JP2020106524A - Building soundness monitoring system - Google Patents

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Abstract

To provide a building soundness monitoring system capable of estimating, in detail, a structural performance of a building after an earthquake.SOLUTION: A building soundness monitoring system 1 includes: a wireless accelerometer 12 that is installed on a tier of the position of the equivalent height in a one-mass system vibration model simulating a building 10, and acquires earthquake information; an arithmetic processing unit 21 for calculating an interlayer deformation angle, which is a relative displacement amount to the ground motion at the position of the equivalent height, using the earthquake information: a seismic intensity calculation unit 22 for calculating the seismic intensity at a building address on the basis of the earthquake information: a structural performance index estimation unit 23 for estimating the disaster degree of the building 10 after the earthquake by compering the interlayer deformation angle to the ground motion with a predetermined threshold; and a display unit 31 for displaying the seismic intensity at the building address and the disaster degree of the building.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、建物の構造性能を推定する健全性モニタリングシステムに関する。 The present invention relates to a health monitoring system that estimates the structural performance of a building.

地震発生後に、建物を直接目視しなくとも、建物の被災度合い等の、建物の構造性能すなわち健全性を把握することができる建物の健全性モニタリングシステムが、種々提案されている。
例えば特許文献1には、建物の観測層に配置され、地震の震度や地震により地盤から建物に印加される振動の加速度を検出するセンサと、センサで得られた応答情報に基づき、建物の固有周期に対応する必要せん断力係数を求め、建物の健全性の判定を行う健全性判定部と、を備え、その判定結果を示す情報を、ユーザの端末に送信する構成が開示されている。
特許文献1に開示されたような構成では、建物に設けられたセンサで、震度や加速度の絶対値を検出している。しかし、建物の健全性を正確に評価するには、建物が地震によりどの程度の変形を生じたのかを、より高精度に把握することが望まれる。
Various building health monitoring systems have been proposed that can grasp the structural performance of a building, that is, the soundness of the building, such as the degree of damage to the building without directly observing the building after an earthquake.
For example, in Patent Document 1, a sensor that is arranged in an observation layer of a building and detects the seismic intensity of the earthquake and the acceleration of vibration applied to the building from the ground due to the earthquake, and the characteristic of the building based on response information obtained by the sensor There is disclosed a configuration that includes a soundness determination unit that determines a necessary shear force coefficient corresponding to a cycle and determines the soundness of a building, and transmits information indicating the determination result to a user terminal.
In the configuration as disclosed in Patent Document 1, the sensor provided in the building detects the absolute value of seismic intensity or acceleration. However, in order to accurately evaluate the soundness of a building, it is desirable to grasp with high accuracy how much the building has been deformed by the earthquake.

また、特許文献2には、構造物が地震などで振動するときの加速度および構造物の傾き等を検出するセンサ装置が構造物に設置され、センサ装置で検出された加速度データに基づいて、センサ装置が設けられた階層の変位を算出し、構造物の構造性能を診断する構成が開示されている。
特許文献2に開示されたような構成では、建物に設けられたセンサ装置で、加速度や構造物の傾き等の絶対値を検出している。この場合も、建物の健全性を正確に評価するには、建物が地震によりどの程度の変形を生じたのかを、より高精度に把握することが望まれる。
また、特許文献3には、地震によって構造物に生じる加速度を検出し、検出された加速度に基づいて構造物の層間変形角を計算し、得られた層間変形角に基づいて、構造物の構造性能を診断する構成が開示されている。
特許文献3に開示されたような構成では、構造物に生じる加速度の絶対値を検出している。この場合も、建物の健全性を正確に評価するには、建物が地震によりどの程度の変形を生じたのかを、より高精度に把握することが望まれる。
Further, in Patent Document 2, a sensor device that detects an acceleration when the structure vibrates due to an earthquake or the like and a tilt of the structure is installed in the structure, and a sensor based on acceleration data detected by the sensor device. A configuration is disclosed in which the displacement of a floor provided with a device is calculated and the structural performance of a structure is diagnosed.
In the configuration as disclosed in Patent Document 2, the sensor device provided in the building detects the absolute value of the acceleration, the inclination of the structure, or the like. In this case as well, in order to accurately evaluate the soundness of the building, it is desired to more accurately grasp the degree of deformation of the building caused by the earthquake.
Further, in Patent Document 3, an acceleration generated in a structure due to an earthquake is detected, an interlayer deformation angle of the structure is calculated based on the detected acceleration, and a structure of the structure is calculated based on the obtained interlayer deformation angle. A configuration for diagnosing performance is disclosed.
With the configuration disclosed in Patent Document 3, the absolute value of the acceleration generated in the structure is detected. In this case as well, in order to accurately evaluate the soundness of the building, it is desired to more accurately grasp the degree of deformation of the building caused by the earthquake.

特開2016−75583号公報JP, 2016-75583, A 特開2017−167883号公報JP, 2017-167883, A 特開2018−59718号公報JP, 2008-59718, A

本発明が解決しようとする課題は、地震後の建物の構造性能を詳細に推定可能な、建物の健全性モニタリングシステムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a building soundness monitoring system capable of estimating the structural performance of a building after an earthquake in detail.

本発明者らは、地震発生後の建物の被災度推定システムとして、建物上部に設置した無線式加速度計または無線式ひずみ計で計測された地震情報を用いて、建物に生じた最大層間変位を算出し、当該最大層間変位から建物の被災度を推定することで、地震後の建物の構造性能を詳細に推定可能な点に着眼して、本発明に至った。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明の建物の健全性モニタリングシステムは、地震発生後の建物の健全性を把握する、建物の健全性モニタリングシステムであって、前記建物を模擬した1質点系振動モデルにおける等価高さに相当する第1の階層に設置されて地震情報を取得する、無線式加速度計または無線式ひずみ計と、前記地震情報を用いて、前記第1の階層における地動に対する相対変位量である第1の層間変形角を算出する演算処理部と、前記地震情報を基に建物所在地の震度を算出する震度算出部と、前記地動に対する第1の層間変形角と所定の閾値とを比較して、地震後の建物の被災度を推定する構造性能指標推定部と、前記建物所在地の前記震度、及び前記建物の被災度を表示する表示部と、を含むことを特徴とする。
このような構成によれば、無線式加速度計または無線式ひずみ計により、建物を模擬した1質点系振動モデルにおける等価高さの位置に相当する第1の階層において、地震発生時に生じた加速度又は歪みの地震情報を取得できる。演算処理部では、取得された地震情報を用いて、第1の階層における、地動に対する第1の層間変形角が算出される。このように、建物に生じた加速度の絶対値ではなく、地動に対する第1の層間変形角に基づいて、建物の地震後の被災度合いを示す構造性能指標を推定することで、地震後の建物の構造性能を、より詳細に推定することができる。さらに、推定された構造性能指標が表示部に表示されることで、表示を確認したユーザは、建物の被災度合いすなわち構造性能を、より詳細に把握することが可能となる。
さらに、地震情報(加速度又は歪み)に基づいて、建物が建てられている個々の建物所在地での震度を算出し、算出された震度を表示することで、表示を確認したユーザは、建物が設けられた地域全般の震度ではなく、建物に入力された地震荷重を、より詳細に把握することが可能となる。
したがって、地震後の建物の構造性能を詳細に推定可能な、建物の健全性モニタリングシステムを提供することができる。
The present inventors used the earthquake information measured by a wireless accelerometer or a wireless strain gauge installed at the upper part of the building as a damage level estimation system for the building after the occurrence of the earthquake to determine the maximum interlayer displacement generated in the building. The present invention has been accomplished by focusing on the point that the structural performance of a building after an earthquake can be estimated in detail by calculating and estimating the damage level of the building from the maximum interlayer displacement.
The present invention adopts the following means in order to solve the above problems. That is, the building soundness monitoring system of the present invention is a building soundness monitoring system for grasping the soundness of a building after an earthquake occurs, and is equivalent to the equivalent height in a one-mass system vibration model simulating the building. A wireless accelerometer or a wireless strain gauge that is installed in the corresponding first layer to acquire earthquake information, and a relative displacement amount with respect to ground motion in the first layer using the earthquake information. After the earthquake, the arithmetic processing unit that calculates the interlayer deformation angle, the seismic intensity calculation unit that calculates the seismic intensity of the building location based on the earthquake information, and the first interlayer deformation angle for the ground motion and a predetermined threshold value are compared. And a display unit that displays the seismic intensity of the building location and the damage level of the building.
According to such a configuration, the acceleration generated at the occurrence of an earthquake or You can get the earthquake information of the strain. The arithmetic processing unit uses the acquired earthquake information to calculate the first interlayer deformation angle with respect to the ground motion in the first layer. In this way, by estimating the structural performance index indicating the damage level of the building after the earthquake based on the first interlayer deformation angle with respect to the ground motion, not the absolute value of the acceleration generated in the building, Structural performance can be estimated in more detail. Further, by displaying the estimated structural performance index on the display unit, the user who confirms the display can grasp the damage level of the building, that is, the structural performance in more detail.
Furthermore, based on the earthquake information (acceleration or strain), the seismic intensity at each building location where the building is built is calculated, and the calculated seismic intensity is displayed, so that the user who confirms the display can confirm that the building is installed. It is possible to grasp the seismic load input to the building in more detail rather than the seismic intensity of the entire area.
Therefore, it is possible to provide a building health monitoring system capable of estimating the structural performance of the building after the earthquake in detail.

本発明の建物の健全性モニタリングシステムは、地震発生後の建物の健全性を把握する、建物の健全性モニタリングシステムであって、前記建物を模擬した1質点系振動モデルにおける等価高さの位置に相当する第1の階層、及び当該第1の階層よりも下層の第2の階層の各々に設置されて地震情報を取得する、無線式加速度計または無線式ひずみ計と、前記地震情報を用いて、前記第1の階層、及び前記第2の階層における地動に対する相対変位量である第1の層間変形角と、第2の層間変形角を算出する演算処理部と、前記地震情報を基に建物所在地の震度を算出する震度算出部と、前記第1の層間変形角、及び前記第2の層間変形角のうち、大きい方の層間変形角と所定の閾値とを比較して、地震後の建物の被災度を推定する構造性能指標推定部と、前記建物所在地の前記震度、及び前記建物の被災度を表示する表示部と、を含むことを特徴とする。
このような構成によれば、無線式加速度計または無線式ひずみ計により、建物を模擬した1質点系振動モデルにおける等価高さの位置に相当する第1の階層と、第1の階層よりも下層の第2の階層とにおいて、地震発生時に生じた加速度又は歪みの地震情報を取得できる。演算処理部では、取得された地震情報を用いて、第1の階層、及び第2の階層における、地動に対する第1の層間変形角、及び第2の層間変形角が算出される。地動に対する第1の層間変形角、及び第2の層間変形角のうち、大きい方の層間変形角に基づいて、建物の地震後の被災度合いを示す構造性能指標を推定することで、地震後の建物の構造性能を、より一層、詳細に推定することができる。特に、建物の下層階で層間変形角が大きくなった場合に、第2の階層に設けた無線式加速度計または無線式ひずみ計で取得される地震情報を用いて算出される第2の層間変形角に基づいて、建物下層階における構造性能指標を推定することができる。さらに、推定された構造性能指標が表示部に表示されることで、表示を確認したユーザは、建物の被災度合いすなわち構造性能を、より詳細に把握することが可能となる。
さらに、地震情報(加速度又は歪み)に基づいて、建物が建てられている個々の建物所在地での震度を算出し、算出された震度を表示することで、表示を確認したユーザは、建物が設けられた地域全般の震度ではなく、建物に入力された地震荷重を、より詳細に把握することが可能となる。
したがって、地震後の建物の構造性能を詳細に推定可能な、建物の健全性モニタリングシステムを提供することができる。
The building soundness monitoring system of the present invention is a building soundness monitoring system for grasping the soundness of a building after the occurrence of an earthquake, and is located at an equivalent height position in a one-mass system vibration model simulating the building. A wireless accelerometer or a wireless strain gauge that is installed in each of the corresponding first layer and the second layer below the first layer to acquire earthquake information, and using the earthquake information , A first floor deformation angle that is a relative displacement amount to the ground motion in the first floor and the second floor, and an arithmetic processing unit that calculates a second floor deformation angle, and a building based on the earthquake information. The seismic intensity calculation unit that calculates the seismic intensity of the location is compared with the first inter-story deformation angle and the second inter-story deformation angle, whichever is larger, and a predetermined threshold value to compare the building after the earthquake. The structural performance index estimation unit that estimates the degree of damage of the building, and the display unit that displays the seismic intensity of the building location and the degree of damage of the building.
According to such a configuration, by the wireless accelerometer or the wireless strain gauge, the first layer corresponding to the position of the equivalent height in the one-mass system vibration model simulating the building, and the layer below the first layer It is possible to acquire the earthquake information of the acceleration or the strain generated at the time of the occurrence of the earthquake in the second hierarchy of. The arithmetic processing unit uses the acquired earthquake information to calculate the first interlayer deformation angle and the second interlayer deformation angle with respect to the ground motion in the first layer and the second layer. By estimating the structural performance index indicating the post-earthquake damage level of the building based on the larger one of the first story deformation angle and the second story deformation angle for the ground motion, The structural performance of a building can be estimated in even more detail. In particular, when the interlayer deformation angle becomes large on the lower floors of the building, the second interlayer deformation calculated using the earthquake information acquired by the wireless accelerometer or wireless strain gauge provided in the second floor The structural performance index in the lower floors of the building can be estimated based on the corners. Further, by displaying the estimated structural performance index on the display unit, the user who confirms the display can grasp the damage level of the building, that is, the structural performance in more detail.
Furthermore, based on the earthquake information (acceleration or strain), the seismic intensity at each building location where the building is built is calculated, and the calculated seismic intensity is displayed, so that the user who confirms the display can confirm that the building is installed. It is possible to grasp the seismic load input to the building in more detail rather than the seismic intensity of the entire area.
Therefore, it is possible to provide a building health monitoring system capable of estimating the structural performance of the building after the earthquake in detail.

