JP2017194309A - 地震被害推定システム、地震被害推定システムを備えた構造物、及び地震被害推定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑制しつつ、地震被害の推定の精度向上を図る。【解決手段】地震による構造物の被害を推定する地震被害推定システムであって、構造物の下部に設置された第１地震計と、構造物の下部よりも上の部位に設置された第２地震計と、構造物の各部分に対応した構成要素を備えた構造解析モデルが、予め記憶された記憶部と、第１地震計によって計測された第１計測値を、構造解析モデルにおける構造体の下部に相当する位置に入力して第２地震計の設置場所に相当する位置における応答値を算出し、第１計測値及び第２地震計によって計測された第２計測値の相対関係と、第１計測値及び応答値の相対関係とから補正係数を算出し、第１計測値に対する構造解析モデルの構成要素の応答値と、補正係数とに基づいて、構成要素に対応する構造物の各部分の補正応答値を算出する応答計算部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の被害を推定する地震被害推定システム、地震被害推定システムを備えた構造物、及び地震被害推定プログラムに関する。

建物が大きな地震を受けた際に、建物に構造的被害が生じているかどうか、あるいは被害の程度はどの程度であるかといった被害の推定を、地震直後に行うことが求められる。これは、震災発生時の帰宅困難者対策として、地震直後にその建物に在館可能かを建物事業者等が判断することを行政が求めていることや、昨今ＢＣＰ（事業継続計画）的観点から、地震後にその建物が継続使用可能かどうかの推定が、建物の使用者や所有者の経済活動に大きく影響するためである。

この地震被害推定には、通常、建物の各所に、複数の加速度計などのセンサーを事前に取り付けておき、センサーで観測された建物応答に基づいて被害を推定する方法が採られる。

しかしながら、この方法では、建物の非常に多くの箇所にセンサーを設置しておく必要があり、コスト増を招く。

この問題を解決する方法として、特許文献１には、センサー数を低減可能な方法が開示されている。すなわち、建物の基礎部分にのみ設置した１台の地震計（加速度計、速度計など）の記録を用いて建物応答の数値計算を実施し、その計算結果に基づいて被害の推定を行うことが提案されている。

特許第５８３８５６１号公報

しかしながら、被害の計算に用いている構造解析モデルは実際の建物の挙動を完全に模擬することはできないため、計算結果と実建物の応答との間に多少なりとも乖離が生じるおそれがある。この乖離は、被害推定の結果の誤差として、システムの信頼度を低下させる要因となり得る。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その主な目的は、コストを抑制しつつ、地震被害の推定の精度向上を図ることにある。

かかる目的を達成するために本発明の地震被害推定システムは、地震による構造物の被害を推定する地震被害推定システムであって、前記構造物の下部に設置された第１地震計と、前記構造物の前記下部よりも上の部位に設置された第２地震計と、前記構造物の各部分に対応した構成要素を備えた構造解析モデルが、予め記憶された記憶部と、前記第１地震計によって計測された第１計測値を、前記構造解析モデルにおける前記構造物の前記下部に相当する位置に入力して前記第２地震計の設置場所に相当する位置における応答値を算出し、前記第１計測値及び前記第２地震計によって計測された第２計測値の相対関係と、前記第１計測値及び前記応答値の相対関係とから補正係数を算出し、前記第１計測値に対する前記構造解析モデルの前記構成要素の応答値と、前記補正係数とに基づいて、前記構成要素に対応する前記構造物の前記各部分の補正応答値を算出する応答計算部と、を備えたことを特徴とする。
このような地震被害推定システムによれば、コストを抑制しつつ、地震被害の推定の精度向上を図ることができる。

かかる地震被害推定システムであって、前記応答計算部は、前記構成要素に対応する前記構造物の前記各部分の補正応答値を、前記応答値と、前記補正係数と、前記構造物の構造特性に応じて個別に設定された前記各部分の個別補正係数と、に基づいて算出する、
ことが望ましい。
このような地震被害推定システムによれば、各部分の乖離度合いを補正することが可能となり、構造解析モデルと実建物の差異の不確定性を考慮することができる。

