JP2004028981A - 動的耐震性能診断方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】建物の耐震性能をより高い精度で得ることのできる動的耐震性能診断方法を提供する。
【解決手段】住宅に加振機２０を配置して加振を行い、第１、第２の加速度検出器２１、２２の加速度検出信号と加振機の加振周波数との関係から住宅の固有周波数ｆｈ と、該固有周波数ｆｈ での加速度応答倍率τｈ とを求める。次に、建物の重量Ｗｈ 、固有周波数ｆｈ 、加速度応答倍率τｈ を用いてあらかじめ定められた第１の式に基づいて住宅の動的水平剛性Ｋを算出する。続いて、あらかじめ定められた第２の式に基づいて住宅に作用する地震力Ｑを算出する。算出された動的水平剛性Ｋからせん断力Ｋθを算出して算出されたせん断力Ｋθと地震力Ｑとを比較してＫθ＜Ｑの場合に補強の必要性ありと判別する。
【選択図】 図１
【解決手段】住宅に加振機２０を配置して加振を行い、第１、第２の加速度検出器２１、２２の加速度検出信号と加振機の加振周波数との関係から住宅の固有周波数ｆｈ と、該固有周波数ｆｈ での加速度応答倍率τｈ とを求める。次に、建物の重量Ｗｈ 、固有周波数ｆｈ 、加速度応答倍率τｈ を用いてあらかじめ定められた第１の式に基づいて住宅の動的水平剛性Ｋを算出する。続いて、あらかじめ定められた第２の式に基づいて住宅に作用する地震力Ｑを算出する。算出された動的水平剛性Ｋからせん断力Ｋθを算出して算出されたせん断力Ｋθと地震力Ｑとを比較してＫθ＜Ｑの場合に補強の必要性ありと判別する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建物、特に住宅家屋の耐震性能を診断する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、建物の建築に際しては耐震設計が施される。一般住宅家屋でも耐震構造に加えて、免震構造や減震構造を採用した建築が増えつつあるが、免震構造や減震構造は高価であることから、その増加率は新築住宅の増加率に比べればはるかい低い。
【０００３】
想定される震度を考慮した耐震構造を採用する場合であっても、住宅が構築される地盤には一種、二種、三種の種別があり、その種別に応じた設計が必要である。しかしながら、このようにして設計された値はあくまでも一般式に基づく設計値であり、設計値が基準を満足していればまったく安全かと言えば、必ずしもそうであるとは言えない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような現状から、新築住宅の購買者には、購入した住宅が実際にどの程度の耐震性能を持つのかを知りたいという欲求がある。つまり、設計値に基づいて求められる耐震性能は、一般式に基づくものであって、実際の住宅構造や地盤状況を考慮したものではないので、あくまでも目安程度のものに過ぎないという心配があるからである。
【０００５】
一方、耐震性能数値の取得欲求は新築住宅の購買者に限らず、現在住んでいる住宅、いわば中古住宅の所有者も同様であるが、設計値をそのまま当てはめて計算することは難しい。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、建物の耐震性能をより高い精度で得ることのできる動的耐震性能診断方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の課題は、新築の建物のみならず、中古の建物にも適用可能な動的耐震性能診断方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、地盤上に建てられた建物に第１の加速度検出器を備えた加振機を配置すると共に第２の加速度検出器を配置して加振を行い、前記第１、第２の加速度検出器の加速度検出信号と前記加振機の加振周波数との関係から前記建物の固有周波数ｆｈ と、該固有周波数ｆｈ での加速度応答倍率τｈ とを求めるステップと、あらかじめ知られている建物の重量Ｗｈ 、前記固有周波数ｆｈ 、前記加速度応答倍率τｈ を用いてあらかじめ定められた第１の式に基づいて建物の動的水平剛性Ｋを算出するステップと、あらかじめ定められた第２の式に基づいて建物に作用する地震力Ｑを算出するステップと、算出された動的水平剛性Ｋからせん断力Ｋθを算出して算出されたせん断力Ｋθと地震力Ｑとを比較してＫθ＜Ｑの場合に補強の必要性ありと判別するステップとを含むことを特徴とする動的耐震性能診断方法が提供される。
【０００９】
本動的耐震性能診断方法においては、前記第１の式は、
Ｋ＝［｛（２π・ｆｈ ）２ ・Ｗｈ ／ｇ｝／τｈ ］・ｋ（但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２ 、ｋは建物の建築年数、構造によりあらかじめ決められる１以下の係数）で与えられる。
【００１０】
本動的耐震性能診断方法の第１の態様においては、前記第２の式は、
Ｑ＝Ｗｈ ・Ｃｉ （但し、Ｃｉ は地震層せん断力係数）
で与えられ、
Ｃｉ ＝Ｚ・Ｒｔ ・Ａｉ ・Ｃｏ ・Ｖ（但し、Ｚは地域に応じてあらかじめ設定されている数値、Ｒｔ は前記地盤と建物の振動特性に応じて得られる数値、Ａｉ は地震層せん断力係数の高さ方向分布数値、Ｃｏ は標準せん断力係数、Ｖは建物の老朽度等の条件によりあらかじめ決められる定数）で与えられる。
【００１１】
上記第１の態様においては、前記動的水平剛性Ｋ、前記せん断力Ｋθ、前記地震力Ｑの算出はそれぞれ、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行われ、前記せん断力Ｋθと前記地震力Ｑとの比較もＸ軸、Ｙ軸に関して行われる。
【００１２】
本動的耐震性能診断方法の第２の態様においては、前記第２の式は、
Ｑｍ ＝Ｗｈ ・Ｃｍａｘ ・Ａｉ ・Ｖ（但し、Ｃｍａｘ は地表面での加速度の最大値、Ａｉ は地震層せん断力係数の高さ方向分布数値、Ｖは建築年数や建物の構造によりあらかじめ与えられる１以下の係数）
で与えられ、
Ｃｍａｘ ＝Ａｍａｘ ・τｇ （但し、Ａｍａｘ はあらかじめ決められている式により与えられる工学的基盤での最大加速度、τｇ は前記地盤の加速度応答倍率）で与えられる。
【００１３】
上記第２の態様においては、前記地盤の加速度応答倍率τｇ は、地盤上に前記加振機を配置すると共に前記第１、第２の加速度検出器を一定間隔をおいて配置して加振を行い、前記第１、第２の加速度検出器の加速度検出信号と前記加振機の加振周波数との関係から前記地盤の固有周波数ｆｇ を求めて、該固有周波数ｆｇ での加速度応答倍率をτｇ として求められる。
【００１４】
上記第２の態様においても、前記動的水平剛性Ｋ、前記せん断力Ｋθ、前記地震力Ｑの算出はそれぞれ、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行われ、前記せん断力Ｋθと前記地震力Ｑとの比較もＸ軸、Ｙ軸に関して行われる。
【００１５】
上記第１、第２の態様のいずれにおいても、更に、補強の必要性ありと判定されて建物の壁の補強を壁の一部に施す場合にどの程度にするかを壁の有効壁倍率β´として算出するステップを含むようにしても良く、この場合、
β´＝｛Ｂ・（β−１）＋ｂ｝／ｂ（但し、ＢはＸ軸あるいはＹ軸方向の有効壁倍率１の存在壁量、βは建物の壁全体の有効壁倍率、ｂはＸ軸あるいはＹ軸方向の複数箇所に補強を行う場合の補強壁量）で与えられ、
β＝Ｑ／Ｋθ
Ｌ＝Ｂ・β（但し、ＬはＸ軸あるいはＹ軸方向の補強壁量の総延長量）
で与えられる。
【００１６】
上記第１、第２の態様のいずれにおいても、前記加振機は正弦波で加振されても良いし、疑似地震波またはランダム波で加振されても良い。
【００１７】
なお、いずれの態様においても、前記第２の加速度検出器を少なくとも２個備え、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸の一方の軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、他方の軸に関する加振を行うと共に前記少なくとも２個の加速度検出器の出力が実質的に等しくなるように前記加振機を前記一方の軸に関して位置決めし、続いて、前記他方の軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、前記一方の軸に関する加振を行うと共に前記少なくとも２個の加速度検出器の出力が実質的に等しくなるように前記加振機を前記他方の軸に関して位置決めし、Ｘ軸、Ｙ軸に関して位置決めされた位置を動的な剛心位置として、該動的な剛心位置と前記加振機の設置面において建物に関して計算された重心位置とから偏心率を算出することができる。
【００１８】
また、いずれの態様においても、前記第２の加速度検出器を少なくとも２個備え、前記加振機の設置面においてあらかじめ建物に関して計算された重心位置あるいはその近傍に前記加振機を配置し、水平面上において互いに直交するＸ軸あるいはＹ軸軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、Ｙ軸あるいはＸ軸に関する加振を行って少なくとも２つの加速度値Ｙｗ、ＹｅあるいはＸｎ、Ｘｓを得るようにし、続いて、Ｙ軸あるいはＸ軸軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、Ｘ軸あるいはＹ軸に関する加振を行って少なくとも２つの加速度値Ｘｎ、ＸｓあるいはＹｗ、Ｙｅを得るようにし、建物の設置地域に予想される推定地震力に対して安全である加速度値または振幅値を計算して該計算された加速度値または振幅値になるような建物の壁の補強を行うことにより、補強の結果、２つの加速度値ＸｎとＸｓとが略等しくなると共に、２つの加速度値ＹｗとＹｅとが略等しくなるようにすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明を実施するための計測システムについて説明する。計測システムは、任意波発振器１１、電力増幅器１２、加振機２０、第１、第２の加速度検出器２１、２２、これらの検出信号を増幅するための増幅器１３、１７、アナログ信号である検出信号をディジタルの加速度信号に変換するＡ／Ｄ変換器１４、１８、解析器１５、パラメータ入力部１９を含む。ここでは、本発明を２階建ての住宅に適用する場合について説明するが、１階建てや３階建て以上の建物にも適用可能であることは言うまでもない。また、新築、中古の別は問わない。２階の場合、図２に示すように、住宅１の２階の床面に、第１の加速度検出器２１を備えた加振機２０と第２の加速度検出器２２とを設置する。図２において、以下では、地面Ｇ．Ｌから所定の高さｈ１ （ｍ）、ここでは１．３５ｍの高さから上の住宅１の重量を住宅１の重量Ｗｈ （ｋＮ）として扱い、住宅１の地上部分の総荷重（基礎の荷重も含む）をＷＴ （ｋＮ）とする。重量Ｗｈ 、ＷＴ は既知の値であり、家具等の積載重量は勿論、積雪の多い地域では積雪による重量も含めることが望ましい。また、加振機２０の重量をＷｅ （ｋＮ）とし、これも既知の値である。重量Ｗｅ は、以降で説明される（１）式における上記重量Ｗｈ に含まれるが、重量Ｗｅが重量Ｗｈに比べて十分に小さい場合には省略されても良い。
【００２０】
次に、本計測システムによる動的耐震性能診断の解析手法について、その流れを示したフローチャート図である図１８〜図２０をも参照して説明する。図１８〜図２０はそれぞれ、解析器１５にインストールされている動的耐震性能診断のための第１〜第３の解析処理プログラムに基づく処理の流れを示しているが、第１〜第３の解析処理プログラムは１つの解析処理プログラムとして作成されてインストールされていても良い。
【００２１】
（Ａ）図１、図１８において、任意波発振器１１に対して波形を指定（ステップＳ１）することにより、任意波発振器１１から、ここでは正弦波が発生され、電力増幅器１２で増幅されて加振機２０に与えられる。加振機２０は増幅された正弦波に基づいて住宅１を水平方向に振動させる（ステップＳ２）。その時の加振機２０本体における加速度が第１の加速度検出器２１で検出され、住宅１の加速度が第２の加速度検出器２２で検出される。第１の加速度検出器２１で検出された加速度信号は、第１の増幅器１３で増幅され第１のＡ／Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換されて解析器１５に与えられる。第２の加速度検出器２２で検出された加速度信号は、第２の増幅器１７で増幅され第２のＡ／Ｄ変換器１８でディジタル信号に変換されて解析器１５に与えられる。解析器１５は、前述のように解析処理プログラムに基づいて信号処理及び解析処理を行うものである。解析器１５にはパラメータ入力部１９が接続され、重量Ｗｈ 、Ｗｅ 等の数値情報があらかじめ入力されている。解析器１５にはまた、任意波発振器１１からの正弦波信号が周波数信号として与えられる。
【００２２】
なお、任意波発振器１１は周波数の異なる複数種類の正弦波信号を発生することができるほか、ランダム波信号としてマルチサイン信号、スウェプトサイン信号を発生することができる。マルチサイン信号というのは、異なる周波数ｆ１ 〜ｆｎ の正弦波信号を様々な振幅を持つように合成した信号である。一方、スウェプトサイン信号というのは、異なる周波数ｆ１ 〜ｆｎ の正弦波信号を振幅が一定の状態になるように合成した信号で、いわば周波数変調波である。マルチサイン信号、スウェプトサイン信号の用途については後述する。
【００２３】
第１、第２の加速度検出器２１、２２で検出される加速度をそれぞれ、Ｕｅ 、Ｕｈ とすると、加速度Ｕｅ と加振機２０からの正弦波周波数との関係は図３（ａ）のようになり、加速度Ｕｈ と加振機２０からの正弦波周波数との関係は図３（ｂ）のようになる。つまり、加速度Ｕｈ は加振機２０からの正弦波周波数がある値ｆｈ になるとピーク値を示す。
【００２４】
ここで、住宅１の加速度応答倍率τｈ は以下の（１）式で表される。
【００２５】
τｈ ＝Ｗｈ ・Ｕｈ ／Ｗｅ ・Ｕｅ （１）
図４は加速度応答倍率と周波数との関係を示し、住宅１の加速度応答倍率τｈ がピーク値を示す周波数は住宅１の固有周波数ｆｈ と呼ばれる。
【００２６】
ところで、加速度応答倍率τｈ と固有周波数ｆｈ の算出は、一軸方向のみについて行われても良いのであるが、水平面上で互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向について行われるのが好ましい、そこで、第１、第２の加速度検出器２１、２２はそれぞれ、チャンネル切り替えにより、水平面上で互いに直交するＸ軸方向（通常、東西方向）、Ｙ軸方向（通常、南北方向）のそれぞれについて計測可能としており、ステップＳ３においてどちらにするかの選択が行われる。Ｘ軸方向を東西方向とし、Ｙ軸方向を南北方向とするのは、通常、住宅は南向きに建てられるからである。勿論、Ｘ軸方向について加速度検出を行う場合には加振機２０はＹ軸方向に加振を行い、Ｙ軸方向について加速度検出を行う場合には加振機２０はＸ軸方向に加振を行うことは言うまでも無い。以下では、Ｘ軸方向に関して計測、算出された値にはｘの下付き記号を付し、Ｙ軸方向に関して計測、算出された値にはｙの下付き記号を付すものとする。例えば、加速度について言えば、第２の加速度検出器２２で検出されたＸ軸方向の加速度はＵｈｘ、Ｙ軸方向の加速度はＵｈｙとする。そして、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」という形容は省略される場合がある。
