JP3852873B2

JP3852873B2 - Floor vibration analysis method and apparatus

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Publication number: JP3852873B2
Application number: JP9473397A
Authority: JP
Inventors: 俊雄本間; 泰正加藤; 弘子谷口; 秀雄高畠
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JPH10275172A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の床の振動を解析する方法および装置に関し、特に床の振動に係わる物理的特性を簡易解析法により求める方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビルなどの建物において良好な居住環境を確保する上で、床の振動障害に対する対策が重要である。この対策が不十分な場合には、床上を人が歩行したときや、床上でモータあるいは発電機などを稼働させたとき、大きい振動が階下に伝わって、階下の居住環境が悪化してしまう。また、精密加工機械などが設置される場合には、許容限度を越える振動が機械に伝わり、必要な加工精度を保つことが困難となる。
【０００３】
そのため従来より、建物の設計段階や建物が完成した段階で床振動のチェックが行われていた。
建物の設計段階でのチェックは、概ね次のような作業手順で行われる。すなわち、まず床の固有振動数を計算し、さらに、予想される振動源（歩行する人間やモータなど）に対する床の反応として、床の変位および加速度を計算する。そして、得られた計算結果を、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフ上にプロットして評価し、振動障害の発生を予測する。その後、上記計算結果、グラフ、判定結果などを文書にまとめる。
【０００４】
また、建物の完成後にチェックを行う場合の作業手順は概ね次のようになる。すなわち、まず完成した建物において実測により振動障害の現状を調査し、その調査結果にもとづいて振動障害を減ずるための対策を立案し、さらに予想される振動源に対し、床の変位および加速度応答を計算する。その後、得られた計算結果を、日本建築学会が作成した「居住性能評価基準」のグラフ上にプロットして評価し、振動障害の発生を予測する。その後、上記計算結果、グラフ、判定結果などを文書にまとめる。
いずれの場合にも振動障害の発生が予測されたときは、設計変更や必要な対策を実施し、その後、再度上述の作業を行って振動障害の有無を確認することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなチェックでは上述のように床の固有振動数や、変位および加速度の計算が必要であり、この計算は従来、手計算、簡易解析、有限要素法の３通りの手法のいずれかにより行われていた。
しかし、これらの手法のうち、手計算による方法は、実際の床を忠実に表現した解析モデルを使用することができず、十分な解析精度が得られないため、振動障害の予測結果は精度の低いものとならざるを得ない。そして、境界条件を種々に設定したり、間柱による補強や受動的制振装置を用いて振動制御を行う場合にはほとんど対応できない。なお、受動的制振装置はＴＭＤ（ＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｍｐｅｒ）とも呼ばれている。
【０００６】
これに対して、有限要素法を用いる方法では、実際の床を忠実に表現した解析モデルを使用することができ、非常に高い精度で振動障害を予測することが可能である。また、境界条件を種々に設定したり、間柱による補強や受動的制振装置を用いて振動制御を行う場合にも対応できる。しかし、データの作成や計算結果の評価に膨大な手間と時間がかかるという欠点がある。また、有限要素法に関する専門的な知識が必要なため、建物の構造設計者が自身で作業を行うことは困難なケースも多い。そのため、この方法では多大のコストと時間がかかってしまう。
【０００７】
簡易解析を行う方法は、手計算と有限要素法の中間に位置するもので、具体的にはガラーキン法を応用して床の固有値解析および動的応答解析を行う。この方法では、有限要素法を用いた場合のように高い精度は得られないが、通常必要なレベルの精度は確保でき、有限要素法よりはるかに実用的なコストと時間で解析を行うことができる。
【０００８】
しかし、ガラーキン法による簡易解析では、柱を考慮することができず、梁および壁の設定位置も制約を受ける。また、梁の構造はＲＣ（鉄筋コンクリート）構造とＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造に限られ、境界条件も単純支持と固定支持のみしか設定できない。さらに、受動的制振装置は考慮できず、上下階の床に加わった外力の影響を調べるといった３次元的な解析も不可能である。したがって適用対象が限定されてしまい、この点でかならずしも実用的とはいえない。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、簡易解析法を用いた、適用範囲の広いより実用的な床振動解析方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、建物の床の振動を簡易解析法によりコンピューターを用いて解析する方法において、前記床に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記床に関する物理データを第１のデータ入力手段によって取り込む第１のデータ入力ステップと、前記床を支持する梁に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記梁に関する物理データを第２のデータ入力手段によって取り込む第２のデータ入力ステップと、前記梁を支持する柱に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記柱に関する物理データを第３のデータ入力手段によって取り込む第３のデータ入力ステップと、前記床に加わる外力に関する物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記外力に関する物理データを第４のデータ入力手段によって取り込む第４のデータ入力ステップと、前記第１ないし第４のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データをデータ書き込み手段によって記憶装置に格納するデータ書き込みステップと、前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている、外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を解析手段によって行う解析ステップと、前記解析ステップにおける解析の結果を表示装置に出力手段によって表示する出力ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の床振動解析方法はまた、前記床に関する前記物理的データは、前記床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを含むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記梁に関する前記物理的データは、前記梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記柱に関する前記物理的データは、前記柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記外力に関する前記物理的データは、前記外力が加わる位置のデータを含むことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記記憶装置に格納されている前記外力の時系列データは、人が前記床上で飛び跳ね、歩行、小走り、かかと衝撃動作、ならびにエアロビクス屈伸運動のいずれかを行った場合に前記床に加わる力のデータもしくは任意の周波数・振幅に生成した正弦波のデータであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の床振動解析方法はまた、前記床上に装着された受動的制振装置に関する前記物理的データが操作者の操作によって入力されると、前記受動的制振装置に関する前記物理的データを第５のデータ入力手段によって取り込む第５のデータ入力ステップをさらに含み、前記データ書き込みステップでは、前記第１ないし第４のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データと共に、前記第５のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データを前記データ書き込み手段によって前記記憶装置に格納し、前記解析ステップでは、前記第５のデータ入力ステップで取り込んだ前記物理的データをも用いて床振動に係わる前記解析を前記解析手段によって行うことを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記受動的制振装置に関する前記物理的データは、前記受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の床振動解析方法はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記解析を行って、前記床の固有振動周波数を算出することを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記解析を行って、前記床の動的応答特性を求めることを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記床の動的応答特性として前記床の変位を算出することを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記床の動的応答特性として前記床の加速度を算出することを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記解析ステップでは、前記解析手段によって前記床の動的応答特性として前記床の最大変位および最大加速度のうちのいずれか一方または両方を算出することを特徴とする。
本発明の床振動解析方法はまた、前記床に加わる前記外力は上階または下階から柱を通じて加わる力であることを特徴とする。
【００１４】
本発明はまた、建物の床の振動を簡易解析法により解析する装置において、前記床に関する物理的データを取り込む第１のデータ入力手段と、前記床を支持する梁に関する物理的データを取り込む第２のデータ入力手段と、前記梁を支持する柱に関する物理的データを取り込む第３のデータ入力手段と、前記床に加わる外力に関する物理的データを取り込む第４のデータ入力手段と、前記第１ないし第４のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データを記憶装置に格納するデータ書き込み手段と、前記記憶装置に格納されている前記物理的データと、前記記憶装置に予め格納されている、外力の時系列データとにもとづき、前記簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う解析手段と、前記解析手段による解析の結果を表示装置に表示する出力手段とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の床振動解析装置はまた、前記床に関する前記物理的データが、前記床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを含み、前記梁に関する前記物理的データが、前記梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記柱に関する前記物理的データが、前記柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを含み、前記外力に関する前記物理的データが、前記外力が加わる位置のデータを含み、前記記憶装置に格納されている前記外力の時系列データが、人が前記床上で飛び跳ね、歩行、小走り、かかと衝撃動作、ならびにエアロビクス屈伸運動のいずれかを行った場合に前記床に加わる力のデータであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の床振動解析装置はまた、前記床上に装着された受動的制振装置に関する前記物理的データを取り込む第５のデータ入力手段をさらに含み、前記データ書き込み手段は、前記第１ないし第４のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データと共に、前記第５のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データを前記記憶装置に格納し、前記解析手段は、前記第５のデータ入力手段が取り込んだ前記物理的データをも用いて床振動に係わる前記解析を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明の床振動解析方法では、第１ないし第４のデータ入力ステップで、床、床を支持する梁、梁を支持する柱、床に加わる外力のぞれぞれに関する物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、第１ないし第４のデータ入力ステップで取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。そして、解析ステップで、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う。出力ステップでは、その解析結果を表示装置に表示する。
【００１８】
また、本発明の床振動解析装置では、第１ないし第４のデータ入力手段が、床、床を支持する梁、梁を支持する柱、床に加わる外力のぞれぞれに関する物理的データを取り込み、データ書き込み手段は、第１ないし第４のデータ入力手段が取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。そして、解析手段は、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う。出力手段は、その解析結果を表示装置に表示する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１は本発明による床振動解析装置の一例を示す機能ブロック図、図２は図１の床振動解析装置を構成するパーソナルコンピュータを示す構成図、図３は、図１の床振動解析装置の動作を示すフローチャートである。以下ではこれらの図を参照して本発明の床振動解析装置の実施例について説明し、同時に本発明の床振動解析方法の実施例について説明する。
【００２０】
本実施例の床振動解析装置は具体的には図２に示したパーソナルコンピュータ２（以下、パソコン２ともいう）により構成され、このパソコン２は、ＣＰＵ４と、不図示のインターフェース回路などを通じてＣＰＵ４に接続されたメモリ６、ハードディスク装置８、ＣＲＴモニタ１０、キーボード１２、マウス１４、ならびにプリンタ１６などにより構成されている。そして、実施例の床振動解析装置の主要な機能な、ハードディスク装置８に格納されている所定のプログラムデータを上記メモリ６にロードし、ＣＰＵ４にそのプログラムデータにもとづいて動作させることで実現される。なお、本発明に係わる記憶装置は、上記メモリ６およびハードディスク装置８により構成されている。
【００２１】
図１に示すように、実施例の床振動解析装置１８は、機能的には、第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８、データ書き込み手段３０、記憶装置１９、解析手段３２、ならびに出力手段３４により構成されている。
第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８は、本実施例では対話形式で、床振動の解析に必要な種々の物理的データ（以下、単にデータともいう）を操作者（通常は設計者）の操作にもとづいて順次取り込む。各データ入力手段は具体的には以下のデータをそれぞれ取り込む。
【００２２】
第１のデータ入力手段２０は、床に関するデータとして、床の縦および横の長さと、厚さと、ヤング係数およびポアソン比、あるいは曲げ剛性と、単位体積重量の各データを取り込む。
第２のデータ入力手段２２は、梁に関するデータとして、梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを取り込む。
第３のデータ入力手段２４は、柱に関するデータとして、柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを取り込む。
第４のデータ入力手段２６は、外力に関するデータとして、外力が加わる位置のデータを取り込む。
第５のデータ入力手段２８は、受動的制振装置に関するデータとして、受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを取り込む。
これらのデータ入力手段により上述した各種のデータが具体的にどのように入力されるかについては後にさらに詳しく説明する。
【００２３】
データ書き込み手段３０は、第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８が取り込んだ各種のデータをメモリ６の所定領域にそれぞれ格納する。
【００２４】
解析手段３２は、データ書き込み手段３０によりメモリ６に格納された上記データと、ハードディスク装置８に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析として、固有値解析と動的応答解析とを行う。
なお、上記外力の時系列データとしては、本実施例では人が床上で飛び跳ね運動を行った場合に床に加わる力のデータが、予めハードディスク装置８に格納されている。図５の（Ａ）は、人が床上で飛び跳ね運動を行った場合に床に加わる外力データをプロットしたグラフである。図中、横軸は時間を表し、縦軸は力の強さを表している。
出力手段３４は、解析手段３２による固有値解析と動的応答解析の結果を、後に詳しく説明するようにＣＲＴモニタ１０に表示し、またプリンタ１６に出力する。
【００２５】
次にこのように構成された床振動解析装置１８の動作について、図３のフローチャートを参照しつつ詳しく説明する。
まず、第１のデータ入力手段２０は、対話形式で床（スラブ）に関するデータを取り込むため、ＣＲＴモニタ１０の画面に、データを入力するためのウインドウを表示する（ステップＳ１）。図４はこの床に関するデータを入力するためのウインドウを示す説明図である。
【００２６】
第１のデータ入力手段２０は、ウインドウ３６内に、各データを入力するための７つの矩形の領域を表示し、各領域の近傍にはデータの名称など、データに係わる文字や記号を表示する。
領域３８、４０はそれぞれＸおよびＹ方向の床の長さを入力するための領域である。領域３８、４０に近接して表示された矩形図形４２は床を表し、矢印４４、４６はＸおよびＹの各方向を示している。Ｘ方向の床の長さを入力するための領域３８は矩形図形４２の上に配置され、領域３８の右側には単位を表す“ｍ”の文字が近接して表示されている。一方、Ｙ方向の床の長さを入力するための領域４０は矩形図形４２の左側に配置され、領域４０の右側には単位を表す“ｍ”の文字が近接して表示されている。
【００２７】
領域４８は床（スラブ）の厚さを入力するための領域であり、領域４８の左側にはこのデータの名称“スラブ厚”が近接して表示され、右には単位“ｃｍ”が近接して表示されている。
領域５０、５２はそれぞれＸおよびＹ方向のヤング係数または曲げ剛性を入力するための領域である。各領域の左側には方向を示す“Ｘ方向”および“Ｙ方向”が表示され、各領域の右側には単位を表す“ｔ／ｃｍ² ”が表示されている。
領域５０、５２は枠線５４により囲まれており、枠線５４内の上部にはヤング係数と曲げ剛性のいずれかを選択するための円形の小領域５６、５８が表示され、各小領域５６、５８の右側には“ヤング係数”および“曲げ剛性”がそれぞれ表示されている。
枠線５４の下側にはそれぞれポアソン比と単位体積重量を入力するための領域６０、６２が表示され、各領域６０、６２の左側には“ポアソン比”および“単位体積重量”がそれぞれ表示されている。そして領域６２の右側には単位を示す“ｔ／ｍ³ ”が表示されている。
【００２８】
このような表示に対して操作者は必要なデータを順次入力していく。例えばＸ方向の床の長さを入力するときは、領域３８をまずマウス１４によりクリックする。すなわち、ＣＲＴモニタ１０の画面に表示された不図示のマウスカーソルを、マウス１４を操作して領域３８内に移動させ、例えばマウス１４の左ボタンを１度押す。これにより領域３８内に文字入力のためのカーソルが表示され、操作者はキーボード１２を操作して、Ｘ方向の床の長さのデータを入力する。第１のデータ入力手段２０はこのデータの各数字や文字が入力されるごとに、それらを順次、領域３８内に表示する。その結果、入力が完了した段階で、領域３８には、例えば図４に示したように“９．００Ｅ＋０”と表示される。次に、Ｙ方向の床の長さを入力する場合には、操作者は領域４０をマウス１４によりクリックする。その結果、領域４０内に文字入力のためのカーソルが表示され、操作者はキーボード１２を操作して、例えば“６．００Ｅ＋０”と入力する。
操作者はこのような操作を他のデータ入力領域に関しても順次実行し、必要なデータを入力していく。なお、ヤング係数と曲げ剛性に関してはいずれかを選択するようになっており、操作者はヤング係数を入力する場合には小領域５６をクリックした上で、一方、曲げ剛性を入力する場合には小領域５８をクリックした上で領域５０、５２にそれぞれヤング係数または曲げ剛性のデータを入力する。
【００２９】
図４の例では、一例として、ＸおよびＹ方向の床の長さとしてはそれぞれ９ｍおよび６ｍが入力され、スラブ厚は１２ｃｍ、ヤング係数はＸおよびＹ方向共に２．１０＋２ｔ／ｃｍ² 、ポアソン比は０．１７、単位体積重量は２．４ｔ／ｃｍ³ が入力されている。
【００３０】
