(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の床の振動を簡易解析法によりコンピューターを用いて解析する方法において、
前記床に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記床に関する物理データを第１のデータ入力手段によって取り込む第１のデータ入力ステップと、
前記床を支持する梁に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記梁に関する物理データを第２のデータ入力手段によって取り込む第２のデータ入力ステップと、
前記梁を支持する柱に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記柱に関する物理データを第３のデータ入力手段によって取り込む第３のデータ入力ステップと、
前記床に加わる外力に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記外力に関する物理データを第４のデータ入力手段によって取り込む第４のデータ入力ステップと、
前記第１ないし第４のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データをデータ書き込み手段によって記憶装置に格納するデータ書き込みステップと、
前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている、外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を解析手段によって行う解析ステップと、
前記解析ステップにおける解析の結果を表示装置に出力手段によって表示する出力ステップと、
を含むことを特徴とする床振動解析方法。
【請求項２】
前記床に関する前記物理的データは、前記床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを含む請求項１記載の床振動解析方法。
【請求項３】
前記梁に関する前記物理的データは、前記梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含む請求項１記載の床振動解析方法。
【請求項４】
前記柱に関する前記物理的データは、前記柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含む請求項１記載の床振動解析方法。
【請求項５】
前記外力に関する前記物理的データは、前記外力が加わる位置のデータを含む請求項１記載の床振動解析方法。
【請求項６】
前記記憶装置に格納されている前記外力の時系列データは、人が前記床上で飛び跳ね、歩行、小走り、かかと衝撃動作、ならびにエアロビクス屈伸運動のいずれかを行った場合に前記床に加わる力のデータもしくは任意の周波数・振幅に生成した正弦波のデータである請求項１記載の床振動解析方法。
【請求項７】
前記床上に装着された受動的制振装置に関する前記物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記受動的制振装置に関する前記物理的データを第５のデータ入力手段によって取り込む第５のデータ入力ステップをさらに含み、前記データ書き込みステップでは、前記第１ないし第４のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データと共に、前記第５のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データを前記データ書き込み手段によって前記記憶装置に格納し、前記解析ステップでは、前記第５のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データをも用いて床振動に係わる前記解析を前記解析手段によって行う請求項１記載の床振動解析方法。
【請求項８】
前記受動的制振装置に関する前記物理的データは、前記受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを含む請求項７記載の床振動解析方法。
【請求項９】
前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記解析を行って、前記床の固有振動周波数を算出する請求項１記載の床振動解析方法。
【請求項１０】
前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記解析を行って、前記床の動的応答特性を求める請求項１記載の床振動解析方法。
【請求項１１】
前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記床の動的応答特性として前記床の変位を算出する請求項１０記載の床振動解析方法。
【請求項１２】
前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記床の動的応答特性として前記床の加速度を算出する請求項１０記載の床振動解析方法。
【請求項１３】
前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記床の動的応答特性として前記床の最大変位および最大加速度のうちのいずれか一方または両方を算出する請求項１０記載の床振動解析方法。
【請求項１４】
前記床に加わる前記外力は上階または下階から柱を通じて加わる力である請求項１記載の床振動解析方法。
【請求項１５】
建物の床の振動を簡易解析法により解析する装置において、
前記床に関する物理的データを取り込む第１のデータ入力手段と、
前記床を支持する梁に関する物理的データを取り込む第２のデータ入力手段と、
前記梁を支持する柱に関する物理的データを取り込む第３のデータ入力手段と、
前記床に加わる外力に関する物理的データを取り込む第４のデータ入力手段と、
前記第１ないし第４のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データを記憶装置に格納するデータ書き込み手段と、
前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている、外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う解析手段と、
前記解析手段による解析の結果を表示装置に表示する出力手段と、
を含むことを特徴とする床振動解析装置。
【請求項１６】
