JP2006249833A - 免震効果評価装置、振動測定システム、制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】免震を施した建築物が地震などによって受ける振動の大きさが測定し、免震支承装置の免震効果を評価することができる免震効果評価装置、及びそれ用いて各建築物の振動測定を行う振動測定システム、建築物が受ける振動が大きいときに設備を制御して振動による被害を抑制することができる制御システムを提供することにある。
【解決手段】免震効果評価装置１は、加速度センサ１０ａ、１０ｂと両センサ１０ａ、１０ｂの検出出力とを比較して両者の差を求める演算処理部１１を備え、一方の加速度センサ１０ａを基礎地盤Ｘ側に設置して基礎地盤Ｘの振動の大きさを検出し、他方の加速度センサ１０ｂを家屋Ｈ側に設置して家屋Ｈの振動の大きさを検出し、演算処理部１１で両振動の大きさの差を演算するようになっており、この演算処理部１１の演算データが示す振動状況をインターン機器の親機４のモニタ装置４０に表示させるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震発生時の建築物の振動を測定する免震効果評価装置、振動測定システム及び振動発生時の設備制御のための制御システムに関するものである。

地震が頻繁に起きる日本では、地震発生時にも破壊されないように耐震性の建築物や免震装置を備えた建築物が近年建てられてきている。

また地震発生に対して対策を図るために、既存の建築物の耐震性診断を行う方法が提案されている(例えば特許得文献１）。この方法は平時平穏状態における建築物の微振動を測定し、その微振動の波形の挙動から建築物の耐震性能を診断しようとするものである。

また地震を受けた建築物に対して建築物の損傷状況を把握する方法やシステムも提供されている（例えば、特許文献２）。
特開２００３−２５６４０４号公報（段落番号００１４〜００１９、図１） 特開２００４−２７７６２号公報（段落番号００４６〜００５６）

上述のように地震対策として建築物の診断を行う方法や、地震後の建築物の損傷状況を把握する方法は、事前の対策だったり、事後の対処への取り組み方法を得るための方法であって、実際の地震発生における建築物の揺れを家人或いは建築業者が把握する方法ではなかった。特に免震支承装置を基礎地盤上に支承させている建築物では、建築物の揺れ具合によっては免震支承装置のメンテナンスなどが必要があり、個々の建築物の揺れ具合を知る必要があるが、地震があったとしても個々の建築物の揺れ具合が立地条件で異なるため、メンテナンスを行うにあっても建築業者は現場へ行って確認しなければならなかった。そのため、個々の建築物での揺れ具合が家人や業者で事前にわかるように振動を測定できる振動測定装置が希求されていた。

また免震支承装置を介して基礎地盤に支承されている建築物では、地震が発生した場合、免震支承装置によって建築物が基礎地盤に対して自由に動くことができため、地震の揺れが吸収されて建築物の破壊を防ぐためのものであり、併設するダンパーは建築物の揺れを更に抑制させるためのものであり、また実施の揺れがなくなったときに元の位置へ建築物を復帰させるための役割を持つものであるが、抑制能力が一定の場合地震が大きいとき抑制が十分でなくなり、建築物がストッパに衝突するという問題があり、このダンパーの抑制能力を実際の地震発生時に制御できるように希求されていたが、振動を検出する装置としては高価で大型の加速度計を必要としたため、実現ができなかった。また免震支承装置自体がどの程度免震効果を発揮するのか家人や業者が把握することができなかった。

本発明は、上述の点に鑑みて為された者で、その目的とするところは免震を施した建築物が地震などによって受ける振動の大きさが測定し、免震支承装置の免震効果を評価することができる免震効果評価装置、及びそれ用いて各建築物の振動測定を行う振動測定システム、建築物が受ける振動が大きいときに設備を制御して振動による被害を抑制することができる制御システムを提供することにある。

上述の目的を達成するために。請求項１の免震効果評価装置の発明では、基礎地盤の振動の大きさを検出する第１の振動検出器と、免震支承装置を介して基礎地盤上に建てられた建築物の振動の大きさを検出する第２の振動検出器と、両振動検出器の検出出力を比較して基礎地盤の振動の大きさと建築物の振動の大きさとの差を演算することにより前記免震支承装置の免震効果を評価する演算処理部とから成ることを特徴とする。

請求項１の免震効果評価装置の発明によれば、基礎地盤に対して免震支承装置を介して建てられている建築物が地震などにより振動したときの基礎地盤や建築物の振動の大きさを測定することができ、当該建築物が振動によって受けた影響の把握が容易に行え、しかもその測定結果から免震支承装置の免震効果がどの程度であるかの把握が容易に行える。

