JP4230646B2 - 建物振動障害予測システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、現場で地盤振動を測定し、建設予定の建物に生じる振動を予測する可搬型の建物振動障害予測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、交通振動や工場振動による建物の振動障害を未然に防ぐために、着工前に地盤で振動を測定し、そこで得られた地盤振動の特性と、計画している建物の振動特性を分析することにより、建設後の振動障害の発生を予測している。
その際、測定は、大がかりな装置を用いて、専門の知識を持った者が行い、実際の分析は、測定の後、事務所で行っている。
なお、現場で簡易な測定を行う場合は、公害振動レベル計を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
測定した振動データを現場から事務所へ持ち帰るには、大がかりな記録装置が必要となる。また、装置の取り扱いや事務所での分析には専門的な知識が必要であり、それを行う者も限られている。そのため、結果が出るまでに多くの時間と手間がかかってしまう。
また、現場で簡易に測定できる「公害振動レベル計」は、振動レベル（振動の大きさ）を計るものであり、周波数まではわからないため、精密な振動予測ができない。
【０００４】
この発明の目的は、交通振動や工場振動等の環境要因で、建設予定の建物に生じる振動を精密に予測することのできる簡単な構成の建物振動障害予測システムを提供することである。
この発明の他の目的は、振動の現状把握から、対策の検討、その対策による効果の確認までが、一つのシステムで迅速に行えるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、振動予測結果を視覚的に分かりやすく示すことができるものとすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の構成を実施形態に対応する図２と共に説明する。この建物振動障害予測システム（１）は、振動レベル計（２）と、周波数分析器（３）と、パーソナルコンピュータ等の情報処理機器（４）とを備え、これらを可搬のケース（５）内に収納したシステムである。
振動レベル計（２）は、地盤振動を計測可能なものであり、例えば振動レベル計本体（２ａ）と、加速度ピックアップ等の検出子（２ｂ）とで構成される。周波数分析器（３）は、振動レベル計（２）の計測データを周波数分析する手段であり、分析専用の電子回路を備えた機器等で構成される。上記情報処理機器（４）は、振動予測手段（１２）を設けたものである。この振動予測手段（１２）は、建物の条件入力データと上記周波数分析器（３）の周波数分析結果とに応じて建設後の前記建物の振動を予測し、その予測結果を表示するものである。上記ケース（５）は、人による運搬が可能なものであり、例えばアタッシュケース等と呼ばれる箱型の手提げケース等が用いられる。
この構成によると、建設予定地において、振動レベル計（２）で地盤振動を計測し、その計測データを、周波数分析器（３）で周波数分析する。この周波数分析の結果として得られた周波数特性を、情報処理機器（４）の振動予測手段（１２）により評価し、建設後の建物の振動を予測、すなわち推定する。上記の振動予測は、建物の条件入力データに応じて行う。建物の条件入力データは、例えば建物の階数や、鉄骨造、鉄筋コンクリート造の区別、鉄骨造の場合のラーメン，トラス等の構造形式等である。このように、周波数特性を用いた振動予測を行うため、精密な振動予測が行える。また、振動レベル計（２）、周波数分析器（３）、および情報処理機器（４）を可搬のケース（５）に収めたものであるため、現場への持ち運びが便利である。
【０００６】
前記情報処理機器（４）には、前記建物に適用する振動の対策法を選定する対策法選定手段（１３）と、選定された対策を適用した場合の前記建物の振動の改善結果を予測して表示する対策効果予測手段（１４）とを設ける。
この構成の場合、上記振動予測手段による振動予測結果から、振動の対策が必要であると分かった場合に、建物に適用する振動の対策法を、対策法選定手段（１３）により選定でき、またその選定された対策法を適用した場合の建物の振動の改善結果が、対策効果予測手段（１４）で予測されて表示される。このように、現状把握から、対策の検討、その対策による効果の確認までが、一つのシステムで迅速に行える。
前記対策法選定手段（１３）は、画面表示装置（１０）に対策法をメニュー表示して選択の入力を促す手段と、その入力によって対策法を選定する手段とでなり、前記対策効果予測手段（１４）は、対策法ごとに所定の低減率が設定されていて、前記振動予測手段（１２）で得られた周波数毎の振動加速度レベルを、前記低減率で演算し表示するものとする。
【０００７】
この発明において、前記振動予測手段（１２）は、前記予測結果の表示として、建物が揺れる様子の図を画面表示装置（１０）に表示するシミュレーション手段（１２ａ）を有するものとする。
