JP3852872B2 - 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、特に床の振動障害の対策を効率よく行えるようにする床振動解析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、間柱により補強することなどにはほとんど対応できない。
【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、そして計算結果を上述のように日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフにプロットして評価した結果、不合格となった場合には、対策を施すことになる。この対策として通常よく行われるのは、床を厚くするか、あるいは梁を太くすることである。
しかし、床を厚くするのと、梁を太くするのとではどちらが効果的か、あるいはどの梁を太くするのが効果的かといったことは明確ではない。したがって、従来は、効果的と思われる方法で対策を施し、再度解析を行って結果を判定するという試行錯誤を何度か繰り返すことで対策法を選択するしかなく、決定までに多大の時間と労力を要している。特に経験の少ない設計者の場合にこの傾向が著しい。
そこで本発明の目的は、床の振動障害の対策を効率よく行え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。
【０００９】
【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、前記第１ないし第３の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にもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として前記床の固有振動数を固有値解析手段によって求める固有値解析ステップと、前記固有値解析ステップで求めた前記固有振動数の、前記床の厚さおよび前記梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を感度解析手段によって算出する感度解析ステップと、前記感度解析ステップで算出した前記微分係数を表示装置に出力手段によって表示する出力ステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の床振動解析方法はまた、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、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むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、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、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むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、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むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記出力ステップではさらに、前記出力手段によって前記表示装置に前記床および前記梁を含む平面図を表示し、最も大きい前記微分係数を与える前記梁を、前記平面図上で明示することを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、最も大きい前記微分係数を与える前記梁は、前記出力手段によって前記平面図上で太く表示することを特徴とする。
【００１１】
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、前記第１ないし第３の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にもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として前記床の固有振動数を求める固有値解析手段と、前記固有値解析手段で求めた前記固有振動数の、前記床の厚さおよび前記梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する感度解析手段と、前記感度解析手段で算出した前記微分係数を表示装置に表示する出力手段と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の床振動解析装置はまた、前記床に関する前記物理的データが、前記床の縦および横の長さと、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が、前記梁の位置と、構造の種別と、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が、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むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の床振動解析方法では、第１ないし第３のデータ入力ステップでそれぞれ床、床を支持する梁、梁を支持する柱に関する物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、取り込んだこれらの物理的データを記憶装置に格納する。そして、固有値解析ステップにおいて、記憶装置に格納されている物理的データにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として床の固有振動数を求める。その後、感度解析ステップで、固有値解析ステップで求めた固有振動数の、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する。そして、出力ステップでは、感度解析ステップで算出した微分係数を表示装置に表示する。
また、本発明の床振動解析装置では、第１ないし第３のデータ入力手段がそれぞれ床、床を支持する梁、梁を支持する柱に関する物理的データを取り込み、データ書き込み手段は、取り込んだこれらの物理的データを記憶装置に格納する。そして、固有値解析手段は、記憶装置に格納されている物理的データにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として床の固有振動数を求める。その後、感度解析手段は、固有値解析手段で求めた固有振動数の、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する。そして、出力手段は、感度解析手段で算出した微分係数を表示装置に表示する。
したがって本発明では、表示装置に表示された微分係数により、設計者は、振動障害の対策として、床を厚くするのと梁を太くするのとではどちらが効果的か、また、梁を太くする場合、どの梁を太くするのが効果的かといったことを知ることができ、経験の少ない設計者でも、極めて容易に、かつ短時間で効果的な対策法を選定できる。
【００１４】
【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、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。
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。
【００１５】
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３のデータ入力手段２０、２２、２４、データ書き込み手段３０、記憶装置１９、固有値解析手段３２、感度解析手段３３、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３のデータ入力手段２０、２２、２４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。
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、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、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。
