特許 6376235 計測システム及び変位計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6376235

(24)【登録日】2018年8月3日

(45)【発行日】2018年8月22日

(54)【発明の名称】計測システム及び変位計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/30 20060101AFI20180813BHJP

   G01B 21/32 20060101ALI20180813BHJP

   G08B 21/24 20060101ALI20180813BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/30

   G01B21/32

   G08B21/24

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-56297(P2017-56297)

(22)【出願日】2017年3月22日

【審査請求日】2017年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000198787

【氏名又は名称】積水ハウス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】特許業務法人あーく特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】横林 優

(72)【発明者】

【氏名】杉田 朋哉

(72)【発明者】

【氏名】横山 重和

(72)【発明者】

【氏名】森 文徳

【審査官】 三好 貴大

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１９０６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０９０７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０６２９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１０９６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１６４７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／００３０７０１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

建物の下層階と上層階との間に取り付けられた縦杆と、
前記縦杆の中間部と前記下層階又は前記上層階との間に斜めに取り付けられ、長手方向に伸縮可能な斜材と、
前記斜材の伸縮変位を計測する計測器と
を備え、
前記縦杆の上下両端は、前記下層階及び上層階の躯体を構成する横架材に対しピン節点と見做しうる接合形態によって接合されており、
前記斜材の上下両端は、前記縦杆並びに前記下層階又は上層階の躯体を構成する横架材に対しピン節点と見做しうる接合形態によって接合されている
ことを特徴とする計測システム。

【請求項2】

請求項１に記載の計測システムであって、
前記斜材は、縦杆に対して１０°以上の角度で斜めに取り付けられている
ことを特徴とする計測システム。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の計測システムであって、
伸縮変位と前記下層階及び上層階の間の層間変位との線形近似される関係に基づいて、前記計測器が計測した伸縮変位から導出される層間変位が、前記建物の損傷に関する閾値に基づいて設定された基準値を超える場合に、前記建物の損傷に関する出力をする出力手段を備える
ことを特徴とする計測システム。

【請求項4】

請求項３に記載の計測システムであって、
前記出力手段が前記建物の損傷に関する出力をする基準値は、導出される層間変位が、±１／３０（ｒａｄ）以上の層間変形角に相当する値に基づいて設定されている
ことを特徴とする計測システム。

【請求項5】

請求項３又は請求項４に記載の計測システムであって、
前記計測器と通信可能な出力装置と
を更に備え、
前記出力装置が、前記出力手段を備える
ことを特徴とする計測システム。

【請求項6】

請求項５に記載の計測システムであって、
複数の前記出力装置と通信可能な情報処理装置を更に備える
ことを特徴とする計測システム。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の計測システムに使用可能であり、
前記縦杆、前記斜材及び前記計測器を備える
ことを特徴とする変位計測装置。

【請求項8】

建物の下層階と上層階との間に取り付け可能な縦杆と、
前記縦杆の中間部と前記下層階又は前記上層階との間に斜めに取り付け可能であり、長手方向に伸縮可能な斜材と、
前記斜材の伸縮変位を計測する計測器と
を備え、
前記縦杆の上下両端は、前記下層階及び上層階の躯体を構成する横架材に対しピン節点と見做しうる接合形態によって接合され、
前記斜材の上下両端は、前記縦杆並びに前記下層階又は上層階の躯体を構成する横架材に対しピン節点と見做しうる接合形態によって接合される
ことを特徴とする変位計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建物の変位を計測する計測システム及びそのような計測システムに使用可能な変位計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

建物に測定機器を配設し、地震等の揺れに対して、建物の揺れ、変形の大きさ等の状況を推定し、また、損傷、劣化等の状況の入力を受け付け、そして、複数の建物の状況を収集し、解析する住宅用のモニタリングシステムが提唱されている。そして、本願出願人は、建物に配設された測定機器の他、建物の居住者が、建物の損傷、劣化等の情報を入力する住宅構造モニタリングシステムを提案している（特許文献１）。

【0003】

また、本願出願人は、建物の揺れを測定する測定機器としては、下層階と上層階との間に斜めに取り付けられて軸方向に伸縮する斜材を用いた変位計測装置を提案している（特許文献２）。

【0004】

一般的に、建物は地震等の揺れが生じた場合、柱及び梁に囲まれた矩形の躯体が平行四辺形に変形する。柱及び梁の長さや直線性等の幾何学的要素が保たれたまま変形した場合は、建物に取り付けた計測用治具の可動部にて計測される変位と建物の層間変形との相関性が良好になり、計測変位と層間変形とを線形近似することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−１６４７０３号公報

【特許文献2】特開２０１６−１０９６１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本願発明者らは、前述の特許文献１及び特許文献２に開示した技術を更に改良し、特に、建物が大きく変形する虞がある大地震等の状況下において、建物の変位の計測精度を向上させることを課題として取り組んだ。