このように、振動の予測結果の表示として、建物が揺れる様子の図を画面に表示することにより、建設予定の建物の振動の程度が視覚的に分かる。そのため、施主等に対して振動の予測結果を明確に示すことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態を図面と共に説明する。この建物振動障害予測システム１は、振動レベル計２と、周波数分析器３と、パーソナルコンピュータ等の情報処理機器４とを備え、これらを可搬のケース５内に収納したシステムである。ケース５は、人による運搬が可能なケースであり、例えばアタッシュケース等と呼ばれる箱型の手提げケース等が用いられる。図示の例では、上面が開放された箱形のケース本体５ａに、浅い箱形の開閉蓋５ｂをヒンジ（図示せず）で開閉回動自在に取付け、ケース本体５ａに把手５ｃを取付けたものが用いられている。振動レベル計２、周波数分析器３、および情報処理機器４は、それぞれ独立した筐体を有するものであり、ケース５に出し入れ自在なものであっても、ケース５に取付けられ、またはケース５と一体化されたものであっても良い。振動レベル計２、周波数分析器３、および情報処理機器４は、配線（図示せず）で相互に接続されている。
【０００９】
振動レベル計２は、地盤振動を計測可能なものであり、振動レベル計本体２ａと、加速度ピックアップ等の検出子２ｂとで構成される。検出子２ｂはコード２ｃで振動レベル計本体２ａに接続され、ケース５に出し入れ自在に収納される。振動レベル計本体２ａは、筐体に画面表示部６とキースイッチ等の入力スイッチ７とを有している。画面表示部６は、任意な表示が可能な液晶表示装置であっても、また振動波形等を表示するものであっても良い。
【００１０】
周波数分析器３は振動レベル計２の計測データを周波数分析する手段であり、分析専用の電子回路を備えた機器で構成される。周波数分析器３は、筐体に画面表示部８と、キースイッチ等の入力スイッチ９とを有している。画面表示部８は、任意な表示が可能な液晶表示装置であっても、周波数帯に応じた振動強度をグラフ表示するものであっても良い。周波数分析器３は、振動源および測定方法に応じて振動計測データを周波数分析可能なものである。周波数分析器３は、詳しくは、複数種類の振動源、および複数種類の測定方法の中から任意の振動源および測定方向を選択させる条件入力処理手段（図示せず）と、選択された振動源および測定方向に応じて周波数分析する演算手段（図示せず）とを備えている。
【００１１】
情報処理機器４は、パーソナルコンピュータからなり、筐体内に中央演算素子や、メモリ、磁気ディスク装置等が設けられ、画面表示装置１０と、キーボード、マウスパッド等の入力手段１１とを有している。
【００１２】
図２に示すように、情報処理機器４は、ハードウェアと記憶したプログラムおよびデータとで概念的に構成される機能達成手段として、振動予測手段１２と、対策法選定手段１３と、対策効果予測手段１４とを備えている。
【００１３】
振動予測手段１２は、建物の条件入力データと周波数分析器３の周波数分析結果とに応じて建設後の建物の振動を予測し、その予測結果を表示するものである。振動予測手段１２は、建物の階数と構造形式に応じて、周波数分析器３の周波数分析結果から建物の振動を予測する演算機能を有しており、建物の階数と構造形式の入力を画面表示装置１０に促す手段（図示せず）を有している。
また、振動予測手段１２は、予測結果の表示として、周波数に応じた振動加速度レベルのグラフや、判定基準線の表示の他に、建物が揺れる様子の図を画面表示装置１０に表示させるシミュレーション部１２ａを有している。シミュレーション部１２ａは、さらに、周波数分析結果として得られる地盤振動のデータを用いて、その地盤における模擬地震動を作成できるものとされ、かつその地盤振動のデータを用いて、応答解析を行い、建物が揺れる様子の図をコンピュータグラフィック機能等により、アニメーション等で画面表示装置１０に示すことができるものとしてある。
【００１４】
対策法選定手段１３は、建物に適用する振動の対策法を選定する手段であり、画面表示装置１０に対策法をメニュー表示して選択の入力を促す手段と、その入力によって対策法を選定する手段とでなる。
対策効果予測手段１４は、対策法選定手段１３で選定された対策を適用した場合の前記建物の振動の改善結果を予測して表示する手段である。対策効果予測手段１４は、例えば、対策法ごとに所定の低減率が設定されていて、振動予測手段１２で得られた周波数毎の振動加速度レベルを、上記低減率で演算し、表示するものとされる。
【００１５】
情報処理機器４は、上記各手段の他に、周波数分析器３で過去に分析した既測定データを記憶しておく既測定データ記憶手段１５や、通信手段１７を備えるものであることが好ましい。通信手段１７は、電話回線網などによるインターネット等のネットワーク１８を利用可能な手段であり、ホストコンピュータ等の他の情報処理機器１９と通信可能なものである。他の情報処理機器１９は、複数の建物振動障害予測システム１と通信して周波数分析結果等を蓄積する情報収集手段と、この収集されたデータから各地の地盤振動の周波数分析結果をマップとして表示する地盤振動マップ作成手段２１を設けても良い。