請求項２の免震効果評価装置の発明では、請求項１の発明において、前記演算処理部の演算データに基づいた振動状況若しくは免震効果の評価結果を表示する手段として建築物に設置されるインターホン機器のモニタ装置を用いることを特徴とする。

請求項２の免震効果評価装置の発明によれば、家人は振動状況や免震支承装置の免震効果を建築物に備えられているインターホン機器のモニタ装置での表示で確認でき、しかも既存のインターホン機器のモニタ装置を利用することで、設置コストなども安価とすることができる。

請求項３の振動測定システムの発明では、請求項１又は２の免震効果評価装置と、外部に設置されている振動状況管理用サーバと、通信回線を介して前記免震効果評価装置の演算処理部の演算データを振動状況管理用サーバへ送信する通信部とを備えていることを特徴とする。

請求項３の発明の振動測定システムの発明によれば、各建築物に設置される免震効果評価装置からの測定結果である演算データを収集することができ、この収集により各建築物が地震によって受けた影響や免震効果の把握、或いは各建築物を地震の観測点として利用して地震データを収集して地震研究に用いることができる。

請求項４の発明の振動測定システムの発明では、請求項３の発明において、前記振動状況管理用サーバは複数の建築物の免震効果評価装置からの演算データを集約して個々の建築物の振動状況若しくは免震支承装置の免震効果を評価する評価機能を備えていることを特徴とする。

請求項４の振動測定システムの発明によれば、各建築物が振動によって受けた影響具合からメンテナンスなどの要否の判断が可能となり、そのため振動状況管理用サーバを建築業者に設置すれば、地震発生後、直ちに管理対象の建築物の振動状況の評価や免震支承装置の免震効果の評価からメンテナンスの必要性やメンテナンスの内容等を判断して適切な対処が迅速に図れる。

請求項５の制御システムの発明では、請求項１又は２の免震効果評価装置と、該免震効果評価装置の演算処理部の演算データに基づいた振動状況に応じて当該建築物に付設している設備を制御する機器制御部とを備えていることを特徴とする。

請求項５の制御システムの発明によれば、地震発生時に、建築物の振動を抑制して建築物の被害を少なくする設備や、地震発生を要因とする異常発生を招くような設備を制御することで、地震発生時の建築物や人的被害を最小限に止めることが可能となる。

請求項６の制御システムの発明では、請求項５の発明において、前記設備が前記免震支承装置に併設される建築物の変位抑制用ダンパーであって、該変位抑制用ダンパーの抑制能力を前記演算データに基づいて制御することを特徴とする。

請求項６の制御システムの発明によれば、想定外の大きな地震等によって建築物が大きく振動するような場合にあっても、変位抑制用ダンパーで建築物の変位を抑制して、建築物の想定外に変位によって免震支承装置がトラブルのを防ぐこともできる。

請求項７の制御システムの発明では、請求項４又は５の発明において、前記設備が火気使用設備及び配電設備であって、演算データが示す建築物の振動の大きさが一定以上の場合に設備をオフ状態とすることを特徴とする。

請求項７の制御システムの発明によれば、地震発生時に火気使用設備をオフすることで、火気使用設備からの火災発生を防ぐことができ、また配電設備をオフすることで、壊れた電気機器から復電時に発生するスパーク火花によって火災が起きるのを未然に防ぐことができる。

本発明は、基礎地盤に対して免震支承装置を介して建てられている建築物が地震などにより振動したときの振動の大きさを測定することができ、当該建築物が振動によって受けた影響や免震支承装置の免震効果の把握が容易に行える免震効果評価装置を実現し、またこの免震効果評価装置を用いて、各建築物に設置される免震効果評価装置からの測定結果である演算データを収集することができ、この収集により各建築物が地震によって受けた影響や免震支承装置の免震効果の把握、或いは各建築物を地震の観測点として利用して地震データを収集して地震研究に用いることができる振動測定システムを実現でき、更に地震発生時に、建築物の振動を抑制して建築物の被害を少なくする設備や、地震発生を要因とする異常発生を招くような設備を制御することで、地震発生時の建築物や人的被害を最小限に止めることが可能となるという制御システムを実現できる。

以下本発明を一実施形態により説明する。

図１（ａ）は本発明における免震効果評価装置１を用いた振動測定システム及び制御システムを統合した地震対策システムを構成した実施形態を示す。

まず測定対象となる建築物（以下家屋という）Ｈは、その底部の４隅と基礎地盤Ｘとの間に免震支承装置２を介在させて基礎地盤Ｘ上に建てられており、各免震支承装置２は後述する変位抑制用ダンパー３とで免震装置を構成する。