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。
データ書き込み手段３０は、第１ないし第３のデータ入力手段２０、２２、２４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。
【００１６】
固有値解析手段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の１次固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法の関数として床の固有振動数を求める。
感度解析手段３３は、固有値解析手段３２が求めた固有振動数を、床の厚さおよび梁の断面寸法で微分することで、床の厚さおよび梁の断面寸法に関する固有振動数の微分係数を算出する。
出力手段３４は、感度解析手段３３が算出した微分係数を表示装置としてのＣＲＴモニタ１０に表示し、また床および梁を含む平面図を表示して、最も大きい微分係数を与える梁を上記平面図上で明示する。出力手段３４はまた、ＣＲＴモニタ１０の表示内容をプリンタ１６に出力する。
【００１７】
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４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。
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６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。
【００１８】
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。
【００１９】
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４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。
【００２０】
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。
図４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、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。
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）。
【００２１】
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４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、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。
【００２２】
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）。
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４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。
【００２３】
操作者は、柱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）。
以上のように解析に必要なデータの入力が完了すると、固有値解析手段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の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法の関数として床の１次固有振動数を求める（ステップＳ７）。
なお、本実施例の床振動解析装置１８では、上述のように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り、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（鉄筋コンクリート）構造とＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造に加えてＳ（鉄骨）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（ＴＭＤ）を考慮することも可能である。
【００２４】
その後、感度解析手段３３は、固有値解析手段３２が求めた固有振動数を、床の厚さおよび梁の断面寸法で微分することで、床の厚さおよび梁の断面寸法に関する１次固有振動数の微分係数を算出する（ステップＳ８）。具体的には、感度解析手段３３は、床の厚さ、梁成、梁幅がそれぞれ１％増加したときの１次固有振動数の増分を算出する。
そして、出力手段３４はＣＲＴモニタ１０の画面に解析結果を表示する（ステップＳ９）。図５は感度解析の結果を表示するためのウインドウを示す説明図である。
出力手段３４は、図５に示したように、ＣＲＴモニタ１０の画面にまずウインドウ６６を表示し、このウインドウ６６内の右側に固有振動数の上記微分係数（上記１次固有振動数の増分）を表示し、一方、左側には床および梁を含む平面図を表示する。
【００２５】
まず、微分係数の表示について説明する。ウインドウ６６の右側上方の箇所には、床厚に関する固有振動数の微分係数を表示する欄６８が確保され、“スラブ厚 １％ＵＰ−−−−＞”の表示につづけて、算出された微分係数“−２．２８７１Ｅ−０２”が単位“Ｈｚ”と共に表示されている。
その下には、梁に関する固有振動数の微分係数が表形式で表示されている。表７０の最初の欄７２（左端）には、梁の番号“１”、“２”、・・・ が表示され、次の欄７４には各梁の種別が表示されている。さらにつづく欄７６、７８には各梁の方向と、座標値がこの順番で表示され、次の欄８０には、“梁成”と“梁幅”が表示され、そして、最後の欄８２に固有振動数の微分係数が表示されている。また、最も大きい微分係数には線頭部に矢印８４が表示されている。
【００２６】
一方、ウインドウ６６内の左側には、床および梁を含む平面図８６が表示されている。この例では矩形の床８８の各辺部と中央に、上記梁の番号１〜５の５本の梁９０、９２、９４、９６、９８が配設されている。
上述したように、表７０の欄８２に矢印８４が表示された微分係数が最も大きい微分係数であり、この微分係数を与える番号３および４の梁、すなわち梁９４、９６は、図５に示したように、太く表示されている。
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。
【００２７】
設計者は、このようなウインドウ６６の表示を見ることで、振動障害の対策として、床を厚くするのと梁を太くするのとではどちらが効果的か、また、梁を太くする場合、どの梁を太くするのが効果的かといったことを知ることができ、経験の少ない設計者でも、極めて容易に、かつ短時間で効果的な対策法を選定できる。
図５の例では、欄６８に表示された床厚に関する微分係数はマイナスとなっており、床厚を厚くすることでかえって１次固有振動数は低くなることを示しているので、この場合には床厚を厚くするより、梁を太くする方が有効であることが分る。そして、５本の梁のなかでは、番号が３、４の梁に関する微分係数が最も大きいので、これらの梁を太くすることが、床の１次固有振動数を高くする上で最も効果的であることが分る。また、このことは、左側に表示された平面図８６において、梁９４、９６が太く表示されているので、この表示によっても直ちに把握できる。
【００２８】
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、本実施例では床の厚さと梁の太さに関して感度解析を行ったが、柱の太さなどに関して感度解析を行うことも有効であり、また容易である。逆に、床の厚さおよび梁の太さのいずれか一方に関してのみ感度解析を行う構成とすることも無論可能である。
さらに、この実施例では床の１次の固有振動数に関して感度解析を行ったが、より高次の固有振動数に関して感度解析を行うことも可能である。
【００２９】