【００２７】
いずれにしても、第１、第２の加速度検出器２１、２２からの２種類の加速度、つまり加振機２０の加速度Ｕｅ と住宅１の加速度Ｕｈｘ（Ｕｈｙ）と任意波発振器１１からの周波数信号とが入力されると（ステップＳ４、Ｓ５）、解析器１５では診断のための解析を開始する。解析器１５は、上記（１）式に基づいて図３（ｂ）に示すようなグラフを生成して（ステップＳ６）住宅１の加速度応答倍率τｈｘ（τｈｙ）を算出すると共に、住宅１の固有周波数ｆｈｘ（ｆｈｙ）を検出する（ステップＳ７）。固有周波数ｆｈｘ（ｆｈｙ）の逆数は固有周期Ｔｈｘ（Ｔｈｙ）となる。
【００２８】
なお、ステップＳ６の前の入力ステップＳ９は、前述したように、パラメータ入力部１９により前もって実行されている。また、上記の動作は、Ｘ軸、Ｙ軸に関する計測が終了するまで行われる（ステップＳ８）。
【００２９】
次に、図１、図１９を参照して、解析器１５では、加速度応答倍率τｈｘ、τｈｙ、固有周波数ｆｈｘ、ｆｈｙが与えられると（ステップＳ１１）、第２の解析処理プログラムに基づく処理を実行する。解析器１５は、はじめに重量Ｗｈ 、加速度応答倍率τｈｘ、τｈｙ、固有周波数ｆｈｘ、ｆｈｙを用いて、以下の（２）、（３）式により住宅１の動的水平剛性（バネ定数）Ｋｘ 、Ｋｙ （ｋＮ）を算出する（ステップＳ１２）。なお、図１９は便宜上、Ｘ軸方向についてのみ示している。
【００３０】
Ｋｘ ＝［｛（２π・ｆｈｘ）２ ・Ｗｈ ／ｇ｝／τｈｘ］・ｋ （２）
Ｋｙ ＝［｛（２π・ｆｈｙ）２ ・Ｗｈ ／ｇ｝／τｈｙ］・ｋ （３）
なお、ｇは重力の加速度（ｃｍ／ｓｅｃ２ ）、ｋは住宅の建築年数、構造によりあらかじめ決められる１以下の係数であり、これもあらかじめ解析器１５に入力される。つまり、条件入力ステップＳ１３は前もって実行されている。
【００３１】
これにより、図５に示すような荷重（ｋｇ）に対する変位量（ｃｍ）の関係において３１で示すような近似直線が得られる。一方、図５において曲線３２は住宅の壁に対して荷重（ｋｇ）を加えた場合の変位量（ｃｍ）の関係を実測して得られた荷重変形曲線であり、このような荷重変形曲線３２があらかじめ得られている場合にはこれを利用しても良い。住宅の壁に対してこのような荷重変形曲線が実測されることはこれまでほとんど無かったが、最近ではこのような実測が行われるようになってきており、本発明ではこれを想定している。
【００３２】
図５において、変位量が５（ｃｍ）程度までは近似直線３１と荷重変形曲線３２とはほとんど変わらない。これは、図５の場合について言えば、変位量５（ｃｍ）程度までは近似直線３１を利用しても何ら問題は無いが、５（ｃｍ）を越えると誤差が大きくなることを意味する。そこで、後で説明される補強の判定において明らかになるように、変位量５（ｃｍ）までは近似直線３１（これをリニアと呼ぶ）を用い、５（ｃｍ）を越えた場合には曲線３２（これをバイリニアと呼ぶ）を用いるようにする。そして、リニアの場合の動的水平剛性はＫｘ 、Ｋｙ で示し、バイリニアの場合の動的水平剛性はＫｘｕ、Ｋｙｕで示すものとする。
【００３３】
続いて、動的水平剛性Ｋｘ 、Ｋｙ を用いて以下の式（４）、（５）により床面せん断力Ｋθ ｘ 、Ｋθ ｙ を算出する。
【００３４】
Ｋθ ｘ ＝Ｋｘ ・ｈ・（１／θ） （４）
Ｋθ ｙ ＝Ｋｙ ・ｈ・（１／θ） （５）
この式で表されるせん断力というのは、Ｘ軸方向について言えば、動的水平剛性Ｋｘ を持ち、単位長さ、高さｈの壁部材に対してその上端において幅方向に一定の荷重を加えた時に、１／θ（ｒａｄ）の変位量を生ずることを意味する。ここでは、θ＝１２０度として、
Ｋ１２０ｘ＝Ｋｘ ・ｈ・（１／１２０）
Ｋ１２０ｙ＝Ｋｙ ・ｈ・（１／１２０）
が算出される。壁の高さｈは通常、２．４ｍから３ｍ程度である。
【００３５】
（Ｂ）次に、図１９のステップＳ１４以降で説明されるように、住宅１に作用する地震力Ｑ（ｋＮ）をＸ軸方向、Ｙ軸方向のそれぞれについて算出し、それぞれを上記の床面せん断力Ｋ１２０ｘ、Ｋ１２０ｙと比較して、比較の結果、Ｘ軸方向についてＱｘ ＞Ｋ１２０ｘの場合にＸ軸方向に関する壁の補強を行い、Ｙ軸方向についてＱｙ ＞Ｋ１２０ｙの場合にＹ軸方向に関する壁の補強を行うべきとの診断結果を出す。地震力Ｑｘ 、Ｑｙ の算出、診断の詳しい内容については後述する。
【００３６】
（Ｃ）補強を行うべきとの診断結果が出された場合には、図２０に示す第３の解析処理プログラムに基づくフローチャート図により後で説明する方法で補強壁量の計算が行われる。
【００３７】
以上の手順で動的耐震性能診断が行われる。
【００３８】
次に、図１９に戻って、住宅１に作用する地震力Ｑｘ 、Ｑｙ の算出方法について説明する。地震力Ｑｘ 、Ｑｙ の算出方法には大きくわけて２つの方法があり、ステップＳ１４においていずれを採用するかの指定が行われる。第１の手法は標準手法とも言える方法であり、以下ではこれを指定した場合について説明する。
【００３９】
第１の方法はステップＳ１５で実行され、以下の通りである。
【００４０】
地震力Ｑｘ 、Ｑｙ は以下の（６）式、（７）式で与えられる。
【００４１】
Ｑｘ ＝Ｗｈ ・Ｃｉｘ （６）
Ｑｙ ＝Ｗｈ ・Ｃｉｙ （７）
但し、Ｃｉｘ、Ｃｉｙは、住宅１の前に述べた高さｈにおけるＸ軸方向、Ｙ軸方向の地震層せん断力係数を示し、以下の（８）式、（９）式で与えられる。
【００４２】
Ｃｉｘ＝Ｚ・Ｒｔｘ・Ａｉｘ・Ｃｏ ・Ｖ （８）
Ｃｉｙ＝Ｚ・Ｒｔｙ・Ａｉｙ・Ｃｏ ・Ｖ （９）
但し、Ｚは図６に一例を示すように、地域に応じて国土交通省告示（昭和５５年建設省告示第１７９３号）により定められている数値であり、パラメータ入力部１９からあらかじめ入力されている。また、Ｒｔｘ、Ｒｔｙは、後述するように、住宅１の直下の地盤と住宅１の振動特性に応じて得られる数値である。Ａｉｘ、Ａｉｙも後述するように、地震層せん断力係数の高さ方向分布数値である。Ｃｏ は標準せん断力係数であり、後述する。Ｖは住宅１の老朽度等の条件によりあらかじめ決められ、パラメータ入力部１９からあらかじめ入力されている１以下の定数である。
【００４３】
数値Ｚは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に共通の値であり、図６に示されるように、地域に応じて設定、入力され、例えば福島県の会津若松市では０．９である。
【００４４】
次に、数値Ｒｔｘ、Ｒｔｙは、上記告示に基づいて住宅１の固有周期と地盤の固有周期との関係から定められる。住宅１の固有周期は、上記（Ａ）においてＴｈｘ、Ｔｈｙとして得られている。一方、地盤の固有周期は、上記告示に基づいて簡便に設定する方法と、実測値を用いて定める方法とがある。
【００４５】
上記告示に基づいて簡便に設定する方法では、図７に示すように、第１種〜第３種地盤の種別に応じて地盤の固有周期Ｔｃ が定められている。従って、住宅１が構築される地盤が第１種〜第３種地盤のいずれであるかを知って、例えば第２種地盤であれば固有周期Ｔｃ として０．６を採用する。
【００４６】
上記告示にはまた、下記の比較に基づいて数値Ｒｔｘ、Ｒｔｙを決定すべきことも定められている。例えば、数値Ｒｔｘの場合以下のようになり、Ｒｔｙについてもまったく同様である。
【００４７】
Ｔｈｘ＜Ｔｃ の場合 Ｒｔｘ＝１
Ｔｃ ≦Ｔｈｘ＜２Ｔｃ の場合 Ｒｔｘ＝１−０．２・｛（Ｔｈｘ／Ｔｃ ）−１｝２
２Ｔｃ ≦Ｔｈｘの場合 Ｒｔｘ＝１．６Ｔｃ ／Ｔｈｘ
以上のようにして、簡便に数値Ｒｔｘ、Ｒｔｙが定められ、パラメータ入力部１９から入力される。
【００４８】
一方、実測値を用いて数値Ｒｔｘ、Ｒｔｙを定める方法では、図１で説明した測定システムと同様の測定システムを住宅１が構築される地盤上に設置して前述同様の計測が行われる。但し、地盤に対して用いられる測定システムの場合は、加振機が縦方向に加振するためのものであり、２つの加速度検出器は一定距離離され、かつ加振機と２つの加速度検出器が一直線上にあるような配置関係でいずれも地盤上に設置される点、及び得られる値はＸ軸方向、Ｙ軸方向ともに同じ１つの値である点において図１の計測システムと異なる。その結果、地盤の加速度応答倍率τｇ 及び固有周波数ｆｇ を得ることができる。そして、固有周波数ｆｇ の逆数として地盤の固有周期Ｔｇ が得られる。前述同様に、例えば、数値Ｒｔｘの場合以下のようになり、Ｒｔｙについてもまったく同様である。
【００４９】
Ｔｈｘ＜Ｔｇ の場合 Ｒｔｘ＝１
Ｔｇ ≦Ｔｈｘ＜２Ｔｇ の場合 Ｒｔｘ＝１−０．２・｛（Ｔｈｘ／Ｔｇ ）−１｝２ ２Ｔｇ ≦Ｔｈｘの場合 Ｒｔｘ＝１．６Ｔｇ ／Ｔｈｘ
以上のようにして、実測により数値Ｒｔｘ、Ｒｔｙが定められ、パラメータ入力部１９から入力される。
【００５０】
続いて、地震層せん断係数の高さ方向分布数値Ａｉｘ、Ａｉｙは以下の（１０）式、（１１）式で与えられる。
【００５１】
Ａｉｘ＝１＋（１／√αｉ −αｉ ）・２・Ｔｈｘ／（１＋３・Ｔｈｘ） （１０）
Ａｉｙ＝１＋（１／√αｉ −αｉ ）・２・Ｔｈｙ／（１＋３・Ｔｈｙ） （１１）
但し、αｉ は、前に述べた住宅１のＡｉ を算出しようとする高さｈ１ より上部の荷重Ｗｈ を住宅１の総荷重ＷＴ で除算した値（Ｗｈ ／ＷＴ ）である。総荷重ＷＴ は条件入力ステップＳ１６においてあらかじめ入力されている。
【００５２】
更に、標準せん断力係数Ｃｏ は、地盤の種別に応じて定められるＸ軸方向、Ｙ軸方向に共通の値であり、前に述べた地盤の固有周期と同様、上記告示に基づいて簡便に設定する方法と、実測値を用いて定める方法とがある。
【００５３】
上記告示に基づいて標準せん断力係数Ｃｏ を簡便に設定する方法では、図８に示すように、第１種〜第３種地盤の種別に応じて標準せん断力係数Ｃｏ が定められており、例えば第２種地盤では０．２５であり、パラメータ入力部１９から入力される。
【００５４】
一方、実測値を用いて標準せん断力係数Ｃｏ を定める方法では、前述の地盤の加速度応答倍率τｇ を求める方法で説明した測定システムを住宅１が構築される地盤上に設置して、前述同様の計測を行うことで得られた地盤の固有周期Ｔｇ を用いて図９に示す条件に基づいて地盤の種別を判定する。つまり、Ｔｇ ≦０．２の場合に第１種地盤であり、０．２＜Ｔｇ ≦０．７５の場合には第２種地盤であり、０．７５＜Ｔｇ の場合は第３種地盤である。これは、上記告示の取り扱いとして「通達 昭５６住指発第９６号」に定められている。これにより判別された地盤種別を図８にあてはめることで標準せん断力係数Ｃｏ が決定される。
【００５５】
以上のようにして決定された各種数値を用いて上記（６）式、（７）式を基に得られた地震力Ｑｘ 、Ｑｙ と、上記（４）式、（５）式を基に得られた床面せん断力Ｋ１２０ｘ、Ｋ１２０ｙとを比較して補強の必要性の有無の判定を行う（ステップＳ２１）。つまり、Ｑｘ ／Ｋ１２０ｘ＞１であるかどうかの判別を行い、１以下であれば補強の必要無し、１を越えていれば補強の検討を行う。
【００５６】
図１０は、上記の判定のためにステップＳ２１に先立って行われた計算結果のテーブルを示す。つまり、上記の判定のために、前に述べたように式（４）、（５）を基に与えられる２階床面せん断力Ｋ１２０ｘ、Ｋ１２０ｙが算出される（ステップＳ１９）と共に、出力される（ステップＳ２０）。
【００５７】
図１０では地盤種別が第２種地盤であることを示しており、この場合、標準せん断力係数Ｃｏ ＝０．２５を用いて、ステップＳ１９の前に以下の式によりＸ軸方向の変位量ｄｘ０．２５ がリニア、バイリニアのそれぞれについて算出される（ステップＳ１７）。
【００５８】
リニアの場合 ｄｘ０．２５ ＝Ｑ０．２５ｘ ／Ｋｘ
バイリニアの場合 ｄｘ０．２５ｕ＝Ｑ０．２５ｘ ／Ｋｘｕ
同様にして、以下の式によりＹ軸方向の変位量ｄｙ０．２５ がリニア、バイリニアのそれぞれについて算出される。
【００５９】
リニアの場合 ｄｙ０．２５ ＝Ｑ０．２５ｙ ／Ｋｙ
バイリニアの場合 ｄｙ０．２５ ＝Ｑ０．２５ｙ ／Ｋｙｕ
ここで、変位量ｄｘ０．２５ 、ｄｙ０．２５ がｈ／６０（つまり、θ＝６０度）以内の時、動的水平剛性Ｋｘ 、Ｋｙ にはリニアの値、つまり式（２）、（３）で算出された値が用いられ（ステップＳ１９）、ｈ／６０を越える時にはバイリニアの値、つまり図５の荷重変形曲線３２から読み取った値Ｋｘｕ、Ｋｙｕが用いられる（ステップＳ１８）。これは以下の理由による。図５で説明した通り、図５のような近似直線３１、荷重変形曲線３２の場合、近似直線３１を利用できるのはせいぜい変位量５ｃｍ程度までであり、それを越えると誤差が徐々に大きくなる。一方、上記の壁の高さｈを３ｍとすると、変位量３００／６０＝５ｃｍであり、図５の近似直線３１、荷重変形曲線３２のいずれを用いるかのしきい値として適している。
【００６０】
いずれにしても、変位量ｄが以下の条件のどれに属するかを知ることで、損傷がどの程度かを知ることもできる。
【００６１】
変位量ｄ≦ｈ／２４０（つまり、θ＝２４０度）の場合、軽微な損傷限度の範囲内である。
ｈ／２４０＜変位量ｄ≦ｈ／１２０の場合、損傷限界の範囲内である。
ｈ／１２０＜変位量ｄ≦ｈ／６０の場合、安全限界の範囲内である。
なお、変位量ｄ＞ｈ／６０の場合には倒壊の危険があることになる。
地盤種別が第１種、第３種の場合も同様である。
【００６２】
以上のように、解析器１５に第２の解析処理プログラムによる上記各式の演算処理機能を持たせていることにより、パラメータ入力部１９から固定値や計測数値を入力するだけで上記の判別結果を出力することができる。
【００６３】
住宅１に作用する地震力Ｑを算出するための第２の方法は図１９のステップＳ２２で実行され、以下の通りである。第２の方法では、前に述べた、地盤の加速度応答倍率τｇ 算出のための測定システムを住宅１が構築される地盤上に設置して前述同様の計測を行うことで得られた地盤の固有周期Ｔｇ を用いて図９に示す条件に基づいて地盤の種別を判定する。なお、本第２の方法ではまた、重複反射理論に基づいて工学的地盤から地表面までの加速度応答倍率τｇ が求められる。また、以下では第１の方法による地震力Ｑｘ 、Ｑｙ と区別するために、地震力Ｑｍｘ、Ｑｍｙを用いることとする。
【００６４】
地震力Ｑｍｘ、Ｑｍｙは以下の式（１２）、（１３）により与えられる。
【００６５】
Ｑｍｘ＝Ｗｈ ・Ｃｍａｘ ・Ａｉｘ・Ｖ （１２）
Ｑｍｙ＝Ｗｈ ・Ｃｍａｘ ・Ａｉｙ・Ｖ （１３）
ここで、Ｃｍａｘ は地表面での最大加速度（ｃｍ／ｓｅｃ２ ）であり、以下の式（１４）で与えられる。
【００６６】
Ｃｍａｘ ＝Ａｍａｘ ・τｇ （１４）
なお、Ａｍａｘ は工学的地盤での最大加速度であり、以下の式（１５）で計算できることが知られている（例えば、「地震の辞典」宇津徳治著、朝倉書店）。
【００６７】
Ａｍａｘ ＝６４０・１０｛（−０．１０３６Ｍ ２＋１．７２４４Ｍ−７．６０４）（０．４＋Ｒ）／１００｝ （１５）
これは、地震の規模と震源を想定し、震源でのマグニチュードＭと震央からの距離Ｒ（ｋｍ）により工学的地盤を伝播する地震の加速度は上記式（１５）に基づいて減衰して到達することを意味する。
【００６８】
図１１は、上記の第２の方法で求められた地震力Ｑｍｘ、Ｑｍｙを用いる場合の判定のためのテーブルを示す。この判定でも、図１０と同様に、２階床面せん断力Ｋ１２０ｘ、Ｋ１２０ｙが計算される（ステップＳ１９）。
【００６９】
図１１でも地盤種別が第２種地盤であることを示しており、この場合、以下の式によりＸ軸方向の変位量ｄｘ ´がリニア、バイリニアのそれぞれについて算出される（ステップＳ１７）。
