(57)【要約】【課題】建物の健全性の評価精度を向上させる。【解決手段】建物評価システム１は、建物１００に設置され、地震に伴って建物１００に生じる加速度を得る加速度センサ２ａ〜２ｄと、加速度センサ２ａ〜２ｄに接続され、加速度センサ２ａ〜２ｄから出力される加速度データを利用して建物１００の健全性を評価する処理部５と、を備える。処理部５は、加速度データを利用して変位データを得る本震変位取得部１５ａと、建物１００の構造特性示す第１剛性マトリクスと変位データとを利用して建物１００に生じる応力に関する応力データを得る本震応力取得部１５ｂと、応力データを利用して建物１００の損傷に関する評価を行う本震損傷評価部１５ｃと、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の階を有する建物が地震を受けたときの健全性を評価する建物評価システムであって、
前記建物に設置され、前記地震に伴う前記建物の振動に関する振動データを得る計測部と、
前記計測部に接続され、前記計測部から出力される前記振動データを利用して前記建物の健全性を評価する処理部と、を備え、
前記処理部は、
前記振動データを利用して、前記階ごとの水平変位に関する変位データを得る変位取得部と、
前記建物の構造特性を示す第１剛性マトリクスと前記変位データとを利用して、前記変位データに示される変位によって前記建物を構成する構成部材に生じる応力に関する応力データを得る応力取得部と、
前記応力データを利用して、前記建物の健全性を評価する健全性評価部と、を有する、建物評価システム。
【請求項２】
前記計測部は、前記建物の基礎部に設けられた基礎センサを含み、
前記処理部は、
前記建物の振動特性を示す振動モデルと前記基礎センサによって得られた前記振動データとを利用して、前記建物の前記階ごとの振動応答に関する推定応答データを得る推定応答取得部と、
前記推定応答データを利用して、前記階ごとの水平変位に関する推定変位データを得る推定変位取得部と、
前記建物の構造特性を示す第２剛性マトリクスと前記推定変位データとを利用して、前記推定変位データに示される変位によって前記建物を構成する構成部材に生じる応力に関する推定応力データを得る推定応力取得部と、
前記推定応力データを利用して、前記建物の健全性を評価する推定健全性評価部と、
をさらに有し、
前記推定応答取得部、前記推定変位取得部、前記推定応力取得部及び前記推定健全性評価部の動作は、前記変位取得部、前記応力取得部及び前記健全性評価部の動作の後に行われる、請求項１に記載の建物評価システム。
【請求項３】
前記第１剛性マトリクスは、前記地震を受ける前の前記建物の構造特性を示し、
前記第２剛性マトリクスは、前記地震を受けた後の前記建物の構造特性を示す、請求項２に記載の建物評価システム。
【請求項４】
前記振動モデルは、前記地震を受けた後の前記建物の振動特性を、前記第２剛性マトリクスと、質量マトリクスと、減衰マトリクスと、により示す、請求項２又は３に記載の建物評価システム。
【請求項５】
前記計測部は、複数の前記階から選択される計測階に設置された計測センサを含み、
前記処理部は、
前記計測センサにより得られる前記振動データを利用して、前記計測センサが設置されない非計測階における振動応答を推定する振動推定部をさらに有する、請求項１〜４の何れか一項に記載の建物評価システム。
【請求項６】
複数の階を有する建物が地震を受けたときの健全性を評価する建物評価方法であって、
前記建物に設置された計測部によって、前記地震に伴う前記建物の振動に関する振動データを得るステップと、
前記計測部に接続された処理部によって、前記計測部から出力される前記振動データを利用して前記建物の健全性を評価するステップと、を有し、
前記建物の健全性を評価するステップは、
前記振動データを利用して、前記階ごとの水平変位に関する変位データを得るステップと、
前記建物の構造特性を示す第１剛性マトリクスと前記変位データとを利用して、前記変位データに示される変位によって前記建物を構成する構成部材に生じる応力に関する応力データを得るステップと、
前記応力データを利用して、前記建物の健全性を評価するステップと、を含む、建物評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物評価システム及び建物評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、地震被害判定システムを開示する。このシステムは、地震を受けた際に建物に構造的被害が生じているか否かを判定する。このシステムでは、地震に対する建物の応答を計算する際に、構造物の下部の地震計で計測された地震波を予め構築した構造解析モデルに入力することにより、建物全体の加速度応答を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６８００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のシステムにおいて、構造解析モデルは質量要素と減衰要素と復元力要素とを含む運動方程式によって示される。そして、当該システムは、運動方程式に地震波が入力されたときの質点の相対変位を得る。そうすると、建物の応答としての質点の相対変位の精度は、実際の建物が示す振動特性と、構造解析モデルが示す振動特性との関係による。しかし、振動特性に与える非構造部材の影響や減衰要素の評価が容易ではないので、構造解析モデルが示す振動特性を実際の建物が示す振動特性に近づけることは難しい。従って、建物の健全性の評価精度を向上させることが難しかった。
【０００５】