各免震支承装置２は、例えば基礎地盤Ｘ側に固定された受け皿２０と、家屋Ｈの底部に固定された受け皿２０と、両受け皿２０，２０間に挟まれたボール体２１とからなる所謂転がり免震支承装置を構成するもので、ボール体２１により家屋Ｈが自由に水平移動できるようなっている。勿論風揺れや回転を防止する手段が設けられているの言うまでもなく、また家屋Ｈが過大に大きく移動するのを防ぐためのストッパ(図示せず）を設けてあるのも言うまでもない。

変位抑制用ダンパー３は空圧、油圧など制動要素として用いたもので、家屋Ｈの動き（変位）を減衰させて過大な家屋Ｈの動き（変位)があってもストッパへの衝突を緩和若しくは防止することができるように、油圧や空圧を外部から制御できる機能を備えている。

尚免震支承装置１及び変位抑制用ダンパー３からなる免震装置は公知のものを用いれば良いので上述の簡略な説明で止めておくことする。

さて免震効果評価装置１は、図１（ｂ）に示すように３軸又は１軸の半導体加速度センサ（加速度センサと略す）１０ａ、１０ｂと両センサ１０ａ、１０ｂの検出出力とを比較して両者の差を求める演算処理部１１と、電源部（図示せず）とで構成され、一方の加速度センサ１０ａを基礎地盤Ｘ側に設置して基礎地盤Ｘの振動の大きさを検出する第１の振動検出器とし、他方の加速度センサ１０ｂを家屋Ｈ側に設置して家屋Ｈの振動の大きさを検出する第２の振動検出器とし、演算処理部１１で両振動の大きさの差を演算して免震支承装置２の免震効果の効き具合（評価結果）を示す演算データを家屋Ｈに設けられているインターホン機器の親機４、機器制御部６及び通信部７に夫々送るようになっている。

インターホン機器の親機４はＴＶカメラ付き玄関子機(図示せず）が撮像した玄関前の映像をモニタするモニタ装置４０を備えており、このモニタ装置４０を通じて演算データに基づいた家屋Ｈ、基礎地盤Ｘの振動の大きさや両者の差を振動状況として表示する。つまりモニタ装置４０が免震効果評価装置１の表示装置を兼ねることで設備コストに低減を図っており、これにより既存のモニタ装置４０によって家人Ｍは揺れ（地震）の大きさや免震支承装置２の免震効果の効き具合を知らされることになる。

また一方演算処理部１１からは例えば家屋Ｈに付設している配電設備や風呂のような火気使用設備等の家屋内設備５及び上述の変位抑制用ダンパー３を制御する機器制御部６へ演算データを出力することで、免震効果評価装置１を制御システムの一部として用いている。

つまり機器制御部６は演算データに基づいて地震の大きさを判定して、例えば地震発生に伴う停電後の復電時に、破損している電気機器にスパーク火花が発生して火災が起きるのを防ぐために配電設備である分電盤内のブレーカを遮断する制御を行ったり、ガス風呂のような火気使用機器へのエネルギー供給の遮断を行って火災の発生を未然に防ぐ。また大きな地震発生に伴って家屋Ｈが想定以上に大きく動く（変位）場合には、変位抑制用ダンパー３の抑制能力を高めて家屋Ｈの動きを更に抑制させ、ストッパ衝突等を防ぐ制御を行う。

更に演算処理部１１の演算データは家屋Ｈ内に設けた通信部７へ送られるようになっている。この通信部７は建築業者や地震データを行う研究所やその他関連機関等外部に設けた振動状況管理用サーバ８に対して専用若しくは公衆の通信回線を利用したネットワーク９を通じて演算データを送るものであって、例えば一定時間毎に演算データを振動状況管理用サーバ８へ自動的に送ったり、或いは逆に振動状況管理用サーバ８からの要求に応じて演算データを送ることができるようになっている。ここで振動状況管理用サーバ８が建築業者の家屋管理用のサーバを構成する場合には、管理対象の複数の家屋Ｈから演算データを収集して個々の家屋Ｈの振動状況や免震支承装置２の免震効果を評価する機能を備えることで、個々の家屋Ｈに対してメンテナンスの要否を判断するための評価システムをすることができる。