【００７０】
リニアの場合 ｄｘ ´＝Ｑｍｘ／Ｋｘ
バイリニアの場合 ｄｘｕ´＝Ｑｍｘ／Ｋｘｕ
同様にして、以下の式によりＹ軸方向の変位量ｄｙ ´がリニア、バイリニアのそれぞれについて算出される。
【００７１】
リニアの場合 ｄｙ ´＝Ｑｍｙ／Ｋｙ
バイリニアの場合 ｄｙｕ´＝Ｑｍｙ／Ｋｙｕ
ここでも、変位量ｄｘ ´、ｄｙ ´がｈ／６０以内の時、動的水平剛性Ｋｘ 、Ｋｙ にはリニアの値、つまり式（２）、（３）で算出された値が用いられ（ステップＳ１９）、ｈ／６０を越える時にはバイリニアの値、つまり図５の荷重変形曲線３２から読み取った値Ｋｘｕ、Ｋｙｕが用いられる（ステップ１８）。
【００７２】
そして、変位量ｄが以下の条件のどれに属するかを知ることで、損傷がどの程度かを知ることもできる。
【００７３】
変位量ｄ´≦ｈ／２４０の場合、軽微な損傷限度の範囲内である。
ｈ／２４０＜変位量ｄ´≦ｈ／１２０の場合、損傷限界の範囲内である。
ｈ／１２０＜変位量ｄ´≦ｈ／６０の場合、安全限界の範囲内である。
なお、変位量ｄ´＞ｈ／６０の場合には倒壊の危険があることになる。
地盤種別が第１種、第３種の場合も同様である。
【００７４】
以上のような計算及び判別も、解析器１５が第２の解析処理プログラムによる演算処理機能を持つことで、パラメータ入力部１９から固定値や測定数値を入力するだけで上記の判別結果を出力することができる。
【００７５】
次に、図１２を参照して、補強が必要であると判定された場合の壁の補強方法の一例について、第３の解析処理プログラムに基づく流れを示した図２０をも参照して説明する。図２０も、便宜上、Ｘ軸方向の場合のみについて示している。なお、計測システムによる計測が２階で行われた場合の壁の補強は１階の壁自体、壁と土台との間の連結部、壁とはりとの間の連結部に対して行われ、土台が脆弱化している場合には基礎に補強が施される。計測が３階で行われた場合には、１階、２階の壁に対して補強が行われることになる。また、補強の検討を行う場合には、変位量ｄｘ の設計値を損傷限界値以内のｈ／１２０とするか安全限界値以内のｈ／６０とするかの選択が可能である（ステップＳ３１）。ｈ／１２０とする場合（ステップＳ３２）、設計動的水平耐力Ｋ１２０ｘに基づいて補強の検討が行われ（ステップＳ３３）、ｈ／６０とする場合（ステップＳ３４）には、設計動的水平耐力Ｋ６０ｘ に基づいて補強の検討が行われる（ステップＳ３５）。
【００７６】
図１２は住宅１における２階の壁の平面図を示し、太い実線はＸ軸方向の有効壁倍率１の存在壁量Ｂｘ （ｍ）を示し、細い実線はＹ軸方向の有効壁倍率１の存在壁量Ｂｙ （ｍ）を示す。また、太い破線はＸ軸方向の部分的な補強壁量ｂｘ （ｍ）を示し、細い破線はＹ軸方向の部分的な補強壁量ｂｙ （ｍ）を示す。更に、Ｘ軸方向の補強壁量の総延長をＬｘ （ｍ）とし、Ｙ軸方向の補強壁量の総延長をＬｙ （ｍ）とする。以下では、便宜上、Ｘ軸方向の場合について説明するが、Ｙ軸方向の場合もまったく同じである。
【００７７】
ここで、全体の有効壁倍率βｘ は、βｘ ＝Ｑｘ ／Ｋθ ｘ で表される。前に説明したように、Ｑｘ は地震力（ｋＮ）であり、Ｋθ ｘ はＸ軸方向に（１／θ）（ｒａｄ）変形する時の２階床面せん断力（ｋＮ）である。これは、Ｘ軸方向の壁の全長にわたって補強を行う場合には、すべての壁倍率がβｘ となるように補強すれば良いことを意味する（ステップＳ３７）。しかしながら、壁の全長を補強することは現実的ではなく、通常は、図１２に太い破線で示す一部のみを補強するようにされる（ステップＳ３８）。そこで、ステップＳ３７、Ｓ３８に先立って壁の一部あるいは全部のいずれを補強するのかの選択が行われ（ステップＳ３６）、壁の一部のみを補強する場合の有効壁倍率をβｘ ´とすると、
Ｌｘ ＝Ｂｘ ・βｘ （１６）
Ｌｘ ＝βｘ ´・ｂｘ ＋Ｂｘ −ｂｘ （１７）
と表すことができる。
【００７８】
よって、
βｘ ´＝｛Ｂｘ ・（β−１）＋ｂｘ ｝／ｂｘ （１８）
であり、補強する壁の壁倍率がβｘ ´となるように補強すれば良いことになる （ステップＳ３８）。
【００７９】
上述のようにして、想定される地震に対してどの程度壁が変形するのか、またどの程度の補強対策を講じれば、軽微な損傷、損傷限界値内、あるいは安全限界値内で収まるのかが求まる。また、式（１６）におけるＬｘ はＸ軸方向の補強壁量の総延長である。また、壁のバランスを考慮して部分的に補強するためには、式（１７）からβｘ ´を算出することにより、有効壁倍率を決めることができる。なお、条件入力ステップＳ４２、Ｓ４３における数値入力は前もって行われている。
【００８０】
参考のために、テストハウスに対して行われた計算結果について説明する。テストハウスの条件は、ＷＴ ＝２１０（ｋＮ）、Ｗｈ ＝１８０（ｋＮ）、ｆｈｘ＝５．１（Ｈｚ）、Ｂｘ ＝２５．４８（ｍ）、床面積５４．０（ｍ２ ）、τｈｘ＝６．５、ｈ＝３．０（ｍ）、ｋ＝１、Ｖ＝１とする。
【００８１】
式（２）に基づく動的水平剛性Ｋｘ は、
兵庫県南部地震の実波をテストハウスに加えた時の２階床面上での加速度値は、下記の通りである。
【００８２】
地表面上８１８（Ｇａｌ）の時、
２階床北 ９４３（Ｇａｌ）
２階床南 １０７７（Ｇａｌ）
平均 １０１０（Ｇａｌ）
判定解析は以下の通りである。
【００８３】
式（１２）より、
リニアでの変位量ｄｘ０．８´は、
ここで、変位量ｄｘ０．８´がｈ／６０（＝５ｃｍ）を越えているので、バイリニアの場合の変位量を考える。例えば、バイリニアでの荷重変形曲線がリニアの近似曲線に対し、０．６６７倍の勾配（図１９のステップＳ１８におけるｉに対応する）を持っていた場合、バイリニアでの変位量ｄｘｕ０．８ ´は、
従って、兵庫県南部地震クラスの規模においてはテストハウスは安全限界値であるｈ／６０（ｃｍ）をはるかに越えていて危険である。また、地盤種別による地震力Ｑは、Ｚ＝１、Ｒｔ ＝１とすると、
従って、各段階におけるせん断力はリニアの場合、変位量をｈ／１２０（ｃｍ）とすると、
標準せん断力係数０．２で設計時、Ｋ０．２０ｘ の値は、
標準せん断力係数０．２５で設計時、Ｋ０．２５ｘ の値は、
標準せん断力係数０．３０で設計時、Ｋ０．３０ｘ の値は、
なお、変位量は、場合によってはｈ／２００、ｈ／２４０を用いる場合もある。一方、バイリニアの場合は、その勾配ｉにより同様の計算を行えば良い。
【００８４】
以上の結果をまとめると、図１３のようになる。
【００８５】
次に、上記のテストハウスに対して、兵庫県南部地震に対しても安全限界値内に抑える場合の補強をＸ軸方向について考察してみると、安全限界値５（ｃｍ）以内のせん断力Ｋ６０ｘ は、バイニリアの場合、
この場合、有効壁倍率βｘ は２．０にされる。
【００８６】
一方、リニアの場合は、
この場合、有効壁倍率βｘ は１．５にされる。このように大き目の値にするのは、実際の壁は０．５きざみの壁倍率で作られているからである。
【００８７】
そして、壁全体ではなく、一部を補強する場合、例えば部分的な補強壁量ｂｘ を有効壁倍率１の存在壁量Ｂｘ （２５．４８ｍ）の半分である１２．７４（ｍ）として補強する場合には、バイリニアの場合は、
よって、１２．７４（ｍ）分の壁の有効壁倍率を３倍とするように補強する。
【００８８】
一方、リニアの場合は、
よって、１２．７４（ｍ）分の壁の有効壁倍率を２倍とするように補強する。
【００８９】
更に、参考のために、再び図２０を参照して、壁量バランスの検討について説明する。
【００９０】
ステップＳ３９における壁量バランスの検討は、国土交通省告示（平成１２年建設省告示第１３５２号）による１／４ルールにより以下のようにして行われる。
【００９１】
▲１▼各階毎の張り間方向、桁行方向の１／４の部分（側端部分）を図上に示す。
▲２▼１／４エリア内に実際に存在する壁量（存在壁量）を算出する。
▲３▼必要壁量（＝１／４エリアの面積×単位壁量）を算出する。
▲４▼それぞれの１／４エリアでの壁量充足率（＝存在壁量／必要壁量）を算出する。
▲５▼壁率比（＝壁量充足率の小さい方／壁量充足率の大きい方）を算出する。
▲６▼壁率比がそれぞれ０．５以上であることを確認する。
【００９２】
続いて、建築基準法施工令第８２条の３による偏心率による検討を行う。これは、各階の偏心率を求め、それらの偏心率がそれぞれ１５／１００以内であることを確認することで行われる。
【００９３】
次に、ステップＳ４０において国土交通省告示（平成１２年建設省告示第１４６０号）の「木造の継手及び仕口の構造方法を定める件」に準じて補強方法を決定する。
【００９４】
また、住宅の垂直方向のバランスからモーメントを求め、各柱に作用する軸力を算出し、各々の引抜き力を求め、補強金具の選定及び補強方法を決定する（ステップＳ４１）。
【００９５】
例えば、図１４を参照して、２階建て住宅の高さｈの部分に水平地震力Ｈ１が作用する場合を考える。
【００９６】
はじめに、垂直成分の重心位置（Ｘ，Ｙ）を算出する。
【００９７】
１階の重心位置（Ｘ１，Ｙ１）、２階の重心位置（Ｘ２，Ｙ２）とすると、合成重心位置（Ｘ，Ｙ）が以下のようにして求められる。
【００９８】
Ｘ＝（Ｗ１・Ｘ１＋Ｗ２・Ｘ２）／（Ｗ１＋Ｗ２）
Ｙ＝（Ｗ１・Ｙ１＋Ｗ２・Ｙ２）／（Ｗ１＋Ｗ２）
但し、Ｗ１は高さｈより下の部分の荷重であり、Ｗ２は高さｈより上の部分の荷重である。
【００９９】
次に、水平地震力とカウンターウエイト（Ｗ＋ΣＰ）のモーメントは以下の式で表される。
【０１００】
（Ｗ＋ΣＰ）・Ｘ＝Ｈ１・ｈ
よって、ΣＰ＝（Ｈ１・ｈ）／Ｘ−Ｗ
Ｐｉ＝ΣＰ／ｎ（但し、ｎは補強金具の数）
以上により算出されたＰｉより大きい耐力を持つ補強金具を選定して、補強を行う。
【０１０１】
図１５〜図１７はそれぞれ、補強の具体例を示した図である。図１５は、柱４１を支えている土台４２が脆弱化していることにより、布基礎４３をも含めて補強を施した例を示している。つまり、布基礎４３の外面側に鉄筋５１を介在させてコンクリートの打増し部５２を設けている。打増し部５２の上端には補強土台５３を設け、この補強土台５３と柱４１との間をＬ形の補強金具５４で連結するようにしている。なお、補強金具５４はボルト５５で柱４１に固定されると共に、アンカーボルト５６で補強金具５４と補強土台５３と打増し部５２とが緊密固定される。
【０１０２】
図１６は、はり６１と壁６２との間を壁６２の両面側においてＬ形の補強金具６３で補強する場合の例を示している。
【０１０３】
また、図１７は、基礎７１上の土台７２と柱７３との間をＴ形の補強金具７４で緊結する場合の例を示している。
【０１０４】
図１５〜図１７はあくまでも一例であって、補強構造やそれに使用される補強金具は様々な形態のものが知られており、どれを使用するかは住宅の構造や補強に必要な強度等を考慮して選定される。
【０１０５】
以上、本発明の好ましい実施の形態を耐震性能診断だけでなく、それに伴う補強方法の選定や補強構造の例をも含めて説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば、図１に示した測定システムでは、任意波発振器１１により正弦波を発生して加振機２１による加振を行うようにしているが、加振機２１は正弦波に限らず、ランダム波で励振されても良い。この場合、任意波発振器１１はランダム波、つまりマルチサイン信号あるいはスウェプトサイン信号更には疑似地震波を発生し、この周波数信号が電力増幅器１２と解析器１５に送られる。疑似地震波というのは、これまでの大地震において得られている地震波をいくつか人為的に生成した波形であり、任意波発振器１１に記憶装置を内蔵し、この記憶装置にこれらの波形を保存しておくことで生成される。解析器１５では、ＦＦＴあるいはＤＦＴによるスペクトル解析が行われる。例えば、Ｘ軸方向の加速度検出信号について言えば、解析器１５では入力された２つのディジタル加速度検出信号をフーリエ変換してスペクトル解析を行い、図３に示された波形と類似したような、横軸が周波数、縦軸が振幅のフーリエスペクトル波形を生成する。続いて、解析器１５では２つのフーリエスペクトル波形から伝達関数を計算して図４に示された波形と類似したような、加速度応答倍率τ−周波数ｆの特性を生成する。このようにして得られた加速度応答倍率τ−周波数ｆの特性において加速度応答倍率τがピーク値を示す周波数が固有周波数ｆｘ として得られる。
【０１０６】
以上、加振機に備えられた１個の第１の加速度検出器とこれとは別に設置される１個の第２の加速度検出器による耐震性能診断について説明したが、第２の加速度検出器を少なくとも２個備えることで偏心率の算出を行うこともできる。第２の加速度検出器を２個備える場合、図１に示された解析器１５には３種類の加速度検出信号がそれぞれ増幅器、Ａ／Ｄ変換器を介して入力される。偏心率の算出及びこれに基づく補強は、図２１をも参照して、以下のようにして実施される。図２１は、図２に示された建物における２階の平面図を示すものとする。
【０１０７】
▲１▼まず、図２で説明した加振機２０の設置面において静的に計算された建物の剛心位置１０１に加振機２０を配置し、Ｘ軸あるいはＹ軸上（ここではＸ軸とする）の２箇所に２個の第２の加速度検出器２２−１，２２−２を配置する。そして、加振機２０によりＹ軸に関する加振を行うと共に２個の加速度検出器２２−１，２２−２の出力Ｙｅ、Ｙｗが実質的に等しくなるように加振機２０をＸ軸に関して位置決めする。なお、静的な剛心位置の計算は、建物の設計図面等から周知の計算方法により容易に計算できる。また、最初に加振機２０を置く位置は静的な剛心位置が最も好ましいが、この限りではなく、図２に示された加振機の設置面であればどこでも良い。
【０１０８】
▲２▼続いて、Ｙ軸上に２個の第２の加速度検出器２２−１，２２−２を移動配置し、Ｘ軸に関する加振を行うと共に２個の加速度検出器２２−１，２２−２の出力Ｘｎ、Ｘｓが実質的に等しくなるように加振機２０をＹ軸に関して位置決めする。なお、２個の加速度検出器の配置位置は、Ｘ軸、Ｙ軸上のどこでも良いが、建物の床面の端部に近い方が好ましい。
【０１０９】
▲３▼その結果、加振機２０が位置１０２に移動したものとすると、上記のようにしてＸ軸、Ｙ軸に関して位置決めされた位置１０２が動的な剛心位置となる。
【０１１０】
▲４▼上記のようにして得られた動的な剛心位置と、加振機２０の設置面において建物に関して計算された重心位置とから偏心率を算出する。重心位置の計算も建物の設計図面等から周知の計算方法により容易に計算できる。偏心率の計算については、例えば建築基準法施行令第８２条の３に定められており、あるいはまたインターネットのホームページ「ホームズ君．ｃｏｍ」にも開示されている。
【０１１１】
▲５▼上記▲１▼、▲２▼で得られたＹｅ，Ｙｗ，Ｘｎ，Ｘｓに基づいて前述した計算方法により偏心率を０．３以下にし得るような剛性壁量を計算する。
【０１１２】
▲６▼つまり、前述したように、Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれについて変位ｄｘ、ｄｙを算出し、損傷限界範囲としてｈ／２４０＜変位量≦ｈ／１２０、安全限界としてｈ／１２０＜変位量≦ｈ／６０、倒壊の危険ありとして変位量＞ｈ／６０を決定し、それぞれに見合う壁量の補強を行う。この場合、必要な金具等によって、より剛性のとれるような他の補強も追加することが望ましい。
【０１１３】
