JP6646205B2 - 建物の応答推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、地震や強風等によって建物に外力が作用した際の建物の応答を推定する方法に関する。

建築・土木構造物にセンサを設置し、このセンサからの情報に基づいて構造物（建物）の損傷の度合いを把握し、構造物の損傷検知や健全性評価を行う構造ヘルスモニタリングが注目されている。特に、オフィスビルやマンション等の多層構造の建物においては、地震が発生した際に、その被災状況を早期に且つ精度よく確認、把握、判定することが求められる。

また、振動センサを用いて対象構造物の振動特性の変化から損傷（劣化による損傷を含む）を検出する手法は、変形や歪み等を計測するセンサを利用して損傷を直接的に検出する手法と比較し、センサ設置位置が損傷個所と同一である必要がない点で優れている。このため、対象の構造物が大きく、事前に損傷が発生する場所を予測・特定することが困難な建築・土木構造物に好適な損傷検出手法と言える。

建物の階層毎に多数のセンサを設置すれば、地震時の建物の各階（層）の応答、さらに建物の全体の応答を精度よく把握することができる（例えば、特許文献１参照）。この場合には、多数のセンサをそれぞれケーブル（配線）で一つのデータ収録処理装置に接続し、各センサの検出情報（データ）を一カ所に集約して詳細な分析を行うようにしている。そして、このように建物の階層毎に設置した多数のセンサで地震時の応答や変位などを検出し、建物の各階の応答や変位などを詳細に分析することで、健全性を評価する（損傷が発生した場所を特定する）ことができる。

一方、建物の限られた階にセンサを設置し、地震時に、この限られた階の少ないセンサで取得した情報から建物の各階、建物の全体の応答を推定し、建物全体系の振動特性の変化から健全性を評価する手法も提案されている。

例えば、建物の設計モデルと、限られた階に設置したセンサからの情報（限られた階のセンサ情報）とから、モードの重ね合わせ（モード合成）による全層応答推定法を用いて解析を行い、全層での最大層間変形角を推定する手法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。

特開２０１５−４５２６号公報 特開２０１３−１９５３５４号公報 特開２０１４−２１１３９７号公報 特開２０１３−１７０９５５号公報 特開２０１２−８３１７２号公報

しかしながら、上記従来の限られた階に設置されたセンサ情報から建物全層での応答を推定する手法（モード合成手法）では、弾性範囲でのモード情報を使って建物応答の推定を行うため、地震動下において建物応答が弾性領域では精度良く建物応答を推定できるが、建物応答が非線形領域に入るとその応答推定精度が落ちるという不都合があった。

特に、最大層間変形角が１／１００ｒａｄを超えるような非線形領域で建物全層での応答が過少評価され、応答推定精度が落ちてしまう。

本発明は、上記事情に鑑み、限られた階に設置したセンサで得られた建物の地震時応答情報に基づいて、建物全層での応答を線形領域から強非線形領域まで精度よく求めることを可能にする建物の応答推定方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の建物の応答推定方法は、外力が作用した際の建物の応答を推定する方法であって、建物の設計モデルと限られた階のセンサ情報から得られた地震波形を与条件とし、モードの重ね合わせによる全層応答推定法を用いて建物の各層ｉでの最大層間変形角Ｒ_{ｍａｘ，ｉ}を推定値として求め、且つ、質点系モデルによる時刻歴応答解析によって最大層間変形角ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}を推定値として求めるとともに、事前に与えられる質点系モデルの降伏変形角Ｒ_ｙ，ｉを判定値として用い、ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}≦Ｒ_ｙ，ｉの場合には推定値をＲ_{ｍａｘ，ｉ}とし、ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}＞Ｒ_ｙ，ｉ且つＲＴ_{ｍａｘ，ｉ} ≦Ｒ_{ｍａｘ，ｉ}の場合には推定値をＲ_{ｍａｘ，ｉ}とし、ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}＞Ｒ_ｙ，ｉ且つＲＴ_{ｍａｘ，ｉ} ＞Ｒ_{ｍａｘ，ｉ}の場合には推定値をＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}とすることを特徴とする。

本発明の建物の応答推定方法においては、限られた階に設置したセンサで得られた建物の地震時応答情報に基づいて、建物全層での応答を線形領域から強非線形領域まで精度よく求めることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る建物の応答推定方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る建物の応答推定方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る建物の応答推定方法を示す図である。 従来法と、本発明の一実施形態に係る建物の応答推定方法とで全層での最大層間変形角を推定し、その結果を比較した図である。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る建物の応答推定方法について説明する。

