JP2007217082A - 大型建築物のための長周期地震動感知システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来の地震感知器が感知しないレベルでも比較的大きな揺れとなる長周期地震動の到来を予測して高層ビルのエレベータの安全運行に役立てる地震感知システムを提供する。
【解決手段】高層ビル内に設置した地震計２と、地震計によって感知した地震発生直後の初期微動及び主要動による波形を応答スペクトル解析することによって長周期地震動成分を検出する手段３と、解析した応答スペクトルについて長周期地震動で共振しそうな高層ビルの固有振動周期の近くにおける一定の値を設定値として決定する手段５と、検出した長周期地震動成分のレベルが設定値を超えた場合に警報信号を発生する手段４とを備え、警報信号の発生に応答して高層ビル内のエレベータの地震時管制運転を行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、大型建築物のための長周期地震動感知システムに関する。特に、高層ビルのエレベータ制御システムで使用するための長周期地震感知システムに関する。

近年の技術進歩によって、超高層ビルをはじめ、大型石油タンク、長大橋梁などのより大型の構造物が構築されるようになり、これら大型の建築物のもつ固有振動周期も数秒以上となっている。しかしながら、従来技術では、地震の大きさを判断する指標として、地震時の加速度の大きさ（単位ｇａｌ＝ｃｍ／ｓ²）が用いられていた。すなわち、従来技術によれば、地震の加速度が所定のレベル以上になると地震感知器が警報信号を発生し、その警報信号の発生に応答して大型建築物内の機器の地震時管制運転を行っていた。

例えば、高層ビルのエレベータ制御システムでは、地震の加速度が所定のレベル以上になると地震感知器が警報信号を発生し、この地震感知器と連動して地震時管制運転装置が地震時における乗客の安全を図るとともに機器の損傷を防止するためにエレベータを最寄りの階に停止させ、地震後においては機器に損傷がない限り、遅滞なく運転を再開させるようにしている。

従来技術によれば、高層ビルは、一般的に加速度の大きさが４０ｇａｌ、６０ｇａｌ又は８０ｇａｌを越えるとエレベータは自動停止するようになっている。実際は、地震感知器の設定値の選定にあたっては建物の形状、各機器の耐震対策の状況並びにエレベータの管理体制などを十分に考慮する必要があり、建築物の高さ又は急行ゾーンの有無などによってエレベータを停止させる設定値は２段設定又は３段設定等の複数段設定とされている。また、エレベータが一般用か又は非常用かによっても地震時管制運転のフローが異なっている。

また、超高層建築物などにあっては、その震動特性上、地震の地動入力に対する建築物の加速度応答倍率があまり大きくないため、加速度自身は小さいが震動の幅（変位）が大きい傾向にあり、従って周波数を考慮して比較的低い加速度若しくは揺動速度、変位などによってエレベータを停止しないと、乗客に大きな不安や機器の損傷を生ぜしめるおそれがある。そこで、これらのことを考慮して、地震感知器の設定値としては、原則として一般の建築物に比べて低い加速度（例えば１２０ｍ以上の高層ビルに対して２５ｇａｌ又は３０ｇａｌ）を用いている。

いずれにしろ、従来の地震感知システムでは、地震の大きさを判断する指標として、地震時の加速度の大きさが用いられていた。しかしながら、超高層ビルはゆっくりとした地震波に共振する特殊な動きをすることから加速度の大きさからは適格に判断できないことが実証されるようになった。特に、長周期震動においては、上記設定値よりも小さい加速度である１０ｇａｌ以下の小さな地震（震動２程度）でもその地震波の卓越周期（すなわち地震波に最も多く含まれる周期）が、超高層ビルの固有振動周期（４〜５秒）に一致すると大きな揺れを生じてエレベータの事故が現実的に発生するようになった。

地震波の性質は、その振動周期が数秒以上になると加速度の大きさが極めて小さくなることが知られている。従って、高層建築物において、エレベータが有する従来の地震感知器が感知しないレベルでも、比較的大きな揺れとなる長周期地震動がエレベータの機能に影響を与えることがあった。

特開平０７−００２４５０号公報 特開平０８−２４５１０６号公報

本発明の目的は、数秒以上の固有振動周期を持つ高層ビル等の大型建築物において、従来の地震感知器が感知しないレベルでも比較的大きな揺れとなる長周期地震動の到来を予測してエレベータ等の機器の安全運行に役立てる地震感知システムを提供することである。

本発明の一つの特徴によれば、大型建築物のための長周期地震動感知システムにおいて、上記大型建築物内に設置した少なくとも１つの地震計と、上記地震計によって感知した地震波の初期の長周期地震動成分を検出する手段と、上記大型建築物の振動定数から警報信号を発生するための設定値を決定する手段と、上記検出した長周期地震動成分のレベルが上記設定値を超えた場合に警報信号を発生する手段とを備え、警報信号の発生に応答して上記大型建築物内の機器の地震時管制運転を行うことを特徴とする大型建築物のための長周期地震動感知システムが提供される。