本発明の一態様においては、本発明の建物の健全性モニタリングシステムでは、前記演算処理部が、前記第1の階層における変位波形と、当該第1の階層の応答倍率とを基に、当該第1の階層での前記第1の層間変形角を算出し、前記無線式加速度計または前記無線式ひずみ計が前記第2の階層にも設けられた場合においては、更に、前記第2の階層における変位波形と、当該第2の階層の応答倍率とを基に、当該第2の階層での前記第2の層間変形角を算出することを特徴とする。
このような構成によれば、無線式加速度計または無線式ひずみ計で取得された地震情報を用いて、第1の階層における、地動に対する相対変位量である層間変形角が算出される。また、無線式加速度計または無線式ひずみ計が第2の階層にも設けられた場合においては、更に、第2の階層での第2の層間変形角が算出される。これにより、建物周りの地盤や建物の基礎に加速度等を検出するためのセンサを設けることなく、地動に対する層間変形角を算出することが可能となり、建物の健全性モニタリングシステムの構築及び設置を容易に行うことが可能となる。
In one aspect of the present invention, in the soundness monitoring system for a building of the present invention, the arithmetic processing unit is based on a displacement waveform in the first floor and a response magnification of the first floor, and In the case where the first interlayer deformation angle in the first layer is calculated and the wireless accelerometer or the wireless strain gauge is also provided in the second layer, further in the second layer. It is characterized in that the second interlayer deformation angle in the second layer is calculated based on the displacement waveform and the response magnification of the second layer.
According to such a configuration, the interlayer deformation angle, which is the relative displacement amount with respect to the ground motion, in the first layer is calculated using the earthquake information acquired by the wireless accelerometer or the wireless strain gauge. Further, when the wireless accelerometer or the wireless strain gauge is also provided in the second layer, the second interlayer deformation angle in the second layer is further calculated. This makes it possible to calculate the inter-story deformation angle for ground motions without installing sensors for detecting acceleration, etc. on the ground around the building or the foundation of the building, making it easy to build and install a soundness monitoring system for the building. It becomes possible to do it.

本発明の別の態様においては、本発明の建物の健全性モニタリングシステムでは、前記演算処理部が、少なくとも前記第1の階層を含む複数の前記階層の層間変形角を算出することを特徴とする。
上記のような構成によれば、第1の階層だけでなく、建物を形成する少なくとも第1の階層を含む複数の階層で、地動に対する層間変形角を算出することが可能となる。このように、複数の階層での層間変形角を得ることで、建物の地震後の被災度合いを示す構造性能を、より詳細に推定できる。
In another aspect of the present invention, in the building soundness monitoring system of the present invention, the arithmetic processing unit calculates interlayer deformation angles of a plurality of the layers including at least the first layer. ..
According to the above configuration, it is possible to calculate the interlayer deformation angle with respect to the ground motion not only in the first floor but also in a plurality of floors including at least the first floor forming the building. In this way, by obtaining the interlayer deformation angles in a plurality of layers, it is possible to estimate the structural performance indicating the degree of damage of the building after the earthquake in more detail.

本発明によれば、地震後の建物の構造性能を詳細に推定可能な、建物の健全性モニタリングシステムを提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the soundness monitoring system of a building which can estimate the structural performance of the building after an earthquake in detail.

本実施形態における建物の健全性モニタリングシステムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the soundness monitoring system of the building in this embodiment. 本発明の第一実施形態における建物の健全性モニタリングシステムが設定された建物の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the building in which the soundness monitoring system of the building in 1st embodiment of this invention was set. 建物を模擬した1質点系振動モデルの模式図である。It is a schematic diagram of a one-mass system vibration model simulating a building. 建物の健全性モニタリングシステムを構成する表示部を示す図である。It is a figure which shows the display part which comprises the soundness monitoring system of a building. 建物の健全性モニタリングシステムを構成するモニタリング装置における、建物の健全性モニタリング方法の流れを示すフローチャートである。It is a flow chart which shows a flow of a health monitoring method of a building in a monitoring device which constitutes a health monitoring system of a building. 地動変位波形を算出するのに用いられる変位応答倍率を示す図である。It is a figure which shows the displacement response magnification used for calculating a ground motion displacement waveform. 地動変位波形を算出するのに用いられる加速度応答倍率を示す図である。It is a figure which shows the acceleration response magnification used for calculating a ground motion displacement waveform. 建物の健全性モニタリングシステムの第一検証例で用いた建物の諸元を示す図である。It is a figure which shows the specifications of the building used in the 1st verification example of the soundness monitoring system of a building. 建物の健全性モニタリングシステムの第一検証例で用いた建物の固有値等を示す図である。It is a figure which shows the eigenvalue etc. of the building used in the 1st verification example of the soundness monitoring system of a building. 建物の健全性モニタリングシステムの第一検証例で用いた建物の固有振動モードと建物階層の関係を示す図である。It is a figure which shows the natural vibration mode of the building used in the 1st verification example of the soundness monitoring system of a building, and the relationship of a building hierarchy. 第一検証例による本発明の建物の健全性モニタリングシステム(1質点系振動モデル)と多質点系振動モデルで得られた最大層間変位の比較図である。It is a comparison figure of the maximum interlayer displacement obtained by the soundness monitoring system (1 mass system vibration model) of a building of the present invention by the 1st verification example, and a multi-mass system vibration model. 建物の健全性モニタリングシステムの第二検証例で用いた建物の諸元を示す図である。It is a figure which shows the specifications of the building used in the 2nd verification example of the soundness monitoring system of a building. 建物の健全性モニタリングシステムの第二検証例で用いた建物の固有値等を示す図である。It is a figure which shows the characteristic value etc. of the building used in the 2nd verification example of the soundness monitoring system of a building. 建物の健全性モニタリングシステムの第二検証例で用いた建物の固有振動モードと建物階層の関係を示す図である。It is a figure which shows the natural vibration mode of the building used in the 2nd verification example of the soundness monitoring system of a building, and the relationship of a building hierarchy. 第二検証例による本発明の建物の健全性モニタリングシステム(1質点系振動モデル)と多質点系振動モデルで得られた最大層間変位の比較図である。It is a comparison figure of the maximum interlayer displacement obtained by the soundness monitoring system (1 mass system vibration model) of a building of the present invention by the 2nd verification example, and a multi-mass system vibration model. 本発明の第二実施形態における建物の健全性モニタリングシステムが設定された建物の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the building in which the soundness monitoring system of the building in 2nd embodiment of this invention was set. 本発明の第二実施形態の建物の健全性モニタリングシステムにおける建物の振動モデル、及び1質点系振動モデルの模式図である。It is a schematic diagram of the vibration model of the building in the health monitoring system of the building of 2nd embodiment of this invention, and a 1 mass system vibration model. 本発明の第二実施形態の建物の健全性モニタリングシステムを構成するモニタリング装置における、建物の健全性モニタリング方法の流れを示すフローチャートである。It is a flow chart which shows a flow of a health monitoring method of a building in a monitoring device which constitutes a health monitoring system of a building of a second embodiment of the present invention. 本第二実施形態の建物の健全性モニタリング方法における計算内容を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the calculation content in the soundness monitoring method of the building of this 2nd embodiment. 建物の健全性モニタリングシステムの検証例における、5〜40層の検証用の建物における、等価せん断質点系モデルを示す図である。It is a figure which shows the equivalent shear mass system model in the building for verification of 5-40 layers in the verification example of the soundness monitoring system of a building. 建物の健全性モニタリングシステムの検証例で用いた建物の諸元を示す図である。It is a figure which shows the specifications of the building used in the verification example of the soundness monitoring system of a building. 建物の健全性モニタリングシステムの検証に使用した地震波のマグニチュードと最大加速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the magnitude of the seismic wave used for verification of the health monitoring system of a building, and the relationship of maximum acceleration. 検証用の各振動モデルにおける、建物固有周期の推定成績を示す図である。It is a figure which shows the estimation result of the building natural period in each vibration model for verification. 下層部の無線式加速度計のみを備えた場合における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the estimation precision of the maximum interlayer deformation angle in the case where only the lower layer wireless accelerometer is provided. 上層部の無線式加速度計のみを備えた場合における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the estimation precision of the maximum interlayer deformation angle in the case where only the upper layer wireless accelerometer is provided. 上層部及び下層部の無線式加速度計を備えた場合における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the estimation precision of the maximum interlayer deformation angle in the case of equipping the upper layer part and the lower layer part with a wireless accelerometer. 下層部の無線式加速度計の設置高さを建物の階高に対して0.3倍とした場合における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the estimation precision of the maximum interlayer deformation angle in case the installation height of the radio accelerometer of a lower layer part is 0.3 times with respect to the floor height of a building. 下層部の無線式加速度計の設置高さを建物の階高に対して0.4倍とした場合における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the estimation precision of the maximum interlayer deformation angle in case the installation height of the radio accelerometer of a lower layer part is 0.4 times with respect to the floor height of a building. 下層部の無線式加速度計の設置高さを建物の階高に対して0.5倍とした場合における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the estimation precision of the maximum interlayer deformation angle in case the installation height of the radio accelerometer of a lower layer part is 0.5 times with respect to the floor height of a building.

本発明は、地震発生後の建物の被災度推定システムとして、建物上部に設置する無線式センサ(加速度計またはひずみ計)と、前記センサで計測された地震情報から建物の被災度を推定するモニタリング装置と、建物の被災度を表示する端末装置とで構成される建物のモニタリングシステムである。
具体的には、無線式加速度計または無線式ひずみ計を、建物を模擬した1質点系振動モデルにおける等価高さの位置に相当する第1の階層のみに設置して、その加速度計またはひずみ計から地震情報を得て、地震後の建物の被災度を推定する第一実施形態と、無線式加速度計または無線式ひずみ計を、第1の階層と下層階層に其々設置し、それらの地震情報から地震後の建物の被災度を推定する第二実施形態と、がある。
以下、添付図面を参照して、本発明による建物の健全性モニタリングシステムを実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
[第一実施形態]
本実施形態における建物の健全性モニタリングシステムの概略構成を図1に示す。図2は、建物の健全性モニタリングシステムが設定された建物の概略構成を示す図である。図3は、建物を模擬した1質点系振動モデルの模式図である。図4は、建物の健全性モニタリングシステムを構成するユーザの端末の表示部を示す図である。
The present invention, as a system for estimating the damage level of a building after an earthquake, monitors a wireless sensor (accelerometer or strain gauge) installed on the upper part of the building and the damage level of the building from the earthquake information measured by the sensor. It is a building monitoring system including a device and a terminal device that displays the damage level of the building.
Specifically, the wireless accelerometer or wireless strain gauge is installed only in the first floor corresponding to the position of the equivalent height in the one-mass system vibration model simulating the building, and the accelerometer or strain gauge is installed. The first embodiment for obtaining the earthquake information from the building and estimating the damage level of the building after the earthquake and the wireless accelerometer or the wireless strain gauge are installed in the first layer and the lower layer respectively, and the earthquakes There is a second embodiment in which the degree of damage to a building after an earthquake is estimated from information.
Hereinafter, an embodiment for implementing a building health monitoring system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[First embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a building health monitoring system according to this embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a building in which the building health monitoring system is set. FIG. 3 is a schematic diagram of a one-mass system vibration model simulating a building. FIG. 4 is a diagram illustrating a display unit of a user terminal that constitutes the building health monitoring system.

図1に示されるように、建物の健全性モニタリングシステム1は、複数の建物10と、モニタリング装置20と、ユーザの端末30と、を備えている。建物の健全性モニタリングシステム1は、地震発生後の建物10の健全性を把握(評価)する。
複数の建物10は、特定のユーザ(例えば建物10の所有者や、建物10の管理者)によって管理されている。
図2に示されるように、各建物10は、地盤G上に構築され、上下方向に複数の階層11を有している。ここで、複数の建物10は、階層数や、構造(鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄筋コンクリート造等)が共通である必要はない。
各建物10には、無線式加速度計12が設けられている。無線式加速度計12は、図3に示されるような建物10の1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置に相当する階層(第1の階層)11Sの床スラブ上に設置されている。無線式加速度計12は、センサ13と、通信部14と、を備えている。
センサ13は、地震発生時に階層11Sに生じた加速度を、地震情報として検出(取得)する。センサ13で検出された地震情報は、通信部14に出力される。
通信部14は、外部のネットワーク100に対し、無線により通信可能となっている。ここで、外部のネットワーク100とは、例えば、通信部14と無線による通信を行うことのできる公衆無線網等である。通信部14は、センサ13で検出された地震情報と、無線式加速度計12が設けられた建物10を特定(識別)する識別情報を、図1に示すように外部のネットワーク100を介して建物の健全性モニタリングシステム1に送信する。
As shown in FIG. 1, the building health monitoring system 1 includes a plurality of buildings 10, a monitoring device 20, and a user terminal 30. The building soundness monitoring system 1 grasps (evaluates) the soundness of the building 10 after the earthquake.
The plurality of buildings 10 are managed by a specific user (for example, an owner of the building 10 or an administrator of the building 10).
As shown in FIG. 2, each building 10 is constructed on the ground G and has a plurality of layers 11 in the vertical direction. Here, the plurality of buildings 10 need not have the same number of floors or the same structure (reinforced concrete construction, steel frame construction, reinforced concrete construction, etc.).
A wireless accelerometer 12 is provided in each building 10. The wireless accelerometer 12 is installed on the floor slab of the layer (first layer) 11S corresponding to the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M of the building 10 as shown in FIG. .. The wireless accelerometer 12 includes a sensor 13 and a communication unit 14.
The sensor 13 detects (acquires) the acceleration generated in the layer 11S when the earthquake occurs as the earthquake information. The earthquake information detected by the sensor 13 is output to the communication unit 14.
The communication unit 14 can wirelessly communicate with the external network 100. Here, the external network 100 is, for example, a public wireless network or the like capable of wirelessly communicating with the communication unit 14. The communication unit 14 transmits the earthquake information detected by the sensor 13 and the identification information for identifying (identifying) the building 10 in which the wireless accelerometer 12 is provided via the external network 100 as shown in FIG. To the health monitoring system 1.

