JP3852871B2 - 床振動解析方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の床の振動を解析する方法および装置に関し、特に床の振動に係わる物理的特性を簡易解析法により求める方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビルなどの建物において良好な居住環境を確保する上で、床の振動障害に対する対策が重要である。この対策が不十分な場合には、床上を人が歩行したときや、床上でモータあるいは発電機などを稼働させたとき、大きい振動が階下に伝わって、階下の居住環境が悪化してしまう。また、精密加工機械などが設置される場合には、許容限度を越える振動が機械に伝わり、必要な加工精度を保つことが困難となる。
【０００３】
そのため従来より、建物の設計段階や建物が完成した段階で床振動のチェックが行われていた。
建物の設計段階でのチェックは、概ね次のような作業手順で行われる。すなわち、まず床の固有振動数を計算し、さらに、予想される振動源（歩行する人間やモータなど）に対する床の反応として、床の変位および加速度を計算する。そして、得られた計算結果を、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフ上にプロットして評価し、振動障害の発生を予測する。その後、上記計算結果、グラフ、判定結果などを文書にまとめる。
【０００４】
また、建物の完成後にチェックを行う場合の作業手順は概ね次のようなものである。すなわち、まず完成した建物において実測により振動障害の現状を調査し、その調査結果にもとづいて振動障害を減ずるための対策を立案し、さらに予想される振動源に対し、床の変位および加速度応答を計算する。その後、得られた計算結果を、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフ上にプロットして評価し、振動障害の発生を予測する。その後、上記計算結果、グラフ、判定結果などを文書にまとめる。
いずれの場合にも振動障害の発生が予測されたときは、設計変更や必要な対策を実施し、その後、再度上述の作業を行って振動障害の有無を確認することになる。
【０００５】
ところで、このようなチェックでは上述のように床の固有振動数や、変位および加速度の計算が必要であり、この計算は従来、手計算、簡易解析、有限要素法の３通りの手法のいずれかにより行われていた。
しかし、これらの手法のうち、手計算による方法は、実際の床を忠実に表現した解析モデルを使用することができず、十分な解析精度が得られないため、振動障害の予測結果は精度の低いものとならざるを得ない。そして、境界条件を種々に設定したり、間柱による補強や受動的制振装置を用いて振動制御を行う場合にはほとんど対応できない。なお、受動的制振装置はＴＭＤ（Ｔｕｎｅｄ Ｍａｓｓ Ｄａｍｐｅｒ）とも呼ばれている。
【０００６】
これに対して、有限要素法を用いる方法では、実際の床を忠実に表現した解析モデルを使用することができ、非常に高い精度で振動障害を予測することが可能である。また、境界条件を種々に設定したり、間柱による補強や受動的制振装置を用いて振動制御を行う場合にも対応できる。しかし、データの作成や計算結果の評価に膨大な手間と時間がかかるという欠点がある。また、有限要素法に関する専門的な知識が必要なため、建物の構造設計者が自身で作業を行うことは困難なケースも多い。そのため、この方法では多大のコストと時間がかかってしまう。
【０００７】
簡易解析を行う方法は、手計算と有限要素法の中間に位置するもので、具体的にはガラーキン法を応用して床の固有値解析および動的応答解析を行う。この方法では、有限要素法を用いた場合のように高い精度は得られないが、通常必要なレベルの精度は確保でき、有限要素法よりはるかに実用的なコストと時間で解析を行うことができる。
しかし、ガラーキン法による簡易解析では、柱を考慮することができず、梁および壁の設定位置も制約を受ける。また、梁の構造はＲＣ（鉄筋コンクリート）構造とＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造に限られ、境界条件も単純支持と固定支持のみしか設定できない。さらに、受動的制振装置は考慮できず、上下階の床に加わった外力の影響を調べるといった３次元的な解析も不可能である。したがって適用対象は限定されたものとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
床の固有振動数や、変位および加速度を計算した後は、上述のように、計算結果を評価することになるが、これには、紙に印刷あるいは複写された、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフ上で、上記固有振動数と変位の組み、および固有振動数と加速度の組みに対応する位置に円印などを記載するという作業が必要である。そして、設計の手直しや、振動対策を実施した場合には、そのつど評価をやり直す必要があり、したがって、このような作業もそのつど行わなければならず、非常に手間と時間がかかる。
【０００９】
また、床振動の評価や、対策の立案には、床の振動モードを２次元的に把握したり、さらに床上の特定の位置における変位および加速度の時間的な変化を把握することも有効であるが、そのためにモード図や時系列グラフを人がいちいち作成したのでは手間と時間がかかり効率がわるい。
【００１０】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、床振動の解析結果を容易に評価できるようにする床振動解析方法および装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、建物の床の振動を簡易解析法によりコンピューターを用いて解析する方法において、前記床の振動解析に必要な物理的データが操作者の操作によって入力されると、該物理的データをデータ入力手段によって取り込むデータ入力ステップと、前記データ入力ステップで取り込んだ前記物理的データをデータ書き込み手段によって記憶装置に格納するデータ書き込みステップと、前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法を用いて前記床の固有値解析と動的応答解析とを行って、前記床の固有振動数と最大変位とを解析手段によって算出する解析ステップと、前記解析ステップにおける解析の結果を出力手段によって表示装置に表示する出力ステップとを含み、前記出力ステップは、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフをグラフ表示手段によって前記表示装置の画面に表示するグラフ表示ステップと、記憶装置に予め格納された、前記床の変位の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に、１または複数の評価基準曲線を曲線描画手段によって描く曲線描画ステップと、前記グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を図形表示手段によって表示する図形表示ステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段が前記床の前記最大変位と共に前記床の最大加速度を算出し、前記出力ステップの前記グラフ表示ステップでは、前記グラフ表示手段が、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフを前記グラフと共に前記表示装置の画面に表示し、前記曲線描画ステップでは、前記曲線描画手段が、記憶装置に予め格納された、前記床の加速度の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示ステップで表示した前記第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描き、前記図形表示ステップでは、前記図形表示手段が、前記グラフ表示ステップで表示した前記第２のグラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記加速度が前記最大加速度である位置を示す所定の図形を表示することを特徴とする。
本発明はまた、前記曲線描画ステップでは、前記曲線描画手段が、複数の前記評価基準曲線を描画し、選択された評価基準に対応する前記評価基準曲線は他の前記評価基準曲線と異なる色で表示することを特徴とする。
【００１３】
本発明はまた、前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる第１の判定手段が、前記床の変位の前記評価基準データにもとづいて、前記解析ステップで算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第１の判定ステップをさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる第２の判定手段が、前記床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、前記解析ステップで算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第２の判定ステップをさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる床図形表示手段が、前記表示装置の画面に、前記床の範囲を表す第１の図形を表示する床図形表示ステップと、前記出力手段に含まれる変位量表示手段が、前記第１の図形の内側に前記床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、前記第２の図形のそれぞれの大きさを前記解析ステップにおける前記固有値解析により得られた前記床の各位置における変位の量にもとづいて設定する変位量表示ステップとをさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる変位グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、前記床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する変位グラフ表示ステップと、前記出力手段に含まれる変位曲線表示手段が、前記解析ステップにおける前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の変位を表す曲線を、前記変位グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に表示する変位曲線表示ステップとをさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる加速度グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、前記床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する加速度グラフ表示ステップと、前記出力手段に含まれる加速度曲線表示手段が、前記解析ステップにおける前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の加速度を表す曲線を、前記加速度グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に表示する加速度曲線表示ステップとをさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明はまた、前記データ入力ステップは、前記床に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記床に関する物理的データを第１のデータ入力手段によって取り込む第１のデータ入力ステップと、前記床を支持する梁に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記梁に関する物理的データを第２のデータ入力手段によって取り込む第２のデータ入力ステップと、前記梁を支持する柱に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記柱に関する物理的データを第３のデータ入力手段によって取り込む第３のデータ入力ステップと、前記床に加わる外力に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記外力に関する物理的データを第４のデータ入力手段によって取り込む第４のデータ入力ステップとを含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記床に関する前記物理的データは、前記床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを含み、前記梁に関する前記物理的データは、前記梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記柱に関する前記物理的データは、前記柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記外力に関する前記物理的データは、前記外力が加わる位置のデータを含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記記憶装置に格納されている前記外力の時系列データは、人が前記床上で飛び跳ね、歩行、小走り、かかと衝撃動作、ならびにエアロビクス屈伸運動のいずれかを行った場合に前記床に加わる力のデータもしくは任意の周波数・振幅に生成した正弦波のデータであることを特徴とする。
本発明はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段が、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて前記床の前記固有値解析と前記動的応答解析とを行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明はまた、建物の床の振動を簡易解析法により解析する装置において、前記床の振動解析に必要な物理的データを取り込むデータ入力手段と、前記データ入力手段で取り込んだ前記物理的データを記憶装置に格納するデータ書き込み手段と、前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法を用いて前記床の固有値解析と動的応答解析とを行って、前記床の固有振動数と最大変位とを算出する解析手段と、前記解析手段における解析の結果を表示装置に表示する出力手段と、を含み、前記出力手段は、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示するグラフ表示手段と、記憶装置に予め格納された、前記床の変位の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く曲線描画手段と、前記グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する図形表示手段と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明はまた、前記解析手段が、前記床の前記最大変位と共に前記床の最大加速度を算出し、前記出力手段の前記グラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフを前記グラフと共に前記表示装置の画面に表示し、前記曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、前記床の加速度の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示手段で表示した前記第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描き、前記図形表示手段は、前記グラフ表示手段で表示した前記第２のグラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記加速度が前記最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する、ことを特徴とする。
本発明はまた、前記曲線描画手段が、複数の前記評価基準曲線を描画し、選択された評価基準に対応する前記評価基準曲線は他の前記評価基準曲線と異なる色で表示することを特徴とする。
【００１７】
本発明はまた、前記出力手段が、前記床の変位の前記評価基準データにもとづいて、前記解析手段で算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第１の判定手段と、前記床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、前記解析手段で算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第２の判定手段をさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力手段が、前記表示装置の画面に、前記床の範囲を表す第１の図形を表示する床図形表示手段と、前記第１の図形の内側に前記床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、前記第２の図形のそれぞれの大きさを前記解析手段における前記固有値解析により得られた前記床の各位置における変位の量にもとづいて設定する変位量表示手段と、をさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力手段が、時間を表す第１の軸と前記床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する変位グラフ表示手段と、前記解析手段における前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の変位を表す曲線を、前記変位グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に表示する変位曲線表示手段と、時間を表す第１の軸と前記床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する加速度グラフ表示手段と、前記解析手段における前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の加速度を表す曲線を、前記加速度グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に表示する加速度曲線表示手段と、をさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記データ入力手段が、前記床に関する物理的データを取り込む第１のデータ入力手段と、前記床を支持する梁に関する物理的データを取り込む第２のデータ入力手段と、前記梁を支持する柱に関する物理的データを取り込む第３のデータ入力手段と、前記床に加わる外力に関する物理的データを取り込む第４のデータ入力手段と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の床振動解析方法では、データ入力ステップで、床の振動解析に必要な複数の物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、データ入力ステップで取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。その後、解析ステップで、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法を用いて床の固有値解析と動的応答解析とを行って、床の固有振動数と最大変位とを算出する。出力ステップでは、解析ステップにおける解析の結果を表示装置に表示する。