操作者は、このような床に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、設定ボタン６４をクリックする。その結果、第１のデータ入力手段２０はウインドウ３６の表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ２）。
【００３１】
また、設定ボタン６４がクリックされたことで、第２のデータ入力手段２２が起動され、第２のデータ入力手段２２は、梁に関するデータを入力するためのウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ３）。
このウインドウも基本的には、図４に示した床に関するデータを入力するためのウインドウ３６と同様の構成となっており、ウインドウ内には梁の位置と、構造の種別と、断面寸法と、ヤング係数と、ポアソン比と、単位体積重量と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示される。
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第２のデータ入力手段２２はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
【００３２】
操作者は、梁に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第２のデータ入力手段２２はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された梁に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ４）。
【００３３】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第３のデータ入力手段２４が起動され、第３のデータ入力手段２４は、柱に関するデータを入力するためのウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ５）。
このウインドウも基本的には、図４に示した床に関するデータを入力するためのウインドウ３６と同様の構成となっており、ウインドウ内には柱の位置と、鉛直バネ剛性と、回転バネ剛性の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示される。
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第３のデータ入力手段２４はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
【００３４】
操作者は、柱に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第３のデータ入力手段２４はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された柱に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ６）。
【００３５】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第４のデータ入力手段２６が起動され、第４のデータ入力手段２６は、外力に関するデータを入力するための、上記ウインドウ３６と同種のウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ７）。このウインドウ内には外力が加わる位置の座標値のデータを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍には座標の名称および単位がそれぞれ表示される。
【００３６】
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、ＸおよびＹの座標値のデータを入力する。そして第４のデータ入力手段２６はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
操作者は、外力に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第４のデータ入力手段２６はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された外力に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ８）。
【００３７】
また、設定ボタンがクリックされたことで、第５のデータ入力手段２８が起動され、第５のデータ入力手段２８は、受動的制振装置に関するデータを入力するための、ウインドウ３６と同種のウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示する（ステップＳ９）。このウインドウ内には受動的制振装置の位置と、バネ剛性と、重量と、減衰定数の各データを入力するための領域が表示され、それらの領域の近傍にはデータの名称や単位などがそれぞれ表示されている。
【００３８】
操作者はこのウインドウに対し、上述の場合と同様に、各データ入力領域ごとに、まず領域内をクリックすることで文字入力のためのカーソルをその領域内に表示させ、キーボード１２を操作して必要なデータを入力していく。そして第５のデータ入力手段２８はデータが入力されると、そのつど入力されたデータを各領域に表示する。
操作者は、受動的制振装置に関するデータの入力を完了すると、表示されたデータに間違いがなければ、ウインドウ内に表示された設定ボタンをクリックする。その結果、第５のデータ入力手段２８はウインドウの表示を解消し、一方、データ書き込み手段３０が起動され、入力された受動的制振装置に関する各データをメモリ６の所定領域に格納する（ステップＳ１０）。
なお、床に受動的制振装置を装備しない場合には、受動的制振装置に関するデータは無論不要であるから、第５のデータ入力手段２８によるデータの入力は不要であり、操作者はこれに関するデータの入力操作を行う必要がない。
【００３９】
以上のように解析に必要なデータの入力が完了すると、解析手段３２は、上述のようにデータ書き込み手段３０によりメモリ６に格納された上記データと、ハードディスク装置８に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、固有値解析と動的応答解析とを行う（ステップＳ１１）。ここで、解析手段３２は、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用い、したがって、未定係数を含む床の形状関数により床の変形を定義し、エネルギ最小原理からその未定係数を決定する。
解析手段３２は、固有値解析において、床の１次固有振動数を算出し、さらに、床が１次振動モードで振動した場合の、床上の各位置における変位の大きさを算出する。一方、動的応答解析では、図５に示した飛び跳ね運動による外力が床に加わった場合の床の動的応答特性を算出する。この動的応答特性としては、床の変位と加速度の両方を算出し、さらに、最大変位と、最大加速度を求める。
【００４０】
その後、出力手段３４は、解析手段３２による固有値解析と動的応答解析の結果をＣＲＴモニタ１０に表示する（ステップＳ１２）。
ここで、出力手段３４は、操作者による指示にもとづいて、解析結果を評価画面、モード図、ならびに時系列グラフのいずれかの形で表示する。そのため、出力手段３４は、まずＣＲＴモニタ１０の画面に出力選択のためのウインドウを表示し、そのウインドウ内に、評価画面、モード図、ならびに時系列グラフのそれぞれに対応するボタンを、それぞれ“評価画面”、“モード図”、ならびに“時系列グラフ”の表示と共に表示する。
【００４１】
これに対して、操作者はマウス１４を操作してマウスカーソルをいずれかのボタン上に配置し、クリックすることで、所望の解析結果をＣＲＴモニタ１０の画面に表示させることができる。
図６は、評価画面の表示を示す説明図である。操作者が評価画面のボタンをクリックすると、出力手段３４はＣＲＴモニタ１０の画面に解析結果を表示するためのウインドウ６６を表示し、そのウインドウ６６内に固有振動数や、評価のためのグラフを表示する。
【００４２】
出力手段３４はこのウインドウ６６内の左上の箇所に、数値を表示するための３つの領域６８、７０、７２を確保し、各領域の左側にはそれぞれ“最大変位”、“最大加速度”、“１次固有振動数”の語句を表示する。また、各領域の右側にはそれぞれの単位“μｍ”、“ｃｍ／ｓ² ”、“Ｈｚ”を表示する。そして、各領域６８、７０、７２内に、解析手段３２が求めた床の上記最大変位、最大加速度、１次固有振動数をそれぞれ表示する。
【００４３】
日本建築学会は、振動の種類や、建物の用途に応じて、床の変位および加速度に関して種々の評価基準を設定している。ウインドウ６６内に出力手段３４が表示した２種類のグラフ７４、７６は、この評価基準にもとづいて、解析した床の振動を評価するためのものである。
グラフ７４は、床振動の変位振幅に関するものであり、横軸が周波数、縦軸が変位量を表し、いずれも対数目盛となっている。このグラフには６本の基準曲線が描かれており、各曲線が各評価基準Ｖ−０．７５、Ｖ−１．５、Ｖ−３、Ｖ−５、Ｖ−１０、Ｖ−３０に対応している。なお、各基準は、数値が小さいほど厳しく、許容される変位振幅および加速度振幅は小さくなっている。
一方、グラフ７６は、床振動の加速度振幅に関するものであり、横軸が周波数、縦軸が加速度を表し、いずれも対数目盛となっている。このグラフにも６本の基準曲線が描かれており、各曲線が各評価基準Ｖ−０．７５、Ｖ−１．５、Ｖ−３、Ｖ−５、Ｖ−１０、Ｖ−３０に対応している。
【００４４】
出力手段３４はウインドウ６６内の上部の箇所に、選択操作領域７８を確保し、ここに各評価基準を選択するためのボタン８０をマトリクス状に表示し、その周囲に“振動種別１”や“住居”といった関連情報を表示する。各ボタン８０には評価基準を表す“Ｖ−０．７５”や“Ｖ１．５”などが表示され、そしてボタン８０の列は振動の種別（振動種別１〜３）とランク（ランク１〜３）とに対応し、行は建物の用途に対応している。
ここで振動の種別とは、解析手段３２が動的応答解析を行う際に、どのような振動外力を床に与えるか表しており、振動種別１は連続または断続的な振動、振動種別２は減衰率の低い衝撃振動、振動種別３は減衰率の高い衝撃振動となっている。
また、ランクは各評価基準を、振動種別および建物の用途ごとに分類するためのもので、ランク１が最も厳しく、ランク３が最も緩やかな評価基準となっている。
【００４５】
操作者はこの選択操作領域７８を見て必要な評価基準を選択し、マウス１４を操作してボタン８０をクリックする。出力手段３４は特定のボタン８０がクリックされると、そのボタン８０に対応する評価基準の曲線を他の曲線とは異なるより目立つ色で表示する。図６の例では、振動種別１のランク２の列に配置された評価基準Ｖ−３のボタン８０がクリックされており、出力手段３４は、グラフ７４、７６において、この評価基準Ｖ−３に対応する各曲線を他とは異なる色で表示する。
【００４６】
そして、出力手段３４は、グラフ７４において、上記領域７２に表示した１次固有振動数の位置を通る仮想垂直線と、上記領域６８に表示した最大変位の位置を通る仮想水平線との交点の位置に、マーク８２を表示する。また、グラフ７６において、上記領域７２に表示した１次固有振動数の位置を通る仮想垂直線と、上記領域７０に表示した最大加速度の位置を通る仮想水平線との交点の位置に、マーク８４を表示する。
図６の例では、マーク８２、８４は共に評価基準Ｖ−３の各曲線より上に表示されているので、基準を満たしておらず、何らかの対策が必要であることを示している。
【００４７】
出力手段３４はまた、選択されたボタン８０に対応する振動種別、ランク、ならびに建物の用途を、それぞれウインドウ６６内の領域７２の下方に表示する。さらに、それにつづけて、上記１次固有振動数における各評価基準Ｖ−３の曲線の値をそれぞれ“基準変位”および“基準加速度”として単位“μｍ”、“ｃｍ／ｓ² ”と共に表示する。また、これらの基準変位および基準加速度と、上記最大変位および最大加速度との差を、それぞれ“超過変位”および“超過加速度”として表示する。
出力手段３４はさらに、図６の例では上述のように解析結果が基準を満たしていないので、ウインドウ６６の左下の箇所に、そのことを表す雲の図８６を表示する。なお、解析結果が基準を満たしているときは、出力手段３４はこの雲の図８６に代って不図示の太陽の図を表示する。
【００４８】
このように、上述した出力を選択するウインドウにおいて操作者が評価画面のボタンをクリックすると、ウインドウ６６に、解析手段３２が算出した１次固有振動数や、最大変位、最大加速度などの数値が表示され、さらに、解析結果を評価するためのグラフ７４、７６などが表示される。操作者はこれらの表示により、解析結果を容易に評価することができる。
【００４９】
一方、操作者が、上述した出力を選択するウインドウにおいてモード図のボタンをクリックすると、出力手段３４は、ウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、そのウインドウ内にモード図を表示する。
図７は、このウインドウ内に表示されたモード図を示す説明図である。図中、矩形８８が解析対象の床を表し、矩形８８の内側の各格子点上に、床振動に伴う変位の大きさを表すマーク９０が表示されている。出力手段３４はこれらのマーク９０の大きさを、解析手段３２が固有値解析の結果算出した、床上の各位置における変位の大きさにもとづいて設定する。大きいマーク９０ほど大きい変位を表し、また、白抜きのマーク９２は位相が反転していることを表している。図７の例では、床の中央で最も変位が大きくなっており、また、矩形８８内にマーク９２は表示されていないので、位相が反転している箇所はないことがわかる。
【００５０】
また、操作者が、上述した出力を選択するウインドウにおいて時系列グラフのボタンをクリックすると、出力手段３４は、ウインドウをＣＲＴモニタ１０の画面に表示し、そのウインドウ内に時系列グラフを表示する。
図８は、このウインドウ内に表示された時系列グラフを示す説明図である。
このウインドウには２つのグラフ９４、９６が表示されており、グラフ９４は床振動の変位を示し、グラフ９６は加速度を示している。両グラフの横軸は共に時間を表し、グラフ９４の縦軸は変位、グラフ９６の縦軸は加速度を表している。出力手段３４は、解析手段３２が動的応答解析により求めた床の変位と加速度とにもとづいて、床の変位および加速を表す曲線をグラフ９４、９６上にそれぞれ表示する。
なお、出力手段３４は、操作者の指示にしたがって、ＣＲＴモニタと同じ内容の評価画面、モード図、ならびに時系列グラフをプリンタ１６に出力する。操作者はこの出力結果により、報告書などをまとめることができる。
【００５１】
以上説明したように本実施例の床振動解析装置１８では、簡易解析としてレーリーリッツ法を用いて床振動に関わる解析を行うので、未定係数を含む床の形状関数により床の変形を定義し、エネルギ最小原理からその未定係数を決定することになる。その中で、柱、梁、壁を任意の位置に任意の数量を設定できるようにしているため、実際の床により近い解析モデルを設定して解析を行うことができる。
そのため、柱を考慮することができ、梁および壁も任意の位置に設定できる。また、梁の構造はＲＣ構造とＳＲＣ構造に加えてＳ構造にも対応でき、境界条件も単純支持および固定支持だけでなく、自由端およびこれらの中間の任意の固定度に設定することができる。さらに、受動的制振装置を考慮することも可能である。
したがって適用範囲が広く、極めて実用的な床振動の解析を行える。
そして、解析は十分に短い時間で行え、さらに、各種の物理的データの入力も容易であるから、解析の結果、対策が必要となった場合には、柱を新たに追加してみるとか、梁を太くしてみるといった試行錯誤を容易に行うことができる。
【００５２】
以上、本発明の実施例について説明したが、これはあくまでも一例であり、本発明はこの例に限定されることなく種々の形態で実施することができる。
例えば床振動解析装置１８の応用として、床振動の３次元的な解析を行うことも可能である。以下、これについて説明する。
図９は、床振動の３次元的な解析を説明するための概略斜視図である。
このモデルでは、２階床１０２の四隅に柱９８が立設され、その上に３階床１００が形成されている。図９において、３階床１００に外力Ａが作用したとき、その影響が２階床１０２にどのように現れるかを解析する場合を例に説明する。
まず、３階床１００を対象に、外力Ａに対する動的応答解析を行う。すなわち、３階床１００に関する各種の物理的データを、第１ないし第５のデータ入力手段２０，２２，２４，２６，２８により上述のように入力し、解析手段３２に、それらの物理的データと、予めハードディスク装置８に格納した外力Ａのデータとにもとづいて動的応答解析を行わせる。
【００５３】
次に、この解析結果にもとづいて、３階床１００を支える柱９８に作用する力Ｂを算出する。そして、この力Ｂを外力として上記ハードディスク装置８に格納しておき、また、２階床１０２に関する各種の物理的データを入力した上で、今度は、２階床１０２を対象に、力Ｂという外力が２階床１０２の四隅に作用した場合の動的応答解析を解析手段３２に行わせる。その結果、３階床１００に外力Ａが作用した場合の影響が２階床１０２にどのように現れるかを解析することができ、２階床１０２に振動障害が生じるか否かを確かめることができる。
この例では、下階に対する上階の床振動の影響を解析したが、上階に対する下階の床振動の影響を解析することも基本的に同じ手順で行うことができる。
したがって、本実施例の床振動解析装置１８により、上階または下階の床に加わった外力の影響を調べるといった３次元的な解析も可能である。
【００５４】
また、上記実施例では、外力が、飛び跳ね運動により床に加わる力であるとしたが、これ以外にも、人が床上で歩行、小走り、かかと衝撃動作、エアロビクス屈伸運動などを行った場合に床に加わる力のデータを予めハードディスク装置８に格納しておき、必要に応じて選択することで、これらの外力に対する動的応答解析を行うことができる。図５の（Ｂ）ないし（Ｅ）は、図５の（Ａ）に相当するグラフであり、人が床上で歩行、小走り、かかと衝撃動作、エアロビクス屈伸運動を行った場合に床に加わる力をそれぞれ示すグラフである。
【００５５】
また、床上にモータや発電機を駆動源とする機器を設置した場合には、床の振動波形は概ね正弦波となるので、この場合の動的応答解析を行うには、波形が正弦波である外力のデータを用いればよい。したがって、このような外力のデータを予め準備してハードディスク装置８に格納しておくか、あるいは、必要なときに、例えば図１に示すように正弦波生成手段３５を設け、この正弦波生成手段３５により所望の周波数・振幅を任意に設定してｓｉｎ波データを生成し、このｓｉｎ波データを解析手段３２に入力することで、モータや発電機の振動による床への影響を解析することができる。
【００５６】
また、強さの異なる種々の外力を用いる場合には、強さの異なる外力のデータを準備してハードディスク装置８に格納しておけばよいが、これ以外にも、１種類の強さの外力データだけを準備しておき、例えば第４のデータ入力手段２６により、例えば係数を入力する構成として、入力された係数を外力データに乗じて外力の強さを種々に設定するようにしてもよい。
さらに、上記実施例では解析手段３２は、１次の固有振動数を算出するとしたが、より高次の固有振動数をも算出する構成とすることも容易である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の床振動解析方法では、第１ないし第４のデータ入力ステップで、床、床を支持する梁、床を支持する柱、床に加わる外力のぞれぞれに関する物理的データを取り込み、データ書き込みステップでは、第１ないし第４のデータ入力ステップで取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。そして、解析ステップで、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う。出力ステップでは、その解析結果を表示装置に表示する。
【００５８】
また、本発明の床振動解析装置では、第１ないし第４のデータ入力手段が、床、床を支持する梁、梁を支持する柱、床に加わる外力のぞれぞれに関する物理的データを取り込み、データ書き込みステップは、第１ないし第４のデータ入力手段が取り込んだ物理的データを記憶装置に格納する。そして、解析手段は、記憶装置に格納されている上記物理的データと、記憶装置に予め格納されている外力の時系列データとにもとづき、簡易解析法としてレイリーリッツ法を用いて床振動に係わる解析を行う。出力手段は、その解析結果を表示装置に表示する。
【００５９】
このように本説明では、簡易解析としてレーリーリッツ法を用いて床振動に関わる解析を行うので、未定係数を含む床の形状関数により床の変形を定義し、エネルギ最小原理からその未定係数を決定することになる。その中で、柱、梁、壁を任意の位置に任意の数量を設定できるようにしているため、実際の床により近い解析モデルを設定して解析を行うことができる。
そのため、柱を考慮することができ、梁および壁も任意の位置に設定できる。また、梁の構造はＲＣ構造とＳＲＣ構造に加えてＳ（鉄骨）構造にも対応でき、境界条件も単純支持および固定支持だけでなく、自由端およびこれらの中間の任意の固定度に設定することができる。さらに、受動的制振装置を考慮でき、上下階の床に加わった外力の影響を調べるといった３次元的な解析も可能である。
したがって適用範囲が広く、極めて実用的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による床振動解析装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の床振動解析装置を構成するパーソナルコンピュータを示す構成図である。
【図３】図１の床振動解析装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】床に関するデータを入力するためのウインドウを示す説明図である。
【図５】（Ａ）ないし（Ｅ）は、人が床上で飛び跳ね運動などを行った場合に床に加わる外力データをプロットしたグラフである。
【図６】評価画面の表示を示す説明図である。
【図７】ウインドウ内に表示されたモード図を示す説明図である。
【図８】ウインドウ内に表示された時系列グラフを示す説明図である。
【図９】床振動の３次元的な解析を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
