地震計及びこれを用いる加速度検出方法
【課題】簡単な構成で複雑な操作、設定を必要とせずに、地震に伴う微小な変形量を計測して記録することができる地震計を提供する。
【解決手段】木造建物の変形を計測し易い仕口部分に設置されて木造建物の横揺れによる変形を計測し記録する地震計であって、横揺れにより変形する仕口部分の柱に当接するように設置されて前記柱の変形に応じて移動する測定子４０と、前記測定子に連結されて前記測定子の移動に応じて回動するアーム２０と、前記アームに設けられて前記アームの回動量を記録する記録手段２４と、前記測定子を移動可能に保持すると共に、前記アームを回動可能に軸支し、前記記録手段による記録領域を持つベース１０とを含む。前記測定子は、その長さを調節可能な構造にされている。
【解決手段】木造建物の変形を計測し易い仕口部分に設置されて木造建物の横揺れによる変形を計測し記録する地震計であって、横揺れにより変形する仕口部分の柱に当接するように設置されて前記柱の変形に応じて移動する測定子４０と、前記測定子に連結されて前記測定子の移動に応じて回動するアーム２０と、前記アームに設けられて前記アームの回動量を記録する記録手段２４と、前記測定子を移動可能に保持すると共に、前記アームを回動可能に軸支し、前記記録手段による記録領域を持つベース１０とを含む。前記測定子は、その長さを調節可能な構造にされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地震計に関し、例えば地震の際に木造建物が受けた被害を簡便に数値化できる地震計及びこの地震計を用いて木造建物に実際に作用した地震の加速度を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震の際に建物、特に木造建物におよぶ地震力は、建物の重量に依存する。また、建物が倒壊するか否かは、建物の強さと粘りによって決定される。建築基準法において、建物の強さ、粘りは保有耐力と称されており、建物の壁の種類、量から計算される。
【０００３】
地震力の大きさと保有耐力の大きさの拮抗により、建物の変形量が決まる。建物の変形量が大きければ建物は倒壊し、小さければ軽微な被害ですむ。これは、変形量を増すごとに建物の随所が損傷し、最終的には自重を支えることができなくなるためである。
【０００４】
建物の変形量は最大層間変形角（あるいは量）という数値で定義することができる。すなわち、地震時の最大層間変形角（あるいは量）は、建物の劣化（建物の損傷状況）に関連し、建物の被災度判定の基準の一つとなっている。非特許文献１では、地震時に建物に生じた一番大きな変形を「経験最大変形角」という角度で表現している。また、非特許文献１の中で、経験最大変形角は、地震後の残留変形や、壁などの破損状況から推定する値とされている。ただし、破損状況を把握するうえである程度の個人差が生じることは否めない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９７４８５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６１１９３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「震災建築物の被災度区分判定基準および復旧技術指針 木造編」２６３−２６８頁、監修 国土交通省住宅局建築指導課、発行 財団法人 日本建築学会
【非特許文献２】「小規模建築物基礎設計指針」、日本建築学会発行、第６５頁
【非特許文献３】「木造住宅の耐震診断と補強方法」、日本建築防災協会発行
【非特許文献４】平成１２年建設省告示第１６５４号 第５ 評価方法の基準 １．構造の安全に関すること
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在の建築基準で建てられた家屋（主に２階建ての木造建物）は、地震等により１／３０（ｒａｄ）変形すると、倒壊する可能性が高くなると言われている。これは、一階床に対して、２階の床が、水平方向に、１００ｍｍ変形することを意味している（１階床から２階床までの高さが３ｍの場合）。また、１／１２０（ｒａｄ）の変形で、建物が破損し始めると言われており、この時の変形量は２５ｍｍとなる（同じく１階床から２階床までの高さが３ｍの場合）。
