(57)【要約】【課題】加振器による小さな振動を可視化して耐震診断状態を体感することが可能となり、加振器の軽量化を図ることができ、耐震診断時の作業効率を向上させることができる。【解決手段】建物４に加振器２によって加振された振動を可視化する構成であって、透明板から形成される槽からなり、一方向に沿う長さ寸法を段階的に小さくした４区画の共振周波数の異なる可視化領域Ｄ１〜Ｄ４が仕切り板よって画成され、複数の可視化領域Ｄ１〜Ｄ４は、それぞれ液体が非満水の状態で貯留され、これら複数の可視化領域Ｄ１〜Ｄ４の配列方向を加振器２の加振方向Ｘと平行になる方向に向けて配置された構成の振動可視化装置１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物に加振器によって加振された振動を可視化するための振動可視化装置であって、
少なくとも一部が透明板から形成される槽からなり、一方向に沿う長さ寸法を段階的に小さくした複数の共振周波数の異なる可視化領域が仕切り板よって画成され、
前記複数の可視化領域は、それぞれ液体が非満水の状態で貯留され、これら複数の可視化領域の配列方向を前記加振器の加振方向と平行になる方向に向けて配置されることを特徴とする振動可視化装置。
【請求項２】
隣接する前記可視化領域同士の共振周波数の差が０．１〜１.０Ｈｚであることを特徴とする請求項１に記載の振動可視化装置。
【請求項３】
前記可視化領域に貯留される液体は、界面活性剤が混合された水であることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動可視化装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動可視化装置を使用した耐震診断システムであって、
平面視で前記建物の中心に配置されて該建物に振動を与える加振器と、
該加振器を挟んだ両側の対象位置で、かつ加振方向に直交する方向に配置され、加振された建物の振動を検出する振動センサと、
前記複数の可視化領域の配列方向を前記加振器の加振方向と平行になる方向に向けて配置された前記振動可視化装置と、
を備えたことを特徴とする耐震診断システム。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動可視化装置を用いた耐震診断方法であって、
前記加振器を平面視で前記建物の中心に配置する工程と、
前記複数の可視化領域の配列方向を前記加振器の加振方向と平行になる方向に向けて前記振動可視化装置を配置する工程と、
前記加振器を挟んだ両側の対象位置で、かつ加振方向に直交する方向に振動センサを配置する工程と、
前記加振器によって振動周波数を変化させて前記建物を加振する工程と、
前記振動センサで建物の振幅を検出するとともに、前記複数の可視化領域の液体の波を確認する工程と、
を有することを特徴とする耐震診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動可視化装置、耐震診断システム、及び振動可視化装置を用いた耐震診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅などの建物の新築時あるいは改築時などにおいて、耐震診断を行うことが行われている。このような耐震診断では、従来、例えば下記特許文献１に示されるように、加振器を建物内に配置して加振させ、加速度検出器により検出した信号に基づいて求めた建物の固有振動数を使用し、動的な耐震診断を行う方法が知られている。
【０００３】
具体的には、例えば２階建て住宅の場合において、２階床の重心部に加振器を設置し、その両側に加速検出器などの振動センサを設ける。そして、加振器の振動周波数を例えば３〜１０Ｈｚ程度でスイープ振動させながら振動センサで建物の揺れを測定する。このとき、建物の固有振動数で共振現象をおこし、揺れが大きくなることから、固有振動数が低いほど揺れやすい（柔い）建物であると判断している。また、両側の振動センサの振幅値のバランスが悪い程、偏心が大きく、揺れに弱い建物であると推定することができる。
そして、このような耐震診断では実際に建物に振動を与える診断方法であり、その診断時には人が認識できる震度１程度の揺れを体感することが可能となるので、例えば建物の施主なども耐震診断に立ち会って振動を体感することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９７４８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示されるような耐震診断方法では、以下のような問題があった。