そこで、本発明は、建物の健全性の評価精度を向上させ得る建物評価システム及び建物評価方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態は、複数の階を有する建物が地震を受けたときの健全性を評価する建物評価システムであって、建物に設置され、地震に伴う建物の振動に関する振動データを得る計測部と、計測部に接続され、計測部から出力される振動データを利用して建物の健全性を評価する処理部と、を備え、処理部は、振動データを利用して、階ごとの水平変位に関する変位データを得る変位取得部と、建物の構造特性を示す第１剛性マトリクスと変位データとを利用して、変位データに示される変位によって建物を構成する構成部材に生じる応力に関する応力データを得る応力取得部と、応力データを利用して、建物の健全性を評価する健全性評価部と、を有する。
【０００７】
この建物評価システムでは、建物に設置された計測部によって得た振動データから変位データを得る。そして、当該変位データと剛性マトリクスとを利用して、応力データを得る。つまり、応力取得部は、剛性と変位との関係を示すフックの法則を利用して応力を得る。この処理は、建物の非構造部材の寄与や振動応答に影響する減衰などといった予測が困難なパラメータの設定を必要としない。従って、地震によって建物に生じる応力を精度良く得ることが可能である。その結果、精度のよい応力により、健全性評価部における建物の健全性の評価精度も向上させることができる。
【０００８】
一形態において、計測部は、建物の基礎部に設けられた基礎センサを含み、処理部は、建物の振動特性を示す振動モデルと基礎センサによって得られた振動データとを利用して、建物の階ごとの振動応答に関する推定応答データを得る推定応答取得部と、推定応答データを利用して、階ごとの水平変位に関する推定変位データを得る推定変位取得部と、建物の構造特性を示す第２剛性マトリクスと推定変位データとを利用して、推定変位データに示される変位によって建物を構成する構成部材に生じる応力に関する推定応力データを得る推定応力取得部と、推定応力データを利用して、建物の健全性を評価する推定健全性評価部と、をさらに有し、推定応答取得部、推定変位取得部、推定応力取得部及び推定健全性評価部の動作は、変位取得部、応力取得部及び健全性評価部の動作の後に行われてもよい。この動作によれば、変位取得部、応力取得部及び健全性評価部による評価を実際に受けた第１の地震に対する建物の健全性評価とし、推定応答取得部、推定変位取得部、推定応力取得部及び推定健全性評価部による評価を第１の地震に続く第２の地震を受けたと仮定したときの建物の健全性評価とすることが可能である。従って、連続する地震に対する建物の健全性を評価することができる。
【０００９】
一形態において、第１剛性マトリクスは、地震を受ける前の建物の構造特性を示し、第２剛性マトリクスは、地震を受けた後の建物の構造特性を示してもよい。この構成によれば、第２剛性マトリクスを用いる推定応力取得部の処理は、実際に受けた地震によって変化した建物の構造特性が反映されたものなる。つまり、地震によって損傷を受けた建物に対して、さらに地震が加わったときに建物がさらに受ける損傷を推定することができる。
【００１０】
一形態において、振動モデルは、地震を受けた後の建物の振動特性を、第２剛性マトリクスと、質量マトリクスと、減衰マトリクスと、により示してもよい。この構成によれば、第２剛性マトリクスを含む振動モデルを用いる推定応答取得部の処理は、実際に受けた地震によって変化し得る建物の振動特性が反映されたものなる。つまり、地震によって損傷を受けた建物に対して、さらに地震が加わったときに建物がさらに受ける損傷を精度良く推定することができる。
【００１１】
一形態において、計測部は、複数の階から選択される計測階に設置された計測センサを含み、処理部は、計測センサにより得られる振動データを利用して、計測センサが設置されない非計測階における振動応答を推定する振動推定部をさらに有してもよい。
この構成によれば、センサの数を低減することができる。
【００１２】
本発明の別の形態は、複数の階を有する建物が地震を受けたときの健全性を評価する建物評価方法であって、建物に設置された計測部によって、地震に伴う建物の振動に関する振動データを得るステップと、計測部に接続された処理部によって、計測部から出力される振動データを利用して建物の健全性を評価するステップと、を有し、建物の健全性を評価するステップは、振動データを利用して、階ごとの水平変位に関する変位データを得るステップと、建物の構造特性を示す第１剛性マトリクスと変位データとを利用して、変位データに示される変位によって建物を構成する構成部材に生じる応力に関する応力データを得るステップと、応力データを利用して、建物の健全性を評価するステップと、を含む。
【００１３】
この建物評価方法では、建物に設置された計測部によって得た振動データから変位データを得る。そして、当該変位データと剛性マトリクスとを利用して、応力データを得る。つまり、剛性と変位との関係を示すフックの法則を利用して応力を得る。この処理は、建物の非構造部材の寄与や振動応答に影響する減衰などといった予測が困難なパラメータの設定を必要としない。従って、地震によって建物に生じる応力を精度良く得ることが可能である。その結果、精度のよい応力により、健全性評価部における建物の健全性の評価精度も向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、建物の健全性の評価精度を向上させ得る建物評価システム及び建物評価方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態に係る建物評価システムの適用例を示す図である。
【図２】図２は、建物評価システムの機能ブロック図である。
【図３】図３は、建物評価方法のフロー図である。
【図４】図４は、応急危険度判定区分に基づく判定を説明するための図である。
【図５】図５は、本震解析の流れを模式的に示す図である。
