キャンペーンのご案内
ホーム   コンピュータ・建築・人間生活~その夜明けから黄昏まで/和泉正哲    第5回:一貫構造計算プログラムと構造設計者の職能
  • 第1回 : デジタルコンピュータの夜明け前から正午迄
  • 第2回:ソフトウェア
  • 第3回:数値解析と図化の進化
  • 第4回:コンピュータの進化と構造計算プログラムの登場
  • 第5回:一貫構造計算プログラムと構造設計者の職能
  • 第6回:小型コンピュータとインターネットの時代
  • 第7回:AIの出現と人類とコンピュータの黄昏
  • 第8回:建築構造設計の未来像
和泉 正哲

(いずみ まさのり
/ Masanori Izumi)

 

< 略 歴 >

1953年|東大工学部建築学科卒業、同学科修士課程進学

1958年|東京大学数物系研究科博士課程修了(工学博士)建設省建築研究所研究員

1972年|東北大学教授(工学部建築学科構造力学講座)

1994年|東北大学名誉教授 東北芸術工科大学教授

1999年|東北芸術工科大学名誉教授 清水建設顧問

2006年|清水建設技術研究所顧問

2008年|大崎研究室顧問、現在に到る。

その他:タイAIT、チリカトリカ大学、米カルポリ大Visit. Prof.、マケドニヤスコピエ大学名誉教授、上海同済大学工程力学研究所名誉所長、運輸省通訳ガイド(英語)、日本建築学会賞、同大賞、科学技術庁長官賞 受賞、論文、著書多数

第5回:一貫構造計算プログラムと構造設計者の職能

7. 一貫設計用プログラム
7.1 一貫設計用プログラム

建物及びそれを形成する構造部材の材質寸法形状、位置・地盤などの周囲環境や特殊荷重及び設計用荷重外力等のデータを与えると、必要な計算や図面作成を全くコンピュータとその周辺機器で行い、必要な計算結果を出力(この場合Print out)してくれるプログラムを一貫設計用プログラムと言い、原則として計算途中で人手が加えられないようにしてある。

7.2 一貫プログラムと建築士の存在意義

「最初に、設計する建物の情報をコンピュータに与えれば、後は放置して置いた間に構造設計が完成する。」それでは建築構造を専門とする建築士の存在意義がない様に見える。しかし、コンピュータ計算終了後責任者の建築士のコメントを手書きする部分が用意されて居り、その記述から責任建築士のその建物の構造特性の把握程度が認識できる(【図23】)。

【図23】構造設計用一貫プログラムを使用して設計した責任建築士のコメント記入欄(電電公社のBUILDの例)

7.3 姉歯事件

2005年11月国土交通省は姉歯一級建築士がコンピュータを用い作成した構造計算書を偽造した事を公表し、大きな問題となった。

確かに、コンピュータに偽造資料を打ち出させ、偽造した確認申請書を提出する事はコンピュータを取り扱っている者には可能であるが、建築士の資格を得ているエンジニアは嘘をつかないと言う漠然とした思いが人々にはあった。本人は偽造する事で他人の設計より廉価な構造物を設計し、そのため構造設計を依頼する者が多い事で犯罪を続けたと思われる。通常構造物を安く造ると当然安全性が劣るが、建築確認を得た建物は安全との認識が通用したのであろう。安全ならば安いに越した事はないと思うのは当然である(【図24】)。

【図24】姉歯事件を伝える新聞

姉歯事件は、建築士の信頼失墜以外にも、構造設計上の種々の問題点を露呈した。まず、行政の負担防止で1988年から一部民間に任せた審査に疑問が持たれ、翌2006年に審査を2重化した適合性の審査が行なわれ細部にわたる審査が行なわれた。問題は学術研究が進むと究極状態までを許容する設計手法も現れ、この手法に拠れば、姉歯の偽造結果でも合格になりかねない。実状は、施工問題も含め、理想的な構造物では究極状態寸前で辛うじて崩壊しなくても、実状は、施工不良部分も皆無とは言い切れず、崩壊に連なる可能性も高い。

7.4 一貫構造計算プログラム間の競合

評定も進み、次第に電電公社のBUILD以外にも幾つかパブリック-ユーズの一貫構造計算プログラムが認定を受けた。それを使う側は、評定で間違いのない事が確かめられているので、後は使い易さと、計算結果の設計で安価な建物となるプログラムを選びたい。そこでこの種のプログラム間で生存競争が始まった。出入力の容易で明解な物を選ぶのは当然である。しかし計算結果が安価な建物の設計になるものが生き残る事は予想されてはいたが望ましい現象とは言えない。それは、一貫構造計算プログラムは基規準の要求を満たしている。つまり必要条件は満たしているが、建物を安全に設計すると言う十分条件を満たしている保証はないからである。勿論、未来に起る事の対策に保証は付けられないが、前述の様に、責任を取る立場の建築士がコメントを書き加えるのは、彼が、もし万一の場合を考えその建物がどういう具合に壊れるのか、それを少しでも防止し、あるいは壊れる速度を少しでも遅くして人命を救うにはプラス$\alpha$的補強を如何にしたか、を述べる等の貴重な機会であり、建築士の存在意義の証明でもある。

7.5 起こり得る現象

1995年、阪神淡路大震災の建物被害を分析すると某大手ゼネコンの設計施工の建物が他大手に比し統計上有意の差で被害率が大きい。推定されたのは、その会社の使用しているプライベイトの一貫構造計算プログラムが、設計結果の経済性を重視してできていたのではないかという点であるが、営業妨害にもなりかねない問題なのでそれ以上の検討はできない(【図25】)。