本実施形態の建物の応答推定方法は、オフィスビルやマンション等の多層構造の建物の地震時応答、健全性を確認、把握するための方法に関するものである。

はじめに、本実施形態の建物の応答推定方法では、建物の限られた階にセンサを設置し、地震時に、この限られた階の少ないセンサで取得した情報から建物の各階、建物の全体の応答を推定する。

具体的に、本実施形態では、図１に示すように、従来と同様、建物の設計モデルと、限られた階に設置したセンサからの情報（限られた階のセンサ情報）とから、モードの重ね合わせ（モード合成）による全層応答推定法を用いて解析を行い、全層での最大層間変形角を推定する。

一方、本実施形態の建物の応答推定方法においては、図１、図２、図３に示すように、従来のモード合成手法を、その建物応答を高精度で推定することができる建物の弾性領域において適用し、建物応答が弱非線形、強非線形の建物の非線形領域に対しては、モード合成解析と時刻歴応答解析を併用する。

より具体的に、本実施形態の建物の応答推定方法では、図１（図２、図３）に示すように、限られた階に設置したセンサからの情報を用い、モード合成による全層応答推定解析と、質点系モデルによる時刻歴応答解析を行う。

次に、各層ｉにおいて、モード合成による全層応答推定解析によって得られた最大層間変形角Ｒ_{ｍａｘ，ｉ}と、質点系モデルによる時刻歴応答解析によって得られた最大層間変形角ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}を比較し、且つ、質点系モデルによる時刻歴応答解析によって得られた最大層間変形角ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}と、質点系モデルによる時刻歴応答解析に用いる降伏変形角Ｒ_ｙ，ｉを比較する。

そして、本実施形態の建物の応答推定方法においては、ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}≦Ｒ_ｙ，ｉの場合には推定値をＲ_{ｍａｘ，ｉ}とし、ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}＞Ｒ_ｙ，ｉ且つＲＴ_{ｍａｘ，ｉ} ≦Ｒ_{ｍａｘ，ｉ}の場合には推定値をＲ_{ｍａｘ，ｉ}とし、ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}＞Ｒ_ｙ，ｉ且つＲＴ_{ｍａｘ，ｉ} ＞Ｒ_{ｍａｘ，ｉ}の場合には推定値をＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}とする。

ここで、図４は、従来のモード合成手法に基づく応答推定手法と、本実施形態のモード合成による全層応答推定解析と質点系モデルによる時刻歴応答解析を併用した建物の応答推定方法でそれぞれ最大層間変形角を求め、解析値と真値を比較した結果を示している。

この結果から、本実施形態の建物の応答推定方法は、従来のモード合成手法に基づく応答推定手法よりも高精度で建物の応答を推定できることが確認された。また、本実施形態の建物の応答推定方法は、特に１／１００ｒａｄを超える強非線形性領域の応答精度が大きく向上することが確認された。

したがって、本実施形態の建物の応答推定方法においては、モード合成による全層応答推定解析と質点系モデルによる時刻歴応答解析を併用することによって、通常の限られた階に設置されたセンサ情報から建物全層の応答を推定する従来の手法と比較し、非線形性領域の応答精度を向上させることが可能になる。

すなわち、本実施形態の建物の応答推定方法によれば、限られた階に設置したセンサで得られた建物の地震時応答情報に基づいて、建物全層での応答を線形領域から強非線形領域まで精度よく求めることが可能になる。

また、１／１００ｒａｄを超える強非線形性領域の応答精度を大きく向上させることが可能になる。

以上、本発明に係る建物の応答推定方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

Claims (1)

1. 外力が作用した際の建物の応答を推定する方法であって、
   建物の設計モデルと限られた階のセンサ情報から得られた地震波形を与条件とし、
   モードの重ね合わせによる全層応答推定法を用いて建物の各層ｉでの最大層間変形角Ｒ_{ｍａｘ，ｉ}を推定値として求め、
   且つ、質点系モデルによる時刻歴応答解析によって最大層間変形角ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}を推定値として求めるとともに、事前に与えられる質点系モデルの降伏変形角Ｒ_ｙ，ｉを判定値として用い、
   ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}≦Ｒ_ｙ，ｉの場合には推定値をＲ_{ｍａｘ，ｉ}とし、
   ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}＞Ｒ_ｙ，ｉ且つＲＴ_{ｍａｘ，ｉ} ≦Ｒ_{ｍａｘ，ｉ}の場合には推定値をＲ_{ｍａｘ，ｉ}とし、
   ＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}＞Ｒ_ｙ，ｉ且つＲＴ_{ｍａｘ，ｉ} ＞Ｒ_{ｍａｘ，ｉ}の場合には推定値をＲＴ_{ｍａｘ，ｉ}とすることを特徴とする建物の応答推定方法。

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