【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、第１ないし第３のデータ入力ステップでそれぞれ床、床を支持する梁、梁を支持する柱に関する物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、取り込んだこれらの物理的データを記憶装置に格納する。そして、固有値解析ステップにおいて、記憶装置に格納されている物理的データにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として床の固有振動数を求める。その後、感度解析ステップで、固有値解析ステップで求めた固有振動数の、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する。そして、出力ステップでは、感度解析ステップで算出した微分係数を表示装置に表示する。
また、本発明の床振動解析装置では、第１ないし第３のデータ入力手段がそれぞれ床、床を支持する梁、梁を支持する柱に関する物理的データを取り込み、データ書き込み手段は、取り込んだこれらの物理的データを記憶装置に格納する。そして、固有値解析手段は、記憶装置に格納されている物理的データにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として床の固有振動数を求める。その後、感度解析手段は、固有値解析手段で求めた固有振動数の、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する。そして、出力手段は、感度解析手段で算出した微分係数を表示装置に表示する。したがって本発明では、表示装置に表示された微分係数により、設計者は、振動障害の対策として、床を厚くするのと梁を太くするのとではどちらが効果的か、また、梁を太くする場合、どの梁を太くするのが効果的かといったことを知ることができ、経験の少ない設計者でも、極めて容易に、かつ短時間で効果的な対策法を選定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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５】感度解析の結果を表示するためのウインドウを示す説明図である。
【符号の説明】
２ パーソナルコンピュータ（パソコン）
４ ＣＰＵ
６ メモリ
８ ハードディスク装置
１０ ＣＲＴモニタ
１２ キーボード
１４ マウス
１６ プリンタ
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
３０ データ書き込み手段
３２ 固有値解析手段
３３ 感度解析手段
３４ 出力手段
【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、特に床の振動障害の対策を効率よく行えるようにする床振動解析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、間柱により補強することなどにはほとんど対応できない。
【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、そして計算結果を上述のように日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフにプロットして評価した結果、不合格となった場合には、対策を施すことになる。この対策として通常よく行われるのは、床を厚くするか、あるいは梁を太くすることである。
しかし、床を厚くするのと、梁を太くするのとではどちらが効果的か、あるいはどの梁を太くするのが効果的かといったことは明確ではない。したがって、従来は、効果的と思われる方法で対策を施し、再度解析を行って結果を判定するという試行錯誤を何度か繰り返すことで対策法を選択するしかなく、決定までに多大の時間と労力を要している。特に経験の少ない設計者の場合にこの傾向が著しい。
そこで本発明の目的は、床の振動障害の対策を効率よく行え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。
【０００９】
【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、前記第１ないし第３の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にもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として前記床の固有振動数を固有値解析手段によって求める固有値解析ステップと、前記固有値解析ステップで求めた前記固有振動数の、前記床の厚さおよび前記梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を感度解析手段によって算出する感度解析ステップと、前記感度解析ステップで算出した前記微分係数を表示装置に出力手段によって表示する出力ステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の床振動解析方法はまた、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、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むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、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、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むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、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むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記出力ステップではさらに、前記出力手段によって前記表示装置に前記床および前記梁を含む平面図を表示し、最も大きい前記微分係数を与える前記梁を、前記平面図上で明示することを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、最も大きい前記微分係数を与える前記梁は、前記出力手段によって前記平面図上で太く表示することを特徴とする。
【００１１】
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、前記第１ないし第３の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にもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として前記床の固有振動数を求める固有値解析手段と、前記固有値解析手段で求めた前記固有振動数の、前記床の厚さおよび前記梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する感度解析手段と、前記感度解析手段で算出した前記微分係数を表示装置に表示する出力手段と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の床振動解析装置はまた、前記床に関する前記物理的データが、前記床の縦および横の長さと、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が、前記梁の位置と、構造の種別と、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が、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むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の床振動解析方法では、第１ないし第３のデータ入力ステップでそれぞれ床、床を支持する梁、梁を支持する柱に関する物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、取り込んだこれらの物理的データを記憶装置に格納する。そして、固有値解析ステップにおいて、記憶装置に格納されている物理的データにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として床の固有振動数を求める。その後、感度解析ステップで、固有値解析ステップで求めた固有振動数の、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する。そして、出力ステップでは、感度解析ステップで算出した微分係数を表示装置に表示する。