上記のような診断結果に基づく補強にもかかわらず、ＹｅとＹｗ、あるいはまた，ＸｎとＸｓとが実質上等しくならずバランスが悪い場合には、エポキシ樹脂材とＦＲＰやグラスファイバー等を接着することにより強度不足部分の強度を高めることができる。また、建物に付随する基礎の劣化や亀裂等により、上記のアンバランスが生じていると思われる場合には、同じくエポキシ樹脂材を含む熱可塑性樹脂等による繊維を素材とする不織布あるいは金属板を基礎表面に接着して補強するかあるいは基礎を鉄筋入りコンクリート等により打ち増して補強しても良い。
【０１１４】
上記のような偏心率の算出に加えて、本願発明は、建物のねじれの算出も可能である。この場合、図２１に示した建物の４つのコーナーにそれぞれ第２の加速度検出器を配置する。つまり、この場合には２本のＸ軸あるいはＹ軸上にそれぞれ２個ずつ第２の加速度検出器を配置する。そして、Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれについて加振を行うことで得られた加速度検出信号から変位量を算出して建物のねじれを算出することができる。勿論、この場合にもねじれの程度に応じた補強が施される。
【０１１５】
また、少なくとも２個の第２の加速度検出器２２−１，２２−２を備える場合、動的耐震補強は以下のようにして実施されても良い。図２１を参照して、加振機２０の設置面においてあらかじめ建物に関して計算された重心位置あるいはその近傍に加振機２０を配置する。そして、Ｘ軸（あるいはＹ軸）軸上に２個の第２の加速度検出器２２−１，２２−２を配置し、Ｙ軸（あるいはＸ軸）に関する加振を行って２つの加速度値Ｙｗ、Ｙｅ（あるいはＸｎ、Ｘｓ）を得る。続いて、Ｙ軸（あるいはＸ軸）軸上に２個の第２の加速度検出器２２−１，２２−２を配置し、Ｘ軸（あるいはＹ軸）に関する加振を行って２つの加速度値Ｘｎ、Ｘｓ（あるいはＹｗ、Ｙｅ）を得る。更に、建物の設置地域に予想される推定地震力に対して安全である加速度値または振幅値を計算し、前述した方法により計算された加速度値または振幅値になるような建物の壁の補強を行う。そして、補強の結果として、２つの加速度値ＸｎとＸｓとが略等しくなると共に、２つの加速度値ＹｗとＹｅとが略等しくなるようにすれば良い。
【０１１６】
以下に、この動的耐震性能診断及び補強例を詳しく説明する。
【０１１７】
図２１と同様の建物の平面図である図２２を用いて説明すると、本例では加振機２０を建物の２階の床面上の重心位置２００に設置してＸ軸方向、Ｙ軸方向の加振を行い、水平方向の動的剛性値を求める。勿論、Ｘ軸、Ｙ軸共、２個以上（ここでは、２個）の加速度検出器２２−１、２２−２を用いて同時計測を行う。前述したように、Ｘｎ、Ｘｓは、それぞれＸ軸方向に加振させた時の北側、南側での加速度検出値であり、Ｙｅ、Ｙｗは、それぞれＹ軸方向に加振させた時の東側、西側での加速度検出値である。
【０１１８】
イ．はじめに、動的水平剛性値の算出を行う。図２２において、Ｋｘｎ、Ｋｘｓ、Ｋｙｅ、Ｋｙｗは建物の四方のそれぞれ一辺の動的水平剛性値であり、例えばＫｙｗについて言えば、以下の式により算出される。
【０１１９】
Ｋｙｗ＝（２πｆｙｗ）２ ・Ｗｈ／（ｇ・τｙｗ）
上式において、ｆは加速度検出値Ｙｗを得た時の建物の卓越周波数（Ｈｚ）であり、Ｗｈは図２で説明したように建物の１階半ばから上部の建物重量である。また、ｇは重力加速度（９８０ｃｍ／ｓｅｃ２ ）であり、τは加振機２０の動的重量と加振加速度の積で建物重量とその加速度の積を除した値であり、以下の式で表される。
【０１２０】
τｙｗ＝（Ｗｈ・Ｕｈｙｗ）／（Ｗｅ・Ｕｅｙｗ）
但し、加速度検出器２２−１で検出されたＵｈｙｗは加振時の建物の加速度、Ｗｅは加振機２０の重量、Ｕｅｙｗは加速度検出器２１（図１参照）で検出された加振機２０の加速度である。
【０１２１】
Ｋｘｎ、Ｋｘｓ、Ｋｙｅについても、上記の式により算出される。
【０１２２】
ロ．続いて、地震時の損傷防止の計算を行う。つまり、建物に地震が作用した時、どの程度で損傷を食い止めるかの検討を行う。
【０１２３】
図２１でも説明したように、▲１▼軽微な損傷範囲として変位量ｈ／２４０以内、▲２▼安全な損傷範囲として変位量ｈ／１２０以内、▲３▼損傷の限界値ｈ／６０以内を想定し、前述した動的水平剛性値Ｋから上記▲１▼〜▲３▼におけるせん断力Ｓを算出する。例えば、上記の▲２▼を選択した場合、せん断力Ｓは以下の式で表される。
【０１２４】
Ｓ＝Ｋ・（ｈ／１２０）
一例として、Ｋを２０（ＫＮ／ｃｍ）、ｈを３００（ｃｍ）とすると、
Ｓ＝２０・（３００／１２０）＝５０（ＫＮ）となる。
【０１２５】
一方、せん断力Ｓは、２階床面上に（３００／１２０）＝２．５（ｃｍ）の変位（１階床面上との相対変位）が生じた場合に建物が受ける地震力Ｑと略等しいと考えられるので、以下の式が導かれる。
【０１２６】
Ｑ＝Ｓ＝Ｗｈ・α
但し、αは２階床面上に加わった加速度値である。
【０１２７】
ここで、建物重量Ｗｈを２００（ＫＮ）、せん断力Ｓを５０（ＫＮ）とおくと、 α＝５０／２００＝０．２５
すなわち、２５０（Ｇａｌ）の加速度が２階床面上に作用した時、１階床面上と２階床面上に２．５ｃｍの相対変位が生じたことになる。
【０１２８】
参考のために、上記の▲３▼の場合、ｈ／６０＝５（ｃｍ）、Ｓ＝２０（ＫＮ／ｃｍ）・５（ｃｍ）＝１００（ＫＮ）、α＝１００（ＫＮ）／２００（ＫＮ）＝０．５０となり、５００（Ｇａｌ）の地震が２階床面上に作用すると、５（ｃｍ）の変位を生ずることになる。
【０１２９】
上記ロにおける流れを図２４に示す。
【０１３０】
ハ．次に、顧客（建物所有者）の希望する耐震補強の選択を行う。
【０１３１】
例えば、建築基準法による場合、地上での加速度値として、２００（Ｇａｌ）（α＝０．２）、２５０（Ｇａｌ）（α＝０．２５）、３００（Ｇａｌ）（α＝０．３）の値が設定される。
【０１３２】
あるいは、実際に発生した地震を参考に補強したいという要望を持つ顧客に対しては、過去の地震に関するデータに基づいて補強を提案する。例えば、神戸地震の場合、地上では８１８（Ｇａｌ）の加速度値と発表されているので、２階床面上ではＡｉ（地震層せん断力係数の高さ方向分布数値）を１．２と仮定すると、８１８・１．２＝９８２（Ｇａｌ）となる。
【０１３３】
あるいはまた、レベル３の地震として７５０（Ｇａｌ）、レベル２の地震として５００（Ｇａｌ）、レベル１の地震として２５０（Ｇａｌ）の地震を想定するようにしても良い。なお、加速度値（Ｇａｌ）に代えて振幅値が用いられても良い。
【０１３４】
ニ．続いて、補強壁量の算出を行う。
【０１３５】
この算出に際しては、補強する建物の周囲四辺の壁量（壁の枚数）を設計図、又は調査により決定する。その一例を図２３に示す。図２３においては、西側の壁量６枚、東側６枚、北側１０枚、南側４枚としている。なお、調査により現存する壁に補強のための筋かい等があった場合は、その側の壁の枚数は壁倍率を考慮して数えることとする。
【０１３６】
補強壁量の算出に際しては、動的水平剛性値から四辺のそれぞれの面の壁が現在いくらの耐力（壁１枚当たり）を有しているかを計算する。せん断力に対してはすべて内側の壁も周囲の四辺の壁に集約されているものと理解し、壁耐力を算出する。
【０１３７】
ここで、建築基準法に則り、１／１２０（ｒａｄ）時の１枚当たりの壁耐力を西側の壁について考えてみる。
【０１３８】
この時の西側の壁は６枚であるから、西側の１枚当たりの壁の耐力Ｐｙｗは以下の式で表される。
【０１３９】
Ｐｙｗ＝５０（ＫＮ）／６（枚）＝８．３（ＫＮ／枚）
そして、この壁は前述した計算式によると、２５０（Ｇａｌ）の地震に耐え得るので、顧客が上記ハにおいてα＝０．２５を選択した場合は、このままで良い。この数値にそって、東側、北側、南側の壁の耐力Ｐｙｅ、Ｐｘｎ、Ｐｘｓは西側の壁の耐力Ｐｙｗに略等しいものとする。そして、この関係が成立する時、建物の重心と剛心とが一致していることになる。
【０１４０】
しかし、もし不足している壁があれば、これを補強する必要がある。
【０１４１】
次に、南側の壁について考える。南側についてはすべて筋かいがあったと仮定すると、壁量は４（枚）・１．５（倍）で６枚に相当する。
【０１４２】
また、Ｋｘｓは１５（ＫＮ／ｃｍ）であったと仮定すると、
従って、
α＝３７．５／２００＝０．１８８
つまり、１８８（Ｇａｌ）となる。
【０１４３】
これを２５０（Ｇａｌ）に耐えさせるには、壁倍率Ｉを、Ｉ＝２５０／１８８＝１．４倍とする必要がある。
【０１４４】
南側の壁１枚について計算すると、
Ｐｘｓ＝３７．５（ＫＮ）／４（枚）＝９．３８（ＫＮ）
となる。
【０１４５】
また、新しい動的水平剛性値Ｋｘｓｎは、以下の式で表される。
【０１４６】
Ｋｘｓｎ＝Ｋｘｓ・１．４（倍）
従って、南側のうち両サイドの２枚の壁だけ考えてＫｘｓｎを得るためには、既存の壁耐力２（枚）・９．３８（ＫＮ）のものを新たな壁耐力２（枚）・γ（ＫＮ）に交換するものとして、Ｋｘｓ（＝１５ＫＮ／ｃｍ）、ｈ／１２０（＝２．５ｃｍ）を考慮すると、以下の式が導かれる。
【０１４７】
１．４倍・１５（ＫＮ／ｃｍ）・２．５（ｃｍ）＝
２（枚）・γ（ＫＮ）＋２（枚）・９．３８（ＫＮ）
交換に必要な壁耐力γは、
γ＝（５２．５−１８．７６）／２＝１６．８７（ＫＮ）
ここで、南側がすべて通常の壁であり、１枚当たり２（ＫＮ）の壁耐力を仮定すると、Ｘ軸方向の壁はすべて南側に１つに集約されていて、９．３８（ＫＮ）／２（ＫＮ）＝４．６９で約５倍の壁に相当していると考えられる。
【０１４８】
そこで、補強対策としては今回は、１６．８７／２（ＫＮ）＝８．４３５で約８．５倍に補強された壁を両サイドにおいて交換すれば良いことになる。このような補強対策を行うために、現在壁倍率１０倍の壁材が市販されているので、これを使用すれば良い。以上の流れを図２５に示す。
【０１４９】
上記と同様にして、北側、東側、西側の壁の補強方法を決定する。なお、壁を交換するのではなく、既存の壁に追加貼りをする補強対策でも良い。
【０１５０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、建物の耐震性能をより高い精度で得ることができ、しかも新築の建物のみならず、中古の建物にも適用可能な動的耐震性能診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するために使用される計測システムの構成を示したブロック図である。
【図２】本発明において診断の対象となる住宅と計測システムの一部の設置例を示した図である。
【図３】図１に示された２つの加速度検出器で検出される加速度と周波数との関係の例を示した波形図である。
【図４】図３に示された波形から得られる加速度応答倍率と周波数との関係を示した波形図である。
【図５】本発明において住宅の動的水平剛性を直線で近似する場合の近似直線と実測による荷重変形曲線と関係を示した荷重−変位特性図である。
【図６】住宅に対する地震力を算出するために、計算式の１要素として地域に応じて国土交通省告示（昭和５５年建設省告示第１７９３号）により定められている数値の例を示した図である。
【図７】住宅に対する地震力を算出するために、国土交通省告示（昭和５５年建設省告示第１７９３号）により定められている、第１種〜第３種地盤の種別に応じた地盤の固有周期Ｔｃ を示した図である。
【図８】住宅に対する地震力を算出するために、国土交通省告示（昭和５５年建設省告示第１７９３号）により定められている、第１種〜第３種地盤の種別に応じた標準せん断力係数Ｃｏ を示した図である。
【図９】住宅に対する地震力を算出するために、実測により地盤周期を求めて地盤の種別を判定するための方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の地震力算出方法により動的耐震性能診断を行う際における判定のためのテーブルを示した図である。
【図１１】本発明の第２の地震力算出方法により動的耐震性能診断を行う際における判定のためのテーブルを示した図である。
【図１２】本発明における動的耐震性能診断において壁の補強の検討を行う場合に用意される、住宅における壁の平面図の一例を示した図である。
【図１３】本発明における動的耐震性能診断において実際の震度を当てはめた場合に想定された損傷の程度を説明するための図である。
【図１４】テストハウスを用いた本発明における動的耐震性能診断において、２階建て住宅の高さｈの部分に水平地震力Ｈ１が作用する場合の引抜き力の計算方法について説明するための図である。
【図１５】本発明により補強が施される場合の補強構造の一例を説明するための図である。
【図１６】本発明により補強が施される場合の補強構造の他の例を説明するための図である。
【図１７】本発明により補強が施される場合の補強構造の更に他の例を説明するための図である。
【図１８】図１に示された解析器で実行される第１の解析処理プログラムに基づく解析処理の流れを示したフローチャート図である。
【図１９】図１に示された解析器で実行される第２の解析処理プログラムに基づく解析処理の流れを示したフローチャート図である。
【図２０】図１に示された解析器で実行される第３の解析処理プログラムに基づく解析処理の流れを示したフローチャート図である。
【図２１】本発明による建物の偏心率の算出を説明するための図である。
【図２２】本発明による壁の補強の他の例を説明するための建物の平面図である。
【図２３】補強が考慮されている建物の現在の壁量を説明するための平面図である。
【図２４】本発明の他の例による壁の補強方法の流れを説明するためのフローチャート図である。
【図２５】本発明の他の例による壁の補強方法の流れを説明するためのフローチャート図である。
【符号の説明】
２０ 加振機
２１、２２ 第１、第２の加速度検出器
４１、７３ 柱
４２、７２ 土台
４３ 布基礎
５１ 鉄筋
５２ コンクリートの打増し部
５４、６３、７４ 補強金具
５５ ボルト
５６ アンカーボルト
６１ はり
６２ 壁
【発明の属する技術分野】
本発明は建物、特に住宅家屋の耐震性能を診断する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、建物の建築に際しては耐震設計が施される。一般住宅家屋でも耐震構造に加えて、免震構造や減震構造を採用した建築が増えつつあるが、免震構造や減震構造は高価であることから、その増加率は新築住宅の増加率に比べればはるかい低い。
【０００３】
想定される震度を考慮した耐震構造を採用する場合であっても、住宅が構築される地盤には一種、二種、三種の種別があり、その種別に応じた設計が必要である。しかしながら、このようにして設計された値はあくまでも一般式に基づく設計値であり、設計値が基準を満足していればまったく安全かと言えば、必ずしもそうであるとは言えない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような現状から、新築住宅の購買者には、購入した住宅が実際にどの程度の耐震性能を持つのかを知りたいという欲求がある。つまり、設計値に基づいて求められる耐震性能は、一般式に基づくものであって、実際の住宅構造や地盤状況を考慮したものではないので、あくまでも目安程度のものに過ぎないという心配があるからである。
【０００５】