【００１９】
そして、上記出力ステップでは、グラフ表示ステップにおいて、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、曲線描画ステップで、記憶装置に予め格納された、床の変位の評価基準データにもとづいて、グラフ表示ステップで表示したグラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示ステップでは、グラフ表示ステップで表示したグラフ上に、振動数が前記固有振動数であり、変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する。
【００２０】
また、本発明の床振動解析方法では、解析ステップにおいて、床の最大変位と共に床の最大加速度を算出する。そして、出力ステップのグラフ表示ステップでは、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフをグラフと共に表示装置の画面に表示し、曲線描画ステップでは、記憶装置に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、グラフ表示ステップで表示した第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示ステップでは、グラフ表示ステップで表示した第２のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、加速度が最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する。
【００２１】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、床図形表示ステップで、表示装置の画面に床の範囲を表す第１の図形を表示し、変位量表示ステップでは、第１の図形の内側に床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、第２の図形のそれぞれの大きさを解析ステップにおける固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する。
【００２２】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、変位グラフ表示ステップで、時間を表す第１の軸と、床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、変位曲線表示ステップでは、解析ステップにおける動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線を、変位グラフ表示ステップで表示したグラフ上に表示する。
【００２３】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおて、加速度グラフ表示ステップで、時間を表す第１の軸と、床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、加速度曲線表示ステップでは、解析ステップにおける動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線を、加速度グラフ表示ステップで表示したグラフ上に表示する。
【００２４】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、第１の判定ステップで、床の変位の前記評価基準データにもとづいて、解析ステップで算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００２５】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、第２の判定ステップで、床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、解析ステップで算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００２６】
本発明の床振動解析装置では、データ入力手段が、床の振動解析に必要な複数の物理的データを取り込み、データ書き込み手段は、データ入力手段が取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。その後、解析手段が、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法を用いて床の固有値解析と動的応答解析とを行って、床の固有振動数と最大変位とを算出する。出力手段は、解析手段による解析の結果を表示装置に表示する。
【００２７】
そして、上記出力手段のグラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、床の変位の評価基準データにもとづいて、グラフ表示手段が表示したグラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示手段は、グラフ表示手段が表示したグラフ上に、振動数が前記固有振動数であり、変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する。
【００２８】
また、本発明の床振動解析装置では、解析手段が、床の最大変位と共に床の最大加速度を算出する。そして、出力手段のグラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフをグラフと共に表示装置の画面に表示し、曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、グラフ表示手段が表示した第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示手段は、グラフ表示手段が表示した第２のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、加速度が最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する。
【００２９】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の床図形表示手段が、表示装置の画面に床の範囲を表す第１の図形を表示し、変位量表示手段は、第１の図形の内側に床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、第２の図形のそれぞれの大きさを解析手段における固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する。
【００３０】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の変位グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、変位曲線表示手段は、解析手段における動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線を、変位グラフ表示手段が表示したグラフ上に表示する。
【００３１】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の加速度グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、加速度曲線表示手段は、解析手段による動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線を、加速度グラフ表示手段が表示したグラフ上に表示する。
【００３２】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の第１の判定手段が、床の変位の前記評価基準データにもとづいて、解析手段が算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００３３】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の第２の判定手段が、床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、解析手段が算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１（Ａ）は本発明による床振動解析装置の一例を示す機能ブロック図、（Ｂ）は、図１の（Ａ）の床振動解析装置を構成する出力手段を示す機能ブロック図、図２は図１の床振動解析装置を構成するパーソナルコンピュータを示す構成図、図３は、図１の床振動解析装置の動作を示すフローチャートである。以下ではこれらの図を参照して本発明の床振動解析装置の実施例について説明し、同時に本発明の床振動解析方法の実施例について説明する。
【００３５】
本実施例の床振動解析装置は具体的には図２に示したパーソナルコンピュータ２（以下、パソコン２ともいう）により構成され、このパソコン２は、ＣＰＵ４と、不図示のインターフェース回路などを通じてＣＰＵ４に接続されたメモリ６、ハードディスク装置８、ＣＲＴモニタ１０、キーボード１２、マウス１４、ならびにプリンタ１６などにより構成されている。そして、実施例の床振動解析装置の主要な機能な、ハードディスク装置８に格納されている所定のプログラムデータを上記メモリ６にロードし、ＣＰＵ４をそのプログラムデータにもとづいて動作させることで実現される。なお、本発明に係わる記憶装置は、上記メモリ６およびハードディスク装置８により構成されている。
【００３６】
図１に示すように、実施例の床振動解析装置１８は、機能的には、第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８、データ書き込み手段３０、記憶装置１９、解析手段３２、ならびに出力手段３４により構成されている。第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８は、本実施例では対話形式で、床振動の解析に必要な種々の物理的データ（以下、単にデータともいう）を操作者（通常は設計者）の操作にもとづいて順次取り込む。各データ入力手段は具体的には以下のデータをそれぞれ取り込む。
【００３７】
第１のデータ入力手段２０は、床に関するデータとして、床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを取り込む。
第２のデータ入力手段２２は、梁に関するデータとして、梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを取り込む。
第３のデータ入力手段２４は、柱に関するデータとして、柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを取り込む。
第４のデータ入力手段２６は、外力に関するデータとして、外力が加わる位置のデータを取り込む。
第５のデータ入力手段２８は、受動的制振装置に関するデータとして、受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを取り込む。
これらのデータ入力手段により上述した各種のデータが具体的にどのように入力されるかについては後にさらに詳しく説明する。
【００３８】
データ書き込み手段３０は、第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８が取り込んだ各種のデータをメモリ６の所定領域にそれぞれ格納する。
【００３９】
解析手段３２は、データ書き込み手段３０によりメモリ６に格納された上記データと、ハードディスク装置８に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析として、固有値解析と動的応答解析とを行う。
なお、上記外力の時系列データとしては、本実施例では人が床上で飛び跳ね運動を行った場合に床に加わる力のデータが、予めハードディスク装置８に格納されている。図６の（Ａ）は、人が床上で飛び跳ね運動を行った場合に床に加わる外力データをプロットしたグラフである。図中、横軸は時間を表し、縦軸は力の強さを表している。
出力手段３４は、解析手段３２による固有値解析と動的応答解析の結果を、ＣＲＴモニタ１０に表示し、またプリンタ１６に出力する。
【００４０】
出力手段３４の主要な機能は、評価画面、モード図、ならびに時系列グラフを表示することである。
出力手段３４は、評価画面の表示に関連して、図１の（Ｂ）に示すように、グラフ表示手段３４Ａ、曲線描画手段３４Ｂ、図形表示手段３４Ｃ、ならびに判定手段３４Ｄ（本発明に係わる第１および第２の判定手段）を備えている。
グラフ表示手段３４Ａは、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含む第１のグラフをＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、曲線描画手段３４Ｂは、ハードディスク装置８に予め格納された、床の変位の評価基準データにもとづいて、第１のグラフ上に、複数の評価基準曲線を描く。図形表示手段３４Ｃは、グラフ表示手段３４Ａが表示した第１のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、変位が最大変位である位置を示す所定の図形として円形のマークを表示する。
【００４１】
また、グラフ表示手段３４Ａは、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフを上記第１のグラフと共にＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、曲線描画手段３４Ｂは、記憶装置に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、グラフ表示手段３４Ａが表示した第２のグラフ上に、複数の、加速度の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示手段３４Ｃは、グラフ表示手段３４Ａが表示した第２のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、加速度が最大加速度である位置を示す所定の図形として円形のマークを表示する。
【００４２】
そして、判定手段３４Ｄは、床の変位の評価基準データにもとづいて、解析手段３２が算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、さらに、床の加速度の評価基準データにもとづいて、解析手段３２が算出した最大加速度が基準を満たすか否かを判定する。そして判定結果を表す図形をＣＲＴモニタ１０の画面に表示する。
【００４３】
出力手段３４は、モード図の表示に関連して、図１の（Ｂ）に示したように、床図形表示手段３４Ｅと変位量表示手段３４Ｆとを備えている。
床図形表示手段３４Ｅは、ＣＲＴモニタ１０の画面に床の範囲を表す矩形（本発明に係わる第１の図形）を表示する。変位量表示手段３４Ｆは、上記矩形の内側に床の変位を表すマーク（本発明に係わる第２の図形）をマトリクス状に表示し、マークのそれぞれの大きさを解析手段３２における固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する。
【００４４】
出力手段３４は、時系列グラフの表示に関連して、図１の（Ｂ）に示したように、変位グラフ表示手段３４Ｇ、変位曲線表示手段３４Ｈ、加速度グラフ表示手段３４Ｉ、ならびに加速度曲線表示手段３４Ｊを備えている。
変位グラフ表示手段３４Ｇは、時間を表す第１の軸と、床の変位を表す第２の軸とを含むグラフをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する。
そして、変位曲線表示手段３４Ｈは、解析手段３２における動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線を、変位グラフ表示手段３４Ｇが表示したグラフ上に表示する。
加速度グラフ表示手段３４Ｉは、時間を表す第１の軸と、床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する。そして、加速度曲線表示手段３４Ｊは、解析手段３２における動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線を、加速度グラフ表示手段３４Ｉが表示したグラフ上に表示する。
【００４５】
次にこのように構成された床振動解析装置１８の動作について、図３、図４のフローチャートを参照しつつ詳しく説明する。
まず、第１のデータ入力手段２０は、対話形式で床（スラブ）に関するデータを取り込むため、ＣＲＴモニタ１０の画面に、データを入力するためのウインドウを表示する（ステップＳ１）。図５はこの床に関するデータを入力するためのウインドウを示す説明図である。
【００４６】
第１のデータ入力手段２０は、ウインドウ３６内に、各データを入力するための７つの矩形の領域を表示し、各領域の近傍にはデータの名称など、データに係わる文字や記号を表示する。
領域３８、４０はそれぞれＸおよびＹ方向の床の長さを入力するための領域である。領域３８、４０に近接して表示された矩形図形４２は床を表し、矢印４４、４６はＸおよびＹの各方向を示している。Ｘ方向の床の長さを入力するための領域３８は矩形図形４２の上に配置され、領域３８の右側には単位を表す“ｍ”の文字が近接して表示されている。一方、Ｙ方向の床の長さを入力するための領域４０は矩形図形４２の左側に配置され、領域４０の右側には単位を表す“ｍ”の文字が近接して表示されている。
【００４７】
領域４８は床（スラブ）の厚さを入力するための領域であり、領域４８の左側にはこのデータの名称“スラブ厚”が近接して表示され、右には単位“ｃｍ”が近接して表示されている。
領域５０、５２はそれぞれＸおよびＹ方向のヤング係数または曲げ剛性を入力するための領域である。各領域の左側には方向を示す“Ｘ方向”および“Ｙ方向”が表示され、各領域の右側には単位を表す“ｔ／ｃｍ2 ”が表示されている。領域５０、５２は枠線５４により囲まれており、枠線５４内の上部にはヤング係数と曲げ剛性のいずれかを選択するための円形の小領域５６、５８が表示され、各小領域５６、５８の右側には“ヤング係数”および“曲げ剛性”がそれぞれ表示されている。
枠線５４の下側にはそれぞれポアソン比と単位体積重量を入力するための領域６０、６２が表示され、各領域６０、６２の左側には“ポアソン比”および“単位体積重量”がそれぞれ表示されている。そして領域６２の右側には単位を示す“ｔ／ｍ3 ”が表示されている。
【００４８】
このような表示に対して操作者は必要なデータを順次入力していく。例えばＸ方向の床の長さを入力するときは、領域３８をまずマウス１４によりクリックする。すなわち、ＣＲＴモニタ１０の画面に表示された不図示のマウスカーソルを、マウス１４を操作して領域３８内に移動させ、例えばマウス１４の左ボタンを１度押す。これにより領域３８内に文字入力のためのカーソルが表示され、操作者はキーボード１２を操作して、Ｘ方向の床の長さのデータを入力する。第１のデータ入力手段２０はこのデータの各数字や文字が入力されるごとに、それらを順次、領域３８内に表示する。その結果、入力が完了した段階で、領域３８には、例えば図５に示したように“９．００Ｅ＋０”と表示される。次に、Ｙ方向の床の長さを入力する場合には、操作者は領域４０をマウス１４によりクリックする。その結果、領域４０内に文字入力のためのカーソルが表示され、操作者はキーボード１２を操作して、例えば“６．００Ｅ＋０”と入力する。