すなわち、耐震診断時に人が揺れを体感するためには少なくとも震度１程度の揺れは必要である。そして、震度１程度以上の加振を発生させるための加振器としては、例えば本体が４０ｋｇで、錘が２０ｋｇと重量の大きな機器となるため、耐震診断時に作業員一人で建物内に搬入して設置することが困難であり、作業性が悪く、作業効率が低下するという問題があった。
【０００６】
一方で、例えば本体と錘を合わせて４０ｋｇ程度の軽量化した加振器を使用する場合には、作業員一人で搬入・設置を行うことも可能となり、作業性は改善するものの、その軽量の加振器で加振される揺れが例えば震度１未満で小さくなってしまい、耐震診断時に建物内で揺れを体感することが困難となる。
そのため、加振器の軽量化に伴う作業効率の向上と揺れの体感性をバランスよく達成できる耐震診断が求められており、その点で改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、加振器による小さな振動を可視化して耐震診断状態を体感することが可能となり、加振器の軽量化を図ることができ、耐震診断時の作業効率を向上させることができる振動可視化装置、耐震診断システム、及び振動可視化装置を用いた耐震診断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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る振動可視化装置は、建物に加振器によって加振された振動を可視化するための振動可視化装置であって、少なくとも一部が透明板から形成される槽からなり、一方向に沿う長さ寸法を段階的に小さくした複数の共振周波数の異なる可視化領域が仕切り板よって画成され、前記複数の可視化領域は、それぞれ液体が非満水の状態で貯留され、これら複数の可視化領域の配列方向を前記加振器の加振方向と平行になる方向に向けて配置されることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係る耐震診断システムは、上述した振動可視化装置を使用した耐震診断システムであって、平面視で前記建物の中心に配置されて該建物に振動を与える加振器と、該加振器を挟んだ両側の対象位置で、かつ加振方向に直交する方向に配置され、加振された建物の振動を検出する振動センサと、前記複数の可視化領域の配列方向を前記加振器の加振方向と平行になる方向に向けて配置された前記振動可視化装置と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に係る振動可視化装置を用いた耐震診断方法は、上述した振動可視化装置を用いた耐震診断方法であって、前記加振器を平面視で前記建物の中心に配置する工程と、前記複数の可視化領域の配列方向を前記加振器の加振方向と平行になる方向に向けて前記振動可視化装置を配置する工程と、前記加振器を挟んだ両側の対象位置で、かつ加振方向に直交する方向に振動センサを配置する工程と、前記加振器によって振動周波数を変化させて前記建物を加振する工程と、前記振動センサで建物の振幅を検出するとともに、前記複数の可視化領域の液体の波を確認する工程と、を有することを特徴としている。
【００１１】
本発明では、加振器を平面視で建物の中心に配置し、複数の可視化領域の配列方向を加振器の加振方向と平行になる方向に向けて振動可視化装置を配置し、加振器によって振動周波数を変化させて建物を加振させると、建物の固有振動数で共振現象が発生し、揺れが大きくなる。このとき、共振周波数が異なる可視化領域のうち建物の固有振動数に近い共振点の可視化領域に貯留されている液体が大きく揺れる。つまり、振動可視化装置が透明板から形成される槽であるので、その場で可視化領域の波形を目視により確認することができ、加振器による建物の振動に応じた液体の揺れを可視化することができる。