【0007】

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、建物の下層階と上層階との間に縦杆を取り付け、更に、縦杆に対して伸縮可能な斜材を取り付けて、斜材の伸縮変位を計測する。これにより、建物に変位、特に、大きな層間変位が生じた場合であっても、伸縮変位（計測変位）と層間変位との間の線形性を広範囲で維持することにより、簡便でありながらも高精度に層間変位を求めることが可能な計測システムの提供を目的とする。

【0008】

また、本発明は、本発明に係る計測システムにて使用される変位計測装置の提供を他の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために本願記載の計測システムは、建物の下層階と上層階との間に取り付けられた縦杆と、前記縦杆の中間部と前記下層階又は前記上層階との間に斜めに取り付けられ、長手方向に伸縮可能な斜材と、前記斜材の伸縮変位を計測する計測器とを備え、前記縦杆の上下両端は、前記下層階及び上層階の躯体を構成する横架材に対しピン節点と見做しうる接合形態によって接合されており、前記斜材の上下両端は、前記縦杆並びに前記下層階又は上層階の躯体を構成する横架材に対しピン節点と見做しうる接合形態によって接合されていることを特徴とする。

【0010】

また、前記計測システムにおいて、前記斜材は、縦杆に対して１０°以上の角度で斜めに取り付けられていることを特徴とする。

【0011】

また、前記計測システムにおいて、伸縮変位と前記下層階及び上層階の間の層間変位との線形近似される関係に基づいて、前記計測器が計測した伸縮変位から導出される層間変位が、前記建物の損傷に関する閾値に基づいて設定された基準値を超える場合に、前記建物の損傷に関する出力をする出力手段を備えることを特徴とする。

【0012】

また、前記計測システムにおいて、前記出力手段が前記建物の損傷に関する出力をする基準値は、導出される層間変位が、±１／３０（ｒａｄ）以上の層間変形角に相当する値に基づいて設定されていることを特徴とする。

【0013】

また、前記計測システムにおいて、前記計測器と通信可能な出力装置とを更に備え、前記出力装置が、前記出力手段を備えることを特徴とする。

【0014】

また、前記計測システムにおいて、複数の前記出力装置と通信可能な情報処理装置を更に備えることを特徴とする。

【0015】

更に、本願記載の変位計測装置は、前記計測システムに使用可能であり、前記縦杆、前記斜材及び前記計測器を備えることを特徴とする。

【0016】

更に、本願記載の変位計測装置は、建物の下層階と上層階との間に取り付け可能な縦杆と、前記縦杆の中間部と前記下層階又は前記上層階との間に斜めに取り付け可能であり、長手方向に伸縮可能な斜材と、前記斜材の伸縮変位を計測する計測器とを備え、前記縦杆の上下両端は、前記下層階及び上層階の躯体を構成する横架材に対しピン節点と見做しうる接合形態によって接合され、前記斜材の上下両端は、前記縦杆並びに前記下層階又は上層階の躯体を構成する横架材に対しピン節点と見做しうる接合形態によって接合されることを特徴とする。

【0017】

上述の計測システム及び変位計測装置は、比較的大きな層間変位に対して高精度に計測することが可能である。

【発明の効果】

【0018】

本発明は、建物の下層階と上層階との間にピン節点を介して取り付けられた縦杆と、縦杆の中間部と下層階又は上層階との間にピン節点を介して斜めに取り付けられ、長手方向に伸縮可能な斜材と、斜材の伸縮変位を計測する計測器とを用いて建物の変位を計測する。これにより、変位計測装置の設置スペースが小さい場合でも、斜材の伸縮変位と建物の層間変位との線形性を幅広い領域に渡って維持し、建物の層間変位、特に、大きな層間変位に対する計測精度を向上することが可能になる等、優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本願記載の計測システムの概要の一例を模式的に示す説明図である。

【図2】本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置の一例を示す概略図である。

【図3】本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置の計測器の一例を示す概略図である。

【図4】本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置及び入出力装置の構成例を概略的に示すブロック図である。

【図5】本願記載の計測システムにて用いられる情報処理装置及び端末装置の構成例を概略的に示すブロック図である。

【図6】本願記載の変位計測装置の特性の一例を示す説明図である。

【図7】本願記載の変位計測装置の特性の一例を示す説明図である。

【図8】比較用の変位計測装置の特性の一例を示す説明図である。

【図9】本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置の一例を示す概略図である。

【図10】本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置の一例を示す概略図である。

【図11】本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について詳述する。なお、以下の実施形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術範囲を限定する性格のものではない。

【0021】

＜システム概要＞
図１は、本願記載の計測システムの概要の一例を模式的に示す説明図である。図１は、本願記載の計測システムを、建物の変位を計測する変位計測装置１を用いて地震等の揺れに対する建物の状況を解析する住宅構造モニタリングシステムに適用した例を示している。

