(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップを備える残余耐震性能評価方法。
Ｓａ１  建物の少なくとも基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点と、上層階とに設置した複数のセンサーにより、外乱を含む地震動の絶対加速度、絶対速度或いは絶対変位のいずれかを計測するステップ
Ｓａ２  前記センサーの計測値に対して、ウェーブレット変換を行って前記計測値についての周波数応答波形を計算することにより前記周波数応答波形の周波数帯を複数のランクに分解すると共に前記周波数応答波形の振幅を時間で積分又は微分することにより、
各ランクにおける絶対変位と絶対加速度とを求めるステップ
Ｓａ３  分解されたランクのうち少なくとも１つを選択するステップ
Ｓａ４  選択されたランクに属する絶対変位に基づいて基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点におけるセンサーの計測値を基準とした計測点での相対変位を求めるステップ
Ｓａ５  選択されたランクの前記相対変位及び絶対加速度に基づいて、代表変位Ｓｄ及び代表加速度Ｓａを計算して建物の性能曲線を求め、建物の限界変形点から性能曲線包絡線を求めるステップ
Ｓａ６  前記計測点での絶対加速度に基づいて、これらを建物に入力した入力地震動として前記選択されたランクの加速度応答スペクトルＲａ及び変位応答スペクトルＲｄをそれぞれ計算して建物の要求曲線を求めるステップ
Ｓａ７  前記性能曲線包絡線と前記要求曲線とを比較して安全性の判断を行うステップ
【請求項２】
前記センサーは加速度センサーであり、前記ステップＳａ２における微分又は積分は、２階積分である請求項１記載の残余耐震性能評価方法。
【請求項３】
前記センサーは速度センサーであり、前記ステップＳａ２における微分又は積分は、１階微分と１階積分である請求項１記載の残余耐震性能評価方法。
【請求項４】
前記センサーは変位センサーであり、前記ステップＳａ２における微分又は積分は、２階微分である請求項１記載の残余耐震性能評価方法。
【請求項５】
以下のステップを備える残余耐震性能評価方法。
Ｓｂ１  建物の少なくとも基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点と、上層階とに設置した複数のセンサーにより、外乱を含む地震動の絶対加速度又は絶対変位を計測するステップ
Ｓｂ２  前記センサーの計測値に対して、ウェーブレット変換を行って前記計測値についての周波数応答波形を計算することにより前記周波数応答波形の周波数帯を複数のランクに分解するステップ
Ｓｂ３  分解されたランクのうち少なくとも１つを選択するステップ
Ｓｂ４  選択されたランクにおける前記周波数応答波形の振幅を時間で積分又は微分することにより、計測点における絶対変位又は絶対加速度を求めるステップ
Ｓｂ５  選択されたランクに属する絶対変位に基づいて基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点におけるセンサーの計測値を基準とした計測点での相対変位を求めるステップ
Ｓｂ６  選択されたランクの前記相対変位及び絶対加速度に基づいて代表変位Ｓｄ及び代表加速度Ｓａを計算して建物の性能曲線を求め、建物の限界変形点から性能曲線包絡線を求めるステップ
Ｓｂ７  前記計測点での絶対加速度に基づいて、これらを建物に入力した入力地震動として前記選択されたランクの加速度応答スペクトルＲａ及び変位応答スペクトルＲｄをそれぞれ計算して建物の要求曲線を求めるステップ
Ｓｂ８  前記性能曲線包絡線と前記要求曲線とを比較して安全性の判断を行うステップ
【請求項６】
前記ステップＳａ３又はＳｂ３におけるランクを選択するステップは、
最も振幅の大きいランクに属する波形を選択することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の残余耐震性能評価方法。
【請求項７】
前記ステップＳａ３又はＳｂ３におけるランクを選択するステップは、
最も振幅の大きいランクに属する波形と、その両隣のランクに属する波形とを含めた３つのランクを選択することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の残余耐震性能評価方法。
【請求項８】
前記ステップＳａ３又はＳｂ３におけるランクを選択するステップは、
最も振幅の大きいランクに属する波形と、その両隣のランクのうち相対的に振幅の大きい方のランクに属する波形とを含めた２つのランクを選択することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の残余耐震性能評価方法。
【請求項９】
以下のステップを備える残余耐震性能評価方法。
Ｓｃ１  建物の少なくとも基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点と、上層階とに設置した複数のセンサーにより、外乱を含む地震動の絶対加速度、絶対速度或いは絶対変位のいずれかを計測するステップ
Ｓｃ２  前記センサーの計測値に対して、ウェーブレット変換を行って前記計測値についての周波数応答波形を計算することにより前記周波数応答波形の周波数帯を複数のランクに分解すると共に前記周波数応答波形の振幅を時間で積分又は微分することにより、各ランクにおける絶対変位と絶対加速度とを求めるステップ
Ｓｃ３  前記各ランクにおける絶対変位と絶対加速度とに基づいて、絶対変位に対する絶対加速度の比を各ランクごとに求めるステップ
Ｓｃ４  分解されたランクのうち、絶対変位及び絶対加速度に基づいて得られた前記比のほぼ等しいランクを選択して、両者の絶対変位及び絶対加速度を足し合わせるステップ
Ｓｃ５  選択されたランクに属する絶対変位及び絶対加速度に基づいて基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点におけるセンサーの計測値を基準とした計測点での相対変位を求めるステップ
Ｓｃ６  選択されたランクの前記相対変位及び絶対加速度に基づいて代表変位Ｓｄ及び代表加速度Ｓａを計算して建物の性能曲線を求め、建物の限界変形点から性能曲線包絡線を求めるステップ
Ｓｃ７  前記計測点での相対変位及び絶対加速度に基づいて、これらを建物に入力した入力地震動として前記選択されたランクの加速度応答スペクトルＲａ及び変位応答スペクトルＲｄをそれぞれ計算して建物の要求曲線を求めるステップ
Ｓｃ８  前記性能曲線包絡線と前記要求曲線とを比較して安全性の判断を行うステップ
【請求項１０】
以下の構成を更に備え、下記のステップｓ４において求められた補正代表変位Ｓｄ’を用いて前記建物の性能曲線を求める請求項１乃至９のいずれか１項に記載の残余耐震性能評価方法。
ｓ１  前記複数のセンサーのうち、前記建物の基礎部又は地上階に設置した複数のセンサーにより、前記建物の鉛直方向の回転角θを求めるステップ
ｓ２  前記回転角θに基づいてロッキングの有無を判定するステップ
ｓ３  前記ステップｓ２においてロッキング有りと判定された場合に、前記複数のセンサーのうち、前記建物の上層階に設置したセンサーの前記基礎部又は地上階からの高さｈと前記鉛直方向の回転角θとに基づいて、前記建物の鉛直方向の回転に起因する前記上層階に設置したセンサーの水平移動量Δを求めるステップ
ｓ４  前記建物の性能曲線を求めるステップＳａ５、Ｓｂ６又はＳｃ６における前記代表変位Ｓｄから前記水平移動量Δを減算して補正代表変位Ｓｄ’を求め、これを新たな代表変位Ｓｄとするステップ