本発明の別の特徴によれば、大型建築物のための長周期地震動感知システムにおいて、上記長周期地震動成分を検出する手段は、地震波の初期微動及び主要動による波形を応答スペクトル解析することによって長周期地震動成分を検出する検出器から成り、上記大型建築物の振動定数は、上記大型建築物の固有振動周期とダンピングファクタとを含んでもよい。

本発明の更に別の実施例によれば、大型建築物のための長周期地震動感知システムにおいて、上記大型建築物は高層ビルであり、上記大型建築物内の機器はエレベータであり、上記地震計は、高層ビルの最下階又は１階に設置されていてもよい。

本発明の更に別の特徴によれば、地震の加速度が所定のレベル以上になると警報信号を発生する地震感知器を有する高層ビルのための長周期地震動感知システムにおいて、上記高層ビル内に設置した少なくとも１つの地震計と、上記地震計によって感知した地震波の初期の長周期地震動成分を検出する手段と、上記高層ビルの振動定数から警報信号を発生するための設定値を決定する手段と、上記検出した長周期地震動成分のレベルが上記設定値を超えた場合に警報信号を発生する手段とを備え、警報信号の発生に応答して上記高層ビル内のエレベータの地震時管制運転を行うことを特徴とする高層ビルのための長周期地震動感知システムが提供される。

本発明の更に別の特徴によれば、上記高層ビルのための長周期地震動感知システムにおいて、上記長周期地震動成分を検出する手段は、地震波の初期微動及び主要動による波形を応答スペクトル解析することによって長周期地震動成分を検出する検出器から成り、上記設定値を決定する手段は、上記解析した応答スペクトルについて長周期地震動で共振しそうな高層ビルの固有振動周期の近くにおける一定の値を上記設定値として決定するように構成され、上記地震計は、高層ビルの最下階又は１階に設置されていてもよい。

本発明の更に別の特徴によれば、上記高層ビルのための長周期地震動感知システムにおいて、上記解析した応答スペクトルは、地震波の初期の表面波を解析したものも含んでもよい。

本発明の長周期地震感知システムによれば、地震波の初期の長周期地震動成分を検出し、その検出した長周期地震動成分のレベルが設定値を超えた場合に警報信号を発生しているので、従来の地震感知器が感知しないレベルでも、エレベータ等の機器の機能に影響を与えることなく、エレベータの安全な運行が達成できる。すなわち、警報信号をエレベータ管制システムに送って、地震後、長周期地震動でエレベータのロープが共振してエレベータに影響が発生する前に、最寄り階にエレベータのカゴを一時的に停止させ又は点検することで、エレベータ内の人の閉じ込め、エレベータの破損を回避できる。

図１は、本発明の一つの実施例による長周期地震動感知システムの構成を示す概略ブロック図である。また、図２は、図１の長周期地震動感知システムにおいて使用される長周期地震動スペクトル方式を説明するための模式図である。

図１の地震感知システムは、高層ビルのエレベータ管制システム６に使用されるもので、第１地震計１と、第２地震計２と、長周期震動成分検出手段３と、警報信号発生手段４と、設定値決定手段５で構成されている。図１において、第１地震計１は、高層ビルの一階に設置されており、第２地震計２は高層ビルの最下階に設置されている。これらの地震計は、地震波の初期の揺れを素早く感知できるように、地盤に近い位置に設置されている。これらの地震計としては、エレベータとは別に備えられているデジタル記録型の地震計が用いられる。第１地震計１及び第２地震計２によって計測されたデータは長周期地震動成分検出手段３に収録され、応答スペクトル解析が行われる。２つの地震計からのデータを使用するのは、データの正確性を期すためであり、一つの地震計を使用しても良い。例えば、図２の（Ａ）には、図１の第２地震計２の例が示されている。

図２において、（Ｂ）の上段のグラフは、第２地震計２によって計測された地震波の速度をアナログで示したものである。また、（Ｂ）下段のグラフは、上段のグラフに示す地震発生直後の初期の揺れの部分を応答スペクトル解析によって成分分析して周期のスペクトルとして表したものである。（Ｂ）において、縦軸は、揺れの強さすなわち振幅を表している。長周期地震動成分検出手段３は、周期のスペクトルから長周期地震動成分（図２（Ｂ）の１０で示す山）を検出する。そして、その山が高層ビルの固有振動周期近くであって、その山の高さが一定の値以上の値を超えた場合に、警報信号発生器４が、警報信号を発生する。図２では、地震波の速度を応答スペクトル解析しているが、地震波の加速度の応答スペクトル解析を行ってもよい。

