(57)【要約】【課題】  改修前後の振動特性の比較検討により建物の耐震性能及び耐震補強の効果を定量的に表示することを目的とする。【解決手段】  地盤と建物の常時微動の同時測定データを利用して建物の振動特性を算出し、その建物の振動特性を基にして建物の耐震診断を行い、それに従い耐震改修を行った後、改修前後の振動特性の比較検討により建物の耐震性能及び耐震補強の効果を定量的に表示するようにした。【選択図】    図１
2005156448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤と建物の常時微動の同時測定データを利用して建物の振動特性を算出し、その建物の振動特性を基にして建物の耐震診断を行い、それに従い耐震改修を行った後、改修前後の振動特性の比較検討により建物の耐震性能及び耐震補強の効果を定量的に表示するようにしたことを特徴とする建物の動的耐震性能及び耐震補強後の耐震性能評価方法。
【請求項２】
地盤及び建物の常時微動は、地盤上及び建物の所定階層床上で南北方向及び東西方向について測定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の建物の動的耐震性能及び耐震補強後の耐震性能評価方法。
【請求項３】
建物の振動特性は、以下の式により求めることを特徴とする請求項１記載の建物の動的耐震性能及び耐震補強後の耐震性能評価方法。
【数１】
2005156448.tif 000013
Ｈ（ｆ）はインパルス応答ｈ（ｔ）のフーリエ変換
ｈ（ｔ）は建物に地盤から加えられる力ｘ（ｔ）と、それによって生じ
る建物の運動ｙ（ｔ）との間の系のインパルス応答である。
【数２】
2005156448.tif 000014
【請求項４】
建物の各部屋に振動測定点を定め、地盤の入力地動を基準として周波数応答を示す振動倍率から、建物の固有周波数（ｆ０）、振幅倍率（Ｒ）、固有周期（Ｔ０）と共振の鋭さの度合いを表すＱ値を求め、耐震性能指数Ｃ（Ｃ１，Ｃ２）を次式で求めることを特徴とする請求項１記載の建物の動的耐震性能及び耐震補強後の耐震性能評価方法。
【数３】
2005156448.tif 000015
ここで、Ｄｓは建物の構造特性係数
【請求項５】
振動測定結果から耐震性能指数（Ｃ）が所定値以上の場合は、耐震性能は要注意として耐震改修を実施すべきであると判断するようにしたことを特徴とする請求項１記載の建物の動的耐震性能及び耐震補強後の耐震性能評価方法。
【請求項６】
耐震改修後、振動測定を同じ場所で行い、振幅スペクトル及び固有周期を比較し各部屋が所定値以内になれば耐震改修は合格であると判断するようにしたことを特徴とする請求項１記載の建物の動的耐震性能及び耐震補強後の耐震性能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤と建物の常時微動の同時測定データを利用して建物の振動特性を算出し、その建物の振動特性を基にして建物の耐震診断を行い、それに従い耐震改修を行った後、改修前後の振動特性の比較検討により建物の耐震性能及び耐震補強の効果を定量的に表示するようにした建物の動的耐震性能及び耐震補強後の耐震性能評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の動的耐震性能の評価方法として、特許文献１及び特許文献２に示すものがある。
【０００３】
特許文献１は、実際の建物構造や地盤状況を実測した上で得られたデータに基づく建物の動的耐震性の評価方法及び装置であり、耐震性能について、動的耐震健全度Ｈ、動的限界地震度Ｃ、動的靱性耐力度Ｆ、及び動的耐震劣化度Ｉｓの４種類について評価するようにしたものである。
【０００４】
また、特許文献２は、建物の微動を測定して得られる振動データを解析して建物情報及び建物の壁要素の微動剛性に関する壁要素情報に基づいて該建物の重量及び微動剛性を算定し該重量及び微動剛性から建物の固有振動数を推定し、振動データに基づいて算出した固有振動数と、建物情報及び壁要素情報に基づいて推定した固有振動数とを比較することにより、建物の耐震性を診断するようにしたものである。    
