/SRC/S：BUS-6
・木造軸組工法：木三郎４
・2x4工法：2x4壁式３
・WRC：HOUSE-WL、平均せん断力法は捨て難いので壁麻呂
・RC/SRC耐震診断：DOC-RC/SRC
・S耐震診断：DOC-S
・WRC耐震診断：壁式診断
・W耐震診断：HOUSE-DOC
上記プログラムには、基礎構造がオプションになっているものがあるので、必ずオプションも購入すること。並べてみたら、構造システムと東京デンコーになった。

一貫計算

一貫計算プログラムは慣れているBUS-6を使うことが多い。NBUS7もあるので、入力からNBUS7を使ってみることを考える。BUS-6でデータをつくり、NBUS7で計算してみたが、計算速度が速くなっている。
ユニオンシステムのSS-3は、使わなくなった。業界でトップシェアであるため、SS-7が出る前に購入したが使っていない。基礎や杭の計算と連動させることを考えると、BUS-6のほうが使い勝手が良い。
DOC-RC/SRC.DOC-Sとデータを共有するので、耐震診断のデータで許容応力度計算を行うこともできる。

木造は東京デンコーの木三郎４と2x4壁式３よりも高機能なプログラムは見当たらない。
ところが、審査機関に聞いてみると、木造は圧倒的に kuzukuri と kizukuri-2x4 が多いそうだ。
それで4階建ての計算を行っているとのこと。だから2x4工法は4階建てが少ないらしい。
2x4工法の計算は2x4壁式を使い始めたら、他のプログラムは使う気にならない。開口部のデータが独立しているので、通り芯と関係なく入力でき、グリッドを修正することなく開口部の大きさや位置を変更できるからである。壁荷データもマスターデータを整えておけば簡単に入力することができ、体裁が良い。

壁式構造の通り芯

2x4工法は壁式構造だが、壁式構造の構造計算プログラムは、kizukuri-2x4のように開口端部にも通り芯を設定するものは、データ入力や変更の際に手間がかかる。
壁を入力して、その後に開口部のデータを入力する方法がよい。RC造のラーメンでも、壁とは別に開口部のデータを入力することが主流である。
多スパンにわたる梁の範囲を指定する機能をもつプログラムもあり、連続梁を指定することができるものがある。この機能は、木造の構造計算プログラムにあったらよい。単純梁で計算すれば簡単ではあるが、連続梁とした時のモーメントのつりあがりや、地反力を受ける連続梁のモーメントが正確に求められないという欠点がある。
開発元に意見を言っても、マイナーなプログラムは売れていないので、よほどのことがない限り対応してもらえない。あまり機能を豊富にしても、ユーザーが混乱するので好ましくない。
我々ユーザーとしては、プログラムの癖を早く理解し、それなりの使い方を身につけることである。
最も多くの人に受け入れられているプログラムは、30年前と機能は変わらない。それでも、木造の参考書を見ると、FEMで解析しているものがある。そのギャップが大きすぎる。
保有水平耐力計算もままならないのに、FEMより先にやることがあるでしょう。ブラックボックスになってしまうFEMは、計算を補うためにはよいと思うが、それだけでは心配である。

杭と基礎梁の計算

RC/SRC/S造はBUS基礎で杭と基礎梁の計算ができるが、その他の構造の場合は分離して計算する。
WRC造や木造の場合、規模が小さいこともあり、地盤改良で地耐力を満たすことがほとんどである。ところが、敷地が狭く、地盤改良工事がやりにくい場合は、スクリューパイルを使いたい。コスト的にもスクリューパイルのほうがメリットがある場合も少なくない。
基礎に浮上りが生ずる場合は、スクリューパイルの引抜力で抵抗することができるので、狭小地の建物の場合は積極的に杭基礎で検討する。木造の参考書には杭基礎の計算例が見当たらない。木造の設計者が杭基礎の設計に慣れると、設計の守備範囲が広がる。
支持杭と地盤改良の杭は異なることを理解されたい。両者を混同している人を見かける。基礎梁の応力が異なる。

木造の構造計算プログラムの比較

４階建ての計算ができる構造計算プログラム
【軸組工法】
�@kizukuri（塔屋を４階として計算、手計算で補足）
�A木三郎4（ルート３可能）
�BASCAL
�CEXCELで手計算（規模の制限なし）
�DFAP-3とMED-3（規模の制限なし）
【2x4工法】
�@kizukuri-2x4（塔屋を４階として計算、保有水平耐力計算は手計算）
�A2x4壁式3（ルート３、混構造可能）
�BEXCELで手計算（規模の制限なし）

木造４階建てに軸組工法が多いのは、ルート２の審査ができる審査機関に提出すれば適判の必要がないからである。壁倍率７倍を上限としてkizukuriで計算している人が多いらしい。
2x4工法になると保有水平耐力計算が必要になり、適判にまわるので、ハードルが高いようだ。
木造の構造計算プログラムの内容では、東京デンコーが他社を大きくリードしているが、多くのユーザーはkizukuriのレベルで止まっている。ユーザーは、このレベルを超えたくないのかな。

構造別構造計算プログラムの評価

構造別構造計算プログラムの勝手な評価
（１）RC/SRC/S造は、同じデータで新築と耐震診断の両方ができ、任意形状の立体解析プログラムと連動し、杭の計算も一貫して行うことができるといえば、構造システムの BUS-6、BUS基礎、DOC-RC/SRC、DOC-Sである。
（２）2x4工法は東京デンコーの2x4壁式しかない。下階をWRCとする混構造も一貫して計算することができる。直接基礎なら、基礎迄一貫した計算を行うことができる。杭基礎になるとイマイチである。
（３）木造軸組工法も東京デンコーの木三郎がよくできている。合せ柱の計算もできるので、柱断面が不足する場合に、半柱を添わせることもできる。保有水平耐力計算も行うことができるので、ルート２で、偏心率や剛性率が収まらないときの最後の手段としてルート３にも対応できる。
（４）WRCは壁式ラーメンに移ると考えている。

鉄筋のデータ入力

配筋データの入力を、数字だけで行った。
上下の主筋径、1段筋、2段筋、スターラップ径、ピッチを
16201020 のように示す。
D16、1段筋2本、2段筋なし、St-D10 @200 の意味である。
昔の構造計算プログラムは、こんな要領でデータを入力したものがあった。
参考書を見ながら N88-BASIC でプログラムを書いた。
このように、数字を見るだけで意味が通じる書き方は分かりやすい。
スリーサイズも同様で、スタイルが良いか、デブか、直ぐに分かる。
RCの梁断面を表現する場合はBxD、H形鋼の場合はH-350x175というように示す。順番が狂うと意味不明になる。

データが飛ぶ現象

スパンを追加したり分割するとデータが飛ぶ現象が起きるプログラムがある。
計算をまとめる度に、データが飛んでいないかチェックすることが必要になる。
一貫計算を行う際にも、応力計算から保有水平耐力、基礎まで連続計算を指定すると、途中でフリーズする。計算する際に、先ず応力計算まで行い、次に断面計算、保有水平耐力計算などを段階的に計算するとフリーズしない。
これはPCのスペックが低いから起きる現象でもなく、Windows7 なら起きず、Windows10 では起きるようである。