特開 2022-182546 応答評価装置、応答評価方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022182546

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】応答評価装置、応答評価方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01M 7/02 20060101AFI20221201BHJP

   G06F 30/13 20200101ALI20221201BHJP

   G06F 30/20 20200101ALI20221201BHJP

【ＦＩ】

G01M7/02 H

G06F30/13

G06F30/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021090158

(22)【出願日】2021-05-28

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】岡沢 理映

(72)【発明者】

【氏名】森井 雄史

【テーマコード（参考）】

5B146

【Ｆターム（参考）】

5B146AA04

5B146DJ01

5B146DJ02

5B146DJ14

(57)【要約】

【課題】地震発生時における高層建物の応答評価を簡易的に行うことができる応答評価装置、応答評価方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】地震発生時の高層の建物の最大応答を評価するための高層建物の応答評価装置であって、検証対象である地震波が入力される前記建物の１からｎ次までの各固有周期のデータを取得する入力部と、前記固有周期のデータに基づいて、前記地震波のｉ次の最大加速度及び最大速度を算出し、前記最大加速度及び前記最大速度の算出結果に基づいて、前記建物のｉ次の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角を算出し、算出したｉ次の前記最大応答加速度、前記最大応答速度、前記最大層間変形角を１からｎ次まで加算した計算結果に基づいて、前記建物の最大応答値を算出する演算部と、前記最大応答値を出力する出力部と、を備えることを特徴とする応答評価装置である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地震発生時の高層の建物の最大応答を評価するための高層建物の応答評価装置であって、
検証対象である地震波が入力される前記建物の１からｎ次までの各固有周期のデータを取得する入力部と、
前記固有周期のデータに基づいて、前記地震波のｉ次の最大加速度及び最大速度を算出し、前記最大加速度及び前記最大速度の算出結果に基づいて、前記建物のｉ次の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角を算出し、算出したｉ次の前記最大応答加速度、前記最大応答速度、前記最大層間変形角を１からｎ次まで加算した計算結果に基づいて、前記建物の最大応答値を算出する演算部と、
前記最大応答値を出力する出力部と、を備えることを特徴とする、応答評価装置。

【請求項2】

前記演算部は、前記建物に適用されている工法に応じて、前記最大応答加速度、前記最大応答速度、前記最大層間変形角の算出方法を変更する、
請求項１に記載の応答評価装置。

【請求項3】

地震発生時の高層の建物の最大応答を評価するための高層建物の応答評価方法であって、
検証対象である地震波が入力される前記建物の１からｎ次までの各固有周期のデータを取得する工程と、
前記固有周期のデータに基づいて、前記地震波のｉ次の最大加速度及び最大速度を算出する工程と、
前記最大加速度及び前記最大速度の算出結果に基づいて、前記建物のｉ次の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角を算出する工程と、
算出したｉ次の前記最大応答加速度、前記最大応答速度、前記最大層間変形角を１からｎ次まで加算した計算結果に基づいて、前記建物の最大応答値を算出する工程と、を備えることを特徴とする、応答評価方法。

【請求項4】

地震発生時の高層の建物の最大応答を評価するための高層建物の応答評価装置において実行されるプログラムであって、
検証対象である地震波が入力される前記建物の１からｎ次までの各固有周期のデータを取得させ、
前記固有周期のデータに基づいて、前記地震波のｉ次の最大加速度及び最大速度を算出させ、
前記最大加速度及び前記最大速度の算出結果に基づいて、前記建物のｉ次の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角を算出させ、
算出したｉ次の前記最大応答加速度、前記最大応答速度、前記最大層間変形角を１からｎ次まで加算した計算結果に基づいて、前記建物の最大応答値を算出させる、ことを特徴とする、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地震発生時の高層建物の被害を推定するための応答評価装置、応答評価方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

地震発生時の建物に生じる被害を簡易的に評価する方法が研究されている（例えば、非特許文献１参照）。この手法によれば、地震発生時の地震動の最大加速度と最大速度の比（Ａ_ｍａｘ／Ｖ_ｍａｘ比）、最大加速度入力値、建物の構造種別と階数等の情報に基づいて、建物各階の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角等の建物の最大応答を算出している。