【図６】図６は、余震解析の流れを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１に示すように、建物評価システム１及び建物評価方法は、複数の階層を有する建物１００の評価に適用する。例えば、建物１００は、基礎階と、屋上と、複数の中間階と、を有する。また、ここでいう「評価」とは、建物の健全性に関する評価である。建物１００が地震を受けると、建物１００は、地震の入力波形に応じた振動を受ける。建物１００は、建物１００が有する固有周期、構造部材等の影響、また、入力波形の振幅や周波数特性などに基づいて、応答する。例えば、地震が加速度として建物１００に入力された場合には、建物１００の応答は加速度として評価できる。当該加速度は、建物１００の各部に変位をもたらす。そして、変位の程度に応じて、建物１００を構成する構成部材に応力が生じる。当該応力の程度に応じて、建物１００が損傷を受け得る。
【００１８】
建物１００が損傷を受けたとき、損傷が建物１００の安全性に影響を及ぼさない程度でありそのまま建物内に留まってよいか、或いは、損傷が建物１００の安全性に影響を及ぼす程度であるために入館者を建物外に避難させるかを判断する必要が生じる。建物評価システム１及び建物評価方法は、この判断のための情報を提供する。
【００１９】
ここで、以下の説明において、「地震」とは、いわゆる「本震」と「余震」とを含むものとする。そして、建物評価システム１は、本震に対する建物１００の評価に加えて、余震に対する建物１００の評価も行う。具体的には、建物評価システム１は、実際に建物１００に作用した本震の影響を評価し、その後、想定される余震が建物１００に作用した時に生じる影響を予測する。
【００２０】
＜建物評価システム＞
建物評価システム１は、計測部２と、処理ユニット３と、を有する。建物評価システム１は、本震により建物１００に生じる応答を計測部２によって取得し、当該取得した応答を処理ユニット３によって処理して、健全性に関する情報としての避難要否に資する情報を生成する。
【００２１】
計測部２は、加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを含み、これらの加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、水平方向に沿った加速度に関する本震加速度データＤ１（振動データ、図５参照）を得る。加速度センサ２ａ（基礎センサ）は、基礎部１０１に設置され、加速度センサ２ｂ（計測センサ）は屋上１０２に設置される。さらに、加速度センサ２ｃ、２ｄ（計測センサ）は、計測階１０４、１０６に設置される。なお、加速度センサが設置されない階は、以下の説明において非計測階１０３、１０５、１０７と呼ぶ。
【００２２】
ここで、基礎部１０１とは、建物１００の１階床であってもよいし、建物１００の地下階の床であってもよい。基礎部１０１とは、後述する建物１００の構造解析モデルにおいて拘束点として規定される部分に対応する。また、基礎部１０１とは、構造解析モデルにおける外力の入力点に対応させてもよい。加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、取得した加速度の情報を、処理ユニット３に送信する。加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから処理ユニット３へ情報を送信する構成は特に限定されず、有線であってもよいし無線であってもよい。
【００２３】
なお、建物評価システム１は、少なくとも１個以上の加速度センサを有していればよく、その数は４個に限定されない。すなわち、建物評価システム１は、基礎部１０１には配置される加速度センサ２ａを備えていればよく、その他の階については建物１００の構造や規模に応じて適宜選択してよい。また、加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、変位センサに代えてもよい。
【００２４】
処理ユニット３は、加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから送信された情報を元に、避難要否の判断に資する情報を生成する。例えば、避難要否の判断に資する情報として、応急危険度判定区分に基づく情報がある。この応急危険度判定区分は、建物１００の層間変形角をパラメータとし、当該層間変形角の値によって、安全、要注意、要避難などの情報を提供する。つまり、応急危険度判定区分に基づく情報は、避難要否の判断に直接的に利用できる。
【００２５】
また、避難要否の判断に資する情報には、損傷の度合いが大きいと推定される構造部材を示す情報がある。変形又は破損が生じた可能性が高い構造部材の情報によれば、大規模な建物１００において優先的或いは重点的に点検すべき箇所が示される。従って、本震後に作業者らによって損傷状況の確認を行う際に、優先度を設けることができるので、迅速な確認及び避難要否の判断を行うことができる。つまり、構造部材を示す情報は、避難要否の判断に間接的に利用できる。
【００２６】
処理ユニット３は、ハブ４と、処理部５と、モニタ６と、を有する。つまり、処理ユニット３は、一般的なパーソナルコンピュータを利用してよい。
【００２７】
ハブ４は、加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに接続されて、加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから送信された本震加速度データＤ１を受け取る。そして、受け取った本震加速度データＤ１を処理部５に送信する。処理部５は、本震加速度データＤ１を処理し、上記情報を生成する。処理部５の処理内容については、後述する。モニタ６は、処理部５に接続されて、処理部５が生成した情報を表示する。
【００２８】
なお、実施形態に係る処理ユニット３は、健全性の判断対象となる建物１００の内部に設置するものとした。しかし、処理ユニット３は、当該構成に限定されない。例えば、加速度データを処理するコンピュータであるサーバ７は、健全性の判断対象となる建物１００とは別の場所に設置されていてもよい。この場合には、ハブ４は、ルータ８に本震加速度データＤ１を送信し、ルータ８は、通信回線２００を介してサーバ７に当該本震加速度データＤ１を送信する。この構成によれば、サーバ７は、地震が発生した地域とは別の地域に設置することができるので、情報生成のための処理を確実に行うことができる。
