TWI507670B - Building safety verification system, building safety verification method and computer-readable recording medium - Google Patents

Building safety verification system, building safety verification method and computer-readable recording medium Download PDF

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TWI507670B TW103100802A TW103100802A TWI507670B TW I507670 B TWI507670 B TW I507670B TW 103100802 A TW103100802 A TW 103100802A TW 103100802 A TW103100802 A TW 103100802A TW I507670 B TWI507670 B TW I507670B
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Description

建築物安全性驗證系統、建築物安全性驗證方法及電腦可讀取之記錄媒體 發明領域
本發明是有關一種用以推定建築物對地震所受影響的建築物安全性驗證系統及建築物性安全驗證方法。
本案對2013年1月9日在日本提申之日本特願2013-002078號申請案主張優先權，此處援用其內容。
 發明背景
近年來，已經提高了有關建築物(建物)對地震之耐震性能的關心。因此，而有藉由設置用以計測加速度計、應變計以及變位計等之有關結構物變形資訊的計測機構，來監視地震時建築物的健全性。
而且，將該等計測機構所計測到之資料傳送到遠離現場的資料監視室等，並藉由資料解析電腦等予以收集。資料解析電腦算出該建築物的層間變位，並藉由與設定值比較，而判斷建築物有無損傷，且使用於地震發生後之建全性評估及安全性確認等(例如，參照專利文獻1)。
又，也使用了基於平時微動計測來判斷因地震或強風等外力或是結構材料的經年劣化所發生的建築物損傷 (例如，參照專利文獻2)。此處，於專利文獻2中，由於就每一振動特性的次數比較健全時的固有振動數和評估時的固有振動數，便可使固有振動數的數值降低之振動特性的次數變得清楚，所以基於固有振動數和固有模式之間的關係來判斷建築物的哪一部分是否已發生損傷。
【先行技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本國特開2008-281435號公報
【專利文獻2】日本國特開2010-276518號公報
 發明概要
但是，於上述之專利文獻1中，實際上並不瞭解竣工後之建築物是否建設成一如設計的強度。亦即，即使是設計時設定的設計基準值，例如建設時所打設的混凝土梁的強度是在層間變形1/100會對梁產生損傷之設計基準值，也有會變成為實際建設之建築物在層間變形2/100會產生損傷的強度的情況。該情況，即使在地震中發生1/100的層間變形，混凝土梁是否發生損傷嚴密來說並不清楚，也有未損傷的可能性。
又，於上述之專利文獻2中，就每一振動特性的次數比較建築物健全時的固有振動數和評估時的固有振動數，藉由固有振動數的數值降低之振動特性來判斷發生損傷。但是，固有振動數不只是會因用以支撐建築物的結構 構架的損傷，也會因非結構構架之非結構牆或天花板等之非結構構件的損傷而變化。因此，要來判斷結構構架或是非結構構件(非結構牆或天花板)之任一者是哪種程度損傷是有困難的，且要來判斷建築物之繼續使用是有困難的。
本發明是是鑑於如此之事情而完成者，是以提供一種推定地震發生後之建築物損傷程度的建築物安全性驗證系統及建築物安全性驗證方法為目的。
本發明之建築物安全性驗證系統包含有：層間變位計測部，從用以計測建築物之複數層的加速度之加速度感測器的計測資料，求取前述各層之層間變位；固有週期計測部，從用以計測前述建築物之最上層或該最上層附近之層的微振動之微振動感測器的計測資料，求取該建築物之平時微動的固有週期；及建築物安全性評估部，藉由前述層間變位計測部所求取之前述層間變位和前述固有週期計測部所求取之前述固有週期，評估前述建築物之健全性。
較佳者是，本發明之建築物安全性驗證系統中，前述建築物安全性評估部是藉由判斷前述層間變位是否超過預先設定之層間變位臨界值的第1判斷結果、和判斷前述固有週期是否超過預先設定之固有週期臨界值的第2判斷結果的組合，來評估前述建築物的健全性。
較佳者是，本發明之建築物安全性驗證系統更包含有配置於前述建築物之最上層或前述最上層附近，用以計測該建築物之傾斜角的傾斜角計測部，且前述建築物安 全性評估部是藉由前述層間變位、前述固有週期及前述傾斜角來評估前述建築物的健全性。
較佳者是，本發明之建築物安全性驗證系統中，前述建築物安全性評估部是藉由判斷前述層間變位是否超過預先設定之層間變位臨界值的第1判斷結果、判斷前述固有週期是否超過預先設定之固有週期臨界值的第2判斷結果、及判斷前述傾斜角是否超過預先設定之傾斜角臨界值的第3判斷結果的組合，來評估前述建築物的健全性。
本發明之建築物安全性驗證方法，包含有：層間變位計測過程，層間變位計測部從用以計測建築物之複數層的加速度之加速度感測器的計測資料，求取前述各層之層間變位；固有週期計測過程，固有週期計測部從用以計測前述建築物之最上層或該最上層附近之層的微振動之微振動感測器的計測資料，求取該建築物之平時微動的固有週期；建築物安全性評估過程，建築物安全性評估部藉由前述層間變位計測部所求取之前述層間變位和前述固有週期計測部所求取之前述固有週期，評估前述建築物之健全性。
