JP6295402B2 - 建物の振動に関する居住性評価システム - Google Patents

Description

本発明は、建物の振動による居住性の変化をリアルタイムで把握するための建物の振動に関する居住性評価システムに関するものである。

従来、建物に生じる振動の大きさを目視可能に表示するシステムとしては、もっぱら地震発生時に、当該建物における構造被害を確かめるための情報として、上記建物の加速度の最大値を表示するシステムが既に開発されている。

一方、超高層建物においては、強風によっても、高層部において居住性を損なうほどの振動（揺れ）が生じることがある。しかしながら、上記建物の揺れ等を監視する防災センター等の管理室は、高層部よりも揺れが遥かに小さい低層部に設置されているために、実際に高層部においてどの程度の揺れが生じているかを把握することが難しいという問題点があった。

そこで従来、このような平常時における建物の振動に関する居住性を評価するには、一般的に、揺れが大きい時間帯の振動波形データを収集し、周波数分析を行って得られた最大加速度を、図５に示すような、横軸が振動数で縦軸が加速度のグラフ上にプロットすることにより、同グラフ中に表記した居住性評価指針（下記非特許文献１）と比較する方法が採用されていた。

建築物の振動に関する居住性能評価指針・同解説（日本建築学会２００４）

しかしながら、上記従来の居住性評価方法にあっては、事後的に建物の揺れが居住性に与える影響を検証するものであって、現に建物に居る人の居住性をリアルタイムに評価することはできない。しかも、通常強風等によっては卓越しない高次の固有周波数についても周波数分析を行っているために、解析作業が煩雑化するという問題点もある。

また、建物に居る人が揺れを不快に感じるか否かは、揺れの大きさのみならず、揺れの継続時間にも依存するが、上記従来の居住性評価方法においては、継続時間に関するデータが含まれていないために、実状の居住性を把握することができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、強風等によって大きな揺れが生じる建物の上部における居住性をリアルタイムに、かつ容易に評価することができる建物の振動に関する居住性評価システムを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明に係る建物の振動に関する居住性評価システムは、建物の上部に設置されて当該建物の振動の大きさを時刻歴データとして検出する振動検出手段と、この振動検出手段から送信された上記時刻歴データから上記設置個所における居住性を評価する評価手段とを備えてなり、上記評価手段は、上記建物の固有周期に対応した複数段階の居住性の評価基準を設定するとともに、上記振動検出手段によって検出された上記時刻歴データから一定時間ごとに上記振動の最大値を算出する演算手段と、この演算手段によって算出された上記複数段階の上記評価基準と上記振動の最大値とを、リアルタイムに、横軸を上記最大値の算出時刻とし縦軸を上記振動の大きさとする座標上に目視可能に表示する表示手段とを備えてなることを特徴とするものである。

ここで、評価基準を得るための建物の固有周期としては、当該建物における居住性に対して最も影響を与える周期を選択することができる。例えば、建物の中央部では、Ｘ方向に対してはＸ方向の１次モードを採用するとともに、Ｙ方向に対してはＹ方向の１次モードを採用し、建物の端部では、Ｘ方向に対してはＸ方向の１次モードおよび捩れ１次モードを採用するとともに、Ｙ方向に対してはＹ方向の１次モードおよび捩れ１次モードを採用することができる。あるいは、各評価点について、全体１次〜９次までのモードの振動を予め測定して算出し、上記評価基準と比較して当該評価点ごとに最も居住性評価ラインと近いモードを決定して、当該モードを対象とする等によって対応することともできる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記演算手段は、上記時刻歴データに基づいて、周波数分析によって上記固有周期を算出し、得られた上記固有周期によって上記評価基準を更新することを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記建物の上部には、当該建物内の人の有無および人が活動中または安静中であることを検知するセンサーが設置されるとともに、検知された無人、活動中および安静中の数に対応して、上記評価基準に重みづけをして上記表示手段に表示することを特徴とするものである。

請求項１〜３のいずれかに記載の発明によれば、建物の上部に設置された振動検出手段によって検出された振動の大きさの時刻歴データから、演算手段によって一定時間ごとに上記振動の最大値を算出するとともに、上記建物の固有周期に対応した複数段階の居住性の評価基準を設定し、これら振動の最大値と複数段階の評価基準とを、リアルタイムに、横軸を上記最大値の算出時刻とし縦軸を上記振動の最大値とする座標上に目視可能に表示しているために、強風等によって大きな揺れが生じる建物の上部における居住性を、その継続時間も含めてリアルタイムに、かつ容易に評価することができる。