【００２９】
処理部５は、いわゆるコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ、記録装置等を有する。処理部５は、記録装置に記録されたプログラムをメモリ上に展開し、当該プログラムをＣＰＵが実行することにより、情報を生成する処理がなされる。つまり、図２の機能ブロックに示される処理部が実現される。
【００３０】
図２に示されるように、処理部５は、記録部１１と、前処理部１２と、応急危険度解析部１３と、波形解析部１４と、本震解析部１５と、余震解析部１６と、を有する。
【００３１】
記録部１１は、評価に要する第１構造解析モデルＭ１及び第２構造解析モデルＭ２に関する情報を保持する。第１構造解析モデルＭ１及び第２構造解析モデルＭ２は、建物１００の振動特性及び力学特性を示すものであり、構造部材レベルの立体骨組みモデルである。第１構造解析モデルＭ１及び第２構造解析モデルＭ２は、柱や梁といった構造部材の質量を示す複数の質点が剛性及び減衰係数によって定義された要素によって互いに連結されたモデルである。第１構造解析モデルＭ１は、第１質量マトリクス（質量要素）と、第１剛性マトリクスと、第１減衰マトリクス（減衰要素）と、を含む式によって示される。建物１００のモデル化にあっては、柱及び梁といった構造部材は、設計レベルを超えた大規模損傷（破断や局部座屈）まで考慮する。
【００３２】
記録部１１は、上記第１構造解析モデルＭ１を用いた事前の地震応答解析の結果を保持する。ここでいう解析は、地震が発生する前に第１構造解析モデルＭ１を用いて行う数値解析である。例えば、第１構造解析モデルＭ１に対して地震動データを入力することにより、建物１００の挙動を模擬する。地震動データとしては、既往波、告示波、サイト波などを用いてよい。この解析によって、建物１００全体の固有周期及び建物１００の振動モードが得られる。振動モードは、モード解析に用いる。
【００３３】
記録部１１は、建物１００の構造性能が喪失された状態（構造性能喪失状態）を定義する情報を保持する。ここでいう構造性能喪失状態とは、人命保護を保証できる限界の状態であって、耐震性能が著しく低下しており、落階或いは倒壊の可能性が高まり、補強等の対策を行うことなしに継続して使用できない状態をいう。この構造性能喪失状態は、上記の第１構造解析モデルＭ１を用いた事前の地震応答解析の結果として得られる骨組損傷状況、荷重変形関係といった結果を利用して、建物１００ごとに設定される。
【００３４】
例えば、建物１００がラーメン構造である場合、柱や梁の損傷度合い又は損傷の分布度合いに注目する。また、建物１００が鉄骨造（Ｓ造）である場合、梁端の局部座屈、梁の破断、柱脚の局部座屈に注目する。さらに、建物１００が鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）である場合、柱及び針のせん断破壊、梁の繰り返し劣化、柱脚の圧壊に注目する。なお、いずれの構造においても、地震後の建物１００の固有周期にも注目する。また、建物１００が壁式構造物である場合、壁の損傷状況に着目する。例えば、曲げ変形卓越壁であるとき、脚部圧壊及び引張鉄筋の破断に注目する。せん断変形卓越壁であるとき、せん断破壊に注目する。また、建物１００が免震構造或いは制振構造である場合、免震層とダンパ（取付ブレース含む）との挙動にも着目する。
【００３５】
記録部１１は、さらに、応急危険度判定区分に関する情報を保持する。応急危険度判定区分は、既に述べたように、当該層間変形角の値によって、安全、要注意、要避難などの情報を提供する。従って、応急危険度判定区分に関する情報とは、「安全」と判定できる層間変形角の数値範囲と、「要注意」と判定できる層間変形角の数値範囲と、「要避難」と判定できる層間変形角の数値範囲と、を含む。
【００３６】
前処理部１２は、後述する本震解析等に要する本震加速度データＤ１を準備する。本震解析等では、建物１００が有する全ての階層における本震加速度データＤ１を用いる。一方、加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、全ての階層に設置されていない。そこで、前処理部１２は、加速度推定部１２ａ（振動推定部）を有しており、当該加速度推定部１２ａによって、実測された本震加速度データＤ１を用いて、加速度センサが設置されていない非計測階１０３、１０５、１０７における本震加速度データＤ１を推定する。その結果、建物１００が有する全ての階層における本震加速度データＤ１が得られる。
【００３７】
応急危険度解析部１３は、前処理部１２から提供された本震加速度データＤ１を用いて応急危険度を評価する。応急危険度解析部１３は、機能的構成要素として、変位取得部１３ａと、層間変形角取得部１３ｂと、応急危険度判定部１３ｃと、を有する。変位取得部１３ａは、本震加速度データＤ１を積分することにより、各階層における本震変位データＤ２（変位データ）を得る。層間変形角取得部１３ｂは、本震変位データＤ２を利用して、各階層ごとの層間変形角を得る。層間変形角（ｒ）は、層間変形（δ）を階高（ｈ）で除算することにより得られる（ｒ＝δ／ｈ）。例えば、層間変形角取得部１３ｂは、変位取得部１３ａにおいて得られた各階層における本震変位データＤ２毎に、変位の最大値を得る。そして、ｎ階の床における変位とｎ＋１階における床（つまり、ｎ階の天井と等価）の変位との差分を層間変形（δ）として得る。階高（ｈ）は、記録部１１に予め保持されている。従って、ｎ階ごとの層間変形角（ｒ）が得られる。応急危険度判定部１３ｃは、ｎ階ごとに得た層間変形角（ｒ）を、記録部１１に保持された応急危険度判定区分に関する情報と対比して、層間変形角（ｒ）が「安全」「要注意」「要避難」の何れに属するか判定する。判定結果は、モニタ６に表示してよい。