如上述說明般，依據本發明可提供一種用以推定地震發生後之建築物損傷程度的建築物安全性驗證系統及建築物安全性驗證方法。
1‧‧‧建築物安全性驗證系統
2‧‧‧建築物安全性驗證系統
11‧‧‧層間變位計測部
12‧‧‧固有週期計測部
13‧‧‧建築物安全性評估部
14‧‧‧資料庫
23‧‧‧建築物安全性評估部
24‧‧‧資料庫
25‧‧‧傾斜角計測部
100‧‧‧建築物
1000 ‧‧‧基礎
1001 ‧‧‧1樓
1002 ‧‧‧2樓
1003 ‧‧‧3樓
1004 ‧‧‧4樓
1005 ‧‧‧5樓
1006 ‧‧‧6樓
100R ‧‧‧屋頂
S0 ~S7 ‧‧‧加速度感測器
SB‧‧‧微振動感測器
SJ‧‧‧傾斜感測器
P1~P8‧‧‧型式
S1~S12‧‧‧步驟
S21~S35‧‧‧步驟
圖1是顯示連接依據本發明第1實施形態之建築 物安全性驗證系統、設於評估對象之建築物的加速度感測器及微振動感測器的構成例的概念圖。
圖2是顯示建築物之固有振動數的變化的圖示。
圖3是顯示記憶於圖1之資料庫14之判斷表構成的圖示。
圖4是記憶於資料庫14之判斷結果表的構成例的圖示。
圖5是顯示依據本實施形態之建築物安全性驗證系統1驗證建築物之安全性的處理流程的流程圖。
圖6是顯示連接依據本發明第2實施形態之建築物安全性驗證系統、和設於評估對象之建築物的加速度感測器、微振動感測器及傾斜感測器的構成例的概念圖。
圖7是顯示記憶於圖6之資料庫24之判斷表中參數型式組合的構成例的圖示。
圖8是顯示依據本實施形態之建築物安全性驗證系統2驗證建築物之安全性的處理流程的流程圖。
 較佳實施例之詳細說明
【用以實施發明之形態】
本發明之建築物安全性驗證系統是在由複數層構成的建築物(建物)的全層的每一層或是幾層設置加速度感測器，且設置從加速度感測器所計測的計測資料來求取設置了加速度感測器之層的層間變位的層間變位計測部，以藉由該層間變位計測部來計測建築物各層之層間變位， 又，在建築物之最上層或是該最上層附近的層設置固有週期計測部，以藉由該固有週期計測部從該建築物之平時微動來計測建築物之固有週期。又，本發明之建築物安全性驗證系統的建築物安全性評估部是藉由層間變位計測部所計測之層間變位、和固有週期計測部所計測之固有週期，來評估建築物之建全性。藉此，本發明之建築物安全性驗證系統可在地震發生之際，藉由地震時的建築物層間變位和地震前後之固有週期的差分，來進行對應於複合建築物是否可繼續使用的判斷。
<第1實施形態>
以下，使用圖示來進行本發明第1實施形態之建築物安全性驗證系統的說明。圖1是表示連接依據本發明第1實施形態之建築物安全性驗證系統、設於評估對象之建築物的加速度感測器及微振動感測器的構成例的概念圖。
圖1中，在建築物安全性驗證系統1中，透過網際網路等構成之資訊通信網，從各個設於建築物100之加速度感測器S0 到Sn (0為基礎，1到n為建築物的樓層數)供給加速度資料作為地震之振動資料。加速度感測器S0 是為了計測建築物之基礎部分的加速度而設置，用以計測施加於成為耐震評估對象之建築物的最下層部分(例如，無地下時，為設於1樓1001 下之地盤上的基礎)的地動加速度，並透過資訊通信網對建築物安全性驗證系統1輸出作為加速度資料。
又，各個加速度感測器S1 到Sn 是分別計測施加 到1樓到n樓之自身加速度感測器的加速度值作為加速度資料，並透過資訊通信對建築物安全性驗證系統1進行發送。此處，加速度感測器是如圖1所示，配置於建築物的各樓層。圖1之建築物100為6層建的建築物的情況，在1樓1001 配置加速度感測器S1，在2樓1002 配置加速度感測器S2，在3樓1003 配置加速度感測器S3，在4樓1004 配置加速度感測器S4，在5樓1005 配置加速度感測器S5，在6樓1006 配置加速度感測器S6，在屋頂100R 配置加速度感測器S7。又，對建築物100的基礎1000 配置加速度感測器S0 。又，於建築物100之屋頂100R 配置微振動感測器SB。又，該微振動感測器SB也可是不在屋頂100R ，而配置在屋頂100R 附近的最上層。
建築物安全性驗證系統1包含有層間變位計測部11、固有週期計測部12、建築物安全性評估部13、及資料庫14。
層間變位計測部11是例如將從加速度感測器S0 到加速度感測器S6的各個所供給之加速度資料進行2次積分，求出基礎1000 、1樓1001 到n樓100n 的加速度方向的變位，而算出相鄰之樓層間的變位差分，以求出建築物100之各層的層間變位δ。此時，層間變位計測部11從各加速度感測器所供給之地震的加速度資料，於每一層抽出最大加速度，將該最大加速度進行2次積分以求出距離，將該距離作為每一層的變位。又，層間變位計測部11將所得之各層的層間變位δ的各個除以各層的高度，以算出各層的層間 變形角△(弧度)。且，從加速度資料求出變位的方法也可使用記載於本實施形態者以外的其他方法。特別是，也可使用構築作為對象之建築物的振動解析模型，並使用所計測之固有振動數及各層的加速度，藉由將振動解析模型之諸元素調整成實際建築物而求出層間變位及層間變形角的方法。
固有週期計測部12會進行由微振動感測器SB所供給之微小振動資料的頻率解析。然後，固有週期計測部12會選擇成為功率頻譜的尖峰(最高的功率頻譜值)的頻率作為固有振動數，並輸出對應該固有振動數之週期作為固有週期。
圖2是顯示建築物之固有振動數的變化的圖示。圖2中，縱軸表示固有振動數，橫軸表示時間。固有週期是對應於建築物之剛性者，剛性低時變長，剛性高時變短。亦即，如圖2所示，藉由地震所產生之強振動給予應力，藉此於建築物之結構構架的構件(建築物之主要的結構體及骨架等)或是非結構構架的構件(非結構牆、天花板等)會發生損傷，建築物的剛性降低，固有振動數變低。本實施形態中，層間變形角△及固有週期T是以絕對值表示。
又，也可是採取在上述之微振動感測器SB之外，在建築物之最下層設置其他的微振動感測器，且固有週期計測部12會基於該其他的微振動感測器的微小振動資料，將重疊於微振動感測器SB輸出之微小振動資料的干擾成分除去，而求出更正確之固有振動數的構成。
再者，也可是採取將微振動感測器設於各層，並求出各層之固有振動數的構成。
建築物安全性評估部13會藉由層間變位計測器11所求出之層間變形角△、固有週期計測部12所求出之建築物的固有週期，來判斷結構構架的損傷程度。亦即，建築物安全性評估部13會比較層間變形角△和預先設定之設計層間變形角(層間變位臨界值)，來進行判斷層間變形角△是否超過設計層間變形角。此時，建築物安全性評估部13會比較固有週期T和固有週期的初期值(例如，在建築物建設後不久之固有週期或是地震即將發生前的固有週期)，來進行判斷固有週期T是否為固有週期之初期值以下。
又，也可是對固有週期之初期值加上時間性變化之差值(margin)，代替固有週期之初期值而生成固有週期臨界值，並比較該固有週期臨界值和固有週期T。此處，固有週期之初期值<固有週期臨界值。該固有週期之初期值或是固有週期臨界值、和設計層間變形角是預先記憶於建築物安全性評估部13內的記憶部，在建築物安全性評估部13進行判斷之際，從建築物安全性評估部13本身內部的上述記憶部讀出固有週期之初期值或是固有週期臨界值和設計層間變形角來使用。
圖3是顯示記憶於圖1之資料庫14的判斷表之構成的圖示。該判斷顯示層間變形角△及設計層間變形角之比較結果、和固有週期T及固有週期值之初期值的比較結 果的組合所產生之建築物健全性的判斷結果。設計層間變形角是設定成在超過該值之層間變位發生時，結構構架之構件會受到變形等損傷的大小(包含破斷等，顯示結構構架之構件成為從變形了的狀態無法回復到原來之狀態的塑性變形的界限)。以下，顯示對應於顯示使用了固有週期T和層間變形角△之判斷型式的參數型式之建築物安全性(健全性)判斷。
‧參數型式A
在判斷為層間變形角△超過設計層間變形角，且固有週期相較於固有週期臨界值變長剛性降低時，建築物損傷程度推定為如下述所述。建築物的狀況推定為結構構架的損傷為想像以上，且建築物損傷的大小為想像以上。藉此，判斷結果為「建築物的損傷需要緊急的調查」。
‧參數型式B
在判斷為層間變形角△超過設計層間變形角，另一方面固有週期T相較於固有週期臨界值無變化剛性維持時，建築物損傷程度推定為如下述所述。由於固有週期T無變化，所以採取以較設計之設計層間變形角高的層間變形角實際建造建築物之結構構架，即使層間變形角△超過設計層間變形角也可推定損傷在想像以下。藉此，判斷結果為「雖可繼續使用，但是必須要注意來使用」。
‧參數型式C
在判斷為層間變形角△在設計層間變形角以下，另一方面固有週期T相較於固有週期臨界值變長剛性降低時， 建築物損傷程度推定為如下述所述。固有週期T雖變長，但是由於層間變形角△在設計層間變形角以下，所以不是結構構架而是建築物的非結構構架受到損傷，可推定結構構架的損傷為想像以下。藉此，判斷結果為「雖可繼續使用，但是必須注意來使用」。
‧參數型式D
在判斷為層間變形角△在設計層間變形角以下，且固有週期T相較於固有週期臨界值無變化剛性維持時，建築物的損傷程度推定為如下述所述。由於層間變形角△在設計層間變形角以下，且固有週期T無變化，剛性維持，所以建築物之結構構架及建築物的非結構構架之任一者皆不受損傷，而可推定結構構架的損傷在想像以下。藉此，判斷結果為「可繼續使用」。
在本實施形態中，建築物安全性評估部13會使用建築物100之固有週期T和各層的層間變形角△，就建築物100的每一層，依據圖3所示之判斷表來進行上述判斷。然後，建築物安全性評估部13會就建築物100的每一層將判斷結果寫入資料庫14之判斷結表並予以記憶。該判斷結果表會就每一建築物附加用以識別各建築物的建築物識別資訊並寫入資料庫14。
圖4是顯示記憶於資料庫14之判斷結果表的構成例的圖示。該圖4中，在判斷結果表就建築物100的每一層記載該層之層數、判斷結果及對應。有關對應，在本實施形態中，例如是設定地震後避難的緊急度。有關該對應的 項目，是由使用者來適時設定或是如後述，由建築物安全性評估部13來決定。
如圖4所示，1樓1001 判斷為「可繼續使用」，2樓1002 判斷為「雖可繼續使用，但是必須注意來使用」，3樓1003 判斷為「需要緊急的調查」，4樓1004 判斷為「雖可繼續使用，但是必須注意來使用」。
此時，由於3樓1003 處於危險狀態，所以例如在餘震來之前，必須使3樓1003 以上樓層的人避難，作為對應是成為「緊急避難」。由於避難的人集中時是有危險的，所以較判斷為「需要緊急的調查」的樓層位於下層的樓層，此時2樓1002 及1樓1001 的人則對應成待機直到接到避難指示之「等待直到指示為止」。建築物安全性評估部13會藉由已預先設定了對該判斷結果的對應的規則(將各層之損傷程度型式的組合和對該組合之對應建立關聯的規則)來決定，且寫入到資料庫14之顯示於圖4的判斷結果表的對應欄位並加以記憶。
接著，參照圖5來說明依據本實施形態之建築物安全性驗證系統1驗證建築物之安全性的處理。圖5是顯示依據本實施形態之建築物安全性驗證系統1驗證建築物之安全性的處理流程的流程圖。建築物安全性驗證系統1在地震發生後，就每一層樓進行圖5之流程圖的動作，以對建築物100的每一層樓進行安全性的判斷。建築物100若是n層樓建，則從1樓1001 到n樓100n 依序依據流程圖進行判斷處理。層間變位計測部11在由加速度感測器S0 所供給之加 速度感測器S0 計測到的加速度在預定之地震判斷臨界值以上時，作為地震發生而執行以下流程圖的處理。
步驟S1：層間變位計測部11從加速度感測器S0 所計測且由該加速度感測器所供給之加速度資料抽出加速度。然後，層間變位計測部11對該抽出之加速度進行2次積分，以算出基礎部分的變位。