【請求項１１】
前記建物の基礎部又は地上階に設置した複数のセンサーは、前記建物の鉛直方向の回転角を計測する測線上に置かれていることを特徴とする請求項１０に記載の残余耐震性能評価方法。
【請求項１２】
前記建物の基礎部又は地上階に設置した複数のセンサーは３台以上であり、前記建物の鉛直方向の回転角を計測する複数の測線上に置かれていることを特徴とする請求項１０に記載の残余耐震性能評価方法。
【請求項１３】
ＣＰＵと、一時記憶手段と、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、加速度・速度又は変位を３次元で計測するセンサーと、Ａ／Ｄ変換器と、時刻同期手段と、外部の機器と接続するための入出力インターフェースとを備え、
前記ＣＰＵが前記記憶手段に記憶したプログラムにより、請求項１〜４、６〜８、１０〜１２における前記ステップＳａ１乃至Ｓａ７、請求項５〜８、１０〜１２における前記ステップＳｂ１乃至Ｓｂ８、請求項９〜１２における前記ステップＳｃ１乃至Ｓｃ８、又は請求項１０〜１２における前記ステップｓ１乃至ｓ４の各ステップを実行させることを特徴とする建物の残余耐震性能評価装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の一つ又は複数の残余耐震性能評価装置と、これらと通信する少なくとも１台の管理サーバーとからなる残余耐震性能評価システムであって、
前記管理サーバーは、前記残余耐震性能評価装置の時刻同期、状態管理、プログラムのアップデート、又は前記残余耐震性能評価装置から出力されるデータの収集・蓄積及び出力、或いはインターネット等の通信回線を介して他のシステムに必要な情報を送受信する手段を具備することを特徴とする残余耐震性能評価システム。
【請求項１５】
加速度、速度又は変位を３次元で計測するセンサー、Ａ／Ｄ変換器、及び外部の機器と接続するための入出力インターフェイスを有する一つまたは複数の測定ユニットと、該測定ユニットと通信する少なくとも１台の管理サーバーとからなる残余耐震性能評価システムであって、
前記測定ユニット、あるいは前記管理サーバーに、さらにＣＰＵと、一時記憶手段と、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、時刻同期手段とを備え、
前記ＣＰＵが前記記憶手段に記憶したプログラムにより、
請求項１〜４、６〜８、１０〜１２における前記ステップＳａ１乃至Ｓａ７、請求項５〜８、１０〜１２における前記ステップＳｂ１乃至Ｓｂ８、請求項９〜１２における前記ステップＳｃ１乃至Ｓｃ８、又は請求項１０〜１２における前記ステップｓ１乃至ｓ４の各ステップを実行させることを特徴とする残余耐震性能評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物に設置してその耐震性能を診断するための耐震性能評価装置、耐震性能評価方法及び耐震性能評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大地震発生後の建物の残余耐震性能を迅速かつ客観的に計測するための方法として以下のようなものが知られている（特許文献１）。その構成は概ね以下のとおりである。
Ｓ１  加速度センサーにより計測した加速度の計測値を２階積分して計測点での絶対変位を算出
Ｓ２  建物の振動モードを仮定して建物各階の相対変位と絶対加速度を算出
Ｓ３  これらの値に基づいて建物の代表変位Ｓｄ及び代表加速度Ｓａを計算して性能曲線を算出
Ｓ４  基礎部での加速度計測値を建物に入力した入力地震動として加速度応答スペクトル及び変位応答スペクトルを計算して建物の要求曲線を算出
Ｓ５  Ｓ３及びＳ４で求めた性能曲線と要求曲線との比較から残余耐震性能を評価
【０００３】
通常、加速度センサーで計測された加速度計測値には外乱、すなわち地震動以外の振動成分など、種々のノイズ信号が含まれているが、従来は計測値をそのままデータ処理していた。例えば、図１３は、加速度センサーがとらえたある地震についての加速度（ｘ方向）の測定値である。
【０００４】
さらに、非特許文献１では、建物に数台の加速度計を配置し、２次モードまでが卓越するＲＣ造建物を想定した鋼製板ばね構面試験体を用いて、等価質量比を主なパラメータとした振動実験を行い、加速度の計測値から作成した性能曲線をウェーブレット変換によりモード分解し、１次モードのみの抽出を試みた実験的研究が紹介されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】松本 裕史、前田 礼一郎、楠 浩一、田才 晃，「Wavelet 変換を用いた性能曲線のモード分解法の有効性に関する実験的研究」，コンクリート工学年次論文集，２００９年，Ｖｏｌ，３１，Ｎｏ．２，ｐ．８９５−９００
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３４４２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
建物の残余耐震性能を判定するためには、建物の応答変形量を代表する代表変位Ｓｄや建物の応答加速度を代表する代表加速度Ｓａの値、あるいは加速度応答スペクトルや加速度変位スペクトルの値を精度よく求めることが必要となる。そのためには、地震動以外の外乱の影響を効果的に除去しなければならない。
【０００８】
特許文献１では、建物が低層で振動モードが１次モードのみというような、単純な１次モデルを仮定して性能曲線を求めている。例えば、上述した特許文献１における実施例では、３階建ての建物について各階に対応した３質点（質量：Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）という低層の建物でかつ単純な形状を仮定して性能曲線を算出しているが、これは高次モードの影響が無視できない建物については性能曲線の誤差が大きくなるためと考えられる。
非特許文献１では、２次モードまでが卓越するように作られた実験用の理想的な構造物について、１次モードのみの抽出を試みた実験研究が記載されている。しかしながら、実際の建物の場合には、さらに複雑な２次以上のモードの信号が重畳的に加算され、極めて複雑な信号波形となる場合、或いは、建物の構造や状態によっては建物の重心が偏心している場合などの立体的振動（いわゆる「ねじれ振動」）が生じる場合などもある。特に、立体的振動は比較的低次のモードに現れると考えられており、このような場合にも、性能曲線の誤差が大きくなる。すなわち、高次モードの信号は一律に無視してもよいというものではなく、性能曲線を計算する際に、無視してもよい外乱信号と、無視すべきでない外乱信号とがあることがわかってきた。さらに、地震計には、高周波ノイズやオフセットなど種々のノイズ信号も加わり、そのことが有意な性能曲線の計算を一層難しくする原因となっている。
【０００９】
本件発明者らは、上記の問題について鋭意検討したところ、以下のような知見を得た。高次モードの中には、最も影響力の大きい１次モードの周波数帯とかけ離れた周波数帯を持つものがあり、それが重畳的に加算されることが、性能曲線の計算に悪影響を及ぼしている。一方、高次モードの信号であっても、１次モードの周波数帯の近くに現れる場合には、性能曲線にそれほど大きな誤差を与える要因とはなりえない。
