JP2012185058A - Observation system for earthquake and wind in structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高層建物等の各種構造物に生じる地震や強風による振動の観測データを蓄積するための構造物における地震および風の観測システムに関するものである。 The present invention relates to an earthquake and wind observation system in a structure for accumulating observation data of vibrations caused by earthquakes and strong winds occurring in various structures such as high-rise buildings.
一般に、高層や超高層建物等の構造物の耐震設計は、過去の地震記録を用いた地震応答解析に基づいて行われており、また耐風設計は、建物模型を用いた風洞実験による風圧力分布等に基づいて行われている。 In general, seismic design of structures such as high-rise buildings and skyscrapers is based on seismic response analysis using past earthquake records, and wind-resistant design is based on wind pressure distribution by wind tunnel experiments using building models. Etc. are performed based on the above.
このような耐震設計や耐風設計を行うに際して、実際の構造物において地震時や強風時に生じる振動が、どの程度上記解析等で得られた結果と一致しているかについて検証されていれば、今後新設される構造物における設計精度を高めて、その安全性を向上させることが可能になる。 In conducting such earthquake- and wind-resistant designs, if it is verified to what extent the vibration generated in an actual structure during an earthquake or strong wind matches the results obtained in the above analysis, etc., it will be newly established in the future. It is possible to improve the design accuracy of the structure to be improved and improve its safety.
そこで近年、多くの既存の上記構造物においては、振動センサーや風力計を設置して、地震時や強風時に当該構造物に作用する振動を長期間にわたって観察し、これらをデジタルデータとして保存するための地震および風の観測システムが設置されている。 Therefore, in recent years, in many existing structures, vibration sensors and anemometers are installed to observe vibrations acting on the structures during earthquakes and strong winds over a long period of time, and these are stored as digital data. An earthquake and wind observation system is installed.
ところで、上記構造物に発生する振動を記録するに際して、地震に起因する振動は瞬間的かつ短時間に発生して、周期が短く振幅が大きいのに対して、強風に起因する振動は、長時間にわたって発生するとともに、周期が長く振幅が小さいという特徴がある。したがって、一方の地震による振動は、数百Hzといった高いサンプリング頻度でデータを取得する必要があり、他方の強風による振動は、その1/10程度の低いサンプリング頻度でデータを取得すれば十分であるという相違がある。 By the way, when recording the vibration generated in the above structure, the vibration caused by the earthquake occurs instantaneously in a short time and the period is short and the amplitude is large, whereas the vibration caused by the strong wind is long time. And has a characteristic that the period is long and the amplitude is small. Therefore, it is necessary to acquire data at a high sampling frequency such as several hundred Hz for vibration due to one earthquake, and it is sufficient to acquire data at a sampling frequency as low as about 1/10 of the vibration due to a strong wind on the other side. There is a difference.
このため、強風に起因する振動についてまで、地震による振動の観測と同様の高いサンプリング頻度でデータを取得すると、高振動数のノイズが含まれる(風データのSN比が悪くなる)うえに、不必要に大きな容量の保存装置が必要になる。
しかしながら、上記地震に起因する振動の観測システムと、風に起因する振動の観測システムとを、独立して設置すると、近似した構成の制御あるいは記録手段が重複することになり、経済的で無いという問題点を生じる。
For this reason, if the data is acquired at the same high sampling frequency as that of the observation of the vibration due to the earthquake up to the vibration caused by the strong wind, the high frequency noise is included (the SN ratio of the wind data is deteriorated) and the frequency is not good. A storage device having a large capacity is necessary.
However, if the observation system for vibrations caused by the earthquake and the observation system for vibrations caused by the wind are installed independently, the control or recording means of the approximate configuration will overlap, which is not economical. Cause problems.
そこで、当該問題点を解決すべく、下記特許文献1においては、構造物の振動を検出して前記構造物の振動を表す時系列のデジタル信号を生成し、生成した前記デジタル信号を記録する方法であって、風速を測定して風速に係わる第1の統計量を取得し、取得した前記第1の統計量が第1のしきい値を上回るとき、前記デジタル信号を第1の頻度で記録し、振動を表す前記デジタル信号にもとづいて前記構造物の振動の大きさに係わる第2の統計量を取得し、取得した前記第2の統計量が、第2のしきい値を上回るとき、前記デジタル信号を、前記第1の頻度より高い第2の頻度で記録することを特徴とする構造物の振動観測方法が提案されている。 Therefore, in order to solve the problem, in Patent Document 1 below, a method of detecting a vibration of a structure, generating a time-series digital signal representing the vibration of the structure, and recording the generated digital signal. The wind speed is measured to obtain a first statistic relating to the wind speed, and when the obtained first statistic exceeds a first threshold, the digital signal is recorded at a first frequency. And acquiring a second statistic related to the magnitude of the vibration of the structure based on the digital signal representing the vibration, and when the acquired second statistic exceeds a second threshold, There has been proposed a vibration observation method for a structure, wherein the digital signal is recorded at a second frequency higher than the first frequency.