步驟S2：層間變位計測部11從配置於建築物100之k層樓100k (1≦k≦n)的加速度感測器Sk 所供給且各個加速度感測器Sk 計測到加速度，抽出加速度感測器Sk 的加速度。然後，層間變位計測部11對該抽出之加速度進行2次積分以算出各層樓的變位，並算出各個相鄰樓層之變位的差分，而算出各層樓之層間變位δ。此處，建築物100之1樓1001 的層間變位δ是從1樓1001 的變位減去基礎1000 的變位來求得。
步驟S3：層間變位計測部11將各個算出之k樓100k 的層間變位δ分別除以k樓100k 的高度，而算出k樓100k 的層間變形角△。
步驟S4：固有週期計測部12從配置於屋頂100R 之微振動感測器SB，對地震發生後所供給之微振動資料，進行信號處理。亦即，固有週期計測部12進行微振動資料的傅立葉解析，抽出具有最高功率頻譜的頻率，將該頻率作為固有振動 數。然後，固有週期計測部12求出對應於所抽出之固有振動數的週期，將該週期作為固有週期T。
步驟S5：建築物安全性評估部13會判斷是否已進行了從建築物100之1樓1001 到n樓100n 的全部樓層的損傷程度之判斷。
此時，建築物安全性評估部13在完成對建築物100之全部樓層的判斷時，便完成處理，在未完成對建築物100之全部樓層的判斷時，便使處理朝步驟S6前進。
步驟S6：建築物安全性評估部13從層間變位計測部11讀入建築物100中未完成判斷的樓層的層間變形角△，並對該讀入之判斷對象的k樓100k的層間變形角△和設計層間變形角進行比較，來判斷層間變形角△是否超過設計層間變形角(求取第1判斷結果)。此時，建築物安全性評估部13在層間變形角△超過設計層間變形角時，使處理朝步驟S7前進，另一方面，在層間變形角△未超過設計層間變形角時，使處理朝步驟S8前進。
步驟S7：建築物安全性評估部13比較從固有週期計測部12供給之固有週期T和固有週期臨界值，進行固有週期T是否在固有週期臨界值以下的判斷(求取第2判斷結果)。此時，建築物安全性評估部13在固有週期T超過固有週期臨界值時，使處理朝步驟S9前進，另一方面，固有週期T在固有週期臨界值以下時，使處理朝步驟S10前進。在此處的說明 中，不是建築物100之固有週期的初期值，而是使用對該固有週期之初期值具有差值(margin)的固有週期臨界值。
步驟S8：建築物安全性評估部13比較從固有週期計測部12供給的固有週期T和固有週期臨界值，進行固有週期T是否為固有週期臨界值以下的判斷(求取第2判斷結果)。此時，建築物安全性評估部13在固有週期T超過固有週期臨界值時，使處理朝步驟S11前進，另一方面，固有週期T在固有週期臨界值以下時，使處理朝步驟S12前進。
步驟S9：建築物安全性評估部13參照資料庫14之判斷表，在層間變形角△超過設計層間變形角且固有週期T超過固有週期臨界值時，檢測出參數型式為狀態A。
接著，建築物安全性評估部13將參數型式為狀態A的判斷之「需要緊急的調查(A)」寫入資料庫14之判斷結果表中對應之評估對象k樓100k 的判斷結果的欄位並加以記憶，使處理朝步驟S5前進。
步驟S10：建築物安全性評估部13參照資料庫14之判斷表，在層間變形角△超過設計層間變形角，另一方面，固有週期T為固有週期臨界值以下時，檢測出參數型式為狀態B。
接著，建築物安全性評估部13將參數型式為狀態B之判斷的「雖可繼續使用，但是必須注意來使用(B)」寫入資料庫14之判斷結果表中對應之k樓100k 的判斷結果的欄位 並加以記憶，使處理朝步驟S5前進。
步驟S11：建築物安全性評估部13參照資料庫14之判斷表，在層間變形角△為設計層間變形角以下，另一方面，固有週期T為固有週期臨界值以下時，檢測出參數型式為狀態C。
接著，建築物安全性評估部13將參數型式為狀態C的判斷之「雖可繼續使用，但是必須注意來使用(C)」寫入資料庫14之判斷結果表中對應之k樓100k 的判斷結果的欄位並加以記憶，使處理朝步驟S5前進。
步驟S12：建築物安全性評估部13參照資料庫14之判斷表，在層間變形角△為設計層間變形角以下且固有週期T為固有週期臨界值以下時，檢測出參數型式為狀態D。
接著，建築物安全性評估部13將參數型式為狀態D的判斷之「可繼續使用(D)」寫入資料庫14之判斷結果表中對應之k樓100k 的判斷結果的欄位並加以記憶，使處理朝步驟S5前進。
藉由進行上述處理，本實施形態之建築物安全性驗證系統1藉由建築物100之固有週期T和建築物100之k樓100k 的層間變形角△的組合，來判斷建築物100之各層樓的損傷程度。藉此，本實施形態之建築物安全性驗證系統1在建築物100即使是以與設計基準值之設計層間變形角相異的數值建設，也可藉由與建築物100之固有週期組合來判斷，對應所建設之實際建築物的設計層間變形角，相較 於習知以高精度推定各樓層之個別的損傷程度並進行判斷。又，本實施形態之建築物安全性驗證系統1在施工誤差、長年劣化、家常用具等建築物內部的設置物的重量變動、結構構架及非結構構件的剛性等條件即使變化，也可對應，相較習知以高精度推定建築物100之各層樓的個別損傷程度，並判斷建築物的安全性。
又，依據本實施形態之建築物安全性驗證系統1，對資料庫14之判斷結果表，藉由寫入各樓層(設置加速度感測器的樓層)的判斷結果，可依據該判斷結果，如已經敘述般，就有關建築物100之各樓層判斷地震後避難的優先度等，並可有效地進行避難引導。
又，於本實形態中，雖在建築物100之全層設置加速度感測器，但是也可是例如每隔1樓層等，在複數樓層(複數層)的幾層設置加速度感測器，判斷設置加速度感測器之樓層的損傷。
<第2實施形態>
以下，使用圖示來進行本發明第2實施形態之建築物安全性驗證系統的說明。圖6是顯示連接依據本發明第2實施形態之建築物安全性驗證系統、和設於評估對象之建築物的加速度感測器、微振動感測器及傾斜感測器的構成例的概念圖。