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０４２８９２号公報
【特許文献２】特開２００３−０４１７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法では、動的耐震健全度ＨをＨ＝Ｋｅ・ｘ／（Ｗ・ＣＯ・τＰＨ）のように求めているが、Ｋｅ，ｘ，Ｗ，ＣＯは既存の数値を用いており、τＰＨには計測値を用いるとして算出可能と考えられるが、この推定値と実測値の混合からなるＨが動的健全度として使用できるかが明確ではない。
【０００７】
また、動的限界地震度Ｃが、Ｃ＝Ｋｅ・ｘ／（Ｗ・τＤＨ）と定義されているが、これも同様に、Ｋｅ，ｘ，Ｗは設計図書から得られ、τＤＨは測定値として得られることが分かるが、Ｃが動的限界地震度として耐震診断に用いることの妥当性が明確ではない。さらに、動的靱性耐力度Ｆについても、Ｈの逆数であるが、動的靱性耐力度の理解が困難である。
【０００８】
また、特許文献２では、耐震改修の効果判定を固有振動数（固有周期の逆数）を求めることにより行うものであるが、計算方法は一般的なものであり、精度的に不十分であると考えられる。また、建物重量と微動剛性から固有振動数を推定し、両方の振動数の比較から耐震性を診断することの精度的な妥当性についても理解が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はかかる従来のものを更に改良するもので、建物の性質である振動周期を直接測定して求めることにより耐震性を診断することを可能とするものである。
請求項１記載の考案では、地盤と建物の常時微動の同時測定データを利用して建物の振動特性を算出し、その建物の振動特性を基にして建物の耐震診断を行い、それに従い耐震改修を行った後、改修前後の振動特性の比較検討により建物の耐震性能及び耐震補強の効果を定量的に表示するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の考案では、地盤及び建物の常時微動は、地盤上及び建物の所定階層床上で南北方向及び東西方向について測定するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の考案では、建物の振動特性は、以下の式により求めることを特徴とする。
【数１】
2005156448.tif 000003
Ｈ（ｆ）はインパルス応答ｈ（ｔ）のフーリエ変換
ｈ（ｔ）は建物に地盤から加えられる力ｘ（ｔ）と、それによって生じ
る建物の運動ｙ（ｔ）との間の系のインパルス応答である。
【数２】
2005156448.tif 000004
【００１２】
請求項４記載の考案では、建物の各部屋に振動測定点を定め、地盤の入力地動を基準として周波数応答を示す振動倍率から、建物の固有周波数（ｆ）、振幅倍率（Ｒ）、固有周期（Ｔ）と共振の鋭さの度合いを表すＱ値を求め、耐震性能指数Ｃ（Ｃ１，Ｃ２）を次式で求めることを特徴とする。
【数３】
2005156448.tif 000005
ここで、Ｄｓは建物の構造特性係数
【００１３】
請求項５記載の考案では、振動測定結果から耐震性能指数（Ｃ）が所定値以上の場合は、耐震性能は要注意として耐震改修を実施するべきであると判断するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の考案では、耐震改修後、振動測定を同じ場所で行い、振幅スペクトル及び固有周期を比較し各部屋が所定値以内になれば耐震改修は合格であると判断するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明のうち請求項１記載の考案によれば、地盤と建物の常時微動の同時測定データを利用して建物の振動特性を算出し、その建物の振動特性を基にして建物の耐震診断を行い、それに従い耐震改修を行った後、改修前後の振動特性の比較検討により建物の耐震性能及び耐震補強の効果を定量的に表示するようにしたことにより、建物の性質である振動周期を直接測定して求めることができるので、建物の耐震性能の評価と建物の耐震補強の効果が定量的に表示できる。