上記構成からなる従来の振動観測方法は、風により建物が振動した場合には、低い頻度の第1の頻度で建物の振動を表すデジタル信号を記録し、地震の場合にのみ、高い頻度の第2の頻度で振動を表すデジタル信号を記録することにより、不必要に多量のデータを記録することなく地震と風とによる両方の振動を記録しようとするものである。 When the building vibrates due to wind, the conventional vibration observation method configured as described above records a digital signal representing the vibration of the building at a low frequency of the first frequency. By recording digital signals representing vibrations at a frequency of 2, both vibrations due to earthquakes and winds are recorded without unnecessarily recording a large amount of data.
ところが、上記従来の構造物の振動観測方法にあっては、構造物に振動センサーに加えて風速計も設置することが必須となる。このため、地震観測用の振動センサーのみが設置されている既存建物に対して、新たに強風による振動の観測も行う必要が生じた場合には、別途風速計およびその電源や信号線を設置する必要があり、経費が嵩むという問題点がある。 However, in the conventional vibration observation method for a structure, it is essential to install an anemometer in addition to the vibration sensor in the structure. For this reason, if it is necessary to newly observe vibration due to strong winds in an existing building where only vibration sensors for earthquake observation are installed, a separate anemometer and its power supply and signal line will be installed. There is a problem that it is necessary and the cost increases.
また、高層や超高層建物等の構造物においては、当該構造物の地盤付近の下層階と、頂部等の上層階においては、各々地震時や強風時に生じる振動の発生形態が異なる。例えば、当該構造物の地盤付近においては、風による振動の影響は小さく、かつ地震時には地盤からの振動がそのまま伝搬するのに対して、上層階においては、中小地震時の揺れと、強風時の揺れが同程度になる可能性がある。 Further, in a structure such as a high-rise building or a super-high-rise building, vibrations generated during an earthquake or a strong wind are different between a lower floor near the ground of the structure and an upper floor such as a top. For example, the influence of wind vibration is small near the ground of the structure, and the vibration from the ground propagates as it is in the event of an earthquake, whereas the upper floors are shaken during small and medium earthquakes and during strong winds. The shaking may be similar.
この結果、上記構造物に対する振動センサーの設置位置によっては、当該構造物に生じた振動が、地震に起因するものであるか、あるいは強風に起因するものであるかを正しく判断することが難しいという問題点もある。 As a result, depending on the installation position of the vibration sensor for the structure, it is difficult to correctly determine whether the vibration generated in the structure is caused by an earthquake or a strong wind. There are also problems.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、風速計を設置することなく、風データのSN比を確保し、振動センサーのみで構造物に発生した振動の要因を、高い精度で地震または風と判断して、地震データまたは風データとして別個に保存処理することが可能になる構造物における地震および風の観測システムを提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and without installing an anemometer, the SN ratio of wind data is ensured, and the cause of vibration generated in a structure with only a vibration sensor can be accurately earthquakeed. Another object of the present invention is to provide an observation system for earthquakes and winds in a structure that can be judged as wind and separately stored as earthquake data or wind data.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、構造物または地盤に設置された振動センサーと、当該振動センサーからの検出信号を第1のサンプリング頻度で地震観測仕様のデジタルデータに変換するA/D変換器と、このA/D変換器で変換された振動のデジタルデータから一定時間毎に統計値を取得する地震観測仕様のデータの作成手段と、上記A/D変換器で変換された上記振動のデジタルデータを上記第1のサンプリング頻度よりも少ない第2のサンプリング頻度で取得するリサンプリング手段と、このリサンプリング手段で作成された振動のデジタルデータから上記一定時間毎に統計値を取得する風観測仕様のデータの作成手段と、これら地震観測仕様および風観測仕様のデータから、上記振動センサーによって観測された振動が地震に起因するものか風に起因するものか判断して、各々地震データまたは風データとして別個に保存処理する制御手段とを備えてなり、上記制御手段は、上記地震観測仕様のデータにおける上記統計値が、予め設定されている地震振動による第1の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が地震に起因するものと判断し、上記第1の閾値未満であって、かつ上記風観測仕様のデータにおける上記統計値が、予め設定されている風振動による第2の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が風に起因するものと判断することを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 converts a vibration sensor installed on a structure or ground and a detection signal from the vibration sensor into digital data of an earthquake observation specification at a first sampling frequency. A / D converter to perform, seismic observation data creation means for obtaining statistical values at regular intervals from vibration digital data converted by the A / D converter, and conversion by the A / D converter Resampling means for acquiring the digital data of the vibration obtained at a second sampling frequency lower than the first sampling frequency, and a statistical value for each predetermined time from the digital data of vibration generated by the resampling means. From the observation data of the wind observation specifications and the data of the earthquake observation specifications and wind observation specifications. Control means for determining whether the motion is caused by an earthquake or wind and separately storing the data as earthquake data or wind data, and the control means in the data of the earthquake observation specification If the statistical value is greater than or equal to a preset first threshold value due to seismic vibration, it is determined that the vibration observed during the predetermined time is caused by an earthquake, and is less than the first threshold value. And, when the statistical value in the data of the wind observation specification is equal to or greater than a second threshold value due to the wind vibration set in advance, it is determined that the vibration observed in the predetermined time is caused by the wind. It is characterized by.