【０００８】
一方、地震が発生すると、気象庁より地震速報として震源を中心とする周辺地域（例えば市、町、村）毎に震度が発表される。従って、この発表では、ある広さの地域がすべて同じ震度であったと見なされ、大雑把であると言わざるを得ない。一方、震度そのものについても、例えば震度５の場合、震度５弱、震度５強というように分類されているものの、これを地震の加速度（ｇａｌ）で表すと、震度５の場合、８０（ｇａｌ）〜２５０（ｇａｌ）という広い範囲となる。そのため、地震速報によりある地域において、例えば震度５弱と発表された場合、ある地域内のある建物では実際にどの程度の震度であったのかを知ることができないし、実際にどの程度の加速度が作用したのかを知ることもできない。加速度を知ることの必要性については後で詳しく説明する。
【０００９】
以上のような点に鑑み、本発明の主たる課題は、簡単な構成で複雑な操作、設定を必要とせずに、地震に伴う微小な変形量を計測して記録することができる地震計を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の課題は、地震が建物、特に木造建物に及ぼす損傷の程度を判定する手段の１つのツールとして利用することのできる地震計を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に別の課題は、上記の地震計を用いて、地震の際に、木造建物に実際に作用した地震の加速度を検出する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の態様によれば、建物の変形を計測し易い箇所に設置されて建物の横揺れによる変形を計測し記録する地震計であって、横揺れにより変形する建物の構成部材に当接するように設置されて前記構成部材の変形に応じて移動する測定子と、前記測定子に連結されて前記測定子の移動に応じて回動するアームと、前記アームに設けられて前記アームの回動量を記録する記録手段と、前記測定子を移動可能に保持すると共に、前記アームを回動可能に軸支し、前記記録手段による記録領域を持つベースとを含み、前記測定子は、その長さを調節可能な構造にされていることを特徴とする地震計が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい態様においては、前記建物が木造建物であって、前記建物の変形を計測し易い箇所は仕口部分であり、前記ベースを前記仕口部分の梁に固定する一方、前記測定子はその先端が前記仕口部分の柱に当接するように設置される構成とされるのが望ましい。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、対象木造建物に対して横揺れを与え、この横揺れにより生じる対象木造建物の変形量を一方の軸、対象木造建物に作用する横揺れの加速度を他方の軸とする変形量−加速度特性を、対象木造建物に対して決定するステップと、対象木造建物の変形を計測し易い箇所に地震計を設置して実際の地震時の変形量を計測し、記録するステップと、前記決定された変形量−加速度特性を用いて、前記記録された変形量に対応する加速度を判定するステップと、を含み、前記地震計として、対象木造建物の変形を計測し易い箇所に設置されて対象木造建物の横揺れによる変形を計測し記録する地震計であって、横揺れにより変形する対象木造建物の構成部材に当接するように設置されて前記構成部材の変形に応じて移動する測定子と、前記測定子に連結されて前記測定子の移動に応じて回動するアームと、前記アームに設けられて前記アームの回動量を記録する記録手段と、前記測定子を移動可能に保持すると共に、前記アームを回動可能に軸支し、前記記録手段による記録領域を持つベースとを含み、前記測定子が、その長さを調節可能な構造にされている地震計を用いることを特徴とする加速度検出方法が提供される。
【００１５】
