House_O Renovation Project, Japan, 2013

Living when it completion(By Mr.Sato)/竣工時リビング(佐藤氏撮影)

House-O is the renovation project in Osaka, Japan. Worked with Structured Environment (Structure) + Kochi (Contractor)+ Shari(Design). Original building was wooden structure, made in 20 years before, but in this time it strengthened for earthquake with unique braces, also for planning change. Usually these sub-structure tend to be hidden as unneeded things, but those are intentionally revealed in this project. These also be a interior design highlight point.The exterior is  covered with black cedar boards. Thanks to these material, the modern but calm Japanese style can be realized. In addition extra balcony has attached as same brace system without any supporting column . /O邸は2013年に竣工した、日本・大阪におけるリノベーションプロジェクトである。このプロジェクトはストラクチャードエンバイロンメント(構造)、東風(施工)、しゃり(意匠)によって、実現した。既存建物の構造は20年前ほどに建造された木構造である。今回は間取り変更かつ耐震補強のためにユニークなブレースを用いて、構造補強を行った。通常はこれらの補強材は余計なものとして隠されるが、本プロジェクトではそれを故意に現した。これらは同時に意匠面でもポイントとなり、和風のモダンなインテリアのポイントとなった。外装は黒杉板で覆われた。この素材のおかげでモダンでありながら、どこか落ち着いた日本風を思わせるスタイルが実現された。加えて、同じ筋交のシステムにおいて、柱なしのバルコニーも追加された。


■Structural Analysis / 構造解析

The result of structural analysis, with Karamba. The color shows the degree of deformation. Generally the more number of braces, the less deformation. In this case the horizontal load represent the temporal load of earthquake./構造解析実験の結果、色は変形の大きさ。一般に筋交の数が多くなるほど、水平方向の荷重に対して変形が小さくなる傾向にある。水平方向の荷重は地震を想定している。

例として、K型(ここでは1.0サイクル型と呼ばれる)のブレースをパラメタライズしてカランバに接続、構造解析した。結果、色は変位を表し、白が最小部位、紫が最大部位を表す。左上からx軸方向(水平方向)に点荷重をかけて、その最大変位を観察した。左の図はその変形後のラーメン+ブレースの図であるが、その接点の位置によって21種類のヴァリエーションを用意した。右のグラフで分かるように、10番のブレース形状(F-10、R-10、図の中で一番大きなダイアグラム)がこの荷重に対して最小の変位を記録したことから、このヴァリエーションの中ではいちばん変形しにくい形状と同定される。各二種類ずつ分析しているのは、地震を想定しているので、反対ベクトル側から点荷重がかかった時の変位も見なくてはならない。この1サイクルの形状は鏡面反射の形状に対して比較的似たような値をとる。(ななめ材がx軸方向の+方向と‐方向に対して一本ずつ、等しくはいっているので、似たような値をとると類推される。)x軸の正負の方向に、不釣り合いな本数のブレースが入った場合はグラフのピーク時が、この二つで大きくずれるので注意が必要だ。

次の例は1.5サイクルのブレースを持つ例。1.0サイクル型はパラメーター数が1個であるので21種類のヴァリエーションで済んだ。そのためこれらを手作業で並べることができたが、この先、1,5サイクル、2.0サイクル・・・等はパラメータがどんどん増えるので、全部を羅列して、しらみつぶしに比べていくことが難しくなってくる。そこでGAの力を借りる。一つのブレースが20個の接合点の候補を持ち、そのパラメーターが2個あるので、計400通りのデザインがあり得る。これをGAでとく。しかしこれが最高の解だとは限らないので、何度か繰り返す必要がある。

 

M型ブレース(サイクル2.0と呼ばれる)の最適化。すべてのバリエーションは20の三乗=8000種類あるので、上記にあるようにガラパゴスを使って最適化、図下部分に変形の小さい順ベスト10(ランク1~10)を並べた。フィットネスクライテリアは左右から水平点荷重をかけて、それらの平均が最小になるものとした。これはすなわち、地震による振動で左右に一番変形が小さいブレースのデザインはどれかを選び出すということである。ランク1~3までは部材が重なっているところがあるので実際的には問題が出る。したがって、それらを除外したランク4(図の最も大きいダイアグラム)をこの部門の最適解とする。

 

 

■ここに耐震補強筋交い構造の最適化を記録した動画を置いておく


Outside perspective when its completion (by Mr.sato)/竣工時遠景(佐藤氏撮影)


Credit,
Design; Sharisharishari
Structure; Structured Environment
Construction; Kochi