【００１０】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、地震後の建物等の耐震性を評価する残余耐震性評価方法において、外乱の影響を効果的に分離しつつ、実際の機器での測定を前提として、その評価精度と評価速度との組み合わせを多様に準備するための方法、およびその評価方法を用いた評価装置、評価システムを提供することを主たる技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書では、性能曲線の計算に悪影響を及ぼす全ての信号を「外乱」と定義して、外乱を効果的に除去するランク選択の手法についていくつかの解決手段を提供する。なお、外乱には、ノイズ信号や、ねじれ振動成分や、１次モードの周波数帯とかけ離れた周波数帯を持つ高次モードの信号等が含まれるが、本発明においては、１次モードの周波数帯の近傍に現れる高次モードの信号は、性能曲線の計算に悪影響を及ぼさないものとして、外乱とはみなさないものとする。
【００１２】
本発明に係る第１の残余耐震性能評価方法（第１の発明）は、以下のステップを備える。
Ｓａ１  建物の少なくとも基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点と、上層階とに設置した複数のセンサーにより、外乱を含む地震動の絶対加速度、絶対速度或いは絶対変位のいずれかを計測するステップ
Ｓａ２  前記センサーの計測値に対して、ウェーブレット変換を行って前記計測値についての周波数応答波形を計算することにより前記周波数応答波形の周波数帯を複数のランクに分解すると共に前記周波数応答波形の振幅を時間で積分又は微分することにより、各ランクにおける絶対変位と絶対加速度とを求めるステップ
Ｓａ３  分解されたランクのうち少なくとも１つを選択するステップ
Ｓａ４  選択されたランクに属する絶対変位に基づいて基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点におけるセンサーの計測値を基準とした計測点での相対変位を求めるステップ
Ｓａ５  選択されたランクの前記相対変位及び絶対加速度に基づいて、代表変位Ｓｄ及び代表加速度Ｓａを計算して建物の性能曲線を求め、建物の限界変形点から性能曲線包絡線を求めるステップ
Ｓａ６  前記計測点での絶対加速度に基づいて、これらを建物に入力した入力地震動として前記選択されたランクの加速度応答スペクトルＲａ及び変位応答スペクトルＲｄをそれぞれ計算して建物の要求曲線を求めるステップ
Ｓａ７  前記性能曲線包絡線と前記要求曲線とを比較して安全性の判断を行うステップ
【００１３】
本発明に係る第２の残余耐震性能評価方法（第２の発明）は、以下のステップを備える。
Ｓｂ１  建物の少なくとも基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点と、上層階とに設置した複数のセンサーにより、外乱を含む地震動の絶対加速度又は絶対変位を計測するステップ
Ｓｂ２  前記センサーの計測値に対して、ウェーブレット変換を行って前記計測値についての周波数応答波形を計算することにより前記周波数応答波形の周波数帯を複数のランクに分解するステップ
Ｓｂ３  分解されたランクのうち少なくとも１つを選択するステップ
Ｓｂ４  選択されたランクにおける前記周波数応答波形の振幅を時間で２階微分又は２階積分することにより、計測点における絶対変位又は絶対加速度を求めるステップ
Ｓｂ５  選択されたランクに属する絶対変位に基づいて基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点におけるセンサーの計測値を基準とした計測点での相対変位を求めるステップ
Ｓｂ６  選択されたランクの前記相対変位及び絶対加速度に基づいて代表変位Ｓｄ及び代表加速度Ｓａを計算して建物の性能曲線を求め、建物の限界変形点から性能曲線包絡線を求めるステップ
Ｓｂ７  前記計測点での絶対加速度に基づいて、これらを建物に入力した入力地震動として前記選択されたランクの加速度応答スペクトルＲａ及び変位応答スペクトルＲｄをそれぞれ計算して建物の要求曲線を求めるステップ
Ｓｂ８  前記性能曲線包絡線と前記要求曲線とを比較して安全性の判断を行うステップ
【００１４】
本発明に係る第３の残余耐震性能評価方法（第３の発明）は、以下のステップを備える。
Ｓｃ１  建物の少なくとも基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点と、上層階とに設置した複数のセンサーにより、外乱を含む地震動の絶対加速度、絶対速度或いは絶対変位のいずれかを計測するステップ
Ｓｃ２  前記センサーの計測値に対して、ウェーブレット変換を行って前記計測値についての周波数応答波形を計算することにより前記周波数応答波形の周波数帯を複数のランクに分解すると共に前記周波数応答波形の振幅を時間で積分又は微分することにより、各ランクにおける絶対変位と絶対加速度とを求めるステップ
Ｓｃ３  前記各ランクにおける絶対変位と絶対加速度とに基づいて、絶対変位に対する絶対加速度の比を各ランクごとに求めるステップ
Ｓｃ４  分解されたランクのうち、絶対変位及び絶対加速度に基づいて得られた前記比のほぼ等しいランクを選択して、両者の絶対変位及び絶対加速度を足し合わせるステップ
Ｓｃ５  選択されたランクに属する絶対変位及び絶対加速度に基づいて基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点におけるセンサーの計測値を基準とした計測点での相対変位を求めるステップ
Ｓｃ６  選択されたランクの前記相対変位及び絶対加速度に基づいて代表変位Ｓｄ及び代表加速度Ｓａを計算して建物の性能曲線を求め、建物の限界変形点から性能曲線包絡線を求めるステップ
Ｓｃ７  前記計測点での相対変位及び絶対加速度に基づいて、これらを建物に入力した入力地震動として前記選択されたランクの加速度応答スペクトルＲａ及び変位応答スペクトルＲｄをそれぞれ計算して建物の要求曲線を求めるステップ
Ｓｃ８  前記性能曲線包絡線と前記要求曲線とを比較して安全性の判断を行うステップ
【００１５】
なお、本発明における「建物」は広義に解し、橋梁などの土木構造物やその他全ての建築構造物を含む。
【００１６】
本発明に係る第４の残余耐震性能評価方法（第４の発明）は、前記第１〜第３の残余耐震性能評価方法において、以下の構成を更に備え、下記のステップｓ４において求められた補正代表変位Ｓｄ’を用いて前記建物の性能曲線を求める。
ｓ１  前記複数のセンサーのうち、前記建物の基礎部又は地上階に設置した複数のセンサーにより、前記建物の鉛直方向の回転角θを求めるステップ
ｓ２  前記回転角θに基づいてロッキングの有無を判定するステップ
ｓ３  前記ステップｓ２においてロッキング有りと判定された場合に、前記複数のセンサーのうち、前記建物の上層階に設置したセンサーの前記基礎部又は地上階からの高さｈと前記鉛直方向の回転角θとに基づいて、前記建物の鉛直方向の回転に起因する前記上層階に設置したセンサーの水平移動量Δを求めるステップ
ｓ４  前記建物の性能曲線を求めるステップＳａ５、Ｓｂ６又はＳｃ６における前記代表変位Ｓｄから前記水平移動量Δを減算して補正代表変位Ｓｄ’を求め、これを新たな代表変位Ｓｄとするステップ
【００１７】
この場合において、前記建物の基礎部又は地上階に設置した複数のセンサーは、前記建物の鉛直方向の回転角を計測する測線上に置かれていることが好ましい。また、前記建物の基礎部又は地上階に設置した複数のセンサーは３台以上であり、前記建物の鉛直方向の回転角を計測する複数の測線上に置かれていることがさらに好ましい。
【００１８】
本発明に係る残余耐震性能評価装置は、ＣＰＵ、一時記憶手段、記憶手段、加速度・速度又は変位を３次元で計測するセンサー、Ａ／Ｄ変換器、時刻同期手段、及び外部の機器と接続する入出力インターフェースを備え、