図1に示されるように、モニタリング装置20は、無線又は有線により、外部のネットワーク100に接続されている。モニタリング装置20は、複数の建物10から送信される情報(地震情報及び識別情報)に基づいて、各建物10の健全性を評価する。
モニタリング装置20は、演算処理部21と、震度算出部22と、構造性能指標推定部23と、表示処理部24と、データベース25と、を主に備えている。
データベース25には、各建物10の識別情報、各建物10のユーザの端末30のメールアドレス等のユーザ送信先情報、各建物10の構造や階層数等の建物情報、各建物10における無線式加速度計12の設置高さ等が格納されている。また、データベース25には、演算処理部21、震度算出部22、構造性能指標推定部23等で処理を行う際に用いられる各種の設定パラメータ値、閾値、係数等が格納されている。
演算処理部21は、外部のネットワーク100を介して建物10の無線式加速度計12から送信される情報を受信すると、受信した情報に含まれる地震情報に基づいて、その建物10の、地動に対する相対変形量である層間変形角(第1の層間変形角)θを算出する。
震度算出部22は、地震情報を基に建物10の設けられた場所、つまり建物10自体における震度を算出する。
構造性能指標推定部23は、演算処理部21で算出した層間変形角θと、所定の閾値とを比較して、建物10の地震後の被災度を、より詳細には被災度の度合いを示す構造性能指標を推定する。建物10の地震後の被災度合いを示す構造性能指標としては、例えば、建物の被災度を「安全」、「要点検」、「危険」といった複数段階の評価を示すものがある。
表示処理部24は、震度算出部22で算出された建物10における震度を示す情報と、構造性能指標推定部23で推定された、建物10の構造性能指標とを含む推定結果を、ユーザの端末30で表示させるため、推定結果を含む評価リストのデータを生成する。表示処理部24で生成された評価リストのデータは、外部のネットワーク100を介し、ユーザの端末30に送信される。表示処理部24は、ユーザが複数の建物10を所有又は管理している場合、そのユーザに関連付けられた複数の建物10の評価リストのデータを、ユーザの端末30に送信する。
As shown in FIG. 1, the monitoring device 20 is connected to an external network 100 wirelessly or by wire. The monitoring device 20 evaluates the soundness of each building 10 based on the information (earthquake information and identification information) transmitted from the plurality of buildings 10.
The monitoring device 20 mainly includes a calculation processing unit 21, a seismic intensity calculation unit 22, a structural performance index estimation unit 23, a display processing unit 24, and a database 25.
The database 25 includes identification information of each building 10, user destination information such as a mail address of a terminal 30 of a user of each building 10, building information such as the structure and number of layers of each building 10, and wireless acceleration in each building 10. The installation height and the like of the total 12 are stored. Further, the database 25 stores various setting parameter values, threshold values, coefficients, etc. used when the processing is performed by the arithmetic processing unit 21, the seismic intensity calculating unit 22, the structural performance index estimating unit 23, and the like.
Upon receiving the information transmitted from the wireless accelerometer 12 of the building 10 via the external network 100, the arithmetic processing unit 21 makes a relative movement of the building 10 to the ground motion based on the earthquake information included in the received information. The inter-layer deformation angle (first inter-layer deformation angle) θ which is the amount of deformation is calculated.
The seismic intensity calculator 22 calculates the seismic intensity at the place where the building 10 is provided, that is, the building 10 itself based on the earthquake information.
The structural performance index estimation unit 23 compares the interlayer deformation angle θ calculated by the calculation processing unit 21 with a predetermined threshold value to indicate the post-earthquake damage level of the building 10, more specifically, the damage level. Estimate structural performance indicators. As the structural performance index indicating the degree of damage to the building 10 after the earthquake, there is, for example, one that indicates the degree of damage to the building in multiple stages such as “safety”, “necessary inspection”, and “danger”.
The display processing unit 24 gives the estimation result including the information indicating the seismic intensity in the building 10 calculated by the seismic intensity calculation unit 22 and the structural performance index of the building 10 estimated by the structural performance index estimation unit 23 to the user's terminal. In order to display at 30, the evaluation list data including the estimation result is generated. The evaluation list data generated by the display processing unit 24 is transmitted to the user terminal 30 via the external network 100. When the user owns or manages the plurality of buildings 10, the display processing unit 24 transmits the evaluation list data of the plurality of buildings 10 associated with the user to the terminal 30 of the user.

図4に示されるように、ユーザの端末30は、パーソナルコンピュータ、タブレット装置、スマートフォン、携帯電話等であり、無線又は有線により、外部のネットワーク100に接続可能となっている。ユーザの端末30は、建物10が建てられている建物所在地の震度、及び構造性能指標を表示する表示部31を有する。ユーザの端末30は、外部ネットワークを介して評価リストのデータを受信すると、受信されたデータに基づく評価リスト33を表示部31に表示する。この評価リスト33には、例えば、ユーザが所有又は管理する建物名情報33a、各建物において所定の期間(例えば直近1日)内にモニタリング装置20で計測された地震の記録日時情報33b、構造性能指標推定部23で推定された建物10の状態を示す構造性能指標情報33c、震度算出部22で算出された建物10における震度情報33d等が含まれている。
なおここで、図4に示した評価リスト33は一例に過ぎず、評価リスト33に含まれる情報は、適宜変更可能である。
As shown in FIG. 4, the user's terminal 30 is a personal computer, a tablet device, a smartphone, a mobile phone, or the like, and can be connected to the external network 100 wirelessly or by wire. The user terminal 30 has a display unit 31 that displays the seismic intensity of the building location where the building 10 is built and the structural performance index. Upon receiving the evaluation list data via the external network, the user terminal 30 displays the evaluation list 33 based on the received data on the display unit 31. In this evaluation list 33, for example, building name information 33a owned or managed by the user, earthquake record date/time information 33b measured by the monitoring device 20 within a predetermined period (for example, the latest one day) in each building, structural performance Structural performance index information 33c indicating the state of the building 10 estimated by the index estimation unit 23, seismic intensity information 33d on the building 10 calculated by the seismic intensity calculation unit 22, and the like are included.
The evaluation list 33 shown in FIG. 4 is merely an example, and the information included in the evaluation list 33 can be changed as appropriate.

(健全性モニタリング方法)
図5は、建物の健全性モニタリングシステムを構成するモニタリング装置における、建物の健全性モニタリング方法の流れを示すフローチャートである。
モニタリング装置20で建物10の健全性モニタリングを行うには、まず、地震発生後に、建物10に設けられた無線式加速度計12のセンサ13で検出された地震情報(加速度)を含む情報を、外部のネットワーク100から受信する(ステップS1)。
すると、モニタリング装置20では、予め定められたコンピュータプログラムに基づいて、以下のような建物10の健全性モニタリング処理を実行する。
(Soundness monitoring method)
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of a building health monitoring method in a monitoring device that constitutes the building health monitoring system.
In order to monitor the soundness of the building 10 with the monitoring device 20, first, after the occurrence of an earthquake, information including the earthquake information (acceleration) detected by the sensor 13 of the wireless accelerometer 12 provided in the building 10 is externally transmitted. From the network 100 (step S1).
Then, the monitoring device 20 executes the following soundness monitoring process for the building 10 based on a predetermined computer program.

この処理では、まず、演算処理部21で、無線式加速度計12が設置された階層11Sにおける変位波形を算出する(ステップS2)。これには、無線式加速度計12から受信した地震情報に含まれるセンサ13の応答加速度波形を、演算処理部21に備えたバイパスフィルタでバイパスフィルタ処理する。これにより、センサ13等により応答加速度波形に混入される、建物10の固有周期よりも長い周期帯のノイズを除去する。続いて、演算処理部では、バイパスフィルタ処理後の応答加速度波形を2回積分する。1回目の積分により、地震による変位の速度波形が得られる。2回目の積分により、速度波形から、地震による変位波形が得られる。なお、変位波形を得るための演算は、周波数領域(又は時刻歴領域)で行う。 In this process, first, the arithmetic processing unit 21 calculates a displacement waveform in the layer 11S in which the wireless accelerometer 12 is installed (step S2). For this, the response acceleration waveform of the sensor 13 included in the earthquake information received from the wireless accelerometer 12 is bypass-filtered by the bypass filter included in the arithmetic processing unit 21. As a result, noise in a period band longer than the natural period of the building 10 that is mixed in the response acceleration waveform by the sensor 13 or the like is removed. Then, the arithmetic processing unit integrates the response acceleration waveform after the bypass filter processing twice. The velocity waveform of the displacement due to the earthquake is obtained by the first integration. By the second integration, the displacement waveform due to the earthquake can be obtained from the velocity waveform. The calculation for obtaining the displacement waveform is performed in the frequency domain (or time history domain).

次に、演算処理部21では、上記で得られた階層11Sの変位波形から、地動変位波形を算出する(ステップS3)。これには、まず、応答倍率を求める。応答倍率としては、変位応答倍率と、加速度応答倍率のうち、値が大きい方を採用する。ここで、変位応答倍率は、次式(1)で求められ、図6に示されるものとなる。また、加速度応答倍率は、次式(2)により求められ、図7に示されるものとなる。図6は、地動変位波形を算出するのに用いる変位応答倍率を示す図である。図7は、地動変位波形を算出するのに用いる加速度応答倍率を示す図である。両図共に、横軸は建物に対する地盤の振動数比であり、縦軸は其々の応答倍率である。


Next, the arithmetic processing unit 21 calculates a ground motion displacement waveform from the displacement waveform of the layer 11S obtained above (step S3). For this purpose, first, the response magnification is obtained. As the response magnification, the larger one of the displacement response magnification and the acceleration response magnification is adopted. Here, the displacement response magnification is obtained by the following equation (1) and is as shown in FIG. Further, the acceleration response magnification is obtained by the following equation (2) and is as shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing the displacement response magnification used to calculate the ground motion displacement waveform. FIG. 7 is a diagram showing an acceleration response magnification used to calculate a ground motion displacement waveform. In both figures, the horizontal axis is the frequency ratio of the ground to the building, and the vertical axis is the response magnification of each.


但し、上式(1)、(2)において、hは、建物10の減衰定数、pは外力の振動数(Hz)、ωは、建物10の固有振動数(Hz)である。ここで、減衰定数hは、例えば、建物10が鉄骨造である場合は、h=0.02、鉄筋コンクリート造である場合には、h=0.03等と設定することができる。また、減衰定数hは、センサ13における常時微動測定結果から同定してもよい。固有振動数ωは、建物10の高さから求めた設計用一次固有周期からの算出、加速度波形からゼロクロス法による算出、等により得る。
次に、演算処理部21では、このようにして得られた応答倍率と、ステップS2で得られた変位波形とから、
(変位波形)/(応答倍率)
により、地動変位波形を算出する。このとき、フーリエ変換を行ったうえで、周波数領域で演算を行い、逆変換により時刻歴波形に戻す。
However, in the above equations (1) and (2), h is the damping constant of the building 10, p is the frequency (Hz) of the external force, and ω is the natural frequency (Hz) of the building 10. Here, the damping constant h can be set to, for example, h=0.02 when the building 10 is a steel frame structure, and h=0.03 when the building 10 is a reinforced concrete structure. Further, the damping constant h may be identified from the microtremor measurement result of the sensor 13. The natural frequency ω is obtained by calculation from the design primary natural period obtained from the height of the building 10, calculation from the acceleration waveform by the zero-cross method, or the like.
Next, in the arithmetic processing unit 21, from the response magnification obtained in this way and the displacement waveform obtained in step S2,
(Displacement waveform)/(Response magnification)
Then, the ground motion displacement waveform is calculated. At this time, the Fourier transform is performed, the calculation is performed in the frequency domain, and the time history waveform is restored by the inverse transform.

続いて、演算処理部21では、ステップS2で得られた、図2に示す無線式加速度計12が設置された階層11Sにおける変位波形と、ステップS3で求めた地動変位波形とから、
(変位波形)−(地動変位波形)
により、無線式加速度計12が設置された階層11Sにおける、地動に対する相対変位波形を算出する(ステップS4)。
この後、演算処理部21では、ステップS4で求めた、地動に対する相対変位波形と、建物10における無線式加速度計12の設置高さ(He)とから、
(地動に対する相対変位波形の最大値)/(設置高さ)
により、建物10における層間変形角θを算出する(ステップS5)。図3は、このようにして算出された、1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置での地動に対する層間変形角θを示している。
Then, in the arithmetic processing unit 21, from the displacement waveform obtained in step S2 in the layer 11S in which the wireless accelerometer 12 shown in FIG. 2 is installed and the ground displacement waveform obtained in step S3,
(Displacement waveform)-(Ground displacement waveform)
Thus, the relative displacement waveform with respect to the ground motion in the layer 11S in which the wireless accelerometer 12 is installed is calculated (step S4).
After that, in the arithmetic processing unit 21, from the relative displacement waveform with respect to the ground motion obtained in step S4 and the installation height (He) of the wireless accelerometer 12 in the building 10,
(Maximum value of relative displacement waveform with respect to ground motion)/(installation height)
Thus, the interlayer deformation angle θ in the building 10 is calculated (step S5). FIG. 3 shows the interlayer deformation angle θ with respect to the ground motion at the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M calculated as described above.

