(57)【要約】【課題】限られた階に設置したセンサで得られた建物の地震時応答情報に基づき、より精度よく建物各階の応答を推定することを可能にする建物の地震時応答／健全性確認方法を提供する。【解決手段】建物１の最下階と最上階に設置したセンサ２、３の計測結果である加速度波形を記録し、地震記録応答推定装置４により建物１の最下階と最上階の加速度波形の差分を求めるとともに最上階の基本応答波を求め、建物固有の振動数及び振動モード形の係数に基づき、基本応答波を建物１の複数次の固有振動数毎の応答波形に分離する。また、各階の対応する次数のモード係数を掛け合せてバンドパス波形を求め、各階毎のバンドパス波形を足し合わせて合成応答波形を求め、さらに各階における相対加速度を示す合成応答波形に最下階センサ３の計測結果である加速度波形を足し合わせ絶対加速度波形を求め、この絶対加速度波形を数値積分し、地震時の速度、変位の波形に変換する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数階層構造の建物の地震時応答／健全性を確認するための方法であって、
建物の最下階と最上階を観測層としてセンサを設置するとともに、地震時の各センサの出力から建物の各階及び全体の応答を推定する地震記録応答推定装置を備え、
建物の最下階と最上階に設置した前記センサの計測結果である加速度波形を記録し、前記地震記録応答推定装置によって建物の最下階と最上階の加速度波形の差分を求めるとともに建物の相対加速度である最上階の基本応答波を求める建物基本応答波算出工程と、
前記地震記録応答推定装置に予め設定された建物設計パラメータとしての建物固有の振動数及び振動モード形の係数に基づいて、前記基本応答波を建物の複数次の固有振動数毎の応答波形に分離するバンドパスフィルター処理工程と、
前記バンドパスフィルター処理工程で得られた各階の波形に対して、各階の対応する次数のモード係数を掛け合せてバンドパス波形を求め、各階毎での前記バンドパス波形を足し合わせて合成応答波形を求める合成応答波形算出工程と、
各階における相対加速度を示す前記合成応答波形に最下階のセンサの計測結果である加速度波形を足し合わせて絶対加速度波形を求める絶対加速度波形算出工程と、
前記絶対加速度波形を数値積分し、地震時の速度、変位の波形に変換する地震時速度／変位算出工程とを備えていることを特徴とする建物の地震時応答／健全性確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の地震時の応答、健全性を確認するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物にセンサを設置し、このセンサからの情報に基づいて建物の損傷、劣化の度合いを把握し、建物の損傷検知や健全性評価を行う構造ヘルスモニタリングが注目されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特に、オフィスビルやマンション等の多層構造の建物においては、地震が発生した際に、その被災状況を早期に且つ精度よく確認（把握）、判定することが求められる。そして、建物にセンサ（地震計）を設置することで、地震時の揺れのモニタリング、記録された加速度の波形情報から構造体としての健全性や室内被害（損傷、安全性）などを判定、判断することができる。
【０００３】
ここで、建物に多数のセンサ（地震計）を設置することにより、例えば建物の全階にセンサを設置することにより、地震時の建物の各階（層）の応答、被害状況、さらに建物全体の応答、被害状況を直接的に把握することができる。しかしながら、現実的には、センサの設置のためのスペース確保、機器配線の煩雑さ、コストなどの問題から多数のセンサを設置することが難しく、一般には、建物の限られた階に、限られた数のセンサを設置するようにしている。このとき、少なくとも建物の最下階と最上階の２カ所にセンサを設置する必要があると考えられ、地震時に、この限られた階、数のセンサで取得した情報から建物の各階の応答を精度よく推定する手法が求められている。
【０００４】
これに対し、非特許文献１には、地震観測データとＡＲＸモデルを用いて、観測されていない階の応答を近似的に推定する方法が開示されている。この方法では、まず、建物の設計モデル解析モデルのモード形と同定された観測階（センサ設置階）の刺激関数から各階の刺激関数を振動モードごとに決定する。次に、刺激関数と同定された極から、各階の変位応答を出力とするＡＲＸモデルの留数を求め、さらに、各階変位を出力とするＡＲＸモデルの外生入力パラメータを求めるようにしている。これにより、層間変位や層間変形角を求めることができ、地震による被災状況を把握し、建物の耐震性能評価を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３２６８０号公報
【特許文献２】特開２００１−９９７６０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】池田芳樹、「ＡＲＸモデルに基づく減衰配置と地震観測されていない階の応答の近似的推定」、日本地震工学会大会梗概集、ｐ．１６６−１６７、２００５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の地震観測データとＡＲＸモデルを用いて、観測されていない階の応答を近似的に推定する方法においては、設計情報と実際の建物の特性との間に必ず存在する差異が反映されていない。このため、推定の精度が悪くなり、健全性、耐震性評価の信頼性を損なうおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、限られた階に設置したセンサで得られた建物の地震時応答情報に基づいて、より精度よく建物各階の応答を推定することを可能にする建建物の地震時応答／健全性確認方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１０】