操作者はこのような操作を他のデータ入力領域に関しても順次実行し、必要なデータを入力していく。なお、ヤング係数と曲げ剛性に関してはいずれかを選択するようになっており、操作者はヤング係数を入力する場合には小領域５６をクリックした上で、一方、曲げ剛性を入力する場合には小領域５８をクリックした上で領域５０、５２にそれぞれヤング係数または曲げ剛性のデータを入力する。
【００４９】
図５の例では、一例として、ＸおよびＹ方向の床の長さとしてはそれぞれ９ｍおよび６ｍが入力され、スラブ厚は１２ｃｍ、ヤング係数はＸおよびＹ方向共に２．１０＋２ｔ／ｃｍ2 、ポアソン比は０．１７、単位体積重量は２．４ｔ／ｃｍ3 が入力されている。
【００５０】
操作者は、このような床に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、設定ボタン６４をクリックする。その結果、第１のデータ入力手段２０はウインドウ３６の表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ２）。
【００５１】
また、設定ボタン６４がクリックされたことで、第２のデータ入力手段２２が起動され、第２のデータ入力手段２２は、梁に関するデータを入力するためのウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ３）。
このウインドウも基本的には、図５に示した床に関するデータを入力するためのウインドウ３６と同様の構成となっており、ウインドウ内には梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示される。
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第２のデータ入力手段２２はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
【００５２】
操作者は、梁に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第２のデータ入力手段２２はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された梁に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ４）。
【００５３】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第３のデータ入力手段２４が起動され、第３のデータ入力手段２４は、柱に関するデータを入力するためのウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ５）。
このウインドウも基本的には、図５に示した床に関するデータを入力するためのウインドウ３６と同様の構成となっており、ウインドウ内には柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示される。
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第３のデータ入力手段２４はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
【００５４】
操作者は、梁に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第３のデータ入力手段２４はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された柱に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ６）。
【００５５】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第４のデータ入力手段２６が起動され、第４のデータ入力手段２６は、外力に関するデータを入力するための、上記ウインドウ３６と同種のウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ７）。このウインドウ内には外力が加わる位置の座標値のデータを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍には座標の名称および単位がそれぞれ表示される。
【００５６】
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、ＸおよびＹの座標値のデータを入力する。そして第４のデータ入力手段２６はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
操作者は、外力に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第４のデータ入力手段２６はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された外力に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ８）。
【００５７】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第５のデータ入力手段２８が起動され、第５のデータ入力手段２８は、受動的制振装置に関するデータを入力するための、ウインドウ３６と同種のウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ９）。このウインドウ内には受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示されている。
【００５８】
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第５のデータ入力手段２８はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
操作者は、受動的制振装置に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第５のデータ入力手段２８はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された受動的制振装置に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ１０）。
なお、床に受動的制振装置を装備しない場合には、受動的制振装置に関するデータは無論不要であるから、第５のデータ入力手段２８によるデータの入力は不要であり、操作者はこれに関するデータの入力操作を行う必要がない。
【００５９】
以上のように解析に必要なデータの入力が完了すると、解析手段３２は、上述のようにデータ書き込み手段３０によりメモリ６に格納された上記データと、ハードディスク装置８に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、固有値解析と動的応答解析とを行う（ステップＳ１１）。ここで、解析手段３２は、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用い、したがって、未定係数を含む床の形状関数により床の変形を定義し、エネルギ最小原理からその未定係数を決定する。
解析手段３２は、固有値解析において、床の１次固有振動数を算出し、さらに、床が１次振動モードで振動した場合の、床上の各位置における変位の大きさを算出する。一方、動的応答解析では、図６の（Ａ）に示した飛び跳ね運動による外力が床に加わった場合の床の動的応答特性を算出する。この動的応答特性としては、床の変位と加速度の両方を算出し、さらに、最大変位と、最大加速度を求める。
【００６０】
このように本実施例の床振動解析装置１８では、簡易解析としてレーリーリッツ法を用いて床振動に関わる解析を行うので、未定係数を含む床の形状関数により床の変形を定義し、エネルギ最小原理からその未定係数を決定することになる。その中で、柱、梁、壁を任意の位置に任意の数量を設定できるようにしているため、実際の床により近い解析モデルを設定して解析を行うことができる。
そのため、柱を考慮することができ、梁および壁も任意の位置に設定できる。また、梁の構造はＲＣ構造とＳＲＣ構造に加えてＳ構造にも対応でき、境界条件も単純支持および固定支持だけでなく、自由端およびこれらの中間の任意の固定度に設定することができる。さらに、受動的制振装置を考慮することも可能である。
【００６１】
その後、出力手段３４は、解析手段３２による固有値解析と動的応答解析の結果をＣＲＴモニタ１０に表示する（ステップＳ１２）。図４は出力手段３４の動作を詳しく示すフローチャートである。
出力手段３４は、操作者による指示にもとづいて、解析結果を評価画面、モード図、ならびに時系列グラフのいずれかの形で表示する。そのため、出力手段３４は、まずＣＲＴモニタ１０の画面に出力選択のためのウインドウを表示し、そのウインドウ内に、評価画面、モード図、ならびに時系列グラフのそれぞれに対応するボタンを、それぞれ“評価画面”、“モード図”、ならびに“時系列グラフ”の表示と共に表示する。
【００６２】
これに対して、操作者はマウス１４を操作してマウスカーソルをいずれかのボタン上に配置し、クリックすることで、所望の解析結果をＣＲＴモニタ１０の画面に表示させることができる（ステップＳ２１）。
まず、評価画面の表示を選択した場合を説明する。図７は、評価画面の表示を示す説明図である。
【００６３】
操作者が評価画面のボタンをクリックすると、出力手段３４はＣＲＴモニタ１０の画面に解析結果を表示するためのウインドウ６６を表示し、そのウインドウ６６内に固有振動数や、評価のためのグラフを表示する。
【００６４】
出力手段３４はこのウインドウ６６内の左上の箇所に、数値を表示するための３つの領域６８、７０、７２を確保し、各領域の左側にはそれぞれ“最大変位”、“最大加速度”、“１次固有振動数”の語句を表示する。また、各領域の右側にはそれぞれの単位“μｍ”、“ｃｍ／ｓ2 ”、“Ｈｚ”を表示する。そして、各領域６８、７０、７２内に、解析手段３２が求めた床の上記最大変位、最大加速度、１次固有振動数をそれぞれ表示する。
【００６５】
日本建築学会は、振動の種類や、建物の用途に応じて、床の変位および加速度に関して種々の評価基準を設定している。ウインドウ６６内に出力手段３４が表示した２種類のグラフ７４、７６は、この評価基準にもとづいて、解析した床の振動を評価するためのものである。
これらのグラフを表示するため、まず、出力手段３４のグラフ表示手段３４Ａは、横軸として振動数を表す第１の軸７４Ａと、縦軸として変位を表す第２の軸７４Ｂとを含む第１のグラフ７４をウインドウ６６内に表示する（ステップＳ２２）。第１および第２の軸は共に対数目盛となっている。
【００６６】
そして、曲線描画手段３４Ｂは、ハードディスク装置８に予め格納された、床の変位の評価基準データ、すなわち、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のにもとづいて、第１のグラフ７４上に、本実施例では６本の評価基準曲線を描く（ステップＳ２３）。各曲線が各評価基準Ｖ−０．７５、Ｖ−１．５、Ｖ−３、Ｖ−５、Ｖ−１０、Ｖ−３０に対応している。なお、各基準は、数値が小さいほど厳しく、許容される変位振幅および加速度振幅は小さくなっている。
【００６７】
また、グラフ表示手段３４Ａは、横軸として振動数を表す第１の軸７６Ａと、縦軸として加速度を表す第２の軸７６Ｂとを含む第２のグラフ７６をウインドウ６６内に表示する（ステップＳ２４）。これら第１および第２の軸も共に対数目盛となっている。
【００６８】
そして、曲線描画手段３４Ｂは、ハードディスク装置８に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、すなわち、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のデータにもとづいて、第２のグラフ７６上に、本実施例では６本の評価基準曲線を描く（ステップＳ２５）。各曲線が各評価基準Ｖ−０．７５、Ｖ−１．５、Ｖ−３、Ｖ−５、Ｖ−１０、Ｖ−３０に対応している。
【００６９】
その後、出力手段３４の図形表示手段３４Ｃは、グラフ表示手段３４Ａが表示した第１のグラフ７４において、上記領域７２に表示した１次固有振動数の位置を通る仮想垂直線と、上記領域６８に表示した最大変位の位置を通る仮想水平線との交点の位置に、マーク８２を表示する（ステップＳ２６）。また、グラフ７６において、上記領域７２に表示した１次固有振動数の位置を通る仮想垂直線と、上記領域７０に表示した最大加速度の位置を通る仮想水平線との交点の位置に、マーク８４を表示する（ステップＳ２７）。
出力手段３４はまた、ウインドウ６６内の上部の箇所に、選択操作領域７８を確保し、ここに各評価基準を選択するためのボタン８０をマトリクス状に表示し、その周囲に“振動種別１”や“住居”といった関連情報を表示する。各ボタン８０には評価基準を表す“Ｖ−０．７５”や“Ｖ１．５”などが表示され、そしてボタン８０の列は振動の種別（振動種別１〜３）とランク（ランク１〜３）とに対応し、行は建物の用途に対応している。
ここで振動の種別とは、解析手段３２が動的応答解析を行う際に、どのような振動外力を床に与えるか表しており、振動種別１は連続または断続的な振動、振動種別２は減衰率の低い衝撃振動、振動種別３は減衰率の高い衝撃振動となっている。
また、ランクは各評価基準を、振動種別および建物の用途ごとに分類するためのもので、ランク１が最も厳しく、ランク３が最も緩やかな評価基準となっている。
【００７０】
操作者はこの選択操作領域７８を見て必要な評価基準を選択し、マウス１４を操作してボタン８０をクリックする。出力手段３４の曲線描画手段３４Ｂは、特定のボタン８０がクリックされると、そのボタン８０に対応する評価基準の曲線を他の曲線とは異なるより目立つ色で表示する。図７の例では、振動種別１のランク２の列に配置された評価基準Ｖ−３のボタン８０がクリックされており、したがって、第１および第２のグラフ７４、７６において、この評価基準Ｖ−３に対応する各曲線が他とは異なる色で表示されている。
【００７１】
一方、判定手段３４Ｄは、床の変位の評価基準データにもとづいて、解析手段３２が算出した最大変位が基準を満たすか否かを判定し、さらに、床の加速度の評価基準データにもとづいて、解析手段３２が算出した最大加速度が基準を満たすか否かを判定する。そして判定結果を表す図形をウインドウ６６の左下の箇所に表示する。
【００７２】
図７の例では、マーク８２、８４は共に評価基準Ｖ−３の各曲線より上に表示されているので、基準を満たしておらず、何らかの対策が必要であることを示している。そのため、判定手段３４Ｄは、そのことを表す雲の図８６を表示する（ステップＳ３８）。なお、解析結果が基準を満たしているときは、判定手段３４Ｄはこの雲の図８６に代って不図示の太陽の図を表示する。
【００７３】
出力手段３４はまた、選択されたボタン８０に対応する振動種別、ランク、ならびに建物の用途を、それぞれウインドウ６６内の領域７２の下方に表示する。さらに、それにつづけて、上記１次固有振動数における各評価基準Ｖ−３の曲線の値をそれぞれ“基準変位”および“基準加速度”として単位“μｍ”、“ｃｍ／ｓ2 と共に表示する。また、これらの基準変位および基準加速度と、上記最大変位および最大加速度との差を、それぞれ“超過変位”および“超過加速度”として表示する。
なお、図７の例では、解析結果から得られた評価マーク８２、８４を評価基準画面上に１つ表示する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば図７において、最大変位、最大加速度及び固有振動数の各数値が表示される各領域６８、７０、７２に、操作者が入力部から解析結果から得られる以外の任意の数値を設定し、この設定値から得られる評価結果を評価基準画面上にマーク表示できる。この場合の評価マークの表示は１つに限定されない。
このような手法を用いれば、操作者が数値をダイレクトに入力して、実測結果の変更、考察が可能になる。
【００７４】
一方、操作者が、上述した出力を選択するウインドウにおいてモード図のボタンをクリックすると、出力手段３４は、ウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、そのウインドウ内にモード図を表示する。
図８は、このウインドウ内に表示されたモード図を示す説明図である。このようなモード図を表示するため、まず出力手段３４の床図形表示手段３４Ｅは、ＣＲＴモニタ１０の画面に床の範囲を表す矩形８８（本発明に係わる第１の図形）を表示し、その内側に縦横の格子線８９を表示する（ステップＳ２９）。
【００７５】
そして、変位量表示手段３４Ｆは、格子線８９の各交点の位置に、床の変位を表すマーク９０（本発明に係わる第２の図形）を表示し、各マーク９０のそれぞれの大きさを解析手段３２における固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する（ステップＳ３０）。なお、大きいマーク９０ほど大きい変位を表し、また、白抜きのマーク９２は位相が反転していることを表している。図８の例では、床の中央部で最も変位が大きくなっており、また、矩形８８内にマーク９２は表示されていないので、位相が反転している箇所はないことがわかる。
【００７６】
また、操作者が、上述した出力を選択するウインドウにおいて時系列グラフのボタンをクリックすると、出力手段３４は、ウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、そのウインドウ内に時系列グラフを表示する。
図９は、このウインドウ内に表示された時系列グラフを示す説明図である。
このウインドウには２つのグラフ９４、９６が表示されており、グラフ９４は床振動の変位を示し、グラフ９６は加速度を示している。これらのグラフを表示するため、まず変位グラフ表示手段３４Ｇは、時間を表す第１の軸９４Ａと、床の変位を表す第２の軸９４Ｂとを含むグラフ９４をウインドウ内に表示し、さらに、各軸に関連した数字や、スケール線９４Ｃを表示する（ステップＳ３１）。
【００７７】
そして、変位曲線表示手段３４Ｈは、解析手段３２による動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線９４Ｄを、変位グラフ表示手段３４Ｇが表示したグラフ９４上に表示する（ステップＳ３２）。
一方、加速度グラフ表示手段３４Ｉは、時間を表す第１の軸９６Ａと、床の加速度を表す第２の軸９６Ｂとを含むグラフ９６をウインドウ内に表示し、さらに、各軸に関連した数字や、スケール線９６Ｃを表示する（ステップＳ３３）。
そして、加速度曲線表示手段３４Ｊは、解析手段３２による動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線９６Ｄを、加速度グラフ表示手段３４Ｉが表示したグラフ９６上に表示する（ステップＳ３４）。
なお、出力手段３４は、操作者の指示にしたがって、ＣＲＴモニタ１０と同じ内容の評価画面、モード図、ならびに時系列グラフをプリンタ１６に出力する。操作者はこの出力結果により、報告書などをまとめることができる。
【００７８】
このように、本実施例の床振動解析装置１８は、上述したような構成の出力手段３４を備えているので、振動解析の結果を基準にもとづいて評価する際、「居住性能評価基準」のグラフ上に解析結果をプロットするといった作業は一切不要となり、解析結果を極めて効率よく評価することができる。また、設計の手直しや振動対策の施工も、その再評価を容易に行えるので、効率よく実施することができる。
また、この床振動解析装置１８では、モード図や、変位および加速度の時系列グラフも容易に表示できるので、床の振動モードを２次元的に把握し、さらに変位および加速度の時間的な変化を把握して、床振動の評価や、対策の立案を効率よくかつ効果的に実行することができる。
【００７９】