次に、構造性能指標推定部23で、図5に示すように建物10の地震後の被災度合いを示す構造性能指標を推定する(ステップS6)。これには、ステップS5で算出した、地動に対する層間変形角θと、データベース25に予め格納された所定の閾値とを比較する。このとき、実際には、建物10の構造種別、1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置と実際の無線式加速度計12の設置高さとの乖離等を考慮した補正係数により、地動に対する層間変形角θを乗じて補正した値を、地動に対する層間変形角θとして所定の閾値と比較する。構造性能指標推定部23は、地動に対する層間変形角θと、閾値との比較結果に応じ、建物10の地震後の被災度合いを示す構造性能指標として、例えば、建物の被災度を「安全」、「要点検」、「危険」といった複数段階の推定情報として出力する。 Next, the structural performance index estimation unit 23 estimates a structural performance index indicating the degree of damage to the building 10 after the earthquake as shown in FIG. 5 (step S6). For this, the interlayer deformation angle θ with respect to the ground motion calculated in step S5 is compared with a predetermined threshold value stored in advance in the database 25. At this time, in actuality, with respect to the ground motion, a correction coefficient that takes into consideration the difference between the structural type of the building 10 and the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M and the actual installation height of the wireless accelerometer 12 is used. The value corrected by multiplying the interlayer deformation angle θ is compared with a predetermined threshold as the interlayer deformation angle θ for ground motion. The structural performance index estimation unit 23 uses, for example, the degree of damage of the building as “safe”, as the structural performance index indicating the degree of damage of the building 10 after the earthquake according to the comparison result of the interlayer deformation angle θ with respect to the ground motion and the threshold value. It is output as estimated information in multiple stages such as "necessary to check" and "danger".

また、震度算出部22では、無線式加速度計12のセンサ13で検出された地震情報(加速度)に基づき、建物10の所在地(建物10自体)における震度を算出する(ステップS7)。これには、センサ13で検出された加速度を、各震度階級の加速度の範囲と比較し、建物10の所在地における震度階級を算出する。
この後、表示処理部24では、複数の建物10の無線式加速度計12から受信した地震情報のそれぞれについて、上記ステップS2〜S7に示すような処理を実行した後、複数の建物10についての推定結果(算出結果)を集計する(ステップS8)。表示処理部24では、各建物10について、ステップS6で推定された建物10の構造性能指標と、ステップS7で算出された建物10における震度を示す情報とを含む推定結果を集計し、図4に例示したような評価リスト33を表示するためのデータを生成する。
このようにして生成された推定結果のデータは、モニタリング装置20から外部のネットワーク100を介し、ユーザの端末30に送信される(ステップS9)。
In addition, the seismic intensity calculator 22 calculates the seismic intensity at the location of the building 10 (building 10 itself) based on the earthquake information (acceleration) detected by the sensor 13 of the wireless accelerometer 12 (step S7). For this, the acceleration detected by the sensor 13 is compared with the range of acceleration of each seismic intensity class to calculate the seismic intensity class at the location of the building 10.
After that, the display processing unit 24 performs the processing as shown in steps S2 to S7 on each of the earthquake information received from the wireless accelerometers 12 of the plurality of buildings 10 and then estimates the plurality of buildings 10. The results (calculation results) are totaled (step S8). In the display processing unit 24, for each building 10, the estimation result including the structural performance index of the building 10 estimated in step S6 and the information indicating the seismic intensity in the building 10 calculated in step S7 is tabulated, and FIG. Data for displaying the evaluation list 33 as illustrated is generated.
The data of the estimation result generated in this way is transmitted from the monitoring device 20 to the terminal 30 of the user via the external network 100 (step S9).

(健全性モニタリング方法による推定精度の検証)
ここでは、本発明の建物の健全性モニタリングシステムでの推定精度を検証するために、5階建て建物と10階建て建物を対象に、詳細に多質点系振動モデルでモデル化した場合と、本発明の建物の健全性モニタリングシステムによる1質点系振動モデルによる最大層間変位の推定結果について比較を行った。
(第一検証例)
建物10は、5階建てを対象とする。振動モデルは、全層同一質量とし、剛性は、Ai分布から求めた層せん断力に比例し、かつ、設計用一次固有周期になるように設定した。
図8は、建物の健全性モニタリングシステムの第一検証例で用いた建物の諸元を示す図である。図9は、建物の健全性モニタリングシステムの第一検証例で用いた建物の固有値等を示す図である。図10は、建物の健全性モニタリングシステム(1質点系振動モデル)と多質点系振動モデルによる建物の固有振動モードと建物階層の関係を示す図である。
検証用の振動モデルは、5層モデルである。この振動モデルは、図8に示すような諸元、図9に示すような固有周期、有効質量、図10に示すようなモード形状とした。ここで、Hは、当該階層の階高、|H|は、当該階層(の天井)の地表からの高さ、Tは、当該階層の設計用一次固有周期(建物高さ[m])×α(鉄骨造:α=0.03、RC造:α=0.02)、mは、当該階層の質量、Aiは、高さ方向の層せん断力係数の分布である。また、この振動モデルにおいて、等価高さHeは14.7mであり、4層(16m)に無線式加速度計12が設けられている、と仮定した。
図11は、本発明の建物の健全性モニタリングシステム(1質点系振動モデル)と多質点系振動モデルで得られた最大層間変位の比較図である。図11に示されるように、上記振動モデルに対して、1940年エルセントロ地震の原波を入力した場合における建物の各階層での最大層間変位の解析結果である。図11の横軸は最大層間変位で、縦軸は建物の各階層の質点位置を示す。また、次に説明する線L2、L3上の〇印は、当該建物を1質点系振動モデルとしてモデル化した場合の等価高さHeの位置を示す。
図11では、本発明の建物の健全性モニタリングシステム(1質点系振動モデル)で得られた最大相対変位をL2で示し、詳細な多質点系振動モデルでの最大相対変位をL1で示す。さらに、比較のため、上記ステップS3、S4のような、地動変位波形、地動に対する相対変位波形を算出する処理を行わない、すなわち地動を考慮しない従来のシステムで得られる最大絶対変位をL3で示す。
この図11に示されるように、建物の健全性モニタリングシステム1で推定した変位(図11における線L2)は、従来のシステムにおける変位(図11における線L3)に比べて、詳細な多質点系振動モデルで得られた変位(図11における線L1)に近似する傾向であった。つまり、地動を考慮していない最大層間変位(図11における線L3)を用いた層間変形角と比較し、上記建物の健全性モニタリングシステム1で地動に対する相対変位波形を推定することで、より正確な推定が行えた。
(Verification of estimation accuracy by soundness monitoring method)
Here, in order to verify the estimation accuracy in the soundness monitoring system for a building of the present invention, a detailed case of modeling with a multi-mass system vibration model for a 5-story building and a 10-story building The estimation results of the maximum story displacement by the one-mass system vibration model by the building soundness monitoring system of the invention were compared.
(First verification example)
The building 10 is intended for 5 stories. The vibration model was set to have the same mass for all layers, and the rigidity was set so as to be proportional to the layer shear force obtained from the Ai distribution and to have the design first-order natural period.
FIG. 8 is a diagram showing the specifications of the building used in the first verification example of the building soundness monitoring system. FIG. 9: is a figure which shows the characteristic value etc. of the building used in the 1st verification example of the soundness monitoring system of a building. FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a natural vibration mode of a building and a building hierarchy based on a soundness monitoring system for a building (one-mass system vibration model) and a multi-mass system vibration model.
The vibration model for verification is a five-layer model. This vibration model has the specifications shown in FIG. 8, the natural period shown in FIG. 9, the effective mass, and the mode shape shown in FIG. Here, H is the floor height of the floor, |H| is the height of the floor (of the ceiling) from the ground surface, and T is the primary natural period for design of the floor (building height [m])× α (steel frame structure: α=0.03, RC structure: α=0.02), m is the mass of the layer, and Ai is the distribution of the layer shear force coefficient in the height direction. Further, in this vibration model, the equivalent height He is 14.7 m, and it is assumed that the wireless accelerometer 12 is provided in four layers (16 m).
FIG. 11 is a comparison diagram of the maximum interlayer displacements obtained by the building soundness monitoring system (one-mass system vibration model) and the multi-mass system vibration model of the present invention. As shown in FIG. 11, it is an analysis result of the maximum story displacement in each floor of the building when the original wave of the 1940 El Centro earthquake is input to the vibration model. The horizontal axis of FIG. 11 represents the maximum story displacement, and the vertical axis represents the mass point position of each floor of the building. The circles on the lines L2 and L3 described below indicate the position of the equivalent height He when the building is modeled as a one-mass system vibration model.
In FIG. 11, the maximum relative displacement obtained by the building soundness monitoring system (single-mass system vibration model) of the present invention is shown by L2, and the maximum relative displacement by the detailed multi-mass system vibration model is shown by L1. Further, for comparison, the maximum absolute displacement obtained by the conventional system that does not perform the ground motion displacement waveform and the relative displacement waveform with respect to the ground motion as in steps S3 and S4, that is, the conventional system that does not consider the ground motion is indicated by L3. ..
As shown in FIG. 11, the displacement (line L2 in FIG. 11) estimated by the building soundness monitoring system 1 is more detailed than the displacement (line L3 in FIG. 11) in the conventional system. It tended to approximate the displacement (line L1 in FIG. 11) obtained by the vibration model. That is, it is more accurate by estimating the relative displacement waveform with respect to the ground motion by the building health monitoring system 1 by comparing with the interlayer deformation angle using the maximum interlayer displacement (line L3 in FIG. 11) that does not consider the ground motion. It was possible to estimate.

(第二検証例)
図12は、建物の健全性モニタリングシステムの第二検証例で用いた建物の諸元を示す図である。図13は、建物の健全性モニタリングシステムの第二検証例で用いた建物の固有値等を示す図である。図14は、建物の健全性モニタリングシステムの第二検証例で用いた振動モデルを示す図である。図15は、本発明の建物の健全性モニタリングシステム(1質点系振動モデル)と多質点系振動モデルで得られた最大層間変位の比較図である。
検証用の振動モデルは、10層モデルである。この振動モデルは、図12に示すような諸元、図13に示すような固有周期、有効質量、図14に示すようなモード形状とした。この振動モデルにおいて、等価高さHeは27.8mであり、7層(28m)に無線式加速度計12が設けられている、と仮定した。
図15に示されるように、上記振動モデルに対して、1940年エルセントロ地震の原波を入力した場合における実際の変位(dDisp)をシミュレーションにより得た(図15における線L11)。また、建物の健全性モニタリングシステム1において、地動に対する相対変位波形を算出して推定した(図15における線L12)。さらに、比較のため、上記ステップS3、S4のような、地動変位波形、地動に対する相対変位波形を算出する処理を行わない、すなわち地動を考慮しない従来のシステムにおいて、変位を推定した(図15における線L13)。
その結果、建物の健全性モニタリングシステム1で推定した変位(図15における線L12)は、従来のシステムにおける変位(図15における線L13)に比べて、詳細な多質点系振動モデルで得られた(図15における線L11)に近似する傾向であった。つまり、地動を考慮していない最大層間変位(図15における線L13)を用いた層間変形角比較し、上記建物の健全性モニタリングシステム1で地動に対する相対変位波形を推定することで、より正確な推定が行えた。
(Second verification example)
FIG. 12 is a diagram showing the specifications of the building used in the second verification example of the building soundness monitoring system. FIG. 13: is a figure which shows the characteristic value etc. of the building used in the 2nd verification example of the soundness monitoring system of a building. FIG. 14: is a figure which shows the vibration model used in the 2nd verification example of the soundness monitoring system of a building. FIG. 15 is a comparison diagram of the maximum interlayer displacements obtained by the building soundness monitoring system (single-mass system vibration model) and the multi-mass system vibration model of the present invention.
The vibration model for verification is a 10-layer model. This vibration model has the specifications shown in FIG. 12, the natural period shown in FIG. 13, the effective mass, and the mode shape shown in FIG. In this vibration model, it is assumed that the equivalent height He is 27.8 m and that the wireless accelerometer 12 is provided in 7 layers (28 m).
As shown in FIG. 15, an actual displacement (dDisp) when the original wave of the 1940 El Centro earthquake was input was obtained by simulation with respect to the vibration model (line L11 in FIG. 15). Further, in the building soundness monitoring system 1, the relative displacement waveform with respect to the ground motion was calculated and estimated (line L12 in FIG. 15). Further, for comparison, the displacement is estimated in the conventional system that does not perform the process of calculating the ground motion displacement waveform and the relative displacement waveform with respect to the ground motion as in steps S3 and S4, that is, in the conventional system that does not consider the ground motion (see FIG. 15). Line L13).
As a result, the displacement estimated by the building soundness monitoring system 1 (line L12 in FIG. 15) was obtained by a detailed multi-mass system vibration model as compared with the displacement in the conventional system (line L13 in FIG. 15). (Line L11 in FIG. 15) tended to be similar. That is, by comparing the interlayer deformation angles using the maximum interlayer displacement (line L13 in FIG. 15) that does not consider the ground motion, and estimating the relative displacement waveform with respect to the ground motion by the building health monitoring system 1, more accurate I was able to estimate.