なお、前記対象木造建物に対して横揺れを与えて前記変形量−加速度特性を対象木造建物に対して決定するステップを実行する手段としては、対象木造建物の２階に水平動起振機を設置して対象木造建物を横揺れ振動させた時の振動の加速度を検出して検出信号を出力するための少なくとも２つの振動検出器と、少なくとも２つの前記検出信号を受けて予め定められた解析処理を行う解析器を含む耐震診断システムであって、該解析器が、前記解析処理として、前記少なくとも２つの検出信号についてフーリエ変換を行なってから加速度値と振動の周波数に関する解析を行って前記加速度値がピーク加速度値を示す時の前記振動の周波数を建物の動的固有周波数ｆｍ（Ｈｚ）として検出する、耐震診断システムを用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による地震計は、建物の内部に少なくとも１個設置することで、建物の最大変形量（角）を計測し記録することができ、複雑な操作、設定も必要ない。
【００１７】
本発明による地震計は実際の変形量を測定し、記録することから、建物の損傷の判定に際して目視などの個人差が生じることがなく、より定量的な判断を行うことができる。
【００１８】
本発明による加速度の検出方法は、地震の際に実際に木造建物に作用した加速度を知ることができ、実際に作用した加速度と木造建物の損傷の程度を考慮して、補強の必要性の有無を判断する際の一助とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による地震計の設置に適した箇所の一例として木造建物の仕口部分を示した図である。
【図２】図１に示した仕口部分が地震の横揺れにより変形することを説明するための図である。
【図３】図１に示した仕口部分に本発明による地震計を設置した状況を示す図である。
【図４】本発明による地震計を正面（図ａ）及び側面（図ｂ）から見た図である。
【図５】図４におけるアームを回動可能に軸支する軸部の一例を説明するための図である。
【図６】図４に示した測定子の一例を説明するための図である。
【図７】図４に示したガイドプレートの一例を説明するための図である。
【図８】図４に示した記録用プレートの一例を説明するための図である。
【図９】本発明による地震計を用いて地震の加速度を検出する際に併用される耐震診断システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】２階建て木造建物の場合における振動検出器の設置形態及び建物上部荷重の定義を説明するための図である。
【図１１】２階建て木造建物の場合における振動検出器の設置形態を説明するための平面図である。
【図１２】図９の耐震診断システムにおいて検出される加速度と動的共振周波数の関係を示した図である。
【図１３】木造建物における地震の加速度及び震度と変位量の関係を示す特性図である。
【図１４】木造建物の必要耐力Ｑｒ１の算定に必要な木造建物の単位重量を示した図である。
【図１５】木造建物の必要耐力Ｑｒ２の算定に必要な木造建物の必要耐力係数を示した図である。
【図１６】木造建物の動的剛性Ｋｄの算定に必要な、品確法により定められている壁量を示した図である。
【図１７】木造建物の安全限界時の保有耐力の算定に必要な耐力低減係数ｄの算定例を示した図である。
【図１８】中古住宅の改修前と改修後の保有耐力の算定に必要な劣化係数の例を示した図である。
【図１９】図９の耐震診断システムによる耐震診断で決定された、ある木造建物Ａの変形量−加速度特性の例を示した図である。
【図２０】図９の耐震診断システムによる耐震診断で決定された、別の木造建物Ｂの変形量−加速度特性の例を示した図である。
【図２１】図１９の木造建物Ａに設置された地震計で計測、記録された変形量を基に、図１９に示した変形量−加速度特性から木造建物Ａに作用した加速度を検出することを説明するための図である。
【図２２】図２０の木造建物Ｂに設置された地震計で計測、記録された変形量を基に、図２０に示した変形量−加速度特性から木造建物Ｂに作用した加速度を検出することを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明による地震計は、木造建物の場合には図１に示すように、柱１００と梁２００の接する仕口部分に設置するのが好ましい。これは、図２に示すように、地震時の横揺れにより柱１００と梁２００の間に変形角θで示されるような変形が生じることを想定しているからである。なお、本明細書で変形というのは、図２に示されるように、厳密に言えば変位であり、柱１００が細くなったり、太くなったりする変形よりも、むしろ元々の位置からの変位を意味する。