【００１６】
本発明のうち請求項２記載の考案によれば、地盤及び建物の常時微動は、地盤上及び建物の所定階層床上で南北方向及び東西方向について測定するようにしたことにより、方角による建物の振動特性をより正確に把握することができる。
【００１７】
本発明のうち請求項３記載の考案によれば、建物の振動特性は、下記の式（１）、式（２）
【数４】
2005156448.tif 000006
Ｈ（ｆ）はインパルス応答ｈ（ｔ）のフーリエ変換
ｈ（ｔ）は建物に地盤から加えられる力ｘ（ｔ）と、それによって生じ
る建物の運動ｙ（ｔ）との間の系のインパルス応答である。
【数５】
2005156448.tif 000007
により求めるようにしたので、建物の振動的な特性がすべてＨ（ｆ）に入ってきており、建物の振動特性を効果的に求めることができる。
【００１８】
本発明のうち請求項４記載の考案によれば、建物の各部屋に振動測定点を定め、地盤の入力地動を基準として周波数応答を示す振動倍率から、建物の固有周波数（ｆ）、振幅倍率（Ｒ）、固有周期（Ｔ）と共振の鋭さの度合いを表すＱ値を求め、耐震性能指数Ｃ（Ｃ１，Ｃ２）を次式
【数６】
2005156448.tif 000008
ここで、Ｄｓは建物の構造特性係数
で求めるようにしたので、建物の耐震評価を実情に即した形式として評価することができる。
【００１９】
本発明のうち請求項５記載の考案によれば、振動測定結果から耐震性能指数（Ｃ）が所定値以上の場合は、耐震性能は要注意として耐震改修を実施するべきであると判断するようにしたので、より具体的に耐震改修の基準を把握することができる。
【００２０】
本発明のうち請求項６記載の考案によれば、耐震改修後、振動測定を同じ場所で行い、振幅スペクトル及び固有周期を比較し各部屋が所定値以内になれば耐震改修は合格であると判断するようにしたので、具体的な耐震改修の基準を作成することができるため、地震対策として大変有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施の形態に係る建物の動的耐震性能及び耐震補強後の耐震性能評価方法を図により説明する。
本実施の形態に係る建物の動的耐震性能及び耐震補強後の耐震性能評価方法では、地盤と建物の常時微動の同時測定データを利用して建物の振動特性を算出し、その建物の振動特性を基にして建物の耐震診断を行い、それに従い耐震改修を行い、改修前後の振動特性の比較検討により建物の耐震性能及び耐震補強の効果を定量的に表示するようにしたものである。
【００２２】
地盤及び建物の常時微動は、地盤上及び建物の所定階層床上で南北方向及び東西方向について測定する。
【００２３】
建物の振動特性は、以下の式（１）、（２）により求める。
【数７】
2005156448.tif 000009
Ｈ（ｆ）はインパルス応答ｈ（ｔ）のフーリエ変換
ｈ（ｔ）は建物に地盤から加えられる力ｘ（ｔ）と、それによって生じ
る建物の運動ｙ（ｔ）との間の系のインパルス応答である。
【数８】
2005156448.tif 000010
【００２４】
建物の各部屋に振動測定点を定め、地盤の入力地動を基準として周波数応答を示す振動倍率から、建物の固有周波数（ｆ）、振幅倍率（Ｒ）、固有周期（Ｔ）と共振の鋭さの度合いを表すＱ値を求め、耐震性能指数Ｃ（Ｃ１，Ｃ２）を式（３）、（４）で求めるようにしている。ＲとＱは理論的には同じになるものであるが、必ずしもＱが求められない場合があるので、Ｑ、Ｒを両方使用して平均化することとしている。従来は、Ｃ＝ＴＱＲとしていたが、単位が秒となるため，ＱＲを平均して使用することとしている。また、Ｔを０．１で除しているのは、０．１の固有周期よりも小さいものはないためである。このように、本発明では、実際の測定値である振幅倍率（Ｒ）、固有周期（Ｔ）と共振の鋭さの度合いを表すＱ値から耐震性能指数を求めるようにしている。これは、地震の際の被害率は沖積層の厚さが厚いほど急増することがわかっており、沖積層の厚みは地盤の卓越周期からわかるものであり、地盤上に建設される建物の卓越周期を測定することにより建物の性質、すなわち耐震性がわかることを根拠としている。