上述したような建物の健全性モニタリングシステム1によれば、建物10を模擬した1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置の階層(第1の階層)11Sに設置されて地震情報を取得する、無線式加速度計12と、地震情報を用いて、等価高さHeの位置における地動に対する相対変位量である層間変形角(第1の層間変形角)θを算出する演算処理部21と、地震情報を基に建物所在地での震度を算出する震度算出部22と、地動に対する層間変形角θと所定の閾値とを比較して、地震後の建物10の被災度を推定する構造性能指標推定部23と、建物所在地の震度、及び建物10の被災度を表示する表示部31と、を含んでいる。
このような構成によれば、無線式加速度計12により、建物10を模擬した1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置に相当する階層11Sにおいて、地震発生時に生じた加速度が地震情報として取得される。演算処理部21では、取得された地震情報を用いて、1質点系振動モデルMにおける等価高さHeにおける、地動に対する層間変形角θが算出される。このように、建物10に生じた加速度の絶対値ではなく、地動に対する層間変形角θに基づいて、建物10の地震後の被災度合いを示す構造性能指標を推定することで、地震後の建物10の構造性能を、より詳細に推定することができる。さらに、推定された構造性能指標が表示部31に表示されることで、表示を確認したユーザは、建物10の被災度合いすなわち構造性能を、より詳細に把握することが可能となる。
さらに、地震情報に基づいて、建物10が建てられている個々の建物所在地での震度を算出し、算出された震度を表示することで、表示を確認したユーザは、建物10が設けられた地域全般の震度ではなく、建物10に入力された地震荷重をより詳細に把握することが可能となる。
したがって、地震後の建物10の構造性能を詳細に推定可能な、建物の健全性モニタリングシステム1を提供することができる。
According to the building soundness monitoring system 1 as described above, it is installed in the layer (first layer) 11S at the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M simulating the building 10 and acquires earthquake information. A wireless accelerometer 12, and an arithmetic processing unit 21 for calculating an interlayer deformation angle (first interlayer deformation angle) θ which is a relative displacement amount with respect to ground motion at a position of the equivalent height He using the seismic information, Structural performance index estimation that estimates the degree of damage to the building 10 after the earthquake by comparing the seismic intensity calculation unit 22 that calculates the seismic intensity at the building location based on the earthquake information with the interlayer deformation angle θ for the ground motion and a predetermined threshold value It includes a unit 23 and a display unit 31 that displays the seismic intensity of the building location and the damage level of the building 10.
According to such a configuration, the acceleration generated at the time of the earthquake occurs as earthquake information in the layer 11S corresponding to the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M simulating the building 10 by the wireless accelerometer 12. To be acquired. The arithmetic processing unit 21 uses the acquired earthquake information to calculate the interlayer deformation angle θ with respect to the ground motion at the equivalent height He in the one-mass system vibration model M. As described above, by estimating the structural performance index indicating the degree of damage of the building 10 after the earthquake based on the interlayer deformation angle θ with respect to the ground motion, not the absolute value of the acceleration generated in the building 10, the building 10 after the earthquake is estimated. The structural performance of can be estimated in more detail. Further, by displaying the estimated structural performance index on the display unit 31, the user who has confirmed the display can grasp the damage level of the building 10, that is, the structural performance in more detail.
Furthermore, the seismic intensity at each building location where the building 10 is built is calculated based on the earthquake information, and the calculated seismic intensity is displayed so that the user who confirms the display is in the area where the building 10 is provided. It is possible to grasp the seismic load input to the building 10 in more detail rather than the overall seismic intensity.
Therefore, it is possible to provide the soundness monitoring system 1 for a building that can estimate the structural performance of the building 10 after the earthquake in detail.

特に本実施形態においては、図4に示されるように、複数の建物10の状況を同時にリストとして表示部31に表示することができる。このため、ユーザは複数の建物10の状況を同時に、比較しながら把握することができ、建物10の復旧の優先順位付けを容易に行うことができる。したがって、損害を最小限に抑え事業の継続や復旧を測るための事業継続計画を容易に立案することができる。 In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the states of the plurality of buildings 10 can be simultaneously displayed as a list on the display unit 31. For this reason, the user can grasp the situations of the plurality of buildings 10 at the same time while comparing them, and can easily prioritize the restoration of the buildings 10. Therefore, it is possible to easily formulate a business continuity plan for measuring the continuation and restoration of the business while minimizing the damage.

また、演算処理部21が、地震情報を基に算出された、等価高さHeの位置の階層11Sにおける変位波形と、階層11Sの応答倍率とを基に、階層11Sにおける層間変形角θを算出する。
このような構成によれば、無線式加速度計12で取得された地震情報を用いて、1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置における、地動に対する相対変位量である層間変形角θが算出される。これにより、建物10周りの地盤や建物10の基礎に加速度等を検出するためのセンサを設けることなく、地動に対する層間変形角θを算出することが可能となり、建物10の健全性モニタリングシステム1の構築及び設置を容易に行うことが可能となる。
In addition, the arithmetic processing unit 21 calculates the interlayer deformation angle θ in the layer 11S based on the displacement waveform in the layer 11S at the position of the equivalent height He calculated based on the earthquake information and the response magnification of the layer 11S. To do.
According to such a configuration, by using the seismic information acquired by the wireless accelerometer 12, the interlayer deformation angle θ which is the relative displacement amount with respect to the ground motion at the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M is calculated. It is calculated. This makes it possible to calculate the interlayer deformation angle θ with respect to the ground motion without providing a sensor for detecting acceleration or the like on the ground around the building 10 or the foundation of the building 10, and the soundness monitoring system 1 for the building 10 It is possible to easily construct and install.

また、演算処理部21は、地震情報を基に算出された、等価高さHeの位置の階層11Sにおける変位波形と、階層11Sの応答倍率とを基に、地動における変位波形を算出し、階層11Sにおける変位波形と地動における変位波形から、階層11Sの地動に対する相対的な変位波形を算出し、相対的な変位波形を基に、層間変形角θを算出する。
このような構成によれば、層間変形角θの算出に使用する、地動における変形波形を、等価高さHeの位置の階層11Sにおける変位波形と、階層11Sの応答倍率とを基に算出するため、地盤や建物10の基礎に生じた加速度等を検出するためのセンサを設けることなく、地動に対する層間変形角θを算出することが可能となり、建物の健全性モニタリングシステム1の構築及び設置を容易に行うことが可能となる。
Further, the arithmetic processing unit 21 calculates the displacement waveform in the ground motion based on the displacement waveform in the layer 11S at the position of the equivalent height He calculated based on the earthquake information and the response magnification of the layer 11S, and the layer From the displacement waveform in 11S and the displacement waveform in ground motion, the relative displacement waveform with respect to the ground motion of the layer 11S is calculated, and the interlayer deformation angle θ is calculated based on the relative displacement waveform.
According to such a configuration, the deformation waveform in the ground motion used for calculating the interlayer deformation angle θ is calculated based on the displacement waveform in the layer 11S at the position of the equivalent height He and the response magnification of the layer 11S. , It becomes possible to calculate the inter-story deformation angle θ with respect to ground motion without providing a sensor for detecting acceleration or the like generated in the ground or the foundation of the building 10, and it is easy to construct and install the soundness monitoring system 1 for a building. It becomes possible to do it.

特に、本実施形態においては、健全性モニタリングシステム1に設けられた無線式加速度計12すなわちセンサの数は1個である。センサの数が複数になると、各センサの時間軸を同期するための相互の通信、いずれかのセンサが故障した場合の処理等を考慮した構成とする必要がある。このため、センサの設置数が増えれば、システム構成が複雑となり、その構築や設置に手間が掛かる。すなわち、センサの数が1個である本実施形態においては、上記のような建物の健全性モニタリングシステム1の構築及び設置を容易に行うことが可能となるという効果を、特に効果的に奏し得る。 In particular, in this embodiment, the number of wireless accelerometers 12, that is, sensors provided in the health monitoring system 1 is one. When the number of sensors becomes plural, it is necessary to consider the mutual communication for synchronizing the time axis of each sensor, the processing when any one of the sensors fails, and the like. For this reason, if the number of installed sensors increases, the system configuration becomes complicated and it takes time and effort to construct and install them. That is, in the present embodiment in which the number of sensors is one, the effect that it becomes possible to easily construct and install the building health monitoring system 1 as described above can be particularly effectively exerted. ..

[第二実施形態]
次に、本発明による建物の健全性モニタリングシステムを実施するための第二実施形態について説明する。なお、以下に示す第二実施形態では、上記第一実施形態に対し、建物10の複数の階層に無線式加速度計12を備える点が主に異なる。以下の説明においては、上記第一実施形態とは異なる構成を中心に説明を行い、上記第一実施形態と共通する構成については、図中に上記第一実施形態と同符号を付してその説明を省略することがある。
上記第一実施形態においては、建物10の1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置のみに設置した無線式加速度計12の出力を基に、建物10全体の平均的な層間変形角を推定した。このような形態においては、最大層の層間変形角を推定対象とすると、推定誤差が大きくなる場合がある。これは、第一実施形態における推定対象は、地表面から無線式加速度計12を設置した階層11Sまでの建物10の平均的な層間変形角であり、実際の建物においては、各階層11の層間変形角は、均一ではなくばらつくことに起因している。これに対応するため、本第二実施形態においては、第一実施形態に加えて、特に変形が大きくなりやすい建物の下層部分に、更に無線式加速度計を設置する。
本実施形態におけるにおける建物の健全性モニタリングシステムが設定された建物の概略構成を示す図を、図16に示す。図17は、本発明の第二実施形態の建物の健全性モニタリングシステムにおける建物の振動モデル、及び1質点系振動モデルの模式図である。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment for implementing the building health monitoring system according to the present invention will be described. The second embodiment shown below mainly differs from the first embodiment in that wireless accelerometers 12 are provided in a plurality of layers of the building 10. In the following description, a description will be given focusing on the configuration different from the first embodiment, and the configuration common to the first embodiment will be denoted by the same reference numeral as the first embodiment in the drawings Description may be omitted.
In the first embodiment described above, based on the output of the wireless accelerometer 12 installed only at the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M of the building 10, the average interlayer deformation angle of the entire building 10 is calculated. Estimated. In such a form, when the interlayer deformation angle of the maximum layer is set as the estimation target, the estimation error may increase. This is the estimation target in the first embodiment is the average interlayer deformation angle of the building 10 from the ground surface to the floor 11S in which the wireless accelerometer 12 is installed, and in the actual building, the floor of each floor 11 The deformation angle is not uniform but varies. To cope with this, in the second embodiment, in addition to the first embodiment, a wireless accelerometer is further installed in the lower layer portion of the building where the deformation is likely to be large.
FIG. 16 shows a schematic configuration of a building in which the building soundness monitoring system according to the present embodiment is set. FIG. 17 is a schematic diagram of a building vibration model and a one-mass system vibration model in the building soundness monitoring system according to the second embodiment of the present invention.

図1に示されるように、建物の健全性モニタリングシステム1は、複数の建物10と、モニタリング装置20と、ユーザの端末30と、を備えている。
図16に示されるように、各建物10には、無線式加速度計12P、12Qが設けられている。本実施形態において、無線式加速度計12Pは、図17に示されるような建物10の1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置に相当する第1の階層11Pの床スラブ上に設けられている。無線式加速度計12Qは、第1の階層11Pよりも下層部の第2の階層11Qの床スラブ上に設置されている。
なお、本実施形態においては、無線式加速度計12Pと12Qは、低コストで構築可能で、かつセンサ設置後のメンテナンスを容易に出来るように、各センサが同期されていない点が特徴である。しかしながら、同期機能を備えた複数の加速度計を設置して建物の健全性モニタリングシステムを構築した際には、コストは高くなるが、建物内での各センサ位置において、より高い観測精度によって地震情報を得ることが可能となる。
ここで、下層部に設ける無線式加速度計12Qの設置高さは、建物10の階高Hに対し、0.25H〜0.5Hの範囲内とするのが好ましい。下層部に設ける無線式加速度計12Qの設置高さは、建物10の階高Hに対し、0.25H〜0.4Hの範囲内とするのが特に好ましい。
As shown in FIG. 1, the building health monitoring system 1 includes a plurality of buildings 10, a monitoring device 20, and a user terminal 30.
As shown in FIG. 16, each building 10 is provided with wireless accelerometers 12P and 12Q. In the present embodiment, the wireless accelerometer 12P is provided on the floor slab of the first floor 11P corresponding to the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M of the building 10 as shown in FIG. ing. The wireless accelerometer 12Q is installed on the floor slab of the second floor 11Q, which is lower than the first floor 11P.
Note that the present embodiment is characterized in that the wireless accelerometers 12P and 12Q can be constructed at low cost, and that the sensors are not synchronized so that maintenance can be easily performed after the sensors are installed. However, when building a soundness monitoring system for a building by installing multiple accelerometers with synchronization functions, the cost will increase, but at each sensor position in the building, the seismic information Can be obtained.
Here, the installation height of the wireless accelerometer 12Q provided in the lower layer portion is preferably within the range of 0.25H to 0.5H with respect to the floor height H of the building 10. It is particularly preferable that the installation height of the wireless accelerometer 12Q provided in the lower layer portion is within the range of 0.25H to 0.4H with respect to the floor height H of the building 10.