また、本発明の床振動解析装置では、第１ないし第３のデータ入力手段がそれぞれ床、床を支持する梁、梁を支持する柱に関する物理的データを取り込み、データ書き込み手段は、取り込んだこれらの物理的データを記憶装置に格納する。そして、固有値解析手段は、記憶装置に格納されている物理的データにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として床の固有振動数を求める。その後、感度解析手段は、固有値解析手段で求めた固有振動数の、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する。そして、出力手段は、感度解析手段で算出した微分係数を表示装置に表示する。
したがって本発明では、表示装置に表示された微分係数により、設計者は、振動障害の対策として、床を厚くするのと梁を太くするのとではどちらが効果的か、また、梁を太くする場合、どの梁を太くするのが効果的かといったことを知ることができ、経験の少ない設計者でも、極めて容易に、かつ短時間で効果的な対策法を選定できる。
【００１４】
【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、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。
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。
【００１５】
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３のデータ入力手段２０、２２、２４、データ書き込み手段３０、記憶装置１９、固有値解析手段３２、感度解析手段３３、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３のデータ入力手段２０、２２、２４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。
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、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、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。
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。
データ書き込み手段３０は、第１ないし第３のデータ入力手段２０、２２、２４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。
【００１６】
固有値解析手段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の１次固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法の関数として床の固有振動数を求める。
感度解析手段３３は、固有値解析手段３２が求めた固有振動数を、床の厚さおよび梁の断面寸法で微分することで、床の厚さおよび梁の断面寸法に関する固有振動数の微分係数を算出する。
出力手段３４は、感度解析手段３３が算出した微分係数を表示装置としてのＣＲＴモニタ１０に表示し、また床および梁を含む平面図を表示して、最も大きい微分係数を与える梁を上記平面図上で明示する。出力手段３４はまた、ＣＲＴモニタ１０の表示内容をプリンタ１６に出力する。
【００１７】
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４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。
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６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。
【００１８】
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。
【００１９】
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４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。
【００２０】
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。
図４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、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。
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）。
【００２１】
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４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、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。
【００２２】
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）。
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４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。
【００２３】
操作者は、柱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）。
以上のように解析に必要なデータの入力が完了すると、固有値解析手段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の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法の関数として床の１次固有振動数を求める（ステップＳ７）。
なお、本実施例の床振動解析装置１８では、上述のように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り、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（鉄筋コンクリート）構造とＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造に加えてＳ（鉄骨）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（ＴＭＤ）を考慮することも可能である。
【００２４】
その後、感度解析手段３３は、固有値解析手段３２が求めた固有振動数を、床の厚さおよび梁の断面寸法で微分することで、床の厚さおよび梁の断面寸法に関する１次固有振動数の微分係数を算出する（ステップＳ８）。具体的には、感度解析手段３３は、床の厚さ、梁成、梁幅がそれぞれ１％増加したときの１次固有振動数の増分を算出する。
そして、出力手段３４はＣＲＴモニタ１０の画面に解析結果を表示する（ステップＳ９）。図５は感度解析の結果を表示するためのウインドウを示す説明図である。
出力手段３４は、図５に示したように、ＣＲＴモニタ１０の画面にまずウインドウ６６を表示し、このウインドウ６６内の右側に固有振動数の上記微分係数（上記１次固有振動数の増分）を表示し、一方、左側には床および梁を含む平面図を表示する。
【００２５】
まず、微分係数の表示について説明する。ウインドウ６６の右側上方の箇所には、床厚に関する固有振動数の微分係数を表示する欄６８が確保され、“スラブ厚 １％ＵＰ−−−−＞”の表示につづけて、算出された微分係数“−２．２８７１Ｅ−０２”が単位“Ｈｚ”と共に表示されている。