前記床に関する前記物理的データは、前記床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを含み、前記梁に関する前記物理的データは、前記梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記柱に関する前記物理的データは、前記柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記外力に関する前記物理的データは、前記外力が加わる位置のデータを含み、前記記憶装置に格納されている前記外力の時系列データは、人が前記床上で飛び跳ね、歩行、小走り、かかと衝撃動作、ならびにエアロビクス屈伸運動のいずれかを行った場合に前記床に加わる力のデータである請求項１５記載の床振動解析装置。
【請求項１７】
前記床上に装着された受動的制振装置に関する前記物理的データを取り込む第５のデータ入力手段をさらに含み、前記データ書き込み手段は、前記第１ないし第４のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データと共に、前記第５のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データを前記記憶装置に格納し、前記解析手段は、前記第５のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データをも用いて床振動に係わる前記解析を行う請求項１５記載の床振動解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の床の振動を解析する方法および装置に関し、特に床の振動に係わる物理的特性を簡易解析法により求める方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビルなどの建物において良好な居住環境を確保する上で、床の振動障害に対する対策が重要である。この対策が不十分な場合には、床上を人が歩行したときや、床上でモータあるいは発電機などを稼働させたとき、大きい振動が階下に伝わって、階下の居住環境が悪化してしまう。また、精密加工機械などが設置される場合には、許容限度を越える振動が機械に伝わり、必要な加工精度を保つことが困難となる。
【０００３】
そのため従来より、建物の設計段階や建物が完成した段階で床振動のチェックが行われていた。
建物の設計段階でのチェックは、概ね次のような作業手順で行われる。すなわち、まず床の固有振動数を計算し、さらに、予想される振動源（歩行する人間やモータなど）に対する床の反応として、床の変位および加速度を計算する。そして、得られた計算結果を、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフ上にプロットして評価し、振動障害の発生を予測する。その後、上記計算結果、グラフ、判定結果などを文書にまとめる。
【０００４】
また、建物の完成後にチェックを行う場合の作業手順は概ね次のようになる。すなわち、まず完成した建物において実測により振動障害の現状を調査し、その調査結果にもとづいて振動障害を減ずるための対策を立案し、さらに予想される振動源に対し、床の変位および加速度応答を計算する。その後、得られた計算結果を、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフ上にプロットして評価し、振動障害の発生を予測する。その後、上記計算結果、グラフ、判定結果などを文書にまとめる。
いずれの場合にも振動障害の発生が予測されたときは、設計変更や必要な対策を実施し、その後、再度上述の作業を行って振動障害の有無を確認することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなチェックでは上述のように床の固有振動数や、変位および加速度の計算が必要であり、この計算は従来、手計算、簡易解析、有限要素法の３通りの手法のいずれかにより行われていた。
しかし、これらの手法のうち、手計算による方法は、実際の床を忠実に表現した解析モデルを使用することができず、十分な解析精度が得られないため、振動障害の予測結果は精度の低いものとならざるを得ない。そして、境界条件を種々に設定したり、間柱による補強や受動的制振装置を用いて振動制御を行う場合にはほとんど対応できない。なお、受動的制振装置はＴＭＤ（Ｔｕｎｅｄ  Ｍａｓｓ  Ｄａｍｐｅｒ）とも呼ばれている。
【０００６】
これに対して、有限要素法を用いる方法では、実際の床を忠実に表現した解析モデルを使用することができ、非常に高い精度で振動障害を予測することが可能である。また、境界条件を種々に設定したり、間柱による補強や受動的制振装置を用いて振動制御を行う場合にも対応できる。しかし、データの作成や計算結果の評価に膨大な手間と時間がかかるという欠点がある。また、有限要素法に関する専門的な知識が必要なため、建物の構造設計者が自身で作業を行うことは困難なケースも多い。そのため、この方法では多大のコストと時間がかかってしまう。
【０００７】
簡易解析を行う方法は、手計算と有限要素法の中間に位置するもので、具体的にはガラーキン法を応用して床の固有値解析および動的応答解析を行う。この方法では、有限要素法を用いた場合のように高い精度は得られないが、通常必要なレベルの精度は確保でき、有限要素法よりはるかに実用的なコストと時間で解析を行うことができる。
【０００８】
しかし、ガラーキン法による簡易解析では、柱を考慮することができず、梁および壁の設定位置も制約を受ける。また、梁の構造はＲＣ（鉄筋コンクリート）構造とＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造に限られ、境界条件も単純支持と固定支持のみしか設定できない。さらに、受動的制振装置は考慮できず、上下階の床に加わった外力の影響を調べるといった３次元的な解析も不可能である。したがって適用対象が限定されてしまい、この点でかならずしも実用的とはいえない。