【0003】

特許文献１には、上記手法を用いた地震発生時における建物のリスク評価を行うシステムが提案されている。このシステムは、そして東日本大震災におけるデータに基づく回帰式を用いて、計測震度から最大地動速度を推定し、最大地動速度から最大地動加速度を算出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－１４８５４７号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】田村和夫, 中村豊, 金子美香, 神原浩「高層建物内の地震時安全性評価技術の開発（その１）全体概要と建物の簡易応答評価手法, 日本建築学会大会学術講演梗概集」 B-2, pp.623－624, 2005年9月.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１において提案されている被害推定において、鉄筋コンクリート造（RC造）で１７階以下、鉄骨造（S造）で１４階以下に限定された建物を評価対象としており、高次モードが卓越する高層建物には対応していないという課題がある。

【0007】

本発明は、地震発生時における高層建物の応答評価を簡易的に行うことができる応答評価装置、応答評価方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、地震発生時の高層の建物の最大応答を評価するための高層建物の応答評価装置であって、検証対象である地震波が入力される前記建物の１からｎ次までの各固有周期のデータを取得する入力部と、前記固有周期のデータに基づいて、前記地震波のｉ次の最大加速度及び最大速度を算出し、前記最大加速度及び前記最大速度の算出結果に基づいて、前記建物のｉ次の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角を算出し、算出したｉ次の前記最大応答加速度、前記最大応答速度、前記最大層間変形角を１からｎ次まで加算した計算結果に基づいて、前記建物の最大応答値を算出する演算部と、前記最大応答値を出力する出力部と、を備えることを特徴とする応答評価装置である。

【0009】

本発明によれば、地震発生時の建物に生じる最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角を算出することで、建物に生じる被害を推定することができる。本発明によれば、簡易な計算に基づいて建物の応答評価を行うことができる。

【0010】

また、本発明の前記演算部は、前記建物に適用されている工法に応じて、前記最大応答加速度、前記最大応答速度、前記最大層間変形角の算出方法を変更してもよい。

【0011】

本発明によれば、建物に適用されている工法の種類に応じて建物に生じる被害を推定することができる。

【0012】

本発明の一態様は、地震発生時の高層の建物の最大応答を評価するための高層建物の応答評価方法であって、検証対象である地震波が入力される前記建物の１からｎ次までの各固有周期のデータを取得する工程と、前記固有周期のデータに基づいて、前記地震波のｉ次の最大加速度及び最大速度を算出する工程と、前記最大加速度及び前記最大速度の算出結果に基づいて、前記建物のｉ次の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角を算出する工程と、算出したｉ次の前記最大応答加速度、前記最大応答速度、前記最大層間変形角を１からｎ次まで加算した計算結果に基づいて、前記建物の最大応答値を算出する工程と、を備えることを特徴とする応答評価方法である。

【0013】

本発明によれば、簡易な計算に基づいて建物の応答評価を行うことができる。

【0014】

本発明の一態様は、地震発生時の高層の建物の最大応答を評価するための高層建物の応答評価装置において実行されるプログラムであって、検証対象である地震波が入力される前記建物の１からｎ次までの各固有周期のデータを取得させ、前記固有周期のデータに基づいて、前記地震波のｉ次の最大加速度及び最大速度を算出させ、前記最大加速度及び前記最大速度の算出結果に基づいて、前記建物のｉ次の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角を算出させ、算出したｉ次の前記最大応答加速度、前記最大応答速度、前記最大層間変形角を１からｎ次まで加算した計算結果に基づいて、前記建物の最大応答値を算出させる、ことを特徴とするプログラムである。

【0015】

本発明によれば、簡易な計算に基づいて建物の応答評価における演算処理を行わせることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、地震発生時における高層建物の応答評価を簡易的に行うことができることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る応答評価装置の構成を示すブロック図である。

【図2】応答評価装置が用いるバンドパスフィルタを概念的に示す図である。

【図3】応答評価装置において実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【図4】応答評価装置の性能を示す図である。

【図5】応答評価装置の性能を示す図である。

【図6】応答評価装置の性能を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る応答評価装置、高層建物の応答評価方法、及びプログラムの実施形態について説明する。応答評価装置は、地震発生時に生じる建物の応答の評価対象となる計算値を算出する情報処理端末である。

【0019】

図１に示されるように、応答評価装置１は、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット型端末、スマートフォン等により実現される。応答評価装置１は、例えば、各種の入力データを入力するための入力部２と、入力データに基づいて建物の応答に関する演算を行う演算部３と、演算に関するデータを記憶する記憶部４と、演算結果を出力する出力部５とを備える。