【0022】

図１に例示する計測システムでは、戸建て住宅、集合住宅等の建物が地震等の災害にあった場合に、災害に関する情報、災害の対応に関する情報等の様々な情報を、建物の居住者に提供する。このようなサービスは、例えば、住宅、建築、情報提供等の様々な事業を展開する管理事業体により、建物に居住する居住者等の顧客を対象に提供される。

【0023】

例えば、地震等の災害が発生した場合、管理事業体は、変位計測装置１の計測結果等の様々な情報から、災害状況、被害状況等の状況を診断し、建物の居住者に対して診断結果及び診断結果に基づく災害・被害情報等の様々な情報を提供する。また、管理事業体は、建物内の各戸から、それぞれの被害状況を示す戸別の被害情報を収集し、収集した戸別の被害情報をも加味して、より正確で緻密な状況把握を行うと共に、より有益な災害・被害情報等の情報を居住者に提供する。

【0024】

建物の各階には、変位計測装置１が配設されている。変位計測装置１は、戸毎又は階毎に配設され、入出力装置２と通信可能に接続されている。各戸に配設された入出力装置２は、専用網、ＶＰＮ(Virtual Private Network )、インターネット等のネットワークＮＷに接続されている。なお、変位計測装置１は、ネットワークＮＷに接続するように構成することも可能であり、入出力装置２及び変位計測装置１間の通信を、ネットワークＮＷを介して行うことも可能である。

【0025】

ネットワークＮＷには、サーバコンピュータ等のコンピュータを用いた情報処理装置３が接続されており、情報処理装置３は、管理事業体により管理されている。情報処理装置３は、ネットワークＮＷを介して、様々な地域の建物から、変位計測装置１が計測した計測結果等の様々な情報を受信し、受信した情報を記録する。また、記録された情報は、構造性の診断等の目的のために管理事業体により適切に利用される。

【0026】

また、管理事業体は、オペレータが操作する端末装置４を管理しており、端末装置４は、ネットワークＮＷを介して入出力装置２及び情報処理装置３と通信することができる。

【0027】

このような入出力装置２としては、必ずしも専用の装置を用いる必要は無く、例えば、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System ）と呼ばれる家庭内エネルギー管理システムに用いられるディスプレイ付きコンピュータを用いることが可能である。即ち、本願出願人らは、住宅構造モニタリングシステムと家庭内エネルギー管理システムとを融合させたスマートハウスを提唱している。

【0028】

＜各装置の構成＞
図２は、本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置１の一例を示す概略図である。図２（ａ）は、正面図であり、図２（ｂ）は、Ａ−Ｂ断面における平面図であり、図２（ｃ）は、右側面図である。変位計測装置１は、例えば、戸建住宅や集合住宅の各階におけるパイプスペース、メーターボックス、収納室、設備機械室、更には外周壁内、間仕切壁内等の壁体内も含め、日常的な居住空間からは区画された、あまり目立たない非居住空間等に配設されている。

【0029】

変位計測装置１は、建物の下層階と上層階との間に略垂直に取り付けられた縦杆１００と、縦杆１００の中間部と下層階との間に斜めに取り付けられた伸縮可能な斜材１０１と、斜材１０１の伸縮変位を計測する計測器１０２とを備えている。

【0030】

縦杆１００は、細長い棒状部材を用いて形成され、その上下両端は、それぞれ下層階及び上層階の躯体を構成する梁材、土台、棟木、床版等の横架材（剛性を有する床材、床下材等の水平部材を含む）に対して、ピン節点と見做しうる接合形態により接合される。ピン節点とは構造力学的に、軸力及び剪断力は伝達するが、曲げモーメントは伝達しないとして扱うことのできる節点である。図２に例示する縦杆１００は、幅数センチ程度の角形鋼管を用いて形成されている。縦杆１００の上下両端には、角形鋼管の管端開口を塞ぐように溶接された封端プレート１００ａを介して、横断面十字形の継手部材１００ｂが溶接されており、その継手部材１００ｂの端部は、該端部に溶接された平板状のエンドプレート１００ｃを介して、下層階及び上層階のＨ形鋼からなる梁材６０のフランジに、ボルト・ナット綴着によってそれぞれ接合されている。

【0031】

斜材１０１は、縦杆１００の中間部から下層階の梁材６０にかけて、縦杆１００に対して例えば約２０°の角度をなすように配設されている。斜材１０１は、略円筒状の外筒部材１０１ａの内側に略円筒状の内筒部材１０１ｂを挿装して互いに摺動自在とすることにより、全体の長さを伸縮させるように形成されている。斜材１０１の上端には、その材端に開口して軸方向に延びるスリットが形成され、そのスリットに平板状の接合プレート１０１ｃが挿入されて溶接されている。その接合プレート１０１ｃは、縦杆１００の下から２／５程度の位置から側方に突設された平板状の取付プレート１００ｄに対し、接合プレート１０１ｃの弱軸方向（板厚方向）を斜材１０１の傾斜角の変位を拘束しない方向（図２（ａ）の紙面内で斜材１０１の材軸に直交する方向）に向けて溶接されている。