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、簡易解析法を用いた、適用範囲の広いより実用的な床振動解析方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、建物の床の振動を簡易解析法によりコンピューターを用いて解析する方法において、前記床に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記床に関する物理データを第１のデータ入力手段によって取り込む第１のデータ入力ステップと、前記床を支持する梁に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記梁に関する物理データを第２のデータ入力手段によって取り込む第２のデータ入力ステップと、前記梁を支持する柱に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記柱に関する物理データを第３のデータ入力手段によって取り込む第３のデータ入力ステップと、前記床に加わる外力に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記外力に関する物理データを第４のデータ入力手段によって取り込む第４のデータ入力ステップと、前記第１ないし第４のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データをデータ書き込み手段によって記憶装置に格納するデータ書き込みステップと、前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている、外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を解析手段によって行う解析ステップと、前記解析ステップにおける解析の結果を表示装置に出力手段によって表示する出力ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の床振動解析方法はまた、前記床に関する前記物理的データは、前記床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを含むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記梁に関する前記物理的データは、前記梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記柱に関する前記物理的データは、前記柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記外力に関する前記物理的データは、前記外力が加わる位置のデータを含むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記記憶装置に格納されている前記外力の時系列データは、人が前記床上で飛び跳ね、歩行、小走り、かかと衝撃動作、ならびにエアロビクス屈伸運動のいずれかを行った場合に前記床に加わる力のデータもしくは任意の周波数・振幅に生成した正弦波のデータであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の床振動解析方法はまた、前記床上に装着された受動的制振装置に関する前記物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記受動的制振装置に関する前記物理的データを第５のデータ入力手段によって取り込む第５のデータ入力ステップをさらに含み、前記データ書き込みステップでは、前記第１ないし第４のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データと共に、前記第５のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データを前記データ書き込み手段によって前記記憶装置に格納し、前記解析ステップでは、前記第５のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データをも用いて床振動に係わる前記解析を前記解析手段によって行うことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記受動的制振装置に関する前記物理的データは、前記受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の床振動解析方法はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記解析を行って、前記床の固有振動周波数を算出することを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記解析を行って、前記床の動的応答特性を求めることを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記床の動的応答特性として前記床の変位を算出することを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記床の動的応答特性として前記床の加速度を算出することを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記床の動的応答特性として前記床の最大変位および最大加速度のうちのいずれか一方または両方を算出することを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記床に加わる前記外力は上階または下階から柱を通じて加わる力であることを特徴とする。
【００１４】
本発明はまた、建物の床の振動を簡易解析法により解析する装置において、前記床に関する物理的データを取り込む第１のデータ入力手段と、前記床を支持する梁に関する物理的データを取り込む第２のデータ入力手段と、前記梁を支持する柱に関する物理的データを取り込む第３のデータ入力手段と、前記床に加わる外力に関する物理的データを取り込む第４のデータ入力手段と、前記第１ないし第４のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データを記憶装置に格納するデータ書き込み手段と、前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている、外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う解析手段と、前記解析手段による解析の結果を表示装置に表示する出力手段とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の床振動解析装置はまた、前記床に関する前記物理的データが、前記床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを含み、前記梁に関する前記物理的データが、前記梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記柱に関する前記物理的データが、前記柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記外力に関する前記物理的データが、前記外力が加わる位置のデータを含み、前記記憶装置に格納されている前記外力の時系列データが、人が前記床上で飛び跳ね、歩行、小走り、かかと衝撃動作、ならびにエアロビクス屈伸運動のいずれかを行った場合に前記床に加わる力のデータであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の床振動解析装置はまた、前記床上に装着された受動的制振装置に関する前記物理的データを取り込む第５のデータ入力手段をさらに含み、前記データ書き込み手段は、前記第１ないし第４のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データと共に、前記第５のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データを前記記憶装置に格納し、前記解析手段は、前記第５のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データをも用いて床振動に係わる前記解析を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明の床振動解析方法では、第１ないし第４のデータ入力ステップで、床、床を支持する梁、梁を支持する柱、床に加わる外力のぞれぞれに関する物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、第１ないし第４のデータ入力ステップで取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。そして、解析ステップで、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う。出力ステップでは、その解析結果を表示装置に表示する。
【００１８】
また、本発明の床振動解析装置では、第１ないし第４のデータ入力手段が、床、床を支持する梁、梁を支持する柱、床に加わる外力のぞれぞれに関する物理的データを取り込み、データ書き込み手段は、第１ないし第４のデータ入力手段が取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。そして、解析手段は、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う。出力手段は、その解析結果を表示装置に表示する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１は本発明による床振動解析装置の一例を示す機能ブロック図、図２は図１の床振動解析装置を構成するパーソナルコンピュータを示す構成図、図３は、図１の床振動解析装置の動作を示すフローチャートである。以下ではこれらの図を参照して本発明の床振動解析装置の実施例について説明し、同時に本発明の床振動解析方法の実施例について説明する。
【００２０】
本実施例の床振動解析装置は具体的には図２に示したパーソナルコンピュータ２（以下、パソコン２ともいう）により構成され、このパソコン２は、ＣＰＵ４と、不図示のインターフェース回路などを通じてＣＰＵ４に接続されたメモリ６、ハードディスク装置８、ＣＲＴモニタ１０、キーボード１２、マウス１４、ならびにプリンタ１６などにより構成されている。そして、実施例の床振動解析装置の主要な機能な、ハードディスク装置８に格納されている所定のプログラムデータを上記メモリ６にロードし、ＣＰＵ４にそのプログラムデータにもとづいて動作させることで実現される。なお、本発明に係わる記憶装置は、上記メモリ６およびハードディスク装置８により構成されている。
【００２１】
図１に示すように、実施例の床振動解析装置１８は、機能的には、第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８、データ書き込み手段３０、記憶装置１９、解析手段３２、ならびに出力手段３４により構成されている。
第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８は、本実施例では対話形式で、床振動の解析に必要な種々の物理的データ（以下、単にデータともいう）を操作者（通常は設計者）の操作にもとづいて順次取り込む。各データ入力手段は具体的には以下のデータをそれぞれ取り込む。
【００２２】
第１のデータ入力手段２０は、床に関するデータとして、床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを取り込む。
第２のデータ入力手段２２は、梁に関するデータとして、梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを取り込む。
第３のデータ入力手段２４は、柱に関するデータとして、柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを取り込む。
第４のデータ入力手段２６は、外力に関するデータとして、外力が加わる位置のデータを取り込む。
第５のデータ入力手段２８は、受動的制振装置に関するデータとして、受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを取り込む。
これらのデータ入力手段により上述した各種のデータが具体的にどのように入力されるかについては後にさらに詳しく説明する。
【００２３】
データ書き込み手段３０は、第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８が取り込んだ各種のデータをメモリ６の所定領域にそれぞれ格納する。
【００２４】
解析手段３２は、データ書き込み手段３０によりメモリ６に格納された上記データと、ハードディスク装置８に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析として、固有値解析と動的応答解析とを行う。
なお、上記外力の時系列データとしては、本実施例では人が床上で飛び跳ね運動を行った場合に床に加わる力のデータが、予めハードディスク装置８に格納されている。図５の（Ａ）は、人が床上で飛び跳ね運動を行った場合に床に加わる外力データをプロットしたグラフである。図中、横軸は時間を表し、縦軸は力の強さを表している。
出力手段３４は、解析手段３２による固有値解析と動的応答解析の結果を、後に詳しく説明するようにＣＲＴモニタ１０に表示し、またプリンタ１６に出力する。
【００２５】
次にこのように構成された床振動解析装置１８の動作について、図３のフローチャートを参照しつつ詳しく説明する。
まず、第１のデータ入力手段２０は、対話形式で床（スラブ）に関するデータを取り込むため、ＣＲＴモニタ１０の画面に、データを入力するためのウインドウを表示する（ステップＳ１）。図４はこの床に関するデータを入力するためのウインドウを示す説明図である。
【００２６】
第１のデータ入力手段２０は、ウインドウ３６内に、各データを入力するための７つの矩形の領域を表示し、各領域の近傍にはデータの名称など、データに係わる文字や記号を表示する。