２パーソナルコンピュータ（パソコン）
４ＣＰＵ
６メモリ
８ハードディスク装置
１０ＣＲＴモニタ
１２キーボード
１４マウス
１６プリンタ
１８床振動解析装置
１９記憶装置
２０第１のデータ入力手段
２２第２のデータ入力手段
２４第３のデータ入力手段
２６第４のデータ入力手段
２８第５のデータ入力手段
３０データ書き込み手段
３２解析手段
３４出力手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for analyzing floor vibration of a building, and more particularly to a method and apparatus for obtaining physical characteristics related to floor vibration by a simple analysis method.
[0002]
[Prior art]
In order to secure a good living environment in a building such as a building, it is important to take measures against floor vibration disturbances. When this measure is insufficient, when a person walks on the floor or operates a motor or a generator on the floor, a large vibration is transmitted to the downstairs and the downstairs living environment deteriorates. In addition, when a precision processing machine or the like is installed, vibration exceeding the allowable limit is transmitted to the machine, and it becomes difficult to maintain necessary processing accuracy.
[0003]
Therefore, conventionally, floor vibration has been checked at the stage of building design or at the stage of completion of the building.
Checks at the building design stage are generally performed in the following procedure. That is, first, the natural frequency of the floor is calculated, and further, the displacement and acceleration of the floor are calculated as a response of the floor to an expected vibration source (such as a walking human or a motor). Then, the obtained calculation results are plotted and evaluated on a “living performance evaluation standard” graph created by the Architectural Institute of Japan to predict the occurrence of vibration disturbances. Then, the calculation results, graphs, determination results, etc. are compiled into a document.
[0004]
The work procedure for checking after the building is completed is as follows. That is, first of all, the actual state of vibration disturbance is investigated in the completed building, and measures are taken to reduce the vibration disturbance based on the result of the investigation. Further, the floor displacement and acceleration response to the expected vibration source are calculated. calculate. After that, the obtained calculation results are evaluated by plotting them on a “living performance evaluation standard” graph created by the Architectural Institute of Japan and predicting the occurrence of vibration disturbances. Then, the calculation results, graphs, determination results, etc. are compiled into a document.
In any case, when the occurrence of a vibration fault is predicted, design changes and necessary countermeasures are performed, and then the above-described operation is performed again to confirm the presence or absence of the vibration fault.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, such a check requires calculation of the natural frequency of the floor, displacement and acceleration as described above, and this calculation has conventionally been performed by any of the three methods of manual calculation, simple analysis, and finite element method. It was done by.
However, among these methods, the manual calculation method cannot use an analysis model that faithfully represents the actual floor and cannot obtain sufficient analysis accuracy. It must be low. And it can hardly cope with the case where various boundary conditions are set, or when vibration control is performed using reinforcement by a space pillar or a passive vibration control device. The passive vibration damping device is also referred to as TMD (Tuned Mass Damper).
[0006]
On the other hand, in the method using the finite element method, an analysis model that faithfully represents an actual floor can be used, and vibration disturbance can be predicted with very high accuracy. In addition, it is possible to cope with various boundary conditions, vibration control using reinforcement by a spacer or a passive vibration control device. However, there is a drawback that it takes enormous effort and time to create data and evaluate the calculation results. In addition, since specialized knowledge about the finite element method is required, it is often difficult for a building structural designer to perform the work himself. For this reason, this method requires a great deal of cost and time.
[0007]
The simple analysis method is located between manual calculation and the finite element method. Specifically, the Galerkin method is applied to perform floor eigenvalue analysis and dynamic response analysis. With this method, high accuracy cannot be obtained as with the finite element method, but usually the required level of accuracy can be ensured, and analysis can be performed at a much more practical cost and time than the finite element method. it can.
[0008]
However, in the simple analysis by the Galerkin method, columns cannot be taken into account, and the setting positions of beams and walls are also restricted. The beam structure is limited to RC (steel reinforced) structure and SRC (steel reinforced concrete) structure, and only simple support and fixed support can be set as boundary conditions. Furthermore, passive vibration control devices cannot be considered, and three-dimensional analysis such as examining the influence of external forces applied to the floors above and below is impossible. Therefore, the application object is limited, and it cannot be said that it is always practical in this respect.
[0009]
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a more practical floor vibration analysis method and apparatus having a wide application range using a simple analysis method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention uses a simple analysis method for vibration of a building floor. Using computer In the method of analyzing, physical data about the floor Is input by an operator's operation, physical data relating to the floor is input by the first data input means. A first data input step to capture and physical data relating to the beam supporting the floor Is input by the operator's operation, the physical data related to the beam is input by the second data input means. A second data input step to capture and physical data relating to the column supporting the beam Is input by the operator's operation, the physical data relating to the pillar is input by the third data input means. Third data input step to be taken in and physical data relating to external force applied to the floor Is input by the operator's operation, the physical data related to the external force is input by the fourth data input means. A fourth data input step to be fetched, and the physical data fetched in the first to fourth data input steps. By data writing means Based on the data writing step for storing in the storage device, the physical data stored in the storage device, and the time series data of external force stored in the storage device in advance, Rayleigh Ritz as the simple analysis method Analysis related to floor vibration By analysis means The analysis step to be performed and the result of the analysis in the analysis step on the display device By output means And an output step for displaying.
[0011]
In the floor vibration analysis method of the present invention, the physical data relating to the floor includes data on length and width of the floor, thickness, Young's modulus and Poisson's ratio, or bending rigidity, and unit volume weight. It is characterized by including.
In the floor vibration analysis method of the present invention, the physical data relating to the beam includes the beam position, the structure type, the cross-sectional dimension, the Young's modulus, the Poisson's ratio, the unit volume weight, and the vertical spring stiffness. And rotation spring stiffness data.
The floor vibration analysis method of the present invention is also characterized in that the physical data relating to the column includes data on the position of the column, vertical spring stiffness, and rotation spring stiffness.
The floor vibration analysis method of the present invention is also characterized in that the physical data relating to the external force includes data of a position to which the external force is applied.
According to the floor vibration analysis method of the present invention, the time series data of the external force stored in the storage device may be one of jumping on the floor, walking, running, heel impact operation, and aerobics flexion / extension motion. Data of the force applied to the floor or sine wave data generated at an arbitrary frequency / amplitude.
[0012]
The floor vibration analysis method of the present invention also provides the physical data relating to the passive vibration control device mounted on the floor. Is input by an operator's operation, the physical data relating to the passive vibration damping device is input by a fifth data input means. A fifth data input step to be fetched; and in the data write step, the physical data fetched in the fifth data input step together with the physical data fetched in the first to fourth data input steps. The By the data writing means In the analysis step, the analysis relating to floor vibration is stored using the physical data stored in the storage device and captured in the fifth data input step. By the analysis means It is characterized by performing.
The floor vibration analysis method of the present invention is also characterized in that the physical data relating to the passive damping device includes data of position, spring stiffness, weight, and damping constant of the passive damping device. And
[0013]
The floor vibration analysis method of the present invention also includes the analysis step. By the analysis means The natural vibration frequency of the floor is calculated by performing the analysis.