【００３８】
この応急危険度に基づく情報の報知を第１報、或いは、初期判断と呼ぶ。この解析は、単純な積分と四則演算とによりなされるので、計算負荷が比較的小さい、従って、本震発生の数分後には解析結果が得られる。
【００３９】
波形解析部１４は、前処理部１２から提供された本震加速度データＤ１を用いて波形解析を行い、当該解析の結果を利用して避難要否のための情報を生成する。波形解析部１４は、スペクトル解析部１４ａと、固有周期判定部１４ｂと、を有する。スペクトル解析部１４ａは、波形解析としての本震加速度データＤ１のスペクトル解析を行う。スペクトル解析の結果によれば、建物１００の固有周期及び減衰係数が得られる。そして、固有周期判定部１４ｂは、記録部１１に保持された本震前の建物１００の固有周期と、スペクトル解析部１４ａにおいて得られた建物１００の固有周期と、を比較する。そして、固有周期判定部１４ｂは、固有周期の差分に基づいて、避難要否のための情報を生成し、当該結果をモニタ６に表示する。
【００４０】
この固有周期の差分に基づく情報の報知を第２報、点検後再入館等判断と呼び、応急危険度に基づく報知に続いてなされる。この解析は、スペクトル解析（周波数解析）によりなされるので、応急危険度解析に比べて計算負荷が大きい。従って、本震発生の数十分後には解析結果が得られる。
【００４１】
なお、波形解析部１４によれば、上記のように建物１００の減衰係数に関するデータも得られる。そこで、得られた減衰係数に関するデータを用いて、記録部１１に保持された第１構造解析モデルＭ１の減衰マトリクスの情報を更新してもよい。
【００４２】
本震解析部１５は、前処理部１２から提供された本震加速度データＤ１を用いて、本震によって建物１００が受けた損傷部位を推定し、当該推定結果をモニタ６に表示する。本震解析部１５は、機能的構成要素として本震変位取得部１５ａ（変位取得部）と、本震応力取得部１５ｂ（応力取得部）と、本震損傷評価部１５ｃ（健全性評価部）と、モデル更新部１５ｄと、を有する。
【００４３】
本震変位取得部１５ａは、本震加速度データＤ１を積分することにより、各階層における本震変位データＤ２を得る。つまり、応急危険度解析部１３の変位取得部１３ａと同じ動作を行う。
【００４４】
本震応力取得部１５ｂは、本震変位データＤ２（図５参照）を利用して、変位によって構造部材に生じる本震応力データＤ３（応力データ、図５参照）を得る。ここで、第１構造解析モデルＭ１が第１剛性マトリクスを含むことは既に述べた。そうすると、第１剛性マトリクス（即ちバネ定数（ｋ））と各階層ごとに変形（ｘ）とがわかっているので、フックの法則（Ｐ＝ｋｘ）に基づけば、力（Ｐ）が得られる。この力（Ｐ）と各構造部材の寸法値とによれば、構造部材ごとに生じる応力が得られる。この本震応力取得部１５ｂの処理は、全階の床位置における変位波形を用いた変位入力の解析である。換言すると、本震応力取得部１５ｂの処理は、本震によって生じた建物１００の変位（揺れ）どおりに第１構造解析モデルＭ１を動かすので、解析の信頼性が高い。
【００４５】
本震損傷評価部１５ｃは、本震応力データＤ３を利用して構造部材ごとの損傷を評価する。例えば、記録部１１には、梁或いは柱を構成する鉄筋材料の応力歪曲線（構造部材特性情報Ｍ３）が保持されている。応力歪曲線と本震応力データＤ３とによれば、作用する応力によって生じる鉄筋材料の変形の様子を知ることができる。例えば、応力値が鉄筋部材の弾性変形域であれば、損傷はないと評価してよいし、応力値が鉄筋部材の弾性変形域を上回り塑性変形域である場合或いは応力値が鉄筋部材の許容応力を越えた場合には当該構造部材が損傷を受けたと評価してよい。このように、建物１００を構成する構成部材の全てについて、構成部材の特性を示す情報と本震応力データＤ３との対比によって、損傷の有無、損傷の程度、損傷の分布状況を評価する。そして、本震損傷評価部１５ｃは、損傷の有無又は損傷の程度を可視化し、モニタ６に表示する。この情報によれば、建物１００を構成する複数の構造部材において、損傷を受けたと予想される構造部材の位置、及び、損傷の程度を知ることができる。従って、本震後に行われる点検作業に有用である。
【００４６】
モデル更新部１５ｄは、第１構造解析モデルＭ１に含まれる数値を更新し、第２構造解析モデルＭ２を生成する。モデル更新部１５ｄは、本震変位取得部１５ａの結果をふまえて、剛性マトリクス及び減衰マトリクスの各因子を更新する。例えば、構造部材が塑性変形又は破断したと判断された場合、当該構造部材の特性を示す数値は変化したとみなせる。具体的には、剛性マトリクス及び減衰マトリクスの因子が変化したとみなせる。例えば、一部の構造部材が破断したとき、建物１００全体でみれば、固有周期が下がる。固有周期は、原理的には質量と剛性とによって示され、固有周期の低下は剛性の低下と解釈できる。従って、構造部材の塑性変形又は破断は、剛性マトリクスの因子の低下として反映される。
【００４７】
また、本震は繰り返し振動であるので、構造部材は、いわゆる繰り返し応力を受ける。この繰り返し応力は、鉄筋部材などの金属からなる構造部材に疲労を生じさせる。この疲労によれば、機械的強度が低下する。つまり、本震によって疲労が生じた構造部材を含む建物１００は、疲労が生じていない構造部材を含む建物１００に比べて、損傷を受けやすくなっている。そこで、モデル更新部１５ｄは、前処理部１２或いは波形解析部１４の結果をふまえて、構造部材の機械的強度（構造部材特性情報Ｍ３）を更新する。
【００４８】
モデル更新部１５ｄによってパラメータが更新されたモデルは、以下の説明において第２構造解析モデルＭ２（振動モデル）と呼ぶ。つまり、第２構造解析モデルＭ２は、本震後の建物１００の構造特性及び振動特性を示す。また、第２構造解析モデルＭ２は、本震解析の損傷状況を引き継ぐものともいえる。一方、第１構造解析モデルＭ１は、本震前の建物１００の構造特性及び振動特性を示す。この第２構造解析モデルＭ２は、第１質量マトリクスと、第２剛性マトリクスと、第２減衰マトリクスと、を有する。