領域３８、４０はそれぞれＸおよびＹ方向の床の長さを入力するための領域である。領域３８、４０に近接して表示された矩形図形４２は床を表し、矢印４４、４６はＸおよびＹの各方向を示している。Ｘ方向の床の長さを入力するための領域３８は矩形図形４２の上に配置され、領域３８の右側には単位を表す“ｍ”の文字が近接して表示されている。一方、Ｙ方向の床の長さを入力するための領域４０は矩形図形４２の左側に配置され、領域４０の右側には単位を表す“ｍ”の文字が近接して表示されている。
【００２７】
領域４８は床（スラブ）の厚さを入力するための領域であり、領域４８の左側にはこのデータの名称“スラブ厚”が近接して表示され、右には単位“ｃｍ”が近接して表示されている。
領域５０、５２はそれぞれＸおよびＹ方向のヤング係数または曲げ剛性を入力するための領域である。各領域の左側には方向を示す“Ｘ方向”および“Ｙ方向”が表示され、各領域の右側には単位を表す“ｔ／ｃｍ2 ”が表示されている。
領域５０、５２は枠線５４により囲まれており、枠線５４内の上部にはヤング係数と曲げ剛性のいずれかを選択するための円形の小領域５６、５８が表示され、各小領域５６、５８の右側には“ヤング係数”および“曲げ剛性”がそれぞれ表示されている。
枠線５４の下側にはそれぞれポアソン比と単位体積重量を入力するための領域６０、６２が表示され、各領域６０、６２の左側には“ポアソン比”および“単位体積重量”がそれぞれ表示されている。そして領域６２の右側には単位を示す“ｔ／ｍ3 ”が表示されている。
【００２８】
このような表示に対して操作者は必要なデータを順次入力していく。例えばＸ方向の床の長さを入力するときは、領域３８をまずマウス１４によりクリックする。すなわち、ＣＲＴモニタ１０の画面に表示された不図示のマウスカーソルを、マウス１４を操作して領域３８内に移動させ、例えばマウス１４の左ボタンを１度押す。これにより領域３８内に文字入力のためのカーソルが表示され、操作者はキーボード１２を操作して、Ｘ方向の床の長さのデータを入力する。第１のデータ入力手段２０はこのデータの各数字や文字が入力されるごとに、それらを順次、領域３８内に表示する。その結果、入力が完了した段階で、領域３８には、例えば図４に示したように“９．００Ｅ＋０”と表示される。次に、Ｙ方向の床の長さを入力する場合には、操作者は領域４０をマウス１４によりクリックする。その結果、領域４０内に文字入力のためのカーソルが表示され、操作者はキーボード１２を操作して、例えば“６．００Ｅ＋０”と入力する。
操作者はこのような操作を他のデータ入力領域に関しても順次実行し、必要なデータを入力していく。なお、ヤング係数と曲げ剛性に関してはいずれかを選択するようになっており、操作者はヤング係数を入力する場合には小領域５６をクリックした上で、一方、曲げ剛性を入力する場合には小領域５８をクリックした上で領域５０、５２にそれぞれヤング係数または曲げ剛性のデータを入力する。
【００２９】
図４の例では、一例として、ＸおよびＹ方向の床の長さとしてはそれぞれ９ｍおよび６ｍが入力され、スラブ厚は１２ｃｍ、ヤング係数はＸおよびＹ方向共に２．１０＋２ｔ／ｃｍ2 、ポアソン比は０．１７、単位体積重量は２．４ｔ／ｃｍ3 が入力されている。
【００３０】
操作者は、このような床に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、設定ボタン６４をクリックする。その結果、第１のデータ入力手段２０はウインドウ３６の表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ２）。
【００３１】
また、設定ボタン６４がクリックされたことで、第２のデータ入力手段２２が起動され、第２のデータ入力手段２２は、梁に関するデータを入力するためのウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ３）。
このウインドウも基本的には、図４に示した床に関するデータを入力するためのウインドウ３６と同様の構成となっており、ウインドウ内には梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示される。
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第２のデータ入力手段２２はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
【００３２】
操作者は、梁に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第２のデータ入力手段２２はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された梁に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ４）。
【００３３】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第３のデータ入力手段２４が起動され、第３のデータ入力手段２４は、柱に関するデータを入力するためのウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ５）。
このウインドウも基本的には、図４に示した床に関するデータを入力するためのウインドウ３６と同様の構成となっており、ウインドウ内には柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示される。
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第３のデータ入力手段２４はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
【００３４】
操作者は、柱に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第３のデータ入力手段２４はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された柱に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ６）。
【００３５】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第４のデータ入力手段２６が起動され、第４のデータ入力手段２６は、外力に関するデータを入力するための、上記ウインドウ３６と同種のウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ７）。このウインドウ内には外力が加わる位置の座標値のデータを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍には座標の名称および単位がそれぞれ表示される。