The floor vibration analysis method of the present invention also includes the analysis step. By the analysis means A dynamic response characteristic of the floor is obtained by performing the analysis.
The floor vibration analysis method of the present invention also includes the analysis step. By the analysis means The displacement of the floor is calculated as the dynamic response characteristic of the floor.
The floor vibration analysis method of the present invention also includes the analysis step. By the analysis means The floor acceleration is calculated as the dynamic response characteristic of the floor.
The floor vibration analysis method of the present invention also includes the analysis step. By the analysis means One or both of a maximum displacement and a maximum acceleration of the floor are calculated as the dynamic response characteristics of the floor.
The floor vibration analysis method of the present invention is also characterized in that the external force applied to the floor is a force applied through a column from an upper floor or a lower floor.
[0014]
The present invention is also a device for analyzing vibration of a floor of a building by a simple analysis method, wherein a first data input means for capturing physical data relating to the floor and a second data for capturing physical data relating to a beam supporting the floor. Data input means, third data input means for fetching physical data relating to the columns supporting the beam, fourth data input means for fetching physical data relating to external force applied to the floor, and the first to first data inputs. Data writing means for storing the physical data captured by the data input means 4 in a storage device, the physical data stored in the storage device, and an external force stored in advance in the storage device Analyzing means for analyzing floor vibration using the Rayleigh-Ritz method as the simple analysis method based on the series data; Characterized in that it comprises an output means for displaying the result on a display device.
[0015]
The floor vibration analysis apparatus of the present invention is also configured such that the physical data relating to the floor includes data on the length and width of the floor, thickness, Young's modulus and Poisson's ratio, or bending rigidity, and unit volume weight. The physical data relating to the beam includes data on the beam position, structure type, cross-sectional dimensions, Young's modulus, Poisson's ratio, unit volume weight, vertical spring stiffness, and rotational spring stiffness. The physical data regarding the column includes data on the position of the column, vertical spring stiffness, and rotational spring stiffness, and the physical data regarding the external force includes data on a position to which the external force is applied. The time series data of the external force stored in the storage device is one of a person jumping on the floor, walking, running, heel impact movement, and aerobics flexion and extension movement Characterized in that it is a data of the force applied to the floor if.
[0016]
The floor vibration analysis apparatus of the present invention further includes fifth data input means for capturing the physical data related to the passive vibration control device mounted on the floor, and the data writing means includes the first to fourth data writing means. The physical data captured by the fifth data input means is stored in the storage device together with the physical data captured by the data input means, and the analysis means is captured by the fifth data input means. The analysis concerning floor vibration is performed using the physical data as well.
[0017]
In the floor vibration analysis method of the present invention, in the first to fourth data input steps, physical data relating to each of the floor, the beam supporting the floor, the column supporting the beam, and the external force applied to the floor are captured, In the data writing step, the physical data captured in the first to fourth data input steps is stored in the storage device. Then, in the analysis step, based on the physical data stored in the storage device and the time series data of the external force stored in advance in the storage device, it is related to floor vibration using the Rayleigh-Ritz method as a simple analysis method. Perform analysis. In the output step, the analysis result is displayed on the display device.
[0018]
In the floor vibration analysis apparatus of the present invention, the first to fourth data input means store physical data relating to the floor, the beam supporting the floor, the column supporting the beam, and the external force applied to the floor. The fetching and data writing means stores the physical data fetched by the first to fourth data input means in the storage device. Then, the analysis means relates to floor vibration using the Rayleigh-Ritz method as a simple analysis method based on the physical data stored in the storage device and the time series data of the external force stored in advance in the storage device. Perform analysis. The output means displays the analysis result on the display device.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
1 is a functional block diagram showing an example of a floor vibration analysis apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a personal computer constituting the floor vibration analysis apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram of the floor vibration analysis apparatus of FIG. It is a flowchart which shows operation | movement. Hereinafter, embodiments of the floor vibration analysis apparatus of the present invention will be described with reference to these drawings, and at the same time, embodiments of the floor vibration analysis method of the present invention will be described.
[0020]
The floor vibration analyzing apparatus of the present embodiment is specifically configured by a personal computer 2 (hereinafter also referred to as a personal computer 2) shown in FIG. 2, and this personal computer 2 is connected to the CPU 4 through a CPU 4, an interface circuit (not shown), and the like. The memory 6, the hard disk device 8, the CRT monitor 10, the keyboard 12, the mouse 14, and the printer 16 are connected. And it implement | achieves by loading the predetermined | prescribed program data stored in the hard-disk apparatus 8 into the said memory 6, and making CPU4 operate | move based on the program data which are the main functions of the floor vibration analyzer of an Example. . The storage device according to the present invention includes the memory 6 and the hard disk device 8.
[0021]
As shown in FIG. 1, the floor vibration analysis device 18 of the embodiment functionally includes first to fifth data input means 20, 22, 24, 26, 28, a data writing means 30, a storage device 19, The analysis means 32 and the output means 34 are comprised.
In the present embodiment, the first to fifth data input means 20, 22, 24, 26, and 28 operate various physical data (hereinafter also simply referred to as data) necessary for analysis of floor vibration in an interactive format. It takes in sequentially based on the operation of the user (usually the designer). Specifically, each data input means takes in the following data, respectively.
[0022]
The first data input means 20 takes in data relating to the floor length and width, thickness, Young's modulus and Poisson's ratio, or bending stiffness, and unit volume weight as data relating to the floor.
The second data input means 22 includes the beam position, the structure type, the cross-sectional dimension, the Young's modulus, the Poisson's ratio, the unit volume weight, the vertical spring stiffness, and the rotational spring stiffness as data relating to the beam. Capture each data.
The third data input means 24 takes in each data of the column position, vertical spring stiffness, and rotation spring stiffness as data relating to the column.
The 4th data input means 26 takes in the data of the position where an external force is added as data regarding an external force.
The fifth data input means 28 takes in the data of the position of the passive vibration damping device, the spring stiffness, the weight, and the damping constant as data relating to the passive vibration damping device.
How these various data are specifically input by these data input means will be described in more detail later.
[0023]
The data writing means 30 stores various data fetched by the first to fifth data input means 20, 22, 24, 26, 28 in predetermined areas of the memory 6.
[0024]
Based on the data stored in the memory 6 by the data writing unit 30 and the time series data of the external force stored in the hard disk device 8 in advance, the analyzing unit 32 uses the Rayleigh-Litz method as a simple analysis method to generate floor vibration. As the analysis related to the above, eigenvalue analysis and dynamic response analysis are performed.
As the time series data of the external force, in this embodiment, data of force applied to the floor when a person performs a jumping motion on the floor is stored in the hard disk device 8 in advance. FIG. 5A is a graph plotting external force data applied to the floor when a person jumps on the floor. In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the strength of force.
The output means 34 displays the result of the eigenvalue analysis and dynamic response analysis by the analysis means 32 on the CRT monitor 10 and outputs it to the printer 16 as will be described in detail later.
[0025]
Next, the operation of the floor vibration analyzing apparatus 18 configured as described above will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
First, the first data input means 20 displays a window for inputting data on the screen of the CRT monitor 10 in order to capture data relating to the floor (slab) in an interactive manner (step S1). FIG. 4 is an explanatory view showing a window for inputting data relating to the floor.