また地震研究所などの研究機関では、大きな地震発生時には被害状況などの把握に、また日常的な地震観測点のデータとして使えることができる。

ここで建築業者が行う家屋Ｈのメンテナンスには家屋Ｈの損壊などに対する修繕の他に、家屋Ｈが動くことによって生じた免震支承装置２のボール体２１の塗装の剥げに対する補修があり、地震が発生した際に管理対象の個々の家屋Ｈの振動の大きさ（揺れ具合）を知ることによって免震支承装置２のボール体２１の正確な移動履歴を把握することができ、結果地震発生域の管理対象の全家屋Ｈを全て見て回る必要がなくなる上に、正確なメンテナンス（補修）が可能となる。

以上のように本実施形態のシステムは個々の家屋Ｈにおいて、地震発生時における設備の安全対策としての制御システムと、家人への揺れ具合及び免震支承装置２の免震効果の評価結果を知らせる振動測定システムとして機能する。

また振動状況管理用サーバ８との組み合わせにより管理対象の家屋Ｈの振動状況を評価する振動測定システムとして機能し、このシステムの評価結果を建築業者では地震発生時の家屋Ｈのメンテナンスに利用することができる。

更にまた人工的な振動を家屋Ｈの周辺の地面に与えて家屋Ｈを振動させ、このときの免震効果評価装置１の演算データを振動状況管理用サーバ８に送って当該家屋Ｈの振動状況を評価し、その評価結果に基づいて当該家屋Ｈの構造診断のサービスを行うこともできる。

更に地震研究所等の研究機関では、地震発生時の状況把握に用いる振動計測システムとして使用できるのは勿論のこと、日常的な地震観測点として各家屋Ｈの免震効果評価装置１を観測点として利用した常時観測用の振動計測システムとしても活用できる。

尚免震効果評価装置１は常時電源を必要とするため家屋Ｈに設置される壁埋め込みの配線器具(例えばコンセント器具)などの内部に組み込んでおいても良い。但し基礎地盤Ｘ側の加速度センサ１０ａは別体として信号線により接続する。また地震発生時の停電などを考慮してシステム全体をバックアップするための充電電池等を併設するようにしても勿論良い。

（ａ）は一実施形態の一家屋における構成要素の配置状態を示す概略構成図、（ｂ）は一実施形態の概略システム構成図である。

符号の説明

１ 免震効果評価装置
１０ａ，１０ｂ 加速度センサ
１１ 演算処理部
２ 免震支承装置
２０ 受け皿
２１ ボール体
３ 変位抑制用ダンパー
４ 親機
４０ モニタ装置
５ 家屋内設備
６ 機器制御部
７ 通信部
８ 振動状況管理用サーバ
９ ネットワーク
Ｈ 家屋
Ｘ 基礎地盤

Claims (7)

1. 基礎地盤の振動の大きさを検出する第１の振動検出器と、免震支承装置を介して基礎地盤上に建てられた建築物の振動の大きさを検出する第２の振動検出器と、両振動検出器の検出出力を比較して基礎地盤の振動の大きさと建築物の振動の大きさとの差を演算することにより前記免震支承装置の免震効果を評価する演算処理部とから成ることを特徴とする免震効果評価装置。
2. 前記演算処理部の演算データに基づいた振動状況若しくは免震効果の評価結果を表示する手段として建築物に設置されるインターホン機器のモニタ装置を用いることを特徴とする請求項１記載の免震効果評価装置。
3. 請求項１又は２の免震効果評価装置と、外部に設置されている振動状況管理用サーバと、通信回線を介して前記免震効果評価装置の演算処理部の演算データを振動状況管理用サーバへ送信する通信部とを備えていることを特徴とする振動測定システム。
4. 前記振動状況管理用サーバは複数の建築物の免震効果評価装置からの演算データを集約して個々の建築物の振動状況若しくは免震支承装置の免震効果を評価する評価機能を備えていることを特徴とする請求項３記載の振動測定システム。
5. 請求項１又は２の免震効果評価装置と、該免震効果評価装置の演算処理部の演算データに基づいた振動状況に応じて当該建築物に付設している設備を制御する機器制御部とを備えていることを特徴とする制御システム。
6. 前記設備が前記免震支承装置に併設される建築物の変位抑制用ダンパーであって、該変位抑制用ダンパーの抑制能力を前記演算データに基づいて制御することを特徴とする請求項５記載の制御システム。
7. 前記設備が火気使用設備及び配電設備であって、演算データが示す建築物の振動の大きさが一定以上の場合に設備をオフ状態とすることを特徴とする請求項５又は６記載の制御システム。

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