研究業績(藤井)−著書

藤井大地著:
「Excelで解く構造形態創生 建築におけるトポロジー最適化」,丸善出版,2024.6

著者藤井の約25年にわたる連続体のトポロジー最適化の研究成果をまとめたものです.
本書の特徴は,数学的手法と発見的手法のどちらも扱っている点です.

また,Excelで,データ作成,解析,結果表示まで一貫して行えることも大きなメリットと言えます.
すなわち,Excelさえあれば, 卒業研究や修士研究が行えるわけです.

トポロジー最適化のプログラムは,実際作成してみると,思うような形態が得られない場合がほとんどです.
本書には,25年間に培われたプログラミングのノウハウが惜しみなく公開されています.

まずは,本書のソフトをダウンロードして,いくつかの例題を解いてみてください.Excelなので,多少解析時間はかかりますが,その威力を実感できると思います!

藤井大地,松本慎也共著:
「Excelで解く構造力学 最適設計編」,丸善出版,2023.11

『Excelで解く構造力学』シリーズの完結編として,これまで長年にわたって研究を行ってきた骨組構造物の最適設計に関する知識を惜しみなく詰め込みました.

論文や著書に書かれているものも,実際にプログラムを作ってみるとうまく行かないということが多々あると思います.その点,本書では,プログラムの中身まですべて掲載されているので,実際にどの程度うまく行くのかを直接確かめることができます.

また,本書は,位相(トポロジー)の最適化だけでなく,形状最適化,さらには部材断面の最適化まで取り扱っていますので,最適設計の全般を学習することができます.

さらには,位相最適化と形状最適化については,数理計画法と進化的手法の両方を掲載しているので,数理計画法の厄介さ(特に形状最適化)なども,体験できると思います.

このシリーズ4冊が理解できれば,構造解析の基礎とプログラミング技術は十分に身につくと思いますので,さらに使いやすいソフトウェアに発展させていただければと思っています.

藤井大地,松本慎也共著:
「Excelで解く構造力学 振動解析編」,丸善出版,2023.4

「Excelで解く3次元建築構造解析」の3次元骨組の地震応答解析部分を改訂し,新たに,1質点系,多質点系,3次元骨組まで,すべての地震応答解析を行えるプログラムの作成方法を示しました.静的な解析で満足できない人は,ぜひ3次元骨組の地震応答解析プログラムの作成にチャレンジしてみてください.

1質点系の地震応答解析では,防災科学技術研究所 強震観測網(K-NET,KiK-net)のホームページからダウンロードした地震波から,応答スペクトルを作成できるようにしました.また,このような地震波は,多質点系プログラムや3次元骨組の地震入力にも用いることができるため,最新の地震波に対する地震応答解析を行うことができます.

また,多質点系の地震応答解析では,固有振動解析や弾性地震応答解析のみならず,バイリニア型とトリリニア型の履歴特性を導入した弾塑性地震応答解析が行えるようにしています.このトリリニア型の履歴特性プログラムにはえらく苦労したのですが,かなり詳しい解説を入れているので,これを理解できれば,様々な履歴特性プログラムが作れるようになると思います.

最後に,3次元骨組の地震応答解析プログラムでは,NS,EW,UDの3方向の地震加速度を同時に入力できるようにしていますので,まさに3次元的な地震応答特性を分析できます.また,弾塑性解析についても,完全弾塑性型のみですが,解析ができるようになっています.

さらに,おまけとして,付録に,3次元骨組の座屈解析プログラムも掲載しています.というのも,3次元骨組の固有振動解析と,座屈解析は,かなり類似性があるので,この機会に載せておこうと思いまして.

なお,本書のプログラムダウンロードサイトのURLが間違っており,[.or.jp ]ではなく,[.co.jp]にしないと,プログラムがダウンロードできないので注意してください!

多質点系のプログラムにバグが発見されました(2014/1/10).バグは「固有振動解析」サブルーチンで,64ページの図2.11のEの部分を下記の赤字のように修正する必要があります.なお,エラーは,固有値の変換を4次モードまでしか行っていなかったために生じるもので,5階以上のデュアメル積分法の弾性解析の応答に問題が生じます.したがって,本書の解析例の結果は間違っていません(4.3.3項の6階建ての建物は弾塑性解析で行っているため).

第2章64頁のプログラムの修正

本書ダウンロードサイトのプログラムの方は,少し時間がかかると思われますが,この修正を行ったものに変更される予定です.

藤井大地,松本慎也共著:
「Excelで解く構造力学 3次元解析編」,丸善出版,2022

「Excelで解く3次元建築構造解析」の改訂版ですが,本書においても内容を大幅に変更し,「Excelで解く構造力学 第2版」を3次元に拡張したものとなっています.