[0026]
The first data input means 20 displays seven rectangular areas for inputting each data in the window 36, and displays characters and symbols related to the data such as the name of the data in the vicinity of each area. .
Regions 38 and 40 are regions for inputting floor lengths in the X and Y directions, respectively. A rectangular figure 42 displayed in the vicinity of the areas 38 and 40 represents a floor, and arrows 44 and 46 indicate X and Y directions. An area 38 for inputting the floor length in the X direction is arranged on a rectangular figure 42, and a character “m” representing a unit is displayed adjacent to the right side of the area 38. On the other hand, the area 40 for inputting the length of the floor in the Y direction is arranged on the left side of the rectangular figure 42, and on the right side of the area 40, the letter “m” representing the unit is displayed in close proximity.
[0027]
The area 48 is an area for inputting the thickness of the floor (slab), and the name “slab thickness” of this data is displayed adjacent to the left side of the area 48, and the unit “cm” is adjacent to the right. Is displayed.
Regions 50 and 52 are regions for inputting Young's modulus or bending rigidity in the X and Y directions, respectively. “X direction” and “Y direction” indicating directions are displayed on the left side of each region, and “t / cm” indicating a unit is displayed on the right side of each region. ² "Is displayed.
The areas 50 and 52 are surrounded by a frame line 54, and circular small areas 56 and 58 for selecting either the Young's modulus or the bending rigidity are displayed on the upper part of the frame line 54. , 58 are displayed with “Young's modulus” and “flexural rigidity”, respectively.
Areas 60 and 62 for inputting Poisson's ratio and unit volume weight are displayed below the frame line 54, respectively, and "Poisson's ratio" and "Unit volume weight" are displayed on the left side of each area 60 and 62, respectively. Has been. On the right side of the area 62, “t / m” indicating a unit. ^Three "Is displayed.
[0028]
For such display, the operator sequentially inputs necessary data. For example, when inputting the length of the floor in the X direction, the area 38 is first clicked with the mouse 14. That is, a mouse cursor (not shown) displayed on the screen of the CRT monitor 10 is moved into the region 38 by operating the mouse 14 and, for example, the left button of the mouse 14 is pressed once. As a result, a cursor for inputting characters is displayed in the area 38, and the operator operates the keyboard 12 to input data on the floor length in the X direction. The first data input means 20 sequentially displays the numbers and characters of this data in the area 38 as they are input. As a result, when the input is completed, “9.00E + 0” is displayed in the area 38, for example, as shown in FIG. Next, when inputting the floor length in the Y direction, the operator clicks the area 40 with the mouse 14. As a result, a cursor for inputting characters is displayed in the area 40, and the operator operates the keyboard 12 to input, for example, “6.00E + 0”.
The operator sequentially executes such operations for other data input areas and inputs necessary data. It should be noted that either the Young's modulus or the bending stiffness is selected, and the operator clicks on the small area 56 when inputting the Young's modulus, while when inputting the bending stiffness. After clicking on the small area 58, data of Young's modulus or bending rigidity is input to the areas 50 and 52, respectively.
[0029]
In the example of FIG. 4, as an example, 9 m and 6 m are input as floor lengths in the X and Y directions, the slab thickness is 12 cm, and the Young's modulus is 2.10 + 2 t / cm in both the X and Y directions. ² Poisson's ratio is 0.17, unit volume weight is 2.4 t / cm ^Three Is entered.
[0030]
When the operator completes the input of the data related to the floor, the operator clicks the setting button 64 if the displayed data is correct. As a result, the first data input means 20 cancels the display of the window 36, while the data writing means 30 is activated, and each input data is stored in a predetermined area of the memory 6 (step S2).
[0031]
When the setting button 64 is clicked, the second data input unit 22 is activated, and the second data input unit 22 displays a window for inputting data related to the beam on the screen of the CRT monitor 10. (Step S3).
This window also basically has the same configuration as the window 36 for inputting data related to the floor shown in FIG. 4, and the position of the beam, the type of structure, the cross-sectional dimension, Areas for entering Young's modulus, Poisson's ratio, unit volume weight, vertical spring stiffness, and rotary spring stiffness data are displayed, and the name and unit of the data are displayed near these areas. Is done.
As in the case described above, the operator first clicks in the window for each data input area to display a cursor for character input in the area, and operates the keyboard 12. Enter the necessary data. The second data input means 22 displays the input data in each area each time data is input.
[0032]
When the operator completes the input of the data related to the beam, if the displayed data is correct, the operator clicks a setting button displayed in the window. As a result, the second data input means 22 cancels the display of the window, while the data writing means 30 is activated and stores each data relating to the input beam in a predetermined area of the memory 6 (step S4).
[0033]
When the setting button is clicked, the third data input means 24 is activated, and the third data input means 24 displays a window for inputting data related to the pillar on the screen of the CRT monitor 10 ( Step S5).
This window also basically has the same configuration as the window 36 for inputting data related to the floor shown in FIG. 4, and the position of the column, the vertical spring rigidity, and the rotation spring rigidity are included in the window. An area for inputting each data is displayed, and the name and unit of the data are displayed in the vicinity of each area.
As in the case described above, the operator first clicks in the window for each data input area to display a cursor for character input in the area, and operates the keyboard 12. Enter the necessary data. The third data input means 24 displays the input data in each area each time data is input.
[0034]
When the operator completes the input of the data related to the column, the operator clicks the setting button displayed in the window if the displayed data is correct. As a result, the third data input unit 24 cancels the display of the window, while the data writing unit 30 is activated and stores each piece of data relating to the input column in a predetermined area of the memory 6 (step S6).
[0035]
When the setting button is clicked, the fourth data input means 26 is activated, and the fourth data input means 26 displays a window of the same type as the window 36 for inputting data relating to external force on the CRT monitor. 10 on the screen (step S7). In this window, areas for inputting coordinate value data at positions where external force is applied are displayed, and the names and units of the coordinates are displayed in the vicinity of these areas.
[0036]
The operator inputs X and Y coordinate value data to this window in the same manner as described above. The fourth data input means 26 displays the input data in each area each time data is input.
When the operator completes the input of data relating to the external force, if there is no mistake in the displayed data, the operator clicks a setting button displayed in the window. As a result, the fourth data input means 26 cancels the display of the window, while the data writing means 30 is activated and stores each data relating to the input external force in a predetermined area of the memory 6 (step S8).
[0037]
When the setting button is clicked, the fifth data input means 28 is activated, and the fifth data input means 28 is a window similar to the window 36 for inputting data relating to the passive vibration control device. Is displayed on the screen of the CRT monitor 10 (step S9). In this window, areas for entering the passive vibration damping device position, spring stiffness, weight, and damping constant data are displayed. The name and unit of the data are displayed in the vicinity of these areas. Each is displayed.
[0038]
As in the case described above, the operator first clicks in the window for each data input area to display a cursor for character input in the area, and operates the keyboard 12. Enter the necessary data. When the data is input, the fifth data input means 28 displays the input data in each area.
When the operator completes the input of the data related to the passive vibration control device, if the displayed data is correct, the operator clicks a setting button displayed in the window. As a result, the fifth data input means 28 cancels the display of the window, while the data writing means 30 is activated, and each input data relating to the passive vibration damping device is stored in a predetermined area of the memory 6 (step S10).
Note that if the floor is not equipped with a passive vibration control device, it is not necessary to input data related to the passive vibration control device. There is no need to perform data input operations.
[0039]
When the input of the data necessary for the analysis is completed as described above, the analyzing unit 32 calculates the data stored in the memory 6 by the data writing unit 30 as described above and the external force stored in the hard disk device 8 in advance. Based on the time series data, eigenvalue analysis and dynamic response analysis are performed (step S11). Here, the analysis means 32 uses the Rayleigh-Litz method as a simple analysis method. Therefore, the deformation of the floor is defined by the floor shape function including the undetermined coefficient, and the undetermined coefficient is determined from the energy minimum principle.
