JP6800049B2

JP6800049B2 - 建物の振動測定方法

Info

Publication number: JP6800049B2
Application number: JP2017037972A
Authority: JP
Inventors: 藍子栗栖; 龍大欄木
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: JP2018146237A

Description

本発明は、建物に生じる常時微振動から当該建物の平面的なねじれ振動の中心を特定する際に用いられる建物の振動測定方法に関するものである。

建物が、平面的にどのように振動しているかを把握して、建物の偏心の状況に関する情報を得ることは、建物の耐震性を判断する際や、当該判断に基づいて補強を行う際に重要になる。

一方、建物は、建築後においても使用形態の変更等によって偏心の状況が変化する。このため、上記建物の偏心状況の把握は、竣工直前のみならず、建物の使用を開始した後における耐震診断時や耐震補強を行う際の前後に、それぞれ実施することが必要になる。

従来、このような建物の偏心状況を確認するための平面的な振動測定は、通常図６に示すように、ねじれ振動の影響が大きく、よって建物５０の振動による動きを捉えやすい外周側の各辺に沿った位置に複数の振動センサー５１を設置し、平面Ｘ−Ｙ方向の振動成分の測定することによって行われていた。

ところで、上記従来の建物の振動測定方法にあっては、複数の振動センサー５１を建物５０の外周側の各辺に沿って設置しているために、振動センサー５１の数が多くなるとともに、振動センサー５１と収録装置との距離も長くなり、この結果、設置作業や配線作業が大掛かりになるという問題点があった。

しかも、建物の使用を開始した後には、既に設置された什器や機器類、あるいはセキュリティ上の理由等により、竣工前と比較して振動センサー５１の設置位置に制約が生じ易く、かつ設置位置を正確に把握することが難しいという問題点があった、また特に、テナントビル等においては、所望とする測定位置に設置すること自体が困難になることも多かった。

特開２０１６−１０９４４９号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、建物の使用後においても設置可能な位置に少ない振動センサーを設置して、当該建物の平面的なねじれ振動を測定して偏心状況を把握することができる建物の振動測定方法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に記載の建物の振動測定方法は、建物内の同一平面内の２または３箇所に振動センサーを設置して、全てが平行ではなく、かつ１点で交わらない３方向の振動成分を計測するとともに、距離測量および角測量によって上記振動センサーの設置位置の上記平面におけるＸ−Ｙ方向の座標および上記３方向とＸ軸またはＹ軸とがなす角度を計測し、次いで、より直角に近い２つの上記振動成分の交点を各々第１および第２の測点として求めるとともに、上記第１および第２の測点について各々交差する上記振動成分をベクトル合成して卓越する振動数、振動方向および振幅を求め、ねじれ振動に起因する上記振動数について、上記第１の測点を通って上記振動方向と直交する線と上記第２の測点を通って上記振動方向と直交する線との交点を、上記ねじれ振動の中心の座標として求めることを特徴とするものである。

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、上記第１および第２の測点について各々交差する上記振動成分のベクトル合成により、０度から１８０度の射影成分を求め、各々の上記射影成分をフーリエ変換して得られたフーリエ振幅を、振動数と振動方向を直交軸とする座標上に大きさに対応した等高線で表示して、上記卓越する振動数、振動方向および振幅を求めることを特徴とするものである。

請求項１または２に記載の発明においては、上記３方向の振動成分を計測するための振動センサーの設置位置および計測方向を正確に把握することが重要である。このため、上記振動センサーを、上記距離測量および角測量によって設置位置を正確に測定するに際して障害物が無い、見通しの良い階段室あるいは１または２スパン内の廊下に設置することが好適であり、かつ上記距離測量および角測量を、測量精度が高いトータルステーションや３Ｄパノラマ画像計測システムによって実施することが好ましい。

請求項１または２に記載の発明によれば、振動センサーを任意の２または３箇所に配置して、３方向の振動成分を計測することにより、建物のねじれ振動の中心の座標を把握することができるため、振動センサーの設置作業や配線作業を軽減することができる。

この際に、上記振動センサーを、例えば階段室回り等の共用部などの設置しやすい場所に配置することができるために、建物の使用後においても、設置可能な位置に少ない振動センサーを設置して、当該建物の平面的なねじれ振動を測定して偏心状況を把握することができる。

本発明の実施形態における振動センサーの配置および測定する振動方向を示す平面図である。図１の振動センサーの設置位置のＸ−Ｙ方向の座標および３方向の振動成分とＸ軸またはＹ軸とがなす角度を計測する状態を示す平面図である。本実施形態において第１および第２の測点で得られた回転スペクトルを示す図である。図３から読み取った第１の測点および第２の測点において卓越する振動数、振動方向および振幅の値を示す図表である。第１および第２の測点の振動方向からねじれ振動の中心の座標を得る方法を示す平面図である。従来の振動測定方法における振動センサーの配置および測定する振動方向を示す平面図である。

以下、図面に基づいて、本発明の建物の振動測定方法の一実施形態について説明する。
この振動測定方法においては、先ず建物１０の振動センサーを設置し易い任意の位置（本実施形態においては階段室１４）の２箇所に、それぞれ振動センサー１１、１２、１３を設置する。

そして、これら２箇所に設置した３つの振動センサー１１、１２、１３によって、全てが互いに平行ではなく、かつ１点で交わらない３方向の振動成分ａ、ｂ、ｃを計測する。この際に、図２に示すように、予め計測手段１５による距離測量および角測量によって、振動センサー１１、１２、１３の設置位置のＸ−Ｙ方向の座標（x、y）と、これら振動センサーによって測定する上記３方向とＸ軸とがなす角度（θ_a、θ_b、θ_c）を計測する。このような計測手段１５としては、光波距離計（距離測量）とセオドライト（角測量）とが一体化されたトータルステーションや、３Ｄパノラマ画像計測システムが好適である。