【００３６】
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、ＸおよびＹの座標値のデータを入力する。そして第４のデータ入力手段２６はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
操作者は、外力に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第４のデータ入力手段２６はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された外力に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ８）。
【００３７】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第５のデータ入力手段２８が起動され、第５のデータ入力手段２８は、受動的制振装置に関するデータを入力するための、ウインドウ３６と同種のウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ９）。このウインドウ内には受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示されている。
【００３８】
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第５のデータ入力手段２８はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
操作者は、受動的制振装置に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第５のデータ入力手段２８はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された受動的制振装置に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ１０）。
なお、床に受動的制振装置を装備しない場合には、受動的制振装置に関するデータは無論不要であるから、第５のデータ入力手段２８によるデータの入力は不要であり、操作者はこれに関するデータの入力操作を行う必要がない。
【００３９】
以上のように解析に必要なデータの入力が完了すると、解析手段３２は、上述のようにデータ書き込み手段３０によりメモリ６に格納された上記データと、ハードディスク装置８に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、固有値解析と動的応答解析とを行う（ステップＳ１１）。ここで、解析手段３２は、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用い、したがって、未定係数を含む床の形状関数により床の変形を定義し、エネルギ最小原理からその未定係数を決定する。
解析手段３２は、固有値解析において、床の１次固有振動数を算出し、さらに、床が１次振動モードで振動した場合の、床上の各位置における変位の大きさを算出する。一方、動的応答解析では、図５に示した飛び跳ね運動による外力が床に加わった場合の床の動的応答特性を算出する。この動的応答特性としては、床の変位と加速度の両方を算出し、さらに、最大変位と、最大加速度を求める。
【００４０】
その後、出力手段３４は、解析手段３２による固有値解析と動的応答解析の結果をＣＲＴモニタ１０に表示する（ステップＳ１２）。
ここで、出力手段３４は、操作者による指示にもとづいて、解析結果を評価画面、モード図、ならびに時系列グラフのいずれかの形で表示する。そのため、出力手段３４は、まずＣＲＴモニタ１０の画面に出力選択のためのウインドウを表示し、そのウインドウ内に、評価画面、モード図、ならびに時系列グラフのそれぞれに対応するボタンを、それぞれ“評価画面”、“モード図”、ならびに“時系列グラフ”の表示と共に表示する。
【００４１】
これに対して、操作者はマウス１４を操作してマウスカーソルをいずれかのボタン上に配置し、クリックすることで、所望の解析結果をＣＲＴモニタ１０の画面に表示させることができる。
図６は、評価画面の表示を示す説明図である。操作者が評価画面のボタンをクリックすると、出力手段３４はＣＲＴモニタ１０の画面に解析結果を表示するためのウインドウ６６を表示し、そのウインドウ６６内に固有振動数や、評価のためのグラフを表示する。
【００４２】
出力手段３４はこのウインドウ６６内の左上の箇所に、数値を表示するための３つの領域６８、７０、７２を確保し、各領域の左側にはそれぞれ“最大変位”、“最大加速度”、“１次固有振動数”の語句を表示する。また、各領域の右側にはそれぞれの単位“μｍ”、“ｃｍ／ｓ2 ”、“Ｈｚ”を表示する。そして、各領域６８、７０、７２内に、解析手段３２が求めた床の上記最大変位、最大加速度、１次固有振動数をそれぞれ表示する。
【００４３】
日本建築学会は、振動の種類や、建物の用途に応じて、床の変位および加速度に関して種々の評価基準を設定している。ウインドウ６６内に出力手段３４が表示した２種類のグラフ７４、７６は、この評価基準にもとづいて、解析した床の振動を評価するためのものである。
グラフ７４は、床振動の変位振幅に関するものであり、横軸が周波数、縦軸が変位量を表し、いずれも対数目盛となっている。このグラフには６本の基準曲線が描かれており、各曲線が各評価基準Ｖ−０．７５、Ｖ−１．５、Ｖ−３、Ｖ−５、Ｖ−１０、Ｖ−３０に対応している。なお、各基準は、数値が小さいほど厳しく、許容される変位振幅および加速度振幅は小さくなっている。
一方、グラフ７６は、床振動の加速度振幅に関するものであり、横軸が周波数、縦軸が加速度を表し、いずれも対数目盛となっている。このグラフにも６本の基準曲線が描かれており、各曲線が各評価基準Ｖ−０．７５、Ｖ−１．５、Ｖ−３、Ｖ−５、Ｖ−１０、Ｖ−３０に対応している。
【００４４】
出力手段３４はウインドウ６６内の上部の箇所に、選択操作領域７８を確保し、ここに各評価基準を選択するためのボタン８０をマトリクス状に表示し、その周囲に“振動種別１”や“住居”といった関連情報を表示する。各ボタン８０には評価基準を表す“Ｖ−０．７５”や“Ｖ１．５”などが表示され、そしてボタン８０の列は振動の種別（振動種別１〜３）とランク（ランク１〜３）とに対応し、行は建物の用途に対応している。
ここで振動の種別とは、解析手段３２が動的応答解析を行う際に、どのような振動外力を床に与えるか表しており、振動種別１は連続または断続的な振動、振動種別２は減衰率の低い衝撃振動、振動種別３は減衰率の高い衝撃振動となっている。