ここで、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記リサンプリング手段が、高振動数のノイズを消去するノイズ除去手段を備えていることを特徴とするものである。
Here, the invention described in
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、上記構造物の頂部を含む上層階に設置された上部振動センサーと、地盤を含む上記構造物の下層階に設置された下部振動センサーとを有し、かつ上記制御手段は、上記地震観測仕様のデータにおける上記下層階の振動の上記統計値が、予め設定されている上記下層階の上記第1の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が地震に起因するものと判断し、上記第1の閾値未満であって、かつ上記風観測仕様のデータにおける上記上層階の上記統計値が、予め設定されている上記上層階の上記第2の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が風に起因するものと判断することを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the upper vibration sensor installed on the upper floor including the top of the structure and the lower floor of the structure including the ground. And the control means is configured such that the statistical value of the vibration of the lower floor in the data of the earthquake observation specification is equal to or higher than the first threshold value of the lower floor set in advance. And the statistical value of the upper floor in the data of the wind observation specification that is less than the first threshold value and is determined that the vibration observed in the predetermined time is caused by an earthquake, When it is equal to or higher than the second threshold value of the upper floor set in advance, it is determined that the vibration observed in the predetermined time is caused by wind.
さらに、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、上記制御手段が、上記一定時間の一つ前の一定時間に観測された振動が地震に起因するものと判断されている場合において、上記一定時間に観測された上記地震観測仕様のデータにおける上記下層階の振動の統計値が、予め設定されている上記第1の閾値よりも小さい上記下層階の地震振動による第3の閾値以上である場合、または上記上層階の振動の統計値が、予め設定されている上記上層階の地震振動による第4の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が上記地震に起因するものと判断することを特徴とするものである。
Furthermore, the invention according to
これに対して、請求項5に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、上記構造物の頂部を含む上層階に設置された水平方向の振動センサーと、上下方向の振動センサーとを有し、かつ上記制御手段は、上記地震観測仕様のデータにおける上記上層階の上下方向の振動の上記統計値が、予め設定されている当該上層階の地震による上下方向の上記第1の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が地震に起因するものと判断し、上記第1の閾値未満であって、かつ上記風観測仕様のデータにおける上記上層階の水平方向の上記統計値が、予め設定されている上記上層階の水平方向の上記第2の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が風に起因するものと判断することを特徴とするものである。
On the other hand, the invention according to
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、上記制御手段が、上記一定時間の一つ前の一定時間に観測された振動が地震に起因するものと判断されている場合において、上記一定時間に観測された上記地震観測仕様のデータにおける上記上層階の上下方向の振動の統計値が、予め設定されている上記第1の閾値よりも小さい上記上層階の地震振動による上下方向の第3の閾値以上である場合、または上記上層階の水平方向の振動の統計値が、予め設定されている上記上層階の地震振動による水平方向の第4の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が上記地震に起因するものと判断することを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to the fifth aspect, the control means determines that the vibration observed at a certain time before the certain time is caused by an earthquake. The upper floor seismic vibration in which the statistical value of the upper floor vertical vibration in the data of the earthquake observation specifications observed at the predetermined time is smaller than the first threshold value set in advance. When it is equal to or higher than the third threshold value in the vertical direction due to or when the statistical value of the horizontal vibration of the upper floor is equal to or higher than the fourth threshold value in the horizontal direction due to the earthquake vibration of the upper floor set in advance In addition, it is characterized in that it is determined that the vibration observed during the predetermined time is caused by the earthquake.
なお、請求項1〜6のいずれかに記載の発明において、予め設定されている下層階の地震振動による第1の閾値および第2の閾値、並びに上層階の地震振動による閾値および風振動による閾値は、いずれも地震観測仕様のデータあるいは風観測仕様のデータの作成手段において取得される統計値と同じもの(例えば、取得される統計値が最大値である場合には、閾値も振動の最大値を示すもの)である。また、予め設定される上記閾値としては、過去の地震記録を用いた地震応答解析や、建物模型を用いた風洞実験等のよって得られた値、さらには上記値に対する以前の観測データによる補正値等を用いることができる。 In addition, in the invention according to any one of claims 1 to 6, the first threshold and the second threshold due to the seismic vibration of the lower floor, the threshold due to the earthquake vibration of the upper floor and the threshold due to the wind vibration are set in advance. Are the same as the statistical values acquired by the means for creating the earthquake observation specification data or the wind observation specification data (for example, if the acquired statistical value is the maximum value, the threshold value is also the maximum vibration value) ). In addition, as the threshold value set in advance, values obtained by an earthquake response analysis using past earthquake records, a wind tunnel experiment using a building model, and a correction value based on previous observation data with respect to the above values Etc. can be used.
