JP2005156448A - Dynamic earthquake-proofness performance of building, and evaluation method of the earthquake-proofness performance after earthquake-proofness reinforcement - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention calculates the vibration characteristics of a building using the simultaneous measurement data of microtremors of the ground and the building, performs a seismic diagnosis of the building based on the vibration characteristics of the building, and performs the seismic retrofit according to the diagnosis The present invention relates to a dynamic seismic performance of a building and a method for evaluating seismic performance after the seismic reinforcement in which the seismic performance of the building and the effect of seismic reinforcement are quantitatively displayed by comparative examination of vibration characteristics before and after the renovation.
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。
Conventionally, there are methods shown in
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。
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。
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。
In the method of
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。 In addition, the dynamic seismic intensity C is defined as C = Ke · x / (W · τDH). Similarly, Ke, x, and W are obtained from the design books, and τDH is a measured value. As can be seen, the validity of using C as the dynamic limit seismic intensity for seismic diagnosis is not clear. Further, the dynamic toughness strength F is also a reciprocal of H, but it is difficult to understand the dynamic toughness strength.
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。
Moreover, in
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。
The present invention further improves such a conventional one, and makes it possible to diagnose earthquake resistance by directly measuring and determining the vibration period which is the property of a building.
According to the first aspect of the present invention, the vibration characteristics of the building are calculated using the simultaneous measurement data of the microtremors of the ground and the building, the building is subjected to the earthquake resistance diagnosis based on the vibration characteristics of the building, and the earthquake resistance repair is performed accordingly. After that, the seismic performance of the building and the effect of seismic reinforcement were quantitatively displayed by comparing the vibration characteristics before and after the renovation.
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。
The invention described in
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。
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。
h (t) is the force x (t) applied from the ground to the building and the resulting
The impulse response of the system between the building motion y (t).
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。
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。
The invention of
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。
According to the invention described in
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。 As described above, according to the first aspect of the present invention, the vibration characteristics of a building are calculated using simultaneous measurement data of microtremors of the ground and the building, and based on the vibration characteristics of the building. After performing seismic diagnosis of the building and performing seismic retrofit according to it, the seismic performance of the building and the effect of seismic reinforcement were quantitatively displayed by comparing the vibration characteristics before and after the renovation. Since a certain vibration period can be directly measured, the evaluation of the seismic performance of the building and the effect of the seismic reinforcement of the building can be displayed quantitatively.
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。
According to the invention described in
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)
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。
h (t) is the force x (t) applied from the ground to the building and the resulting
The impulse response of the system between the building motion y (t).
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
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。
According to the invention described in
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。
According to the invention described in
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。
According to the invention described in
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。
The dynamic seismic performance of the building according to the present embodiment and the seismic performance evaluation method after seismic reinforcement will be described with reference to the drawings.
In the dynamic seismic performance of the building and the seismic performance evaluation method after seismic reinforcement according to the present embodiment, the vibration characteristics of the building are calculated using simultaneous measurement data of ground and building microtremors. The seismic diagnosis of the building is performed on the basis of it, and the seismic renovation is performed accordingly, and the seismic performance of the building and the effect of seismic reinforcement are quantitatively displayed by comparing the vibration characteristics before and after the renovation.
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。 The microtremors of the ground and building are measured in the north-south direction and east-west direction on the ground and on the predetermined floor of the building.
建物の振動特性は、以下の式(1)、(2)により求める。
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。
h (t) is the force x (t) applied from the ground to the building and the resulting
The impulse response of the system between the building motion y (t).
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。
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。 If the seismic performance index (C) is greater than or equal to a predetermined value from the vibration measurement results, it is determined that seismic retrofitting should be implemented with caution regarding seismic performance. As will be described later, there is no problem if C is 20 or less, repair is preferable for 30 or more buildings, and repair is essential if 40 or more. This standard is determined as follows. At the time of the Great Hanshin Earthquake, two-by-four houses with a C of 20 or less are not damaged at all. Moreover, since there are many things where damage has arisen in the house where C is 40 or more, if 40 or more, the standard is that repair is essential.
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。 After the seismic retrofit, vibration measurement is performed at the same place, and the amplitude spectrum and natural period are compared. If each room is within the specified value, it is judged that the seismic retrofit is acceptable.
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。
FIG. 1 shows an apparatus for carrying out the seismic performance evaluation method of the present embodiment.