In the eigenvalue analysis, the analysis means 32 calculates the primary natural frequency of the floor, and further calculates the magnitude of displacement at each position on the floor when the floor vibrates in the primary vibration mode. On the other hand, in the dynamic response analysis, the dynamic response characteristic of the floor when the external force due to the jumping motion shown in FIG. 5 is applied to the floor is calculated. As the dynamic response characteristics, both the displacement and acceleration of the floor are calculated, and the maximum displacement and the maximum acceleration are obtained.
[0040]
Thereafter, the output unit 34 displays the result of the eigenvalue analysis and the dynamic response analysis by the analysis unit 32 on the CRT monitor 10 (step S12).
Here, the output means 34 displays the analysis result in any form of an evaluation screen, a mode diagram, and a time series graph based on an instruction from the operator. Therefore, the output means 34 first displays a window for selecting an output on the screen of the CRT monitor 10, and buttons corresponding to the evaluation screen, the mode diagram, and the time series graph are respectively displayed in the window. It is displayed with the display of “screen”, “mode diagram”, and “time series graph”.
[0041]
On the other hand, the operator can display a desired analysis result on the screen of the CRT monitor 10 by operating the mouse 14 to place the mouse cursor on any button and clicking it.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the display of the evaluation screen. When the operator clicks the button on the evaluation screen, the output means 34 displays a window 66 for displaying the analysis result on the screen of the CRT monitor 10, and the natural frequency and the graph for evaluation are displayed in the window 66. indicate.
[0042]
The output means 34 secures three areas 68, 70, 72 for displaying numerical values in the upper left portion of the window 66, and "maximum displacement", "maximum acceleration", " Displays the phrase “primary natural frequency”. In addition, on the right side of each region, each unit “μm”, “cm / s” ² "," And "Hz" are displayed, and the maximum displacement, maximum acceleration, and primary natural frequency of the floor obtained by the analysis means 32 are displayed in each of the areas 68, 70, and 72.
[0043]
The Architectural Institute of Japan sets various evaluation standards for floor displacement and acceleration according to the type of vibration and the use of the building. Two types of graphs 74 and 76 displayed by the output means 34 in the window 66 are for evaluating the analyzed vibration of the floor based on the evaluation criteria.
The graph 74 relates to the displacement amplitude of the floor vibration. The horizontal axis represents the frequency, the vertical axis represents the displacement amount, and both are logarithmic scales. In this graph, six reference curves are drawn, and each curve corresponds to each evaluation criterion V-0.75, V-1.5, V-3, V-5, V-10, V-30. is doing. Each standard is more stringent as the numerical value is smaller, and the allowable displacement amplitude and acceleration amplitude are smaller.
On the other hand, the graph 76 relates to the acceleration amplitude of the floor vibration, and the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents acceleration, both of which are logarithmic scales. In this graph, six reference curves are drawn, and each curve corresponds to each evaluation criterion V-0.75, V-1.5, V-3, V-5, V-10, V-30. is doing.
[0044]
The output means 34 secures a selection operation area 78 in the upper part of the window 66, and displays buttons 80 for selecting each evaluation criterion in a matrix form, and “vibration type 1” and “ Related information such as “Residential” is displayed. Each button 80 displays “V-0.75”, “V1.5” or the like indicating the evaluation criteria, and the row of buttons 80 includes a vibration type (vibration type 1 to 3) and a rank (ranks 1 to 3). ) And the row corresponds to the use of the building.
Here, the type of vibration represents what kind of vibration external force is applied to the floor when the analysis means 32 performs dynamic response analysis. Vibration type 1 is continuous or intermittent vibration, and vibration type 2 is Impact vibration with a low damping factor and vibration type 3 are impact vibrations with a high damping factor.
The rank is used to classify each evaluation standard for each vibration type and building use, with rank 1 being the most severe and rank 3 being the most gradual.
[0045]
The operator views the selection operation area 78 and selects a necessary evaluation criterion, operates the mouse 14 and clicks the button 80. When the specific button 80 is clicked, the output unit 34 displays the evaluation criterion curve corresponding to the button 80 in a more conspicuous color different from other curves. In the example of FIG. 6, the button 80 of the evaluation standard V-3 arranged in the rank 2 column of the vibration type 1 is clicked, and the output unit 34 displays the evaluation standard V-3 in the graphs 74 and 76. Each corresponding curve is displayed in a different color.
[0046]
Then, the output means 34 displays the position of the intersection of the virtual vertical line passing through the position of the primary natural frequency displayed in the area 72 and the virtual horizontal line passing through the position of the maximum displacement displayed in the area 68 in the graph 74. The mark 82 is displayed. In the graph 76, a mark 84 is placed at the intersection of the virtual vertical line passing through the position of the primary natural frequency displayed in the area 72 and the virtual horizontal line passing through the position of the maximum acceleration displayed in the area 70. indicate.
In the example of FIG. 6, since the marks 82 and 84 are both displayed above the curves of the evaluation criterion V-3, it does not satisfy the criterion and indicates that some countermeasure is necessary.
[0047]
The output unit 34 also displays the vibration type, rank, and building usage corresponding to the selected button 80 below the area 72 in the window 66, respectively. Further, subsequently, the values of the curves of the respective evaluation criteria V-3 at the primary natural frequency are set as “reference displacement” and “reference acceleration” in units “μm” and “cm / s” ² In addition, the difference between these reference displacement and reference acceleration and the maximum displacement and maximum acceleration is displayed as “excess displacement” and “excess acceleration”, respectively.
Further, since the analysis result does not satisfy the standard in the example of FIG. 6 in the example of FIG. 6, the output unit 34 displays a cloud FIG. 86 indicating that in the lower left portion of the window 66. When the analysis result satisfies the standard, the output means 34 displays a sun figure (not shown) instead of the cloud figure 86.
[0048]
As described above, when the operator clicks the button on the evaluation screen in the window for selecting the output described above, the window 66 displays the primary natural frequency calculated by the analysis means 32 and the numerical values such as the maximum displacement and the maximum acceleration. Further, graphs 74 and 76 for evaluating the analysis result are displayed. The operator can easily evaluate the analysis result from these displays.
[0049]
On the other hand, when the operator clicks the button of the mode diagram in the window for selecting the output described above, the output unit 34 displays the window on the screen of the CRT monitor 10 and displays the mode diagram in the window.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a mode diagram displayed in this window. In the figure, a rectangle 88 represents a floor to be analyzed, and a mark 90 representing the magnitude of displacement associated with floor vibration is displayed on each lattice point inside the rectangle 88. The output means 34 sets the size of these marks 90 based on the magnitude of displacement at each position on the floor calculated by the analysis means 32 as a result of the eigenvalue analysis. A larger mark 90 indicates a larger displacement, and a white mark 92 indicates that the phase is reversed. In the example of FIG. 7, the displacement is greatest at the center of the floor, and the mark 92 is not displayed in the rectangle 88, so that it can be seen that there is no place where the phase is reversed.
[0050]
When the operator clicks the button of the time series graph in the window for selecting the output, the output unit 34 displays the window on the screen of the CRT monitor 10 and displays the time series graph in the window.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a time series graph displayed in this window.
In this window, two graphs 94 and 96 are displayed. The graph 94 indicates the displacement of the floor vibration, and the graph 96 indicates the acceleration. The horizontal axes of both graphs represent time, the vertical axis of the graph 94 represents displacement, and the vertical axis of the graph 96 represents acceleration. The output unit 34 displays curves representing the displacement and acceleration of the floor on the graphs 94 and 96, respectively, based on the displacement and acceleration of the floor obtained by the dynamic response analysis by the analyzing unit 32.
The output unit 34 outputs an evaluation screen, a mode diagram, and a time series graph having the same contents as the CRT monitor to the printer 16 in accordance with an instruction from the operator. The operator can compile reports and the like based on the output results.