圖6中，建築物安全性驗證系統2透過網際網路等構成之資訊通信網，與第1實施形態同樣地，從各個設於建築物100之加速度感測器S0 到Sn (0是基礎，1到n是建築物的樓 層數)供給加速度資料作為地震的振動資料。有關加速度感測器S0 、加速度感測器S1 到Sn ，配置處是和第1實施形態相同。又，第2實施形態中，在建築物100之屋頂100R ，除了微振動感測器SB也配置傾斜感測器SJ。該傾斜感測器SJ是和微振動感測器SB相同地，也可以是不是在屋頂100R ，而是配置在屋頂100R 附近的最上樓層的上部(例如若是n樓建時為n樓層的天花板等)。
建築物安全性驗證系統2具備有層間變位計測部11、固有週期計測部12、建築物安全性評估部23、資料庫24及傾斜角計測部25。各個層間變位計測部11及固有週期計測部12是和第1實施形態之各個層間變位計測部11及固有週期計測部12相同的構成。
傾斜角計測部25藉由從配置於建築物100之屋頂100R 的傾斜感測器SJ供給的傾斜資料，算出建築物100對於地平為垂直方向的軸之傾斜角θ。本實施形態中，層間變形角△、固有週期T及傾斜角θ是以絕對值表示。
建築物安全性評估部23是藉由層間變位計測部11求出之層間變形角△、固有週期計測部12求出之建築物的固有週期T和傾斜角計測部25求出之傾斜角θ，來判斷結構構架之損傷程度。亦即，建築物安全性評估部23會比較層間變形角△和預先設定之設計層間變形角，來分開層間變形角△是否超過設計層間變形角的情況。又，建築物安全性評估部23會比較固有週期T和固有週期的初期值，來進行固有週期T是否在固有週期之初期值以下的判斷。 又，建築物安全性評估部23會比較傾斜角θ和傾斜角之初期值(例如，建築物剛建設完後所計測之傾斜角)，來進行傾斜角θ是否為初期值以下的判斷。
又，也可是取代固有週期之初期值，對該固有週期之初期值加上時間性變化之差值(margin)來生成固有週期臨界值，並比較該固有週期臨界值和固有週期T。此處，固有週期之初期值<固有週期臨界值。
圖7是顯示記憶於圖6之資料庫24之判斷表中參數型式組合的構成例的圖示。該判斷表是顯示依據層間變形角△及設計層間變形角的比較結果、固有週期T和固有週期之初期值的比較結果、以及傾斜角θ和傾斜角之初期值(傾斜角臨界值)的比較結果的組合之建築物健全性的判斷結果。設計層間變形角是設定為在超過該值之層間變位發生時，結構構架的構件受到變形等損傷的大小。以下，顯示對應於使用固有週期T、層間變形角△和傾斜角θ之判斷型式的參數型式之建築物健全性的判斷。於該圖7中，3次元的判斷空間是分割成型式P1到型式P8的8個區域。
‧型式P1 層間變形角△為設計層間變形角以下，固有週期T為固有週期臨界值以下，且傾斜角θ為傾斜角之初期值以下的型式。
‧型式P2 層間變形角△超過設計層間變形角，固有週期T為固有週期臨界值以下，且傾斜角θ為傾斜角之初期值以下的型式。
‧型式P3 層間變形角△為設計層間變形角以下，固有 週期T超過固有週期臨界值，且傾斜角θ為傾斜角之初期值以下的型式。
‧型式P4 層間變形角△超過設計層間變形角，固有週期T超過固有週期臨界值，且傾斜角θ為傾斜角之初期值以下的型式。
‧型式P5 層間變形角△為設計層間變形角以下，固有週期T為固有週期臨界值以下，且傾斜角θ超過傾斜角之初期值的型式。
‧型式P6 層間變形角△超過設計層間變形角，固有週期T為固有週期臨界值以下，且傾斜角θ超過傾斜角之初期值的型式。
‧型式P7 層間變形角△為設計層間變形角以下，固有週期T超過固有週期臨界值，且傾斜角θ超過傾斜角之初期值的型式。
‧型式P8 層間變形角△超過設計層間變形角，固有週期T超過固有週期臨界值，且傾斜角θ超過傾斜角之初期值的型式。
本實施形態中，上述型式P1到型式P8如以下所示般，分類成5個判斷羣(狀態)。對應於該判斷羣之判斷結果預先寫入並記憶於資料庫24中，作為判斷表。
‧判斷羣D：型式P1、型式P2
判斷結果：可繼續使用。
判斷理由：有關型式P1，由於層間變形角△為設計層間變形角以下，固有週期T為固有週期臨界值以下，且傾 斜角θ為傾斜角之初期值以下，所以判斷為對建築物100無損傷。又，有關型式P2，雖然層間變形角△超過設計層間變形角，但是由於固有週期T為固有週期臨界值以下，且傾斜角θ為傾斜角之初期值以下，所以判斷為對建築物100無損傷。此處，雖然層間變形角△超過設計層間變形角，然而固有週期T為固有週期臨界值以下，且傾斜角θ為傾斜角之初期值以下，所以推定為建築物100的實際耐震性能建設的比設計時高。
‧判斷羣E：型式P5、型式P6
判斷結果：雖然可判斷為應急修復時可使用，然而通常時是否可使用，需要調查。
判斷理由：固有週期T為固有週期臨界值以下，建築物100之傾斜角θ超過傾斜角臨界值時，推定為建築物100建設的地盤損傷。
‧判斷羣F：型式P7
判斷結果：有可能非結構構件損傷，即使應急修復時使用也需要調查。
判斷理由：固有週期T超過固有週期臨界值，建築物100之傾斜角θ超過傾斜角臨界值，層間變形角△為設計層間變形角以下時，推定為建築物100之非結構構件及建築物100建設之地盤損傷。
‧判斷羣G：型式P3、型式P4
判斷結果：有可能非結構構件損傷，即使應急修復時使用也需要調查，然而關於通常時的使用，若是維修了非 結構構件時則可繼續使用。
判斷理由：雖然建築物100之傾斜角θ為傾斜角臨界值以下，然而由於固有週期T超過固有週期臨界值，所以推定為建築物100之結構構架並無損傷，非結構構架有損傷的可能性。
‧判斷羣H：型式P8
判斷結果：不可繼續使用。
判斷理由：由於建築物100之傾斜角θ超過傾斜角臨界值，且固有週期T超過固有週期臨界值，並且層間變形角△超過設計層間變形角，所以推定為建築物100之結構構架、非結構構架及地盤有損傷的可能性。