【0032】

斜材１０１の下端も上端と同様に、その材端に開口して軸方向に延びるスリットが形成され、そのスリットに平板状の接合プレート１０１ｄが挿入されて溶接されている。接合プレート１０１ｄは、縦杆１００の下端から側方に所定距離だけ離れて下層階の梁材６０の上面に突設された平板状の取付プレート６０ａに対し、接合プレート１０１ｄの弱軸方向（板厚方向）を斜材１０１の傾斜角の変位を拘束しない方向（同上）に向けて溶接されている。これらにより、斜材１０１の上下両端は、縦杆１００及び下層階の梁材６０に対し、ピン節点と見做せる接合形態でそれぞれ接合されることとなる。

【0033】

図３は、本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置１の計測器１０２の一例を示す概略図である。計測器１０２は、略円筒状をなし、斜材１０１と略平行になるように、内筒部材１０１ｂに保持具１０２０を介して添設されている。計測器１０２の外筒部材１０１ａ側の先端からは、棒状をなす計測子１０２１が斜材１０１と平行に付勢状態で突出しており、計測子１０２１の先端は、外筒部材１０１ａの側面に配設された略Ｌ字形の計測片１０２２に当接又は固接されている。計測器１０２の後部には、各種通信線を内包するケーブルが接続されており、入力装置及び／又は情報処理装置３に接続されている。

【0034】

このように構成された変位計測装置１は、上層階と下層階との間に地震等の揺れにより層間変位が生じた場合、層間変位を、変位計測装置１が備える斜材１０１の伸縮変位として計測する。計測された斜材１０１の伸縮変位は、計測結果として、入出力装置２、情報処理装置３等の装置へ送信される。

【0035】

図４は、本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置１及び入出力装置２の構成例を概略的に示すブロック図である。前述の変位計測装置１は、各階又は各戸に配設されており、計測部１０、演算部１１、接続部１２、通信部１３等の各種構成を備えている。

【0036】

計測部１０は、前述の縦杆１００、斜材１０１、計測器１０２等の各種部材を備えており、斜材１０１の伸縮変位を層間変位として検出する。

【0037】

演算部１１は、例えば、計測器１０２に内蔵されており、計測した伸縮変位を層間変位（又は層間変形角）に変換する簡単な演算を行う。演算部１１が行う演算は、伸縮変位が層間変位と線形近似するという前提に基づいて実施される一次関数を用いた演算である。簡単な演算のみを実行可能な単純な構成とすることで、地震等の揺れによる振動、衝撃、変形への耐性を高めることを見込むことができる。また、演算が簡単であるため、演算を高速に実行することが可能である。なお、層間変位に代えて層間変形角に変換するようにすることも可能である。

【0038】

接続部１２は、通信用アダプタ及びその付属回路を用いて構成される通信回路であり、ケーブル内に内包された接続線を介して入出力装置２と通信可能に接続される。

【0039】

通信部１３は、通信アダプタ及びその付属回路を用いて構成される通信回路であり、ケーブル内に内包された通信線を介してネットワークＮＷに対して通信可能に接続される。

【0040】

集合住宅の戸別に配設される入出力装置２は、制御部２０、記録部２１、記憶部２２、通信部２３、接続部２４、入力部２５、表示部（画像出力部）２６、操作部２７、音声出力部２８等の各種構成を備えている。なお、入力部２５及び表示部２６等のユーザインターフェースは、別体の装置として入出力装置２に接続されていても良い。

【0041】

制御部２０は、情報処理回路、計時回路、レジスタ回路等の各種回路を備え、装置内の各部を制御する処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit ）等の回路である。

【0042】

記録部２１は、ハードディスクドライブ等の磁気記録媒体、半導体記録媒体等の不揮発性メモリにて構成される回路であり、各種プログラム及びデータ等の様々な情報が記録されている。

【0043】

記憶部２２は、揮発性メモリを用いて構成される回路であり、各種プログラムの実行に際して発生するデータを一時的に記憶する。なお、便宜上、記録部２１及び記憶部２２を異なる構成として示しているが、一の回路で構成しても良く、また相互にその機能を補完することも可能である。

【0044】

通信部２３は、通信用アダプタ及びその付属回路を用いて構成される通信回路であり、図示しないルータ等の装置を介してネットワークＮＷと接続する。

【0045】

接続部２４は、通信用アダプタ及びその付属回路を用いて構成される通信回路であり、変位計測装置１と通信可能に接続する。

【0046】

入力部２５及び表示部２６は、指又は支持具の接触又は接近を検知する薄板状の入力部２５と、液晶パネル等の薄膜状の表示部２６とを積層したタッチパネル式ディスプレイを用いて構成されている。そして、表示部２６は、建物に重大な損傷が発生している虞があること等の警告を表示出力する。