本発明の建物の地震時応答／健全性確認方法は、複数階層構造の建物の地震時応答／健全性を確認するための方法であって、建物の最下階と最上階を観測層としてセンサを設置するとともに、地震時の各センサの出力から建物の各階及び全体の応答を推定する地震記録応答推定装置を備え、建物の最下階と最上階に設置した前記センサの計測結果である加速度波形を記録し、前記地震記録応答推定装置によって建物の最下階と最上階の加速度波形の差分を求めるとともに建物の相対加速度である最上階の基本応答波を求める建物基本応答波算出工程と、前記地震記録応答推定装置に予め設定された建物設計パラメータとしての建物固有の振動数及び振動モード形の係数に基づいて、前記基本応答波を建物の複数次の固有振動数毎の応答波に分離するバンドパスフィルター処理工程と、前記バンドパスフィルター処理工程で得られた各階の波形に対して、各階の対応する次数のモード係数を掛け合せてバンドパス波形を求め、各階毎での前記バンドパス波形を足し合わせて合成応答波形を求める合成応答波形算出工程と、各階における相対加速度を示す前記合成応答波形に最下階のセンサの計測結果である加速度波形を足し合わせて絶対加速度波形を求める絶対加速度波形算出工程と、前記絶対加速度波形を数値積分し、地震時の速度、変位の波形に変換する地震時速度／変位算出工程とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の建物の地震時応答／健全性確認方法においては、地震時に、限られた観測層に設置したセンサで取得した建物の応答情報に基づいて建物の各層（各階）の応答を精度よく推定することが可能であり、信頼性の高い健全性、耐震性評価を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る建物の地震時応答／健全性確認方法で用いるセンサ（加速度計）の設置位置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る建物の地震時応答／健全性確認方法で用いるセンサ（加速度計）の設置位置を示す質点系モデル図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る建物の固有振動特性を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る建物の基準化モード係数を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る建物のセンサ設置階を除く各階の地震時応答を推定した結果を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る建物の各階の応答推定波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１及び図６を参照し、本発明の一実施形態に係る建物の地震時応答／健全性確認方法について説明する。
【００１４】
ここで、本実施形態の建物の地震時応答／健全性確認方法は、構造ヘルスモニタリングシステムを用いてオフィスビルやマンション等の複数階層構造の建物の各階、及び全体の地震時応答を推定し、建物の各階、及び全体の健全性を確認、把握するための方法に関するものである。
【００１５】
また、図1に示すように、本実施形態の構造ヘルスモニタリングシステムは（建物の地震時応答／健全性確認方法では）、建物１の最下階（１Ｆ）及び最上階（ＴＦ）にセンサ（地震計、加速度計：ＸＹＺの３成分計測可能なセンサ）２、３を設置し、地震時の各センサ２、３の出力（波形）から建物の各階、及び全体の揺れ（応答）を実時間（リアルタイム）に計算処理する地震記録応答推定装置４を設けて構成されている。
【００１６】
そして、本実施形態の建物の地震時応答／健全性確認方法では、建物の最下階及び最上階に設置されたセンサの加速度波形を記録し、地震記録応答推定装置によって、建物の最下階と最上階の加速度波形の差分を取る。これにより、図２に示すように、建物としての相対加速度を計算する（建物基本応答波算出工程）。この相対加速度が建物の最上階における基本応答波に相当する。
【００１７】
また、この基本応答波は、図３に示す構造体の固有な振動特性を反映したものであり、図４に示すような複数の振動モード形（１次からＮ次モード係数）を通した波形となっている。なお、このＮ次までの建物固有の振動数及び振動モード形の係数は、建物設計の初期パラメータとして地震記録応答推定装置に予め設定しておく。
【００１８】
そして、本実施形態の建物の地震時応答／健全性確認方法では、この複数の振動モード系を通した波形に対し、建物のＮ次までの固有振動数毎の応答波形に分離するバンドパスフィルター処理を行う（バンドパスフィルター処理工程）。さらに、図５に示すように、バンドパスフィルター処理を行った波形に対して、各階の対応する次数のモード係数を掛け合せて波形（バンドパス波形）を求め、各階毎に求めた波形を足し合せ、各階毎の応答波形として合成する（合成応答波形算出工程）。
【００１９】
これら合成波形は各階での相対加速度として求められ、図６に示すように、建物の最下階の加速度波形を足し合わせることで、絶対加速度波形となる（絶対加速度波形算出工程）。さらに、これらの絶対加速度波形は、数値積分を行うことで速度、変位の波形に変換できる（地震時速度／変位算出工程）。
【００２０】
さらに、得られた加速度、速度の関係から、揺れの強さを示す計測震度を求めることができる（計測震度算出工程）。そして、変位波形からは、上階と下階の波形差分を取ることで層間変形が求められ、建物の直接の損傷指標となる情報を得ることができる（建物健全性確認工程）。
【００２１】
また、上記の処理は、デジタルフィルター、算術演算のみであることから、揺れの検知とともにリアルタイムで処理することが可能である。
【００２２】
したがって、本実施形態の建物の地震時応答／健全性確認方法においては、建物の限られた観測層にセンサ（地震計）を設置して、地震を検知し、その記録を簡便・迅速にリアルタイム処理して各階の応答を推定することができ、構造体の損傷、室内での被害状況の定量的な把握が全階に対して可能になる。
【００２３】
そして、本実施形態の建物の地震時応答／健全性確認方法によれば、地震時に、限られた観測層に設置したセンサで取得した建物の応答情報に基づいて建物の各層（各階）の応答を精度よく推定することが可能であり、信頼性の高い健全性、耐震性評価を行うことが可能になる。
【００２４】
また、建物の全階において揺れの状況把握をリアルタイムで行うことができるため、危険な状態となる前に、細かに設備機器の制御、安全監視情報の発放に役立てることができる。
【００２５】
以上、本発明に係る建物の地震時応答／健全性確認方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１      建物
２      センサ（最上階の地震計）
３      センサ（１階の地震計）
４      地震記録応答推定装置
【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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