【００１６】
なお、建物振動障害予測システム１は、ケース５内に、上記各機器の他に、騒音計１６を収納できるものとしても良い。その場合に、情報処理機器４は、騒音計１６の測定データを処理する手段（図示せず）を有するものとする。
【００１７】
上記構成の建物振動障害予測システム１の作用を、図３の流れ図に従って説明する。まず、実測するか否かを選択する（ステップＳ１）。建物を建設予定地の既測定データがある場合は、実測せずに、その既測定データを利用し（Ｓ１１）、既測定データがない場合は実測することになる。
実測する場合は、まず周波数分析器３に条件入力を行う（Ｓ２）。条件入力は選択形式で行う。条件としては、振動源と測定方法の選択等がある。振動源は、周辺の道路や鉄道などによる交通振動や、工場振動等である。測定方法は、振動レベル計２の測定子２ｂを地盤に配置する形態や、測定時間間隔等の時間的条件等である。
【００１８】
この後、振動レベル計２による振動測定を行い（Ｓ３）、振動レベル計２の測定データを周波数分析器３で分析した結果を表示する（Ｓ４）。この表示は、例えば、情報処理機器４の画面表示装置１０で行う。周波数分析結果は、例えば図４に示すように、周波数毎の振動加速度レベルのグラフとして表示される。
【００１９】
この後、建設後の建物の振動を予測を行う。この予測に際しては、まず予測対象建物の条件を入力する（Ｓ５）。条件としては、建物の階数と、構造形式とがある。構造形式の選択としては、建物が鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造のいずれであるか、また鉄骨造の場合に、ブレースを用いたトラス構造であるか、ラーメン構造であるか等の選択を行う。予測に用いる周波数分析データは、上記のように周波数分析を行ったデータであっても、複数の既測定データの中から、建設予定地の周波数分析データとして選定したデータであっても良い。
【００２０】
このような条件入力の後、条件入力データと周波数分析結果とに応じて、建設後の建物の振動を、振動予測手段１２に予測させ、その予測結果を画面表示装置１０に表示させる。予測結果は、例えば図５に示すように、周波数毎の振動加速度レベルを示す曲線として表示され、建物の振動加速度レベルを示す曲線ａと、地盤の振動加速度レベルを示す曲線ｂとが合わせて表示される。また、この振動加速度レベルを示すグラフ内に、所定の振動許容レベルの曲線ｃ，ｄ、つまり評価基準の曲線ｃ，ｄが表示される。この曲線ｃ，ｄにより、グラフ内の領域は、振動障害の安全度を区分する複数のエリアに分けられる。同図の曲線ｃよりも下のエリアＡは、障害の恐れの少ないエリア、曲線ｃ，ｄ間のエリアＢは、障害の可能性があるエリア、曲線ｄよりも上のエリアＣは、障害の可能性の高いエリアである。同図の例では、周波数Ｆ１〜Ｆ４間が障害の可能性があり、そのうち、周波数Ｆ２〜Ｆ３間が障害の可能性が高いことが分かる。したがって、何らかの対策を施す必要がある。
【００２１】
このような予測結果の表示を見て、対策を検討し（Ｓ７）、対策の必要のない場合は、この建物振動障害予測システム１の処理を終了する。
対策の必要がある場合は、対策方法を選定する（Ｓ８）。この選定は、対策法選定手段１３による画面表示装置１０のメニュー表示から、対策方法を選定することで行う。選定できる対策方法として、例えば、路面補修、防振溝の構築、建物構造の変更（階数や，構造形式の変更）、建物の補強による剛性向上処置、建物の振動減衰構造の採用による減衰効果の向上処置などがある。
【００２２】
このような対策法の選定の後、対策効果予測手段１４によって、対策の効果を予測させ、その予測結果を画面表示装置１０に表示させる（Ｓ９）。対策効果予測手段１４には、対策法ごとに所定の低減率が設定されていて、振動予測手段１２で得られた周波数毎の振動加速度レベルを、上記低減率で演算し、表示するものとされる。
図６は、対策検討結果の表示画面例である。この画面では、上記の振動予測結果の表示と同じく、周波数毎の振動加速度レベルを示す曲線として表示され、対策前の建物の振動加速度レベルを示す曲線ｎと、対策後の建物の振動加速度レベルを示す曲線ｍとが合わせて表示される。また、振動予測結果の表示と同じく、振動許容レベルの曲線ｃ，ｄが示される。同図の例では、周波数Ｆ６〜Ｆ７の範囲で、振動の可能性があるが、可能性は低く、その他の周波数範囲では振動障害の恐れが少ないことがわかる。
【００２３】
このような対策検討結果の表示を見た後、他の対策法を選定した場合の効果を検討する場合は（Ｓ１０）、対策法選定のステップＳ８に戻り、再度対策法を選定して、対策の効果を予測させ、その結果を表示させる（Ｓ９）。
他の対策法の検討の必要がない場合は、この建物振動障害予測システム１の処理を終了する。
【００２４】