【図25】阪神淡路大震災
(写真は神戸市役所:日本では耐震構造がしっかりしていて起らないとされていた
パンケーキ状クラッシュ(階が丸ごと崩壊)が起り、構造界に衝撃が走った。)

経済重視とは、基規準に規定された最低限を目指してプログラムを組むことである。基規準とて人間が作り有限の文字数と数字で表現したものであり、全てを網羅した完全な物ではあり得ないので、経済重視は基規準の欠点を露呈する可能性がある。更に近年は、そのプログラムを、建築構造を全く知らぬプログラマーが単に数式のみを追いつつ作成するケースも目立ち、構造専門家なら内容が解って選択を避ける数値も、禁止されてなければ安価に出る様なパラメーターをプログラマーが意味も知らず躊躇なく採用して進める傾向さえ見られる。

計算結果が経済的な建物となる一貫構造計算プログラムを利用される方は、それらを充分意識し、ただプリントアウトした結果をそのまま採用せず建築士の英知を尽くして要点補強を考えて欲しい。そうしないと阪神淡路大震災の再来となり、某プログラム使用の建物が多く崩壊する結果に成りかねない。このとき、プログラム製作に当たり法規の適用に誤りがなければベンダーには責任はないが、強度的には余裕のないプログラムを選択使用した建築士が建物の安全設計を軽視したとして問題視される可能性は残る。

7.6 日本の建物の安全

安全の究極の目標は人間が死傷しないことにあり、たとえ建物が破壊されてもそこから逃げられれば良い。強風大雪等は予報される様になったが、地震国日本で地震の予知はいまだ不可能な上、地震の加力は短時間に急激のため建物内や近傍からの退避は事実上不可能であるため、日本の建物は地震対策無しでは建てられない。また特に脱出困難な人達、例えば病人や子供達の利用する建物は法規で示す最低基準を満たすだけでなく、さらに安全性の高いものでありたい。

建物は

1)良質地盤に建てる事が重要で、そうでない場合は特別な対策を施さない限り危険である。

2)地震に対しては、軽い建物が有利だが、強風や大雪には不利である。

3)充分の強度、粘り強さ、変形性能を持ち、

4)地震動とは離れた周期特性を持ち、

5)建物に入って来たエネルギーを建物の破壊ではなく他に使い消費する機構を持つ物が望ましい。

地震に耐える物とするために現在主要な方法が3種ある。

1.は上記2)3)の実現であり、最も普通で安定した手法である。強度・粘り強さ、変形性能に優れた材料と構法が選択される。鉄骨や木造建築は腐食他の劣化や火災への対策があり、且つ接合部が脆弱でない場合は、耐震建築となり得る。RC建築は重く変形性能に問題があるが、例えば、低層壁式建築は頑健につくられている場合が多い。

2.上記4)を利用した一つが免震構法である。免震構法は日本では1970年代までイカガワシイと思われていたが、世界では1965年当時の松下東大教授及び和泉建研研究員の免震構法の解析結果発表以後研究が進められ、日本でも1980年代以後次第に広がった。この工法は使用上適不適があり例えば軟弱地盤のスレンダーな高層ビルには不適である。

3.制震工法:建物に入った地震エネルギーを熱等に変換消費させて建物の破壊に使われるのを防ぐ工法であるが、制震装置付設だけで建物を耐震化させるより、他の2工法と共用させて揺れを低減させるのに多用されている。

7.7 DEMOS-E BUILD-1からSEINファミリーへ

構造計算プログラムSEINファミリーは、1973年当時の電電公社が大型コンピュータと公衆回線を利用し世に先駆けてサービス開始した構造計算プログラム「DEMOS-E BUILD-1」の後継プログラムである。BUILD-1は、その後四半世紀に亘り建設業界の発展に貢献した。しかし、その間動作環境が大型コンピュータからパソコンへと変化、度重なる改造によるプログラムの複雑化、2000年建築基準法が大幅に改正されたことなどのため、時代にマッチしたまったく新しいプログラムの開発が待望された。

これらの課題解決のため、新たな一貫構造計算プログラムSEIN La CREAが2003年NTTデータにより開発、サービスが開始された。SEIN La CREAの特徴は、仕様変更への容易な対応、操作性・視認性の高いGUI(次回8.1参照)の採用などである。その後、姉歯問題を受け偽装防止機能を強化するなど2007年改正建築基準法に対応した構造計算プログラムとして最初の国土交通大臣の認定を取得している。

SEINファミリーは、一貫構造計算プログラム/立体骨組動的弾塑性応答解析プログラム「SEIN La CREA/DANS」や杭・基礎梁設計支援プログラム「SEIN Pile」などで構成され、2013年NTTデータからNTTファシリティーズ総研へと移管された。

「SEIN La CREA」は、国土交通大臣認定プログラムで、最新の基準類に対応しており、業界でも信頼性が高く使用者にも安心・安全な構造計算プログラムである。一般建物の計算はもとより、特に不整形(ノングリッド)建物への適用性の良さを最大の特徴としている。また、SEINと他社一貫計算プログラムや各種BIMソフトとのデータ連携など、次世代設計システムを見据えた商品開発も行い、2017年度は、近年地球環境問題の解決策として注目を集める木質構造に対応したオプションプログラムも開発リリースしている。今後も、構造設計の一層の高度化・効率化のためAIや最適化技術など最先端の技術を取り入れた商品開発を期待したい。