(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力が作用した際の建物の応答を推定する方法であって、
建物の設計モデルと限られた階のセンサ情報から得られた地震波形を与条件とし、
第１段階において、
モードの重ね合わせによる全層応答推定法を用いて建物の各層ｉでの最大層間変形角ＲＢ，ｉを推定し、
最大層間変形角ＲＢ，ｉが建物の等価剛性上の層間変形角ＲαＫ０，ｉより小さい場合には最大層間変形角ＲＢ，ｉを推定値とし、
最大層間変形角ＲＢ，ｉが建物の等価剛性上の層間変形角ＲαＫ０，ｉ以上の場合には下記の式（１）で最大層間変形角ＲＢ，ｉを補正して最大層間変形角ＲＢ，ｉ’を求め、
第２段階において、
質点系モデルによる時刻歴応答解析によって最大層間変形角ＲＴｉを推定値として求め、
事前に与えられる質点系モデルの降伏変形角Ｒｙ，ｉを判定値として用い、
ＲＴｉ≦Ｒｙ，ｉの場合には推定値を第１段階で求めた最大層間変形角ＲＢ，ｉ’とし、
ＲＴｉ＞Ｒｙ，ｉの場合には各層ｉでの最大層間変形角ＲＴｉと最大層間変形角ＲＢ，ｉを比較し、ＲＴｉ≦ＲＢ，ｉの場合に推定値をＲＢ，ｉとし、ＲＴｉ＞ＲＢ，ｉの場合に推定値をＲＴｉとすることを特徴とする建物の応答推定方法。
【数１】
0006512447.tif 000004
ここで、
ＲＢ，ｉは最大層間変形角、Ｒ２，ｉは建物の層間変形角と層せん断力（水平力）の関係における第二折点の層間変形角、αＫ０は初期剛性Ｋ０，ｉに対する等価剛性、ＲαＫ０，ｉは等価剛性上の層間変形角、ＲＱ２，ｉは第二折点の層間変形角Ｒ２，ｉと同水平力時の等価剛性上の層間変形角を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震や強風等によって建物に外力が作用した際の建物の応答を推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築・土木構造物にセンサを設置し、このセンサからの情報に基づいて構造物（建物）の損傷の度合いを把握し、構造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。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。
【０００３】
また、振動センサを用いて対象構造物の振動特性の変化から損傷（劣化による損傷を含む）を検出する手法は、変形や歪み等を計測するセンサを利用して損傷を直接的に検出する手法と比較し、センサ設置位置が損傷個所と同一である必要がない点で優れている。このため、対象の構造物が大きく、事前に損傷が発生する場所を予測・特定することが困難な建築・土木構造物に好適な損傷検出手法と言える。
【０００４】
建物の階層毎に多数のセンサを設置すれば、地震時の建物の各階（層）の応答、さらに建物の全体の応答を精度よく把握することができる（例えば、特許文献１参照）。この場合には、多数のセンサをそれぞれケーブル（配線）で一つのデータ収録処理装置に接続し、各センサの検出情報（データ）を一カ所に集約して詳細な分析を行うようにしている。そして、このように建物の階層毎に設置した多数のセンサで地震時の応答や変位などを検出し、建物の各階の応答や変位などを詳細に分析することで、健全性を評価する（損傷が発生した場所を特定する）ことができる。
【０００５】
一方、建物の限られた階にセンサを設置し、地震時に、この限られた階の少ないセンサで取得した情報から建物の各階、建物の全体の応答を推定し、建物全体系の振動特性の変化から健全性を評価する手法も提案されている。
【０００６】
例えば、建物の設計モデルと、限られた階に設置したセンサからの情報（限られた階のセンサ情報）とから、モードの重ね合わせ（モード合成）による全層応答推定法を用いて解析を行い、全層での最大層間変形角を推定する手法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−４５２６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９５３５４号公報
【特許文献３】特開２０１４−２１１３９７号公報
【特許文献４】特開２０１３−１７０９５５号公報
【特許文献５】特開２０１２−８３１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の限られた階に設置されたセンサ情報から建物全層での応答を推定する手法（モード合成手法）では、弾性範囲でのモード情報を使って建物応答の推定を行うため、地震動下において建物が非線形領域に入るとその応答推定精度が落ちるという不都合があった。
【０００９】
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、建物全層での応答を弾性領域から強非線形領域まで精度よく求めることを可能にする建物の応答推定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】