以上、本発明の実施例について説明したが、これはあくまでも一例であり、本発明はこの例に限定されることなく種々の形態で実施することができる。
例えば、上記実施例では、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のデータにもとづいて解析結果を評価するとしたが、これ以外にも、アメリカ政府の振動評価基準（ＧＳＡ）やカナダ政府の振動評価基準（ＣＳＡ）、さらにはＩＳＯ２６３１／２前進振動暴露評価指針、マイスター曲線、修正マイスター曲線などにより解析結果を評価することも無論可能である。その場合には、それぞれの評価基準データを予めハードディスク装置８に格納しておき、操作者による選択に応じて必要なデータにより、グラフ７４、７６に評価基準曲線を描画するようにすればよい。
また、上記判定手段３４Ｄは判定結果を表す雲の図など表示するとしたが、図を表示する代りに判定結果を示す何らかのメッセージを表示するようにしてもよく、そのような表示は容易に行える。
【００８０】
さらに、判定手段３４Ｄが、変位と加速度を個別に判定し、それぞれの判定結果を別に表示する構成とすることも可能である。
また、上記実施例では、外力が、飛び跳ね運動により床に加わる力であるとしたが、これ以外にも、人が床上で歩行、小走り、かかと衝撃動作、エアロビクス屈伸運動などを行った場合に床に加わる力のデータを予めハードディスク装置８に格納しておき、必要に応じて選択することで、これらの外力に対する動的応答解析を行うことができる。図６の（Ｂ）ないし（Ｅ）は、図６の（Ａ）に相当するグラフであり、人が床上で歩行、小走り、かかと衝撃動作、エアロビクス屈伸運動を行った場合に床に加わる力をそれぞれ示すグラフである。
さらに、上記実施例では解析手段３２は、１次の固有振動数を算出するとしたが、より高次の固有値解析を行って高次の固有振動数をも算出する構成とすることも容易である。またその場合には、モード図の表示において、高次の振動に関するモード図を表示することが可能である。
また、床上にモータや発電機を駆動源とする機器を設置した場合には、床の振動波形は概ね正弦波となるので、この場合の動的応答解析を行うには、波形が正弦波である外力のデータを用いればよい。したがって、このような外力のデータを予め準備してハードディスク装置８に格納しておくか、あるいは、必要なときに、例えば図１に示すように正弦波生成手段３５を設け、この正弦波生成手段３５により所望の周波数・振幅を任意に設定してｓｉｎ波データを生成し、このｓｉｎ波データを解析手段３２に入力することで、モータや発電機の振動による床への影響を解析することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の床振動解析方法では、データ入力ステップで、床の振動解析に必要な複数の物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、データ入力ステップで取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。その後、解析ステップで、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法を用いて床の固有値解析と動的応答解析とを行って、床の固有振動数と最大変位とを算出する。出力ステップでは、解析ステップにおける解析の結果を表示装置に表示する。
そして、上記出力ステップでは、グラフ表示ステップにおいて、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、曲線描画ステップで、記憶装置に予め格納された、床の変位の評価基準データにもとづいて、グラフ表示ステップで表示したグラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示ステップでは、グラフ表示ステップで表示したグラフ上に、振動数が前記固有振動数であり、変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する。
【００８２】
また、本発明の床振動解析方法では、解析ステップにおいて、床の最大変位と共に床の最大加速度を算出する。そして、出力ステップのグラフ表示ステップでは、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフをグラフと共に表示装置の画面に表示し、曲線描画ステップでは、記憶装置に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、グラフ表示ステップで表示した第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示ステップでは、グラフ表示ステップで表示した第２のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、加速度が最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する。
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、床図形表示ステップで、表示装置の画面に床の範囲を表す第１の図形を表示し、変位量表示ステップでは、第１の図形の内側に床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、第２の図形のそれぞれの大きさを解析ステップにおける固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する。
【００８３】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、変位グラフ表示ステップで、時間を表す第１の軸と、床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、変位曲線表示ステップでは、解析ステップにおける動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線を、変位グラフ表示ステップで表示したグラフ上に表示する。
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおて、加速度グラフ表示ステップで、時間を表す第１の軸と、床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、加速度曲線表示ステップでは、解析ステップにおける動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線を、加速度グラフ表示ステップで表示したグラフ上に表示する。
【００８４】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、第１の判定ステップで、床の変位の前記評価基準データにもとづいて、解析ステップで算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、第２の判定ステップで、床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、解析ステップで算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００８５】
本発明の床振動解析装置では、データ入力手段が、床の振動解析に必要な複数の物理的データを取り込み、データ書き込み手段は、データ入力手段が取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。その後、解析手段が、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法を用いて床の固有値解析と動的応答解析とを行って、床の固有振動数と最大変位とを算出する。出力手段は、解析手段による解析の結果を表示装置に表示する。
そして、上記出力手段のグラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、床の変位の評価基準データにもとづいて、グラフ表示手段が表示したグラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示手段は、グラフ表示手段が表示したグラフ上に、振動数が前記固有振動数であり、変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する。
【００８６】
また、本発明の床振動解析装置では、解析手段が、床の最大変位と共に床の最大加速度を算出する。そして、出力手段のグラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフをグラフと共に表示装置の画面に表示し、曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、グラフ表示手段が表示した第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示手段は、グラフ表示手段が表示した第２のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、加速度が最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する。
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の床図形表示手段が、表示装置の画面に床の範囲を表す第１の図形を表示し、変位量表示手段は、第１の図形の内側に床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、第２の図形のそれぞれの大きさを解析手段における固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する。
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の変位グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、変位曲線表示手段は、解析手段における動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線を変位グラフ表示手段が表示したグラフ上に表示する。
【００８７】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の加速度グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、加速度曲線表示手段は、解析手段による動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線を、加速度グラフ表示手段が表示したグラフ上に表示する。
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の第１の判定手段が、床の変位の前記評価基準データにもとづいて、解析手段が算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の第２の判定手段が、床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、解析手段が算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００８８】
したがって、本発明では、振動解析の結果を基準にもとづいて評価する際、「居住性能評価基準」のグラフ上に解析結果をプロットするといった作業は一切不要であり、解析結果を極めて効率よく評価することができる。また、設計の手直しや振動対策の施工も、その再評価を容易に行えるので、効率よく実施することができる。
さらに、本発明では、モード図や、変位および加速度の時系列グラフも容易に表示できるので、床の振動モードを２次元的に把握し、さらに変位および加速度の時間的な変化を把握して、床振動の評価や、対策の立案を効率よくかつ効果的に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明による床振動解析装置の一例を示す機能ブロック図、（Ｂ）は（Ａ）の床振動解析装置を構成する出力手段を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の床振動解析装置を構成するパーソナルコンピュータを示す構成図である。
【図３】図１の床振動解析装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１の床振動解析装置を構成する出力手段の動作を示すフローチャートである。
【図５】床に関するデータを入力するためのウインドウを示す説明図である。
【図６】（Ａ）ないし（Ｅ）は、人が床上で飛び跳ね運動などを行った場合に床に加わる外力データをプロットしたグラフである。
【図７】評価画面の表示を示す説明図である。
【図８】ウインドウ内に表示されたモード図を示す説明図である。
【図９】ウインドウ内に表示された時系列グラフを示す説明図である。
【符号の説明】
１８ 床振動解析装置
１９ 記憶装置
２０ 第１のデータ入力手段
２２ 第２のデータ入力手段
２４ 第３のデータ入力手段
２６ 第４のデータ入力手段
２８ 第５のデータ入力手段
３０ データ書き込み手段
３２ 解析手段
３４ 出力手段
３４Ａ グラフ表示手段
３４Ｂ 曲線描画手段
３４Ｃ 図形表示手段
３４Ｄ 判定手段
３４Ｅ 床図形表示手段
３４Ｆ 変位量表示手段
３４Ｇ 変位グラフ表示手段
３４Ｈ 変位曲線表示手段
３４Ｉ 加速度グラフ表示手段
３４Ｊ 加速度曲線表示手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の床の振動を解析する方法および装置に関し、特に床の振動に係わる物理的特性を簡易解析法により求める方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビルなどの建物において良好な居住環境を確保する上で、床の振動障害に対する対策が重要である。この対策が不十分な場合には、床上を人が歩行したときや、床上でモータあるいは発電機などを稼働させたとき、大きい振動が階下に伝わって、階下の居住環境が悪化してしまう。また、精密加工機械などが設置される場合には、許容限度を越える振動が機械に伝わり、必要な加工精度を保つことが困難となる。
【０００３】
そのため従来より、建物の設計段階や建物が完成した段階で床振動のチェックが行われていた。
建物の設計段階でのチェックは、概ね次のような作業手順で行われる。すなわち、まず床の固有振動数を計算し、さらに、予想される振動源（歩行する人間やモータなど）に対する床の反応として、床の変位および加速度を計算する。そして、得られた計算結果を、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフ上にプロットして評価し、振動障害の発生を予測する。その後、上記計算結果、グラフ、判定結果などを文書にまとめる。
【０００４】
また、建物の完成後にチェックを行う場合の作業手順は概ね次のようなものである。すなわち、まず完成した建物において実測により振動障害の現状を調査し、その調査結果にもとづいて振動障害を減ずるための対策を立案し、さらに予想される振動源に対し、床の変位および加速度応答を計算する。その後、得られた計算結果を、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフ上にプロットして評価し、振動障害の発生を予測する。その後、上記計算結果、グラフ、判定結果などを文書にまとめる。
いずれの場合にも振動障害の発生が予測されたときは、設計変更や必要な対策を実施し、その後、再度上述の作業を行って振動障害の有無を確認することになる。
【０００５】
ところで、このようなチェックでは上述のように床の固有振動数や、変位および加速度の計算が必要であり、この計算は従来、手計算、簡易解析、有限要素法の３通りの手法のいずれかにより行われていた。
しかし、これらの手法のうち、手計算による方法は、実際の床を忠実に表現した解析モデルを使用することができず、十分な解析精度が得られないため、振動障害の予測結果は精度の低いものとならざるを得ない。そして、境界条件を種々に設定したり、間柱による補強や受動的制振装置を用いて振動制御を行う場合にはほとんど対応できない。なお、受動的制振装置はＴＭＤ（Ｔｕｎｅｄ Ｍａｓｓ Ｄａｍｐｅｒ）とも呼ばれている。
【０００６】
これに対して、有限要素法を用いる方法では、実際の床を忠実に表現した解析モデルを使用することができ、非常に高い精度で振動障害を予測することが可能である。また、境界条件を種々に設定したり、間柱による補強や受動的制振装置を用いて振動制御を行う場合にも対応できる。しかし、データの作成や計算結果の評価に膨大な手間と時間がかかるという欠点がある。また、有限要素法に関する専門的な知識が必要なため、建物の構造設計者が自身で作業を行うことは困難なケースも多い。そのため、この方法では多大のコストと時間がかかってしまう。
【０００７】
簡易解析を行う方法は、手計算と有限要素法の中間に位置するもので、具体的にはガラーキン法を応用して床の固有値解析および動的応答解析を行う。この方法では、有限要素法を用いた場合のように高い精度は得られないが、通常必要なレベルの精度は確保でき、有限要素法よりはるかに実用的なコストと時間で解析を行うことができる。
しかし、ガラーキン法による簡易解析では、柱を考慮することができず、梁および壁の設定位置も制約を受ける。また、梁の構造はＲＣ（鉄筋コンクリート）構造とＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造に限られ、境界条件も単純支持と固定支持のみしか設定できない。さらに、受動的制振装置は考慮できず、上下階の床に加わった外力の影響を調べるといった３次元的な解析も不可能である。したがって適用対象は限定されたものとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
床の固有振動数や、変位および加速度を計算した後は、上述のように、計算結果を評価することになるが、これには、紙に印刷あるいは複写された、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフ上で、上記固有振動数と変位の組み、および固有振動数と加速度の組みに対応する位置に円印などを記載するという作業が必要である。そして、設計の手直しや、振動対策を実施した場合には、そのつど評価をやり直す必要があり、したがって、このような作業もそのつど行わなければならず、非常に手間と時間がかかる。
【０００９】
また、床振動の評価や、対策の立案には、床の振動モードを２次元的に把握したり、さらに床上の特定の位置における変位および加速度の時間的な変化を把握することも有効であるが、そのためにモード図や時系列グラフを人がいちいち作成したのでは手間と時間がかかり効率がわるい。