かかる地震被害推定システムであって、前記応答計算部は、前記各部分の震度を、前記各部分の補正応答値から算出される前記各部分の最大層間変形補正推定値と、前記各部分の層間変形に対応する層せん断力係数の関係と、前記各部分の重量とに基づいて算出することが望ましい。ここに、震度とは、構造物の一つの層に作用する地震時の水平力をその層の重量で除した値であり、機器の耐震設計において一般的に用いられるものである。
このような地震被害推定システムによれば、構造物が非線形状態になっても、正しい震度を推定することが可能である。

かかる地震被害推定システムであって、前記構成要素に対応する前記構造物の前記部分の損傷レベルと、前記補正応答値に基づいて判定する判定部と、前記判定部の判定結果を表示する表示部と、をさらに備えていることが望ましい。
このような地震被害推定システムによれば、表示部の表示を見れば、構造物のどの階層がどの程度危険なのかを容易に知ることができる。これにより、必要に応じた避難などの防災対策の判断に即時的に役立てることができる。

また、かかる目的を達成するために本発明の構造物は、上記の何れかに記載の地震被害推定システムを備えたことを特徴とする。

また、かかる目的を達成するために本発明のプログラムは、地震による構造物の被害をコンピュータに推定させるプログラムであって、前記構造物の下部に設置された第１地震計により計測された第１計測値を、前記構造物の各部分に対応した構成要素を備えた構造解析モデルにおける前記構造物の下部に相当する位置に入力して応答計算を行うことにより、前記構造解析モデルの前記構成要素の応答値を算出する応答計算ステップと、前記第１計測値及び前記構造物の前記下部よりも上の部位に設置された第２地震計により計測された第２計測値の相対関係と、前記第１計測値及び前記応答値の相対関係とから補正係数を算出する補正係数算出ステップと、前記第１計測値に対する前記構造解析モデルの前記構成要素の応答値と、前記補正係数とに基づいて、前記構成要素に対応する前記構造物の前記各部分の補正応答値を算出する補正応答値算出ステップと、を前記コンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、コストを抑制しつつ、地震被害の推定の精度向上を図ることができる。

本実施形態の地震被害推定システム２０の説明図である。 地震被害推定システム２０の全体構成図である。 被害判定基準データの一例である。 構造解析モデルの一例を示す図である。 地震被害推定システム２０が行う地震被害推定処理のフロー図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態における補正の概念を示す図である。 図７Ａは各層の層間変形と層せん断力との関係を示す図であり、図７Ｂは、各層の震度の推定についての概略説明図である。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜地震被害推定システム２０の構成について＞
図１は、本実施形態の地震被害推定システム２０の説明図である。
地震被害推定システム２０は、判定対象の建物１０（構造物に相当）設置される第１地震計２１及び第２地震計２２と、第１地震計２１及び第２地震計２２と通信可能に接続されたコンピュータ３０と、を有する。そして、地震直後に、コンピュータ３０は、当該地震時に第１地震計２１が計測した地震波の計測データ（計測値）を、この建物１０用の構造解析モデルに入力して周知の応答計算を実行し、当該応答計算によって応力や歪などの物理量を算出する。なお、以下の説明では、応答計算により算出された物理量のことを、単に「応答値」と言う。

また、本実施形態の地震被害推定システム２０は、後述するように、第２地震計２２が計測した地震波の計測テータを用いて応答値の補正を行なう。そして、補正後の応答値に基づいて建物１０の損傷レベルを判定して表示する。

以下、地震被害推定システム２０の各構成について説明する。図２は、地震被害推定システム２０の全体構成図である。

第１地震計２１及び第２地震計２２は、例えば、振動計測可能な加速度計や速度計、変位計などである。第１地震計２１は、図１に示すように、建物１０の下部１０ａに設置されている。第２地震計２２は、建物１０の下部１０ａよりも上層（上の部位に相当）に設置されている。より具体的には、第２地震計２２は、建物１０の屋上に設置されている。そして、第１地震計２１は、所定規模以上の地震の発生を加速度等により検知し、その検知の都度、振動の計測データを、第１地震計２１に付属のハードディスク装置等のデータ記録装置２１ａに記録する。また、第２地震計２２も同様に、所定規模以上の地震の発生を加速度等により検知し、その検知の都度、振動の計測データを、第２地震計２２に付属のハードディスク装置等のデータ記録装置２２ａに記録する。そして、第１地震計２１によって測定された振動の計測データは、以降、建物１０の下部１０ａに入力された地震波の計測データとして供される。また、第２地震計２２によって測定よって測定された振動の計測データは、以降、補正値を算出する際に用いられる。