前記ＣＰＵが前記記憶手段に記憶したプログラムにより、第１の発明における前記ステップＳａ１乃至Ｓａ７又は第２の発明における前記ステップＳｂ１乃至Ｓｂ８若しくは第３の発明における前記ステップＳｃ１乃至Ｓｃ８、第４の発明における前記ステップｓ１乃至ｓ４の各ステップを実行させることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る残余耐震性能評価システムは、前記記載の一つ又は複数の残余耐震性能評価装置と、これらと通信する少なくとも１台の管理サーバーとからなる残余耐震性能評価システムであって、
前記管理サーバーは、前記残余耐震性能評価装置の時刻同期、状態管理、プログラムのアップデート、又は前記残余耐震性能評価装置から出力されるデータの収集・蓄積及び出力、或いはインターネット等の通信回線を介して他のシステムに必要な情報を送受信する手段を具備することを特徴とする。
【００２０】
また、別の観点では、本発明に係る残余耐震性能評価システムは、加速度、速度又は変位を３次元で計測するセンサー、Ａ／Ｄ変換器、及び外部の機器と接続するための入出力インターフェイスを有する一つまたは複数の測定ユニットと、該測定ユニットと通信する少なくとも１台の管理サーバーとからなる残余耐震性能評価システムであって、
前記測定ユニット、あるいは前記管理サーバーに、さらにＣＰＵと、一時記憶手段と、プログラム及びデータを記憶する記憶手段と、時刻同期手段とを備え、
前記ＣＰＵが前記記憶手段に記憶したプログラムにより、第１の発明における前記ステップＳａ１乃至Ｓａ７、第２の発明における前記ステップＳｂ１乃至Ｓｂ８、第３の発明における前記ステップＳｃ１乃至Ｓｃ８、又は第４の発明における前記ステップｓ１乃至ｓ４の各ステップを実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る残余耐震性能評価方法は、ウェーブレット変換によって時間周波数解析を行ったあと、ランク選択によって有意な信号のみを抽出することで、外乱を効果的に分離除去する。このため、弾性／線形の判断に悪影響を及ぼす信号が確実に除去される結果、残余耐震性能の評価に有用な地震動の信号のみに基づいて求められた性能曲線と要求曲線とを比較することができる。すなわち、本発明によれば、例えば超高層鉄筋コンクリート造や偏心のある建物等、様々な周波数成分の信号が重畳して現れる構造物に対しても精度良く残余耐震性能を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る残余耐震性能評価装置１０を建物の各階に設置した様子を表す図
【図２】残余耐震性能評価装置１０の基本構成を示すブロック図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る残余耐震性能の評価方法のフロー図
【図４】横軸に建物の水平変形量すなわち代表変位Ｓｄ、縦軸にせん断応力係数及び応答加速度Ｓａ／Ｇを表した図
【図５】（ａ）乃至（ｃ）は、加速度センサーの計測値をウェーブレット変換した結果を周波数を横軸に展開した様子を示す概念図
【図６】図６（ａ）乃至（ｃ）は、加速度センサーの計測値をウェーブレット変換し、横軸に時間、縦軸に加速度を表した計算例（（ａ）はランク３、（ｂ）はランク４、（ｃ）はランク５を表す。）
【図７】本発明の第２の実施形態に係る残余耐震性能の評価方法のフロー図
【図８】本発明の第３の実施形態に係る残余耐震性能の評価方法のフロー図
【図９】（ａ）〜（ｎ）は、ある地震動の波形についてＣＰＵにステップＳｃ１〜Ｓｃ３を実行させ、ウェーブレット変換して各ランクごとに求めた絶対変位及び絶対加速度に基づいて得られた性能曲線の傾き（比）を図示したもの
【図１０】（ａ）図３において、加速度センサーの代わりに速度センサーを用いた場合の例  （ｂ）図３において、加速度センサーの代わりに変位センサーを用いた場合の例
【図１１】本発明に係る残余耐震性能評価装置がとらえた８階建ての建物の各階の加速度の測定値の一例（６階〜屋上）
【図１２】本発明に係る残余耐震性能評価装置がとらえた８階建ての建物の各階の加速度の測定値の一例（地階〜３階）
【図１３】加速度センサーがとらえたある地震についての加速度（ｘ方向）の測定値
【図１４】（ａ）建物が角度θｘ［ｒａｄ］だけロッキングした様子  （ｂ）この建物の２階部分と屋上部分の重心点の動きを表した模式図
【図１５】図１４に示す建物を鉛直上方から見た１階の見取り図
【図１６】（ａ）建物がθｘ［ｒａｄ］だけ傾いたときの２つの隅角部のｚ方向への変位  （ｂ）建物が両隅角部とも同じ方向に変位する場合
【図１７】代表変位Ｓｄを補正する場合の修正アルゴリズム（ｓ１〜ｓ４）
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、ウェーブレット変換を用いた変位の算出方法と残余耐震性能評価装置の実施形態について説明する。性能曲線を作成するためには、基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点からの相対変位を求める必要がある。計測された絶対加速度を台形積分により２階積分すると、誤差成分の影響で不適当な変形が算出される。しかし、この変形をウェーブレット変換することにより、有意な周期帯成分の時刻歴を抽出することができる。
【００２４】
なお、以下の説明においては、加速度センサーを用いて実装した場合を例に説明する。
図１は、残余耐震性能評価装置１０を建物の各階に設置した様子を示している。本装置は少なくとも基礎部、又は地上階の床面に少なくとも１つ、上層階は各階の床面に少なくとも１つ設置する。この装置はいずれも建物内に設置されているインターネットケーブルを介してローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）に接続される。また、建物内のＬＡＮには、管理サーバー１１が設置される。管理サーバー１１は、各階に設置した複数の残余耐震性能評価装置１０を管理する役割を果たす。
【００２５】
本装置１０は建物内の全ての階に設置することが好ましいが設置しない階があってもよい。階ごとに評価すれば建物の構造上の弱点、すなわち、本震で破損した箇所や程度、あるいは残余耐震性能の劣っている箇所を精度よく評価することができる。なお、基礎部に設置する主な理由は相対変位を求めるための基準情報を得るためであるが、耐震評価の対象となる建物の地上階若しくはその他の基準地点（たとえば、建物の近隣の基準観測地点など）で観測された情報を用いても差し支えない。
【００２６】
図２は、残余耐震性能評価装置１０の基本構成を示すブロック図である。この装置は、筐体内に装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一時記憶手段２２、フラッシュメモリー或いはハードディスクなどの記憶手段２３、３次元の加速度の時間的変化を検出する加速度センサー２４、Ａ／Ｄ変換器２５、時刻同期手段２６、入出力インターフェース２７などを備えている。
【００２７】
ＣＰＵ２１は、装置全体の動作を制御する制御装置であり、残余耐震性能を評価するためのプログラムを実行する。プログラムが実行する各ステップについては後述する。記憶手段２３はプログラムを記憶すると共にＣＰＵによる演算結果をデータとして保存する。加速度センサー２４はＡ／Ｄ変換器２５を介してＣＰＵに接続され、加速度の計測値をサンプリングしながら入力データとしてＣＰＵに伝達する。時刻同期手段２６は、時刻同期サーバと通信したり或いは受信装置によって時刻情報を受信することにより時刻を校正する。各装置の時刻が一致していなければ精度のよい測定は不可能だからである。
【００２８】