また、上記統計値としては、当該一定時間に観測された振動の平均値、最大値、RMS値、振動の最小値、標準偏差、ピークファクター等を用いることもでき、さらには、これらの複数またはこれらの比、差等を適用することも可能である。 Further, as the statistical value, an average value, a maximum value, an RMS value, a minimum value of vibration, a standard deviation, a peak factor, and the like of vibrations observed during the certain time can be used. These ratios, differences, etc. can also be applied.
請求項1〜6のいずれかに記載の発明によれば、地震観測仕様のデータを、当該地震動の観測に適した高い頻度の第1のサンプリング頻度で取得し、他方風観測仕様のデータを、上記第1のサンプリング頻度よりも少ない第2のサンプリング頻度で取得しているために、最終的に地震データおよび風データを別個に保存するに際しても、過度の保存容量を必要とすることがない。 According to the invention according to any one of claims 1 to 6, the data of the earthquake observation specification is acquired at a first sampling frequency with a high frequency suitable for the observation of the ground motion, and the data of the wind observation specification is obtained. Since the second sampling frequency lower than the first sampling frequency is acquired, an excessive storage capacity is not required even when earthquake data and wind data are finally stored separately.
しかも、上記地震観測仕様のデータおよび上記風観測仕様のデータにおける上記統計値と、予め設定されている地震振動による第1の閾値および風振動による第2の閾値とを対比することによって、上記一定時間に観測された振動が風に起因するものと判断しているために、風速計を設置することなく、振動センサーのみで構造物に発生した振動の要因を、高い精度で地震または風と判断して、地震データまたは風データとして別個に保存処理することが可能になる。 In addition, by comparing the statistical values in the data of the earthquake observation specifications and the data of the wind observation specifications with the first threshold value caused by the earthquake vibration and the second threshold value caused by the wind vibration, the constant value is obtained. Since it is judged that the vibrations observed over time are caused by the wind, it is possible to determine the cause of the vibration generated in the structure with only the vibration sensor as an earthquake or wind with high accuracy without installing an anemometer. As a result, it is possible to separately store the data as earthquake data or wind data.
ところで、上記A/D変換器として現在の汎用器を用いた場合には、振動センサーからの検出信号を数百Hzの高いサンプリング頻度で取得した場合に、高振動数のノイズが多く含まれている。このため、得られたデジタルデータを、そのまま約1/10程度の低い頻度でリサンプリングすると、特に風のようなレベルの小さい振動の統計値を、その閾値と比較する際に、正確に識別することが難しい。 By the way, when the present general-purpose device is used as the A / D converter, when a detection signal from the vibration sensor is acquired at a high sampling frequency of several hundred Hz, a lot of high-frequency noise is included. Yes. For this reason, if the obtained digital data is resampled at a low frequency of about 1/10 as it is, the statistical value of vibration with a low level such as wind is accurately identified when compared with the threshold value. It is difficult.
この点、請求項2に記載の発明においては、上記リサンプリング手段が、高振動数のノイズを消去するノイズ除去手段を備えているために、当該リサンプリング手段によって第2のサンプリング頻度で取得されたデジタルデータから、高い精度で当該観測位置における振動の統計値を取得することが可能になる。
In this regard, in the invention according to
また、請求項3に記載の発明によれば、上記制御手段において、風による振動の影響が少ない地震観測仕様のデータにおける下層階の振動の統計値と、予め設定されている当該下層階の地震振動による第1の閾値とを比較して、当該第1の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が地震に起因するものと判断しているために、構造物の上層部において強風時に観測される振動のデータを排除して、正確な判断を行うことができる。
According to the invention described in
さらに、上記地震観測仕様のデータに基づいて、上記一定時間に観測された振動が地震によるものではないと判断された場合に、風による振動の影響が大きい風観測仕様のデータにおける上層階の統計値と、予め設定されている上層階の風振動による閾値とを比較して、当該閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が風に起因するものと判断しているために、地震による振動と峻別した風による振動のデータを取得することができる。 Furthermore, if it is determined that the vibrations observed for a certain period of time are not due to an earthquake based on the data of the earthquake observation specifications, the statistics of the upper floors in the data of the wind observation specifications that are greatly affected by the vibrations of the wind The value is compared with a preset threshold value due to wind vibration of the upper floor, and if it is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the vibration observed in the predetermined time is due to the wind. It is possible to acquire data on vibrations caused by winds that are distinct from vibrations caused by earthquakes.