【数９】
2005156448.tif 000011
ここで、Ｄｓは建物の構造特性係数であり、変形能力による地震エネルギー吸収性能に応じた低減係数である。Ｄｓは構造種別（ＲＣ，ＳＲＣ，Ｓ造）により異なるが、柱、梁、壁の部材種別と耐震壁・ブレースのせん断力の負担比率により決定され、変形能力が大きいほど構造特性係数は小さくなる。
【００２５】
振動測定結果から耐震性能指数（Ｃ）が所定値以上の場合は、耐震性能は要注意として耐震改修を実施するべきであると判断するようにしている。後述するが、Ｃが２０以下であれば問題なし、３０以上の建物では補修が好ましい、４０以上であれば補修は必須という基準となる。この基準の決め方は、以下のように行っている。阪神大震災時に、Ｃが２０以下のツーバイフォー型の住宅は全く破損していないことから、２０以下であれば問題はないという基準としている。また、Ｃが４０以上の住宅では、破損が生じたものが多いことから、４０以上であれば補修は必須という基準としている。
【００２６】
耐震改修後、振動測定を同じ場所で行い、振幅スペクトル及び固有周期を比較し各部屋が所定値以内になれば耐震改修は合格であると判断している。
【００２７】
図１は、本実施の耐震性能評価方法を実施するための装置である。
本装置は、導電型速度計１（ＧＥＯ社ＨＳ−１  ＬＴ）及び専用８ｃｈ用の増幅手段２及びパーソナルコンピュータ３に組み込んだ木造建造物耐震診断用の制御解析プログラムから構成される。増幅手段２にはＡ／Ｄ変換機能も備える。また、パーソナルコンピュータには、増幅手段２からのデータのＩ／Ｆカードも内蔵される。また、増幅手段器２に各々電源を供給するためのＡＣ１００Ｖの電源ユニット４が設けられる。地盤と建物の常時微動の同時測定データは、導電型速度計１を建物及び地盤に最大８箇所設置して、増幅手段２により、振動を増幅後、Ａ／Ｄ変換してデジタルデータとして、パーソナルコンピュータで常時微動データを解析する。
【実施例】
【００２８】
本発明の方法により、実際の建物について、地盤と建物の常時微動の同時測定データを利用して建物の振動特性を算出し、その建物の振動特性を基にして建物の耐震診断を行い、それに従い耐震改修を行い、改修前後の振動特性の比較検討により建物の耐震性能及び耐震補強の効果を定量的に表示を行った。
【００２９】
対象建物は２階建ての在来工法による木造住宅（中央部分）を鉄骨構造（西側部分）で増築・改築して業務用建物として使用している。この建物の２階部分の間取り図と、Ａ点からＧ点までの７箇所の振動測定点を図２に示す。
【００３０】
１階部分の床面積は約２７０ｍ２で、４部屋あるが、作業用に使用していることから間仕切り壁が少なく、明らかに構造的に壁剛性が不足しているように見える。地盤からの入力振動の測定のために、１階玄関ホールの土間に測定点Ｓを設けた。
【００３１】
測定機器としては、固有周期１秒の換振器８台、増幅器、記録器を使用して振動データを収録し、また得られたデータは波形が安定している部分を選択してスペクトルアナライザーで解析した。図３に地盤Ｓ点と技術室Ａ点の振幅スペクトルを南北方向（ＮＳ）と東西方向（ＥＷ）成分を合わせて示してある。Ａ点では、南北方向の振動に３−６Ｈｚの顕著な共振による振幅成分が見られる。
また、図４には、地盤Ｓ点の入力地動を規準とした周波数応答を表す技術室Ａ点の振幅倍率曲線を示している。
【００３２】
このような解析結果から、この建物の固有周波数（ｆ）、減衰定数（ｈ）、振幅倍率（Ｒ）が求められる。しかし、ここでは固有周波数、減衰定数の代わりに固有周期（Ｔ）と共振度合の鋭さを表すＱ値を便宜的に使用する。
【００３３】
ここで、測定された建物の動特性を表す数値を用いて建物の耐震性を評価するために、耐震性能指数（Ｃ）を次式(３)、（４）のように定義して用いることにする。