【0047】

操作部２７は、電源ボタン等の各種ボタン、その他入力用部品を用いて構成される入力用マンマシンインターフェースである。

【0048】

音声出力部２８は、音声を出力するスピーカ等の部品を用いて構成される出力用マンマシンインターフェースである。

【0049】

図５は、本願記載の計測システムにて用いられる情報処理装置３及び端末装置４の構成例を概略的に示すブロック図である。

【0050】

情報処理装置３は、制御部３０、記録部３１、記憶部３２、通信部３３等の各種機構を備えている。記録部３１には、各建物に関する情報、各戸に関する情報、各変位計測装置１が計測した計測結果に関する情報、被害に関する情報、被害に対する対応状況を示す情報等の様々な情報が記録されている。

【0051】

端末装置４は、制御部４０、記録部４１、記憶部４２、入力部４３、出力部４４、表示部４５等の各種機構を備えている。入力部４３は、キーボード、マウス等の入力用マンマシンインターフェースである。出力部４４は、音声及び非常時における光を発する出力用マンマシンインターフェースである。表示部４５は、モニタ等の出力用マンマシンインターフェースである。

【0052】

＜各装置の処理概要＞
このように構成された計測システムでは、地震等の揺れが生じて、変位計測装置１が配設されている階に対する上層階と下層階との間に層間変位が生じた場合、縦杆１００が揺動し、斜材１０１が伸縮する。計測器１０２は、斜材１０１の伸縮を伸縮変位として計測し、計測した結果を入出力装置２及び／又はネットワークＮＷに接続する情報処理装置３へ送信する。入出力装置２は、計測結果に基づく層間変位が所定の基準値を超えると判断した場合、基準値を超える層間変位が生じていることを居住者に警告する出力を表示部２６及び／又は音声出力部２８から行う。また、情報処理装置３では、各所の変位計測装置１で計測された計測結果に基づき大地震の発生の有無、建物の状況、住居者に対する警告の要否及び内容についての判断を行い、必要に応じて警告を示す警告情報を入出力装置２へ送信する。入出力装置２では、受信した警告情報に基づいて、居住者に警告する出力を表示部２６及び／又は音声出力部２８から行う。なお、計測結果に基づく各種判断は、計測器１０２、入出力装置２、情報処理装置３のそれぞれで行うように設計することが可能であり、その場合、判断内容は、それぞれの装置に適した内容となる。また、情報処理装置３の処理は、必要に応じて端末装置４を操作するオペレータの操作に基づき実行される。そして、情報処理装置３、オペレータに操作される端末装置４等の各装置では、各戸、各地域の層間変形角を収集し、建物の倒壊の状況を把握し、建物、地域等の単位でグルーピング等の処理を行うことにより、復旧対応を支援することになる。

【0053】

＜変位計測装置の特性＞
次に、本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置１の特性について説明する。図６は、本願記載の変位計測装置１の特性の一例を示す説明図である。図６（ａ）は、変位計測装置１における縦杆１００及び斜材１０１の配置を概略的に示している。この概略モデルにおいて、階高（縦杆１００の長さ）を２，７６２ｍｍ、縦杆１００の中間部と斜材１０１の上端との節点の高さを１，３８１ｍｍ、縦杆１００の下端と斜材１０１の下端との離隔距離を１，０００ｍｍ、略垂直の縦杆１００に対する斜材の傾斜角度を３６°に設定したときの、斜材１０１の伸縮変位と、その伸縮変位に対応する実際の層間変位及び層間変形角は、表１のようになる。

【0054】

【表1】

【0055】

図６（ｂ）のグラフは、斜材１０１の伸縮変位を横軸にとり、層間変位を縦軸にとって、それらの相関性を示したものである。このグラフにおける実線は表１に示した実際の伸縮変位と層間変位との関係を示しており、一点鎖線は、伸縮変位と層間変位との関係を線形近似した一次関数を示している。

【0056】

図７は、本願記載の変位計測装置１の特性の他の例を示す説明図である。図７（ａ）は、変位計測装置１における縦杆１００及び斜材１０１の配置を概略的に示している。この概略モデルにおいて、階高（縦杆１００の長さ）を２，７６２ｍｍ、縦杆１００の中間部と斜材１０１の上端との節点の高さを１，３８１ｍｍ、縦杆１００の下端と斜材１０１の下端との離隔距離を５００ｍｍ、略垂直の縦杆１００に対する斜材の傾斜角度を２０°に設定したときの、斜材１０１の伸縮変位と、その伸縮変位に対応する実際の層間変位及び層間変形角は、表２のようになる。