【００１０】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、床振動の解析結果を容易に評価できるようにする床振動解析方法および装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、建物の床の振動を簡易解析法によりコンピューターを用いて解析する方法において、前記床の振動解析に必要な物理的データが操作者の操作によって入力されると、該物理的データをデータ入力手段によって取り込むデータ入力ステップと、前記データ入力ステップで取り込んだ前記物理的データをデータ書き込み手段によって記憶装置に格納するデータ書き込みステップと、前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法を用いて前記床の固有値解析と動的応答解析とを行って、前記床の固有振動数と最大変位とを解析手段によって算出する解析ステップと、前記解析ステップにおける解析の結果を出力手段によって表示装置に表示する出力ステップとを含み、前記出力ステップは、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフをグラフ表示手段によって前記表示装置の画面に表示するグラフ表示ステップと、記憶装置に予め格納された、前記床の変位の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に、１または複数の評価基準曲線を曲線描画手段によって描く曲線描画ステップと、前記グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を図形表示手段によって表示する図形表示ステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段が前記床の前記最大変位と共に前記床の最大加速度を算出し、前記出力ステップの前記グラフ表示ステップでは、前記グラフ表示手段が、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフを前記グラフと共に前記表示装置の画面に表示し、前記曲線描画ステップでは、前記曲線描画手段が、記憶装置に予め格納された、前記床の加速度の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示ステップで表示した前記第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描き、前記図形表示ステップでは、前記図形表示手段が、前記グラフ表示ステップで表示した前記第２のグラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記加速度が前記最大加速度である位置を示す所定の図形を表示することを特徴とする。
本発明はまた、前記曲線描画ステップでは、前記曲線描画手段が、複数の前記評価基準曲線を描画し、選択された評価基準に対応する前記評価基準曲線は他の前記評価基準曲線と異なる色で表示することを特徴とする。
【００１３】
本発明はまた、前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる第１の判定手段が、前記床の変位の前記評価基準データにもとづいて、前記解析ステップで算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第１の判定ステップをさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる第２の判定手段が、前記床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、前記解析ステップで算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第２の判定ステップをさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる床図形表示手段が、前記表示装置の画面に、前記床の範囲を表す第１の図形を表示する床図形表示ステップと、前記出力手段に含まれる変位量表示手段が、前記第１の図形の内側に前記床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、前記第２の図形のそれぞれの大きさを前記解析ステップにおける前記固有値解析により得られた前記床の各位置における変位の量にもとづいて設定する変位量表示ステップとをさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる変位グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、前記床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する変位グラフ表示ステップと、前記出力手段に含まれる変位曲線表示手段が、前記解析ステップにおける前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の変位を表す曲線を、前記変位グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に表示する変位曲線表示ステップとをさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる加速度グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、前記床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する加速度グラフ表示ステップと、前記出力手段に含まれる加速度曲線表示手段が、前記解析ステップにおける前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の加速度を表す曲線を、前記加速度グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に表示する加速度曲線表示ステップとをさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明はまた、前記データ入力ステップは、前記床に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記床に関する物理的データを第１のデータ入力手段によって取り込む第１のデータ入力ステップと、前記床を支持する梁に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記梁に関する物理的データを第２のデータ入力手段によって取り込む第２のデータ入力ステップと、前記梁を支持する柱に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記柱に関する物理的データを第３のデータ入力手段によって取り込む第３のデータ入力ステップと、前記床に加わる外力に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記外力に関する物理的データを第４のデータ入力手段によって取り込む第４のデータ入力ステップとを含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記床に関する前記物理的データは、前記床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを含み、前記梁に関する前記物理的データは、前記梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記柱に関する前記物理的データは、前記柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記外力に関する前記物理的データは、前記外力が加わる位置のデータを含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記記憶装置に格納されている前記外力の時系列データは、人が前記床上で飛び跳ね、歩行、小走り、かかと衝撃動作、ならびにエアロビクス屈伸運動のいずれかを行った場合に前記床に加わる力のデータもしくは任意の周波数・振幅に生成した正弦波のデータであることを特徴とする。
本発明はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段が、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて前記床の前記固有値解析と前記動的応答解析とを行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明はまた、建物の床の振動を簡易解析法により解析する装置において、前記床の振動解析に必要な物理的データを取り込むデータ入力手段と、前記データ入力手段で取り込んだ前記物理的データを記憶装置に格納するデータ書き込み手段と、前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法を用いて前記床の固有値解析と動的応答解析とを行って、前記床の固有振動数と最大変位とを算出する解析手段と、前記解析手段における解析の結果を表示装置に表示する出力手段と、を含み、前記出力手段は、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示するグラフ表示手段と、記憶装置に予め格納された、前記床の変位の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く曲線描画手段と、前記グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する図形表示手段と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明はまた、前記解析手段が、前記床の前記最大変位と共に前記床の最大加速度を算出し、前記出力手段の前記グラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフを前記グラフと共に前記表示装置の画面に表示し、前記曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、前記床の加速度の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示手段で表示した前記第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描き、前記図形表示手段は、前記グラフ表示手段で表示した前記第２のグラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記加速度が前記最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する、ことを特徴とする。
本発明はまた、前記曲線描画手段が、複数の前記評価基準曲線を描画し、選択された評価基準に対応する前記評価基準曲線は他の前記評価基準曲線と異なる色で表示することを特徴とする。
【００１７】
本発明はまた、前記出力手段が、前記床の変位の前記評価基準データにもとづいて、前記解析手段で算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第１の判定手段と、前記床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、前記解析手段で算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第２の判定手段をさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力手段が、前記表示装置の画面に、前記床の範囲を表す第１の図形を表示する床図形表示手段と、前記第１の図形の内側に前記床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、前記第２の図形のそれぞれの大きさを前記解析手段における前記固有値解析により得られた前記床の各位置における変位の量にもとづいて設定する変位量表示手段と、をさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記出力手段が、時間を表す第１の軸と前記床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する変位グラフ表示手段と、前記解析手段における前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の変位を表す曲線を、前記変位グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に表示する変位曲線表示手段と、時間を表す第１の軸と前記床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する加速度グラフ表示手段と、前記解析手段における前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の加速度を表す曲線を、前記加速度グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に表示する加速度曲線表示手段と、をさらに含むことを特徴とする。
本発明はまた、前記データ入力手段が、前記床に関する物理的データを取り込む第１のデータ入力手段と、前記床を支持する梁に関する物理的データを取り込む第２のデータ入力手段と、前記梁を支持する柱に関する物理的データを取り込む第３のデータ入力手段と、前記床に加わる外力に関する物理的データを取り込む第４のデータ入力手段と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の床振動解析方法では、データ入力ステップで、床の振動解析に必要な複数の物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、データ入力ステップで取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。その後、解析ステップで、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法を用いて床の固有値解析と動的応答解析とを行って、床の固有振動数と最大変位とを算出する。出力ステップでは、解析ステップにおける解析の結果を表示装置に表示する。
【００１９】
そして、上記出力ステップでは、グラフ表示ステップにおいて、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、曲線描画ステップで、記憶装置に予め格納された、床の変位の評価基準データにもとづいて、グラフ表示ステップで表示したグラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示ステップでは、グラフ表示ステップで表示したグラフ上に、振動数が前記固有振動数であり、変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する。
【００２０】
また、本発明の床振動解析方法では、解析ステップにおいて、床の最大変位と共に床の最大加速度を算出する。そして、出力ステップのグラフ表示ステップでは、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフをグラフと共に表示装置の画面に表示し、曲線描画ステップでは、記憶装置に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、グラフ表示ステップで表示した第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示ステップでは、グラフ表示ステップで表示した第２のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、加速度が最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する。
【００２１】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、床図形表示ステップで、表示装置の画面に床の範囲を表す第１の図形を表示し、変位量表示ステップでは、第１の図形の内側に床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、第２の図形のそれぞれの大きさを解析ステップにおける固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する。
【００２２】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、変位グラフ表示ステップで、時間を表す第１の軸と、床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、変位曲線表示ステップでは、解析ステップにおける動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線を、変位グラフ表示ステップで表示したグラフ上に表示する。
【００２３】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおて、加速度グラフ表示ステップで、時間を表す第１の軸と、床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、加速度曲線表示ステップでは、解析ステップにおける動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線を、加速度グラフ表示ステップで表示したグラフ上に表示する。
【００２４】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、第１の判定ステップで、床の変位の前記評価基準データにもとづいて、解析ステップで算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００２５】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、第２の判定ステップで、床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、解析ステップで算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００２６】
本発明の床振動解析装置では、データ入力手段が、床の振動解析に必要な複数の物理的データを取り込み、データ書き込み手段は、データ入力手段が取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。その後、解析手段が、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法を用いて床の固有値解析と動的応答解析とを行って、床の固有振動数と最大変位とを算出する。出力手段は、解析手段による解析の結果を表示装置に表示する。
【００２７】
そして、上記出力手段のグラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、床の変位の評価基準データにもとづいて、グラフ表示手段が表示したグラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示手段は、グラフ表示手段が表示したグラフ上に、振動数が前記固有振動数であり、変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する。
【００２８】
また、本発明の床振動解析装置では、解析手段が、床の最大変位と共に床の最大加速度を算出する。そして、出力手段のグラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフをグラフと共に表示装置の画面に表示し、曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、グラフ表示手段が表示した第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示手段は、グラフ表示手段が表示した第２のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、加速度が最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する。