【数１０】
2005156448.tif 000012
ここで、Ｄｓは建物の構造特性係数
この場合、固有周期Ｔ、共振度合Ｑ値、及び振幅倍率Ｒは相乗的に建物の耐震性能に関与するものと考える。しかし、こららは、いずれも大きいほど悪い効果が生じる、生み出すものと考えている。ただし、ＱとＲは、理論的には同等のものであることが分かっているが、実際に測定するときには、異なる場合が多いことから平均操作を加えて用いている。
【００３４】
図７に、この建物の耐震性能指数（Ｃ）のＡ〜Ｇの各測定点の関係を示している。これを見ると建物の南東部の技術室Ａ点は６４と大きく、北西部の倉庫Ｇ点付近は３７と小さい。
【００３５】
ここで、求めた耐震性能指数（Ｃ）は、兵庫県南部地震の被害調査等の実績と照し合わせて判断すると、ほぼ３０を超えると建物耐震性能としては要注意であると考えられる。
【００３６】
振動測定結果から分かるように対象建物は、技術室Ａ点を含む南東部分は耐震性能が不十分であると判断され、専門の建築士の設計のもとに耐震改修を実施した。その実際の工事は次のようなものであった。
Ａ）構造柱新設
Ｂ）構造壁新設（柱・梁・ブレース）
Ｃ）構造壁新設（柱・ブレース）
Ｄ）構造壁新設（柱・ブレース）、構造用合板張り
Ｅ）構造柱新設・３本、構造用合板増し張り
Ｆ）構造用壁新設（柱・ブレース）
【００３７】
建物に耐震補強工事を実施した後で、前述した測定と同様な振動測定を同じ場所と同じ機器で行った。図５に補強後の技術室Ａ点の振幅スペクトルを地盤Ｓ点のスペクトルとともに示す。図５においては、図４と比べて補強効果が振動の減少となって顕著に表れている。
【００３８】
次に、耐震改修前後の建物の固有周期の各測定点の変化について図６に示す。これから分かるように南北方向の振動の固有周期はほぼ０．２８秒から０．２１秒位に全体的に小さくなっており、建物の１階部分の剛性が大きくなったことを表している。なお、図７によれば、改修後も３０を越える部屋が多いが、居住空間ではないこと、また、鉄筋、軽量鉄筋、木造からなる複雑な構造の家屋であること、予算との兼ね合いから今回の改修は妥当であると考えられる。また、参考までに、図８に、これまでに実施して得られた戸建住宅の振動特性調査の結果のうち、各種の工法による住宅の耐震性能指数の実例と、今回の測定結果との比較表示したものを示している。
【００３９】
このように、地盤と建物の常時微動の同時測定データを利用して、建物の振動特性を把握し、それらの情報を基にして建物の耐震改修を実施して、改修前後の振動特性を比較検討することにより、建物の耐震性能の評価と建物の耐震補強の効果が定量的に表示できることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態の耐震性能評価方法を実施するための装置のブロック図である。
【図２】本実施例２階部分の間取りと振動測定点を説明する平面図である。
【図３】地盤Ｓ点と技術室Ａ点の振幅スペクトルを南北方向と東西方向成分を合わせて示したグラフである。
【図４】地盤Ｓ点の入力地動を規準とした周波数応答を表す技術室Ａ点の振幅倍率曲線を示したグラフである。
【図５】補強後の技術室Ａ点と地盤Ｓ点の振幅スペクトルを示した図である。
【図６】耐震改修前後の建物の固有周期の各測定点の変化を示したグラフである。
【図７】建物の耐震性能指数（Ｃ）のＡ〜Ｇの各測定点の関係を示すグラフである。
【図８】各種の工法による住宅の耐震性能指数の実例と、今回の測定結果とを比較表示したグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１  導電型速度計
２  増幅手段
３  パーソナルコンピュータ
４  電源ユニット    
【図１】
2005156448.tif 000016
【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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