ここで、第１地震計２１及び第２地震計２２は、建物１０に直接固定されている。よって、建物１０に入力される地震波を精度良く計測可能であり、その結果、前述の応答計算の精度向上を通して、損傷レベルの判定精度の向上を図れる。

なお、この精度向上の観点からは、望ましくは、当該第１地震計２１を、建物１０の下部１０ａのうちの地盤Ｇ以下の高さの部分１０ｂに設けると良い。そうすれば、地盤Ｇから建物１０に入力される地震波を、より正確に計測可能となる。

第１地震計２１を設置する上記「建物の下部１０ａ」の具体例としては、建物１０の最下階の床面や、地下ピットが有る場合には、地下ピットの床面等が挙げられる。なお、建物１０が地下階を有している場合には、前者の最下階の床面と言うのは、地下階の床面のことになる。また、第１地震計２１は、建物１０の屋内に設置されことが望ましいが、事情により屋内設置が困難な場合には、屋外に設置しても良い。但し、この場合にも、当該建物１０の外壁面等に一体的に固定されて、建物１０の下部１０ａの振動を直に計測可能になっているのは言うまでもない。

第２地震計２２は、本実施形態（図１）では建物１０の屋上に設置されている。ただし、これには限られず、建物１０において第１地震計２１の設置階よりも上の任意の階（部位）であればよい。例えば、最上階の床面に固定してもよいし、第１地震計２１の設置場所が建物１０の１階の床面の場合、２階の床面に設置してもよい。ただし、地震時の建物応答が上部階ほど大きいことから、誤差の小さい観測をするためには、なるべく上部の階（第１地震計２１から離れた位置）に設置することが効果的である。

また、本実施形態の地震被害の判定対象の構造物は、複数の階層を有する建物１０であるが、ここで、階層とは、例えば、屋上部を含み最下階の床を含まない床を一単位とする層のことであり、よって、階層の数とは、屋上部を含み最下階の床を含まない床の数のことである。例えば、地下階無しで地上６階建ての建物の場合には、上述の定義に該当する床は、２階から６階までの各床及び屋上部になるので、階層数は６ヶ（＝５ヶ＋１ヶ）となり、他方、地下２階地上６階建ての建物の場合には、上述の定義に該当する床は、地下１階の床、地上１階から６階までの各床、及び屋上部になるので、階層の数は８ヶ（＝１＋６＋１）となる。ちなみに、この定義による階層の数は、建物が有する階（地下階を含む）の数と同じである。例えば、階層の数が６ヶの前者は、６階建てであり、階層の数が８ヶの後者は、地下２階地上６階の計８階建てである。

コンピュータ３０は、例えば建物１０内に設置されている。このコンピュータ３０は、図２に示すように、演算処理部としてのＣＰＵ３２と、表示部としての液晶ディスプレイ等のモニタ３４と、記録部としてのハードディスク装置３６と、入力操作部としてのキーボードやマウス３８と、インターネット回線や専用回線等の通信ネットワーク４０に接続する通信インターフェース３９と、を有する。そして、ハードディスク装置３６に予め記録された各種プログラムをＣＰＵ３２が、付属のＲＡＭ上に読み出して実行することにより、コンピュータ３０は地震被害推定処理を行う。

ハードディスク装置３６には、この地震被害推定処理を統括する統括プログラムと、地震波の計測データ等を用いて建物１０の応答計算を行う応答計算プログラムと、応答計算により算出された応答値に基づいて建物１０の損傷レベルを判定する損傷レベル判定プログラムと、が予め記録されている。また、同ハードディスク装置３６には、この判定対象の建物１０を模擬した構造解析モデルも予め記録されている。

統括プログラムは、例えば、後述する図５のフロー図の手順通りに各処理が実行されるように、応答計算プログラムや損害レベル判定プログラム等のプログラムを起動したり、同図５のフローの進行に必要な適宜な処理（Ｓ５０の判定処理、Ｓ６０のモニタ３４への表示処理、Ｓ６５の遠方の通信端末５０への送信処理など）を行ったりするプログラムである。