[0051]
As described above, in the floor vibration analysis apparatus 18 of the present embodiment, analysis relating to floor vibration is performed using the Rayleigh-Ritz method as a simple analysis. Therefore, the floor deformation is defined by the floor shape function including an undetermined coefficient, The undetermined coefficient is determined from the energy minimum principle. Among them, since an arbitrary quantity of columns, beams, and walls can be set at arbitrary positions, an analysis model closer to the actual floor can be set for analysis.
Therefore, a pillar can be considered and a beam and a wall can also be set to arbitrary positions. In addition to the RC structure and the SRC structure, the beam structure can correspond to the S structure, and the boundary condition can be set not only to the simple support and the fixed support, but also to the free end and any fixed degree between them. . It is also possible to consider passive vibration damping devices.
Therefore, the application range is wide and an extremely practical floor vibration analysis can be performed.
And the analysis can be done in a sufficiently short time, and it is also easy to input various physical data, so if you need countermeasures as a result of the analysis, try adding a new pillar, Trial and error such as making the beam thicker can be easily performed.
[0052]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this is an example to the last, and this invention can be implemented with a various form, without being limited to this example.
For example, as an application of the floor vibration analysis device 18, it is possible to perform a three-dimensional analysis of floor vibration. This will be described below.
FIG. 9 is a schematic perspective view for explaining a three-dimensional analysis of floor vibration.
In this model, pillars 98 are erected at the four corners of the second floor 102, and the third floor 100 is formed thereon. In FIG. 9, a case where an analysis is performed on how the influence appears on the second floor 102 when the external force A acts on the third floor 100 will be described.
First, a dynamic response analysis with respect to the external force A is performed on the third floor 100. That is, various physical data relating to the third floor 100 are input as described above by the first to fifth data input means 20, 22, 24, 26, 28, and the physical data is input to the analysis means 32. And dynamic response analysis based on the external force A data stored in the hard disk device 8 in advance.
[0053]
Next, based on this analysis result, the force B acting on the pillar 98 that supports the third floor 100 is calculated. Then, the force B is stored in the hard disk device 8 as an external force, and after inputting various physical data related to the second floor 102, this time, the force B is applied to the second floor 102. The analysis means 32 is caused to perform a dynamic response analysis when an external force is applied to the four corners of the second floor 102. As a result, it is possible to analyze how the influence when the external force A acts on the third floor 100 appears on the second floor 102, and to confirm whether or not vibration disturbance occurs on the second floor 102. it can.
In this example, the influence of the floor vibration of the upper floor on the lower floor is analyzed. However, the influence of the floor vibration of the lower floor on the upper floor can be analyzed basically in the same procedure.
Therefore, a three-dimensional analysis such as examining the influence of an external force applied to the upper floor or the lower floor can be performed by the floor vibration analyzing apparatus 18 of the present embodiment.
[0054]
In the above embodiment, the external force is a force applied to the floor by the jumping motion. However, in addition to this, when a person walks on the floor, runs, heel impacts, aerobics flexion and extension motion, etc. Data on the force applied to the external force is stored in the hard disk device 8 in advance, and dynamic response analysis for these external forces can be performed by selecting as necessary. (B) to (E) in FIG. 5 are graphs corresponding to (A) in FIG. 5, and show the force applied to the floor when a person walks, runs, heel impacts, and aerobics flexion / extension motion on the floor It is a graph shown, respectively.
[0055]
In addition, when equipment with a motor or generator as the drive source is installed on the floor, the vibration waveform of the floor is approximately a sine wave. To perform dynamic response analysis in this case, the waveform is a sine wave. A certain external force data may be used. Therefore, such external force data is prepared in advance and stored in the hard disk device 8 or, if necessary, for example, a sine wave generating means 35 is provided as shown in FIG. The desired frequency / amplitude is arbitrarily set by 35 to generate sine wave data, and the sine wave data is input to the analysis means 32 to analyze the influence on the floor due to vibrations of the motor or the generator. it can.
[0056]
In addition, when using various external forces having different strengths, data of external forces having different strengths may be prepared and stored in the hard disk device 8, but in addition to this, external forces of one type of strength may be used. For example, as a configuration in which only the data is prepared and, for example, the coefficient is input by the fourth data input unit 26, the external force data may be multiplied by the input coefficient to set various strengths of the external force. .
Furthermore, in the above embodiment, the analyzing means 32 calculates the first-order natural frequency, but it is also easy to adopt a configuration that also calculates higher-order natural frequencies.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, in the floor vibration analysis method of the present invention, in the first to fourth data input steps, physics related to each of the floor, the beam supporting the floor, the column supporting the floor, and the external force applied to the floor. In the data writing step, the physical data acquired in the first to fourth data input steps is stored in the storage device. Then, in the analysis step, based on the physical data stored in the storage device and the time series data of the external force stored in advance in the storage device, it is related to floor vibration using the Rayleigh-Ritz method as a simple analysis method. Perform analysis. In the output step, the analysis result is displayed on the display device.
[0058]
In the floor vibration analysis apparatus of the present invention, the first to fourth data input means store physical data relating to each of the floor, the beam supporting the floor, the column supporting the beam, and the external force applied to the floor. In the capture and data write step, the physical data captured by the first to fourth data input means is stored in the storage device. Then, the analysis means relates to floor vibration using the Rayleigh-Ritz method as a simple analysis method based on the physical data stored in the storage device and the time series data of the external force stored in advance in the storage device. Perform analysis. The output means displays the analysis result on the display device.
[0059]
As described above, in this explanation, analysis related to floor vibration is performed using the Rayleigh-Ritz method as a simple analysis, so the floor deformation is defined by the floor shape function including the undetermined coefficient, and the undetermined coefficient is determined from the energy minimum principle. Will do. Among them, since an arbitrary quantity of columns, beams, and walls can be set at arbitrary positions, an analysis model closer to the actual floor can be set for analysis.
Therefore, a pillar can be considered and a beam and a wall can also be set to arbitrary positions. In addition to the RC structure and the SRC structure, the beam structure can correspond to an S (steel frame) structure, and the boundary condition is set not only to a simple support and a fixed support, but also to a free end and an arbitrary fixed degree between them. be able to. Furthermore, a passive vibration damping device can be considered, and a three-dimensional analysis such as examining the influence of external force applied to the floors on the upper and lower floors is also possible.
Therefore, the range of application is wide and extremely practical.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of a floor vibration analyzer according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a personal computer that constitutes the floor vibration analysis apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the floor vibration analysis apparatus of FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a window for inputting data relating to a floor.
FIGS. 5A to 5E are graphs plotting external force data applied to the floor when a person performs a jumping motion or the like on the floor.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a display of an evaluation screen.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a mode diagram displayed in a window.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a time series graph displayed in a window.
FIG. 9 is a schematic perspective view for explaining a three-dimensional analysis of floor vibration.
[Explanation of symbols]
2 Personal computer (PC)
4 CPU
6 memory
8 Hard disk devices
10 CRT monitor
12 Keyboard
14 mouse
16 Printer
18 Floor vibration analyzer
19 Storage device
20 First data input means
22 Second data input means
24 Third data input means
26 Fourth data input means
28 Fifth data input means
30 Data writing means
32 Analysis means
34 Output means