上記高層ビルの固有振動周期の近くにおける一定値以上の値は、設定値決定手段５によって決定される。高層ビルの固有振動周期は、高層ビルの高さｈ、建物の剛性をＫ、質量をＭ、重力加速度をｇとすれば、次の式で求めることができる。高層ビルの固有震動周期は、高層ビルの設計の際に求められ既知となっている。

設定値の決定にあたって考慮すべき、一定値の以上の値すなわち山１０の高さは、高層ビルの他の振動定数、例えば、ダンピングファクタを考慮して決定してもよい。建築物に振動が加わると建物の揺れはしばらく続くが、ダンピングファクタが大きいと揺れはすぐに減衰し、小さいと長い時間続く。すなわち、ダンピングファクタとは、建築物の減衰の程度を示す定数である。

図２（Ｂ）の上段のグラフにおいて、ブロックで示した部分１１は、地震発生直後の初期の揺れを示している。初期の揺れは、長周期地震動成分の検出に十分なデータの収録に必要な時間であり、この実施例では、約１分間である。１分間の初期の揺れには、地震波の初期微動（すなわちＰ波）及び主要動（すなわちＳ波）だけでなく、表面波も含んでも良い。

図３は、図１とは別の実施例による長周期地震動感知システムの構成を示す概略ブロック図である。図３の地震感知システムも、図１の実施例と同様に、高層ビルのエレベータ管制システム６に使用されるもので、第１地震計１と、第２地震計２と、長周期震動成分検出手段３と、警報信号発生手段４と、設定値決定手段５を含む他、地震検知器７も含んでいる。この地震検知器は、従来の加速度方式を使用するもので、地震の加速度が所定のレベル以上になると警報信号を発生する。この警報信号は、エレベータ管制システム６に送られ、地震時管制運転が行われる。

本発明の一つの実施例による長周期地震動感知システムの構成を示す概略ブロック図である。 図１の地震動感知システムにおいて使用される長周期地震動スペクトル方式を説明するための模式図である。 本発明の図１とは別の実施例による長周期地震動感知システムの構成を示す概略ブロック図である。

符号の説明

１ 第１地震計
２ 第２地震計
３ 長周期震動成分検出手段
４ 警報信号発生手段
５ 設定値決定手段
６ エレベータ管制システム
７ 地震感知器
１０ 山
１１ 初期の揺れの部分

Claims (6)

1. 大型建築物のための長周期地震動感知システムにおいて、上記大型建築物内に設置した少なくとも１つの地震計と、上記地震計によって感知した地震波の初期の長周期地震動成分を検出する手段と、上記大型建築物の振動定数から警報信号を発生するための設定値を決定する手段と、上記検出した長周期地震動成分のレベルが上記設定値を超えた場合に警報信号を発生する手段とを備え、警報信号の発生に応答して上記大型建築物内の機器の地震時管制運転を行うことを特徴とする大型建築物のための長周期地震動感知システム。
2. 上記長周期地震動成分を検出する手段は、地震波の初期微動及び主要動による波形を応答スペクトル解析することによって長周期地震動成分を検出する検出器から成り、上記大型建築物の振動定数は、上記大型建築物の固有振動周期とダンピングファクタとを含むことを特徴とする請求項１に記載の大型建築物のための長周期地震動感知システム。
3. 上記大型建築物は高層ビルであり、上記大型建築物内の機器はエレベータであり、上記地震計は、高層ビルの最下階又は１階に設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の大型建築物のための長周期地震動感知システム。
4. 地震の加速度が所定のレベル以上になると警報信号を発生する地震感知器を有する高層ビルのための長周期地震動感知システムにおいて、上記高層ビル内に設置した少なくとも１つの地震計と、上記地震計によって感知した地震波の初期の長周期地震動成分を検出する手段と、上記高層ビルの振動定数から警報信号を発生するための設定値を決定する手段と、上記検出した長周期地震動成分のレベルが上記設定値を超えた場合に警報信号を発生する手段とを備え、警報信号の発生に応答して上記高層ビル内のエレベータの地震時管制運転を行うことを特徴とする高層ビルのための長周期地震動感知システム。
5. 上記長周期地震動成分を検出する手段は、地震波の初期微動及び主要動による波形を応答スペクトル解析することによって長周期地震動成分を検出する検出器から成り、上記設定値を決定する手段は、上記解析した応答スペクトルについて長周期地震動で共振しそうな高層ビルの固有振動周期の近くにおける一定の値を上記設定値として決定するように構成され、上記地震計は、高層ビルの最下階又は１階に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の高層ビルのための長周期地震動感知システム。
6. 上記解析した応答スペクトルは、地震波の初期の表面波を解析したものも含む請求項５に記載の高層ビルのための長周期地震動感知システム。

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