応答計算プログラムは、構造解析モデルを用いて応答計算を行うプログラムである。すなわち、構造解析モデルに地震波の計測データを入力して当該モデルの各構成要素の応答値を、前述の応答計算に基づいて算出するプログラムである。なお、この応答計算プログラムを実行することによりＣＰＵ３２は、請求項の「応答計算部」として機能する。また、後述するように、ＣＰＵ３２は、応答値に基づいて補正値も算出し応答値を補正する。

損傷レベル判定プログラムは、上述の応答計算を介して構造解析モデルの構成要素毎に算出された応答値（補正後の応答値）を、被害判定基準データと比較・照合することにより、各構成要素の損傷レベルを判定するプログラムである。被害判定基準データは、例えば、ハードディスク装置３６に予め記録されている。図３は、被害判定基準データの一例である。この例では、応答値の閾値で区画された三つの各範囲に対応付けて、「安全」、「要注意」、及び「危険」のレベルが関連付けられている。また、かかる被害判定基準データは、例えば構成要素毎に用意されている。

よって、損傷レベル判定プログラムは、構成要素毎に、その構成要素の応答値が含まれる範囲のレベルを、対応する被害判定基準データから取得する。例えば、ある構成要素について算出された応答値が「２．５」の場合には、被害判定基準データ上では「要注意」が対応しているので、損傷レベル判定プログラムは「要注意」のデータを取得することになる。そして、この取得を、構成要素毎に行い、そして全ての構成要素について、上記三段階のレベルのうちの一つを対応付けることにより、損傷レベルの推定結果が作成される。なお、この損傷レベル判定プログラムを実行することによりＣＰＵ３２は、請求項の「判定部」として機能する。

＜構造解析モデルについて＞
本実施形態では、構造解析モデルとして、所謂一本棒モデルで建物１０を模擬したモデルが、ハードディスク装置３６内に予め用意されている。

図４は、構造解析モデルの一例を示す図である。図に示すように、この例では、建物１０の各階層をそれぞれ１つの質点に集約して各構成要素としている。この場合、各質点の重量は、建物１０の床を中心とした１層分を一つの質点に集約して算出される。すなわち、その階層のすべての梁、床スラブの重量、及びその階層の上下に位置する柱の重量の半分、さらに床積載荷重を合算したものとなる。

また、隣り合う質点同士は、剛性要素（復元力要素）や、エネルギー吸収を表現した減衰要素などで連結されているものとし、これら剛性要素や減衰要素の各値は、各階床間をつなぐ全ての構造部材（柱や壁）の力学特性を反映して予め求められており、そして簡易モデルの一部として予め設定されている。

各質点は、少なくとも１つの水平方向（１自由度）に変形することを想定してモデル化されることを基本とするが、場合によっては、質点の回転も考慮したモデル（１質点あたり２自由度）としても良い。

上述たようなモデルは、単純であり、応答計算を短時間で終えることができて即時性に富んでいる。更に簡易なモデルとして、複数の階層を１つの質点に集約しても良く、その場合には、建物１０の階層の数よりも少ない数の質点でモデル化していると言うこともできる。

＜地震被害推定システム２０の動作について＞
図５は、地震被害推定システム２０が行う地震被害推定処理のフロー図である。以下、このフロー図を参照しながら、地震被害推定システム２０の動作について説明する。

まず、第１地震計２１及び第２地震計２２は、常時、振動計測している。そして、地震が発生したか否かは、例えば、各地震計（第１地震計２１及び第２地震計２２）に予め加速度等で設定されたトリガーレベルに基づいて自動判定する。すなわち、計測された振動が、トリガーレベルを超えていると判定した場合には、各地震計（第１地震計２１及び第２地震計２２）は、振動の計測データを、地震波の計測データとして、付属のデータ記録装置２１ａ、２２ａにそれぞれ記録する。
また、これと同時並行して、第１地震計２１及び第２地震計２２は、前述のコンピュータ３０に地震が発生したことを示す通知データを送信する。これにより、図７のステップＳ１０において地震発生の検知待ち状態のコンピュータ３０のＣＰＵ３２は、地震の発生を検知する。

なお、この通知データの送信に代えて、コンピュータ３０が、第１地震計２１の上記データ記録装置２１ａの所定の記録領域を常時監視することで、コンピュータ３０が地震の発生を検知するようにしても良い（Ｓ１０）。