【００１０】
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。
【００１１】
本発明の建物の応答推定方法は、外力が作用した際の建物の応答を推定する方法であって、建物の設計モデルと限られた階のセンサ情報から得られた地震波形を与条件とし、第１段階において、モードの重ね合わせによる全層応答推定法を用いて建物の各層ｉでの最大層間変形角ＲＢ，ｉを推定し、最大層間変形角ＲＢ，ｉが建物の等価剛性上の層間変形角ＲαＫ０，ｉより小さい場合には最大層間変形角ＲＢ，ｉを推定値とし、最大層間変形角ＲＢ，ｉが建物の等価剛性上の層間変形角ＲαＫ０，ｉ以上の場合には下記の式（１）で最大層間変形角ＲＢ，ｉを補正して最大層間変形角ＲＢ，ｉ’を求め、第２段階において、質点系モデルによる時刻歴応答解析によって最大層間変形角ＲＴｉを推定値として求め、事前に与えられる質点系モデルの降伏変形角Ｒｙ，ｉを判定値として用い、ＲＴｉ≦Ｒｙ，ｉの場合には推定値を第１段階で求めた最大層間変形角ＲＢ，ｉ’とし、ＲＴｉ＞Ｒｙ，ｉの場合には各層ｉでの最大層間変形角ＲＴｉと最大層間変形角ＲＢ，ｉを比較し、ＲＴｉ≦ＲＢ，ｉの場合に推定値をＲＢ，ｉとし、ＲＴｉ＞ＲＢ，ｉの場合に推定値をＲＴｉとすることを特徴とする。
【００１２】
【数１】
0006512447.tif 000002
【００１３】
ここで、ＲＢ，ｉは最大層間変形角、Ｒ２，ｉは建物の層間変形角と層せん断力（水平力）の関係における第二折点の層間変形角、αＫ０は初期剛性Ｋ０，ｉに対する等価剛性、ＲαＫ０，ｉは等価剛性上の層間変形角、ＲＱ２，ｉは第二折点の層間変形角Ｒ２，ｉと同水平力時の等価剛性上の層間変形角を示す。αは初期剛性に対する割合であり、０．５〜１．０程度の範囲とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の建物の応答推定方法においては、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、建物全層での応答を弾性領域から強非線形領域まで精度よく求めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る建物の応答推定方法を示すフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る建物の応答推定方法において、モード合成による全層応答推法で求めた非線形領域の推定値を補正する方法の説明で用いた図である。
【図３】モード合成による全層応答推法で求めた推定値の精度が非線形領域で低下することを示した図である。
【図４】弱非線形領域において、本発明の一実施形態に係る建物の応答推定方法によって求めた全層での最大層間変形角（推定値）と真値を比較した図である。
【図５】強非線形領域において、本発明の一実施形態に係る建物の応答推定方法によって求めた全層での最大層間変形角（推定値）と真値を比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１から図５を参照し、本発明の一実施形態に係る建物の応答推定方法について説明する。
【００１７】
本実施形態の建物の応答推定方法は、オフィスビルやマンション等の多層構造の建物の地震時応答、健全性を確認、把握するための方法に関するものである。
【００１８】
はじめに、本実施形態の建物の応答推定方法では、建物の限られた階にセンサを設置し、地震時に、この限られた階の少ないセンサで取得した情報から建物の各階、建物の全体の応答を推定する。
【００１９】
具体的に、本実施形態の建物の応答推定方法では、図１に示すように、第１段階として、建物の設計モデルと、限られた階に設置したセンサからの情報（限られた階のセンサ情報）とから、モードの重ね合わせ（モード合成）による全層応答推定法を用いて解析を行い、各層ｉでの最大層間変形角ＲＢ，ｉを推定する。
【００２０】
ここで、図２に示すように、従来のモード合成による全層応答推定法では、各層ｉでの初期剛性Ｋ０，ｉに対する等価剛性がαＫ０，ｉ以下となると、推定される最大層間変形角ＲＢ，ｉの精度が悪くなると仮定する。
【００２１】
なお、図２の横軸は層間変形（層間変位）Ｒ、縦軸は層せん断力（水平力）Ｑである。そして、層間変形角と層せん断力の関係は、（Ｒ，Ｑ）＝（０，０）から第１勾配（弾性）で第一折点Ｐ１に達し、第一折点Ｐ１から第２勾配（弱非線形）で移行して第二折点Ｐ２に達し、第二折点Ｐ２から第３勾配（強非線形）に移行する。
【００２２】
また、図３は、４４層の建物モデルに対し、従来のモード合成による全層応答推定法で解析を行い、最大層間変形角ＲＢ，ｉの関係、応答比と剛性比との関係を求めた結果を示している。この図３の結果から、初期剛性Ｋ０，ｉに対する等価剛性がαＫ０，ｉ以下となると、推定される最大層間変形角ＲＢ，ｉの精度が悪くなることが確認されている。