無線式加速度計12P、12Qは、それぞれ、センサ13と、通信部14と、を備えている。
センサ13は、地震発生時に第1の階層11P、第2の階層11Qに生じた加速度を、地震情報として検出(取得)する。センサ13で検出された地震情報は、通信部14に出力される。
通信部14は、外部のネットワーク100に対し、無線により通信可能となっている。通信部14は、センサ13で検出された地震情報と、無線式加速度計12P、12Qが設けられた建物10を特定(識別)する識別情報を、図1に示すように外部のネットワーク100を介して建物の健全性モニタリングシステム1に送信する。
The wireless accelerometers 12P and 12Q each include a sensor 13 and a communication unit 14.
The sensor 13 detects (acquires) the acceleration generated in the first layer 11P and the second layer 11Q when the earthquake occurs as the earthquake information. The earthquake information detected by the sensor 13 is output to the communication unit 14.
The communication unit 14 can wirelessly communicate with the external network 100. The communication unit 14 transmits the earthquake information detected by the sensor 13 and the identification information for identifying (identifying) the building 10 in which the wireless accelerometers 12P and 12Q are provided via the external network 100 as shown in FIG. And sends it to the building health monitoring system 1.

図1に示されるように、モニタリング装置20は、演算処理部21と、震度算出部22と、構造性能指標推定部23Bと、表示処理部24と、データベース25と、を主に備えている。
データベース25には、各建物10の識別情報、各建物10のユーザの端末30のメールアドレス等のユーザ送信先情報、各建物10の構造や階層数等の建物情報、各建物10における無線式加速度計12P、12Qの設置高さ等が格納されている。また、データベース25には、演算処理部21、震度算出部22、構造性能指標推定部23B等で処理を行う際に用いられる各種の設定パラメータ値、閾値、係数等が格納されている。
演算処理部21は、外部のネットワーク100を介して建物10の無線式加速度計12P、12Qから送信される情報を受信すると、受信した情報に含まれる地震情報に基づいて、その建物10の第1の階層11Pにおける地動に対する相対変形量である第1の層間変形角θ1と、第2の階層11Qにおける地動に対する相対変形量である第2の層間変形角θ2と、を算出する。
震度算出部22は、地震情報を基に建物10の設けられた場所、つまり建物10自体における震度を算出する。
構造性能指標推定部23Bは、演算処理部21で算出した第1の層間変形角θ1、及び第2の層間変形角θ2のうち、大きい方の層間変形角と、所定の閾値とを比較して、建物10の地震後の被災度を、より詳細には被災度の度合いを示す構造性能指標を推定する。建物10の地震後の被災度合いを示す構造性能指標としては、例えば、建物の被災度を「安全」、「要点検」、「危険」といった複数段階の評価を示すものがある。
表示処理部24は、震度算出部22で算出された建物10における震度を示す情報と、構造性能指標推定部23Bで推定された、建物10の構造性能指標とを含む推定結果を、ユーザの端末30で表示させるため、推定結果を含む評価リストのデータを生成する。表示処理部24で生成された評価リストのデータは、外部のネットワーク100を介し、ユーザの端末30に送信される。
As shown in FIG. 1, the monitoring device 20 mainly includes an arithmetic processing unit 21, a seismic intensity calculation unit 22, a structural performance index estimation unit 23B, a display processing unit 24, and a database 25.
The database 25 includes identification information of each building 10, user destination information such as a mail address of a terminal 30 of a user of each building 10, building information such as the structure and number of layers of each building 10, and wireless acceleration in each building 10. The installation height and the like of the total 12P and 12Q are stored. Further, the database 25 stores various setting parameter values, threshold values, coefficients, etc. used when processing is performed by the arithmetic processing unit 21, the seismic intensity calculating unit 22, the structural performance index estimating unit 23B, and the like.
When the arithmetic processing unit 21 receives the information transmitted from the wireless accelerometers 12P and 12Q of the building 10 via the external network 100, the first processing unit 21 of the building 10 is detected based on the earthquake information included in the received information. The first interlayer deformation angle θ1 that is the relative deformation amount with respect to the ground motion in the layer 11P and the second interlayer deformation angle θ2 that is the relative deformation amount with respect to the ground motion in the second layer 11Q are calculated.
The seismic intensity calculator 22 calculates the seismic intensity at the place where the building 10 is provided, that is, the building 10 itself based on the earthquake information.
The structural performance index estimation unit 23B compares the larger interlayer deformation angle of the first interlayer deformation angle θ1 and the second interlayer deformation angle θ2 calculated by the arithmetic processing unit 21 with a predetermined threshold value. Estimate the post-earthquake damage level of the building 10, more specifically, the structural performance index indicating the degree of damage level. As the structural performance index indicating the degree of damage to the building 10 after the earthquake, there is, for example, one that indicates the degree of damage to the building in multiple stages such as “safety”, “necessary inspection”, and “danger”.
The display processing unit 24 displays the estimation result including the information indicating the seismic intensity in the building 10 calculated by the seismic intensity calculation unit 22 and the structural performance index of the building 10 estimated by the structural performance index estimation unit 23B, to the user's terminal. In order to display at 30, the evaluation list data including the estimation result is generated. The evaluation list data generated by the display processing unit 24 is transmitted to the user terminal 30 via the external network 100.

(健全性モニタリング方法)
図18は、本第二実施形態の建物の健全性モニタリングシステムを構成するモニタリング装置における、建物の健全性モニタリング方法の流れを示すフローチャートである。図19は、本第二実施形態の建物の健全性モニタリング方法における計算内容を模式的に示す図である。
図18に示すように、モニタリング装置20で建物10の健全性モニタリングを行うには、まず、地震発生後に、建物10に設けられた無線式加速度計12P、12Qのそれぞれのセンサ13で検出された地震情報(加速度)を含む情報を、外部のネットワーク100から受信する(ステップS11)。
すると、モニタリング装置20では、予め定められたコンピュータプログラムに基づいて、以下のような建物10の健全性モニタリング処理を実行する。
(Soundness monitoring method)
FIG. 18 is a flowchart showing the flow of the building soundness monitoring method in the monitoring device constituting the building soundness monitoring system of the second embodiment. FIG. 19: is a figure which shows typically the calculation content in the soundness monitoring method of the building of this 2nd embodiment.
As shown in FIG. 18, in order to monitor the soundness of the building 10 by the monitoring device 20, first, after the occurrence of an earthquake, the sensors 13 of the wireless accelerometers 12P and 12Q provided in the building 10 detect the soundness. Information including earthquake information (acceleration) is received from the external network 100 (step S11).
Then, the monitoring device 20 executes the following soundness monitoring process for the building 10 based on a predetermined computer program.

図18、図19に示すように、この処理では、まず、演算処理部21で、無線式加速度計12Pが設置された第1の階層11Pにおける変位波形と、無線式加速度計12Qが設置された第2の階層11Qにおける変位波形と、を算出する(ステップS12)。これには、無線式加速度計12P、12Qから受信したそれぞれの地震情報に含まれるセンサ13の応答加速度波形を、演算処理部21に備えたバイパスフィルタでバイパスフィルタ処理する。これにより、センサ13等により応答加速度波形に混入される、建物10の固有周期よりも長い周期帯のノイズを除去する。続いて、演算処理部では、バイパスフィルタ処理後の応答加速度波形を2回積分する。1回目の積分により、地震による変位の速度波形が得られる。2回目の積分により、速度波形から、地震による変位波形が得られる。なお、変位波形を得るための演算は、周波数領域(又は時刻歴領域)で行う。 As shown in FIGS. 18 and 19, in this process, first, the arithmetic processing unit 21 installs the displacement waveform in the first floor 11P in which the wireless accelerometer 12P is installed and the wireless accelerometer 12Q. The displacement waveform in the second layer 11Q is calculated (step S12). For this, the response acceleration waveforms of the sensor 13 included in the respective earthquake information received from the wireless accelerometers 12P and 12Q are bypass-filtered by the bypass filter provided in the arithmetic processing unit 21. As a result, noise in a period band longer than the natural period of the building 10 that is mixed in the response acceleration waveform by the sensor 13 or the like is removed. Then, the arithmetic processing unit integrates the response acceleration waveform after the bypass filter processing twice. The velocity waveform of the displacement due to the earthquake is obtained by the first integration. By the second integration, the displacement waveform due to the earthquake can be obtained from the velocity waveform. The calculation for obtaining the displacement waveform is performed in the frequency domain (or time history domain).

次に、演算処理部21では、上層階の第1の階層11Pに設置された無線式加速度計12Pにより得られた応答加速度波形から、建物10における建物固有振動数を推定する(ステップS13)。これには、例えば、応答加速度波形から最大振幅発生時以降のみを切り出して計算した応答スペクトルが最大となる振動数を、建物固有振動数とすることができる。 Next, the arithmetic processing unit 21 estimates the building natural frequency in the building 10 from the response acceleration waveform obtained by the wireless accelerometer 12P installed in the first floor 11P on the upper floor (step S13). For this purpose, for example, the vibration frequency at which the response spectrum calculated by cutting out only the time after the maximum amplitude is generated from the response acceleration waveform can be set as the building natural frequency.

続いて、演算処理部21では、上記で得られた第1の階層11P、及び第2の階層11Qの変位波形から、それぞれ地動変位波形を算出する(ステップS14)。これには、まず、応答倍率を求める。応答倍率としては、変位応答倍率と、加速度応答倍率のうち、値が大きい方を採用する。ここで、変位応答倍率は、上式(1)で求められる。また、加速度応答倍率は、上式(2)により求められる。
次に、演算処理部21では、このようにして得られた応答倍率と、ステップS12で得られた変位波形とから、(変位波形)/(応答倍率)により、地動変位波形を算出する。このとき、フーリエ変換を行ったうえで、周波数領域で演算を行い、逆変換により時刻歴波形に戻す。
Subsequently, the arithmetic processing unit 21 calculates ground motion displacement waveforms from the displacement waveforms of the first layer 11P and the second layer 11Q obtained above (step S14). For this purpose, first, the response magnification is obtained. As the response magnification, the larger one of the displacement response magnification and the acceleration response magnification is adopted. Here, the displacement response magnification is obtained by the above equation (1). The acceleration response magnification is calculated by the above equation (2).
Next, the arithmetic processing unit 21 calculates a ground motion displacement waveform from (displacement waveform)/(response ratio) from the response magnification obtained in this way and the displacement waveform obtained in step S12. At this time, the Fourier transform is performed, the calculation is performed in the frequency domain, and the time history waveform is restored by the inverse transform.

次に、ステップS14で算出した第1の階層11P、及び第2の階層11Qの地動変位波形について、下層階である第2の階層11Qの地動変位波形の最大値が、上層階である第1の階層11Pの地動変位波形の最大値と一致するように、地動変位波形を定数倍して補正する(ステップS15)。
続いて、演算処理部21では、ステップS12で得られた、図16に示す無線式加速度計12P、12Qが設置された第1の階層11P、第2の階層11Qにおける変位波形と、ステップS15で定数倍補正した第1の階層11P、第2の階層11Qの地動変位波形とから、それぞれ、(変位波形)−(地動変位波形)により、無線式加速度計12P、12Qが設置された第1の階層11P、第2の階層11Qにおける、地動に対する相対変位波形を算出する(ステップS16)。
Next, regarding the ground motion displacement waveforms of the first floor 11P and the second floor 11Q calculated in step S14, the maximum value of the ground motion displacement waveform of the second floor 11Q, which is the lower floor, is the first floor that is the upper floor. The ground motion displacement waveform is corrected by being multiplied by a constant so as to match the maximum value of the ground motion displacement waveform of the layer 11P (step S15).
Subsequently, in the arithmetic processing unit 21, the displacement waveforms in the first layer 11P and the second layer 11Q in which the wireless accelerometers 12P and 12Q shown in FIG. 16 are installed, which are obtained in step S12, and in step S15. From the ground displacement waveforms of the first layer 11P and the second layer 11Q corrected by a constant multiple, the wireless accelerometers 12P and 12Q are installed by (displacement waveform)-(ground displacement waveform), respectively. The relative displacement waveform with respect to the ground motion in the layer 11P and the second layer 11Q is calculated (step S16).

この後、演算処理部21では、ステップS16で求めた、第1の階層11P、第2の階層11Qにおける、地動に対する相対変位波形と、建物10における無線式加速度計12P、12Qの設置高さとから、それぞれ、(地動に対する相対変位波形の最大値)/(設置高さ)により、建物10における第1の層間変形角θ1、第2の層間変形角θ2を算出する(ステップS17)。図17は、建物10の振動モデルと、このようにして算出された、1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置に相当する第1の階層11Pでの地動に対する第1の層間変形角θ1と、第1の階層11Pよりも下層の第2の階層11Qでの第2の層間変形角θ2を示している。
演算処理部21では、算出された第1の層間変形角θ1、及び第2の層間変形角θ2のうち、大きい方の層間変形角を、この建物10における建物最大層間変形角の推定値として設定する(ステップS18)。
After that, in the arithmetic processing unit 21, from the relative displacement waveform with respect to the ground motion in the first floor 11P and the second floor 11Q obtained in step S16 and the installation height of the wireless accelerometers 12P and 12Q in the building 10. , (First value of relative displacement waveform with respect to ground motion)/(installation height), the first interlayer deformation angle θ1 and the second interlayer deformation angle θ2 of the building 10 are calculated (step S17). FIG. 17 shows the vibration model of the building 10 and the first interlayer deformation angle with respect to the ground motion on the first floor 11P corresponding to the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M calculated in this way. θ1 and the second interlayer deformation angle θ2 in the second layer 11Q lower than the first layer 11P are shown.
In the arithmetic processing unit 21, the larger story deformation angle of the calculated first story deformation angle θ1 and the second story deformation angle θ2 is set as the estimated value of the building maximum story deformation angle in this building 10. Yes (step S18).