一方、耐震性能数値の取得欲求は新築住宅の購買者に限らず、現在住んでいる住宅、いわば中古住宅の所有者も同様であるが、設計値をそのまま当てはめて計算することは難しい。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、建物の耐震性能をより高い精度で得ることのできる動的耐震性能診断方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の課題は、新築の建物のみならず、中古の建物にも適用可能な動的耐震性能診断方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、地盤上に建てられた建物に第１の加速度検出器を備えた加振機を配置すると共に第２の加速度検出器を配置して加振を行い、前記第１、第２の加速度検出器の加速度検出信号と前記加振機の加振周波数との関係から前記建物の固有周波数ｆｈ と、該固有周波数ｆｈ での加速度応答倍率τｈ とを求めるステップと、あらかじめ知られている建物の重量Ｗｈ 、前記固有周波数ｆｈ 、前記加速度応答倍率τｈ を用いてあらかじめ定められた第１の式に基づいて建物の動的水平剛性Ｋを算出するステップと、あらかじめ定められた第２の式に基づいて建物に作用する地震力Ｑを算出するステップと、算出された動的水平剛性Ｋからせん断力Ｋθを算出して算出されたせん断力Ｋθと地震力Ｑとを比較してＫθ＜Ｑの場合に補強の必要性ありと判別するステップとを含むことを特徴とする動的耐震性能診断方法が提供される。
【０００９】
本動的耐震性能診断方法においては、前記第１の式は、
Ｋ＝［｛（２π・ｆｈ ）２ ・Ｗｈ ／ｇ｝／τｈ ］・ｋ（但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２ 、ｋは建物の建築年数、構造によりあらかじめ決められる１以下の係数）で与えられる。
【００１０】
本動的耐震性能診断方法の第１の態様においては、前記第２の式は、
Ｑ＝Ｗｈ ・Ｃｉ （但し、Ｃｉ は地震層せん断力係数）
で与えられ、
Ｃｉ ＝Ｚ・Ｒｔ ・Ａｉ ・Ｃｏ ・Ｖ（但し、Ｚは地域に応じてあらかじめ設定されている数値、Ｒｔ は前記地盤と建物の振動特性に応じて得られる数値、Ａｉ は地震層せん断力係数の高さ方向分布数値、Ｃｏ は標準せん断力係数、Ｖは建物の老朽度等の条件によりあらかじめ決められる定数）で与えられる。
【００１１】
上記第１の態様においては、前記動的水平剛性Ｋ、前記せん断力Ｋθ、前記地震力Ｑの算出はそれぞれ、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行われ、前記せん断力Ｋθと前記地震力Ｑとの比較もＸ軸、Ｙ軸に関して行われる。
【００１２】
本動的耐震性能診断方法の第２の態様においては、前記第２の式は、
Ｑｍ ＝Ｗｈ ・Ｃｍａｘ ・Ａｉ ・Ｖ（但し、Ｃｍａｘ は地表面での加速度の最大値、Ａｉ は地震層せん断力係数の高さ方向分布数値、Ｖは建築年数や建物の構造によりあらかじめ与えられる１以下の係数）
で与えられ、
Ｃｍａｘ ＝Ａｍａｘ ・τｇ （但し、Ａｍａｘ はあらかじめ決められている式により与えられる工学的基盤での最大加速度、τｇ は前記地盤の加速度応答倍率）で与えられる。
【００１３】
上記第２の態様においては、前記地盤の加速度応答倍率τｇ は、地盤上に前記加振機を配置すると共に前記第１、第２の加速度検出器を一定間隔をおいて配置して加振を行い、前記第１、第２の加速度検出器の加速度検出信号と前記加振機の加振周波数との関係から前記地盤の固有周波数ｆｇ を求めて、該固有周波数ｆｇ での加速度応答倍率をτｇ として求められる。
【００１４】
上記第２の態様においても、前記動的水平剛性Ｋ、前記せん断力Ｋθ、前記地震力Ｑの算出はそれぞれ、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行われ、前記せん断力Ｋθと前記地震力Ｑとの比較もＸ軸、Ｙ軸に関して行われる。
【００１５】
上記第１、第２の態様のいずれにおいても、更に、補強の必要性ありと判定されて建物の壁の補強を壁の一部に施す場合にどの程度にするかを壁の有効壁倍率β´として算出するステップを含むようにしても良く、この場合、
β´＝｛Ｂ・（β−１）＋ｂ｝／ｂ（但し、ＢはＸ軸あるいはＹ軸方向の有効壁倍率１の存在壁量、βは建物の壁全体の有効壁倍率、ｂはＸ軸あるいはＹ軸方向の複数箇所に補強を行う場合の補強壁量）で与えられ、
β＝Ｑ／Ｋθ
Ｌ＝Ｂ・β（但し、ＬはＸ軸あるいはＹ軸方向の補強壁量の総延長量）
で与えられる。
【００１６】
上記第１、第２の態様のいずれにおいても、前記加振機は正弦波で加振されても良いし、疑似地震波またはランダム波で加振されても良い。
【００１７】
なお、いずれの態様においても、前記第２の加速度検出器を少なくとも２個備え、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸の一方の軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、他方の軸に関する加振を行うと共に前記少なくとも２個の加速度検出器の出力が実質的に等しくなるように前記加振機を前記一方の軸に関して位置決めし、続いて、前記他方の軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、前記一方の軸に関する加振を行うと共に前記少なくとも２個の加速度検出器の出力が実質的に等しくなるように前記加振機を前記他方の軸に関して位置決めし、Ｘ軸、Ｙ軸に関して位置決めされた位置を動的な剛心位置として、該動的な剛心位置と前記加振機の設置面において建物に関して計算された重心位置とから偏心率を算出することができる。
【００１８】
また、いずれの態様においても、前記第２の加速度検出器を少なくとも２個備え、前記加振機の設置面においてあらかじめ建物に関して計算された重心位置あるいはその近傍に前記加振機を配置し、水平面上において互いに直交するＸ軸あるいはＹ軸軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、Ｙ軸あるいはＸ軸に関する加振を行って少なくとも２つの加速度値Ｙｗ、ＹｅあるいはＸｎ、Ｘｓを得るようにし、続いて、Ｙ軸あるいはＸ軸軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、Ｘ軸あるいはＹ軸に関する加振を行って少なくとも２つの加速度値Ｘｎ、ＸｓあるいはＹｗ、Ｙｅを得るようにし、建物の設置地域に予想される推定地震力に対して安全である加速度値または振幅値を計算して該計算された加速度値または振幅値になるような建物の壁の補強を行うことにより、補強の結果、２つの加速度値ＸｎとＸｓとが略等しくなると共に、２つの加速度値ＹｗとＹｅとが略等しくなるようにすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明を実施するための計測システムについて説明する。計測システムは、任意波発振器１１、電力増幅器１２、加振機２０、第１、第２の加速度検出器２１、２２、これらの検出信号を増幅するための増幅器１３、１７、アナログ信号である検出信号をディジタルの加速度信号に変換するＡ／Ｄ変換器１４、１８、解析器１５、パラメータ入力部１９を含む。ここでは、本発明を２階建ての住宅に適用する場合について説明するが、１階建てや３階建て以上の建物にも適用可能であることは言うまでもない。また、新築、中古の別は問わない。２階の場合、図２に示すように、住宅１の２階の床面に、第１の加速度検出器２１を備えた加振機２０と第２の加速度検出器２２とを設置する。図２において、以下では、地面Ｇ．Ｌから所定の高さｈ１ （ｍ）、ここでは１．３５ｍの高さから上の住宅１の重量を住宅１の重量Ｗｈ （ｋＮ）として扱い、住宅１の地上部分の総荷重（基礎の荷重も含む）をＷＴ （ｋＮ）とする。重量Ｗｈ 、ＷＴ は既知の値であり、家具等の積載重量は勿論、積雪の多い地域では積雪による重量も含めることが望ましい。また、加振機２０の重量をＷｅ （ｋＮ）とし、これも既知の値である。重量Ｗｅ は、以降で説明される（１）式における上記重量Ｗｈ に含まれるが、重量Ｗｅが重量Ｗｈに比べて十分に小さい場合には省略されても良い。
【００２０】
次に、本計測システムによる動的耐震性能診断の解析手法について、その流れを示したフローチャート図である図１８〜図２０をも参照して説明する。図１８〜図２０はそれぞれ、解析器１５にインストールされている動的耐震性能診断のための第１〜第３の解析処理プログラムに基づく処理の流れを示しているが、第１〜第３の解析処理プログラムは１つの解析処理プログラムとして作成されてインストールされていても良い。
【００２１】
（Ａ）図１、図１８において、任意波発振器１１に対して波形を指定（ステップＳ１）することにより、任意波発振器１１から、ここでは正弦波が発生され、電力増幅器１２で増幅されて加振機２０に与えられる。加振機２０は増幅された正弦波に基づいて住宅１を水平方向に振動させる（ステップＳ２）。その時の加振機２０本体における加速度が第１の加速度検出器２１で検出され、住宅１の加速度が第２の加速度検出器２２で検出される。第１の加速度検出器２１で検出された加速度信号は、第１の増幅器１３で増幅され第１のＡ／Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換されて解析器１５に与えられる。第２の加速度検出器２２で検出された加速度信号は、第２の増幅器１７で増幅され第２のＡ／Ｄ変換器１８でディジタル信号に変換されて解析器１５に与えられる。解析器１５は、前述のように解析処理プログラムに基づいて信号処理及び解析処理を行うものである。解析器１５にはパラメータ入力部１９が接続され、重量Ｗｈ 、Ｗｅ 等の数値情報があらかじめ入力されている。解析器１５にはまた、任意波発振器１１からの正弦波信号が周波数信号として与えられる。
【００２２】
なお、任意波発振器１１は周波数の異なる複数種類の正弦波信号を発生することができるほか、ランダム波信号としてマルチサイン信号、スウェプトサイン信号を発生することができる。マルチサイン信号というのは、異なる周波数ｆ１ 〜ｆｎ の正弦波信号を様々な振幅を持つように合成した信号である。一方、スウェプトサイン信号というのは、異なる周波数ｆ１ 〜ｆｎ の正弦波信号を振幅が一定の状態になるように合成した信号で、いわば周波数変調波である。マルチサイン信号、スウェプトサイン信号の用途については後述する。
【００２３】
第１、第２の加速度検出器２１、２２で検出される加速度をそれぞれ、Ｕｅ 、Ｕｈ とすると、加速度Ｕｅ と加振機２０からの正弦波周波数との関係は図３（ａ）のようになり、加速度Ｕｈ と加振機２０からの正弦波周波数との関係は図３（ｂ）のようになる。つまり、加速度Ｕｈ は加振機２０からの正弦波周波数がある値ｆｈ になるとピーク値を示す。
【００２４】
ここで、住宅１の加速度応答倍率τｈ は以下の（１）式で表される。
【００２５】
τｈ ＝Ｗｈ ・Ｕｈ ／Ｗｅ ・Ｕｅ （１）
図４は加速度応答倍率と周波数との関係を示し、住宅１の加速度応答倍率τｈ がピーク値を示す周波数は住宅１の固有周波数ｆｈ と呼ばれる。
【００２６】
ところで、加速度応答倍率τｈ と固有周波数ｆｈ の算出は、一軸方向のみについて行われても良いのであるが、水平面上で互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向について行われるのが好ましい、そこで、第１、第２の加速度検出器２１、２２はそれぞれ、チャンネル切り替えにより、水平面上で互いに直交するＸ軸方向（通常、東西方向）、Ｙ軸方向（通常、南北方向）のそれぞれについて計測可能としており、ステップＳ３においてどちらにするかの選択が行われる。Ｘ軸方向を東西方向とし、Ｙ軸方向を南北方向とするのは、通常、住宅は南向きに建てられるからである。勿論、Ｘ軸方向について加速度検出を行う場合には加振機２０はＹ軸方向に加振を行い、Ｙ軸方向について加速度検出を行う場合には加振機２０はＸ軸方向に加振を行うことは言うまでも無い。以下では、Ｘ軸方向に関して計測、算出された値にはｘの下付き記号を付し、Ｙ軸方向に関して計測、算出された値にはｙの下付き記号を付すものとする。例えば、加速度について言えば、第２の加速度検出器２２で検出されたＸ軸方向の加速度はＵｈｘ、Ｙ軸方向の加速度はＵｈｙとする。そして、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」という形容は省略される場合がある。
【００２７】
いずれにしても、第１、第２の加速度検出器２１、２２からの２種類の加速度、つまり加振機２０の加速度Ｕｅ と住宅１の加速度Ｕｈｘ（Ｕｈｙ）と任意波発振器１１からの周波数信号とが入力されると（ステップＳ４、Ｓ５）、解析器１５では診断のための解析を開始する。解析器１５は、上記（１）式に基づいて図３（ｂ）に示すようなグラフを生成して（ステップＳ６）住宅１の加速度応答倍率τｈｘ（τｈｙ）を算出すると共に、住宅１の固有周波数ｆｈｘ（ｆｈｙ）を検出する（ステップＳ７）。固有周波数ｆｈｘ（ｆｈｙ）の逆数は固有周期Ｔｈｘ（Ｔｈｙ）となる。
【００２８】
なお、ステップＳ６の前の入力ステップＳ９は、前述したように、パラメータ入力部１９により前もって実行されている。また、上記の動作は、Ｘ軸、Ｙ軸に関する計測が終了するまで行われる（ステップＳ８）。
【００２９】
次に、図１、図１９を参照して、解析器１５では、加速度応答倍率τｈｘ、τｈｙ、固有周波数ｆｈｘ、ｆｈｙが与えられると（ステップＳ１１）、第２の解析処理プログラムに基づく処理を実行する。解析器１５は、はじめに重量Ｗｈ 、加速度応答倍率τｈｘ、τｈｙ、固有周波数ｆｈｘ、ｆｈｙを用いて、以下の（２）、（３）式により住宅１の動的水平剛性（バネ定数）Ｋｘ 、Ｋｙ （ｋＮ）を算出する（ステップＳ１２）。なお、図１９は便宜上、Ｘ軸方向についてのみ示している。
【００３０】
Ｋｘ ＝［｛（２π・ｆｈｘ）２ ・Ｗｈ ／ｇ｝／τｈｘ］・ｋ （２）
Ｋｙ ＝［｛（２π・ｆｈｙ）２ ・Ｗｈ ／ｇ｝／τｈｙ］・ｋ （３）
なお、ｇは重力の加速度（ｃｍ／ｓｅｃ２ ）、ｋは住宅の建築年数、構造によりあらかじめ決められる１以下の係数であり、これもあらかじめ解析器１５に入力される。つまり、条件入力ステップＳ１３は前もって実行されている。
【００３１】
これにより、図５に示すような荷重（ｋｇ）に対する変位量（ｃｍ）の関係において３１で示すような近似直線が得られる。一方、図５において曲線３２は住宅の壁に対して荷重（ｋｇ）を加えた場合の変位量（ｃｍ）の関係を実測して得られた荷重変形曲線であり、このような荷重変形曲線３２があらかじめ得られている場合にはこれを利用しても良い。住宅の壁に対してこのような荷重変形曲線が実測されることはこれまでほとんど無かったが、最近ではこのような実測が行われるようになってきており、本発明ではこれを想定している。
【００３２】
図５において、変位量が５（ｃｍ）程度までは近似直線３１と荷重変形曲線３２とはほとんど変わらない。これは、図５の場合について言えば、変位量５（ｃｍ）程度までは近似直線３１を利用しても何ら問題は無いが、５（ｃｍ）を越えると誤差が大きくなることを意味する。そこで、後で説明される補強の判定において明らかになるように、変位量５（ｃｍ）までは近似直線３１（これをリニアと呼ぶ）を用い、５（ｃｍ）を越えた場合には曲線３２（これをバイリニアと呼ぶ）を用いるようにする。そして、リニアの場合の動的水平剛性はＫｘ 、Ｋｙ で示し、バイリニアの場合の動的水平剛性はＫｘｕ、Ｋｙｕで示すものとする。
【００３３】
続いて、動的水平剛性Ｋｘ 、Ｋｙ を用いて以下の式（４）、（５）により床面せん断力Ｋθ ｘ 、Ｋθ ｙ を算出する。
【００３４】
Ｋθ ｘ ＝Ｋｘ ・ｈ・（１／θ） （４）
Ｋθ ｙ ＝Ｋｙ ・ｈ・（１／θ） （５）