この際に、上記複数段階の居住性を評価する基準としては、例えば日本建築学会の建築物の振動に関する居住性能評価指針をそのまま用いることができる。

また、居住性の評価基準は、加速度と振動数とに依存するものであるのに対して、建物の固有周期は、これまでに受けた振動の履歴や気候などによって変動する。このため、請求項２に記載の発明のように、上記演算手段によって、リアルタイムに得られた振動に基づいて、周波数分析により上記建物の固有周期を算出して上記評価基準を変化させれば、実状に合ったより正確な評価を行うことができる。

ところで、建物内の人が、当該建物の揺れ（振動）を不快に感じるか否かは、揺れの物理的データである振動の大きさから一義的に決まるものではなく、その人の活動状況によって大きく異なる。
他方、近年、例えば特開２０１２−２７２０号公報に見られるように、建物内の人の有無および人が活動中または安静中であることを検知することができるドップラー効果を利用したマイクロ波電波センサーが開発されている。

そこで、請求項３に記載の発明のように、この種のセンサーを建物の上部に設置して、検知された無人、活動中および安静中の数に対応して、上記評価基準に重みづけをして上記表示手段に表示するようにすれば、建物内に居る人の揺れの感じ方の実情に合わせて、上記揺れが居住性を損なう程のものであるか否かを、リアルタイムに一層細かく評価することが可能になる。

本発明に係る居住性評価システムの一実施形態における配置を示す概略構成図である。 図１の要部を示すブロック図である。 図２の演算部において振動検出手段によって検出されたデータから加速度の最大値を算出する一定時間を示す図である。 図１の表示手段における表示形態を示す図である。 従来の居住性評価における表示形態を示す図である。

図１〜図４は、本発明に係る建物の振動に関する居住性評価システムの一実施形態を示すものである。
図１および図２は、この居住性評価システムの概略構成を示すもので、この居住性評価システムは、超高層建物（以下、建物と略す。）１の頂部に設置されて建物１の振動による加速度（振動の大きさ）を時刻歴データとして検出する加速度計（振動検出手段）２と、この加速度計２から伝送手段３を介して送信された加速度の時刻歴データから建物１の高層部における居住性を評価する評価手段４とから概略構成されたものである。なお、図中符号９は、建物１の頂部に設置された制振装置である。

そして、評価手段４は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）５と、このＰＣ５に接続されたモニタ（表示手段）６とから構成されている。ここで、ＰＣ５は、全体を統括制御するＣＰＵ（主制御部）に、入出力制御部を介して実行プログラムを記録したハードディスク等の記憶装置やキーボードやマウス等の入力装置が接続されることによって演算部が構成されたもので、例えば建物１の地下階に設けられた防災センター８等に設置されている。

また、ハードディスク等の記憶装置内には、上述した日本建築学会の建築物の振動に関する居住性能評価指針のデータが格納されている。この居住性能評価指針は、図５に示したように、振動数（Ｈｚ）および加速度（Ｇａｌ）の関係から、人が揺れを感じする割合ｘ（％）を、ｘ＝１０、３０、５０、７０および９０について各々Ｈ-ｘの境界線で示したものである。

さらに、本実施形態においては、建物１の全階層数の上から１／４程度（例えば、４０階建ての建物においては、３１階〜４０階を評価対象として、各々図示されない高性能の人感センサーが設置されている。これらの人感センサーは、ドップラー効果を利用したマイクロ波電波センサーであり、建物１内に人が居住しているか、あるいは無人かを検知することに加えて、さらに居住する人が活動中であるか、あるいは安静中であることを検知することができるものである。

そして、この居住性評価システムにおいては、加速度計２から伝送手段３を介してＰＣ５に常時加速度の時刻歴データおよび人感センサーからの検知信号が送信されるとともに、送信されたこれらのデータから、ＰＣ５において以下の演算を行って、得られた結果をリアルタイムにモニタ６に表示するようになっている。

すなわち、ＰＣ５においては、図３に示すように、送信されてくる時刻歴データを１０分ごとに保存するとともに、各１０分間の時刻歴データに対して周波数分析を行って建物１の１次固有周期を算出する。そして、得られた１次固有周期を用いて、記憶装置に格納されている日本建築学会の建築物の振動に関する居住性能評価指針のデータから、当該１次固有周期に対応するＨ−１０〜Ｈ−９０の各加速度の値を算出する。