【００２１】
本発明による地震計は、地震時の横揺れによる最大変形量（あるいは角）を計測するのに適しており、計測された最大変形量（あるいは角）が記録手段によりリアルタイムで記録される。
【００２２】
図３は、本発明による地震計の設置形態を示す。地震計１の下部側から水平方向に突出している測定子４０の先端を柱１００の一面（正面から見て側面）に当接させた状態で、地震計１を梁２００に固定している。これにより、地震の横揺れによる柱１００の変形（変位）を測定子４０の変位量として検出し、この変位量を増幅したうえで記録手段の振れ量（角）に変換して記録する。記録された振れ量（角）で利用されるのは、主に最大振れ量（角）である。
【００２３】
図４〜図８を参照して、本発明による地震計を木造建物に適用する場合の実施の形態について説明する。
【００２４】
図４を参照して、地震計１は、仕口部分の梁に取り付けられるベース１０、アーム２０、記録用プレート３０、測定子４０を含む。ベース１０は、機械的強度の大きい、例えば金属製の長四角形の板である。アーム２０は、地震に伴う木造建物の変形量を記録するためのものであり、ベース１０の主面に沿って回動可能なようにその下端側が軸部２１を介して軸支されている。アーム２０は、板状部材と、この板状部材の上端側に板状部材の延長方向に延びるように取り付けた板バネによるジョイント２２と、ジョイント２２の先端に取り付けた記録部ホルダー２３を含む。アーム２０の板状部材の材料は、金属製、樹脂製等何でも良い。アーム２０の下端側には、軸部２１を、ベアリング２１−１を介して装着するための貫通穴２０−１がここでは２個設けられている。貫通穴２０−１を２個にする理由は後述する。
【００２５】
図５は軸部２１を示し、ベアリング２１−１（図４ｂ）に挿通される軸２１−２と、これよりも太い軸部本体２１−３から成る。軸部本体２１−３には、雌ネジ２１−４が形成されている。
【００２６】
図４に戻って、アーム２０の貫通穴２０−１にベアリング２１−１を装着し、ベアリング２１−１に軸部２１の軸２１−２を挿通した後、軸２１−１の抜けを防止するロック部材を軸２１−１に装着する。その後、ベース１０の裏面側からベース１０にネジを通し、軸部本体２１−３の雌ネジ２１−４に螺入する。これにより、アーム２０は、ベース１０の主面に沿って回動可能な状態で軸支される。
【００２７】
記録部ホルダー２３は筒状部材を有する。筒状部材は、記録手段２４、ここでは鉛筆を、ベース１０の主面側に向けた状態で保持する。筒状部材には、その内部に進入可能なネジ２３−１が取り付けられ、ネジ２３−１を締めることで鉛筆を筒状部材に固定保持し、ネジ２３−１を緩めることで鉛筆を筒状部材から取り外すことができる。ジョイント２２を板バネで構成しているのは、鉛筆の筆圧を適度にするためである。記録手段２４は、鉛筆のほか、ペン、その他、記録が可能なものであれば何でも良い。アーム２０の下端側は、ベアリング２１によってこのベアリング２１の中心を軸として回動可能に軸支されているほか、軸支部より少し上方の位置で測定子４０の一端と連結されている。
【００２８】
図６は測定子４０の一例を示す。測定子４０は、ドーム状の頭部を持つネジ体４１と、このネジ体４１を受け入れる雌ネジ部４２−１を持つ連結棒４２から成る。連結棒４２の一端側、すなわち雌ネジ部４２−１側とは反対側の端部は２股になるように切り分け加工され、２股部にはピン４３（図４）を通すための貫通穴４２−２が設けられている。
【００２９】
図４に戻って、連結棒４２の一端側を２股にするのは、この間にアーム２０の板状部材を通すためであるので、２股部の間隔は板状部材の板厚より少し大きくされる。アーム２０の板状部材において連結棒４２と連結される部分には、アーム２０の延在方向に長い長孔２０−２が設けられている。そして、連結棒４２の貫通穴４２−２、アーム２０の長孔２０−２を通してピン４３を通しピン４３の両端を潰すことでアーム２０と測定子４０とを連結している。長孔２０−２をアーム２０の延在方向に長くしている理由は後述する。