この式で表されるせん断力というのは、Ｘ軸方向について言えば、動的水平剛性Ｋｘ を持ち、単位長さ、高さｈの壁部材に対してその上端において幅方向に一定の荷重を加えた時に、１／θ（ｒａｄ）の変位量を生ずることを意味する。ここでは、θ＝１２０度として、
Ｋ１２０ｘ＝Ｋｘ ・ｈ・（１／１２０）
Ｋ１２０ｙ＝Ｋｙ ・ｈ・（１／１２０）
が算出される。壁の高さｈは通常、２．４ｍから３ｍ程度である。
【００３５】
（Ｂ）次に、図１９のステップＳ１４以降で説明されるように、住宅１に作用する地震力Ｑ（ｋＮ）をＸ軸方向、Ｙ軸方向のそれぞれについて算出し、それぞれを上記の床面せん断力Ｋ１２０ｘ、Ｋ１２０ｙと比較して、比較の結果、Ｘ軸方向についてＱｘ ＞Ｋ１２０ｘの場合にＸ軸方向に関する壁の補強を行い、Ｙ軸方向についてＱｙ ＞Ｋ１２０ｙの場合にＹ軸方向に関する壁の補強を行うべきとの診断結果を出す。地震力Ｑｘ 、Ｑｙ の算出、診断の詳しい内容については後述する。
【００３６】
（Ｃ）補強を行うべきとの診断結果が出された場合には、図２０に示す第３の解析処理プログラムに基づくフローチャート図により後で説明する方法で補強壁量の計算が行われる。
【００３７】
以上の手順で動的耐震性能診断が行われる。
【００３８】
次に、図１９に戻って、住宅１に作用する地震力Ｑｘ 、Ｑｙ の算出方法について説明する。地震力Ｑｘ 、Ｑｙ の算出方法には大きくわけて２つの方法があり、ステップＳ１４においていずれを採用するかの指定が行われる。第１の手法は標準手法とも言える方法であり、以下ではこれを指定した場合について説明する。
【００３９】
第１の方法はステップＳ１５で実行され、以下の通りである。
【００４０】
地震力Ｑｘ 、Ｑｙ は以下の（６）式、（７）式で与えられる。
【００４１】
Ｑｘ ＝Ｗｈ ・Ｃｉｘ （６）
Ｑｙ ＝Ｗｈ ・Ｃｉｙ （７）
但し、Ｃｉｘ、Ｃｉｙは、住宅１の前に述べた高さｈにおけるＸ軸方向、Ｙ軸方向の地震層せん断力係数を示し、以下の（８）式、（９）式で与えられる。
【００４２】
Ｃｉｘ＝Ｚ・Ｒｔｘ・Ａｉｘ・Ｃｏ ・Ｖ （８）
Ｃｉｙ＝Ｚ・Ｒｔｙ・Ａｉｙ・Ｃｏ ・Ｖ （９）
但し、Ｚは図６に一例を示すように、地域に応じて国土交通省告示（昭和５５年建設省告示第１７９３号）により定められている数値であり、パラメータ入力部１９からあらかじめ入力されている。また、Ｒｔｘ、Ｒｔｙは、後述するように、住宅１の直下の地盤と住宅１の振動特性に応じて得られる数値である。Ａｉｘ、Ａｉｙも後述するように、地震層せん断力係数の高さ方向分布数値である。Ｃｏ は標準せん断力係数であり、後述する。Ｖは住宅１の老朽度等の条件によりあらかじめ決められ、パラメータ入力部１９からあらかじめ入力されている１以下の定数である。
【００４３】
数値Ｚは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に共通の値であり、図６に示されるように、地域に応じて設定、入力され、例えば福島県の会津若松市では０．９である。
【００４４】
次に、数値Ｒｔｘ、Ｒｔｙは、上記告示に基づいて住宅１の固有周期と地盤の固有周期との関係から定められる。住宅１の固有周期は、上記（Ａ）においてＴｈｘ、Ｔｈｙとして得られている。一方、地盤の固有周期は、上記告示に基づいて簡便に設定する方法と、実測値を用いて定める方法とがある。
【００４５】
上記告示に基づいて簡便に設定する方法では、図７に示すように、第１種〜第３種地盤の種別に応じて地盤の固有周期Ｔｃ が定められている。従って、住宅１が構築される地盤が第１種〜第３種地盤のいずれであるかを知って、例えば第２種地盤であれば固有周期Ｔｃ として０．６を採用する。
【００４６】
上記告示にはまた、下記の比較に基づいて数値Ｒｔｘ、Ｒｔｙを決定すべきことも定められている。例えば、数値Ｒｔｘの場合以下のようになり、Ｒｔｙについてもまったく同様である。
【００４７】
Ｔｈｘ＜Ｔｃ の場合 Ｒｔｘ＝１
Ｔｃ ≦Ｔｈｘ＜２Ｔｃ の場合 Ｒｔｘ＝１−０．２・｛（Ｔｈｘ／Ｔｃ ）−１｝２
２Ｔｃ ≦Ｔｈｘの場合 Ｒｔｘ＝１．６Ｔｃ ／Ｔｈｘ
以上のようにして、簡便に数値Ｒｔｘ、Ｒｔｙが定められ、パラメータ入力部１９から入力される。
【００４８】
一方、実測値を用いて数値Ｒｔｘ、Ｒｔｙを定める方法では、図１で説明した測定システムと同様の測定システムを住宅１が構築される地盤上に設置して前述同様の計測が行われる。但し、地盤に対して用いられる測定システムの場合は、加振機が縦方向に加振するためのものであり、２つの加速度検出器は一定距離離され、かつ加振機と２つの加速度検出器が一直線上にあるような配置関係でいずれも地盤上に設置される点、及び得られる値はＸ軸方向、Ｙ軸方向ともに同じ１つの値である点において図１の計測システムと異なる。その結果、地盤の加速度応答倍率τｇ 及び固有周波数ｆｇ を得ることができる。そして、固有周波数ｆｇ の逆数として地盤の固有周期Ｔｇ が得られる。前述同様に、例えば、数値Ｒｔｘの場合以下のようになり、Ｒｔｙについてもまったく同様である。
【００４９】
Ｔｈｘ＜Ｔｇ の場合 Ｒｔｘ＝１
Ｔｇ ≦Ｔｈｘ＜２Ｔｇ の場合 Ｒｔｘ＝１−０．２・｛（Ｔｈｘ／Ｔｇ ）−１｝２ ２Ｔｇ ≦Ｔｈｘの場合 Ｒｔｘ＝１．６Ｔｇ ／Ｔｈｘ
以上のようにして、実測により数値Ｒｔｘ、Ｒｔｙが定められ、パラメータ入力部１９から入力される。
【００５０】
続いて、地震層せん断係数の高さ方向分布数値Ａｉｘ、Ａｉｙは以下の（１０）式、（１１）式で与えられる。
【００５１】
Ａｉｘ＝１＋（１／√αｉ −αｉ ）・２・Ｔｈｘ／（１＋３・Ｔｈｘ） （１０）
Ａｉｙ＝１＋（１／√αｉ −αｉ ）・２・Ｔｈｙ／（１＋３・Ｔｈｙ） （１１）
但し、αｉ は、前に述べた住宅１のＡｉ を算出しようとする高さｈ１ より上部の荷重Ｗｈ を住宅１の総荷重ＷＴ で除算した値（Ｗｈ ／ＷＴ ）である。総荷重ＷＴ は条件入力ステップＳ１６においてあらかじめ入力されている。
【００５２】
更に、標準せん断力係数Ｃｏ は、地盤の種別に応じて定められるＸ軸方向、Ｙ軸方向に共通の値であり、前に述べた地盤の固有周期と同様、上記告示に基づいて簡便に設定する方法と、実測値を用いて定める方法とがある。
【００５３】
上記告示に基づいて標準せん断力係数Ｃｏ を簡便に設定する方法では、図８に示すように、第１種〜第３種地盤の種別に応じて標準せん断力係数Ｃｏ が定められており、例えば第２種地盤では０．２５であり、パラメータ入力部１９から入力される。
【００５４】
一方、実測値を用いて標準せん断力係数Ｃｏ を定める方法では、前述の地盤の加速度応答倍率τｇ を求める方法で説明した測定システムを住宅１が構築される地盤上に設置して、前述同様の計測を行うことで得られた地盤の固有周期Ｔｇ を用いて図９に示す条件に基づいて地盤の種別を判定する。つまり、Ｔｇ ≦０．２の場合に第１種地盤であり、０．２＜Ｔｇ ≦０．７５の場合には第２種地盤であり、０．７５＜Ｔｇ の場合は第３種地盤である。これは、上記告示の取り扱いとして「通達 昭５６住指発第９６号」に定められている。これにより判別された地盤種別を図８にあてはめることで標準せん断力係数Ｃｏ が決定される。
【００５５】
以上のようにして決定された各種数値を用いて上記（６）式、（７）式を基に得られた地震力Ｑｘ 、Ｑｙ と、上記（４）式、（５）式を基に得られた床面せん断力Ｋ１２０ｘ、Ｋ１２０ｙとを比較して補強の必要性の有無の判定を行う（ステップＳ２１）。つまり、Ｑｘ ／Ｋ１２０ｘ＞１であるかどうかの判別を行い、１以下であれば補強の必要無し、１を越えていれば補強の検討を行う。
【００５６】
図１０は、上記の判定のためにステップＳ２１に先立って行われた計算結果のテーブルを示す。つまり、上記の判定のために、前に述べたように式（４）、（５）を基に与えられる２階床面せん断力Ｋ１２０ｘ、Ｋ１２０ｙが算出される（ステップＳ１９）と共に、出力される（ステップＳ２０）。
【００５７】
図１０では地盤種別が第２種地盤であることを示しており、この場合、標準せん断力係数Ｃｏ ＝０．２５を用いて、ステップＳ１９の前に以下の式によりＸ軸方向の変位量ｄｘ０．２５ がリニア、バイリニアのそれぞれについて算出される（ステップＳ１７）。
【００５８】
リニアの場合 ｄｘ０．２５ ＝Ｑ０．２５ｘ ／Ｋｘ
バイリニアの場合 ｄｘ０．２５ｕ＝Ｑ０．２５ｘ ／Ｋｘｕ
同様にして、以下の式によりＹ軸方向の変位量ｄｙ０．２５ がリニア、バイリニアのそれぞれについて算出される。
【００５９】
リニアの場合 ｄｙ０．２５ ＝Ｑ０．２５ｙ ／Ｋｙ
バイリニアの場合 ｄｙ０．２５ ＝Ｑ０．２５ｙ ／Ｋｙｕ
ここで、変位量ｄｘ０．２５ 、ｄｙ０．２５ がｈ／６０（つまり、θ＝６０度）以内の時、動的水平剛性Ｋｘ 、Ｋｙ にはリニアの値、つまり式（２）、（３）で算出された値が用いられ（ステップＳ１９）、ｈ／６０を越える時にはバイリニアの値、つまり図５の荷重変形曲線３２から読み取った値Ｋｘｕ、Ｋｙｕが用いられる（ステップＳ１８）。これは以下の理由による。図５で説明した通り、図５のような近似直線３１、荷重変形曲線３２の場合、近似直線３１を利用できるのはせいぜい変位量５ｃｍ程度までであり、それを越えると誤差が徐々に大きくなる。一方、上記の壁の高さｈを３ｍとすると、変位量３００／６０＝５ｃｍであり、図５の近似直線３１、荷重変形曲線３２のいずれを用いるかのしきい値として適している。
【００６０】
いずれにしても、変位量ｄが以下の条件のどれに属するかを知ることで、損傷がどの程度かを知ることもできる。
【００６１】
変位量ｄ≦ｈ／２４０（つまり、θ＝２４０度）の場合、軽微な損傷限度の範囲内である。
ｈ／２４０＜変位量ｄ≦ｈ／１２０の場合、損傷限界の範囲内である。
ｈ／１２０＜変位量ｄ≦ｈ／６０の場合、安全限界の範囲内である。
なお、変位量ｄ＞ｈ／６０の場合には倒壊の危険があることになる。
地盤種別が第１種、第３種の場合も同様である。
【００６２】
以上のように、解析器１５に第２の解析処理プログラムによる上記各式の演算処理機能を持たせていることにより、パラメータ入力部１９から固定値や計測数値を入力するだけで上記の判別結果を出力することができる。
【００６３】
住宅１に作用する地震力Ｑを算出するための第２の方法は図１９のステップＳ２２で実行され、以下の通りである。第２の方法では、前に述べた、地盤の加速度応答倍率τｇ 算出のための測定システムを住宅１が構築される地盤上に設置して前述同様の計測を行うことで得られた地盤の固有周期Ｔｇ を用いて図９に示す条件に基づいて地盤の種別を判定する。なお、本第２の方法ではまた、重複反射理論に基づいて工学的地盤から地表面までの加速度応答倍率τｇ が求められる。また、以下では第１の方法による地震力Ｑｘ 、Ｑｙ と区別するために、地震力Ｑｍｘ、Ｑｍｙを用いることとする。
【００６４】
地震力Ｑｍｘ、Ｑｍｙは以下の式（１２）、（１３）により与えられる。
【００６５】
Ｑｍｘ＝Ｗｈ ・Ｃｍａｘ ・Ａｉｘ・Ｖ （１２）
Ｑｍｙ＝Ｗｈ ・Ｃｍａｘ ・Ａｉｙ・Ｖ （１３）
ここで、Ｃｍａｘ は地表面での最大加速度（ｃｍ／ｓｅｃ２ ）であり、以下の式（１４）で与えられる。
【００６６】
Ｃｍａｘ ＝Ａｍａｘ ・τｇ （１４）
なお、Ａｍａｘ は工学的地盤での最大加速度であり、以下の式（１５）で計算できることが知られている（例えば、「地震の辞典」宇津徳治著、朝倉書店）。
【００６７】
Ａｍａｘ ＝６４０・１０｛（−０．１０３６Ｍ ２＋１．７２４４Ｍ−７．６０４）（０．４＋Ｒ）／１００｝ （１５）
これは、地震の規模と震源を想定し、震源でのマグニチュードＭと震央からの距離Ｒ（ｋｍ）により工学的地盤を伝播する地震の加速度は上記式（１５）に基づいて減衰して到達することを意味する。
【００６８】
図１１は、上記の第２の方法で求められた地震力Ｑｍｘ、Ｑｍｙを用いる場合の判定のためのテーブルを示す。この判定でも、図１０と同様に、２階床面せん断力Ｋ１２０ｘ、Ｋ１２０ｙが計算される（ステップＳ１９）。
【００６９】
図１１でも地盤種別が第２種地盤であることを示しており、この場合、以下の式によりＸ軸方向の変位量ｄｘ ´がリニア、バイリニアのそれぞれについて算出される（ステップＳ１７）。
【００７０】
リニアの場合 ｄｘ ´＝Ｑｍｘ／Ｋｘ
バイリニアの場合 ｄｘｕ´＝Ｑｍｘ／Ｋｘｕ
同様にして、以下の式によりＹ軸方向の変位量ｄｙ ´がリニア、バイリニアのそれぞれについて算出される。
【００７１】
リニアの場合 ｄｙ ´＝Ｑｍｙ／Ｋｙ
バイリニアの場合 ｄｙｕ´＝Ｑｍｙ／Ｋｙｕ
ここでも、変位量ｄｘ ´、ｄｙ ´がｈ／６０以内の時、動的水平剛性Ｋｘ 、Ｋｙ にはリニアの値、つまり式（２）、（３）で算出された値が用いられ（ステップＳ１９）、ｈ／６０を越える時にはバイリニアの値、つまり図５の荷重変形曲線３２から読み取った値Ｋｘｕ、Ｋｙｕが用いられる（ステップ１８）。
【００７２】
そして、変位量ｄが以下の条件のどれに属するかを知ることで、損傷がどの程度かを知ることもできる。
【００７３】
変位量ｄ´≦ｈ／２４０の場合、軽微な損傷限度の範囲内である。
ｈ／２４０＜変位量ｄ´≦ｈ／１２０の場合、損傷限界の範囲内である。
ｈ／１２０＜変位量ｄ´≦ｈ／６０の場合、安全限界の範囲内である。
なお、変位量ｄ´＞ｈ／６０の場合には倒壊の危険があることになる。
地盤種別が第１種、第３種の場合も同様である。
【００７４】
以上のような計算及び判別も、解析器１５が第２の解析処理プログラムによる演算処理機能を持つことで、パラメータ入力部１９から固定値や測定数値を入力するだけで上記の判別結果を出力することができる。
【００７５】
次に、図１２を参照して、補強が必要であると判定された場合の壁の補強方法の一例について、第３の解析処理プログラムに基づく流れを示した図２０をも参照して説明する。図２０も、便宜上、Ｘ軸方向の場合のみについて示している。なお、計測システムによる計測が２階で行われた場合の壁の補強は１階の壁自体、壁と土台との間の連結部、壁とはりとの間の連結部に対して行われ、土台が脆弱化している場合には基礎に補強が施される。計測が３階で行われた場合には、１階、２階の壁に対して補強が行われることになる。また、補強の検討を行う場合には、変位量ｄｘ の設計値を損傷限界値以内のｈ／１２０とするか安全限界値以内のｈ／６０とするかの選択が可能である（ステップＳ３１）。ｈ／１２０とする場合（ステップＳ３２）、設計動的水平耐力Ｋ１２０ｘに基づいて補強の検討が行われ（ステップＳ３３）、ｈ／６０とする場合（ステップＳ３４）には、設計動的水平耐力Ｋ６０ｘ に基づいて補強の検討が行われる（ステップＳ３５）。
【００７６】
図１２は住宅１における２階の壁の平面図を示し、太い実線はＸ軸方向の有効壁倍率１の存在壁量Ｂｘ （ｍ）を示し、細い実線はＹ軸方向の有効壁倍率１の存在壁量Ｂｙ （ｍ）を示す。また、太い破線はＸ軸方向の部分的な補強壁量ｂｘ （ｍ）を示し、細い破線はＹ軸方向の部分的な補強壁量ｂｙ （ｍ）を示す。更に、Ｘ軸方向の補強壁量の総延長をＬｘ （ｍ）とし、Ｙ軸方向の補強壁量の総延長をＬｙ （ｍ）とする。以下では、便宜上、Ｘ軸方向の場合について説明するが、Ｙ軸方向の場合もまったく同じである。
【００７７】
ここで、全体の有効壁倍率βｘ は、βｘ ＝Ｑｘ ／Ｋθ ｘ で表される。前に説明したように、Ｑｘ は地震力（ｋＮ）であり、Ｋθ ｘ はＸ軸方向に（１／θ）（ｒａｄ）変形する時の２階床面せん断力（ｋＮ）である。これは、Ｘ軸方向の壁の全長にわたって補強を行う場合には、すべての壁倍率がβｘ となるように補強すれば良いことを意味する（ステップＳ３７）。しかしながら、壁の全長を補強することは現実的ではなく、通常は、図１２に太い破線で示す一部のみを補強するようにされる（ステップＳ３８）。そこで、ステップＳ３７、Ｓ３８に先立って壁の一部あるいは全部のいずれを補強するのかの選択が行われ（ステップＳ３６）、壁の一部のみを補強する場合の有効壁倍率をβｘ ´とすると、
