JP3852871B2 - 床振動解析方法および装置 - Google Patents
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Description
【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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