これにより、加振器による加振力（振動）が小さい場合でも可視化される診断を行うことができるので、より小さくて軽量な加振器を採用することが可能となる。したがって、軽量な加振器を使用して簡単に建物内に搬入して設置することができ、従来のような重量の大きな加振器を建物内に搬入する必要がなくなるので、耐震診断時における作業効率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る振動可視化装置は、隣接する前記可視化領域同士の共振周波数の差が０．１〜１.０Ｈｚであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る振動可視化装置は、前記可視化領域に貯留される液体は、界面活性剤が混合された水であることが好ましい。
【００１４】
この場合には、例えば石鹸などの界面活性剤を可視化領域に貯水される水に混合させることで、その水の表面張力が小さくなり、共振時に生じる可視化領域内の水の波形状態が明確になる利点がある。つまり、例えば、前記水が表面張力の大きな水道水のみである場合のように、共振現象が確認し難くなることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の振動可視化装置、耐震診断システム、及び振動可視化装置を用いた耐震診断方法によれば、加振器による小さな振動を可視化して耐震診断状態を体感することが可能となり、加振器の軽量化を図ることができ、耐震診断時の作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態による振動可視化装置を用いた耐震診断方法の全体概要を示す斜視図である。
【図２】図１に示す建物の２階床において耐震診断を行うための機器の配置状態を示す平面図である。
【図３】振動可視装置の構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示す振動可視化装置を上方から見た平面図である。
【図５】耐震診断時における振動可視化装置の波形の状態を示す側面図であって、（ａ）は加振前の状態を示す図、（ｂ）は第１可視化領域が共振により波形が振動した状態を示す図、（ｃ）は第２可視化領域が共振により波形が振動した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態による振動可視化装置、耐震診断システム、及び振動可視化装置を用いた耐震診断方法について、図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本実施の形態による耐震診断方法は、振動可視化装置１と、加振器２と、加速度検出器３Ａ、３Ｂ（振動センサ）と、を使用して住宅などの建物４の耐震診断を行う方法である。本実施の形態の建物４は、２階建で平面視矩形状をなし、２階の床面４ａ（診断対象床）に前述の振動可視化装置１、加振器２、及び加速度検出器３Ａ、３Ｂが配置されている。なお、振動可視化装置１、加振器２、及び加速度検出器３Ａ、３Ｂは、本発明の耐震診断システムに相当する。
ここで、図２において、紙面の上下方向を南北方向とし、同じく左右方向を東西方向とし、この東西方向を加振方向Ｘという。
【００１９】
加振器２は、平面視で建物４の中心に配置されて建物４に対して加振方向Ｘに振動を与えるものである。例えば、加振器２の振動周波数を３〜１０Ｈｚの範囲で変化させて耐震診断が行われる。
【００２０】
加速度検出器３Ａ、３Ｂは、平面視で加振器２を挟んだ両側の対象位置で、かつ加振方向Ｘに直交する方向に配置され、加振された建物４の振動を検出するものである。
【００２１】
振動可視化装置１は、図３及び図４に示すように、建物４に加振器２によって加振された振動を可視化するための装置であって、例えばアクリル板やガラス板などからなる透明板から形成されるケース（槽）であり、一方向に沿う長さ寸法を段階的に小さくした複数（ここでは４区画）の共振周波数の異なる可視化領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が仕切り板１３、１４、１５よって画成されている。
前記ケースは、上方から見た平面視で長方形状をなし、長手板１１Ａ、１１Ｂと短手板１２Ａ、１２Ｂと、底板を有している。仕切り板１３、１４、１５は、短手板１２Ａ、１２Ｂに平行で、かつ長手板１１Ａ、１１Ｂに直交する方向に配置されている。
【００２２】
仕切り板１３、１４、１５は、可視化領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が連通するよう、それぞれが連通孔を有していても良い。この連通孔は貯水される水位より低い位置に設けられ、これにより可視化領域Ｄ１〜Ｄ４の何れかに水を供給することですべての領域に貯水でき、さらに各領域の水位を同一とすることができる。連通孔としては、仕切り板自体に穴を設けたものでなくとも良く、例えば仕切り板と底板、若しくは仕切り板と長手板１１Ａ、１１Ｂのいずれかとの間の少なくとも一部に設けられた隙間でもよい。