この建物振動障害予測システムによると、このように、周辺の振動発生源による地盤振動，建物振動の現状把握から、対策の検討、その対策の効果の確認までが、一つのシステムで迅速に行える。また、周波数特性を用いた予測方法であるため、精密な予測が行える。しかも、ケース５内に全ての機器が収まるため、現場への持ち運びが便利である。
【００２５】
この建物振動障害予測システム１において、ケース５内に騒音計１６を加えた場合は、総合的な環境測定システムとなる。
情報処理機器４の通信手段１７から、ネットワーク１８を通じて他の情報処理機器１９にデータ転送をすれば、情報収集手段２０により、自動的にデータベース化され、地盤振動マップを作成することもできる。
【００２６】
また、この建物振動障害予測システム１は、図８に示すように、床振動発生器３０と組み合わせて用い、床振動発生器３０で発生させた振動を測定することにより、建設後の建物の床振動性能を確認することもできる。床振動発生器３０は、建物の床３３に設置されるフレーム３１と、このフレーム３１の底部に重り３２を落下させる手段とを有する。
【００２７】
さらに、この建物振動障害予測システム１は、地盤振動のデータを用いて、その地盤における模擬地震動を作成することができる。また、このデータを用いて、パソコンからなる情報処理機器４上で応答解析を行い、図７のように建物が揺れる様子の図を、アニメーション等で示すことにより、引き合い中の顧客に対して印象的なプレゼンテーションを行うこともできる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明の建物振動障害予測システムは、人による可搬のケース内に、地盤振動を計測する振動レベル計と、この振動レベル計の計測データを周波数分析する周波数分析器と、情報処理機器とを収容し、この情報処理機器に、振動予測対象となる建物の条件入力データと上記周波数分析器の周波数分析結果とに応じて建設後の前記建物の振動を予測し、その予測結果を表示する振動予測手段とを設けたものであるため、現場への持ち運びが便利な簡単なシステムで、交通振動や工場振動等の環境要因により、建設予定の建物に生じる振動を予測することができる。また、周波数特性を用いた予測方法を採用するため、精密な予測が行える。
前記情報処理機器には、前記建物に適用する振動の対策法を選定する対策法選定手段と、選定された対策を適用した場合の前記建物の振動の改善結果を予測して表示する対策効果予測手段とを設けたため、振動の現状把握から、対策の検討、その対策による効果確認までが、一つのシステムで迅速に行える。
また、前記振動予測手段を、前記予測結果の表示として、建物が揺れる様子の図を画面表示装置に表示するシミュレーション手段を有するものとしたため、振動予測結果を視覚的に分かりやすく示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる建物振動障害予測システムの斜視図である。
【図２】同建物振動障害予測システムの概念構成を示すブロック図である。
【図３】同システムの処理手順を示す流れ図である。
【図４】同システムによる周波数分析結果例の説明図である。
【図５】同システムによる振動予測結果例の説明図である。
【図６】同システムによる対策効果の予測例の説明図である。
【図７】同システムのシミュレーション手段の表示例の説明図である。
【図８】同システムを床振動発生器と組み合わせて建設後の建物の建物の振動を計測する処理の説明図である。
【符号の説明】
１…建物振動障害予測システム
２…振動レベル計
３…周波数分析器
４…情報処理機器
１０…画面表示手段
１１…入力手段
１２…振動予測手段
１２ａ…シミュレーション手段
１３…対策法選択手段
１４…対策効果予測手段

Claims (1)

1. 人による可搬のケース内に、地盤振動を計測する振動レベル計と、この振動レベル計の計測データを周波数分析する周波数分析器と、情報処理機器とを収容し、この情報処理機器に、振動予測対象となる建物の条件入力データと上記周波数分析器の周波数分析結果とに応じて建設後の前記建物の振動を予測し、その予測結果を表示する振動予測手段とを設け、前記情報処理機器に、前記建物に適用する振動の対策法を選定する対策法選定手段と、選定された対策法を適用した場合の前記建物の振動の改善結果を予測して表示する対策効果予測手段とを設け、前記対策法選定手段は、画面表示装置に対策法をメニュー表示して選択の入力を促す手段と、その入力によって対策法を選定する手段とでなり、前記対策効果予測手段は、対策法ごとに所定の低減率が設定されていて、前記振動予測手段で得られた周波数毎の振動加速度レベルを、前記低減率で演算し表示するものとし、前記振動予測手段は、前記予測結果の表示として、建物が揺れる様子の図を画面表示装置に表示するシミュレーション手段を有するものとした建物振動障害予測システム。

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