なお、図２に示すように、本実施例の残余耐震性能評価装置１０は、ＣＰＵ２１や記憶手段２２，２３を備えているため、後述のウェーブレット変換や２階積分等、性能曲線と要求曲線を求めるために必要な演算を全て単体で行うことができるため、この場合、管理サーバー１１は必須ではなく、また、管理サーバー１１にどのような機能を持たせるかということも、種々の可能性がある。ただし、管理サーバー１１を設けてシステム化することにより、建物内に設置した複数の評価装置１０を統合的に管理して、各装置１０の時刻同期、各装置１０の状態管理、各装置１０のプログラム（ＯＳやファームウエア等）のアップデート、各装置１０から出力される種々のデータ収集・蓄積及び出力、或いはインターネット等の通信回線を介して他のシステム（基幹サーバー等）に必要な情報を送受信することができるなど、多くの利点がある。また、万一管理サーバーのシステムが停止しても、各装置１０のそれぞれが測定と測定値に基づく演算を行い、かつ残余耐震性能の診断結果を記憶装置内に記憶できる利点もある。
【００２９】
各階の測定点に加速度センサー、Ａ／Ｄ変換器、入出力インターフェースを有する測定ユニットのみを設置してもよいが、この場合は演算処理等を行うため管理サーバーが必須となる。また、最低限必要な機能として各階に設置した複数の測定ユニット間で時刻の同期を確実に行えるようにすることが必要である。
【００３０】
なお、管理サーバーは必ずしもＬＡＮ内に設ける必要はなく、インターネットを介して接続された管理サーバーにより集中管理するような態様も考えられる。或いは、ＬＡＮ内に設置した管理サーバーがインターネットを介して接続される基幹サーバーと通信して、大規模なデータ収集や集中管理を行う使用態様も考えられる。大地震発生後、インターネットを介して管理サーバーに残余耐震性能に関する情報を送信し、建物の安全性に関する情報を居住者にフィードバックするサービスを提供することも考えられる。また、大地震発生後の被災現場において建物の安全性、すなわち、本震と同規模の余震を最大と仮定した次の余震によって被災した建物が倒壊する危険性があるかどうかを調査する場合は、管理サーバーに代えて、装置内に記録されたデータを有線、無線或いは記録媒体を通じて検査員が持つ携帯情報端末などに転送し、残余耐震性能の診断結果を出力するように構成してもよい。
【００３１】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る残余耐震性能の評価方法のフロー図を示している。各ステップは大きく分けて、以下のステップＳａ１〜Ｓａ７に分けられる。なお、ステップＳａ１における「ｘｉ’’」はｉ番目の残余耐震性能評価装置が計測した絶対変位「ｘｉ」の２回微分すなわち加速度をあらわす。また、ウエーブレット変換をｊｇと表記してウェーブレット変換後の加速度、変位はそれぞれ、「ｊｇｘｉ’’」、「ｊｇｘｉ」と表現する。なお、速度の場合は「ｊｇｘｉ’」と表現される。また、ウエーブレット変換後に得られるランクをｒと表現する。これらは後述する図７、図８及び図１０でも同様である。
【００３２】
Ｓａ１  建物の各階に設置した残余耐震性能評価装置の加速度センサーにより加速度ｘｉ’’を計測する。なお、ｉは設置した加速度センサーの建物の階数を表す。ｉ＝０は基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点を表す。この加速度ｘｉ’’の計測値は、外乱を含んでいる。
【００３３】
Ｓａ２  前記センサーの計測値に対して、ウェーブレット変換を行って前記計測値についての周波数応答波形を計算することにより前記周波数応答波形の周波数帯を複数のランクに分解すると共に前記周波数応答波形の振幅を時間で積分又は微分することにより、各ランクにおける絶対変位と絶対加速度とを求める。
時間変化を伴う入力信号についてウェーブレット変換を行うと、周波数軸と時間軸と振幅の３次元の要素に分解される。すなわち、加速度センサーが計測した加速度情報をウェーブレット変換すれば、加速度の振幅が周波数と時間とに分解されて加速度の周波数応答波形が出力される。加速度から変位を求める場合はウェーブレット変換によって得られた加速度の振幅を時間で２階積分すればよい。このように、ウェーブレット変換の直後に２階積分を行うことによってウェーブレット変換によって分離された各ランクごとの絶対変位を得ることができる。
【００３４】
Ｓａ３  変位及び加速度のそれぞれについてモード分解されたランクのうち少なくとも１つを選択する。ランク選択は外乱を除去するためのもっとも重要なプロセスであり、構成するシステムのハードウエア処理能力や記録するデータ量などの方針に応じて種々の方法が考えられる。なお、ランク選択の具体的な手法については後述する。
【００３５】
Ｓａ４  選択されたランクに属する絶対変位に基づいて基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点におけるセンサーの計測値を基準とした計測点での相対変位を求める。
本発明の最も重要な点は、ステップＳａ３によって、選択されなかったランクに含まれる情報（振幅データ）を破棄してしまう点にある。すなわち、周波数帯域で信号を分離することで高周波ノイズやオフセットなどのノイズ信号や、ねじれ振動成分や、１次モードの周波数帯とかけ離れた周波数帯を持つ高次モードの信号などによる外乱の影響を除去する。このため、相対変位は、計測点における絶対変位と基準点における絶対変位の差を計算することで容易に求めることができる。
【００３６】
Ｓａ５  選択されたランクの前記相対変位及び絶対加速度に基づいて、代表変位Ｓｄ及び代表加速度Ｓａを計算して建物の性能曲線を求める。
Ｓｄ＝｛Σｍｉ・ｒｇ・ｘｉ｝／Σｍｉ
Ｓａ＝（Σｍｉ・ｒｇ・ｘｉ’’）／Σｍｉ
ここで、ｍｉは、高さ方向の各階の質量比を表す。多くのケースでは単純に床面積比としても差し支えない。但し、重量物が置かれているなど偏心の原因がある場合は適宜重み付けを行ってランク選択を行うことが好ましい。また、（ｒｇ・ｘｉ）及び（ｒｇ・ｘｉ’’ ）は、選択されたランクｒにおけるウェーブレット変換して得られた計測点での相対変位及び絶対加速度の振幅を表す。
【００３７】
Ｓａ６  基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点におけるセンサーの計測値を基準とした絶対加速度の加速度応答スペクトルＲａ（周期を横軸にとって最大の絶対加速度応答を縦軸にとったもの）と変位応答スペクトルＲｄ（最大の応答変形量を縦軸に取ったもの）を計算することにより、Ｒａ−Ｒｄ曲線を作成する。但し、質量は不明であるので質量比（ｒＭ／Ｍ）倍した値を図示する。この際の減衰定数は５％、周期Ｔは０．１〜５ｓｅｃとする。
【００３８】
Ｓａ７  性能曲線と要求曲線とを比較して安全性の判断を行う。
図４は、横軸に建物の水平変形量、すなわち代表変位Ｓｄ、縦軸にせん断応力係数及び応答加速度Ｓａ／Ｇを表した図を示している。実線はステップＳａ５で求めた建物の性能曲線であり、破線は建物の要求曲線である。図中のＡ点は建物の損傷が始まる点、性能曲線と要求曲線の交点すなわちＢ点〜Ｄ点は各要求曲線に対する地震での応答値を表す。Ｄ点は建物の限界変形点を表す。同図に示すように、本震の５％減衰での要求曲線が限界変形点Ｄを通過する要求曲線に一致するように応答加速度を拡大率γで拡大する。拡大率γ、すなわち要求曲線に対する性能曲線の比（すなわち建物の限界変形点での等価周期における性能曲線上の応答加速度と要求曲線上の応答加速度の比）を調べることにより、建物が安全か危険かを評価することができる。そして、建物の残余耐震性の評価診断基準として、例えば以下のような基準を採用する。