其次，參照圖8來說明本實施形態之建築物安全性驗證系統2驗證建築物之安全性的處理。圖8是顯示依據本實施形態之建築物安全性驗證系統2驗證建築物之安全性的處理流程的流程圖。建築物安全性驗證系統2在地震發生後對每一層樓進行圖8之流程圖的動作，來對建築物100的每一層樓進行安全性的判斷。如果建築物100是n樓建時，便從1樓1001 到n樓100n 依序進行依流程圖的判斷處理。層間變位計測部11在加速度感測器S0 供給的地動加速度為預定之地震判斷臨界值以上時，作為地震發生而執行以下流程圖的處理。
步驟S21：層間變位計測部11從加速度感測器S0 計測且由該加速度感測器供給的加速度資料抽出加速度。然後，層間變位 計測部11將該抽出之加速度進行2次積分，而算出基礎部分的変位。
步驟S22：層間變位計測計11從配置於建築物100之k層樓100k (1≦k≦n)之加速度感測器Sk 所供給且各個加速度Sk 計測之加速度資料，抽出加速度感測器Sk 之加速度。然後，層間變位計測部11將該抽出之加速度進行2次積分，以算出各層樓的変位，並算出各個鄰接之樓層的変位的差分，而算出各層樓的層間變位δ。此處，建築物100之1樓1001 的層間變位δ是從1樓1001 的變位減去基礎1000 的変位而求得。
且，對全體彎曲變形或擺動支配的建築物等，在算出層間變位之際，以使用傾斜角θ之計測資料而更精緻地算出剪力變形成分。
步驟S23：層間變位計測部11分別以k層樓100k 的高度除各個所算出之k層樓100k 的層間變位δ，來算出k層樓100k 的層間變形角△。且，從加速度資料求取變位的方法也可以是使用本實施形態所記載之方法以外的其他方法。特別是，也可是使用藉由構築作為對象之建築物的振動解析模型，使用所計測之固有振動數及各層樓的加速度，並將振動解析模型之各元素配合到實際建築物，來求取層間變位及層間變形角。
步驟S24：固有週期計測部12從配置於屋頂100R 的微振動感測器 SB，對地震發生後所供給的微振動資料進行信號處理。亦即，固有週期計測部12進行微振動資料的傅立葉解析，抽出具有最高功率頻譜的頻率，將該頻率作為固有振動數。然後，固有週期計測部12求出對應於所抽出之固有振動數的週期，並將該週期作為固有週期T。進而，也可是作為將微振動感測器設於各層樓，以求取各層樓的固有振動數的構成。
步驟S25：傾斜角計測部25藉由從配置於建築物100之屋頂100R 的傾斜角感測器SJ供給的傾斜角資料，求取建築物100的傾斜角θ。
步驟S26：建築物安全性評估部23用來判斷是否已進行建築物100之從1樓1001 到n樓100n 的全部樓層的損傷程度的判斷。
此時，建築物安全性評估部23在對建築物100之全部樓層的判斷完成時，便完成處理，在對建築物100之全部樓層的判斷未完成時，使處理朝步驟S27前進。
步驟S27：建築物安全性評估部23會進行傾斜角計測部25所供給之傾斜角和建築物100傾斜角的初期值的比較，判斷傾斜角θ是否超過傾斜角之初期值(求取第3判斷結果)。此時，建築物安全性評估部23在傾斜角θ未超過傾斜角之初期值時，使處理朝步驟S28前進，另一方面，在傾斜角θ超過傾斜角之初期值時，使處理朝步驟S29前進。
步驟S28：建築物安全性評估部23會比較從固有週期計測部12供給之固有週期T和固有週期臨界值，進行固有週期T是否在固有週期臨界值以下的判斷(求取第2判斷結果)。此時，建築物安全性評估部23在固有週期T超過固有週期臨界值時，使處理朝步驟S32前進，另一方面，在固有週期T為固有週期臨界值以下時，使處理朝步驟S31前進。於此處的說明中，不是建築物100的固有週期的初期值，而是使用相對該固有週期之初期值具有差值(margin)的固有週期臨界值。
步驟S29：建築物安全性評估部23會比較從固有週期計測部12供給的固有週期T和固有週期臨界值，進行固有週期T是否在固有週期臨界值以下的判斷。此時，建築物安全性評估部23在固有週期T超過固有週期臨界值時，使處理朝步驟S30前進，另一方面，在固有週期T為固有週期臨界值以下時，使處理朝步驟S33前進。
步驟S30：建築物安全性評估部23從層間變位計測部11讀入建築物100的判斷未完成之樓層的層間變形角△，進行該讀入之判斷對象的k層樓100k 的層間變形角△和設計層間變形角的比較，來判斷層間變形角△是否超過設計層間變形角(求取第1判斷結果)。此時，建築物安全性評估部23在層間變形角△超過設計層間變形角時，使處理朝步驟S35前進，另一 方面，在層間變形角△未超過設計層間變形角時，使處理朝步驟S34前進。
步驟S31：建築物安全性評估部23會參照資料庫24的判斷表，當傾斜角θ為傾斜角的初期值以下且固有週期T為固有週期臨界值以下時，便檢測出參數型式為狀態D。
接著，建築物安全性評估部23將參數型式為狀態D之判斷的「可繼續使用(D)」寫入資料庫24之判斷結果表中對應的k層樓100k 的判斷結果之欄位並使其記憶，並使處理朝步驟S26前進。
步驟S32：建築物安全性評估部23會參照資料庫24的判斷表，在傾斜角θ為傾斜角之初期值以下且固有週期T超過固有週期臨界值時，檢測出參數型式為狀態G。
接著，建築物安全性評估部23將參數型式為狀態G判斷之「有非結構構件損傷的可能性，即使應急修復時使用也需要調查，然而有關通常時的使用如果修補非構造構件時可繼續使用(G)」寫入並記憶於資料庫24之判斷結果表中對應的k層樓100k 的判斷結果的欄位，使處理朝步驟S26前進。
步驟S33：建築物安全性評估部23會參照資料庫24的判斷表，在傾斜角θ超過傾斜角之初期值且固有週期T為固有週期臨界值以下時，檢測出參數型式為狀態E。
接著，建築物安全性評估部23將參數型式為狀態E判斷之「雖可判斷為應急修復時可使用，然而通常時可否使用需要調查(E)」寫入並記憶於資料庫24之判斷結果表中對應的k層樓100k 的判斷結果的欄位，使處理朝步驟S26前進。