地震の発生を検知したコンピュータ３０のＣＰＵ３２は、統括プログラムに基づいて図５のフロー図中のステップＳ２０〜ステップＳ６５の処理を順次に行っていく。
最初に、ＣＰＵ３２は、建物１０の地震被害の判定を行うべく、応答計算プログラムを起動する。そして、前述した構造解析モデルと、第１地震計２１の地震波の計測データ（第１計測値に相当）とを用いて応答計算を行なう。すなわち、第１地震計２１の地震波の計測データを構造解析モデルの下部１０ａに相当する位置に入力して応答計算を行う。これにより、構造解析モデルの各構成要素に対応する建物１０の各層の応答値を算出する（Ｓ２０）。

また、ＣＰＵ３２は、第１地震計２１の計測データ（第１計測値に相当）と、第２地震計２２の計測データ（第２計測値に相当）と、応答値とを用いて補正係数（後述する倍率α）を算出する（Ｓ３０）。そして、当該補正係数を用いて、建物１０の各層の応答値を補正した補正応答値（後述する最大変形推定値Ｄestや各層最大層間変形補正推定値ＲＤest）を算出する（Ｓ４０）。なお、補正の詳細については後述する。

次に、ＣＰＵ３２は判定プログラムを起動する。そして、各補正応答値を、被害判定基準データと比較して、構成要素毎に、補正応答値に対応する損傷レベルを取得する。そして、各構成要素を、対応する建物１０の部分の名称に変更し、これを損傷レベルの判定結果とする（Ｓ５０）。例えば、図４の構造解析モデルでは、各構成要素に対応する建物１０の部分が、建物１０の各階層に相当しているので、この判定結果には、階層毎に損傷レベルが示される。

その後、ＣＰＵ３２は、建物１０内のモニタ３４に、上記損傷レベルの判定結果を表示する（Ｓ６０）。また、これと同時並行して、通信インターフェース３９を用いて、この判定結果のデータを、予め設定された遠隔地の専門家の通信端末５０，５０…へ送信する（Ｓ６５）。

ここで、上述したことから明らかなように、モニタ３４には、建物１０の階層毎に損傷レベルが表示される。また、前述したように損傷レベルは、「安全」、「要注意」、及び「危険」の三段階で表示される。よって、モニタ３４に表示された損傷レベルを見れば、非専門家である建物１０の使用者や所有者等であっても、建物１０のどの階層がどの程度危険なのかを容易に知ることができて、結果、必要に応じた避難などの防災対策の判断に即時的に役立てることができる。

そして、モニタ３４への表示（Ｓ６０）の後、前述のステップＳ１０へ戻って、地震の発生の検知待ち状態（待機状態）となる。

＜補正について＞
建物１０の各所（各層）に、複数の地震計を事前に取り付けておき、地震計で観測された建物応答に基づいて被害を推定する場合、建物１０の多くの箇所に地震計を設置しておく必要があり、コスト増を招く。特に、建物１０が高層になるほどコストが増大する。

また、仮に、第１地震計２１のみの記録を用いて建物応答の数値計算を実施し、その計算結果に基づいて各層の被害の推定を行う場合、構造解析モデルは実際の建物の挙動を完全に模擬することはできないため、計算結果と実建物の応答との間に乖離が生じるおそれがある。
そこで、本実施形態では、第２地震計２２の記録を用いて補正を行うようにしている。

図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態における補正の概念を示す図である。なお、ここでは、図の地盤Ｇの位置（下部１０ａに相当する位置）に第１地震計２１が設置され、ｍ層の位置に第２地震計２２が設置されていることとする。

本実施形態の構造解析モデルでは、図６Ａに示すように、基礎部（地盤Ｇ）と上部各階間の相対最大変形（以下、各層最大変形計算値ともいう）及び各階（各層）の最大層間変形を計算する。ここで、ｉ層（１≦ｉ≦ｎ：ｎは建物階数）の最大変形計算値をＤcal_iとし、ｉ層（１≦ｉ≦ｎ：ｎは建物階数）の最大層間変形値をＲＤcal_iとする。