【００３９】
（ｉ）γ≧１．０の場合
γが１．０以上の場合は、ただちに「安全」と判断する。
（ｉｉ）γ＜１．０かつ建物が弾性の範囲で変位した場合
補修が必要となる場合もあるが、本震と同規模の余震が来ても倒壊は避けられるため、「安全」と判断する。
（ｉｉｉ）γ＜１．０かつ建物が弾性限界を超えて変位した場合
次の余震で建物が倒壊する危険性がある。従って、この建物は本震と同規模の地震動に対して耐えられないため、「危険」と判断する。
【００４０】
上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の評価結果は装置内の記憶手段に保持されたり、管理サーバー１１に送られたりして、診断結果が利用される。このように、本発明では残余耐震性能評価装置１０毎に残余耐震性能を評価することもできるが、通常建物の残余耐震性能の判断においては、１つでも残余耐震性能評価装置での評価が「危険」とされれば建物全体が「危険」と判断される。
【００４１】
なお、要求曲線を求めるための建物の応答スペクトルや、建物の限界変形点Ｄは、その建物の「設計図書」に記載された建物の各種基礎データに基づいて求められる。また、性能曲線包絡線は建物の築年数や地震による入力応答の履歴によって変動する。この性能曲線包絡線の履歴をグラフ化することによって可視化したものは、残余耐震性能を直感的に理解できる資料となりうる。
【００４２】
なお、上述のように、要求曲線或いは性能曲線を求めるためには、絶対加速度と相対変位を求めることが必要となる。本発明の実施形態では、現時点で相対的に製造コストが安くかつ信頼性の高い加速度センサーを用いた実現例を説明したが、加速度と速度と変位は互いに微分又は積分の関係にありいずれかが分かれば演算により容易に算出できる。
【００４３】
例えば、図１０（ａ）は、図３において、加速度センサーの代わりに速度センサーを用いた場合の例を示している。同様に、図１０（ｂ）は、図３において、加速度センサーの代わりに変位センサーを用いた場合の例を示している。従って、加速度センサーに代えて、速度センサー或いは変位センサーを用いても良い。
【００４４】
（ランク選択の具体例）
ここで、ランク選択の手法について、具体的に詳述する。
図５（ａ）乃至（ｃ）は、加速度センサーの計測値をウェーブレット変換した結果を周波数を横軸に展開した様子を示す概念図である。例えば計測値が計測時間刻み０．０１ｓｅｃで４分間（２４０００ステップ）とすると、絶対加速度が１４ランクに分解されるが図５の例では、低周波領域の５ランクのみを表示している。そして、加速度センサーの計測値を２階積分した結果を周波数を横軸に展開すれば、絶対変位：振幅が１４ランクに分解される。
【００４５】
図６（ａ）乃至（ｃ）は、図１３に示した加速度センサーの計測値をウェーブレット変換し、横軸に時間、縦軸に加速度を表した計算例であり、（ａ）はランク３、（ｂ）はランク４、（ｃ）はランク５を表す。実際には加速度は１４ランクに分解されているが、地震動に基づくと思われる有意な信号を捉えたのはランク４及びこれに隣接するランク３と５であった。この最も信号強度の大きいランク４は、１次モードの信号と考えられる。１次モードの周波数帯とかけ離れた周波数帯に属する信号（たとえば、ランク１，２や６〜１４）に属する信号は、性能曲線の計算に影響を与える外乱として排除すべき信号である。すなわち、無視してもよい高次モードの信号はランク３〜５に含まれる可能性もあるが、ランク３〜５を採用する限り、無視すべき外乱は排除される。
【００４６】
ウェーブレット変換によってランクごとに分解された絶対変位や絶対加速度の大きさ（振幅）にはノイズ信号などの外乱に由来する不要な信号が含まれている。しかし、「ランク」を選択することで、信号として採用に値する信頼性の高い絶対変位や絶対加速度の値のみを抽出することができる。そして、各ランクに分解された絶対加速度と絶対変位が分かればここから「各ランクごと」の性能曲線を求めていくこともできる。
【００４７】
（ｉ）もっとも簡単なランク選択の方法は、加速度及び変位の最大振幅を与えるランクに属する波形のみを選択することである。すなわち、最大振幅を与える「ランク４」の振幅のみを採用する。上述のように、ランク４は、１次モードの信号と考えられる。これは、図５（ａ）において斜線部で示す部分を抽出することに相当する。この方法を採用する場合、図７のフロー図（他の実施態様）に示すようにウェーブレット変換の直後には２階積分を行わず、加速度のランク選択のみを行ってもよい。こうすればウェーブレット変換の直後にランクごとの性能曲線を描くことはできなくなるが、反面、計算速度を劇的に高速化できる利点がある。従って、各装置１０のＣＰＵの処理能力を落として低コスト化することに貢献する。この場合、ランク選択後にセンサーの計測値に基づいて計算を行い、絶対変位と絶対加速度を求める。
【００４８】
（ｉｉ）上記（ｉ）の方法では、選択されなかったランクに属するデータを全て破棄してしまうために他のランクに有意な信号が含まれていてもそれらは全て破棄されてしまう。例えば、隣接するランクに大きな振幅のデータがある場合でも、そのデータが利用できなくなる。そこで、最も振幅の大きいランクに属する波形と、その両隣のランクに属する波形とを含めた３つのランクを選択する方法が考えられる。すなわち、ランク４に隣接する「ランク３〜５」の振幅を採用する。これは、図５（ｂ）において斜線部で示す部分を抽出し、最大振幅を与えるランクの両隣のランクを含めて「ランク３〜５」の振幅を採用することとし、両隣のランクの振幅を無条件に加算することに相当する。
【００４９】
（ｉｉｉ）上記（ｉｉ）の方法では、無条件に両隣のランクを選択するため、本来除去されるべき外乱の信号を誤って含む場合も起こりうる。そこで、最も振幅の大きいランクに属する波形と、その両隣のランクのうち相対的に振幅の大きい方のランクに属する波形とを含めた２つのランクを選択するという方法も考えられる。例えば、最大振幅を与えるランク（図５の例では「ランク４」）と共にこれに隣接するランク（＝ランク３，５）を採用するが、両隣ではなく、より振幅が大きい一方（図５（ｃ）において斜線部で示すように、「ランク５」）のみを選択的に加算する。なお、上記（ｉｉ）の方法と比較すると両隣のうちいずれの振幅が大きいかを判断しなければならないため演算量が増えるが、より精度の高い結果を期待することができる。
【００５０】
（ｉｖ）図７は、本発明の第２の実施形態に係る残余耐震性能の評価方法のフロー図を示している。各ステップは大きく分けて、以下のステップＳｂ１〜Ｓｂ８に分けられる。
Ｓｂ１  建物の少なくとも基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点と、上層階とに設置した複数のセンサーにより、外乱を含む地震動の絶対加速度を計測する。
Ｓｂ２  前記センサーの計測値に対して、ウェーブレット変換を行って前記計測値についての周波数応答波形を計算することにより前記周波数応答波形の周波数帯を複数のランクに分解する。ステップＳａ２との違いは、計測値の周波数応答波形を計算するのみで、この時点では積分や微分を敢えて行わない点である。加速度を時間で２階積分することで変位が求められるが、外乱を含んだ状態でかつ３軸（ｘｙｚ）全てについて求めることが必要であり、上述したステップＳａ２の演算量はかなり大きい。従って、演算量の大きい処理を敢えて行わないことで、ハードウェアのスペックを下げることができる。このような理由により、ステップＳｂでは、各ランクにおける絶対加速度のみを求める。
【００５１】