本書で作成するExcel VBAソフトウェアでは,3次元の構造力学問題が解けるだけでなく,3次元骨組の構造設計を行うことができ,静的荷重増分法による耐力計算まで行えるようになっています.したがって,本書のソフトウェアがあれば,実務の構造設計を行うことも可能です.

また,大学の授業においても,3次元の構造設計ができると,コンペなどで提案される複雑な形状の建築物の構造的実現性なども検討することができ,デザインと構造を両輪とする教育が,よりやりやすくなると思います.

なお,「Excelで解く3次元建築構造解析」に含まれていた動的解析の部分は,振動解析の基礎理論から応用までをまとめた「Excelで解く構造力学 振動解析編(仮)」に含める形で新たな著書として出版する予定です.


藤井大地,松本慎也共著:
「Excelで解く構造力学 第2版」,丸善出版,2021

「Excelで解く構造力学」の改訂版ですが,内容は大幅に変えています.

目玉は,構造力学のヒンジがある問題が快適に解けるようになった点です.それから,構造設計用のソフトウェアとして,「構造設計.xlsm」と「耐力計算.xlsm」の作成法の追加しました.これらのプログラムは,固定端モーメントとせん断力で荷重が入力できるため,実務の構造設計にも十分活用できます.さらに,2次設計の耐力計算もできますので,かなり活用の範囲は広がります.節点数や要素数にも制限がありませんので,計算時間やグラフィック表示には時間はかかりますが,大規模構造物の解析も可能です.


藤井大地,松本慎也共著:
「建築構造設計・解析入門 Fortran解析プログラム付」,丸善出版,2017

建築物の構造設計・構造解析の基礎から応用までをまとめた大学生のための教科書。

本書は4章構成となっています。
1章ではまず、構造設計の基本となる構造計画や構造計算の概要をまとめています。 2章では、模型を用いた載荷実験を通して建築物の壊れ方を体験的に学び、その結果と解析ソフトによる解析値を比較・考察することで構造力学的センスを養うことを目指しています。 続く3章と4章では、構造解析に用いる有限要素法のしくみを骨組解析を例に解説するとともに、振動学のエッセンスを詳述しました。

付録としてテーパー梁、トラス、骨組の有限要素解析プログラムと各種の地震応答解析のプログラム(Fortran90)を収録しています。 また、各プログラムは、Pythonでも作成してみました。
Program_python.zip  ←
 NumPyを利用しない場合
Program_python_with_NumPy.zip  ← NumPyを利用する場合
なお、Pythonに関しては、下記のAnacondaからパッケージをダウンロードすれば、NumPyは標準で付属しています。
https://www.anaconda.com/download/

藤井大地著:
「Excelで簡単にシミュレーション! 建築デザインと最適構造 CD-ROM付」,丸善,2008

「Excelで解く構造力学」,「Excelで解く3次元建築構造解析」の応用編として、新しい建築構造を創生するツールを提供しています。
これは、「パソコンで解く構造デザイン」をもとにしていますが、Excelをデータ入力や結果表示に用い、また、解析プログラム(Fortran)も、「Excelで解く構造力学」,「Excelで解く3次元建築構造解析」で解説しているものと同じように作成しているので、大学生でも十分解読できるプログラムとなっています。
建築デザイナーや構造家にも、建築デザインを考えるためのツールとしてご利用いただきたいと思いますし、研究者を目指す学生・院生にも、構造解析の面白さを学んでほしいと思っています。

大田和彦,藤井大地共著:
「はじめて学ぶ建築構造力学」,森北出版,2008

近畿大学工学部の静定力学・同演習,材料力学・同演習,不静定力学T・同演習,不静定力学U・同演習の教科書ができあがりました.
大田先生と,5年間, 工学部の学生が理解できるように教える内容を厳選し,また,理論には手を抜かず,できるだけ丁寧に,わかりやすくを目標に書きためたものをまとめたものです.