その下には、梁に関する固有振動数の微分係数が表形式で表示されている。表７０の最初の欄７２（左端）には、梁の番号“１”、“２”、・・・ が表示され、次の欄７４には各梁の種別が表示されている。さらにつづく欄７６、７８には各梁の方向と、座標値がこの順番で表示され、次の欄８０には、“梁成”と“梁幅”が表示され、そして、最後の欄８２に固有振動数の微分係数が表示されている。また、最も大きい微分係数には線頭部に矢印８４が表示されている。
【００２６】
一方、ウインドウ６６内の左側には、床および梁を含む平面図８６が表示されている。この例では矩形の床８８の各辺部と中央に、上記梁の番号１〜５の５本の梁９０、９２、９４、９６、９８が配設されている。
上述したように、表７０の欄８２に矢印８４が表示された微分係数が最も大きい微分係数であり、この微分係数を与える番号３および４の梁、すなわち梁９４、９６は、図５に示したように、太く表示されている。
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。
【００２７】
設計者は、このようなウインドウ６６の表示を見ることで、振動障害の対策として、床を厚くするのと梁を太くするのとではどちらが効果的か、また、梁を太くする場合、どの梁を太くするのが効果的かといったことを知ることができ、経験の少ない設計者でも、極めて容易に、かつ短時間で効果的な対策法を選定できる。
図５の例では、欄６８に表示された床厚に関する微分係数はマイナスとなっており、床厚を厚くすることでかえって１次固有振動数は低くなることを示しているので、この場合には床厚を厚くするより、梁を太くする方が有効であることが分る。そして、５本の梁のなかでは、番号が３、４の梁に関する微分係数が最も大きいので、これらの梁を太くすることが、床の１次固有振動数を高くする上で最も効果的であることが分る。また、このことは、左側に表示された平面図８６において、梁９４、９６が太く表示されているので、この表示によっても直ちに把握できる。
【００２８】
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、本実施例では床の厚さと梁の太さに関して感度解析を行ったが、柱の太さなどに関して感度解析を行うことも有効であり、また容易である。逆に、床の厚さおよび梁の太さのいずれか一方に関してのみ感度解析を行う構成とすることも無論可能である。
さらに、この実施例では床の１次の固有振動数に関して感度解析を行ったが、より高次の固有振動数に関して感度解析を行うことも可能である。
【００２９】
【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、第１ないし第３のデータ入力ステップでそれぞれ床、床を支持する梁、梁を支持する柱に関する物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、取り込んだこれらの物理的データを記憶装置に格納する。そして、固有値解析ステップにおいて、記憶装置に格納されている物理的データにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として床の固有振動数を求める。その後、感度解析ステップで、固有値解析ステップで求めた固有振動数の、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する。そして、出力ステップでは、感度解析ステップで算出した微分係数を表示装置に表示する。
また、本発明の床振動解析装置では、第１ないし第３のデータ入力手段がそれぞれ床、床を支持する梁、梁を支持する柱に関する物理的データを取り込み、データ書き込み手段は、取り込んだこれらの物理的データを記憶装置に格納する。そして、固有値解析手段は、記憶装置に格納されている物理的データにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として床の固有振動数を求める。その後、感度解析手段は、固有値解析手段で求めた固有振動数の、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する。そして、出力手段は、感度解析手段で算出した微分係数を表示装置に表示する。したがって本発明では、表示装置に表示された微分係数により、設計者は、振動障害の対策として、床を厚くするのと梁を太くするのとではどちらが効果的か、また、梁を太くする場合、どの梁を太くするのが効果的かといったことを知ることができ、経験の少ない設計者でも、極めて容易に、かつ短時間で効果的な対策法を選定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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５】感度解析の結果を表示するためのウインドウを示す説明図である。
【符号の説明】
２ パーソナルコンピュータ（パソコン）
４ ＣＰＵ
６ メモリ
８ ハードディスク装置
１０ ＣＲＴモニタ
１２ キーボード
１４ マウス
１６ プリンタ
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
３０ データ書き込み手段
３２ 固有値解析手段
３３ 感度解析手段
３４ 出力手段
Claims (8)
- 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、
前記第１ないし第３の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にもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として前記床の固有振動数を固有値解析手段によって求める固有値解析ステップと、
前記固有値解析ステップで求めた前記固有振動数の、前記床の厚さおよび前記梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を感度解析手段によって算出する感度解析ステップと、
前記感度解析ステップで算出した前記微分係数を表示装置に出力手段によって表示する出力ステップと、
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、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む請求項１記載の床振動解析方法。
- 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、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む請求項１記載の床振動解析方法。
- 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む請求項１記載の床振動解析方法。
- 前記出力ステップではさらに、前記出力手段によって前記表示装置に前記床および前記梁を含む平面図を表示し、最も大きい前記微分係数を与える前記梁を、前記平面図上で明示する請求項１記載の床振動解析方法。
- 最も大きい前記微分係数を与える前記梁は、前記出力手段によって前記平面図上で太く表示する請求項５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、
前記第１ないし第３の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にもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動の固有値解析を行い、床の厚さおよび梁の断面寸法のうちの少なくとも一方の関数として前記床の固有振動数を求める固有値解析手段と、
前記固有値解析手段で求めた前記固有振動数の、前記床の厚さおよび前記梁の断面寸法のうちの少なくとも一方に関する微分係数を算出する感度解析手段と、
前記感度解析手段で算出した前記微分係数を表示装置に表示する出力手段と、
を含むことを特徴とする床振動解析装置。 - 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、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、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む請求項７記載の床振動解析装置。
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