Ｓｂ３  分解されたランクのうち少なくとも１つを選択する。この際、ランク選択の手法（ｉ）〜（ｉｉｉ）を適用してもよい。２つ以上選択したときは、選択されたランクに属する絶対加速度を足し合わせる。ここで選択されるのは加速度に関する情報のみとなる。変位に関する情報は一切得られない。従って、この手法によれば演算量を最小にすることができ、処理能力の低いＣＰＵ等を用いることができる。
【００５２】
Ｓｂ４  選択されたランクにおける前記振幅を時間で２階積分する。ランク選択によって外乱を含む不要なデータは破棄しているため、ここでも２階積分の計算量を抑えられる。このステップにより、計測点における絶対変位を求める。Ｓｂ１において、加速度センサーに変えて、変位センサーに置き換えてもよい。この場合、Ｓｂ４のステップにおける２階積分を２階微分に置き換える必要があるが、このようにしても、ステップＳｂ４の時点で絶対変位と絶対加速度が求められる。
【００５３】
Ｓｂ５  選択されたランクに属する絶対変位に基づいて基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点におけるセンサーの計測値を基準とした計測点での相対変位を求める。ステップＳａ４同様に、相対変位は、計測点における絶対変位と基準点における絶対変位の差を計算することで容易に求めることができる。
【００５４】
Ｓｂ６  選択されたランクの前記相対変位及び絶対加速度に基づいて代表変位Ｓｄ及び代表加速度Ｓａを計算して建物の性能曲線を求め、建物の限界変形点から性能曲線包絡線を求めるステップ
Ｓｂ７  前記計測点での絶対加速度に基づいて、加速度応答スペクトルＲａ及び変位応答スペクトルＲｄをそれぞれ計算して建物の要求曲線を求めるステップ
Ｓｂ８  前記性能曲線包絡線と要求曲線とを比較して安全性の判断を行うステップ
【００５５】
ステップＳｂ６〜Ｓｂ８は、上述したステップＳａ５〜Ｓａ７と同様であるため、説明を省略する。
【００５６】
以上説明したランク選択の手法は、演算量が最小であるため極めて簡易なハードウェアで実現できる。実際、ステップＳｂ１〜Ｓｂ８を実行するプログラムによって残余耐震性能評価装置を試作し、実験してみると、このような簡易のハードウェア構成であっても建物の形状や残余耐震性能評価装置の配置によっては、十分に実用レベルの使用に耐えうる精度が得られることが分かる。
【００５７】
（ｖ）図８は、本発明の第３の実施形態に係る残余耐震性能の評価方法のフロー図を示している。各ステップは大きく分けて、以下のステップＳｃ１〜Ｓｃ８に分けられる。
Ｓｃ１  建物の少なくとも基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点と、上層階とに設置した複数のセンサーにより、外乱を含む地震動の絶対加速度、絶対速度或いは絶対変位のいずれかを計測する。このステップは、ステップＳａ１と同様である。
Ｓｃ２  前記センサーの計測値に対して、ウェーブレット変換を行って前記計測値についての周波数応答波形を計算することにより前記周波数応答波形の周波数帯を複数のランクに分解すると共に前記周波数応答波形の振幅を時間で積分又は微分することにより、各ランクにおける絶対変位と絶対加速度とを求める。
時間変化を伴う入力信号についてウェーブレット変換を行うと、周波数軸と時間軸と振幅の３次元の要素に分解される。すなわち、加速度センサーが計測した加速度情報をウェーブレット変換すれば、加速度の振幅が周波数と時間とに分解されて出力される。加速度から変位を求める場合はウェーブレット変換によって得られた加速度の振幅を時間で２階積分すればよい。このように、ウェーブレット変換の直後に２階積分を行うことによってウェーブレット変換によって分離された各ランクごとの絶対変位を得ることができる。
【００５８】
Ｓｃ３  ステップＳｃ２で、計測点での絶対変位と絶対加速度が得られているので、ここで、絶対変位に対する絶対加速度の比、すなわち傾きを、各ランクごとに計算する。この傾きは建物の性能曲線と近似したものになるが、厳密には、代表変位や代表加速度に基づいて算出されたものではないので、「性能曲線」とは言えないが、実質的にほぼ同じような値となるため、便宜上「絶対変位及び絶対加速度に基づいて得られた性能曲線の傾き」と定義とする。
そして、各ランクごとに求めたその傾きを比較して、傾きが近いランクを地震動による信号とみなしてこれら（一つとは限らない）を足し合わせる。こうすることにより、隣接しないランク同士でも、絶対変位及び絶対加速度に基づいて得られた性能曲線の傾きが近似していれば、「選択」されることになる。
【００５９】
図９（ａ）〜（ｎ）は、ある地震動の波形についてＣＰＵにステップＳｃ１〜Ｓｃ３を実行させ、ウェーブレット変換して各ランクごとに求めた絶対変位及び絶対加速度に基づいて得られた性能曲線の傾きを図示したものである。この例では、全部で１４ランクに分解しているため、「絶対変位及び絶対加速度に基づいて得られた性能曲線の傾き」のグラフも１４枚描かれることになる。なお、地震動の波形は少なくとも３軸必要であるが、この図に示す波形は、ｘ方向のみとしている。すなわち、この手法によれば、各方向ごとに性能曲線の傾きを求めるため、選択されるランクも方向ごとに異なっていて構わない。例えば、ｘ軸はランク５と６を選択するが、ｙ軸はランク４とランク５とランク６を選択するというように、各軸ごとに異なるランクを選択してもよい。
【００６０】
図９の例では、図９（ｅ）と（ｆ）、すなわち、ランク５とランク６の傾きがほぼ等しく、その他は等しくないことが分かる。
【００６１】
Ｓｃ４  分解されたランクのうち、絶対変位及び絶対加速度に基づいて得られた性能曲線の傾きのほぼ等しいランク（図９の場合、ランク５とランク６）を選択して、両者の絶対変位及び絶対加速度を足し合わせる。
【００６２】
Ｓｃ５  選択されたランクに属する絶対変位及び絶対加速度に基づいて基礎部又は地上階若しくはその他の基準地点におけるセンサーの計測値を基準とした計測点での相対変位を求める。ステップＳａ４同様に、相対変位は、計測点における絶対変位と基準点における絶対変位の差を計算することで容易に求めることができる。
【００６３】
Ｓｃ６  選択されたランクの前記相対変位及び絶対加速度に基いて代表変位Ｓｄ及び代表加速度Ｓａを計算して建物の性能曲線を求め、建物の限界変形点から性能曲線包絡線を求めるステップ
Ｓｃ７  前記計測点での相対変位及び絶対加速度に基づいて、これらを建物に入力した入力地震動として前記選択されたランクの加速度応答スペクトルＲａ及び変位応答スペクトルＲｄをそれぞれ計算して建物の要求曲線を求めるステップ
Ｓｃ８  前記性能曲線包絡線と要求曲線とを比較して安全性の判断を行うステップ
【００６４】
ステップＳｃ６〜Ｓｃ８は、上述したステップＳａ５〜Ｓａ７（又はＳｂ６〜Ｓｂ８）と同様であるため、説明を省略する。
【００６５】
上述したランク選択の方法（ｉｖ）とは異なり、相対変位と絶対加速度の両方について信頼性の高いランクを選択することができる。このように計測点での相対変位と絶対加速度を両方算出し、各ランクごとに性能曲線の傾きを求めるため演算量は非常に多くなるが、極めて精度の高い結果が得られる。
【００６６】
例えば、図１１及び図１２は、本発明に係る残余耐震性能評価装置を８階建ての建物の地階から屋上までの各階に設置して測定したｘ、ｙ、ｚ方向の加速度の測定値の一例を示している。図１１は屋上（ＲＦ）〜６階まで、図１２は３階〜地階までの結果である。４階と５階の測定結果は省略する。外乱を含む加速度信号がウェーブレット変換とランク選択によって１次モードを中心とする性能曲線の計算に影響を及ぼさない有意な信号のみを抽出してＰ波とＳ波からなる地震の揺れをとらえている。また、階によって加速度の大きさが異なる様子や、ｘｙｚ方向の揺れの違いなどをとらえることができた。