第１地震計２１及び第２地震計２２で得られた測定結果からは、各観測位置における最大変形を求めることが可能であり、この両者の差をとることで地盤Ｇ（下部１０ａに相当）とｍ階間の相対変形を測定することが可能である。この相対変形のことをｍ層最大変形観測値（Ｄobs_m）とする、すなわち、Ｄobs_mは、第１地震計２１の計測値（図のｙ）及び第２地震計２２の計測値の相対関係に相当する。

この値と、前述の構造解析モデルにより得られたｍ層最大変形計算値Ｄcal_mとの間にα倍の差がある場合、
Ｄobs_m＝α×Ｄcal_m ・・・・・(式１)
となり、倍率α（補正係数に相当）は、式１よりＤobs_m／Ｄcal_mで求められる。なお、Ｄcal_mは、第１地震計２１の計測値（図のｙ）及び当該計測値に対して構造解析モデルで算出されたｍ層の変形量（応答値）との相対関係に相当する。

この倍率αを用いて前述の構造解析モデルにより各層の最大変形計算値Ｄcal_iを補正することができる。

例えば、図６Ｂにおいてｉ層の最大変形推定値Ｄest_i（補正応答値に相当）は、
Ｄest_i＝α×Ｄcal_i ・・・・・(式１´)
となる。

また、この倍率αを用いて前述の構造解析モデルにより各層の最大層間変形ＲＤcal_iを補正することができる。なお、本実施形態では、倍率αに加え、さらに建物１０の構造特性等に合せて、各層毎に個別に補正係数β_i（個別補正係数に相当）を事前に設定している。例えば、図６Ｂの各層最大層間変形補正推定値ＲＤest_iは、補正係数β_iを用いて、
ＲＤest_i＝α×β_i×ＲＤcal_i ・・・・・(式２)
となる。この式２により、各層の最大層間変形補正推定値を求めることができる。

ここで、β_m＝１とすれば（すなわちβを設定しなければ）、ｍ層の観測位置における最大変形（Ｄobs_m）は、計算結果（Ｄcal_m）と一致することになるが、各層の層間変形については、計算結果と実建物応答との乖離が残るおそれがある。これは構造解析モデルと実建物との差異の不確定性等によるものである。

これに対し、本実施形態のようにβ_iを導入することで、各層の乖離度合いを補正することが可能となり、構造解析モデルと実建物の差異の不確定性を考慮した被害度推定方法を実現することが可能となる。

上記の式におけるβの設定方法はいろいろな方法が考えられる。以下にβの設定方法の一例を示すが、これに限られるものではない。

（βの設定方法）
補正係数βの設定方法として、例えば、地震層せん断力係数の建物の高さ方向の分布Ａｉ（建築基準法施行令第88条）を用いる手法が考えられる。このとき、ｉ階のＡｉは、次の式３で与えられる。

式３のαｉは、最上階からｉ階までの重量の和を地上部分の全重量で割った値であり、式４で与えられる。

また、式３のＴは、設計用１次固有周期であり、次式で与えられる。

建物の最適せん断力係数の分布をＡｉ分布に設定し、Ａｉ値と対象建物の降伏せん断力係数ｑｉとの乖離を損傷集中係数ｐｉで定義する。

式６のｑｉは、ｉ階の降伏せん断力係数であり、式７で与えられる。

ｉ階の補正係数βｉは、地震計の計測階の損傷集中係数ｐに対する非計測階の損傷集中係数ｐの比率で定義する。例えば、地震計の計測階が最上階Ｎ階のとき、ｉ階の補正係数βｉは次の式８で与えられる。

このようにして補正係数βｉを設定することができる。

以上、説明したように、本実施形態の地震被害推定システム２０は、建物１０の下部１０ａに設置された第１地震計２１と、構物１の上部（ｍ層：図１では屋上）に設置された第２地震計２２と、コンピュータ３０を備えている。コンピュータ３０には、建物１０の各層に対応した構成要素を備えた構造解析モデルが予め記録されたハードディスク装置３６と、応答計算などの演算処理を行うＣＰＵ３２を備えている。

そしてＣＰＵ３２は、第１地震計２１によって計測された計測データを、構造解析モデルにおける建物１０の下部１０ａに相当する位置に入力して第２地震計２２の設置場所に相当する位置（ｍ層の位置）における変形量（応答値）を算出し、第１地震計２１の計測データと第２地震計２２の計測データの相対関係（Ｄobs_m）と、第１地震計２１の計測データとｍ層の変形量（応答値）の相対関係（Ｄcal_m）とから倍率αを算出し、構造解析モデルの構成要素の応答値と、倍率αとに基づいて、構成要素に対応する建物１０の各層の最大変形推定値Ｄestや各層最大層間変形補正推定値ＲＤest_iを算出している。