また、ランクは各評価基準を、振動種別および建物の用途ごとに分類するためのもので、ランク１が最も厳しく、ランク３が最も緩やかな評価基準となっている。
【００４５】
操作者はこの選択操作領域７８を見て必要な評価基準を選択し、マウス１４を操作してボタン８０をクリックする。出力手段３４は特定のボタン８０がクリックされると、そのボタン８０に対応する評価基準の曲線を他の曲線とは異なるより目立つ色で表示する。図６の例では、振動種別１のランク２の列に配置された評価基準Ｖ−３のボタン８０がクリックされており、出力手段３４は、グラフ７４、７６において、この評価基準Ｖ−３に対応する各曲線を他とは異なる色で表示する。
【００４６】
そして、出力手段３４は、グラフ７４において、上記領域７２に表示した１次固有振動数の位置を通る仮想垂直線と、上記領域６８に表示した最大変位の位置を通る仮想水平線との交点の位置に、マーク８２を表示する。また、グラフ７６において、上記領域７２に表示した１次固有振動数の位置を通る仮想垂直線と、上記領域７０に表示した最大加速度の位置を通る仮想水平線との交点の位置に、マーク８４を表示する。
図６の例では、マーク８２、８４は共に評価基準Ｖ−３の各曲線より上に表示されているので、基準を満たしておらず、何らかの対策が必要であることを示している。
【００４７】
出力手段３４はまた、選択されたボタン８０に対応する振動種別、ランク、ならびに建物の用途を、それぞれウインドウ６６内の領域７２の下方に表示する。さらに、それにつづけて、上記１次固有振動数における各評価基準Ｖ−３の曲線の値をそれぞれ“基準変位”および“基準加速度”として単位“μｍ”、“ｃｍ／ｓ2 ”と共に表示する。また、これらの基準変位および基準加速度と、上記最大変位および最大加速度との差を、それぞれ“超過変位”および“超過加速度”として表示する。
出力手段３４はさらに、図６の例では上述のように解析結果が基準を満たしていないので、ウインドウ６６の左下の箇所に、そのことを表す雲の図８６を表示する。なお、解析結果が基準を満たしているときは、出力手段３４はこの雲の図８６に代って不図示の太陽の図を表示する。
【００４８】
このように、上述した出力を選択するウインドウにおいて操作者が評価画面のボタンをクリックすると、ウインドウ６６に、解析手段３２が算出した１次固有振動数や、最大変位、最大加速度などの数値が表示され、さらに、解析結果を評価するためのグラフ７４、７６などが表示される。操作者はこれらの表示により、解析結果を容易に評価することができる。
【００４９】
一方、操作者が、上述した出力を選択するウインドウにおいてモード図のボタンをクリックすると、出力手段３４は、ウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、そのウインドウ内にモード図を表示する。
図７は、このウインドウ内に表示されたモード図を示す説明図である。図中、矩形８８が解析対象の床を表し、矩形８８の内側の各格子点上に、床振動に伴う変位の大きさを表すマーク９０が表示されている。出力手段３４はこれらのマーク９０の大きさを、解析手段３２が固有値解析の結果算出した、床上の各位置における変位の大きさにもとづいて設定する。大きいマーク９０ほど大きい変位を表し、また、白抜きのマーク９２は位相が反転していることを表している。図７の例では、床の中央で最も変位が大きくなっており、また、矩形８８内にマーク９２は表示されていないので、位相が反転している箇所はないことがわかる。
【００５０】
また、操作者が、上述した出力を選択するウインドウにおいて時系列グラフのボタンをクリックすると、出力手段３４は、ウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、そのウインドウ内に時系列グラフを表示する。
図８は、このウインドウ内に表示された時系列グラフを示す説明図である。
このウインドウには２つのグラフ９４、９６が表示されており、グラフ９４は床振動の変位を示し、グラフ９６は加速度を示している。両グラフの横軸は共に時間を表し、グラフ９４の縦軸は変位、グラフ９６の縦軸は加速度を表している。出力手段３４は、解析手段３２が動的応答解析により求めた床の変位と加速度とにもとづいて、床の変位および加速を表す曲線をグラフ９４、９６上にそれぞれ表示する。
なお、出力手段３４は、操作者の指示にしたがって、ＣＲＴモニタと同じ内容の評価画面、モード図、ならびに時系列グラフをプリンタ１６に出力する。操作者はこの出力結果により、報告書などをまとめることができる。
【００５１】
以上説明したように本実施例の床振動解析装置１８では、簡易解析としてレーリーリッツ法を用いて床振動に関わる解析を行うので、未定係数を含む床の形状関数により床の変形を定義し、エネルギ最小原理からその未定係数を決定することになる。その中で、柱、梁、壁を任意の位置に任意の数量を設定できるようにしているため、実際の床により近い解析モデルを設定して解析を行うことができる。
そのため、柱を考慮することができ、梁および壁も任意の位置に設定できる。また、梁の構造はＲＣ構造とＳＲＣ構造に加えてＳ構造にも対応でき、境界条件も単純支持および固定支持だけでなく、自由端およびこれらの中間の任意の固定度に設定することができる。さらに、受動的制振装置を考慮することも可能である。
したがって適用範囲が広く、極めて実用的な床振動の解析を行える。
そして、解析は十分に短い時間で行え、さらに、各種の物理的データの入力も容易であるから、解析の結果、対策が必要となった場合には、柱を新たに追加してみるとか、梁を太くしてみるといった試行錯誤を容易に行うことができる。
【００５２】
以上、本発明の実施例について説明したが、これはあくまでも一例であり、本発明はこの例に限定されることなく種々の形態で実施することができる。
例えば床振動解析装置１８の応用として、床振動の３次元的な解析を行うことも可能である。以下、これについて説明する。
図９は、床振動の３次元的な解析を説明するための概略斜視図である。
このモデルでは、２階床１０２の四隅に柱９８が立設され、その上に３階床１００が形成されている。図９において、３階床１００に外力Ａが作用したとき、その影響が２階床１０２にどのように現れるかを解析する場合を例に説明する。
まず、３階床１００を対象に、外力Ａに対する動的応答解析を行う。すなわち、３階床１００に関する各種の物理的データを、第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８により上述のように入力し、解析手段３２に、それらの物理的データと、予めハードディスク装置８に格納した外力Ａのデータとにもとづいて動的応答解析を行わせる。
【００５３】