【００２９】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の床図形表示手段が、表示装置の画面に床の範囲を表す第１の図形を表示し、変位量表示手段は、第１の図形の内側に床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、第２の図形のそれぞれの大きさを解析手段における固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する。
【００３０】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の変位グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、変位曲線表示手段は、解析手段における動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線を、変位グラフ表示手段が表示したグラフ上に表示する。
【００３１】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の加速度グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、加速度曲線表示手段は、解析手段による動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線を、加速度グラフ表示手段が表示したグラフ上に表示する。
【００３２】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の第１の判定手段が、床の変位の前記評価基準データにもとづいて、解析手段が算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００３３】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の第２の判定手段が、床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、解析手段が算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１（Ａ）は本発明による床振動解析装置の一例を示す機能ブロック図、（Ｂ）は、図１の（Ａ）の床振動解析装置を構成する出力手段を示す機能ブロック図、図２は図１の床振動解析装置を構成するパーソナルコンピュータを示す構成図、図３は、図１の床振動解析装置の動作を示すフローチャートである。以下ではこれらの図を参照して本発明の床振動解析装置の実施例について説明し、同時に本発明の床振動解析方法の実施例について説明する。
【００３５】
本実施例の床振動解析装置は具体的には図２に示したパーソナルコンピュータ２（以下、パソコン２ともいう）により構成され、このパソコン２は、ＣＰＵ４と、不図示のインターフェース回路などを通じてＣＰＵ４に接続されたメモリ６、ハードディスク装置８、ＣＲＴモニタ１０、キーボード１２、マウス１４、ならびにプリンタ１６などにより構成されている。そして、実施例の床振動解析装置の主要な機能な、ハードディスク装置８に格納されている所定のプログラムデータを上記メモリ６にロードし、ＣＰＵ４をそのプログラムデータにもとづいて動作させることで実現される。なお、本発明に係わる記憶装置は、上記メモリ６およびハードディスク装置８により構成されている。
【００３６】
図１に示すように、実施例の床振動解析装置１８は、機能的には、第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８、データ書き込み手段３０、記憶装置１９、解析手段３２、ならびに出力手段３４により構成されている。第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８は、本実施例では対話形式で、床振動の解析に必要な種々の物理的データ（以下、単にデータともいう）を操作者（通常は設計者）の操作にもとづいて順次取り込む。各データ入力手段は具体的には以下のデータをそれぞれ取り込む。
【００３７】
第１のデータ入力手段２０は、床に関するデータとして、床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを取り込む。
第２のデータ入力手段２２は、梁に関するデータとして、梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを取り込む。
第３のデータ入力手段２４は、柱に関するデータとして、柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを取り込む。
第４のデータ入力手段２６は、外力に関するデータとして、外力が加わる位置のデータを取り込む。
第５のデータ入力手段２８は、受動的制振装置に関するデータとして、受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを取り込む。
これらのデータ入力手段により上述した各種のデータが具体的にどのように入力されるかについては後にさらに詳しく説明する。
【００３８】
データ書き込み手段３０は、第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８が取り込んだ各種のデータをメモリ６の所定領域にそれぞれ格納する。
【００３９】
解析手段３２は、データ書き込み手段３０によりメモリ６に格納された上記データと、ハードディスク装置８に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析として、固有値解析と動的応答解析とを行う。
なお、上記外力の時系列データとしては、本実施例では人が床上で飛び跳ね運動を行った場合に床に加わる力のデータが、予めハードディスク装置８に格納されている。図６の（Ａ）は、人が床上で飛び跳ね運動を行った場合に床に加わる外力データをプロットしたグラフである。図中、横軸は時間を表し、縦軸は力の強さを表している。
出力手段３４は、解析手段３２による固有値解析と動的応答解析の結果を、ＣＲＴモニタ１０に表示し、またプリンタ１６に出力する。
【００４０】
出力手段３４の主要な機能は、評価画面、モード図、ならびに時系列グラフを表示することである。
出力手段３４は、評価画面の表示に関連して、図１の（Ｂ）に示すように、グラフ表示手段３４Ａ、曲線描画手段３４Ｂ、図形表示手段３４Ｃ、ならびに判定手段３４Ｄ（本発明に係わる第１および第２の判定手段）を備えている。
グラフ表示手段３４Ａは、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含む第１のグラフをＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、曲線描画手段３４Ｂは、ハードディスク装置８に予め格納された、床の変位の評価基準データにもとづいて、第１のグラフ上に、複数の評価基準曲線を描く。図形表示手段３４Ｃは、グラフ表示手段３４Ａが表示した第１のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、変位が最大変位である位置を示す所定の図形として円形のマークを表示する。
【００４１】
また、グラフ表示手段３４Ａは、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフを上記第１のグラフと共にＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、曲線描画手段３４Ｂは、記憶装置に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、グラフ表示手段３４Ａが表示した第２のグラフ上に、複数の、加速度の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示手段３４Ｃは、グラフ表示手段３４Ａが表示した第２のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、加速度が最大加速度である位置を示す所定の図形として円形のマークを表示する。
【００４２】
そして、判定手段３４Ｄは、床の変位の評価基準データにもとづいて、解析手段３２が算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、さらに、床の加速度の評価基準データにもとづいて、解析手段３２が算出した最大加速度が基準を満たすか否かを判定する。そして判定結果を表す図形をＣＲＴモニタ１０の画面に表示する。
【００４３】
出力手段３４は、モード図の表示に関連して、図１の（Ｂ）に示したように、床図形表示手段３４Ｅと変位量表示手段３４Ｆとを備えている。
床図形表示手段３４Ｅは、ＣＲＴモニタ１０の画面に床の範囲を表す矩形（本発明に係わる第１の図形）を表示する。変位量表示手段３４Ｆは、上記矩形の内側に床の変位を表すマーク（本発明に係わる第２の図形）をマトリクス状に表示し、マークのそれぞれの大きさを解析手段３２における固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する。
【００４４】
出力手段３４は、時系列グラフの表示に関連して、図１の（Ｂ）に示したように、変位グラフ表示手段３４Ｇ、変位曲線表示手段３４Ｈ、加速度グラフ表示手段３４Ｉ、ならびに加速度曲線表示手段３４Ｊを備えている。
変位グラフ表示手段３４Ｇは、時間を表す第１の軸と、床の変位を表す第２の軸とを含むグラフをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する。
そして、変位曲線表示手段３４Ｈは、解析手段３２における動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線を、変位グラフ表示手段３４Ｇが表示したグラフ上に表示する。
加速度グラフ表示手段３４Ｉは、時間を表す第１の軸と、床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する。そして、加速度曲線表示手段３４Ｊは、解析手段３２における動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線を、加速度グラフ表示手段３４Ｉが表示したグラフ上に表示する。
【００４５】
次にこのように構成された床振動解析装置１８の動作について、図３、図４のフローチャートを参照しつつ詳しく説明する。
まず、第１のデータ入力手段２０は、対話形式で床（スラブ）に関するデータを取り込むため、ＣＲＴモニタ１０の画面に、データを入力するためのウインドウを表示する（ステップＳ１）。図５はこの床に関するデータを入力するためのウインドウを示す説明図である。
【００４６】
第１のデータ入力手段２０は、ウインドウ３６内に、各データを入力するための７つの矩形の領域を表示し、各領域の近傍にはデータの名称など、データに係わる文字や記号を表示する。
領域３８、４０はそれぞれＸおよびＹ方向の床の長さを入力するための領域である。領域３８、４０に近接して表示された矩形図形４２は床を表し、矢印４４、４６はＸおよびＹの各方向を示している。Ｘ方向の床の長さを入力するための領域３８は矩形図形４２の上に配置され、領域３８の右側には単位を表す“ｍ”の文字が近接して表示されている。一方、Ｙ方向の床の長さを入力するための領域４０は矩形図形４２の左側に配置され、領域４０の右側には単位を表す“ｍ”の文字が近接して表示されている。
【００４７】
領域４８は床（スラブ）の厚さを入力するための領域であり、領域４８の左側にはこのデータの名称“スラブ厚”が近接して表示され、右には単位“ｃｍ”が近接して表示されている。
領域５０、５２はそれぞれＸおよびＹ方向のヤング係数または曲げ剛性を入力するための領域である。各領域の左側には方向を示す“Ｘ方向”および“Ｙ方向”が表示され、各領域の右側には単位を表す“ｔ／ｃｍ2 ”が表示されている。領域５０、５２は枠線５４により囲まれており、枠線５４内の上部にはヤング係数と曲げ剛性のいずれかを選択するための円形の小領域５６、５８が表示され、各小領域５６、５８の右側には“ヤング係数”および“曲げ剛性”がそれぞれ表示されている。
枠線５４の下側にはそれぞれポアソン比と単位体積重量を入力するための領域６０、６２が表示され、各領域６０、６２の左側には“ポアソン比”および“単位体積重量”がそれぞれ表示されている。そして領域６２の右側には単位を示す“ｔ／ｍ3 ”が表示されている。
【００４８】
このような表示に対して操作者は必要なデータを順次入力していく。例えばＸ方向の床の長さを入力するときは、領域３８をまずマウス１４によりクリックする。すなわち、ＣＲＴモニタ１０の画面に表示された不図示のマウスカーソルを、マウス１４を操作して領域３８内に移動させ、例えばマウス１４の左ボタンを１度押す。これにより領域３８内に文字入力のためのカーソルが表示され、操作者はキーボード１２を操作して、Ｘ方向の床の長さのデータを入力する。第１のデータ入力手段２０はこのデータの各数字や文字が入力されるごとに、それらを順次、領域３８内に表示する。その結果、入力が完了した段階で、領域３８には、例えば図５に示したように“９．００Ｅ＋０”と表示される。次に、Ｙ方向の床の長さを入力する場合には、操作者は領域４０をマウス１４によりクリックする。その結果、領域４０内に文字入力のためのカーソルが表示され、操作者はキーボード１２を操作して、例えば“６．００Ｅ＋０”と入力する。
操作者はこのような操作を他のデータ入力領域に関しても順次実行し、必要なデータを入力していく。なお、ヤング係数と曲げ剛性に関してはいずれかを選択するようになっており、操作者はヤング係数を入力する場合には小領域５６をクリックした上で、一方、曲げ剛性を入力する場合には小領域５８をクリックした上で領域５０、５２にそれぞれヤング係数または曲げ剛性のデータを入力する。
【００４９】
図５の例では、一例として、ＸおよびＹ方向の床の長さとしてはそれぞれ９ｍおよび６ｍが入力され、スラブ厚は１２ｃｍ、ヤング係数はＸおよびＹ方向共に２．１０＋２ｔ／ｃｍ2 、ポアソン比は０．１７、単位体積重量は２．４ｔ／ｃｍ3 が入力されている。
【００５０】
操作者は、このような床に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、設定ボタン６４をクリックする。その結果、第１のデータ入力手段２０はウインドウ３６の表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ２）。
【００５１】
また、設定ボタン６４がクリックされたことで、第２のデータ入力手段２２が起動され、第２のデータ入力手段２２は、梁に関するデータを入力するためのウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ３）。
このウインドウも基本的には、図５に示した床に関するデータを入力するためのウインドウ３６と同様の構成となっており、ウインドウ内には梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示される。
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第２のデータ入力手段２２はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
【００５２】
操作者は、梁に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第２のデータ入力手段２２はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された梁に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ４）。
【００５３】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第３のデータ入力手段２４が起動され、第３のデータ入力手段２４は、柱に関するデータを入力するためのウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ５）。
このウインドウも基本的には、図５に示した床に関するデータを入力するためのウインドウ３６と同様の構成となっており、ウインドウ内には柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示される。
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第３のデータ入力手段２４はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
【００５４】
操作者は、梁に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第３のデータ入力手段２４はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された柱に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ６）。
【００５５】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第４のデータ入力手段２６が起動され、第４のデータ入力手段２６は、外力に関するデータを入力するための、上記ウインドウ３６と同種のウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ７）。このウインドウ内には外力が加わる位置の座標値のデータを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍には座標の名称および単位がそれぞれ表示される。
【００５６】
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、ＸおよびＹの座標値のデータを入力する。そして第４のデータ入力手段２６はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
操作者は、外力に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第４のデータ入力手段２６はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された外力に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ８）。
【００５７】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第５のデータ入力手段２８が起動され、第５のデータ入力手段２８は、受動的制振装置に関するデータを入力するための、ウインドウ３６と同種のウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ９）。このウインドウ内には受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示されている。
【００５８】
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第５のデータ入力手段２８はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
操作者は、受動的制振装置に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第５のデータ入力手段２８はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された受動的制振装置に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ１０）。