【００４９】
余震解析部１６は、未だ発生していない余震によって、建物１００が受ける損傷を推定し、健全性を評価する。換言すると、本震解析部１５は、実際に建物１００が本震を受けたときの解析を行うのに対し、余震解析部１６は、本震に続き発生が予想される余震を受けたときに生じると予想される結果を解析するものである。ここで、余震を受ける建物１００は、本震によって損傷を受けている。つまり、建物１００は、本震前よりも損傷を受けやすい状態である。余震解析部１６は、この損傷を受けやすい状態となっている建物１００に対して余震の結果を推定する。
【００５０】
上記の推定にあっては、本震による構造特性及び振動特性の変化をふまえる必要がある。そこで、余震解析部１６は、モデル更新部１５ｄによって更新されたパラメータを有する第２構造解析モデルＭ２を用いて各種の計算を行う。
【００５１】
余震解析部１６は、前処理部１２から提供された本震加速度データＤ１を用いて、余震によって建物１００が受ける損傷部位を推定し、当該推定結果をモニタ６に表示する。より詳細には、余震解析部１６は、機能的構成要素として余震加速度取得部１６ａ（推定応答取得部）と、余震変位取得部１６ｂ（推定変位取得部）と、余震応力取得部１６ｃ（推定応力取得部）と、余震損傷評価部１６ｄ（推定健全性評価部）と、避難要否判定部１６ｅと、を有する。
【００５２】
余震加速度取得部１６ａは、余震によって建物１００に生じる余震加速度を推定する。余震加速度取得部１６ａは、余震の波形を仮定し、当該仮定に基づく地震波が建物１００に入力されたときの建物１００に生じる余震加速度を推定する。余震加速度取得部１６ａは、余震の波形として、本震と同じ地震波を仮定してよい。本震の地震波は、基礎部１０１に設置された加速度センサ２ａが出力した本震加速度データＤ１である。従って、余震加速度取得部１６ａは、当該本震加速度データＤ１を余震の波形として用いる。なお、余震の波形は、本震に対して所定の比率を乗算したものであってもよい。余震加速度取得部１６ａは、建物１００の応答を得る振動解析である。余震加速度取得部１６ａは、記録部１１に保持された第２構造解析モデルＭ２に対して、地震波を入力する。そうすると、第２構造解析モデルＭ２を構成する各質点の挙動（余震加速度データＤ４）が得られる。
【００５３】
余震変位取得部１６ｂは、余震加速度データＤ４（推定応答データ）を積分することにより、各階層における余震変位データＤ５（推定変位データ）を得る。つまり、本震変位取得部１５ａと同じ動作を行う。本震変位取得部１５ａとの違いは、入力値が余震加速度データＤ４である点である。余震変位取得部１６ｂの処理により、余震変位データＤ５が得られる。
【００５４】
なお、処理部５は、上記余震変位データＤ５を利用して、応急危険度判定区分に基づく評価を行ってもよい。この場合には、応急危険度解析部１３に対して、余震変位データＤ５を入力し、層間変形角取得部１３ｂ及び応急危険度判定部１３ｃの処理によって、余震後の応急危険度判定を行う。
【００５５】
余震応力取得部１６ｃは、余震変位データＤ５を利用して、余震変位によって構造部材に生じる余震応力データＤ６（推定応力データ）を得る。つまり、本震応力取得部１５ｂと同じ動作を行う。本震応力取得部１５ｂとの違いは、入力値が余震変位データＤ５である点と、計算に用いるモデルが第２構造解析モデルＭ２である点と、である。
【００５６】
余震損傷評価部１６ｄは、余震応力データＤ６を利用して構造部材ごとの損傷を評価する。つまり、本震損傷評価部１５ｃと同じ動作を行う。本震応力取得部１５ｂとの違いは、入力値が余震応力データＤ６である点と、計算に用いるモデルが第２構造解析モデルＭ２である点と、である。そして、余震損傷評価部１６ｄは、損傷の有無又は損傷の程度を可視化し、モニタ６に表示する。
【００５７】
避難要否判定部１６ｅは、余震損傷評価部１６ｄの結果を利用して、避難要否に供する情報を生成し、モニタ６に表示する。避難要否判定部１６ｅは、余震損傷評価部１６ｄに示される損傷によって建物１００が、記録部１１に保持されている構造性能喪失状態に至ったか否かを判定する。
【００５８】
＜建物評価方法＞
次に、建物評価方法について説明する。建物評価方法は、上述した建物評価システムの動作として実行される。図３は、建物評価方法の主要な工程を示すフロー図である。
【００５９】
はじめに、地震前準備工程（ステップＳ１０）を行う。この工程では、地震後の解析に必要な種々の情報を準備する。
【００６０】
まず、第１構造解析モデルＭ１を準備する（ステップＳ１１）。次に、地震応答解析を行う（ステップＳ１２）。この解析では、上記第１構造解析モデルＭ１に対して仮定された地震波を入力する。この解析によって、第１構造解析モデルＭ１の固有周期、振動モードが得られる。次に、構造性能喪失状態を設定する（ステップＳ１３）。そして、応急危険度判定区分を設定する（ステップＳ１４）。第１構造解析モデルＭ１、建物１００の固有周期、振動モード、構造性能喪失状態、応急危険度判定区分に関する情報は、記録部１１に保持される。そして、限界固有周期を設定する（ステップＳ１５）。設定された限界固有周期は、記録部１１に記憶される。この限界固有周期は、２回連続して解析的に地震を受けたときに、２回目に構造性能喪失状態になる１回目の解析後の解析モデルの固有周期である。換言すると、限界固有周期は、第１構造解析モデルＭ１に対して第１の解析を行った後に、当該第１の解析の結果を引き継ぐ第２の解析を行った結果、第２の解析において構造性能喪失状態となる第１の解析の結果として得られる固有周期である。
【００６１】
なお、第１構造解析モデルＭ１、建物１００の固有周期、振動モード、構造性能喪失状態、応急危険度判定区分に関する情報は、処理部５を用いて準備してもよい。また、処理部５とは別のコンピュータによって作成され、記録媒体又は通信回線を介して記録部１１に保存されたものでもよい。
【００６２】