步驟S34：建築物安全性評估部23會參照資料庫24的判斷表，在傾斜角θ超過傾斜角之初期值且固有週期T超過固有週期臨界值，並且層間變形角△在設計層間變形角以下時，檢測出參數型式為狀態F。
接著，建築物安全性評估部23將參數型式為狀態F判斷之「有非結構構件損傷的可能性，即使應急修復時使用也需要調查(F)」寫入並記憶於資料庫24之判斷結果表中對應的k層樓100k 的判斷結果的欄位，使處理朝步驟S26前進。
步驟S35：建築物安全性評估部23會參照資料庫24的判斷表，在傾斜角θ超過傾斜角之初期值且固有週期T超過固有週期臨界值，並且層間變形角△超過設計層間變形角時，檢測出參數型式為狀態H。
接著，建築物安全性評估部23將參數型式為狀態H判斷之「不可繼續使用(H)」寫入並記憶於資料庫24之判斷結果表中對應的k層樓100k 的判斷結果的欄位，使處理朝步驟S26前進。
藉由進行上述處理，本實施形態之建築物安全性驗證系統2會藉由建築物100之固有週期T與建築物100之k層樓100k之層間變形角△和建築物100之傾斜角θ的組合，來判斷建築物100之各個樓層的損傷程度。藉此，本實施形態之建築物安全性驗證系統2在建築物100即使是以與設計基準值之設計層間變形角相異的數值建設，也可藉由與建築物100之固有週期及傾斜角組合來進行判斷，而可對應於所建設之實際建築物的設計層間變形角，相較於以往以較高的精度來推定並判斷各樓層之個別的損傷程度及地盤之損傷程度。又，本實施形態之建築物安全性驗證系統2即使在施工誤差、經年劣化、家常用具等建築物內部的設置物的重量變動、結構構架及非結構構件的剛性等條件變化也可對應，且可相較於以往以較高的精度來推定建築物100之各層樓的個別的損傷程度及地盤的損傷程度，以判斷建築物的安全性。亦即，依據本實施形態，藉由對各樓層之層間變形角及固有週期之判斷加上傾斜角之判斷，可切分建築物100中結構構架的損傷、非結構構架的損傷及地盤的損傷(藉由建築物之傾斜角θ來推定)。因此，本實施形態之建築物安全性驗證系統2相較於第1實施形態可進行更詳細之建築物100狀態的判斷。又，依據本實施形態之建築物安全性驗證系統2，藉由將各樓層之判斷結果寫入資料庫24之判斷結果表，而可利用該判斷結果，如已敘述般，來就建築物100之各樓層判斷地震後避難的優先度等。
而且，也可是將用以實現圖1、圖6之建築物安全性驗證系統1或建築物安全性驗證系統2的程式記錄於電腦可讀取之記錄媒體，並藉由使記錄於該記錄媒體之程式讀入並執行到電腦系統，來進行建築物之耐震性評估(因地震之損壞的推定等)的處理動作。而且，此處所謂「電腦系統」是包含OS(Operating System)及周邊機器等硬體者。又，「電腦系統」也是包含具備網頁提供環境(或是顯示環境)之WWW(World Wide Web)系統者。又，所謂「電腦可讀取之記錄媒體」是稱為軟性磁片、磁光碟、ROM(Read Only Memory)、CD(Compact Disc)-ROM等可移除式媒體、內藏於電腦系統之硬碟等記憶裝置。再者，所謂「電腦可讀取之記錄媒體」也是包含如透過網際網路等網路或是電話迴路等通信迴路發送程式時之伺服器或是成為用戶端之電腦系統內部的揮發性記憶體(RAM(Random Access Memory))般用以於一定時間保持程式者。
又，上述程式也可以是從將該程式收納於記憶裝置等之電腦系統透過傳送媒體，或是藉由傳送媒體中之傳送波傳送到其他電腦系統。此處，用以傳送程式之「傳送媒體」是稱為如網際網路等網路(通信網)或電話迴路等通信迴線(通信線)般具有傳送資訊之功能的媒體。又，上述程式也可以是用以實現前述功能之一部分者。再者，上述程式也可以是利用與將前述功能記錄於電腦系統之程式的組合而實現者，所謂的差分檔案(差分程式)。
以上，雖已參照圖面說明了本發明之實施形 態，然而上述實施形態不過是本發明的例示，可了解本發明並不限定於上述實施形態。因此，在不偏離本發明之技術思想及範圍的範圍內也可進行構成要件的追加、省略、置換及其他變更。
【產業上的利用可能性】
本發明可利用於例如用以推定建築物因地震所受的影響的用途。依據本發明，可提供一種用以推定地震發生後建築物損傷程度的建築物安全性驗證系統及建築物安全性驗證方法。
1‧‧‧建築物安全性驗證系統
11‧‧‧層間變位計測部
12‧‧‧固有週期計測部
13‧‧‧建築物安全性評估部
14‧‧‧資料庫
100‧‧‧建築物
1000 ‧‧‧基礎
1001 ‧‧‧1樓
1002 ‧‧‧2樓
1003 ‧‧‧3樓
1004 ‧‧‧4樓
1005 ‧‧‧5樓
1006 ‧‧‧6樓
100R ‧‧‧屋頂
S0 ~S7 ‧‧‧加速度感測器
SB‧‧‧微振動感測器

Claims (22)

  1. 一種建築物安全性驗證系統，包含有：層間變位計測部，從用以計測建築物之複數層的加速度之加速度感測器的計測資料，求取前述各層之層間變位；固有週期計測部，從用以計測前述建築物之最上層或該最上層附近之層的微振動之微振動感測器的計測資料，求取該建築物之平時微動的固有週期；及建築物安全性評估部，藉由前述層間變位計測部所求取之前述層間變位和前述固有週期計測部所求取之前述固有週期，評估前述建築物之健全性。
  2. 如請求項1之建築物安全性驗證系統，其中前述建築物安全性評估部是藉由判斷前述層間變位是否超過預先設定之層間變位臨界值的第1判斷結果、和判斷前述固有週期是否超過預先設定之固有週期臨界值的第2判斷結果的組合，來評估前述建築物的健全性。
  3. 如請求項1或2之建築物安全性驗證系統，更包含有配置於前述建築物之最上層或前述最上層附近，用以計測該建築物之傾斜角的傾斜角計測部，且前述建築物安全性評估部是藉由前述層間變位、前述固有週期及前述傾斜角來評估前述建築物的健全性。