藤井大地著:
「Excelで解く3次元建築構造解析」,丸善,2005

前著「Excelで解く構造力学」では、Excelに付属するマクロ機能(Excel VBA)で2次元(平面)骨組みの構造計算を行うプログラムの作り方を解説しましたが、本書ではさらにその応用編として、3次元(立体)骨組の静的弾性および静的弾塑性解析・振動解析・応答解析・弾塑性応答解析など幅広い構造解析が可能なプログラムの作り方を解説しています。単にプログラムの作り方だけでなく、基礎となる理論も述べていますので、マトリクス法(有限要素法)の理解や構造設計・構造解析の熟練に役立つことを期待しています。なお、付属のCD-ROMにはプログラムのソースコードがすべて収録されています。

藤井大地著:
「Excelで解く構造力学」,丸善,2003
Excelに標準装備されているマクロ機能(VBA)を使用して、構造力学のプログラムを作成手順をわかりやすく解説しています。VBAプログラミングの基礎から、マトリクス法(有限要素法)の原理とそれをどのようにプログラミングしていくかについて詳細かつわかりやすく記述しています。Excelを利用して骨組構造計算や解析を学びたい方はもとより、大学学部1、2年向け建築構造力学のコンピュータ演習テキストとしても利用できます。付属するCD-ROMには本書に掲げた例題のほか、マトリクス演習、構造力学、断面解析、トラス収録などのExcelファイルを収録。また、ソースコードも本書にすべて掲載しました。
藤井大地著:
「パソコンで解く構造デザイン」,丸善,2002
建築設計において、構造計算・構造設計は必要不可欠な要素であるにもかかわらず、学生はもちろん、実務者においても苦手意識はぬぐいきれないのが実情です。本書は、有限要素法の基礎から説き、パソコン上で簡易的に数値計算を行い、力学的に無理のないデザインをシミュレーションするものです。また、本来は構造計算の前に建築デザインが先であるが、本書添付のソフト(形態解析ソフト:Gaudi, Otto, Isler [Windows 98/2000/Me/XP 対応])により、先に力学的な条件を与えて最適な形を創り出し、デザインの骨格を決めるということも可能です。建築・土木系学生の形態シミュレーションとして、また、実務者のコンセプトデザインの支援ツールとしても利用できます。
藤谷義信,藤井大地,野中哲也共著:
「パソコンで解く骨組の静的・動的・弾塑性解析」,丸善,2000
有限要素法による骨組構造の解析理論の解説と実践的プログラムを提供する実務家向け専門書。解析プログラムはより高度な知識が要求される弾塑性問題までを扱っています。また、本文では理論式の解説とともに例題を豊富に掲げ、付属CD−ROMに収めたプログラムを使って解析する方法を具体的に示しています。
藤井大地分担執筆:
「空間構造におけるコンピュータ利用の新しい試み(1章3節)」
日本建築学会,pp.36-49, 2005
骨組構造のリンク機構の創生法についてまとめています。また,このような方法により創生されたリンク機構を制震装置に適用することを試みています。
藤井大地分担執筆:
「最近の建築構造解析理論の基礎と応用(第1章)」
日本建築学会,pp.1-26, 2004
骨組構造解析の基礎理論についてまとめています。3次元の弾性論から出発して,梁理論がどのような近似にもとづいて構築されているかを詳しく述べています。また,せん断変形を考慮した理論についても言及しています。
藤井大地分担執筆:
「構造形態創生の理論と応用(T-2,V−1.1)」
日本建築学会,pp.9-18, pp.117-130, 2001
均質化設計法の理論と応用についてまとめています。その他にも,遺伝的アルゴリズム,ニューラルネットワーク,セル・オートマトン,擬似やきなまし法などを利用した構造形態の創生理論がまとめられています。

雑誌記事等

「ものづくりとコンピュータ−空間構造」
建築雑誌,Vol.122, No.1567, 2007.10, pp.28-33

「建築構造わかったことわからないこと」という特集で,名古屋大学の大森先生,構造家の渡辺邦夫さんと「ものづくりとコンピュータ」というテーマで座談会を行いました。緊張して,何を話したかよく憶えていません。

「合理的な構造の可視化」
建築雑誌,Vol.122, No.1565,2007.8, pp.34-35

謎を可視化するの連載で,位相最適化手法を用いて,構造物の力学的に合理的な形態の可視化にトライしています。

「あの先生に学びたい」
私大蛍雪,Vol. 77, 2004.6,pp.77

「安全で最適な”モノの形”は何か? 数学が創り出す建築の新しいデザインを探る」というテーマで,ケント紙で,建築構造を制作する授業や,形態解析に関する研究について,熱く語っています。

「建築システムのための最適化4 形の最適化」
建築雑誌,Vol. 118, No.1512, 2003.12,pp.54-55
東京工業大学の青木先生とともに,形の最適化について記述しています。私の担当は,構造形態の最適化ということで,最近の構造形態の最適化技術の発展についてまとめました。
「鉄の新世紀・第10回−建築構造設計の世界に新機軸,形態解析を用いた建築デザイン」
鋼構造ジャーナル,第932号,pp.16
形態解析手法を用いた建築デザインの可能性について私見を述べています。