次に、構造性能指標推定部23Bで、建物10の地震後の被災度合いを示す構造性能指標を推定する(ステップS19)。これには、ステップS18で算出した、地動に対する建物10における建物最大層間変形角の推定値、すなわち第1の層間変形角θ1、及び第2の層間変形角θ2のうち、大きい方の層間変形角と、データベース25に予め格納された所定の閾値とを比較する。構造性能指標推定部23Bは、地動に対する建物10における建物最大層間変形角の推定値と、閾値との比較結果に応じ、建物10の地震後の被災度合いを示す構造性能指標として、例えば、建物の被災度を「安全」、「要点検」、「危険」といった複数段階の推定情報として出力する。 Next, the structural performance index estimation unit 23B estimates a structural performance index indicating the degree of damage to the building 10 after the earthquake (step S19). This includes the estimated value of the building maximum story deformation angle in the building 10 with respect to the ground motion calculated in step S18, that is, the larger story deformation angle of the first story deformation angle θ1 and the second story deformation angle θ2. And a predetermined threshold value stored in advance in the database 25 are compared. The structural performance index estimation unit 23B uses, for example, a The degree of damage is output as estimated information in multiple stages such as "safety", "necessary inspection", and "danger".

また、震度算出部22では、無線式加速度計12P、12Qのセンサ13で検出された地震情報(加速度)に基づき、建物10の所在地(建物10自体)における震度を算出する(ステップS20)。これには、無線式加速度計12P、12Qのそれぞれセンサ13で検出された加速度を、各震度階級の加速度の範囲と比較し、建物10の所在地における震度階級を算出する。
この後、表示処理部24では、複数の建物10の無線式加速度計12P、12Qから受信した地震情報のそれぞれについて、上記ステップS12〜S20に示すような処理を実行した後、複数の建物10についての推定結果(算出結果)を集計する(ステップS21)。表示処理部24では、各建物10について、ステップS19で推定された建物10の構造性能指標と、ステップS20で算出された建物10における震度を示す情報とを含む推定結果を集計し、図4に例示したような評価リスト33を表示するためのデータを生成する。生成された推定結果のデータは、モニタリング装置20から外部のネットワーク100を介し、ユーザの端末30に送信される(ステップS22)。
なお、上記したような一連の処理は、無線式加速度計12P、12Qで観測された加速度波形が同じ地震イベントであるという判定を行ったうえで上記処理を行うのが好ましい。例えば、それぞれの観測波形の計測トリガ開始時間差が閾値以下であれば、同じ地震動による観測記録であると判定する。
The seismic intensity calculator 22 calculates the seismic intensity at the location of the building 10 (building 10 itself) based on the earthquake information (acceleration) detected by the sensors 13 of the wireless accelerometers 12P and 12Q (step S20). To this end, the acceleration detected by the sensor 13 of each of the wireless accelerometers 12P and 12Q is compared with the range of acceleration of each seismic intensity class to calculate the seismic intensity class at the location of the building 10.
After that, in the display processing unit 24, after performing the processing as shown in steps S12 to S20 on each of the earthquake information received from the wireless accelerometers 12P and 12Q of the plurality of buildings 10, the plurality of buildings 10 are processed. The estimation results (calculation results) of are aggregated (step S21). In the display processing unit 24, for each building 10, the estimation result including the structural performance index of the building 10 estimated in step S19 and the information indicating the seismic intensity in the building 10 calculated in step S20 is totaled, and FIG. Data for displaying the evaluation list 33 as illustrated is generated. The generated estimation result data is transmitted from the monitoring device 20 to the user terminal 30 via the external network 100 (step S22).
In addition, it is preferable to perform the above-described series of processing after determining that the acceleration waveforms observed by the wireless accelerometers 12P and 12Q are the same earthquake event. For example, if the measurement trigger start time difference between the observation waveforms is equal to or less than the threshold value, it is determined that the observation records are due to the same earthquake motion.

(健全性モニタリング方法による推定精度の検証)
ここでは、本第二実施形態における建物の健全性モニタリングシステムでの推定精度を検証するために、当手法の検証として、5〜40層を想定した8つの質点系モデルに様々な地震動を入力した地震応答解析を行った。
図20は、建物の健全性モニタリングシステムの検証例における、5〜40層の検証用の建物における、等価せん断質点系モデルを示す図である。図21は、建物の健全性モニタリングシステムの検証例で用いた建物の諸元を示す図である。図22は、建物の健全性モニタリングシステムの検証に使用した地震波のマグニチュードと最大加速度との関係を示す図である。
図20に示すように、検証用の振動モデルは、5層、10層、20層、40層の4通りとした。5層の振動モデルの場合、4階、2階に無線式加速度計12P、12Qを配置した。10層の振動モデルの場合、8階、3階に無線式加速度計12P、12Qを配置した。20層の振動モデルの場合、15階、5階に無線式加速度計12P、12Qを配置した。40層の振動モデルの場合、29階、9階に無線式加速度計12P、12Qを配置した。これらの振動モデルで表される建物10は、図21に示すような諸元を有している。
このような各振動モデルに対し、図22に示すような地震波を入力した。入力する地震波は、M5.5以上、100gal以上の記録から、ランダムに200個の記録を取りだして検証に使用した。
(Verification of estimation accuracy by soundness monitoring method)
Here, in order to verify the estimation accuracy in the soundness monitoring system for the building in the second embodiment, various ground motions were input to eight mass point system models assuming 5 to 40 layers as verification of this method. Earthquake response analysis was performed.
FIG. 20: is a figure which shows the equivalent shear mass system model in the building for verification of 5-40 layers in the verification example of the soundness monitoring system of a building. FIG. 21 is a diagram showing the specifications of the building used in the verification example of the building health monitoring system. FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the magnitude of seismic waves and the maximum acceleration used for verification of the soundness monitoring system for buildings.
As shown in FIG. 20, there are four vibration models for verification: 5 layers, 10 layers, 20 layers, and 40 layers. In the case of a five-layer vibration model, wireless accelerometers 12P and 12Q are arranged on the fourth and second floors. In the case of the 10-layer vibration model, wireless accelerometers 12P and 12Q are arranged on the 8th and 3rd floors. In the case of the 20-layer vibration model, wireless accelerometers 12P and 12Q are arranged on the 15th and 5th floors. In the case of the 40-layer vibration model, wireless accelerometers 12P and 12Q are arranged on the 29th and 9th floors. The building 10 represented by these vibration models has the specifications as shown in FIG.
Seismic waves as shown in FIG. 22 were input to each of these vibration models. The input seismic waves were randomly selected from 200 records of M5.5 or more and 100 gal or more and used for verification.

図23は、検証用の各振動モデルにおける、建物固有周期の推定成績を示す図である。
推定成績は、推定周期(=1/推定振動数)が、検証用振動モデルの固有周期の90〜150%となるケースの割合として計算した。この図23に示すように、上層部に無線式加速度計12Pを備えることで、95%以上のケースにおいて、検証用振動モデルの固有周期の90〜150%となる。
FIG. 23 is a diagram showing estimated results of the building natural period in each vibration model for verification.
The estimation result was calculated as a ratio of cases in which the estimated period (=1/estimated frequency) is 90 to 150% of the natural period of the verification vibration model. As shown in FIG. 23, by providing the wireless accelerometer 12P in the upper layer, in 95% or more cases, the natural period of the verification vibration model is 90 to 150%.

ここで、比較のため、下層部の無線式加速度計12Qのみを備えた場合(手法1)、上層部の無線式加速度計12のみを備えた場合(手法2)と、上記第二実施形態のように、上層部の無線式加速度計12P、及び下層部の無線式加速度計12Qの双方を備えた場合(手法3)について、それぞれ、健全性モニタリングシステムにより、最大層間変形角の推定値を得て、正解値(解析により得られる最大層の層間変形角)との相関を得た。
図24は、下層部の無線式加速度計のみを備えた場合(手法1)における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。図25は、上層部の無線式加速度計のみを備えた場合(手法2)における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。図26は、上層部及び下層部の無線式加速度計を備えた場合(手法3)における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。
図24〜図26に示すように、下層部の無線式加速度計のみを備えた場合(手法1)、上層部の無線式加速度計のみを備えた場合(手法2)に対し、上層部と下層部とに無線式加速度計を備えた場合(手法3)では、標準偏差σが小さく、最大層間変形角の推定精度が高くなった。
上層部のみに無線式加速度計を備えた場合(手法2)においては、最大層間変形角を過小評価することがある。また、下層部のみに無線式加速度計を備えた場合(手法1)においては、建物周期が精度よく推定できないため、最大層間変形角の推定精度が高くない。上層部と下層部とに無線式加速度計を備えた場合(手法3)においては、手法1、手法2に対し、最大層間変形角の推定精度が改善されている。
Here, for comparison, a case where only the lower layer wireless accelerometer 12Q is provided (method 1), a case where only the upper layer wireless accelerometer 12 is provided (method 2), and the second embodiment As described above, in the case where both the upper layer wireless accelerometer 12P and the lower layer wireless accelerometer 12Q are provided (method 3), the estimated value of the maximum interlayer deformation angle is obtained by the soundness monitoring system. Then, the correlation with the correct value (interlayer deformation angle of the maximum layer obtained by analysis) was obtained.
FIG. 24 is a diagram showing the distribution of the estimation accuracy of the maximum interlayer deformation angle in the case where only the lower layer wireless accelerometer is provided (method 1). FIG. 25 is a diagram showing the distribution of the estimation accuracy of the maximum interlayer deformation angle in the case where only the upper layer radio accelerometer is provided (method 2). FIG. 26 is a diagram showing the distribution of the estimation accuracy of the maximum interlayer deformation angle in the case where the upper layer and the lower layer wireless accelerometers are provided (method 3).
As shown in FIGS. 24 to 26, as compared with the case where only the lower layer wireless accelerometer is provided (method 1) and the case where only the upper layer wireless accelerometer is provided (method 2), the upper layer and the lower layer When the wireless accelerometer was provided in the part (Method 3), the standard deviation σ was small and the estimation accuracy of the maximum interlayer deformation angle was high.
When the wireless accelerometer is provided only in the upper layer (method 2), the maximum interlayer deformation angle may be underestimated. Further, when the wireless accelerometer is provided only in the lower layer (method 1), the estimation of the maximum inter-story deformation angle is not high because the building cycle cannot be accurately estimated. When the wireless accelerometers are provided in the upper layer portion and the lower layer portion (Method 3), the estimation accuracy of the maximum interlayer deformation angle is improved as compared with Method 1 and Method 2.

既に説明した図26は、図20からわかるように、下層部の無線式加速度計の設置高さを、建物1の階高Hに対して0.25倍とした場合に相当する、最大層間変形角の推定精度の分布となる。これに加え、下層部に設ける無線式加速度計12Qの設置高さを、建物10の階高Hに対し、概ね0.3倍、0.4倍、0.5倍となるように配置した場合についても、最大層間変形角の推定精度の分布を得た。
図27は、下層部の無線式加速度計の設置高さを建物の階高に対して0.3倍とした場合における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。図28は、下層部の無線式加速度計の設置高さを建物の階高に対して0.4倍とした場合における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。図29は、下層部の無線式加速度計の設置高さを建物の階高に対して0.5倍とした場合における最大層間変形角の推定精度の分布を示す図である。
図27〜図29に示すように、建物の階高に対する下層部の無線式加速度計の設置高さの割合が大きくなると、最大層間変形角の推定精度を示す標準偏差が大きくなる傾向にあることが確認された。
これらの結果により、下層部に設ける無線式加速度計12Qの設置高さは、建物10の階高Hに対し、0.5倍以下、特に0.4倍以下の範囲内とするのが好ましい。
As shown in FIG. 20, the already-described FIG. 26 shows the maximum interlayer deformation corresponding to the case where the installation height of the radio accelerometer in the lower layer is 0.25 times the floor height H of the building 1. It is the distribution of the angle estimation accuracy. In addition to this, when the installation height of the wireless accelerometer 12Q provided in the lower layer is arranged to be approximately 0.3 times, 0.4 times, and 0.5 times the floor height H of the building 10. For, also, the distribution of the estimation accuracy of the maximum interlayer deformation angle was obtained.
FIG. 27 is a diagram showing a distribution of the estimation accuracy of the maximum interlayer deformation angle when the installation height of the wireless accelerometer in the lower layer is 0.3 times the floor height of the building. FIG. 28 is a diagram showing the distribution of the estimation accuracy of the maximum interlayer deformation angle when the installation height of the wireless accelerometer in the lower layer is 0.4 times the floor height of the building. FIG. 29 is a diagram showing a distribution of the estimation accuracy of the maximum interlayer deformation angle when the installation height of the wireless accelerometer in the lower layer is 0.5 times the floor height of the building.
As shown in FIGS. 27 to 29, when the ratio of the installation height of the wireless accelerometer in the lower layer to the floor height of the building increases, the standard deviation indicating the estimation accuracy of the maximum interlayer deformation angle tends to increase. Was confirmed.
From these results, the installation height of the wireless accelerometer 12Q provided in the lower layer is preferably 0.5 times or less, particularly 0.4 times or less of the floor height H of the building 10.