Ｌｘ ＝Ｂｘ ・βｘ （１６）
Ｌｘ ＝βｘ ´・ｂｘ ＋Ｂｘ −ｂｘ （１７）
と表すことができる。
【００７８】
よって、
βｘ ´＝｛Ｂｘ ・（β−１）＋ｂｘ ｝／ｂｘ （１８）
であり、補強する壁の壁倍率がβｘ ´となるように補強すれば良いことになる （ステップＳ３８）。
【００７９】
上述のようにして、想定される地震に対してどの程度壁が変形するのか、またどの程度の補強対策を講じれば、軽微な損傷、損傷限界値内、あるいは安全限界値内で収まるのかが求まる。また、式（１６）におけるＬｘ はＸ軸方向の補強壁量の総延長である。また、壁のバランスを考慮して部分的に補強するためには、式（１７）からβｘ ´を算出することにより、有効壁倍率を決めることができる。なお、条件入力ステップＳ４２、Ｓ４３における数値入力は前もって行われている。
【００８０】
参考のために、テストハウスに対して行われた計算結果について説明する。テストハウスの条件は、ＷＴ ＝２１０（ｋＮ）、Ｗｈ ＝１８０（ｋＮ）、ｆｈｘ＝５．１（Ｈｚ）、Ｂｘ ＝２５．４８（ｍ）、床面積５４．０（ｍ２ ）、τｈｘ＝６．５、ｈ＝３．０（ｍ）、ｋ＝１、Ｖ＝１とする。
【００８１】
式（２）に基づく動的水平剛性Ｋｘ は、
【００８２】
地表面上８１８（Ｇａｌ）の時、
２階床北 ９４３（Ｇａｌ）
２階床南 １０７７（Ｇａｌ）
平均 １０１０（Ｇａｌ）
判定解析は以下の通りである。
【００８３】
式（１２）より、
標準せん断力係数０．２で設計時、Ｋ０．２０ｘ の値は、
【００８４】
以上の結果をまとめると、図１３のようになる。
【００８５】
次に、上記のテストハウスに対して、兵庫県南部地震に対しても安全限界値内に抑える場合の補強をＸ軸方向について考察してみると、安全限界値５（ｃｍ）以内のせん断力Ｋ６０ｘ は、バイニリアの場合、
【００８６】
一方、リニアの場合は、
【００８７】
そして、壁全体ではなく、一部を補強する場合、例えば部分的な補強壁量ｂｘ を有効壁倍率１の存在壁量Ｂｘ （２５．４８ｍ）の半分である１２．７４（ｍ）として補強する場合には、バイリニアの場合は、
【００８８】
一方、リニアの場合は、
【００８９】
更に、参考のために、再び図２０を参照して、壁量バランスの検討について説明する。
【００９０】
ステップＳ３９における壁量バランスの検討は、国土交通省告示（平成１２年建設省告示第１３５２号）による１／４ルールにより以下のようにして行われる。
【００９１】
▲１▼各階毎の張り間方向、桁行方向の１／４の部分（側端部分）を図上に示す。
▲２▼１／４エリア内に実際に存在する壁量（存在壁量）を算出する。
▲３▼必要壁量（＝１／４エリアの面積×単位壁量）を算出する。
▲４▼それぞれの１／４エリアでの壁量充足率（＝存在壁量／必要壁量）を算出する。
▲５▼壁率比（＝壁量充足率の小さい方／壁量充足率の大きい方）を算出する。
▲６▼壁率比がそれぞれ０．５以上であることを確認する。
【００９２】
続いて、建築基準法施工令第８２条の３による偏心率による検討を行う。これは、各階の偏心率を求め、それらの偏心率がそれぞれ１５／１００以内であることを確認することで行われる。
【００９３】
次に、ステップＳ４０において国土交通省告示（平成１２年建設省告示第１４６０号）の「木造の継手及び仕口の構造方法を定める件」に準じて補強方法を決定する。
【００９４】
また、住宅の垂直方向のバランスからモーメントを求め、各柱に作用する軸力を算出し、各々の引抜き力を求め、補強金具の選定及び補強方法を決定する（ステップＳ４１）。
【００９５】
例えば、図１４を参照して、２階建て住宅の高さｈの部分に水平地震力Ｈ１が作用する場合を考える。
【００９６】
はじめに、垂直成分の重心位置（Ｘ，Ｙ）を算出する。
【００９７】
１階の重心位置（Ｘ１，Ｙ１）、２階の重心位置（Ｘ２，Ｙ２）とすると、合成重心位置（Ｘ，Ｙ）が以下のようにして求められる。
【００９８】
Ｘ＝（Ｗ１・Ｘ１＋Ｗ２・Ｘ２）／（Ｗ１＋Ｗ２）
Ｙ＝（Ｗ１・Ｙ１＋Ｗ２・Ｙ２）／（Ｗ１＋Ｗ２）
但し、Ｗ１は高さｈより下の部分の荷重であり、Ｗ２は高さｈより上の部分の荷重である。
【００９９】
次に、水平地震力とカウンターウエイト（Ｗ＋ΣＰ）のモーメントは以下の式で表される。
【０１００】
（Ｗ＋ΣＰ）・Ｘ＝Ｈ１・ｈ
よって、ΣＰ＝（Ｈ１・ｈ）／Ｘ−Ｗ
Ｐｉ＝ΣＰ／ｎ（但し、ｎは補強金具の数）
以上により算出されたＰｉより大きい耐力を持つ補強金具を選定して、補強を行う。
【０１０１】
図１５〜図１７はそれぞれ、補強の具体例を示した図である。図１５は、柱４１を支えている土台４２が脆弱化していることにより、布基礎４３をも含めて補強を施した例を示している。つまり、布基礎４３の外面側に鉄筋５１を介在させてコンクリートの打増し部５２を設けている。打増し部５２の上端には補強土台５３を設け、この補強土台５３と柱４１との間をＬ形の補強金具５４で連結するようにしている。なお、補強金具５４はボルト５５で柱４１に固定されると共に、アンカーボルト５６で補強金具５４と補強土台５３と打増し部５２とが緊密固定される。
【０１０２】
図１６は、はり６１と壁６２との間を壁６２の両面側においてＬ形の補強金具６３で補強する場合の例を示している。
【０１０３】
また、図１７は、基礎７１上の土台７２と柱７３との間をＴ形の補強金具７４で緊結する場合の例を示している。
【０１０４】
図１５〜図１７はあくまでも一例であって、補強構造やそれに使用される補強金具は様々な形態のものが知られており、どれを使用するかは住宅の構造や補強に必要な強度等を考慮して選定される。
【０１０５】
以上、本発明の好ましい実施の形態を耐震性能診断だけでなく、それに伴う補強方法の選定や補強構造の例をも含めて説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば、図１に示した測定システムでは、任意波発振器１１により正弦波を発生して加振機２１による加振を行うようにしているが、加振機２１は正弦波に限らず、ランダム波で励振されても良い。この場合、任意波発振器１１はランダム波、つまりマルチサイン信号あるいはスウェプトサイン信号更には疑似地震波を発生し、この周波数信号が電力増幅器１２と解析器１５に送られる。疑似地震波というのは、これまでの大地震において得られている地震波をいくつか人為的に生成した波形であり、任意波発振器１１に記憶装置を内蔵し、この記憶装置にこれらの波形を保存しておくことで生成される。解析器１５では、ＦＦＴあるいはＤＦＴによるスペクトル解析が行われる。例えば、Ｘ軸方向の加速度検出信号について言えば、解析器１５では入力された２つのディジタル加速度検出信号をフーリエ変換してスペクトル解析を行い、図３に示された波形と類似したような、横軸が周波数、縦軸が振幅のフーリエスペクトル波形を生成する。続いて、解析器１５では２つのフーリエスペクトル波形から伝達関数を計算して図４に示された波形と類似したような、加速度応答倍率τ−周波数ｆの特性を生成する。このようにして得られた加速度応答倍率τ−周波数ｆの特性において加速度応答倍率τがピーク値を示す周波数が固有周波数ｆｘ として得られる。
【０１０６】
以上、加振機に備えられた１個の第１の加速度検出器とこれとは別に設置される１個の第２の加速度検出器による耐震性能診断について説明したが、第２の加速度検出器を少なくとも２個備えることで偏心率の算出を行うこともできる。第２の加速度検出器を２個備える場合、図１に示された解析器１５には３種類の加速度検出信号がそれぞれ増幅器、Ａ／Ｄ変換器を介して入力される。偏心率の算出及びこれに基づく補強は、図２１をも参照して、以下のようにして実施される。図２１は、図２に示された建物における２階の平面図を示すものとする。
【０１０７】
▲１▼まず、図２で説明した加振機２０の設置面において静的に計算された建物の剛心位置１０１に加振機２０を配置し、Ｘ軸あるいはＹ軸上（ここではＸ軸とする）の２箇所に２個の第２の加速度検出器２２−１，２２−２を配置する。そして、加振機２０によりＹ軸に関する加振を行うと共に２個の加速度検出器２２−１，２２−２の出力Ｙｅ、Ｙｗが実質的に等しくなるように加振機２０をＸ軸に関して位置決めする。なお、静的な剛心位置の計算は、建物の設計図面等から周知の計算方法により容易に計算できる。また、最初に加振機２０を置く位置は静的な剛心位置が最も好ましいが、この限りではなく、図２に示された加振機の設置面であればどこでも良い。
【０１０８】
▲２▼続いて、Ｙ軸上に２個の第２の加速度検出器２２−１，２２−２を移動配置し、Ｘ軸に関する加振を行うと共に２個の加速度検出器２２−１，２２−２の出力Ｘｎ、Ｘｓが実質的に等しくなるように加振機２０をＹ軸に関して位置決めする。なお、２個の加速度検出器の配置位置は、Ｘ軸、Ｙ軸上のどこでも良いが、建物の床面の端部に近い方が好ましい。
【０１０９】
▲３▼その結果、加振機２０が位置１０２に移動したものとすると、上記のようにしてＸ軸、Ｙ軸に関して位置決めされた位置１０２が動的な剛心位置となる。
【０１１０】
▲４▼上記のようにして得られた動的な剛心位置と、加振機２０の設置面において建物に関して計算された重心位置とから偏心率を算出する。重心位置の計算も建物の設計図面等から周知の計算方法により容易に計算できる。偏心率の計算については、例えば建築基準法施行令第８２条の３に定められており、あるいはまたインターネットのホームページ「ホームズ君．ｃｏｍ」にも開示されている。
【０１１１】
▲５▼上記▲１▼、▲２▼で得られたＹｅ，Ｙｗ，Ｘｎ，Ｘｓに基づいて前述した計算方法により偏心率を０．３以下にし得るような剛性壁量を計算する。
【０１１２】
▲６▼つまり、前述したように、Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれについて変位ｄｘ、ｄｙを算出し、損傷限界範囲としてｈ／２４０＜変位量≦ｈ／１２０、安全限界としてｈ／１２０＜変位量≦ｈ／６０、倒壊の危険ありとして変位量＞ｈ／６０を決定し、それぞれに見合う壁量の補強を行う。この場合、必要な金具等によって、より剛性のとれるような他の補強も追加することが望ましい。
【０１１３】
上記のような診断結果に基づく補強にもかかわらず、ＹｅとＹｗ、あるいはまた，ＸｎとＸｓとが実質上等しくならずバランスが悪い場合には、エポキシ樹脂材とＦＲＰやグラスファイバー等を接着することにより強度不足部分の強度を高めることができる。また、建物に付随する基礎の劣化や亀裂等により、上記のアンバランスが生じていると思われる場合には、同じくエポキシ樹脂材を含む熱可塑性樹脂等による繊維を素材とする不織布あるいは金属板を基礎表面に接着して補強するかあるいは基礎を鉄筋入りコンクリート等により打ち増して補強しても良い。
【０１１４】
上記のような偏心率の算出に加えて、本願発明は、建物のねじれの算出も可能である。この場合、図２１に示した建物の４つのコーナーにそれぞれ第２の加速度検出器を配置する。つまり、この場合には２本のＸ軸あるいはＹ軸上にそれぞれ２個ずつ第２の加速度検出器を配置する。そして、Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれについて加振を行うことで得られた加速度検出信号から変位量を算出して建物のねじれを算出することができる。勿論、この場合にもねじれの程度に応じた補強が施される。
【０１１５】
また、少なくとも２個の第２の加速度検出器２２−１，２２−２を備える場合、動的耐震補強は以下のようにして実施されても良い。図２１を参照して、加振機２０の設置面においてあらかじめ建物に関して計算された重心位置あるいはその近傍に加振機２０を配置する。そして、Ｘ軸（あるいはＹ軸）軸上に２個の第２の加速度検出器２２−１，２２−２を配置し、Ｙ軸（あるいはＸ軸）に関する加振を行って２つの加速度値Ｙｗ、Ｙｅ（あるいはＸｎ、Ｘｓ）を得る。続いて、Ｙ軸（あるいはＸ軸）軸上に２個の第２の加速度検出器２２−１，２２−２を配置し、Ｘ軸（あるいはＹ軸）に関する加振を行って２つの加速度値Ｘｎ、Ｘｓ（あるいはＹｗ、Ｙｅ）を得る。更に、建物の設置地域に予想される推定地震力に対して安全である加速度値または振幅値を計算し、前述した方法により計算された加速度値または振幅値になるような建物の壁の補強を行う。そして、補強の結果として、２つの加速度値ＸｎとＸｓとが略等しくなると共に、２つの加速度値ＹｗとＹｅとが略等しくなるようにすれば良い。
【０１１６】
以下に、この動的耐震性能診断及び補強例を詳しく説明する。
【０１１７】
図２１と同様の建物の平面図である図２２を用いて説明すると、本例では加振機２０を建物の２階の床面上の重心位置２００に設置してＸ軸方向、Ｙ軸方向の加振を行い、水平方向の動的剛性値を求める。勿論、Ｘ軸、Ｙ軸共、２個以上（ここでは、２個）の加速度検出器２２−１、２２−２を用いて同時計測を行う。前述したように、Ｘｎ、Ｘｓは、それぞれＸ軸方向に加振させた時の北側、南側での加速度検出値であり、Ｙｅ、Ｙｗは、それぞれＹ軸方向に加振させた時の東側、西側での加速度検出値である。
【０１１８】
イ．はじめに、動的水平剛性値の算出を行う。図２２において、Ｋｘｎ、Ｋｘｓ、Ｋｙｅ、Ｋｙｗは建物の四方のそれぞれ一辺の動的水平剛性値であり、例えばＫｙｗについて言えば、以下の式により算出される。
【０１１９】
Ｋｙｗ＝（２πｆｙｗ）２ ・Ｗｈ／（ｇ・τｙｗ）
上式において、ｆは加速度検出値Ｙｗを得た時の建物の卓越周波数（Ｈｚ）であり、Ｗｈは図２で説明したように建物の１階半ばから上部の建物重量である。また、ｇは重力加速度（９８０ｃｍ／ｓｅｃ２ ）であり、τは加振機２０の動的重量と加振加速度の積で建物重量とその加速度の積を除した値であり、以下の式で表される。
【０１２０】
τｙｗ＝（Ｗｈ・Ｕｈｙｗ）／（Ｗｅ・Ｕｅｙｗ）
但し、加速度検出器２２−１で検出されたＵｈｙｗは加振時の建物の加速度、Ｗｅは加振機２０の重量、Ｕｅｙｗは加速度検出器２１（図１参照）で検出された加振機２０の加速度である。
【０１２１】
Ｋｘｎ、Ｋｘｓ、Ｋｙｅについても、上記の式により算出される。
【０１２２】
ロ．続いて、地震時の損傷防止の計算を行う。つまり、建物に地震が作用した時、どの程度で損傷を食い止めるかの検討を行う。
【０１２３】
図２１でも説明したように、▲１▼軽微な損傷範囲として変位量ｈ／２４０以内、▲２▼安全な損傷範囲として変位量ｈ／１２０以内、▲３▼損傷の限界値ｈ／６０以内を想定し、前述した動的水平剛性値Ｋから上記▲１▼〜▲３▼におけるせん断力Ｓを算出する。例えば、上記の▲２▼を選択した場合、せん断力Ｓは以下の式で表される。
【０１２４】
Ｓ＝Ｋ・（ｈ／１２０）
一例として、Ｋを２０（ＫＮ／ｃｍ）、ｈを３００（ｃｍ）とすると、
Ｓ＝２０・（３００／１２０）＝５０（ＫＮ）となる。
【０１２５】
一方、せん断力Ｓは、２階床面上に（３００／１２０）＝２．５（ｃｍ）の変位（１階床面上との相対変位）が生じた場合に建物が受ける地震力Ｑと略等しいと考えられるので、以下の式が導かれる。
【０１２６】
Ｑ＝Ｓ＝Ｗｈ・α
但し、αは２階床面上に加わった加速度値である。
【０１２７】
ここで、建物重量Ｗｈを２００（ＫＮ）、せん断力Ｓを５０（ＫＮ）とおくと、 α＝５０／２００＝０．２５
すなわち、２５０（Ｇａｌ）の加速度が２階床面上に作用した時、１階床面上と２階床面上に２．５ｃｍの相対変位が生じたことになる。