他方、請求項5に記載の発明においては、構造物の上層部では、地震時に水平方向および上下方向の双方向に振動が発生するのに対して、強風時には上下方向については顕著な振動は生ぜず、主として水平方向のみに大きな振動が生じることに着目し、当該上層部に水平方向の振動センサーと、上下方向の振動センサーとを設置して、これら上層部の振動センサーのみによって、観測された振動が地震に起因するものか風に起因するものか判断することができるために、システムの一層の簡易化を図ることが可能になる。
On the other hand, in the invention described in
さらに、請求項3、6に記載の発明によれば、上記一定時間の一つ前の一定時間に観測された振動が地震に起因するものと判断されている場合において、上記一定時間に観測された上記地震観測仕様のデータにおける下層階および上層階の振動の統計値(請求項2)あるいは上層階における上下方向および水平方向の振動の統計値(請求項5)が、地震の継続や後揺れに起因するものであることを確認して、地震データとして保存処理することができる。 Furthermore, according to the third and sixth aspects of the invention, when it is determined that the vibration observed at a certain time before the certain time is caused by an earthquake, the vibration is observed at the certain time. In addition, the statistical values of the lower and upper floor vibrations in the data of the earthquake observation specifications (Claim 2) or the statistical values of the vertical and horizontal vibrations of the upper floor (Claim 5) are After confirming that it is due to the earthquake, it can be stored as earthquake data.
(第1の実施形態)
図1〜図3に基づいて、本発明の構造物における地震および風の観測システムの第1の実施形態について説明する。
図1は、上記観測システムの概略構成を示すもので、この観測システムにおいては、地震時や強風時における高層建物(構造物)1の挙動を観測するために、建物1の複数箇所(図では、1階(下層階)2a、中間階2b、2cおよび頂部(上層階)2d)に、各々振動センサー3a、3b、3c、3dが設置されている。ちなみに、振動センサー3a〜3dは、水平2方向(X−Y方向)に設けられており、当該振動センサー3a〜3dとしては、変位センサー、速度センサーまたは加速度センサーが使用可能である。
(First embodiment)
Based on FIGS. 1-3, 1st Embodiment of the observation system of the earthquake and wind in the structure of this invention is described.
FIG. 1 shows a schematic configuration of the above observation system. In this observation system, in order to observe the behavior of a high-rise building (structure) 1 during an earthquake or strong wind,
そして、この観測システムは、上記振動センサー3a〜3dからの検出信号を100Hzの高い頻度(第1のサンプリング頻度)で振動のデジタルデータに変換するA/D変換器4と、このA/D変換器4で変換されたデジタルデータがリアルタイムに伝送されるパーソナルコンピュータ(以下、PCと略す。)5と、このPC5からの制御信号に基づいて上記デジタルデータをIIRフィルタ(ノイズ除去手段)6を用いたデシメーション処理を行うことにより10Hzの低い頻度(第2のサンプリング頻度)でリサンプリングするリサンプリング手段7とを備えている。
The observation system includes an A /
ここで、PC5は、CPUにインターフェイスを介してHDD等の記憶媒体8が接続された周知のもので、上記記憶媒体には、A/D変換器4から伝送されたデジタルデータを、10分(一定時間)毎にファイルを作成して当該10分間分の100Hzデータとして記憶媒体8に保存するプログラムと、この100Hzデータをノイズ除去手段6に伝送してデシメーション処理を行った後に、同様にファイルを作成して当該10分間分の10Hzデータとして記憶媒体8に保存するプログラムが組み込まれている。
Here, the
また、PC5には、記憶媒体8に保存されている100Hzデータから、当該10分内における各観測位置2a〜2dの振動の最大値およびRMS値(統計値)を算出するプログラム(地震観測仕様のデータの作成手段)9と、同様に10Hzデータから、当該10分内における各観測位置2a〜2dの振動の最大値およびRMS値(統計値)を算出するプログラム(風観測仕様のデータの作成手段)10が組み込まれている。
The
さらに、PC5には、予め1階2aに生じた振動が、地震発生時に起因するものであるか否かを判断するための閾値α1(例えば、1.0Gal)と、これより小さな値の閾値であって、地震継続時に起因するものであるか否かを判断するための閾値α2(例えば、0.8Gal)、さらに頂部2dに生じた振動が、地震の後揺れに起因するものであるか否かを判断するための閾値α3、および頂部2dに生じた振動が、強風に起因するものであるか否かを判断するための閾値α4が設定されている。
Further, the
そして、このPC5には、プログラム9、10で得られた10分間の振動の最大値と、上記閾値α1〜α4に基づいて、高層建物1に生じた振動が、地震に起因するものか風に起因するものか判断して、各々地震データまたは風データとして当該記憶媒体8に作成した別個のフォルダに保存処理する制御プログラム(制御手段)11が組み込まれている。
And in this PC5, whether the vibration generated in the high-rise building 1 is caused by an earthquake based on the maximum value of vibration for 10 minutes obtained by the
次に、図2および図3に基づいて、上記制御プログラム11の構成を、その作用とともに説明する。
先ず、図2に示すように、この制御プログラムは、プログラム9によって算出された100Hzデータ(地震観測仕様のデータ)における1階2aのX―Y方向の振動の最大値の一方が、上記閾値α1以上である場合に、当該10分間に観測された振動が地震に起因するものと判断して、この100Hzデータを地震データとして記憶媒体8に保存する。
Next, based on FIG. 2 and FIG. 3, the structure of the said
First, as shown in FIG. 2, in this control program, one of the maximum values of vibration in the XY direction of the
他方、100Hzデータにおける1階2aのX―Y方向の振動の最大値が、いずれも上記閾値α1未満である場合には、前の10分間が地震データであったか否かを判断し、当該前の10分間が地震データではなかった場合に、さらに図3に示す強風判定を行う。そして、その10Hzデータ(風観測仕様のデータ)における頂部2dの最大値が、風振動による上記閾値α4以上である場合に、当該10分間に観測された振動が風に起因するものと判断して、この10Hzデータを風データとして記憶媒体8に保存する。