次に、地震波をモニタリングする（ステップＳ２０）。建物評価システム１を稼働させると、加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、捉えた加速度値を逐次ハブ４を介して処理部５に送信する。まず、処理部５は、送信された加速度データを受け取る。次に、処理部５は、送信された加速度の値によって、加速度データを記録するか否かを判断する。例えば、処理部５は、第１閾値よりも小さい加速度データが入力されたとき、当該加速度データは記録しない。一方、処理部５は、第１閾値よりも大きい加速度データが入力されたとき、つまり本震の発生が確認されたとき、それ以後に送信される加速度データを記録し続ける。そして、処理部５は、加速度データが第２閾値を下回ったとき、加速度データの記録を停止し、地震後評価工程に移行する。
【００６３】
なお、上述した地震波のモニタリングにおいて、加速度データの取得開始及び停止の条件は、運用の形態に応じて適宜変更してよい。
【００６４】
地震後評価工程（ステップＳ３０）を行う。この工程は、本震発生後に行われる。
【００６５】
まず、前処理を行う（ステップＳ３１）。この処理は、処理部５における前処理部１２によって行われる。具体的には、前処理部１２の余震加速度取得部１６ａが加速度センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが未設置である階における加速度を推定する（ステップＳ３１ａ）。この推定により、建物１００の全ての階層における加速度データが準備される。準備された加速度データは、記録部１１に保持される。
【００６６】
続いて、第１の避難要否の判定を行う（ステップＳ３２、図５参照）。この判定は、応急危険度判定区分に基づくものである。この判定は、処理部５における応急危険度解析部１３によって行われる。具体的には、応急危険度解析部１３の変位取得部１３ａが加速度データを積分し、各階の本震変位データを得る（ステップＳ３２ａ）。次に、層間変形角取得部１３ｂは、各階の本震変位データを用いて各階の層間変形角を得る（ステップＳ３２ｂ）。次に、応急危険度判定部１３ｃは、各階の層間変形角を記録部１１に保持された応急危険度判定区分（図４参照）に当てはめ、層間変形角がどの区分に属するか判定する（ステップＳ３２ｃ）。そして、応急危険度解析部１３は、判定の結果を可視化して、モニタ６に表示する（ステップＳ３２ｄ）。このステップＳ３２ｄにおける表示は、本震発生後の第１報である。
【００６７】
続いて、第２の避難要否の判定を行う（ステップＳ３３）。この判定は、建物１００の固有周期に基づくものである。この判定は、処理部５における波形解析部１４によって行われる。具体的には、波形解析部１４のスペクトル解析部１４ａは、記録部１１に保持された各階層の本震加速度データＤ１を読み出し、当該本震加速度データＤ１を利用して本震後の建物１００の固有周期を得る（ステップＳ３３ａ）。なお、スペクトル解析部１４ａは、本震後の建物１００の減衰係数を併せて得てもよい。次に、固有周期判定部１４ｂは、固有周期に基づく避難要否の判定を行う（ステップＳ３３ｂ）。例えば、固有周期判定部１４ｂは、限界固有周期と本震後の建物１００の固有周期との対比の結果、本震後の固有周期が限界固有周期以上であるときに、避難を要する。一方、固有周期判定部１４ｂは、固有周期の対比の結果、本震後の固有周期が限界固有周期を下回るときに、避難不要と判定する。そして、波形解析部１４は、判定の結果を可視化して、モニタ６に表示する（ステップＳ３３ｃ）。このステップＳ３３ｃにおける表示は、本震発生後の第２報である。
【００６８】
続いて、第３の避難要否の判定を行う（ステップＳ３４）。この判定は、構造性能喪失状態に基づくものである。この判定は、本震解析（ステップＳ３５）と、余震解析（ステップＳ３６）と、を含む。
【００６９】
まず、本震解析を行う（ステップＳ３５、図５参照）。この解析は、本震解析部１５によって行われる。具体的には、本震変位取得部１５ａは、記録部１１から本震加速度データＤ１を読み出し、当該本震加速度データＤ１を本震変位データＤ２に変換する（ステップＳ３５ａ）。次に、本震応力取得部１５ｂは、本震変位データＤ２を第１構造解析モデルＭ１に適用して、本震応力データＤ３を得る（ステップＳ３５ｂ）。次に、本震損傷評価部１５ｃは、本震応力データＤ３を利用して、構造部材の損傷の有無、度合いを評価する（ステップＳ３５ｃ）。次に、本震損傷評価部１５ｃは、構造部材の損傷の有無、度合いを可視化し、モニタ６に表示する。そして、モデル更新部１５ｄは、構造部材の損傷度合い及び疲労に基づいて、第１構造解析モデルＭ１に含まれるパラメータを更新し、第２構造解析モデルＭ２を生成する（ステップＳ３５ｄ）。
【００７０】
続いて、余震解析を行う（ステップＳ３６、図６参照）。この解析は、余震解析部１６によって行われる。具体的には、余震加速度取得部１６ａは、振動応答解析を行う（ステップＳ３６ａ）。より詳細には、余震加速度取得部１６ａは、記録部１１から第２構造解析モデルＭ２と基礎部１０１における本震加速度データＤ１とを読み出し、第２構造解析モデルＭ２に当該本震加速度データＤ１を入力させる振動解析を行い、各階層における余震加速度データＤ４を得る。次に、余震変位取得部１６ｂは、余震加速度データＤ４を余震変位データＤ５に変換する（ステップＳ３６ｂ）。次に、余震応力取得部１６ｃは、余震変位データＤ５を第２構造解析モデルＭ２に適用して、余震応力データＤ６を得る（ステップＳ３６ｃ）。次に、余震損傷評価部１６ｄは、余震応力データＤ６を利用して、構造部材の損傷の有無、度合いを評価する（ステップＳ３６ｄ）。そして、余震損傷評価部１６ｄは、構造部材の損傷の有無、度合いを可視化し、モニタ６に表示する。
【００７１】
続いて、避難要否判定を行う（ステップＳ３６ｅ）。この判定は、避難要否判定部１６ｅによって行われる。具体的には、避難要否判定部１６ｅは、余震解析によって得た構造部材の損傷に関する解析結果を利用して、建物１００が構造性能喪失状態に至ったか否かを判定する。そして、避難要否判定部１６ｅは、判定の結果をモニタ６に表示する（ステップＳ３７）。このステップＳ３７における表示は、本震発生後の第３報である。