【０１２８】
参考のために、上記の▲３▼の場合、ｈ／６０＝５（ｃｍ）、Ｓ＝２０（ＫＮ／ｃｍ）・５（ｃｍ）＝１００（ＫＮ）、α＝１００（ＫＮ）／２００（ＫＮ）＝０．５０となり、５００（Ｇａｌ）の地震が２階床面上に作用すると、５（ｃｍ）の変位を生ずることになる。
【０１２９】
上記ロにおける流れを図２４に示す。
【０１３０】
ハ．次に、顧客（建物所有者）の希望する耐震補強の選択を行う。
【０１３１】
例えば、建築基準法による場合、地上での加速度値として、２００（Ｇａｌ）（α＝０．２）、２５０（Ｇａｌ）（α＝０．２５）、３００（Ｇａｌ）（α＝０．３）の値が設定される。
【０１３２】
あるいは、実際に発生した地震を参考に補強したいという要望を持つ顧客に対しては、過去の地震に関するデータに基づいて補強を提案する。例えば、神戸地震の場合、地上では８１８（Ｇａｌ）の加速度値と発表されているので、２階床面上ではＡｉ（地震層せん断力係数の高さ方向分布数値）を１．２と仮定すると、８１８・１．２＝９８２（Ｇａｌ）となる。
【０１３３】
あるいはまた、レベル３の地震として７５０（Ｇａｌ）、レベル２の地震として５００（Ｇａｌ）、レベル１の地震として２５０（Ｇａｌ）の地震を想定するようにしても良い。なお、加速度値（Ｇａｌ）に代えて振幅値が用いられても良い。
【０１３４】
ニ．続いて、補強壁量の算出を行う。
【０１３５】
この算出に際しては、補強する建物の周囲四辺の壁量（壁の枚数）を設計図、又は調査により決定する。その一例を図２３に示す。図２３においては、西側の壁量６枚、東側６枚、北側１０枚、南側４枚としている。なお、調査により現存する壁に補強のための筋かい等があった場合は、その側の壁の枚数は壁倍率を考慮して数えることとする。
【０１３６】
補強壁量の算出に際しては、動的水平剛性値から四辺のそれぞれの面の壁が現在いくらの耐力（壁１枚当たり）を有しているかを計算する。せん断力に対してはすべて内側の壁も周囲の四辺の壁に集約されているものと理解し、壁耐力を算出する。
【０１３７】
ここで、建築基準法に則り、１／１２０（ｒａｄ）時の１枚当たりの壁耐力を西側の壁について考えてみる。
【０１３８】
【０１３９】
Ｐｙｗ＝５０（ＫＮ）／６（枚）＝８．３（ＫＮ／枚）
そして、この壁は前述した計算式によると、２５０（Ｇａｌ）の地震に耐え得るので、顧客が上記ハにおいてα＝０．２５を選択した場合は、このままで良い。この数値にそって、東側、北側、南側の壁の耐力Ｐｙｅ、Ｐｘｎ、Ｐｘｓは西側の壁の耐力Ｐｙｗに略等しいものとする。そして、この関係が成立する時、建物の重心と剛心とが一致していることになる。
【０１４０】
しかし、もし不足している壁があれば、これを補強する必要がある。
【０１４１】
次に、南側の壁について考える。南側についてはすべて筋かいがあったと仮定すると、壁量は４（枚）・１．５（倍）で６枚に相当する。
【０１４２】
また、Ｋｘｓは１５（ＫＮ／ｃｍ）であったと仮定すると、
α＝３７．５／２００＝０．１８８
つまり、１８８（Ｇａｌ）となる。
【０１４３】
これを２５０（Ｇａｌ）に耐えさせるには、壁倍率Ｉを、Ｉ＝２５０／１８８＝１．４倍とする必要がある。
【０１４４】
南側の壁１枚について計算すると、
Ｐｘｓ＝３７．５（ＫＮ）／４（枚）＝９．３８（ＫＮ）
となる。
【０１４５】
また、新しい動的水平剛性値Ｋｘｓｎは、以下の式で表される。
【０１４６】
Ｋｘｓｎ＝Ｋｘｓ・１．４（倍）
従って、南側のうち両サイドの２枚の壁だけ考えてＫｘｓｎを得るためには、既存の壁耐力２（枚）・９．３８（ＫＮ）のものを新たな壁耐力２（枚）・γ（ＫＮ）に交換するものとして、Ｋｘｓ（＝１５ＫＮ／ｃｍ）、ｈ／１２０（＝２．５ｃｍ）を考慮すると、以下の式が導かれる。
【０１４７】
１．４倍・１５（ＫＮ／ｃｍ）・２．５（ｃｍ）＝
２（枚）・γ（ＫＮ）＋２（枚）・９．３８（ＫＮ）
交換に必要な壁耐力γは、
γ＝（５２．５−１８．７６）／２＝１６．８７（ＫＮ）
ここで、南側がすべて通常の壁であり、１枚当たり２（ＫＮ）の壁耐力を仮定すると、Ｘ軸方向の壁はすべて南側に１つに集約されていて、９．３８（ＫＮ）／２（ＫＮ）＝４．６９で約５倍の壁に相当していると考えられる。
【０１４８】
そこで、補強対策としては今回は、１６．８７／２（ＫＮ）＝８．４３５で約８．５倍に補強された壁を両サイドにおいて交換すれば良いことになる。このような補強対策を行うために、現在壁倍率１０倍の壁材が市販されているので、これを使用すれば良い。以上の流れを図２５に示す。
【０１４９】
上記と同様にして、北側、東側、西側の壁の補強方法を決定する。なお、壁を交換するのではなく、既存の壁に追加貼りをする補強対策でも良い。
【０１５０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、建物の耐震性能をより高い精度で得ることができ、しかも新築の建物のみならず、中古の建物にも適用可能な動的耐震性能診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するために使用される計測システムの構成を示したブロック図である。
【図２】本発明において診断の対象となる住宅と計測システムの一部の設置例を示した図である。
【図３】図１に示された２つの加速度検出器で検出される加速度と周波数との関係の例を示した波形図である。
【図４】図３に示された波形から得られる加速度応答倍率と周波数との関係を示した波形図である。
【図５】本発明において住宅の動的水平剛性を直線で近似する場合の近似直線と実測による荷重変形曲線と関係を示した荷重−変位特性図である。
【図６】住宅に対する地震力を算出するために、計算式の１要素として地域に応じて国土交通省告示（昭和５５年建設省告示第１７９３号）により定められている数値の例を示した図である。
【図７】住宅に対する地震力を算出するために、国土交通省告示（昭和５５年建設省告示第１７９３号）により定められている、第１種〜第３種地盤の種別に応じた地盤の固有周期Ｔｃ を示した図である。
【図８】住宅に対する地震力を算出するために、国土交通省告示（昭和５５年建設省告示第１７９３号）により定められている、第１種〜第３種地盤の種別に応じた標準せん断力係数Ｃｏ を示した図である。
【図９】住宅に対する地震力を算出するために、実測により地盤周期を求めて地盤の種別を判定するための方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の地震力算出方法により動的耐震性能診断を行う際における判定のためのテーブルを示した図である。
【図１１】本発明の第２の地震力算出方法により動的耐震性能診断を行う際における判定のためのテーブルを示した図である。
【図１２】本発明における動的耐震性能診断において壁の補強の検討を行う場合に用意される、住宅における壁の平面図の一例を示した図である。
【図１３】本発明における動的耐震性能診断において実際の震度を当てはめた場合に想定された損傷の程度を説明するための図である。
【図１４】テストハウスを用いた本発明における動的耐震性能診断において、２階建て住宅の高さｈの部分に水平地震力Ｈ１が作用する場合の引抜き力の計算方法について説明するための図である。
【図１５】本発明により補強が施される場合の補強構造の一例を説明するための図である。
【図１６】本発明により補強が施される場合の補強構造の他の例を説明するための図である。
【図１７】本発明により補強が施される場合の補強構造の更に他の例を説明するための図である。
【図１８】図１に示された解析器で実行される第１の解析処理プログラムに基づく解析処理の流れを示したフローチャート図である。
【図１９】図１に示された解析器で実行される第２の解析処理プログラムに基づく解析処理の流れを示したフローチャート図である。
【図２０】図１に示された解析器で実行される第３の解析処理プログラムに基づく解析処理の流れを示したフローチャート図である。
【図２１】本発明による建物の偏心率の算出を説明するための図である。
【図２２】本発明による壁の補強の他の例を説明するための建物の平面図である。
【図２３】補強が考慮されている建物の現在の壁量を説明するための平面図である。
【図２４】本発明の他の例による壁の補強方法の流れを説明するためのフローチャート図である。
【図２５】本発明の他の例による壁の補強方法の流れを説明するためのフローチャート図である。
【符号の説明】
２０ 加振機
２１、２２ 第１、第２の加速度検出器
４１、７３ 柱
４２、７２ 土台
４３ 布基礎
５１ 鉄筋
５２ コンクリートの打増し部
５４、６３、７４ 補強金具
５５ ボルト
５６ アンカーボルト
６１ はり
６２ 壁
Claims (12)
- 地盤上に建てられた建物に第１の加速度検出器を備えた加振機を配置すると共に第２の加速度検出器を配置して加振を行い、前記第１、第２の加速度検出器の加速度検出信号と前記加振機の加振周波数との関係から前記建物の固有周波数ｆｈ と、該固有周波数ｆｈ での加速度応答倍率τｈ とを求めるステップと、
あらかじめ知られている建物の重量Ｗｈ 、前記固有周波数ｆｈ 、前記加速度応答倍率τｈ を用いてあらかじめ定められた第１の式に基づいて建物の動的水平剛性Ｋを算出するステップと、
あらかじめ定められた第２の式に基づいて建物に作用する地震力Ｑを算出するステップと、
算出された動的水平剛性Ｋからせん断力Ｋθを算出して算出されたせん断力Ｋθと地震力Ｑとを比較してＫθ＜Ｑの場合に補強の必要性ありと判別するステップとを含むことを特徴とする動的耐震性能診断方法。 - 請求項１に記載の動的耐震性能診断方法において、前記第１の式は、
Ｋ＝［｛（２π・ｆｈ ）２ ・Ｗｈ ／ｇ｝／τｈ ］・ｋ（但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２ 、ｋは建物の建築年数、構造によりあらかじめ決められる１以下の係数）
で与えられることを特徴とする動的耐震性能診断方法。 - 請求項１あるいは２に記載の動的耐震性能診断方法において、前記第２の式は、
Ｑ＝Ｗｈ ・Ｃｉ （但し、Ｃｉ は地震層せん断力係数）
で与えられ、
Ｃｉ ＝Ｚ・Ｒｔ ・Ａｉ ・Ｃｏ ・Ｖ（但し、Ｚは地域に応じてあらかじめ設定されている数値、Ｒｔ は前記地盤と建物の振動特性に応じて得られる数値、Ａｉ は地震層せん断力係数の高さ方向分布数値、Ｃｏ は標準せん断力係数、Ｖは建物の老朽度等の条件によりあらかじめ決められる定数）
で与えられることを特徴とする動的耐震性能診断方法。 - 請求項３に記載の動的耐震性能診断方法において、前記動的水平剛性Ｋ、前記せん断力Ｋθ、前記地震力Ｑの算出はそれぞれ、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行われ、前記せん断力Ｋθと前記地震力Ｑとの比較もＸ軸、Ｙ軸に関して行われることを特徴とする動的耐震性能診断方法。
- 請求項１あるいは２に記載の動的耐震性能診断方法において、前記第２の式は、
Ｑｍ ＝Ｗｈ ・Ｃｍａｘ ・Ａｉ ・Ｖ（但し、Ｃｍａｘ は地表面での加速度の最大値、Ａｉ は地震層せん断力係数の高さ方向分布数値、Ｖは建築年数や建物の構造によりあらかじめ与えられる１以下の係数）
で与えられ、
Ｃｍａｘ ＝Ａｍａｘ ・τｇ （但し、Ａｍａｘ はあらかじめ決められている式により与えられる工学的基盤での最大加速度、τｇ は前記地盤の加速度応答倍率）で与えられることを特徴とする動的耐震性能診断方法。 - 請求項５に記載の動的耐震性能診断方法において、前記地盤の加速度応答倍率τｇ は、地盤上に前記加振機を配置すると共に前記第１、第２の加速度検出器を一定間隔をおいて配置して加振を行い、前記第１、第２の加速度検出器の加速度検出信号と前記加振機の加振周波数との関係から前記地盤の固有周波数ｆｇ を求めて、該固有周波数ｆｇ での加速度応答倍率をτｇ として求めることを特徴とする動的耐震性能診断方法。
- 請求項５あるいは６に記載の動的耐震性能診断方法において、前記動的水平剛性Ｋ、前記せん断力Ｋθ、前記地震力Ｑの算出はそれぞれ、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行われ、前記せん断力Ｋθと前記地震力Ｑとの比較もＸ軸、Ｙ軸に関して行われることを特徴とする動的耐震性能診断方法。
- 請求項４あるいは７に記載の動的耐震性能診断方法において、更に、補強の必要性ありと判定されて建物の壁の補強を壁の一部に施す場合にどの程度にするかを壁の有効壁倍率β´として算出するステップを含み、
β´＝｛Ｂ・（β−１）＋ｂ｝／ｂ（但し、ＢはＸ軸あるいはＹ軸方向の有効壁倍率１の存在壁量、βは建物の壁全体の有効壁倍率、ｂはＸ軸あるいはＹ軸方向の複数箇所に補強を行う場合の補強壁量）
で与えられ、
β＝Ｑ／Ｋθ
Ｌ＝Ｂ・β（但し、ＬはＸ軸あるいはＹ軸方向の補強壁量の総延長量）
で与えられることを特徴とする動的耐震性能診断方法。 - 請求項１〜８のいずれかに記載の動的耐震性能診断方法において、前記加振機を正弦波で加振することを特徴とする動的耐震性能診断方法。
- 請求項１〜８のいずれかに記載の動的耐震性能診断方法において、前記加振機を疑似地震波またはランダム波で加振することを特徴とする動的耐震性能診断方法。
- 請求項１〜１０のいずれかに記載の動的耐震性能診断方法において、
前記第２の加速度検出器を少なくとも２個備え、
水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸の一方の軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、他方の軸に関する加振を行うと共に前記少なくとも２個の加速度検出器の出力が実質的に等しくなるように前記加振機を前記一方の軸に関して位置決めし、
続いて、前記他方の軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、前記一方の軸に関する加振を行うと共に前記少なくとも２個の加速度検出器の出力が実質的に等しくなるように前記加振機を前記他方の軸に関して位置決めし、
Ｘ軸、Ｙ軸に関して位置決めされた位置を動的な剛心位置とし、該動的な剛心位置と前記加振機の設置面において建物に関して計算された重心位置とから偏心率を算出することを特徴とする動的耐震性能診断方法。 - 請求項１〜１０のいずれかに記載の動的耐震性能診断方法において、
前記第２の加速度検出器を少なくとも２個備え、
前記加振機の設置面においてあらかじめ建物に関して計算された重心位置あるいはその近傍に前記加振機を配置し、
水平面上において互いに直交するＸ軸あるいはＹ軸軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、Ｙ軸あるいはＸ軸に関する加振を行って少なくとも２つの加速度値Ｙｗ、ＹｅあるいはＸｎ、Ｘｓを得るようにし、
続いて、Ｙ軸あるいはＸ軸軸上に前記少なくとも２個の第２の加速度検出器を配置し、Ｘ軸あるいはＹ軸に関する加振を行って少なくとも２つの加速度値Ｘｎ、ＸｓあるいはＹｗ、Ｙｅを得るようにし、
建物の設置地域に予想される推定地震力に対して安全である加速度値または振幅値を計算して該計算された加速度値または振幅値になるような建物の壁の補強を行うことにより、補強の結果、２つの加速度値ＸｎとＸｓとが略等しくなると共に、２つの加速度値ＹｗとＹｅとが略等しくなるようにすることを特徴とする動的耐震性能診断方法。
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