【００２３】
また、仕切り板１３、１４、１５の上端は、少なくとも可視化領域Ｄ１〜Ｄ４に貯留される液体の水位よりも高く、加振した際に液体が溢れない程度の高さであればよく、仕切り板１３、１４、１５の上端は長手板１１Ａ、１１Ｂ又は短手板１２Ａ、１２Ｂと同じ高さでなくともよい。
なお、仕切り板１３、１４、１５、長手板１１Ａ、１１Ｂ及び短手板１２Ａ、１２Ｂは、全てが透明であっても良く、これらの一部のみ透明とした構成でも良いが、内部の水の振動を視認するためには、少なくとも長手板１１Ａ、１１Ｂのいずれかが透明であることが好ましい。また、長手板１１Ａ、１１Ｂは、後述する水の水位が側部から確認できる位置のみに透明な窓を有した構成となっていてもよい。
【００２４】
振動可視化装置１は、４区画の可視化領域Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれが非満水の状態で水Ｗが貯留され、これら可視化領域Ｄ１〜Ｄ４の配列方向を加振器２の加振方向Ｘと平行になる方向に向けて配置されている。可視化領域Ｄ１〜Ｄ４内の水Ｗは、表面張力を低下させる効果を有する例えば石鹸やアルコール等の界面活性剤Ｓが混合されている水が貯留されている。なお、貯留される水位は加振した際に振動可視化装置１から溢れず、かつ、加振した際に揺れが視認できる程度に貯留されていることが好ましい。また、貯留される液体としては水に限るものではなく、油やアルコール類などの加振した際に振動する液体であれば良い。さらに、液体に着色剤を混ぜて着色しても良い。
そして、配列方向に隣接する可視化領域Ｄ１〜Ｄ４同士の共振周波数の差が０．１〜１.０Ｈｚに設定されている。
【００２５】
例えば、具体的な振動可視化装置１の寸法として、図３に示すように、長手板１１Ａ、１１Ｂの長さ寸法が１３０ｍｍ、短手板１２Ａ、１２Ｂの長さ寸法が１００ｍｍ、高さ寸法が１００ｍｍ、各可視化領域Ｄ１〜Ｄ４の配列方向の長さ寸法は、それぞれその順で６０ｍｍ、４０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍである。そして、このときの第１可視化領域Ｄ１の共振周波数が３．６５Ｈｚであり、その隣の第２可視化領域Ｄ２の共振周波数が４．７Ｈｚである。
【００２６】
そして、可視化領域Ｄ１〜Ｄ４の共振周波数は、（１）式により求めることができる。ここで、（１）式において、ｆは共振周波数、ｇは重力加速度、Ｈは水深、Ｌは各可視化領域の加振方向Ｘの長さ寸法である。なお、単位は省略する。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
次に、上述した振動可視化装置、耐震診断システム、及び振動可視化装置を用いた耐震診断方法の作用について図面を用いて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本実施の形態による振動可視化装置を用いた耐震診断方法は、先ず加振器２を平面視で建物４の中心に配置し、４区画の可視化領域Ｄ１〜Ｄ４（図３参照）の配列方向を加振器２の加振方向Ｘと平行になる方向に向けて振動可視化装置１を配置する。さらに、加振器２を挟んだ両側の対象位置で、かつ加振方向Ｘに直交する方向に加速度検出器３Ａ、３Ｂを配置する。
次に、加振器２によって振動周波数を変化させて建物４を加振し、加速度検出器３Ａ、３Ｂで建物４の振幅を検出するとともに、複数の可視化領域Ｄ１〜Ｄ４の水Ｗの波を確認する。
【００２９】
ここで、加速度検出器３Ａ、３Ｂは、それぞれ加振器２の両側で、加振器２から同じ距離だけ離れた位置に配置されているので、それぞれで検出された振幅値のバランスを確認することができる。つまり、双方の加速度検出器３Ａ、３Ｂによるそれぞれの振幅値に差が小さい場合には、建物の偏心が小さく、揺れに強い建物であると評価することができ、一方で差が大きい場合には、偏心が大きく、揺れに弱いと評価される。
【００３０】