【0057】

【表2】

【0058】

図７（ｂ）のグラフは、斜材１０１の伸縮変位を横軸にとり、層間変位を縦軸にとって、それらの相関性を示したものである。このグラフにおける実線は表２に示した実際の伸縮変位と層間変位との関係を示しており、一点鎖線は、伸縮変位と層間変位との関係を線形近似した一次関数を示している。

【0059】

図８は、比較用の変位計測装置の特性の一例を示す説明図である。この変位計測装置は、図８（ａ）に示すように、下層階の梁材６０と上層階の梁材６０（縦杆１００の上端）との間に、軸方向に伸縮可能な斜材７０を配置したものである。この概略モデルにおいて、階高を２，７６２ｍｍ、縦杆１００の下端と斜材１０１の下端との離隔距離を５００ｍｍ、略垂直の縦杆１００に対する斜材７０の傾斜角度を１０°に設定したときの、斜材７０の伸縮変位と、その伸縮変位に対応する実際の層間変位及び層間変形角は、表３のようになる。

【0060】

【表3】

【0061】

図８（ｂ）のグラフは、斜材７０の伸縮変位を横軸にとり、層間変位を縦軸にとって、それらの相関性を示したものである。このグラフにおける実線は表３に示した実際の伸縮変位と層間変位との関係を示しており、一点鎖線は、伸縮変位と層間変位との関係を線形近似した一次関数を示している。

【0062】

なお、柱、梁に囲まれた矩形の躯体（柱梁構面）に水平力が作用すると、該躯体は平行四辺形に変形し、厳密には高さ方向にも微少な変位を生じるが、その変位量は、地震による躯体全体の変形量から見ると極めて軽微（図６、７の概略モデルにおいて、層間変形角が１／１５（ｒａｄ）のとき、高さの変化は約６ｍｍ）である。そこで、装置側でのデータ処理を簡素化して実用的な誤差範囲内での変位計測を実現するため、上記３例の表及びグラフに示した値は、躯体が平行四辺形に変形した場合でも、その高さ方向の寸法は一定であると見做して幾何学的に算出したものである。

【0063】

上記３例を対比すると、図６〜図８及び表１〜表３から把握されるように、下層階と上層階との間に垂直に近い角度で斜材７０を配置した比較用の変位計測装置は、斜材の伸縮変位が大きくなると、実際の層間変位を示す曲線と近似直線との乖離が顕著になり、誤差が増大する。この誤差は、斜材の角度が垂直に近いほど建物の高さの変化が斜材の伸縮変位に反映されやすくなる一方で、高さの変化を無視したことによるものである。また、比較用の変位計測装置は、平行四辺形の変形の向き（左右）によって誤差の生じる方向や大きさが異なるため、地震によって伸縮変位を計測した後、そのデータを再処理しないと層間変位を精度良く把握できない、という不都合もある。

【0064】

これに対し、縦杆１００の中間部に斜材１０１を連結して垂直線に対する斜材１０１の角度を大きくした本願記載の変位計測装置１は、伸縮変位と層間変位との関係の線形性が高く、線形近似して一次式により伸縮変位から層間変位を求めても誤差が小さいことが明らかである。この効果は、伸縮変位が大きくなる領域、即ち、層間変形角が大きくなる領域、特に層間変形角が±１／３０（ｒａｄ）となる領域で顕著であり、層間変形角が±１／１５（ｒａｄ）でも誤差が小さい。図８及び表３に示した比較用の変位計測装置が、層間変形角±１／３０、±１／１５（ｒａｄ）で、誤差約１０％、２２％であるのに対し、図６及び表１に示した本願記載の変位計測装置１では、層間変形角±１／３０、±１／１５（ｒａｄ）で、誤差５％以下、１０％以下に抑えることができる。

【0065】

なお、層間変形角の±１／３０（ｒａｄ）は、建物の被災度区分判定基準において、一般の鉄骨ブレース造の建物では５０％超でブレースに破断が生じていると想定される変形量である。この程度の変形が生じている場合、余震等の更なる外乱により変形が進む虞があり、応急対応を行うことが望ましい。また、層間変形角の±１／１５（ｒａｄ）は、建築基準法施行規則第一条の三第一項の認定に係る性能評価業務方法の別記でも記載されているように、鉄骨ブレース造において、計算上、構造耐力を負担していると評価できる範囲であり、これを超えると実際に建物が倒壊していなくても、復旧が困難であり、構造計算上は建物が倒壊されていると判断することもできる変形量である。