上述したような建物の健全性モニタリングシステム1によれば、建物10を模擬した1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置の第1の階層11Pと、それよりも下層の第2の階層11Qとに設置されて地震情報を取得する、無線式加速度計12P、12Qと、地震情報を用いて、等価高さHeの位置における地動に対する相対変位量である第1の層間変形角θ1、第2の層間変形角θ2を算出する演算処理部21と、地震情報を基に建物所在地での震度を算出する震度算出部22と、地動に対する第1の層間変形角θ1、第2の層間変形角θ2と所定の閾値とを比較して、地震後の建物10の被災度を推定する構造性能指標推定部23Bと、建物所在地の震度、及び建物10の被災度を表示する表示部31と、を含んでいる。
このような構成によれば、無線式加速度計12P、12Qにより、建物10を模擬した1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置に相当する第1の階層11P、それよりも下層の第2の階層11Qにおいて、地震発生時に生じた加速度が地震情報として取得される。演算処理部21では、取得された地震情報を用いて、1質点系振動モデルMにおける等価高さHeの位置に相当する第1の階層11P、及びそれよりも下層の第2の階層11Qにおける、地動に対する第1の層間変形角θ1、第2の層間変形角θ2が算出される。このように、建物10に生じた加速度の絶対値ではなく、地動に対する第1の層間変形角θ1、第2の層間変形角θ2に基づいて、建物10の地震後の被災度合いを示す構造性能指標を推定することで、地震後の建物10の構造性能を、より詳細に推定することができる。地動に対する第1の層間変形角θ1、及び第2の層間変形角θ2のうち、大きい方の層間変形角に基づいて、建物10の地震後の被災度合いを示す構造性能指標を推定することで、地震後の建物10の構造性能を、より一層、詳細に推定することができる。特に、建物10の下層階で層間変形角が大きくなった場合に、第2の階層11Qに設けた無線式加速度計12Qで取得される地震情報を用いて算出される第2の層間変形角θ2に基づいて、建物10の下層階における構造性能指標を推定することができる。さらに、推定された構造性能指標が表示部31に表示されることで、表示を確認したユーザは、建物10の被災度合いすなわち構造性能を、より詳細に把握することが可能となる。
さらに、地震情報に基づいて、建物10が建てられている個々の建物所在地での震度を算出し、算出された震度を表示することで、表示を確認したユーザは、建物10が設けられた地域全般の震度ではなく、建物10に入力された地震荷重をより詳細に把握することが可能となる。
したがって、地震後の建物10の構造性能を詳細に推定可能な、建物の健全性モニタリングシステム1を提供することができる。
According to the building soundness monitoring system 1 as described above, the first hierarchy 11P at the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M simulating the building 10 and the second hierarchy lower than that. Wireless accelerometers 12P and 12Q installed on 11Q to acquire earthquake information, and the first interlayer deformation angle θ1, which is a relative displacement amount to the ground motion at the position of the equivalent height He, using the earthquake information, and The calculation processing unit 21 that calculates the second interlayer deformation angle θ2, the seismic intensity calculation unit 22 that calculates the seismic intensity at the building location based on the earthquake information, the first interlayer deformation angle θ1, and the second interlayer deformation angle with respect to the ground motion. A structural performance index estimation unit 23B that estimates the degree of damage to the building 10 after the earthquake by comparing θ2 with a predetermined threshold, and a display unit 31 that displays the seismic intensity of the building location and the degree of damage to the building 10. Contains.
According to such a configuration, the wireless accelerometers 12P and 12Q allow the first floor 11P corresponding to the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M simulating the building 10 to be located below the first floor 11P. In the second layer 11Q, the acceleration generated when the earthquake occurs is acquired as the earthquake information. In the arithmetic processing unit 21, using the acquired seismic information, the first layer 11P corresponding to the position of the equivalent height He in the one-mass system vibration model M, and the second layer 11Q lower than that, A first interlayer deformation angle θ1 and a second interlayer deformation angle θ2 with respect to ground motion are calculated. Thus, based on the first interlayer deformation angle θ1 and the second interlayer deformation angle θ2 with respect to the ground motion, not on the absolute value of the acceleration generated in the building 10, the structural performance index indicating the damage level of the building 10 after the earthquake. By estimating, the structural performance of the building 10 after the earthquake can be estimated in more detail. By estimating the structural performance index indicating the degree of damage of the building 10 after the earthquake based on the larger interlayer deformation angle of the first interlayer deformation angle θ1 and the second interlayer deformation angle θ2 with respect to the ground motion, The structural performance of the building 10 after the earthquake can be estimated in more detail. In particular, when the interlayer deformation angle increases on the lower floors of the building 10, the second interlayer deformation angle θ2 calculated using the seismic information acquired by the wireless accelerometer 12Q provided on the second floor 11Q. Based on, the structural performance index in the lower floor of the building 10 can be estimated. Further, by displaying the estimated structural performance index on the display unit 31, the user who has confirmed the display can grasp the damage level of the building 10, that is, the structural performance in more detail.
Furthermore, the seismic intensity at each building location where the building 10 is built is calculated based on the earthquake information, and the calculated seismic intensity is displayed so that the user who confirms the display is in the area where the building 10 is provided. It is possible to grasp the seismic load input to the building 10 in more detail rather than the overall seismic intensity.
Therefore, it is possible to provide the soundness monitoring system 1 for a building that can estimate the structural performance of the building 10 after the earthquake in detail.

また、演算処理部21が、地震情報を基に算出された、第1の階層11P、及び第2の階層11Qにおける変位波形と、第1の階層11P、及び第2の階層11Qの応答倍率とを基に、第1の階層11P、及び第2の階層11Qにおける第1の層間変形角θ1、第2の層間変形角θ2を算出する。
このような構成によれば、無線式加速度計12P、12Qで取得された地震情報を用いて、第1の層間変形角θ1、第2の層間変形角θ2が算出される。これにより、建物10周りの地盤や建物10の基礎に加速度等を検出するためのセンサを設けることなく、地動に対する第1の層間変形角θ1、第2の層間変形角θ2を算出することが可能となり、建物10の健全性モニタリングシステム1の構築及び設置を容易に行うことが可能となる。
Further, the arithmetic processing unit 21 calculates the displacement waveforms in the first layer 11P and the second layer 11Q, which are calculated based on the earthquake information, and the response magnifications of the first layer 11P and the second layer 11Q. Based on the above, the first interlayer deformation angle θ1 and the second interlayer deformation angle θ2 in the first layer 11P and the second layer 11Q are calculated.
According to such a configuration, the first interlayer deformation angle θ1 and the second interlayer deformation angle θ2 are calculated using the earthquake information acquired by the wireless accelerometers 12P and 12Q. This makes it possible to calculate the first interlayer deformation angle θ1 and the second interlayer deformation angle θ2 with respect to the ground motion without providing a sensor for detecting acceleration or the like on the ground around the building 10 or the foundation of the building 10. Therefore, it is possible to easily construct and install the soundness monitoring system 1 for the building 10.

(実施形態の変形例)
なお、本発明の建物の健全性モニタリングシステムは、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、無線式加速度計は、建物の等価高さの位置の階層の床スラブ上に設置されているが、床スラブ上に限定することなく、建物躯体に添わせて設置可能であればよい。
(Modification of the embodiment)
Note that the building soundness monitoring system of the present invention is not limited to the above-described embodiment described with reference to the drawings, and various modifications can be considered within the technical scope thereof.
For example, in the above-described embodiment, the wireless accelerometer is installed on the floor slab of the hierarchy at the position of the equivalent height of the building, but it is not limited to the floor slab and can be installed along with the building frame. If

(その他の変形例)
また、上記実施形態では、無線式加速度計12を用いたが、これに代えて、無線式ひずみ計12Dを用いるようにしてもよい。無線式ひずみ計12Dを用いる場合、無線式ひずみ計12Dで検出した歪みの値を、加速度に換算し、換算された加速度を、上記実施形態の無線式加速度計12で検出された加速度と同様に扱う。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
(Other modifications)
Although the wireless accelerometer 12 is used in the above embodiment, a wireless strain gauge 12D may be used instead. When the wireless strain gauge 12D is used, the strain value detected by the wireless strain gauge 12D is converted into acceleration, and the converted acceleration is the same as the acceleration detected by the wireless accelerometer 12 of the above embodiment. deal with.
Other than this, the configurations described in the above embodiments can be selected or changed to other configurations without departing from the gist of the present invention.

1 健全性モニタリングシステム 23、23B 構造性能指標推定部
10 建物 30 ユーザの端末
11 階層 31 表示部
11S 階層(第1の階層) 100 外部のネットワーク
11P 第1の階層 θ、θ1 第1の層間変形角
11Q 第2の階層 θ2 第2の層間変形角
12、12P、12Q 無線式加速度計 He 等価高さ
20 モニタリング装置 M 1質点系振動モデル
21 演算処理部
22 震度算出部


1 Health Monitoring System 23, 23B Structural Performance Index Estimator 10 Building 30 User Terminal 11 Hierarchy 31 Display 11S Hierarchy (First Hierarchy) 100 External Network 11P First Hierarchy θ, θ1 First Interlayer Deformation Angle 11Q Second layer θ2 Second interlayer deformation angle 12, 12P, 12Q Wireless accelerometer He Equivalent height 20 Monitoring device M 1 Mass system vibration model 21 Arithmetic processing unit
22 Seismic intensity calculator


Claims (4)

地震発生後の建物の健全性を把握する、建物の健全性モニタリングシステムであって、
前記建物を模擬した1質点系振動モデルにおける等価高さの位置に相当する第1の階層に設置されて地震情報を取得する、無線式加速度計または無線式ひずみ計と、
前記地震情報を用いて、前記第1の階層における地動に対する相対変位量である第1の層間変形角を算出する演算処理部と、
前記地震情報を基に建物所在地の震度を算出する震度算出部と、
前記地動に対する第1の層間変形角と所定の閾値とを比較して、地震後の建物の被災度を推定する構造性能指標推定部と、
前記建物所在地の前記震度、及び前記建物の被災度を表示する表示部と、を含む
ことを特徴とする建物の健全性モニタリングシステム。
A health monitoring system for buildings, which grasps the health of the building after the earthquake,
A wireless accelerometer or wireless strain gauge installed in the first layer corresponding to the position of the equivalent height in the one-mass system vibration model simulating the building to acquire seismic information;
An arithmetic processing unit that uses the earthquake information to calculate a first interlayer deformation angle that is a relative displacement amount with respect to ground motion in the first layer;
A seismic intensity calculator that calculates the seismic intensity of the building location based on the earthquake information;
A structural performance index estimation unit that estimates the damage level of the building after the earthquake by comparing the first interlayer deformation angle with respect to the ground motion and a predetermined threshold value;
A health monitoring system for a building, comprising: a display unit that displays the seismic intensity of the building location and the damage level of the building.
地震発生後の建物の健全性を把握する、建物の健全性モニタリングシステムであって、
前記建物を模擬した1質点系振動モデルにおける等価高さの位置に相当する第1の階層、及び当該第1の階層よりも下層の第2の階層の各々に設置されて地震情報を取得する、無線式加速度計または無線式ひずみ計と、
前記地震情報を用いて、前記第1の階層、及び前記第2の階層における地動に対する相対変位量である第1の層間変形角と、第2の層間変形角を算出する演算処理部と、
前記地震情報を基に建物所在地の震度を算出する震度算出部と、
前記第1の層間変形角、及び前記第2の層間変形角のうち、大きい方の層間変形角と所定の閾値とを比較して、地震後の建物の被災度を推定する構造性能指標推定部と、
前記建物所在地の前記震度、及び前記建物の被災度を表示する表示部と、を含むことを特徴とする建物の健全性モニタリングシステム。
A health monitoring system for buildings, which grasps the health of the building after the earthquake,
Seismic information is acquired by being installed in each of a first layer corresponding to a position of an equivalent height in a one-mass system vibration model simulating the building and a second layer below the first layer, Wireless accelerometer or wireless strain gauge,
A calculation processing unit that calculates a first interlayer deformation angle, which is a relative displacement amount with respect to ground motion in the first layer and the second layer, and a second layer deformation angle using the earthquake information;
A seismic intensity calculator that calculates the seismic intensity of the building location based on the earthquake information;
A structural performance index estimation unit that estimates a damage level of a building after an earthquake by comparing a larger interlayer deformation angle of the first interlayer deformation angle and the second interlayer deformation angle with a predetermined threshold value. When,
A health monitoring system for a building, comprising: a display unit that displays the seismic intensity of the building location and the damage level of the building.
前記演算処理部は、
前記第1の階層における変位波形と、当該第1の階層の応答倍率とを基に、当該第1の階層での前記第1の層間変形角を算出し、
前記無線式加速度計または前記無線式ひずみ計が前記第2の階層にも設けられた場合においては、更に、前記第2の階層における変位波形と、当該第2の階層の応答倍率とを基に、当該第2の階層での前記第2の層間変形角を算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の建物の健全性モニタリングシステム。
The arithmetic processing unit,
Calculating the first interlayer deformation angle in the first layer based on the displacement waveform in the first layer and the response magnification of the first layer,
In the case where the wireless accelerometer or the wireless strain gauge is also provided in the second layer, further based on the displacement waveform in the second layer and the response magnification of the second layer. The health monitoring system for a building according to claim 1 or 2, wherein the second interlayer deformation angle in the second layer is calculated.
前記演算処理部は、少なくとも前記第1の階層を含む複数の前記階層の層間変形角を算出することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の建物の健全性モニタリングシステム。

The health monitoring system for a building according to any one of claims 1 to 3, wherein the arithmetic processing unit calculates interlayer deformation angles of the plurality of layers including at least the first layer.

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