これにより、２つの地震計（第１地震計２１、第２地震計２２）のみを用いて、構造解析モデルによる応答値と実際の建物１０の応答値との乖離を補正することができ、建物１０の地震被害を精度よく推定することができる。よって、コストを抑制しつつ、地震被害の推定の精度向上を図ることができる
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第１実施形態では各層の最大層間変形に基づいて建物の被害を推定していたが、建屋内に存在する各種機器については、耐震設計において設計震度（以下、震度ともいう）が指標として用いられる。前述したように、震度とは、構造物の一つの層に作用する地震時の水平力をその層の重量で除した値であり、機器の耐震設計において一般的に用いられるものである。そこで、第２実施形態では震度を推定する。なお、建物１０及び地震被害推定システム２０（第１地震計２１、第２地震計２２、コンピュータ３０等）の構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

建物１０内の各種機器の重量をＷ、震度をＫＳとすると、各種機器に作用する水平外力Ｐは、
Ｐ＝ＫＳ×Ｗ ・・・（式９）
となる。第２実施形態では、地震被害推定システム２０のＣＰＵ３２は、第１地震計２１及び第２地震計２２による観測結果と、構造解析モデルによって推定された層間変形から各層の震度の推定を行う。

まず、第１実施形態と同様の方法により、各層の最大層間変形補正推定値ＲＤest_iを求める。なお、第２実施形態の構造解析モデルでは、各層の層間変形と層せん断力との関係が定義されている。

図７Ａは各層の層間変形と層せん断力との関係の一例を示す図である。図７Ｂは、各層の震度の推定の説明図である。

この図７Ａの層間変形−層せん断力関係を用いれば、上記で求められた最大層間変形補正推定値ＲＤest_iから各層の層せん断力係数ｑest_iを求めることが可能である。すなわち、
となる。なお、１≦ｉ≦ｎ（ｎは建物階数）であり、式１０の分子のf_i（ＲＤest_i）は、図７Ａの各層層間変形−層せん断力関係である。また、Ｗｉは各層重量である。

こうして推定された層せん断力係数ｑest_iとモデルで用いられている各層の重量から各層の震度を推定することが可能である。例えば、図７Ｂにおいてｉ層の震度ＫＳ_i（各層震度）は、
となる。

こうして、構造解析モデルを介して、最大層間変形と整合した各層震度分布推定を求めることが可能となる。

もし仮に、第１地震計２１のみの測定結果を用いて解析した場合、建物１０が大きな地震動を受けて非線形状態になると正しい震度（加速度）を推定することが困難である。これに対し、本実施形態によれば、建物１０が非線形状態になっても、正しい震度を推定することが可能である。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

前述の実施形態では、主に地震被害推定システム２０について説明したが、上述の説明には、同地震被害推定システム２０の本体をなすコンピュータ３０に地震被害推定処理を実行させるプログラムの内容も開示されているのは言うまでもない。すなわち、かかるプログラムとして、統括プログラム、応答計算プログラム、及び判定プログラムが示されている。なお、これらのプログラムや、構造解析モデルは、コンピュータ３０のハードディスク装置３６に予め記録されている旨を前述したが、かかるプログラムやモデルの頒布は、これらプログラム等をＤＶＤ−ＲＯＭ等の適宜なデータ記録媒体に記録してデータ記録媒体を流通メディアとして行っても良い。なお、その場合には、コンピュータ３０に付属するデータ読み取り装置により、データ記録媒体から上記プログラム等を読み取ってコンピュータ３０にインストールすることになるが、更に言えば、かかる頒布は、インターネット等の通信ネットワーク４０を介して他のコンピュータからダウンロードすることにより行っても良い。

また、前述の実施形態では、地震被害の推定対象の構造物の一例として建物１０を例示したが、これに限るものではなく、例えば、橋脚や高架橋などの土木構造物に適用しても良い。