【0066】

従って、各装置の処理概要として説明したように、入出力装置２、情報処理装置３等の各装置は、計測結果に基づく層間変位が所定の基準値を超えると判断した場合、警告の出力処理を実行するが、所定の基準値としては、層間変形角±１／３０（ｒａｄ）に相当する層間変位が設定される。また、更に大きな揺れの基準として、層間変形角±１／１５（ｒａｄ）に相当する層間変位が設定される。なお、層間変形角は、層間変位及び階間高さを用いて求めることができるので、変位計測装置１が設置される階について、基準となる層間変形角に相当する層間変位を予め設定しておくことが可能である。

【0067】

また、図６及び図７並びに表１及び表２から明らかなように、縦杆１００と斜材１０１との角度が大きいほど、伸縮変位と層間変位との線形性は高くなる。従って、建物内で変位計測装置１を配置する空間における制約の範囲内で、縦杆１００に対する斜材１０１の角度を１０°以上、好ましくは２０°以上、より好ましくは３６°以上とすることが望ましい。

【0068】

上述の表及びグラフによって説明した本願記載の変位計測装置１の特性は幾何学的な原理に基づくものであるが、本願記載の変位計測装置１はさらに、実際の建物への設置態様においても、以下の優位性を具備している。すなわち、実際の建物においては、柱と梁とが互いの接合角度を保持する剛節点に近い形態で接合されたり、下層階と上層階との間に筋交い、耐力壁、外装材、内装材等が配設されたりして剛性が増強されるため、柱・梁に囲まれる矩形の躯体は、平行四辺形よりもさらに複雑に湾曲した変形を生じることになる。その変位は、部位によっては上述した平行四辺形の単純変形による高さ方向の微少な変位を超える場合もある。そのような条件下で、例えば特許文献２に記載された斜材のみによる変位計測装置を柱に近接させて設置すると、その変位計測装置が柱や梁の湾曲等による構面の複雑な変形まで拾い出してしまい、その結果、計測値から算出される層間変位に余計な誤差が含まれてしまうおそれがある。

【0069】

そこで、本願記載の変位計測装置１は、柱・梁に囲まれる矩形の躯体が複雑な湾曲変形を生じても、それに影響されにくく、構成部材の幾何学的な位置関係を明快に保持した状態で変位計測ができるように、縦杆１００と斜材１０１とを組み合わせて、それらの端部を全てピン節点で躯体に接合するという構成を採用している。この構成によれば、躯体に水平力が作用したとき、縦杆１００が躯体に生じる複雑な湾曲変形の影響を受けずに直線性を保持したまま傾倒するので、その中間部に接合された斜材１０１の伸縮変位を計測することで、躯体の水平変位だけを精度良く抽出することができる。さらに、縦杆１００の中間部に斜材１０１を連結することで、変位計測装置の設置幅（縦杆と斜材の下端との間隔幅）が小さくても、垂直線に対する斜材の角度を大きくして、伸縮変位を層間変位に線形近似した場合の誤差を小さくすることができる。

【0070】

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

【0071】

以下に、無数に存在する本発明の様々な形態の一部について説明する。

【0072】

図９は、本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置１の一例を示す概略図である。図９（ａ）は、正面図であり、図９（ｂ）は、Ｃ−Ｄ断面における平面図であり、図９（ｃ）は、右側面図である。なお、計測器１０２は省略している。図９に例示する変位計測装置１は、図２に例示した変位計測装置１を部分的に改変したものであり、縦杆１００及び下層階の梁材６０に対する斜材１０１の接合形態が異なっている。

【0073】

図９に例示する変位計測装置１は、縦杆１００の中間部の側部に、平板状の２枚の取付プレート１００ｅが、互いの面同士を平行にして側方へ突出するように取り付けられている。一方、斜材１０１の上端には、その材端に開口して軸方向に延びるスリットが形成され、そのスリットに平板状の接合プレート１０１ｅが挿入されて溶接されている。接合プレート１０１eは、その弱軸方向（板厚方向）を柱梁構面（図９（ａ）の紙面）に直交させる姿勢で、縦杆１００の側部に取り付けられた２枚の取付プレート１００eの間に挟み込まれ、それらとともにボルト・ナット綴着されている。

【0074】

また、下層階の梁材６０には、平板状の２枚の取付プレート６０ｂが、互いの面同士を平行にして上方へ突出するように取り付けられている。そして、斜材１０１の下端には、先述した上端と同様に、その材端に開口して軸方向に延びるスリットが形成され、そのスリットに平板状の接合プレート１０１ｆが挿入されて溶接されている。接合プレート１０１ｆは、その弱軸方向（板厚方向）を柱梁構面（図９（ａ）の紙面）に直交させる姿勢で、梁材６０に取り付けられた２枚の取付プレート６０ｂの間に挟み込まれ、それらとともにボルト・ナット綴着されている。