そしてさらに、得られたＨ−１０〜Ｈ−９０の各加速度の値に、各々の人感センサーが検知した安静中の人、活動中の人および無人のそれぞれの数から、例えば安静中の人が多い場合には０．８倍、活動中の人が多い場合には１．２倍、無人である場合には１．５倍といった倍率を掛けて、修正したＨ−１０〜Ｈ−９０の各加速度の値を算出する。

これと併行して、１０分ごとに保存した建物１の加速度の時刻歴データに、１次固有周期を含む周波数帯のバンドパスフィルターを施し、これによって得られた加速度波形の最大値を求める。

そして、モニタ６上に、図４に示すように、横軸を上記加速度波形の最大値の算出時刻とし、縦軸を加速度とする座標上に、修正したＨ−１０〜Ｈ−９０の各加速度の値を評価ラインとして表示させるとともに、上記算出時刻に対応した加速度波形の最大値とをリアルタイムに表示させる。

以上の構成からなる建物の振動に関する居住性評価システムによれば、建物１の高層部に設置された加速度計２によって検出された加速度の時刻歴データから、ＰＣ５によって１０分ごとに１次固有周期を含む周波数帯のバンドパスフィルターを施して、得られた加速度波形の最大値を算出するとともに、建物１の１次固有周期に対応したＨ‐１０〜Ｈ−９０の複数段階の居住性の評価基準を設定し、これら加速度の最大値と複数段階の評価基準とを、モニタ６に、横軸を上記最大値の算出時刻とし、縦軸を加速度とする座標上にリアルタイムに目視可能に表示しているために、強風等によって大きな揺れが生じる建物１の高層部における居住性を、その継続時間も含めてリアルタイムに、かつ容易に評価することができる。

この際に、強風等による振動によって生じる建物１の加速度においては、通常当該建物１の１次固有周期の前後において最大となることに着目し、１０分ごとの時刻歴データに対して、上記１次固有周期を含む周波数帯のバンドパスフィルターを施してその加速度波形の最大値を算出しているために、処理の簡易化および短縮化を図ることができる。

加えて、ＰＣ５において、加速度計２から送信された時刻歴データから周波数分析により建物の１次固有周期を算出して、当該１次固有周期に対応するＨ−１０〜Ｈ−９０の各加速度の値を算出しているために、これまでに受けた振動の履歴や気候などによって建物１の固有周期が変動した場合においても、リアルタイムに得られた１次固有周期の値に応じて正確な評価を行うことができる。

さらに、建物１の高層部に、高性能な人感センサーを設置して、検知された無人、活動中および安静中の数に対応して、上記評価基準Ｈ−１０〜Ｈ−９０に重みづけをしてモニタ６に表示させているために、建物１内に居る人の揺れの感じ方の実情に合わせて、上記揺れが居住性を損なう程のものであるか否かを、リアルタイムに一層細かく評価することができる。

なお、上記実施形態においては、建物１の頂部に加速度計２を設置し、強風等に起因する建物１の振動の大きさとして加速度を用いた場合についてのみ説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、速度や変位等を用いることも可能である。

１ 建物
２ 加速度計（振動検出手段）
４ 評価手段
５ ＰＣ（演算手段）
６ モニタ（表示手段）

Claims (3)

1. 建物の上部に設置されて当該建物の振動の大きさを時刻歴データとして検出する振動検出手段と、この振動検出手段から送信された上記時刻歴データから上記設置個所における居住性を評価する評価手段とを備えてなり、
   上記評価手段は、上記建物の固有周期に対応した複数段階の居住性の評価基準を設定するとともに、上記振動検出手段によって検出された上記時刻歴データから一定時間ごとに上記振動の最大値を算出する演算手段と、
   この演算手段によって算出された上記複数段階の上記評価基準と上記振動の最大値とを、リアルタイムに、横軸を上記最大値の算出時刻とし縦軸を上記振動の大きさとする座標上に目視可能に表示する表示手段とを備えてなることを特徴とする建物の振動に関する居住性評価システム。
2. 上記演算手段は、上記時刻歴データに基づいて、周波数分析によって上記固有周期を算出し、得られた上記固有周期によって上記評価基準を更新することを特徴とする請求項１に記載の建物の振動に関する居住性評価システム。
3. 上記建物の上部には、当該建物内の人の有無および人が活動中または安静中であることを検知するセンサーが設置されるとともに、検知された無人、活動中および安静中の数に対応して、上記評価基準に重みづけをして上記表示手段に表示することを特徴とする請求項１または２に記載の建物の振動に関する居住性評価システム。