これにより、例えば以下のようなデータが得られる。
振動センサー１１： x=8350 y=13660 θ_a= 2°
振動センサー１２： x=8350 y=13660 θ_b= 88°
振動センサー１３： x=14820 y=13650 θ_c= 90°

次いで、できるだけ直角に近い２つの振動成分（本実施形態においては、振動センサー１１と振動センサー１２による振動成分ａ、ｂ、振動センサー１１と振動センサー１３による振動成分ａ、ｃ）の交点を、各々第１の測点１および第２の測点２として求める。

この結果、本実施形態においては、上記測点１、２の座標は以下のようになる。
第１の測点１： x=8350 y=13660
第２の測点２： x=14820 y=13875

そこで次に、第１の測点１については、交差する２つの振動成分ａ、ｂをベクトル合成するとともに、第２の測点２については、交差する２つの振動成分ａ、ｃをベクトル合成し、下式によって各方向（φ=0°〜180°）への射影成分の時刻歴波形X₁（t、φ）、X₂（t、φ）を求める。

ここで、
φ=0°〜180°（1°刻み、5°刻み、10°刻みなど、一定間隔で刻む）
x_a（t）：振動成分ａの時刻歴データ
x_b（t）：振動成分ｂの時刻歴データ
x_c（t）：振動成分ｃの時刻歴データ
θ_a：振動成分ａの角度
θ_b：振動成分ｂの角度
θ_c：振動成分ｃの角度

次いで、下式に示すように、時刻歴波形X₁（t、φ）、X₂（t、φ）を、それぞれフーリエ変換してフーリエ振幅F₁(f、φ)、F₂(f、φ)を求める。

そして、図３は、第１の測点１および第２の測点２について、振動数ｆを横軸、角度φを縦軸とし、フーリエ振幅|F₁(f、φ)|、|F₂(f、φ)|を等高線図で示したもの（以下、本明細書においては回転スペクトルと称する。）を示すものである。

この回転スペクトルにより、卓越している振動数、振幅および振動方向を視覚的に把握することができる。図４は、図３から読み取った第１の測点１および第２の測点２において各々卓越している振動数、振幅および振動方向を示すものである。

そして、この回転スペクトルにおいて、卓越する振動数のうち、第１の測点１および第２の測点２において、共にＸ方向またはＹ方向の振動方向を示しているもの、具体的には、図４において第１の測点１および第２の測点２における1.3Hzの振動は、ねじれを伴わないＹ方向の並進モードの振動であることが判る。

これに対して、第１の測点１および第２の測点２において、Ｘ方向およびＹ方向以外の振動方向を示しているもの、具体的には、2.1Hzおよび3.0Hzの振動は、ねじれを伴う振動であり、例えば3.0Hzにおいては、第１の測点１で振動方向（角度）５５°が、第２の測点２で振動方向（角度）１２５°が卓越している。

そこで、3.0Hzの振動については、図５に示すように、第１の測点１を通って上記振動方向５５°と直交する線Ｌ_１と第２の測点２を通って上記振動方向１２５°と直交する線Ｌ_２との交点Ｐを、ねじれ振動の中心の座標として求める。

ちなみに、振動方向と直交する線Ｌ_１、Ｌ_２が平行に近い場合には、交点Ｐを求めることが難しくなり、また得られた交点Ｐの誤差も大きくなり易い。このような場合には、さらに各測点１、２からの距離の比が、各測点１、２における振幅の比と同じになる線と、上記線Ｌ_１、Ｌ_２との交点を求めることにより、より正確にねじれ振動の中心の座標を得ることができる。

以上説明したように、上記構成からなる建物の振動測定方法によれば、振動センサー１１、１２、１３を任意の２箇所に配置して、３方向の振動成分ａ、ｂ、ｃを計測することにより、建物１０のねじれ振動の中心の座標Ｐを把握することができるため、振動センサーの設置作業や配線作業を軽減することができる。

しかも、振動センサー１１、１２、１３を、階段室回り等の共用部１４などの設置しやすい場所に配置することができるために、建物１０の使用後においても、設置可能な位置に従来よりも少ない振動センサー１１、１２、１３を設置して、建物１０の平面的なねじれ振動を測定して偏心状況を把握することができる。

１第１の測点
２第２の測点
１０建物
１１、１２、１３振動センサー
ａ、ｂ、ｃ振動成分
Ｌ_１、Ｌ_２振動方向に直交する線
Ｐ交点

Claims

建物内の同一平面内の２または３箇所に振動センサーを設置して、全てが平行ではなく、かつ１点で交わらない３方向の振動成分を計測するとともに、距離測量および角測量によって上記振動センサーの設置位置の上記平面におけるＸ−Ｙ方向の座標および上記３方向とＸ軸またはＹ軸とがなす角度を計測し、
次いで、より直角に近い２つの上記振動成分の交点を各々第１および第２の測点として求めるとともに、上記第１および第２の測点について各々交差する上記振動成分から卓越する振動数、振動方向および振幅を求め、
ねじれ振動に起因する上記振動数について、上記第１の測点を通って上記振動方向と直交する線と上記第２の測点を通って上記振動方向と直交する線との交点を、上記ねじれ振動の中心の座標として求めることを特徴とする建物の振動測定方法。
上記第１および第２の測点について各々交差する上記振動成分のベクトル合成により、０度から１８０度の射影成分を求め、各々の上記射影成分をフーリエ変換して得られたフーリエ振幅を、振動数と振動方向を直交軸とする座標上に大きさに対応した等高線で表示して、上記卓越する振動数、振動方向および振幅を求めることを特徴とする請求項１に記載の建物の振動測定方法。