このように本実施の形態では、加振器２を平面視で建物４の中心に配置し、複数の可視化領域Ｄ１〜Ｄ４の配列方向を加振器２の加振方向Ｘと平行になる方向に向けて振動可視化装置１を配置し、加振器２によって振動周波数を変化させて建物４を加振させると、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、建物４の固有振動数で共振現象が発生し、揺れが大きくなる。このとき、共振周波数が異なる可視化領域Ｄ１〜Ｄ４のうち建物４の固有振動数に近い共振点の可視化領域Ｄ１〜Ｄ４に貯留されている水Ｗが大きく揺れる。
【００３１】
例えば、図５（ｂ）に示すように、加振器２で加振した振動周波数が第１可視化領域Ｄ１で設定されている共振周波数に一致したときには、第１可視化領域Ｄ１内の水Ｗが大きく揺れる。また、図５（ｃ）に示すように、第２可視化領域Ｄ２で設定されている共振周波数に一致したときには、第２可視化領域Ｄ２内の水Ｗが大きく揺れる。
つまり、振動可視化装置１が透明板から形成される槽であるので、その場で可視化領域Ｄ１〜Ｄ４の波を目視により確認することができ、加振器２による建物４の振動に応じた水Ｗの揺れを可視化することができる。
【００３２】
これにより、加振器２による加振力（振動）が小さく揺れが体感できない場合でも可視化するとができるので、より小さくて軽量な加振器２を採用することが可能となる。したがって、軽量な加振器２を使用して簡単に建物４内に搬入して設置することができ、従来のような重量の大きな加振器を建物内に搬入する必要がなくなるので、耐震診断時における作業効率を向上させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、界面活性剤Ｓを可視化領域Ｄ１〜Ｄ４に貯留される水Ｗに混合させることで、その水Ｗの表面張力が小さくなり、共振時に生じる可視化領域Ｄ１〜Ｄ４内の水の波形状態が明確になる利点がある。つまり、例えば、貯留されている水が表面張力の大きな水のみである場合のように、共振現象が確認し難くなることを防止することができる。
【００３４】
上述のように本実施の形態による振動可視化装置、耐震診断システム、及び振動可視化装置を用いた耐震診断方法では、加振器２による小さな振動を可視化して耐震診断状態を体感することが可能となり、加振器２の軽量化を図ることができ、耐震診断時の作業効率を向上させることができる。
【００３５】
以上、本発明による振動可視化装置、耐震診断システム、及び振動可視化装置を用いた耐震診断方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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。
例えば、上述の本実施の形態では、振動可視化装置１において３枚の仕切り板１３、１４，１５によって４区画の可視化領域Ｄ１〜Ｄ４を形成した構成としているが、この数量に限定されることはなく、複数であれば３区画でもよいし、５区画以上であってもかまわない。
また、振動可視化装置１の外形寸法や、可視化領域Ｄ１〜Ｄ４の大きさ、寸法についても適宜設定することが可能である。
【００３６】
また、振動可視化装置１の設置位置は、複数の可視化領域の配列方向を加振器２の加振方向と平行になる方向に向けて配置されていればよいのであって、加振器２と振動可視化装置１との間の間隔が制限されるものではない。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、建物４として２階建の住宅を対象とし、その２階の床面４ａを加振器２や振動可視化装置１が設置される診断対象床としているが、これに限定されるものではない。つまり、建物は、２階建の住宅に限らず、３階建の住宅や低層ビル等を本実施の形態による耐震診断の対象としてもよい。
【００３８】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  振動可視化装置
２  加振器
３Ａ、３Ｂ  加速度検出器（振動センサ）
４  建物
４ａ  床面（診断対象床）
１１Ａ、１１Ｂ  長手板
１２Ａ、１２Ｂ  短手板
１３、１４、１５  仕切り板
Ｘ  加振方向
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  可視化領域
Ｗ  水（液体）
Ｓ  界面活性剤
【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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