On the other hand, if the maximum value of the vibration in the XY direction of the
これに対して、図2に示すように、前の10分間が地震データであったか否かを判断して、当該前の10分間が地震データであった場合には、上記10分間の100Hzデータを参酌し、その1階2aのX―Y方向の振動の最大値が、上記閾値α2以上である場合に、地震が継続しているものとして、当該10分間の100Hzデータを地震データとして保存する。
On the other hand, as shown in FIG. 2, it is determined whether or not the previous 10 minutes was earthquake data. If the previous 10 minutes was earthquake data, the 10-minute 100 Hz data is If the maximum value of the vibration in the XY direction of the
さらに、上記10分間の100Hzデータにおける1階2aのX―Y方向の振動の最大値が、上記頂部2dの地震振動による上記閾値α3以上である場合には、上記地震の後揺れであると判断して、同様に当該10分間の100Hzデータを地震データとして保存する。
Further, when the maximum value of the vibration in the XY direction of the
以上の判断に加えて、この制御プログラムにおいては、上記の結果、地震が発生していると判断された場合にも、同時に強風の観測記録が含まれているか否かの判断を行っている。
すなわち、図3に示すように、地震データであると判断された100Hzデータをリサンプリングした10Hzデータに対して、その頂部2dの最大値が、風振動による上記閾値α4以下である場合には、強風による観測記録が含まれていないと判断する。
In addition to the above determination, this control program also determines whether or not a strong wind observation record is included at the same time when it is determined that an earthquake has occurred as a result of the above.
That is, as shown in FIG. 3, when 10 Hz data obtained by resampling 100 Hz data determined to be earthquake data, the maximum value of the top 2d is equal to or less than the threshold value α 4 due to wind vibration. , Judgment that observation records due to strong winds are not included.
これに対して、上記頂部2dの最大値が上記閾値α4以上である場合には、さらに上記10分間の前の10分間における10Hzデータの頂部2dの最大値を参酌し、これが上記閾値α4以上であって強風と判断されていた場合には、上記地震とともに強風も発生していたと判断して、上記10分間の10Hzデータを風データとして記憶媒体8に保存する。
On the other hand, when the maximum value of the top 2d is equal to or greater than the threshold α 4 , the maximum value of the top 2d of the 10 Hz data in the 10 minutes before the 10 minutes is further taken into account, which is the threshold α 4. If it is determined that a strong wind has occurred, it is determined that a strong wind has also occurred along with the earthquake, and the 10-Hz data for 10 minutes is stored in the
以上のように、上記構成からなる構造物における地震および風の観測システムによれば、風速計を設置することなく、振動センサー3a〜3dのみによって、高層建物1に発生した振動の要因を、高い精度で地震または強風であると判断して、地震データまたは風データとして別個に記憶媒体8に保存処理することができる。加えて、高層建物1に、地震と強風とが同時に作用して振動が発生している場合にも、それぞれ地震データおよび風データとして蓄積することが可能になる。
As described above, according to the earthquake and wind observation system for the structure having the above-described structure, the vibration factor generated in the high-rise building 1 is increased only by the
しかも、強風に起因した振動の観測に風速計を必要としないために、地震観測用の振動センサーのみが設置されている既存建物に対して、新たに強風による振動の観測も行う必要が生じた場合にも、PC5に組み込まれているプログラムを換えるのみで、極めて容易に対応することができ、経済性にも優れる。
In addition, since an anemometer is not required for observation of vibrations caused by strong winds, it is necessary to newly observe vibrations due to strong winds in existing buildings where only vibration sensors for earthquake observation are installed. Even in this case, it is possible to cope with the problem by simply changing the program incorporated in the
(第2の実施形態)
図3〜図5は、本発明の構造物における地震および風の観測システムの第2の実施形態を示すもので、図1〜図3に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
図4に示すように、この観測システムにおいては、地震時や強風時における高層建物(構造物)1の挙動を観測するために、建物1の頂部(上層階)2dに、水平方向の振動を検出する上記振動センサー3dと、上下方向の振動を検出する振動センサー3eが設置されている。
(Second Embodiment)
3 to 5 show a second embodiment of the earthquake and wind observation system in the structure of the present invention. The same components as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. The explanation will be simplified.