【００７２】
この建物評価システム１では、建物１００に設置された加速度センサ２ａ〜２ｄによって得た本震加速度データから本震変位データを得る。そして、当該本震変位データを第１構造解析モデルＭ１に入力することにより、建物１００に生じる本震応力データを得る。つまり、本震応力取得部１５ｂは、剛性と変位とをフックの法則に適用することにより応力を得る。この処理は、建物１００の非構造部材の寄与や、振動応答に影響する減衰などといった予測が困難なパラメータの設定を必要としない。従って、本震によって建物１００に生じる応力を精度良く得ることが可能である。その結果、精度のよい応力により、本震損傷評価部１５ｃにおける建物１００の損傷の評価精度も向上させることができる。
【００７３】
処理部５は、本震変位取得部１５ａ、本震応力取得部１５ｂ及び本震損傷評価部１５ｃによって変位を入力として建物１００の損傷を評価した後に、余震加速度取得部１６ａ、余震変位取得部１６ｂ、余震応力取得部１６ｃ及び余震損傷評価部１６ｄによってさらに建物１００の損傷を評価する。この動作によれば、本震変位取得部１５ａ、本震応力取得部１５ｂ及び本震損傷評価部１５ｃによる評価を実際に受けた本震に対する建物１００の健全性評価が行える。さらに、当該評価に続いて、余震加速度取得部１６ａ、余震変位取得部１６ｂ、余震応力取得部１６ｃ及び余震損傷評価部１６ｄによる評価を本震に続く余震を受けたと仮定したときの建物１００の健全性評価が行える。従って、連続する本震及び余震に対する建物１００の健全性を評価することができる。
【００７４】
第１構造解析モデルＭ１は、本震を受ける前の建物１００の構造特性を示し、第２構造解析モデルＭ２は、本震を受けた後の建物１００の構造特性を示す。この構成によれば、第２構造解析モデルＭ２を用いる余震応力取得部１６ｃの処理は、実際に受けた本震によって変化し得る建物１００の構造特性が反映されたものなる。つまり、本震によって損傷を受けた建物１００に対して、さらに余震が加わったときに建物１００がさらに受ける損傷を推定することができる。
【００７５】
第２構造解析モデルＭ２は、本震を受けた後の建物１００の振動特性を、剛性マトリクスと、質量マトリクスと、減衰マトリクスと、により示す。この構成によれば、剛性マトリクスを含む第２構造解析モデルＭ２を用いる余震加速度取得部１６ａの処理は、本震によって変化した建物１００の振動特性が反映されたものなる。つまり、本震によって損傷を受けた建物１００に対して、余震が加わったときに建物１００がさらに受ける損傷を精度良く推定することができる。
【００７６】
加速度センサ２ａ〜２ｄは、複数の階から選択される計測階１０４、１０６に設置される。処理部５は、計測階１０４、１０６に設置された加速度センサ２ｃ、２ｄにより得られる本震加速度データＤ１を利用して、加速度センサ２ａ〜２ｄが設置されない非計測階１０３、１０５、１０７における加速度データを推定する加速度推定部１２ａを有する。この構成によれば、建物評価システム１に要する加速度センサの数を低減することができる。
【００７７】
建物評価システム１では、本震応力取得部１５ｂが本震変位データに基づいて本震応力データを得る。このような解析によれば、非構造部材の寄与、減衰などのパラメータを仮定する必要がない。従って、本震応力データの精度を高めることができる。
【００７８】
建物評価システム１では、本震損傷評価部１５ｃが構造部材ごとに損傷を評価する。このような評価によれば、建物１００における全体の固有周期の変化に基づく評価に比べて、建物１００の健全性をより精密に判定することができる。
【００７９】
建物評価システム１では、本震解析に続いて、余震解析も行う。つまり、本震後になされる健全性評価において、本震解析の結果に対して余震の影響を判定基準の余裕として暗黙的に見込むような処理に対して、余震の影響を明示的に解析する。従って、連続する地震が建物１００の健全性に与える影響をより正確に推定することが可能になる。このような、余震の影響を明示的に解析する手法によれば、余震が連続して発生すると予想される巨大地震において、建物１００の健全性をより正確に評価することができる。また、余震の影響を明示的に解析する手法によれば、本震で損傷が中程度であっても、余震によって損傷が進展する可能性もあるケースにも対応することができる。従って、建物評価システム１は、本震及び余震後の建物外退避判断の正確化及び迅速化に寄与する。
【００８０】
以上、本開示について説明したが、上記本開示の構成に限定されることなく様々な形態で実施してよい。
【符号の説明】
【００８１】
１…建物評価システム、２ａ…加速度センサ（センサ、基礎センサ）、２ｂ〜２ｄ…加速度センサ（センサ）、３…処理ユニット、４…ハブ、５…処理部、６…モニタ、７…サーバ、８…ルータ、１１…記録部、１２…前処理部、１２ａ…加速度推定部、１３…応急危険度解析部、１３ａ…変位取得部、１３ｂ…層間変形角取得部、１３ｃ…応急危険度判定部、１４…波形解析部、１４ａ…スペクトル解析部、１４ｂ…固有周期判定部、１５…本震解析部、１５ａ…本震変位取得部（変位取得部）、１５ｂ…本震応力取得部（応力取得部）、１５ｃ…本震損傷評価部（健全性評価部）、１５ｄ…モデル更新部、１６…余震解析部、１６ａ…余震加速度取得部（推定応答取得部）、１６ｂ…余震変位取得部（推定変位取得部）、１６ｃ…余震応力取得部（推定応力取得部）、１６ｄ…余震損傷評価部（推定健全性評価部）、１６ｅ…避難要否判定部、１００…建物、１０１…基礎部、１０２…屋上、１０４、１０６…計測階、１０３、１０５、１０７…非計測階、２００…通信回線。
【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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