【0020】

入力部２は、例えば、キーボード、タッチパネル、音声認識、文字認識等を用いたデータの入力デバイスである。演算部３は、入力データに基づいて、地震発生時の建物の最大応答値を算出する。記憶部４は、例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、フラッシュメモリ等の記憶媒体を有する。記憶部４は、応答評価装置１に必ずしも内蔵され、又は外部接続されているだけではなく、ネットワークを通じてデータを送受信するサーバ（不図示）に設けられていてもよい。出力部５は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、スピーカ等の表示デバイスや音声出力デバイスである。出力部５は、タブレット型端末、スマートフォン、パーソナルコンピュータ等の応答評価装置１と別体の他の端末装置であってもよい。

【0021】

演算部３は、例えば、以下の手順により高層建物の簡易応答評価を行う。ユーザは、被害推定の対象となる高層の建物の１～ｎ次（ｎ：自然数）の固有周期Ｔ_１～Ｔ_ｎを設定し、入力部２を介して固有周期Ｔ_１～Ｔ_ｎのデータを入力する。入力された固有周期Ｔ_１～Ｔ_ｎのデータは、記憶部４に記憶される。固有周期は、例えば、建物において観測される振動波形のデータを解析することにより別途算出される。演算部３は、入力される建物の識別情報に基づいて固有周期を自動的に算出してもよい。ユーザは、この他、建物に適用された工法（RC造、S造等）を入力する。演算部３は、記憶部４に記憶された建物の１～ｎ次の固有周期Ｔ_１～Ｔ_ｎのデータを取得する。

【0022】

次に、演算部３は、記憶部４に記憶された被害推定に用いる地震波の波形等の地震波データを読み出す。地震波データは、例えば、東日本大震災等の過去の地震の実測データや、想定に基づいて作成されたデータが用いられる。

【0023】

図２に示されるように、演算部３は、地震波データにＴ_ｉ－α秒からＴ_ｉ＋α秒（i＝１～ｎ）のバンド幅のバンドパスフィルタをかけて積分し、地震波のｉ次の最大加速度Ａ_{ｍａｘｉ、}最大速度Ｖ_ｍａｘｉを算出する。次に、演算部３は、算出したｉ次の最大加速度Ａ_ｍａｘｉ、最大速度Ｖ_ｍａｘｉの値を用いた簡易応答評価式（非特許文献１参照）に基づいて、ｉ次の建物の最大応答加速度（ＡＣＣ^Ｈ _ｉ、ＡＣＣ^Ｍ _ｉ、ＡＣＣ^Ｌ _ｉ）、最大応答速度（ＶＥＬ^Ｈ _ｉ、ＶＥＬ^Ｍ _ｉ、ＶＥＬ^Ｌ _ｉ）、最大層間変形角（ＤＩＳ^Ｈ _ｉ、ＤＩＳ^Ｍ _ｉ、ＤＩＳ^Ｌ _ｉ）を算出する。但し、Ｈは建物の最上階、Ｍは建物の中間階、Ｌは建物の１階を示す。演算部３は、以下に示す建物に適用されている工法に応じた算出方法に基づいて建物の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角を算出する（非特許文献１参照）。

【0024】

建物が鉄筋コンクリート造（RC造）の場合、演算部３は、例えば、式（１）に基づいて、地震発生時の建物に生じる最大応答加速度を算出する。

【数1】

【0025】

演算部３は、例えば、式（２）に基づいて、地震発生時のＲＣ造の建物に生じる最大応答速度を算出する。

【数2】

【0026】

演算部３は、例えば、式（３）に基づいて、地震発生時のRC造の建物に生じる最大層間変形を算出する。

【数3】

【0027】

建物が鉄骨造（S造）の場合、演算部３は、例えば、式（４）に基づいて、地震発生時の建物に生じる最大応答加速度を算出する。

【数4】

【0028】

演算部３は、例えば、式（５）に基づいて、地震発生時のS造の建物に生じる最大応答速度を算出する。

【数5】

【0029】

演算部３は、例えば、式（６）に基づいて、地震発生時のS造の建物に生じる最大層間変形を算出する。

【数6】

【0030】

演算部３は、算出した最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角について、それぞれ1からn 次まで加算した算出結果に基づいて、検討建物の最大応答値を算出する。