As shown in FIG. 4, in this observation system, in order to observe the behavior of a high-rise building (structure) 1 during an earthquake or a strong wind, horizontal vibration is applied to the top (upper floor) 2d of the building 1. The vibration sensor 3d that detects the vibration and the vibration sensor 3e that detects vibration in the vertical direction are installed.
次に、図5および図3に基づいて、上記制御プログラム11の構成を、その作用とともに説明する。
先ず、図5に示すように、この制御プログラムは、プログラム9によって算出された100Hzデータ(地震観測仕様のデータ)における頂部2dの上下(Z)方向の振動の最大値が、予め設定されている頂部2dにおける地震動による上下(Z)方向の上記閾値α1以上である場合に、当該10分間に観測された振動が地震に起因するものと判断して、この100Hzデータを地震データとして記憶媒体8に保存する。
Next, based on FIG. 5 and FIG. 3, the structure of the said
First, as shown in FIG. 5, in this control program, the maximum value of the vibration in the vertical (Z) direction of the top 2d in the 100 Hz data (earthquake observation specification data) calculated by the
他方、100Hzデータにおける頂部2dのZ方向の振動の最大値が、いずれも上記第1の閾値α1未満である場合には、前の10分間が地震データであったか否かを判断し、当該前の10分間が地震データではなかった場合に、さらに図3に示したものと同様の強風判定を行う。そして、その10Hzデータ(風観測仕様のデータ)における頂部2dの水平(X−Y)方向の最大値が、風振動による上記閾値α4以上である場合に、当該10分間に観測された振動が風に起因するものと判断して、この10Hzデータを風データとして記憶媒体8に保存する。
On the other hand, when the maximum value of the vibration in the Z direction of the top 2d in the 100 Hz data is less than the first threshold value α 1, it is determined whether or not the previous 10 minutes was earthquake data, If the 10 minutes are not earthquake data, a strong wind determination similar to that shown in FIG. 3 is performed. When the maximum value in the horizontal (XY) direction of the top 2d in the 10 Hz data (wind observation specification data) is equal to or greater than the threshold value α 4 due to wind vibration, the vibration observed during the 10 minutes is It is determined that it is caused by the wind, and the 10 Hz data is stored in the
また、同様に、この制御プログラムにおいても、図5に示すように、前の10分間が地震データであったか否かを判断して、地震データであった場合には、上記10分間の100Hzデータを参酌し、その頂部2dのZ方向の振動の最大値が、上記閾値α2以上である場合に、地震が継続しているものとして、当該10分間の100Hzデータを地震データとして保存する。 Similarly, also in this control program, as shown in FIG. 5, it is determined whether or not the previous 10 minutes was earthquake data. consideration to the maximum value of the vibration in the Z direction of the apex 2d is the case where the threshold value alpha 2 or more, as the earthquake continues to store 100Hz data of the 10 minutes as the seismic data.
さらに、上記10分間の100Hzデータにおける頂部2dのX―Y方向の振動の最大値が、上記頂部2dの地震振動による上記閾値α3以上である場合には、上記地震の後揺れであると判断して、同様に当該10分間の100Hzデータを地震データとして保存する。
Furthermore, determines the maximum value of the vibration of the X-Y direction top 2d at 100Hz data of the 10 minutes, when it is above the threshold value alpha 3 or by earthquakes vibration of the
以上の判断に加えて、この制御プログラムにおいても、上記の結果、地震が発生していると判断された場合にも、図3に示した第1の実施形態と同様に、同時に強風の観測記録が含まれているか否かの判断を行っている。 In addition to the above determination, even in this control program, even if it is determined that an earthquake has occurred as a result of the above, as in the first embodiment shown in FIG. Whether or not is included.
上記構成からなる地震および風の観測システムによれば、第1の実施形態に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、さらに高層建物1の頂部2dに設置した水平方向および上下方向の振動センサー3d、3eのみによって、当該高層建物1に発生した振動の要因を、高い精度で地震または強風であると判断して、地震データまたは風データとして別個に記憶媒体8に保存処理することができ、よってシステムの一層の簡易化を図ることができるという効果も得られる。
According to the earthquake and wind observation system having the above-described configuration, in addition to obtaining the same effects as those shown in the first embodiment, the horizontal direction and the vertical direction installed on the top 2d of the high-rise building 1 are also obtained. Only the direction vibration sensors 3d and 3e determine that the cause of the vibration generated in the high-rise building 1 is an earthquake or a strong wind with high accuracy, and separately store it in the
なお、上記実施形態においては、本発明に係る地震および風の観測システムを、高層建物1に設置した場合についてのみ説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、中低層建物、超高層建物あるいは塔などの様々な構造物に対しても、同様に適用することができる。 In the above-described embodiment, the earthquake and wind observation system according to the present invention has been described only for the case where it is installed in the high-rise building 1. However, the present invention is not limited to this, The present invention can be similarly applied to various structures such as a skyscraper or a tower.