次に、この解析結果にもとづいて、３階床１００を支える柱９８に作用する力Ｂを算出する。そして、この力Ｂを外力として上記ハードディスク装置８に格納しておき、また、２階床１０２に関する各種の物理的データを入力した上で、今度は、２階床１０２を対象に、力Ｂという外力が２階床１０２の四隅に作用した場合の動的応答解析を解析手段３２に行わせる。その結果、３階床１００に外力Ａが作用した場合の影響が２階床１０２にどのように現れるかを解析することができ、２階床１０２に振動障害が生じるか否かを確かめることができる。
この例では、下階に対する上階の床振動の影響を解析したが、上階に対する下階の床振動の影響を解析することも基本的に同じ手順で行うことができる。
したがって、本実施例の床振動解析装置１８により、上階または下階の床に加わった外力の影響を調べるといった３次元的な解析も可能である。
【００５４】
また、上記実施例では、外力が、飛び跳ね運動により床に加わる力であるとしたが、これ以外にも、人が床上で歩行、小走り、かかと衝撃動作、エアロビクス屈伸運動などを行った場合に床に加わる力のデータを予めハードディスク装置８に格納しておき、必要に応じて選択することで、これらの外力に対する動的応答解析を行うことができる。図５の（Ｂ）ないし（Ｅ）は、図５の（Ａ）に相当するグラフであり、人が床上で歩行、小走り、かかと衝撃動作、エアロビクス屈伸運動を行った場合に床に加わる力をそれぞれ示すグラフである。
【００５５】
また、床上にモータや発電機を駆動源とする機器を設置した場合には、床の振動波形は概ね正弦波となるので、この場合の動的応答解析を行うには、波形が正弦波である外力のデータを用いればよい。したがって、このような外力のデータを予め準備してハードディスク装置８に格納しておくか、あるいは、必要なときに、例えば図１に示すように正弦波生成手段３５を設け、この正弦波生成手段３５により所望の周波数・振幅を任意に設定してｓｉｎ波データを生成し、このｓｉｎ波データを解析手段３２に入力することで、モータや発電機の振動による床への影響を解析することができる。
【００５６】
また、強さの異なる種々の外力を用いる場合には、強さの異なる外力のデータを準備してハードディスク装置８に格納しておけばよいが、これ以外にも、１種類の強さの外力データだけを準備しておき、例えば第４のデータ入力手段２６により、例えば係数を入力する構成として、入力された係数を外力データに乗じて外力の強さを種々に設定するようにしてもよい。
さらに、上記実施例では解析手段３２は、１次の固有振動数を算出するとしたが、より高次の固有振動数をも算出する構成とすることも容易である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の床振動解析方法では、第１ないし第４のデータ入力ステップで、床、床を支持する梁、床を支持する柱、床に加わる外力のぞれぞれに関する物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、第１ないし第４のデータ入力ステップで取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。そして、解析ステップで、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う。出力ステップでは、その解析結果を表示装置に表示する。
【００５８】
また、本発明の床振動解析装置では、第１ないし第４のデータ入力手段が、床、床を支持する梁、梁を支持する柱、床に加わる外力のぞれぞれに関する物理的データを取り込み、データ書き込みステップは、第１ないし第４のデータ入力手段が取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。そして、解析手段は、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う。出力手段は、その解析結果を表示装置に表示する。
【００５９】
このように本説明では、簡易解析としてレーリーリッツ法を用いて床振動に関わる解析を行うので、未定係数を含む床の形状関数により床の変形を定義し、エネルギ最小原理からその未定係数を決定することになる。その中で、柱、梁、壁を任意の位置に任意の数量を設定できるようにしているため、実際の床により近い解析モデルを設定して解析を行うことができる。
そのため、柱を考慮することができ、梁および壁も任意の位置に設定できる。また、梁の構造はＲＣ構造とＳＲＣ構造に加えてＳ（鉄骨）構造にも対応でき、境界条件も単純支持および固定支持だけでなく、自由端およびこれらの中間の任意の固定度に設定することができる。さらに、受動的制振装置を考慮でき、上下階の床に加わった外力の影響を調べるといった３次元的な解析も可能である。
したがって適用範囲が広く、極めて実用的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による床振動解析装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の床振動解析装置を構成するパーソナルコンピュータを示す構成図である。
【図３】図１の床振動解析装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】床に関するデータを入力するためのウインドウを示す説明図である。
【図５】（Ａ）ないし（Ｅ）は、人が床上で飛び跳ね運動などを行った場合に床に加わる外力データをプロットしたグラフである。
【図６】評価画面の表示を示す説明図である。
【図７】ウインドウ内に表示されたモード図を示す説明図である。
【図８】ウインドウ内に表示された時系列グラフを示す説明図である。
【図９】床振動の３次元的な解析を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
２  パーソナルコンピュータ（パソコン）
４  ＣＰＵ
６  メモリ
８  ハードディスク装置
１０  ＣＲＴモニタ
１２  キーボード
１４  マウス
１６  プリンタ
１８  床振動解析装置
１９  記憶装置
２０  第１のデータ入力手段
２２  第２のデータ入力手段
２４  第３のデータ入力手段
２６  第４のデータ入力手段
２８  第５のデータ入力手段
３０  データ書き込み手段
３２  解析手段
３４  出力手段
【図１】
0003852873.tif 000002
【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】
0003852873.tif 000008
【図８】
0003852873.tif 000009
【図９】
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