【0031】

演算部３は、式（７）に基づいて建物の最上階における最大応答加速度を算出する。

【数7】

【0032】

演算部３は、式（８）に基づいて建物の中間階における最大応答加速度を算出する。

【数8】

【0033】

演算部３は、式（９）に基づいて建物の１階における最大応答加速度を算出する。

【数9】

【0034】

演算部３は、式（１０）に基づいて建物の最上階における最大応答速度を算出する。

【数10】

【0035】

演算部３は、式（１１）に基づいて建物の中間階における最大応答速度を算出する。

【数11】

【0036】

演算部３は、式（１２）に基づいて建物の１階における最大応答速度を算出する。

【数12】

【0037】

演算部３は、式（１３）に基づいて建物の最上階における最大層間変形角を算出する。

【数13】

【0038】

演算部３は、式（１４）に基づいて建物の中間階における最大層間変形角を算出する。

【数14】

【0039】

演算部３は、式（１５）に基づいて建物の１階における最大層間変形角を算出する。

【数15】

【0040】

次に、応答評価装置を用いた応答評価方法について説明する。

【0041】

図３には、応答評価装置１において実行される処理の各工程がフローチャートにより示されている。演算部３は、ユーザにより入力部２を介して入力された高層の建物の１～ｎ次の固有周期Ｔ_１～Ｔ_ｎのデータを取得する（ステップＳ１００）。演算部３は、建物の１～ｎ次固有周期に基づいて、地震波のｉ次の最大加速度及び最大速度を算出する（ステップＳ１０２）。演算部３は、地震波のｉ次の最大加速度及び最大速度に基づいて、建物の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角を算出する（ステップＳ１０４）。

【0042】

次に、応答評価方法に基づいて算出された最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角の算出結果と、多質点系モデルに基づいて算出された地震応答解析結果とを比較した結果について説明する。検討対象となる建物は、１４階建てのＳ造（１４Ｓ）と１８階建てのＳ造（１８Ｓ）である。

【0043】

建物の固有周期は、例えば、２次まで設定され、建物１４Ｓの固有周期Ｔ１、及び建物１８Ｓ、の固有周期Ｔ２は、表１に示されるように設定される。

【表1】

【0044】

表２に示されるように、検証対象である地震波は、過去に観測された地震波のデータに基づいて、大きさを１／２倍にして算出された５波である。演算部３は、入力される各地震波のデータにおける最大加速度及び最大速度を算出する。

【表2】

【0045】

演算部３は、α＝０．３として、地震波データにＴｉ－０．３秒からＴｉ＋０．３秒（ｉ＝１～ｎ）のバンド幅のバンドパスフィルタをかけて積分し、表３に示される各地震波の１次、２次の最大加速度Ａ_{ｍａｘｉ、}最大速度Ｖ_ｍａｘｉを算出する。

【表3】

【0046】

次に、表３の値を用い、式（４）から式（６）に基づいて、建物の１、２次の最上階、中間階、１階の最大応答加速度、最大応答速度、最大層間変形角をそれぞれ算出し、１、２次の最大応答を加算して得られた建物の最大応答値を算出する。

【0047】

図４から図６には、応答評価装置１に基づく計算結果と、多質点系モデルを用いた地震応答解析に基づく計算結果と、従来法（特許文献１参照）に基づく計算結果と、の比較結果が示されている。
従来法では、東日本大震災における回帰式を用い、計測震度から最大地動速度を推定し、Ａ_ｍａｘ／Ｖ_ｍａｘ＝６．２として最大地動速度から最大地動加速度が算出される。図示するように、本発明に係る応答評価方法は、従来法に比して多質点系モデルの地震応答解析結果に近い値で評価できていることが分かる。

【0048】

表4には、１４Ｓと１８Ｓの建物モデルにおける多質点系モデルの地震応答解析結果と応答評価方法（提案法と示す）との間の誤差二乗和が示されている。比較例として、多質点系モデルの地震応答解析結果と従来法との間の誤差二乗和が示されている。建物モデル別にみて、応答評価方法は、全ての応答結果の誤差二乗和が従来法に比して小さく、多質点系モデルの地震応答解析結果に近い値となっていることが確認された。

【表4】

【0049】

上述したように、応答評価装置１によれば、高次モードが卓越する高層建物の応答評価を行うことができる。応答評価装置１によれば、被害推定の対象となる建物の１～ｎ次の固有周期を用いて入力地震波の最大加速度、最大速度を算出し、得られた最大加速度、最大速度から算出した１～ｎ次の最大応答を加算することで、高次モードを考慮した建物応答を評価することができる。

【0050】

上述した演算部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。これらの各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め記憶部４が有するＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。

【0051】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一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。例えば、演算部３は、応答評価装置１だけでなく、ネットワークを介したサーバに設けられていてもよく、演算部は、ネットワークを通じて接続された端末装置から入力データを取得し、この端末装置の出力部に計算結果を表示させてもよい。
ようにしてもよい。

【符号の説明】

【0052】

１ 応答評価装置
２ 入力部
３ 演算部
４ 記憶部
５ 出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】