Claims

In the method of analyzing the vibration of the floor of the building using a computer with a simple analysis method,
When physical data related to the floor is input by an operator's operation, a first data input step for capturing physical data related to the floor by a first data input means ;
When physical data related to the beam supporting the floor is input by an operator's operation, a second data input step for capturing the physical data related to the beam by a second data input means ;
When physical data related to the column supporting the beam is input by an operator's operation, a third data input step for capturing physical data related to the column by a third data input unit ;
When physical data related to external force applied to the floor is input by an operator's operation, a fourth data input step for capturing physical data related to the external force by a fourth data input unit ;
A data writing step of storing the physical data captured in the first to fourth data input steps in a storage device by data writing means ;
Based on the physical data stored in the storage device and the time-series data of external force stored in advance in the storage device, analysis related to floor vibration is performed using the Rayleigh-Ritz method as the simple analysis method. An analysis step performed by an analysis means ;
An output step of displaying an analysis result in the analysis step on a display device by an output means ;
A floor vibration analysis method comprising:

The floor vibration analysis method according to claim 1, wherein the physical data relating to the floor includes data of length and width of the floor, thickness, Young's modulus and Poisson's ratio, or bending rigidity, and unit volume weight. .

The physical data relating to the beam includes data of the beam position, structure type, cross-sectional dimension, Young's modulus, Poisson's ratio, unit volume weight, vertical spring stiffness, and rotational spring stiffness. The floor vibration analysis method according to claim 1.

The floor vibration analysis method according to claim 1, wherein the physical data related to the column includes data on the position of the column, vertical spring stiffness, and rotation spring stiffness.

The floor vibration analysis method according to claim 1, wherein the physical data related to the external force includes data of a position to which the external force is applied.

The time series data of the external force stored in the storage device is data of the force applied to the floor when a person jumps on the floor, walks, runs, heel impacts, and aerobics flexion and extension movements 2. The floor vibration analysis method according to claim 1, wherein the floor vibration analysis method is data of a sine wave generated at an arbitrary frequency / amplitude.

When the physical data related to the passive vibration control device mounted on the floor is input by an operator's operation, the physical data related to the passive vibration control device is fetched by a fifth data input means. further comprising a data input step, and in the data writing step, together with the physical data captured by the first to fourth data input step, the data writing the physical data captured by the fifth data input step 2. The floor according to claim 1, wherein the analysis is performed on the floor vibration using the physical data stored in the storage device by the means and using the physical data taken in the fifth data input step. Vibration analysis method.

The floor vibration analysis method according to claim 7, wherein the physical data related to the passive vibration damping device includes data of a position, a spring stiffness, a weight, and a damping constant of the passive vibration damping device.

The floor vibration analysis method according to claim 1 , wherein in the analysis step, the analysis is performed by the analysis unit to calculate a natural vibration frequency of the floor.

The floor vibration analysis method according to claim 1 , wherein in the analysis step, the analysis is performed by the analysis means to obtain a dynamic response characteristic of the floor.

The floor vibration analysis method according to claim 10 , wherein, in the analysis step, the displacement of the floor is calculated as the dynamic response characteristic of the floor by the analysis means .

The floor vibration analysis method according to claim 10 , wherein in the analysis step, the floor acceleration is calculated as the dynamic response characteristic of the floor by the analysis unit .

The floor vibration analysis method according to claim 10 , wherein in the analysis step, one or both of a maximum displacement and a maximum acceleration of the floor are calculated as the dynamic response characteristic of the floor by the analysis unit .

The floor vibration analysis method according to claim 1, wherein the external force applied to the floor is a force applied through a column from an upper floor or a lower floor.

In a device that analyzes the vibration of a building floor using a simple analysis method,
First data input means for capturing physical data relating to the floor;
Second data input means for capturing physical data relating to the beam supporting the floor;
Third data input means for capturing physical data relating to the column supporting the beam;
A fourth data input means for capturing physical data relating to external force applied to the floor;
Data writing means for storing the physical data captured by the first to fourth data input means in a storage device;
Based on the physical data stored in the storage device and the time-series data of external force stored in advance in the storage device, analysis related to floor vibration is performed using the Rayleigh-Ritz method as the simple analysis method. Analysis means to perform,
Output means for displaying the result of analysis by the analysis means on a display device;
A floor vibration analyzing apparatus characterized by comprising:

The physical data relating to the floor includes data on the length and width of the floor, thickness, Young's modulus and Poisson's ratio, or bending stiffness, and unit volume weight, and the physical data relating to the beam includes The physical data on the column, including the beam position, structure type, cross-sectional dimensions, Young's modulus, Poisson's ratio, unit volume weight, vertical spring stiffness, and rotational spring stiffness data. Includes data of the position of the column, vertical spring stiffness, and rotation spring stiffness, and the physical data relating to the external force includes data of a position to which the external force is applied, and is stored in the storage device The time series data of external force is the data of force applied to the floor when a person jumps on the floor, walks, runs, heel impacts, and aerobics flexion and extension movements There claim 15 floor vibration analyzer according.

The apparatus further comprises fifth data input means for capturing the physical data relating to the passive vibration control device mounted on the floor, wherein the data writing means is the physical data captured by the first to fourth data input means. The physical data captured by the fifth data input means is stored in the storage device together with the data, and the analysis means also uses the physical data captured by the fifth data input means to generate floor vibration. The floor vibration analysis apparatus according to claim 15, wherein the analysis related to the floor is performed.