また、前述の実施形態では、第１地震計２１付属のデータ記録装置２１ａと、第２地震計２２付属のデータ記録装置２２ａと、コンピュータ３０のハードディスク装置３６とを別個に有していたが、これに限るものではない。例えば、コンピュータ３０のハードディスク装置３６に、第１地震計２１及び第２地震計２２で計測された振動の計測データを記録しても良い。

また、前述の実施形態では、地震被害の判定結果を三段階の損傷レベルで示していたが、これに限るものではなく、二段階でも良いし、四段階以上でも良い。

また、前述の実施形態（図１）では、第１地震計２１及び第２地震計２２は、コンピュータ３０と有線接続されていたが、無線により通信可能に接続されていてもよい。

また、前述の実施形態では、構造解析モデルは建物１０の一つの階を一つの質点としてモデル化していたが、これに限るものではない。例えば、建物１０の柱梁などの部材まで詳細にモデル化してもよい。この場合、部材単位での被害判定が可能となる。

１０ 建物（構造物）、
１０ａ 下部、１０ｂ 建物の下部のうちで地盤Ｇの表面以下の部分、
２０ 地震被害推定システム、
２１ 第１地震計、２１ａ データ記録装置、
２２ 第２地震計、２２ａ データ記録装置、
３０ コンピュータ、３２ ＣＰＵ（応答計算部）、３４ モニタ（表示部）、
３６ ハードディスク装置（記録部）、３８ キーボードやマウス（入力操作部）、
３９ 通信インターフェース、
４０ 通信ネットワーク、５０ 通信端末、
Ｇ 地盤

Claims (6)

1. 地震による構造物の被害を推定する地震被害推定システムであって、
   前記構造物の下部に設置された第１地震計と、
   前記構造物の前記下部よりも上の部位に設置された第２地震計と、
   前記構造物の各部分に対応した構成要素を備えた構造解析モデルが、予め記憶された記憶部と、
   前記第１地震計によって計測された第１計測値を、前記構造解析モデルにおける前記構造物の前記下部に相当する位置に入力して前記第２地震計の設置場所に相当する位置における応答値を算出し、前記第１計測値及び前記第２地震計によって計測された第２計測値の相対関係と、前記第１計測値及び前記応答値の相対関係とから補正係数を算出し、前記第１計測値に対する前記構造解析モデルの前記構成要素の応答値と、前記補正係数とに基づいて、前記構成要素に対応する前記構造物の前記各部分の補正応答値を算出する応答計算部と、
   を備えたことを特徴とする地震被害推定システム。
2. 請求項１に記載の地震被害推定システムであって、
   前記応答計算部は、前記構成要素に対応する前記構造物の前記各部分の補正応答値を、前記応答値と、前記補正係数と、前記構造物の構造特性に応じて個別に設定された前記各部分の個別補正係数と、に基づいて算出する、
   ことを特徴とする地震被害推定システム。
3. 請求項１又は２に記載の地震被害推定システムであって、
   前記応答計算部は、前記各部分の震度を、前記各部分の補正応答値から算出される前記各部分の最大層間変形補正推定値と、前記各部分の層間変形に対応する層せん断力係数の関係と、前記各部分の重量とに基づいて算出する、
   ことを特徴とする地震被害推定システム。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の地震被害推定システムであって、
   前記構成要素に対応する前記構造物の前記部分の損傷レベルと、前記補正応答値に基づいて判定する判定部と、
   前記判定部の判定結果を表示する表示部と、
   をさらに備えたことを特徴とする地震被害推定システム。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の地震被害推定システムを備えた構造物。
6. 地震による構造物の被害をコンピュータに推定させるプログラムであって、
   前記構造物の下部に設置された第１地震計により計測された第１計測値を、前記構造物の各部分に対応した構成要素を備えた構造解析モデルにおける前記構造物の下部に相当する位置に入力して応答計算を行うことにより、前記構造解析モデルの前記構成要素の応答値を算出する応答計算ステップと、
   前記第１計測値及び前記構造物の前記下部よりも上の部位に設置された第２地震計により計測された第２計測値の相対関係と、前記第１計測値及び前記応答値の相対関係とから補正係数を算出する補正係数算出ステップと、
   前記第１計測値に対する前記構造解析モデルの前記構成要素の応答値と、前記補正係数とに基づいて、前記構成要素に対応する前記構造物の前記各部分の補正応答値を算出する補正応答値算出ステップと、
   を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。