なお、床に受動的制振装置を装備しない場合には、受動的制振装置に関するデータは無論不要であるから、第５のデータ入力手段２８によるデータの入力は不要であり、操作者はこれに関するデータの入力操作を行う必要がない。
【００５９】
以上のように解析に必要なデータの入力が完了すると、解析手段３２は、上述のようにデータ書き込み手段３０によりメモリ６に格納された上記データと、ハードディスク装置８に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、固有値解析と動的応答解析とを行う（ステップＳ１１）。ここで、解析手段３２は、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用い、したがって、未定係数を含む床の形状関数により床の変形を定義し、エネルギ最小原理からその未定係数を決定する。
解析手段３２は、固有値解析において、床の１次固有振動数を算出し、さらに、床が１次振動モードで振動した場合の、床上の各位置における変位の大きさを算出する。一方、動的応答解析では、図６の（Ａ）に示した飛び跳ね運動による外力が床に加わった場合の床の動的応答特性を算出する。この動的応答特性としては、床の変位と加速度の両方を算出し、さらに、最大変位と、最大加速度を求める。
【００６０】
このように本実施例の床振動解析装置１８では、簡易解析としてレーリーリッツ法を用いて床振動に関わる解析を行うので、未定係数を含む床の形状関数により床の変形を定義し、エネルギ最小原理からその未定係数を決定することになる。その中で、柱、梁、壁を任意の位置に任意の数量を設定できるようにしているため、実際の床により近い解析モデルを設定して解析を行うことができる。
そのため、柱を考慮することができ、梁および壁も任意の位置に設定できる。また、梁の構造はＲＣ構造とＳＲＣ構造に加えてＳ構造にも対応でき、境界条件も単純支持および固定支持だけでなく、自由端およびこれらの中間の任意の固定度に設定することができる。さらに、受動的制振装置を考慮することも可能である。
【００６１】
その後、出力手段３４は、解析手段３２による固有値解析と動的応答解析の結果をＣＲＴモニタ１０に表示する（ステップＳ１２）。図４は出力手段３４の動作を詳しく示すフローチャートである。
出力手段３４は、操作者による指示にもとづいて、解析結果を評価画面、モード図、ならびに時系列グラフのいずれかの形で表示する。そのため、出力手段３４は、まずＣＲＴモニタ１０の画面に出力選択のためのウインドウを表示し、そのウインドウ内に、評価画面、モード図、ならびに時系列グラフのそれぞれに対応するボタンを、それぞれ“評価画面”、“モード図”、ならびに“時系列グラフ”の表示と共に表示する。
【００６２】
これに対して、操作者はマウス１４を操作してマウスカーソルをいずれかのボタン上に配置し、クリックすることで、所望の解析結果をＣＲＴモニタ１０の画面に表示させることができる（ステップＳ２１）。
まず、評価画面の表示を選択した場合を説明する。図７は、評価画面の表示を示す説明図である。
【００６３】
操作者が評価画面のボタンをクリックすると、出力手段３４はＣＲＴモニタ１０の画面に解析結果を表示するためのウインドウ６６を表示し、そのウインドウ６６内に固有振動数や、評価のためのグラフを表示する。
【００６４】
出力手段３４はこのウインドウ６６内の左上の箇所に、数値を表示するための３つの領域６８、７０、７２を確保し、各領域の左側にはそれぞれ“最大変位”、“最大加速度”、“１次固有振動数”の語句を表示する。また、各領域の右側にはそれぞれの単位“μｍ”、“ｃｍ／ｓ2 ”、“Ｈｚ”を表示する。そして、各領域６８、７０、７２内に、解析手段３２が求めた床の上記最大変位、最大加速度、１次固有振動数をそれぞれ表示する。
【００６５】
日本建築学会は、振動の種類や、建物の用途に応じて、床の変位および加速度に関して種々の評価基準を設定している。ウインドウ６６内に出力手段３４が表示した２種類のグラフ７４、７６は、この評価基準にもとづいて、解析した床の振動を評価するためのものである。
これらのグラフを表示するため、まず、出力手段３４のグラフ表示手段３４Ａは、横軸として振動数を表す第１の軸７４Ａと、縦軸として変位を表す第２の軸７４Ｂとを含む第１のグラフ７４をウインドウ６６内に表示する（ステップＳ２２）。第１および第２の軸は共に対数目盛となっている。
【００６６】
そして、曲線描画手段３４Ｂは、ハードディスク装置８に予め格納された、床の変位の評価基準データ、すなわち、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のにもとづいて、第１のグラフ７４上に、本実施例では６本の評価基準曲線を描く（ステップＳ２３）。各曲線が各評価基準Ｖ−０．７５、Ｖ−１．５、Ｖ−３、Ｖ−５、Ｖ−１０、Ｖ−３０に対応している。なお、各基準は、数値が小さいほど厳しく、許容される変位振幅および加速度振幅は小さくなっている。
【００６７】
また、グラフ表示手段３４Ａは、横軸として振動数を表す第１の軸７６Ａと、縦軸として加速度を表す第２の軸７６Ｂとを含む第２のグラフ７６をウインドウ６６内に表示する（ステップＳ２４）。これら第１および第２の軸も共に対数目盛となっている。
【００６８】
そして、曲線描画手段３４Ｂは、ハードディスク装置８に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、すなわち、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のデータにもとづいて、第２のグラフ７６上に、本実施例では６本の評価基準曲線を描く（ステップＳ２５）。各曲線が各評価基準Ｖ−０．７５、Ｖ−１．５、Ｖ−３、Ｖ−５、Ｖ−１０、Ｖ−３０に対応している。
【００６９】
その後、出力手段３４の図形表示手段３４Ｃは、グラフ表示手段３４Ａが表示した第１のグラフ７４において、上記領域７２に表示した１次固有振動数の位置を通る仮想垂直線と、上記領域６８に表示した最大変位の位置を通る仮想水平線との交点の位置に、マーク８２を表示する（ステップＳ２６）。また、グラフ７６において、上記領域７２に表示した１次固有振動数の位置を通る仮想垂直線と、上記領域７０に表示した最大加速度の位置を通る仮想水平線との交点の位置に、マーク８４を表示する（ステップＳ２７）。
出力手段３４はまた、ウインドウ６６内の上部の箇所に、選択操作領域７８を確保し、ここに各評価基準を選択するためのボタン８０をマトリクス状に表示し、その周囲に“振動種別１”や“住居”といった関連情報を表示する。各ボタン８０には評価基準を表す“Ｖ−０．７５”や“Ｖ１．５”などが表示され、そしてボタン８０の列は振動の種別（振動種別１〜３）とランク（ランク１〜３）とに対応し、行は建物の用途に対応している。
ここで振動の種別とは、解析手段３２が動的応答解析を行う際に、どのような振動外力を床に与えるか表しており、振動種別１は連続または断続的な振動、振動種別２は減衰率の低い衝撃振動、振動種別３は減衰率の高い衝撃振動となっている。
また、ランクは各評価基準を、振動種別および建物の用途ごとに分類するためのもので、ランク１が最も厳しく、ランク３が最も緩やかな評価基準となっている。
【００７０】
操作者はこの選択操作領域７８を見て必要な評価基準を選択し、マウス１４を操作してボタン８０をクリックする。出力手段３４の曲線描画手段３４Ｂは、特定のボタン８０がクリックされると、そのボタン８０に対応する評価基準の曲線を他の曲線とは異なるより目立つ色で表示する。図７の例では、振動種別１のランク２の列に配置された評価基準Ｖ−３のボタン８０がクリックされており、したがって、第１および第２のグラフ７４、７６において、この評価基準Ｖ−３に対応する各曲線が他とは異なる色で表示されている。
【００７１】
一方、判定手段３４Ｄは、床の変位の評価基準データにもとづいて、解析手段３２が算出した最大変位が基準を満たすか否かを判定し、さらに、床の加速度の評価基準データにもとづいて、解析手段３２が算出した最大加速度が基準を満たすか否かを判定する。そして判定結果を表す図形をウインドウ６６の左下の箇所に表示する。
【００７２】
図７の例では、マーク８２、８４は共に評価基準Ｖ−３の各曲線より上に表示されているので、基準を満たしておらず、何らかの対策が必要であることを示している。そのため、判定手段３４Ｄは、そのことを表す雲の図８６を表示する（ステップＳ３８）。なお、解析結果が基準を満たしているときは、判定手段３４Ｄはこの雲の図８６に代って不図示の太陽の図を表示する。
【００７３】
出力手段３４はまた、選択されたボタン８０に対応する振動種別、ランク、ならびに建物の用途を、それぞれウインドウ６６内の領域７２の下方に表示する。さらに、それにつづけて、上記１次固有振動数における各評価基準Ｖ−３の曲線の値をそれぞれ“基準変位”および“基準加速度”として単位“μｍ”、“ｃｍ／ｓ2 と共に表示する。また、これらの基準変位および基準加速度と、上記最大変位および最大加速度との差を、それぞれ“超過変位”および“超過加速度”として表示する。
なお、図７の例では、解析結果から得られた評価マーク８２、８４を評価基準画面上に１つ表示する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば図７において、最大変位、最大加速度及び固有振動数の各数値が表示される各領域６８、７０、７２に、操作者が入力部から解析結果から得られる以外の任意の数値を設定し、この設定値から得られる評価結果を評価基準画面上にマーク表示できる。この場合の評価マークの表示は１つに限定されない。
このような手法を用いれば、操作者が数値をダイレクトに入力して、実測結果の変更、考察が可能になる。
【００７４】
一方、操作者が、上述した出力を選択するウインドウにおいてモード図のボタンをクリックすると、出力手段３４は、ウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、そのウインドウ内にモード図を表示する。
図８は、このウインドウ内に表示されたモード図を示す説明図である。このようなモード図を表示するため、まず出力手段３４の床図形表示手段３４Ｅは、ＣＲＴモニタ１０の画面に床の範囲を表す矩形８８（本発明に係わる第１の図形）を表示し、その内側に縦横の格子線８９を表示する（ステップＳ２９）。
【００７５】
そして、変位量表示手段３４Ｆは、格子線８９の各交点の位置に、床の変位を表すマーク９０（本発明に係わる第２の図形）を表示し、各マーク９０のそれぞれの大きさを解析手段３２における固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する（ステップＳ３０）。なお、大きいマーク９０ほど大きい変位を表し、また、白抜きのマーク９２は位相が反転していることを表している。図８の例では、床の中央部で最も変位が大きくなっており、また、矩形８８内にマーク９２は表示されていないので、位相が反転している箇所はないことがわかる。
【００７６】
また、操作者が、上述した出力を選択するウインドウにおいて時系列グラフのボタンをクリックすると、出力手段３４は、ウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、そのウインドウ内に時系列グラフを表示する。
図９は、このウインドウ内に表示された時系列グラフを示す説明図である。
このウインドウには２つのグラフ９４、９６が表示されており、グラフ９４は床振動の変位を示し、グラフ９６は加速度を示している。これらのグラフを表示するため、まず変位グラフ表示手段３４Ｇは、時間を表す第１の軸９４Ａと、床の変位を表す第２の軸９４Ｂとを含むグラフ９４をウインドウ内に表示し、さらに、各軸に関連した数字や、スケール線９４Ｃを表示する（ステップＳ３１）。
【００７７】
そして、変位曲線表示手段３４Ｈは、解析手段３２による動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線９４Ｄを、変位グラフ表示手段３４Ｇが表示したグラフ９４上に表示する（ステップＳ３２）。
一方、加速度グラフ表示手段３４Ｉは、時間を表す第１の軸９６Ａと、床の加速度を表す第２の軸９６Ｂとを含むグラフ９６をウインドウ内に表示し、さらに、各軸に関連した数字や、スケール線９６Ｃを表示する（ステップＳ３３）。
そして、加速度曲線表示手段３４Ｊは、解析手段３２による動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線９６Ｄを、加速度グラフ表示手段３４Ｉが表示したグラフ９６上に表示する（ステップＳ３４）。
なお、出力手段３４は、操作者の指示にしたがって、ＣＲＴモニタ１０と同じ内容の評価画面、モード図、ならびに時系列グラフをプリンタ１６に出力する。操作者はこの出力結果により、報告書などをまとめることができる。
【００７８】
このように、本実施例の床振動解析装置１８は、上述したような構成の出力手段３４を備えているので、振動解析の結果を基準にもとづいて評価する際、「居住性能評価基準」のグラフ上に解析結果をプロットするといった作業は一切不要となり、解析結果を極めて効率よく評価することができる。また、設計の手直しや振動対策の施工も、その再評価を容易に行えるので、効率よく実施することができる。
また、この床振動解析装置１８では、モード図や、変位および加速度の時系列グラフも容易に表示できるので、床の振動モードを２次元的に把握し、さらに変位および加速度の時間的な変化を把握して、床振動の評価や、対策の立案を効率よくかつ効果的に実行することができる。
【００７９】
以上、本発明の実施例について説明したが、これはあくまでも一例であり、本発明はこの例に限定されることなく種々の形態で実施することができる。
例えば、上記実施例では、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のデータにもとづいて解析結果を評価するとしたが、これ以外にも、アメリカ政府の振動評価基準（ＧＳＡ）やカナダ政府の振動評価基準（ＣＳＡ）、さらにはＩＳＯ２６３１／２前進振動暴露評価指針、マイスター曲線、修正マイスター曲線などにより解析結果を評価することも無論可能である。その場合には、それぞれの評価基準データを予めハードディスク装置８に格納しておき、操作者による選択に応じて必要なデータにより、グラフ７４、７６に評価基準曲線を描画するようにすればよい。
また、上記判定手段３４Ｄは判定結果を表す雲の図など表示するとしたが、図を表示する代りに判定結果を示す何らかのメッセージを表示するようにしてもよく、そのような表示は容易に行える。
【００８０】
さらに、判定手段３４Ｄが、変位と加速度を個別に判定し、それぞれの判定結果を別に表示する構成とすることも可能である。
また、上記実施例では、外力が、飛び跳ね運動により床に加わる力であるとしたが、これ以外にも、人が床上で歩行、小走り、かかと衝撃動作、エアロビクス屈伸運動などを行った場合に床に加わる力のデータを予めハードディスク装置８に格納しておき、必要に応じて選択することで、これらの外力に対する動的応答解析を行うことができる。図６の（Ｂ）ないし（Ｅ）は、図６の（Ａ）に相当するグラフであり、人が床上で歩行、小走り、かかと衝撃動作、エアロビクス屈伸運動を行った場合に床に加わる力をそれぞれ示すグラフである。
さらに、上記実施例では解析手段３２は、１次の固有振動数を算出するとしたが、より高次の固有値解析を行って高次の固有振動数をも算出する構成とすることも容易である。またその場合には、モード図の表示において、高次の振動に関するモード図を表示することが可能である。
また、床上にモータや発電機を駆動源とする機器を設置した場合には、床の振動波形は概ね正弦波となるので、この場合の動的応答解析を行うには、波形が正弦波である外力のデータを用いればよい。したがって、このような外力のデータを予め準備してハードディスク装置８に格納しておくか、あるいは、必要なときに、例えば図１に示すように正弦波生成手段３５を設け、この正弦波生成手段３５により所望の周波数・振幅を任意に設定してｓｉｎ波データを生成し、このｓｉｎ波データを解析手段３２に入力することで、モータや発電機の振動による床への影響を解析することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の床振動解析方法では、データ入力ステップで、床の振動解析に必要な複数の物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、データ入力ステップで取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。その後、解析ステップで、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法を用いて床の固有値解析と動的応答解析とを行って、床の固有振動数と最大変位とを算出する。出力ステップでは、解析ステップにおける解析の結果を表示装置に表示する。
そして、上記出力ステップでは、グラフ表示ステップにおいて、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、曲線描画ステップで、記憶装置に予め格納された、床の変位の評価基準データにもとづいて、グラフ表示ステップで表示したグラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示ステップでは、グラフ表示ステップで表示したグラフ上に、振動数が前記固有振動数であり、変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する。
【００８２】
また、本発明の床振動解析方法では、解析ステップにおいて、床の最大変位と共に床の最大加速度を算出する。そして、出力ステップのグラフ表示ステップでは、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフをグラフと共に表示装置の画面に表示し、曲線描画ステップでは、記憶装置に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、グラフ表示ステップで表示した第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示ステップでは、グラフ表示ステップで表示した第２のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、加速度が最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する。
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、床図形表示ステップで、表示装置の画面に床の範囲を表す第１の図形を表示し、変位量表示ステップでは、第１の図形の内側に床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、第２の図形のそれぞれの大きさを解析ステップにおける固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する。
【００８３】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、変位グラフ表示ステップで、時間を表す第１の軸と、床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、変位曲線表示ステップでは、解析ステップにおける動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線を、変位グラフ表示ステップで表示したグラフ上に表示する。
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおて、加速度グラフ表示ステップで、時間を表す第１の軸と、床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、加速度曲線表示ステップでは、解析ステップにおける動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線を、加速度グラフ表示ステップで表示したグラフ上に表示する。