高層建物等の構造物に生じた振動が、地震に起因するものか強風に起因するものかを判断して観測データとして蓄積するために利用可能である。 It can be used to determine whether vibrations generated in structures such as high-rise buildings are caused by earthquakes or strong winds and accumulate them as observation data.
1 高層建物(構造物)
2a 1階(下層階)
2d 頂部(上層階)
3a〜3e 振動センサー
4 A/D変換器
5 PC
6 ノイズ除去手段
7 リサンプリング手段
8 記憶媒体
9 地震仕様のデータ作成手段
10 風仕様のデータ作成手段
11 制御プログラム(制御手段)
1 High-rise building (structure)
2a 1st floor (lower floor)
2d Top (upper floor)
3a-3e Vibration sensor 4 A /
6 Noise removal means 7 Resampling means 8
Claims (6)
上記制御手段は、上記地震観測仕様のデータにおける上記統計値が、予め設定されている地震振動による第1の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が地震に起因するものと判断し、上記第1の閾値未満であって、かつ上記風観測仕様のデータにおける上記統計値が、予め設定されている風振動による第2の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が風に起因するものと判断することを特徴とする構造物における地震および風の観測システム。 A vibration sensor installed on the structure or ground, an A / D converter that converts the detection signal from the vibration sensor to digital data of earthquake observation specifications at the first sampling frequency, and conversion by this A / D converter Means for generating data of earthquake observation specifications for obtaining statistical values at regular intervals from the digital data of the vibration, and the digital data of the vibration converted by the A / D converter than the first sampling frequency. Re-sampling means to acquire at a low second sampling frequency, wind-specification data generating means to acquire statistical values at regular intervals from the vibration digital data generated by the resampling means, and these earthquake observations From the data of the specifications and wind observation specifications, determine whether the vibration observed by the vibration sensor is due to an earthquake or wind Te, and control means for each separately stored for as seismic data or wind data,
When the statistical value in the data of the earthquake observation specification is equal to or greater than a first threshold value due to the earthquake vibration set in advance, the vibration observed in the predetermined time is caused by an earthquake. And when the statistical value in the data of the wind observation specification is equal to or greater than a second threshold value due to wind vibration that is set in advance, it is observed at the predetermined time. A system for observing earthquakes and winds in structures, where it is determined that the vibrations are caused by wind.
かつ上記制御手段は、上記地震観測仕様のデータにおける上記下層階の振動の上記統計値が、予め設定されている上記下層階の上記第1の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が地震に起因するものと判断し、上記第1の閾値未満であって、かつ上記風観測仕様のデータにおける上記上層階の上記統計値が、予め設定されている上記上層階の上記第2の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が風に起因するものと判断することを特徴とする請求項1または2に記載の構造物における地震および風の観測システム。 The upper vibration sensor installed on the upper floor including the top of the structure, and the lower vibration sensor installed on the lower floor of the structure including the ground,
The control means is observed at the predetermined time when the statistical value of the vibration of the lower floor in the data of the earthquake observation specification is equal to or higher than the first threshold value of the lower floor set in advance. And the statistical value of the upper floor in the data of the wind observation specification is less than the first threshold, and the statistical value of the upper floor in the data of the wind observation specifications is set in advance. 3. The earthquake and wind observation system for a structure according to claim 1, wherein, when the threshold value is equal to or greater than 2, the vibration observed during the predetermined time is determined to be caused by wind.
かつ上記制御手段は、上記地震観測仕様のデータにおける上記上層階の上下方向の振動の上記統計値が、予め設定されている当該上層階の地震による上下方向の上記第1の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が地震に起因するものと判断し、上記第1の閾値未満であって、かつ上記風観測仕様のデータにおける上記上層階の水平方向の上記統計値が、予め設定されている上記上層階の水平方向の上記第2の閾値以上である場合に、上記一定時間に観測された振動が風に起因するものと判断することを特徴とする請求項1または2に記載の構造物における地震および風の観測システム。 A horizontal vibration sensor installed on an upper floor including the top of the structure, and a vertical vibration sensor;
And the control means has a case where the statistical value of the vertical vibration of the upper floor in the data of the earthquake observation specification is equal to or higher than the first threshold value in the vertical direction due to the earthquake of the upper floor set in advance. In addition, it is determined that the vibration observed in the certain time is caused by an earthquake, and the statistical value in the horizontal direction of the upper floor in the data of the wind observation specification that is less than the first threshold value is 3. The method according to claim 1, wherein the vibration observed during the predetermined time is determined to be caused by wind when the predetermined horizontal threshold value of the upper floor is equal to or greater than the second threshold value. Earthquake and wind observation system for structures described in 1.
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