  4. 如請求項3之建築物安全性驗證系統，其中前述建築物安全性評估部是藉由判斷前述層間變位是否超過預先 設定之層間變位臨界值的第1判斷結果、判斷前述固有週期是否超過預先設定之固有週期臨界值的第2判斷結果、及判斷前述傾斜角是否超過預先設定之傾斜角臨界值的第3判斷結果的組合，來評估前述建築物的健全性。
  5. 一種建築物安全性驗證方法，包含有：層間變位計測過程，層間變位計測部從用以計測建築物之複數層的加速度之加速度感測器的計測資料，求取前述各層之層間變位；固有週期計測過程，固有週期計測部從用以計測前述建築物之最上層或該最上層附近之層的微振動之微振動感測器的計測資料，求取該建築物之平時微動的固有週期；及建築物安全性評估過程，建築物安全性評估部藉由前述層間變位計測部所求取之前述層間變位和前述固有週期計測部所求取之前述固有週期，評估前述建築物之健全性。
  6. 一種建築物安全性驗證系統，其特徵在於具有感測器，該感測器是設置於由複數層構成之建築物之複數層，且於各層檢測該層之振動，前述感測器中最下層的感測器是設置於前述建築物之基礎部或最下層部份，用以檢測前述基礎部或最下層部份的振動，又，前述建築物安全性驗證系統包含有：計測部，由前述感測器在地震時檢測到之該層之振 動資料、與前述基礎部或前述最下層部份之振動資料，來求取前述建築物之變形；及評估部，使用前述計測部所求取之前述建築物的變形，來評估該地震發生後之前述建築物的健全性。
  7. 如請求項6之建築物安全性驗證系統，其中前述計測部是從前述感測器在地震時所檢測出之該層的振動資料，算出設有前述感測器之層間的層間變位，從前述算出之層間變位求取前述建築物之變形。
  8. 如請求項6或7之建築物安全性驗證系統，其中前述計測部是從前述最下層之感測器所檢測之該基礎部或最下層部分的振動資料與前述最下層之感測器以外之任一前述感測器所檢測之該層的振動資料，算出設有前述最下層之感測器以外之任一前述感測器之層的層間變位。
  9. 如請求項6或7之建築物安全性驗證系統，其中前述評估部考慮因地震造成之前述建築物之傾斜的變化，而評估在該地震發生後之前述建築物的健全性。
  10. 如請求項6或7之建築物安全性驗證系統，其具有前述感測器，且前述計測部構造成可取得來自前述感測器之資料。
  11. 如請求項6或7之建築物安全性驗證系統，其中前述評估部是根據組合了前述計測部所求取之層間變位、測定而求取之前述建築物之固有週期、及測定而求取之前述建築物之傾斜角中任一者的判斷，評估前述建築物之健全性。
  12. 如請求項11之建築物安全性驗證系統，其具有固有週期計測部，該固有週期計測部是從用以計測前述建築物之最上層或該最上層附近之層的微振動之微振動感測器，求取該建築物之固有週期。
  13. 如請求項12之建築物安全性驗證系統，其中前述固有週期計測部是從用以計測前述建築物之最上層或者該最上層附近之層的微振動的微振動感測器，求取地震發生後之該建築物的固有週期。
  14. 如請求項12之建築物安全性驗證系統，其中前述固有週期計測部是由前述建築物之最上層或者該最上層附近之層的微振動之微振動感測器，求取該建築物之平時微動之固有週期，其中一個前述感測器是設置於與前述微振動感測器計測微振動之層相同之層。
  15. 如請求項12之建築物安全性驗證系統，其中前述計測部根據前述第1層之變位量與前述建築物之基礎部的變位量，算出前述建築物之第1層的層間變位。
  16. 如請求項15之建築物安全性驗證系統，其中前述建築物之第一層為前述建築物之最上層或該最上層附近之層、靠近基礎部之層中任一層。
  17. 如請求項12之建築物安全性驗證系統，其中前述評估部是藉由判斷前述層間變位是否超過預先設定之層間變位臨界值的第1判斷結果、和判斷前述固有週期是否超過預先設定之固有週期臨界值之第2判斷結果的組合，來評估前述建築物之健全性。
  18. 如請求項12之建築物安全性驗證系統，更具有配置於前述建築物之最上層或最上層附近，用以計測該建築物之傾斜角的傾斜角計測部，且前述評估部是藉由前述層間變位、前述固有週期及前述傾斜角來評估前述建築物的健全性。
  19. 如請求項12之建築物安全性驗證系統，其中前述評估部是藉由判斷前述層間變位是否超過預先設定之層間變位臨界值之第1判斷結果、判斷前述固有週期是否超過預先設定之固有週期臨界值之第2判斷結果、及判斷前述傾斜角是否超過預先設定之傾斜角臨界值之第3判斷結果的組合，來評估前述建築物之健全性。
  20. 如請求項6或7之建築物安全性驗證系統，其中前述感測器是用以檢測地震造成之振動的加速度。
  21. 一種建築物安全性驗證方法，其特徵在於具有感測器，該感測器是設置於由複數層構成之建築物之複數層，且於各層檢測該層之振動，前述感測器中最下層之感測器是設置於前述建築物之基礎部或最下層部份，用以檢測前述基礎部或最下層部份的振動，又，前述建築物安全性驗證方法包含以下步驟：計測部從前述感測器在地震時檢測到之該層之振動資料、與前述基礎部或前述最下層部份之振動資料，來求取前述建築物之變形；及使用前述計測部所求取之前述建築物的變形，來評 估該地震發生後之前述建築物的健全性。
  22. 一種電腦可讀取之記錄媒體，是記錄有用以使建築物安全性驗證系統之電腦執行下述步驟的程式，前述建築物安全性驗證系統是在由複數層構成之建築物之複數層，設置於各層檢測該層之振動的感測器，並且前述感測器中最下層之感測器設置於前述建築物之基礎部或最下層部份，用以評估該建築物之健全性，又，前述步驟為：計測部從前述感測器在地震時檢測出之該層之振動資料、與前述基礎部或前述最下層部份之振動資料，求取前述建築物之變形；及使用前述所求取之前述建築物之變形，來評估該地震發生後之前述建築物的健全性。
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