This apparatus is composed of a conductive speedometer 1 (GE-1 HS-1 LT), a dedicated 8ch amplifying means 2 and a control analysis program for seismic diagnosis of a wooden structure incorporated in a
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。 By using the method of the present invention, the vibration characteristics of a building are calculated for an actual building using simultaneous measurement data of ground and building microtremors, and the building is subjected to seismic diagnosis based on the vibration characteristics of the building. The seismic retrofit was performed in accordance with the results, and the seismic performance of the building and the effect of seismic reinforcement were quantitatively displayed by comparing the vibration characteristics before and after the retrofit.
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。 The target building is a 2-story wooden house (central part) that is expanded and renovated with a steel structure (west part) and used as a commercial building. FIG. 2 shows a floor plan of the second floor of this building and seven vibration measurement points from point A to point G.
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。 Floor area of the first floor is about 270 meters 2, there are 4 rooms, less partition wall because it is used for the work, apparently it seems structurally wall stiffness is insufficient. In order to measure the input vibration from the ground, a measuring point S was provided between the grounds of the first floor entrance hall.
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。
As measurement equipment, vibration data is recorded using 8 exciters with a natural period of 1 second, amplifiers and recorders, and the obtained data is selected with a spectrum analyzer by selecting the part where the waveform is stable. Analyzed. FIG. 3 shows the amplitude spectra of the ground S point and the technical room A point, with the north-south direction (NS) and east-west direction (EW) components combined. At point A, an amplitude component due to significant resonance of 3-6 Hz is observed in the north-south vibration.
Further, FIG. 4 shows an amplitude magnification curve of the technical room A point representing the frequency response based on the input ground motion of the ground S point.
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。 From such an analysis result, the natural frequency (f), attenuation constant (h), and amplitude magnification (R) of this building are obtained. However, here, the natural period (T) and the Q value representing the sharpness of the resonance degree are used for convenience instead of the natural frequency and attenuation constant.
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。
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。
Here, in order to evaluate the earthquake resistance of a building using the measured numerical value representing the dynamic characteristics of the building, the seismic performance index (C) should be defined and used as the following equations (3) and (4) To.
In this case, the natural period T, the resonance degree Q value, and the amplitude magnification R are considered to be synergistically related to the seismic performance of the building. However, they all think that the bigger the result, the worse the effect will be. However, Q and R are theoretically equivalent to each other, but when actually measured, there are many cases where they are different from each other.
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。 FIG. 7 shows the relationship between the measurement points A to G of the seismic performance index (C) of this building. Looking at this, the technical room A point in the southeastern part of the building is as large as 64, and the vicinity of the warehouse G point in the northwestern part is as small as 37.
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。 Here, when the calculated seismic performance index (C) is judged in light of the results of the damage survey of the Hyogoken-Nanbu Earthquake, etc., if it exceeds approximately 30, it is considered that the seismic performance of the building needs attention.
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)
As can be seen from the vibration measurement results, the target building was judged to have insufficient seismic performance in the southeast part including the Technical Office A point, and was subjected to seismic retrofit under the design of a professional architect. The actual construction was as follows.
A) New structural columns B) New structural walls (columns, beams, braces)
C) New construction wall (posts and braces)
D) New structural walls (posts / braces), structural plywood tension E) New structural pillars, three, additional structural plywood tension F) New structural walls (posts / braces)
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。 After the seismic reinforcement work on the building, the same vibration measurement as that described above was performed with the same equipment at the same location. FIG. 5 shows the amplitude spectrum of the technical room A after reinforcement together with the spectrum of the ground S point. In FIG. 5, the reinforcing effect is significantly shown as a reduction in vibration compared to FIG. 4.
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。 Next, changes in each measurement point of the natural period of the building before and after the seismic retrofit are shown in FIG. As can be seen, the natural period of vibration in the north-south direction has decreased as a whole from about 0.28 seconds to about 0.21 seconds, indicating that the rigidity of the first floor portion of the building has increased. According to Fig. 7, there are many rooms exceeding 30 after the renovation, but this is not a living space, it is a house with a complex structure consisting of reinforcing bars, lightweight reinforcing bars and wooden structures, and this is due to the balance with the budget. The renovation is considered reasonable. For reference, Fig. 8 shows the actual results of the seismic performance index of houses by various methods, and the results of this measurement. A comparative display is shown.
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。 In this way, using the simultaneous measurement data of microtremors of the ground and the building, the vibration characteristics of the building are grasped, and the earthquake resistance of the building is implemented based on such information, and the vibration characteristics before and after the repair are compared. By studying, it was shown that the evaluation of the seismic performance of buildings and the effect of seismic reinforcement of buildings can be displayed quantitatively.
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
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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。
h (t) is the force x (t) applied from the ground to the building and the resulting
The impulse response of the system between the building motion y (t).
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