【００８４】
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、第１の判定ステップで、床の変位の前記評価基準データにもとづいて、解析ステップで算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
また、本発明の床振動解析方法では、出力ステップにおいて、第２の判定ステップで、床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、解析ステップで算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００８５】
本発明の床振動解析装置では、データ入力手段が、床の振動解析に必要な複数の物理的データを取り込み、データ書き込み手段は、データ入力手段が取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。その後、解析手段が、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法を用いて床の固有値解析と動的応答解析とを行って、床の固有振動数と最大変位とを算出する。出力手段は、解析手段による解析の結果を表示装置に表示する。
そして、上記出力手段のグラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、床の変位の評価基準データにもとづいて、グラフ表示手段が表示したグラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示手段は、グラフ表示手段が表示したグラフ上に、振動数が前記固有振動数であり、変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する。
【００８６】
また、本発明の床振動解析装置では、解析手段が、床の最大変位と共に床の最大加速度を算出する。そして、出力手段のグラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフをグラフと共に表示装置の画面に表示し、曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、床の加速度の評価基準データにもとづいて、グラフ表示手段が表示した第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描く。さらに、図形表示手段は、グラフ表示手段が表示した第２のグラフ上に、振動数が固有振動数であり、加速度が最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する。
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の床図形表示手段が、表示装置の画面に床の範囲を表す第１の図形を表示し、変位量表示手段は、第１の図形の内側に床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、第２の図形のそれぞれの大きさを解析手段における固有値解析により得られた床の各位置における変位の量にもとづいて設定する。
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の変位グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、変位曲線表示手段は、解析手段における動的応答解析の結果にもとづいて、床の変位を表す曲線を変位グラフ表示手段が表示したグラフ上に表示する。
【００８７】
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の加速度グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを表示装置の画面に表示し、加速度曲線表示手段は、解析手段による動的応答解析の結果にもとづいて、床の加速度を表す曲線を、加速度グラフ表示手段が表示したグラフ上に表示する。
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の第１の判定手段が、床の変位の前記評価基準データにもとづいて、解析手段が算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
また、本発明の床振動解析装置では、出力手段の第２の判定手段が、床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、解析手段が算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを表示装置の画面に表示する。
【００８８】
したがって、本発明では、振動解析の結果を基準にもとづいて評価する際、「居住性能評価基準」のグラフ上に解析結果をプロットするといった作業は一切不要であり、解析結果を極めて効率よく評価することができる。また、設計の手直しや振動対策の施工も、その再評価を容易に行えるので、効率よく実施することができる。
さらに、本発明では、モード図や、変位および加速度の時系列グラフも容易に表示できるので、床の振動モードを２次元的に把握し、さらに変位および加速度の時間的な変化を把握して、床振動の評価や、対策の立案を効率よくかつ効果的に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明による床振動解析装置の一例を示す機能ブロック図、（Ｂ）は（Ａ）の床振動解析装置を構成する出力手段を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の床振動解析装置を構成するパーソナルコンピュータを示す構成図である。
【図３】図１の床振動解析装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１の床振動解析装置を構成する出力手段の動作を示すフローチャートである。
【図５】床に関するデータを入力するためのウインドウを示す説明図である。
【図６】（Ａ）ないし（Ｅ）は、人が床上で飛び跳ね運動などを行った場合に床に加わる外力データをプロットしたグラフである。
【図７】評価画面の表示を示す説明図である。
【図８】ウインドウ内に表示されたモード図を示す説明図である。
【図９】ウインドウ内に表示された時系列グラフを示す説明図である。
【符号の説明】
１８ 床振動解析装置
１９ 記憶装置
２０ 第１のデータ入力手段
２２ 第２のデータ入力手段
２４ 第３のデータ入力手段
２６ 第４のデータ入力手段
２８ 第５のデータ入力手段
３０ データ書き込み手段
３２ 解析手段
３４ 出力手段
３４Ａ グラフ表示手段
３４Ｂ 曲線描画手段
３４Ｃ 図形表示手段
３４Ｄ 判定手段
３４Ｅ 床図形表示手段
３４Ｆ 変位量表示手段
３４Ｇ 変位グラフ表示手段
３４Ｈ 変位曲線表示手段
３４Ｉ 加速度グラフ表示手段
３４Ｊ 加速度曲線表示手段
Claims (19)
- 建物の床の振動を簡易解析法によりコンピューターを用いて解析する方法において、
前記床の振動解析に必要な物理的データが操作者の操作によって入力されると、該物理的データをデータ入力手段によって取り込むデータ入力ステップと、
前記データ入力ステップで取り込んだ前記物理的データをデータ書き込み手段によって記憶装置に格納するデータ書き込みステップと、
前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法を用いて前記床の固有値解析と動的応答解析とを行って、前記床の固有振動数と最大変位とを解析手段によって算出する解析ステップと、
前記解析ステップにおける解析の結果を出力手段によって表示装置に表示する出力ステップとを含み、
前記出力ステップは、
振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフをグラフ表示手段によって前記表示装置の画面に表示するグラフ表示ステップと、
記憶装置に予め格納された、前記床の変位の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に、１または複数の評価基準曲線を曲線描画手段によって描く曲線描画ステップと、
前記グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を図形表示手段によって表示する図形表示ステップと、
を含むことを特徴とする床振動解析方法。 - 前記解析ステップでは、前記解析手段が前記床の前記最大変位と共に前記床の最大加速度を算出し、前記出力ステップの前記グラフ表示ステップでは、前記グラフ表示手段が、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフを前記グラフと共に前記表示装置の画面に表示し、前記曲線描画ステップでは、前記曲線描画手段が、記憶装置に予め格納された、前記床の加速度の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示ステップで表示した前記第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描き、前記図形表示ステップでは、前記図形表示手段が、前記グラフ表示ステップで表示した前記第２のグラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記加速度が前記最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する請求項１記載の床振動解析方法。
- 前記曲線描画ステップでは、前記曲線描画手段が、複数の前記評価基準曲線を描画し、選択された評価基準に対応する前記評価基準曲線は他の前記評価基準曲線と異なる色で表示する請求項１または２に記載の床振動解析方法。
- 前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる第１の判定手段が、前記床の変位の前記評価基準データにもとづいて、前記解析ステップで算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第１の判定ステップをさらに含む請求項１記載の床振動解析方法。
- 前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる第２の判定手段が、前記床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、前記解析ステップで算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第２の判定ステップをさらに含む請求項２記載の床振動解析方法。
- 前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる床図形表示手段が、前記表示装置の画面に、前記床の範囲を表す第１の図形を表示する床図形表示ステップと、前記出力手段に含まれる変位量表示手段が、前記第１の図形の内側に前記床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、前記第２の図形のそれぞれの大きさを前記解析ステップにおける前記固有値解析により得られた前記床の各位置における変位の量にもとづいて設定する変位量表示ステップとをさらに含む請求項１記載の床振動解析方法。
- 前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる変位グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、前記床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する変位グラフ表示ステップと、前記出力手段に含まれる変位曲線表示手段が、前記解析ステップにおける前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の変位を表す曲線を、前記変位グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に表示する変位曲線表示ステップとをさらに含む請求項１記載の床振動解析方法。
- 前記出力ステップは、前記出力手段に含まれる加速度グラフ表示手段が、時間を表す第１の軸と、前記床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する加速度グラフ表示ステップと、前記出力手段に含まれる加速度曲線表示手段が、前記解析ステップにおける前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の加速度を表す曲線を、前記加速度グラフ表示ステップで表示した前記グラフ上に表示する加速度曲線表示ステップとをさらに含む請求項２記載の床振動解析方法。
- 前記データ入力ステップは、前記床に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記床に関する物理的データを第１のデータ入力手段によって取り込む第１のデータ入力ステップと、前記床を支持する梁に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記梁に関する物理的データを第２のデータ入力手段によって取り込む第２のデータ入力ステップと、前記梁を支持する柱に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記柱に関する物理的データを第３のデータ入力手段によって取り込む第３のデータ入力ステップと、前記床に加わる外力に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記外力に関する物理的データを第４のデータ入力手段によって取り込む第４のデータ入力ステップとを含む請求項１記載の床振動解析方法。
- 前記床に関する前記物理的データは、前記床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを含み、前記梁に関する前記物理的データは、前記梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記柱に関する前記物理的データは、前記柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記外力に関する前記物理的データは、前記外力が加わる位置のデータを含む請求項９記載の床振動解析方法。
- 前記記憶装置に格納されている前記外力の時系列データは、人が前記床上で飛び跳ね、歩行、小走り、かかと衝撃動作、ならびにエアロビクス屈伸運動のいずれかを行った場合に前記床に加わる力のデータもしくは任意の周波数・振幅に生成した正弦波のデータである請求項１記載の床振動解析方法。
- 前記解析ステップでは、前記解析手段が、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて前記床の前記固有値解析と前記動的応答解析とを行う請求項１または９に記載の床振動解析方法。
- 建物の床の振動を簡易解析法により解析する装置において、
前記床の振動解析に必要な物理的データを取り込むデータ入力手段と、
前記データ入力手段で取り込んだ前記物理的データを記憶装置に格納するデータ書き込み手段と、
前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法を用いて前記床の固有値解析と動的応答解析とを行って、前記床の固有振動数と最大変位とを算出する解析手段と、
前記解析手段における解析の結果を表示装置に表示する出力手段とを含み、
前記出力手段は、
振動数を表す第１の軸と、変位を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示するグラフ表示手段と、
記憶装置に予め格納された、前記床の変位の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に、１または複数の評価基準曲線を描く曲線描画手段と、
前記グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記変位が前記最大変位である位置を示す所定の図形を表示する図形表示手段と、
を含むことを特徴とする床振動解析装置。 - 前記解析手段は、前記床の前記最大変位と共に前記床の最大加速度を算出し、前記出力手段の前記グラフ表示手段は、振動数を表す第１の軸と、加速度を表す第２の軸とを含む第２のグラフを前記グラフと共に前記表示装置の画面に表示し、前記曲線描画手段は、記憶装置に予め格納された、前記床の加速度の評価基準データにもとづいて、前記グラフ表示手段で表示した前記第２のグラフ上に、１または複数の、加速度の評価基準曲線を描き、前記図形表示手段は、前記グラフ表示手段で表示した前記第２のグラフ上に、前記振動数が前記固有振動数であり、前記加速度が前記最大加速度である位置を示す所定の図形を表示する請求項１３記載の床振動解析装置。
- 前記曲線描画手段は、複数の前記評価基準曲線を描画し、選択された評価基準に対応する前記評価基準曲線は他の前記評価基準曲線と異なる色で表示する請求項１３または１４に記載の床振動解析装置。
- 前記出力手段は、前記床の変位の前記評価基準データにもとづいて、前記解析手段で算出した前記最大変位が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第１の判定手段と、前記床の加速度の前記評価基準データにもとづいて、前記解析手段で算出した前記最大加速度が基準を満たすか否かを判定し、その判定結果を表す図形またはメッセージを前記表示装置の画面に表示する第２の判定手段をさらに含む請求項１３記載の床振動解析装置。
- 前記出力手段は、前記表示装置の画面に、前記床の範囲を表す第１の図形を表示する床図形表示手段と、前記第１の図形の内側に前記床の変位を表す第２の図形をマトリクス状に表示し、前記第２の図形のそれぞれの大きさを前記解析手段における前記固有値解析により得られた前記床の各位置における変位の量にもとづいて設定する変位量表示手段とをさらに含む請求項１３記載の床振動解析装置。
- 前記出力手段は、時間を表す第１の軸と、前記床の変位を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する変位グラフ表示手段と、前記解析手段における前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の変位を表す曲線を、前記変位グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に表示する変位曲線表示手段と、時間を表す第１の軸と前記床の加速度を表す第２の軸とを含むグラフを前記表示装置の画面に表示する加速度グラフ表示手段と、前記解析手段における前記動的応答解析の結果にもとづいて、前記床の加速度を表す曲線を、前記加速度グラフ表示手段で表示した前記グラフ上に表示する加速度曲線表示手段とをさらに含む請求項１３記載の床振動解析装置。
- 前記データ入力手段は、前記床に関する物理的データを取り込む第１のデータ入力手段と、前記床を支持する梁に関する物理的データを取り込む第２のデータ入力手段と、前記梁を支持する柱に関する物理的データを取り込む第３のデータ入力手段と、前記床に加わる外力に関する物理的データを取り込む第４のデータ入力手段とを含む請求項１３記載の床振動解析装置。
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