【0075】

このような接合形態により、斜材１０１は、縦杆１００及び下層階の梁材６０に対し、ピン節点を介して接合されることとなる。

【0076】

図１０は、本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置１の一例を示す概略図である。図１０（ａ）は、正面図であり、図１０（ｂ）は、Ｅ−Ｆ断面における平面図であり、図１０（ｃ）は、右側面図である。なお、計測器１０２は省略している。図１０に例示する変位計測装置１は、図９に例示した変位計測装置１を部分的に改変したものであり、縦杆１００の形状および縦杆１００に対する斜材１０１の接合形態が異なっている。

【0077】

図１０に例示する変位計測装置１では、縦杆１００に断面寸法の小さいＨ形鋼が用いられている。そのＨ形鋼は中間部で分断され、分断されたＨ形鋼同士が、それぞれのウェブを表裏両側から挟むように添設された２枚の連結プレート１００ｆを介して、材軸方向に連結されている。また、縦杆１００の上下両端は、そのウェブと同一面をなすように梁材６０に添設された連結プレート６０ｃと、縦杆１００のウェブとを、表裏両側から連結プレート１００ｇで挟むようにして連結されている。

【0078】

一方、斜材１０１の上端には、図９に例示した形態と同様に、その材端に開口して軸方向に延びるスリットが形成され、そのスリットに平板状の接合プレート１０１ｅが挿入されて溶接されている。接合プレート１０１ｅは、その弱軸方向（板厚方向）を柱梁構面（図１０（ａ）の紙面）に直交させる姿勢で、縦杆１００の中間部に配置された２枚の取付プレート１００ｆの間に挟み込まれ、それらとともにボルト・ナット綴着されている。斜材１０１の下端と下層階の梁材６０との接合形態は、図９に例示した形態と同じである。

【0079】

このような接合形態によっても、斜材１０１は、縦杆１００及び下層階の梁材６０に対し、ピン節点を介して接合されることとなる。

【0080】

図１１は、本願記載の計測システムにて用いられる変位計測装置１の一例を示す概略図である。図１１（ａ）は、正面図であり、図１１（ｂ）は、Ｇ−Ｈ断面における平面図であり、図１１（ｃ）は、右側面図である。図１１に例示する変位計測装置１は、図１０に例示した変位計測装置１を部分的に改変したものあり、斜材１０１の形態が異なっている。図１１に例示する変位計測装置１では、斜材を構成する外筒部材１０１a及び内筒部材１０１ｂに角形鋼管が用いられている。斜材１０１の上端と縦杆１００との接合形態、及び斜材１０１の下端と梁材６０との接合形態は、いずれも、図１０に例示した変位計測装置１と同様である。このような接合形態によっても、斜材１０１は、縦杆１００及び下層階の梁材６０に対し、ピン節点を介して接合されることとなる。

【0081】

このように縦杆１００と、斜材１０１と、梁材６０との接合形態については、構造的にピン節点と見做しうる様々な接合形態を適宜選択して実施することが可能である。また、縦杆１００及び斜材１０１についても様々な材料を用いることが可能であり、例えば、上述した形態以外にも、縦杆１００に丸鋼管やリップ付き溝形鋼等を用いることが可能である。さらに、縦杆１００は、建物の躯体を構成する柱材のうち、上下両端が梁材に対して
ピン節点と見做しうる接合形態で接合された間柱等を利用するものであっても良い。

【0082】

また、斜材１０１は、縦杆１００の中間部と下層階の梁材６０とを繋ぐことに替えて、縦杆１００の中間部と上層階の梁材６０とを繋ぐようにしても良い。

【0083】

更に、計測器１０２は、斜材１０１の外側に取り付けるのではなく、斜材１０１の内側に内包させる等、様々な形態に展開することが可能である。

【符号の説明】

【0084】

１ 変位計測装置
１０ 計測部
１００ 縦杆
１０１ 斜材
１０２ 計測器
１０２０ 保持具
１０２１ 計測子
１０２２ 計測片
１１ 演算部
１２ 接続部
１３ 通信部
２ 入出力装置
２６ 表示部（画像出力部）
２８ 音声出力部
３ 情報処理装置
４ 端末装置
６０ 梁材
ＮＷ ネットワーク

【要約】

【課題】地震等の揺れにより、建物に変位、特に大きな層間変位が生じた場合であっても、その状況を高精度に計測することが可能な計測システム及び変位計測装置を提供する。
【解決手段】建物の下層階と上層階との間に取り付けられた縦杆１００と、縦杆１００と下層階又は上層階との間に斜めに取り付けられ、長手方向に伸縮可能な長尺状の斜材１０１と、斜材１０１の伸縮変位を計測する計測器１０２とを備える変位計測装置１を用いる。そして、計測器１０２が計測した伸縮変位から、下層階及び上層階の間の層間変位との関係に基づいて導出される層間変位が、建物の損傷に関する閾値に基づいて設定された基準値を超える場合に、建物の損傷に関する警告を出力する。なお、伸縮変位及び層間変位の関係は線形近似される。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】