【００６７】
［建物のロッキングの影響を考慮するアルゴリズム］
ところで、地震の際に建物にロッキング（鉛直方向の回転）という現象が起こる場合がある。このとき、計測点での相対変位はロッキングによる水平移動分が加算され、各測定点で算出される代表変位Ｓｄが真の値よりも大きな値として求められる。しかし、この場合、建物全体が鉛直方向に回転しているのであるから、代表変位Ｓｄの値が大きくてもそれはロッキングによる水平移動分が上乗せされているだけであるから、一定の許容範囲内であれば建物の損傷は起こらない。すなわち、ロッキングに起因した相対変位の増加分は、安全性の判断の際に考慮されるべき真の値を求める際の「外乱」として除去されるべきである。さもないと、ロッキングが起こった建物の残余耐震性能は本来安全と判断されるべき建物でもロッキングの影響により「危険」と判断されてしまうことも起こりうるであろう。なお、ロッキングの起こりやすさは建物の構造、特に、鉛直剛性や偏心などによって変わるもので、全ての建物でロッキングが発生するとは限らない。このため、より高精度に残余耐震性能を評価するためには、ロッキングによる水平移動量を計測乃至算出するだけでなく、事前にロッキング発生の有無について調べ、代表変位Ｓｄを補正する必要があるかどうか判断する。以下の説明では、建物のロッキングの影響を考慮した残余耐震性能の評価手法について説明する。
【００６８】
まず、建物のロッキングという現象について、簡単なモデルを用いて説明をする。
図１４（ａ）は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に建てられた底面が矩形状の建物がｘ軸の周りに角度θｘ［ｒａｄ］だけロッキングした様子を、図１４（ｂ）は、この建物の２階部分と屋上部分の重心点の動きを表した模式図を、それぞれ示している。図１４（ｂ）に示すように、建物がロッキングすることにより回転中心（多くの場合「基礎部」の重心点となる）の周りに角度θｘだけ鉛直方向に回転して建物が全体的に傾いた場合、計測値Ｓｄからロッキングによる水平移動量Δｙを差し引いた値Ｓｄ’が真の水平移動量のｙ成分となる。
【００６９】
建物のロッキング発生の有無を検知するためには、予め建物の基礎部又は１階（地上階）に複数（少なくとも３個）の加速度センサーを設置する。その場合、測定精度を高めるためには、建物の各外壁近傍を回転角計測の測線として、センサーを建物の隅角部に設けることが好ましい。
【００７０】
図１５は、図１４に示す建物を鉛直上方から見た１階の見取り図であり、３つの隅角部に加速度センサー１０が設置されていることを表している。この建物はｘ軸、ｙ軸方向に建てられているため、回転軸はｘ軸及びｙ軸の２つとなる。従って、ロッキングによる水平移動量を計算する際は、ｘ軸の回転による成分とｙ軸の回転による成分の２つを計算する必要があるが、以下では簡単のため、ｘ軸方向の回転による成分についてのみ説明する。
Δｙの値は回転角θｘと回転中心から質点までの距離ｈを用いて、
Δｙ＝ｈ・ｔａｎθｘ        ・・・・・・（１）
と表される。一方、ｔａｎθｘの値は建物の１階の隅角部の鉛直方向の応答加速度ベクトルから求められる建物の各隅角部におけるｚ方向（垂直方向）の変位の差ΔＺと建物の基礎部又は１階に設置したセンサー間距離ｄｙから求めることができる。
【００７１】
センサーが加速度計の場合は２階積分によって変位が求められるので、ｘ軸を中心とするロッキングによる建物の隅角部の変位の差ΔＺＸは加速度センサーから求められる変位差から求めることができる。
【００７２】
図１６（ａ）では、建物がθｘ［ｒａｄ］だけ傾いたときの２つの隅角部のｚ方向への変位を示している。測定点が３点である場合は３つのベクトルのｚ成分の差として表されることになるが、ここでは説明のため２点としている。図１６（ａ）の例では、紙面左側の隅角部が浮き上がり、逆に紙面右側の隅角部が沈んでいるが、このような場合、建物の傾き（回転角θｘ）は、建物の横幅ｄｙと隅角部の変位差ΔＺX （＝｜ΔＺ１−（−ΔＺ２）｜）を用いて
ｔａｎθｘ＝ΔＺX ／ｄｙ      ・・・・・・（２）
と表される。この時、θｘの値はｔａｎθｘの逆関数アークタンジェントで表されるので
θｘ＝ａｔａｎ（ΔＺＸ／ｄｙ）  ・・・・・・（２’）
として求められるが、θの値が微小の場合、近似式ｔａｎθ≒θが成立するので、
θｘ≒ΔＺX ／ｄｙ            ・・・・・・（２’’）
とすることでこれを利用することにより計算量を減らすことができる。なお、変位差を求める際に和を求めているがこれは変位の方向が互いに反対方向であったためであり、ベクトル的には成分を引き算をしてその絶対値を求めていることと等しい。ｙ軸方向の回転についても同様に計算する。なお、建物は建物の形状によって回転軸の数が異なるが、基本的な考え方としては、建物の基礎部又は１階に複数のセンサーを設置し、各センサーのｚ方向の変位と各センサー間の距離に基づいて回転角を求めればよい。
【００７３】
基礎と建物の結合が不十分な場合などでは、建物全体が基礎から離れて浮き上がる場合もある。このようなケースでは、図１６（ｂ）に示すように、両隅角部とも同じ方向に変位する。ただし、変位差を求める方法としては上述したものと同様であり、両隅角部の変位を求めてそれらの長さの差（正確には差の絶対値）、即ち、Δｚｘ＝｜Δｚ１−Δｚ２｜を計算すればよい。
【００７４】
以上のようにして得た回転角θｘのタンジェントを含む式（２）を式（１）に代入することでΔを求めることができる。すなわち、
Δｙ=ｈ・ΔＺX ／ｄｙ          ・・・・・・（３）
となる。
【００７５】
図１７は、代表変位Ｓｄを補正する場合の修正アルゴリズムを説明するものである。上述した各実施形態におけるフロー図（図３、図７、図８）におけるステップＳａ５、Ｓｂ６、Ｓｃ６における代表変位Ｓｄ算出ステップは、このアルゴリズムに基づいて補正することができる。すなわち、計測点での相対変位から回転角θを計算し（ステップｓ１）、回転角θの値に基づいてロッキングの有無を判定し（ステップｓ２）、ロッキング有りと判定された場合にはロッキングによる水平移動量Δを計算し（ステップｓ３）、代表変位Ｓｄから減算することにより補正された補正代表変位Ｓｄ’を求め、このＳｄ’を新たな代表変位Ｓｄとして（ステップｓ４）、性能曲線を求めるのである。
【００７６】
以上のように、代表変位Ｓｄを求める際に、このようにロッキングによる水平移動量Δを減算することで、残余耐震性能の判断の精度を一層高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係る残余耐震性能評価装置は振動モード系の仮定を行わず、実データを処理するため、性能曲線の計算に悪影響を及ぼすような高次モードの影響が無視できない高層の建物、或いは偏心などにより立体的振動を生じる建物、或いは橋梁などの土木構造物など、様々な形状や構造の建物に設置しても性能曲線に誤差を与える外乱は効果的に除去されるため、高い精度で残余耐震性能の評価が可能となる。また、被災現場で各装置のデータを回収することで短時間にかつ精度よく残余耐震性能を評価できるため、産業上の利用可能性は極めて大きい。
【符号の説明】
【００７８】
１０  残余耐震性能評価装置
１１  管理サーバー
２１  ＣＰＵ
２２  一次記憶手段
２３  記憶手段
２４  加速度センサー
２５  Ａ／Ｄ変換器
２６  時刻同期手段
２７  入／出力インターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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