【００２３】
そして、本実施形態の建物の応答推定方法では、図１、図２に示すように、モード合成による全層応答推定法で求めた最大層間変形角ＲＢ，ｉを以下の式（２）で補正するようにした。
【００２４】
【数２】
0006512447.tif 000003
【００２５】
ＲＢ，ｉは最大層間変形角、Ｒ２，ｉは第二折点の層間変形角、αＫ０，ｉは初期剛性Ｋ０，ｉに対する等価剛性、ＲαＫ０，ｉは等価剛性上の層間変形角、ＲＱ２，ｉは第二折点の層間変形角Ｒ２，ｉと同水平力時の等価剛性上の変形を示す。
【００２６】
この式（２）は、図２に示すように、モード合成による全層応答推定法に対し、最大層間変形角ＲＢ，ｉが第二折点の層間変形角Ｒ２，ｉに達したときに第二折点の層間変形角Ｒ２，ｉと同水平力時の等価剛性上の変形ＲＱ２，ｉとの差分（Ｒ２，ｉ−ＲＱ２，ｉ）を補正し、第二折点の層間変形角Ｒ２，ｉの前後ではＲαＫ０，ｉを基点としたＲＢ，ｉとの変形差（ＲＢ，ｉ−ＲαＫ０，ｉ）に応じて比例補正することを意味する。
【００２７】
すなわち、この第１段階では、モードの重ね合わせによる全層応答推定法を用いて建物の各層ｉでの最大層間変形角ＲＢ，ｉを推定し、最大層間変形角ＲＢ，ｉが建物の等価剛性上の層間変形角ＲαＫ０，ｉより小さい場合には最大層間変形角ＲＢ，ｉを推定値とする。また、最大層間変形角ＲＢ，ｉが建物の等価剛性上の層間変形角ＲαＫ０，ｉ以上の場合には式（２）で最大層間変形角ＲＢ，ｉを補正して最大層間変形角ＲＢ，ｉ’を求める。
【００２８】
次に、第２段階として、図１に示すように、限られた階に設置したセンサからの情報を用い、質点系モデルによる時刻歴応答解析を行う。
【００２９】
また、事前に与えられる質点系モデルによる時刻歴応答解析に用いる降伏変形角Ｒｙ，ｉを判定値とし、各層ｉにおいて、質点系モデルによる時刻歴応答解析によって得られた最大層間変形角ＲＴｉと、降伏変形角Ｒｙ，ｉを比較する。
【００３０】
そして、この第２段階で、ＲＴｉ≦Ｒｙ，ｉの場合には推定値を第１段階で得られたＲ’Ｂ，ｉとする。
【００３１】
一方、ＲＴｉ＞Ｒｙ，ｉの場合には、各層ｉにおいて、質点系モデルによる時刻歴応答解析によって得られた最大層間変形角ＲＴｉと、第１段階で得られた最大層間変形角ＲＢ，ｉを比較する。
【００３２】
そして、ＲＴｉ≦ＲＢ，ｉの場合には推定値を第１段階で得られたＲＢ，ｉとし、ＲＴｉ＞ＲＢ，ｉの場合には推定値をＲＴｉとする。
【００３３】
ここで、図４は４４階の建物の弱非線形領域の最大層間変形角、最大層間変形角のＢｆ（変形倍率の正確度）を求めた結果を示し、図５は４４階の建物の強非線形領域の最大層間変形角、最大層間変形角のＢｆ（変形倍率の正確度（推定値／真値））を求めた結果を示している。
また、図４及び図５の（ｃ）は真値と本発明の最大層間変形角を比較した結果、（ｄ）は真値に対する本発明の最大層間変形角のＢｆ（変形倍率の正確度）をそれぞれ示している。
なお、図４及び図５の（ａ）は、真値としたフレーム解析の結果、質点系解析、従来のベイズの定理を用いた解析、式（２）によってベイズの定理を用いた解析を補正した結果による最大層間変形角、（ｂ）は質点系解析、従来のベイズの定理を用いた解析、式（２）によってベイズの定理を用いた解析を補正した結果による最大層間変形角のＢｆを参考として示している。
【００３４】
この結果から、本実施形態の建物の応答推定方法は、弱非線形領域、強非線形領域ともに高精度で建物の応答を推定できることが確認された。
【００３５】
したがって、本実施形態の建物の応答推定方法においては、モードの重ね合わせによる全層応答推定法、上記の式（２）で求めた最大層間変形角の補正値ＲＢ，ｉ’を用いる第１段階と、質点系モデルによる時刻歴応答解析を用いる第２段階とによって、通常の限られた階に設置されたセンサ情報から建物全層の応答を推定する従来の手法と比較し、非線形性領域（弱非線形領域、強非線形領域）の応答精度を向上させることが可能になる。
【００３６】
すなわち、本実施形態の建物の応答推定方法によれば、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、建物全層での応答を線形領域（弾性領域）から強非線形領域まで精度よく求めることが可能になる。
【００３７】
以上、本発明に係る建物の応答推定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。
【図１】
0006512447.tif 000005
【図２】
0006512447.tif 000006
【図３】
0006512447.tif 000007
【図４】
0006512447.tif 000008
【図５】
0006512447.tif 000009