【００３０】
測定子４０は、ベース１０に取り付けられたホルダー１２により、ベース１０の主面に沿って往復動自在に保持されている。すなわち、ホルダー１２は、そこに設けられた貫通孔に測定子４０の連結棒４２を挿通することで測定子４０を往復動自在に保持している。アーム２０は測定子４０と連結された状態でベース１０に設置される。
【００３１】
地震計１は、図３で説明したように、測定子４０のネジ体４１のドーム状頭部が柱に接するように設置される。設置に際しては、連結棒４２に対するネジ体４１のねじ込み量を調節することで、ドーム状頭部が柱の側面に当接するように設定される。
【００３２】
図４（ａ）において、測定子４０のドーム状頭部が柱の側面に当接するように、ベース１０が梁に取付けられていると仮定して、柱が地震に伴う横揺れにより図２に示すように揺れると、測定子４０は柱で押されて柱が揺れた分だけ右方向に移動する。これにより、測定子４０の一端に連結されたアーム２０が押され、アーム２０はベアリング２１−１の中心を軸として時計回りに回動する。
【００３３】
ベース１０とアーム２０の間であってアーム２０と測定子４０との連結部に近い位置には、引張りバネ１３が設けられている。引張りバネ１３は、測定子４０に対する押圧力が無くなった時に、時計回りに回動したアーム２０を回動前の位置に復帰させるためのものである。これにより、地震によって柱が図２に示す方向の揺れに続いて反対方向に揺れると、測定子４０の一端に連結されたアーム２０が引張りバネ１３で引っ張られ、アーム２０はベアリング２１−１の中心を軸として反時計回りに回動する。このようにして、地震に伴う柱の揺れにより、アーム２０も往復回動する。アーム２０においてピン４３を通すための孔を長孔２０−２としているのは、次の理由による。つまり、ピン４３は測定子４０の連結棒４２と一体であり、測定子４０の往復動によってアーム２０を円滑に回動させるためには、測定子４０の往復動に伴いピン４３がアーム２０の延在方向にわずかにずれることを許容する必要があるからである。
【００３４】
アーム２０と測定子４０の連結部における横方向への変位量はアーム２０で増幅されアーム２０の先端に保持された記録手段２４が往復回動する。アーム２０の回動範囲は、ガイドプレート５０で規制される。
【００３５】
ガイドプレート５０は、図７に示すように、両端側に脚部５０−１を持つ略Ｕ型の板状部材である。ガイドプレート５０の中央部と脚部５０−１にはそれぞれ、ネジを通すための貫通穴が設けられている。
【００３６】
図４に戻って、ガイドプレート５０は、アーム２０と測定子４０との組立体をベース１０に設置した後、ベース１０に取り付けられる。すなわち、アーム２０がガイドプレート５０の２つの脚部５０−１の間に位置した状態で、脚部５０−１をベース１０の主面側に向けてネジでベース１０に取り付けることにより、ベース１０の主面とガイドプレート５０との間に空間ができる。脚部５０−１の高さは、ベース１０の主面に沿うように設置されているアーム２０の表面側がガイドプレート５０の内面側と接触しないように設定される。一方、２つの脚部５０−１の間隔は、アーム２０の回動範囲を規定する。
【００３７】
地震時には、アーム２０が往復回動することにより記録部ホルダー２３で保持された記録手段２４も往復回動する。ベース１０の主面であって記録手段２４の往復回動範囲には、ベース１０に対して記録用プレート３０が着脱自在に取り付けられる。
【００３８】
記録用プレート３０は、図８に示すように、取り付け用のネジを通すための孔を長孔３０−１としている。これにより、記録手段２４による記録用プレート３０への記録を複数回行なうことができるようにしている。図８では、記録を３回行なうことができるように、記録領域３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを持つ記録用プレート３０を示している。例えば、記録領域３０Ａに対して記録が行なわれたら、取り付け用のネジを緩めて記録用プレート５０を少し上方に移動させて再度取り付け用のネジを締めるようにされる。このためには、長孔３０−１は、実際には、図８に示されているものよりも長くされることは言うまでも無い。記録用プレート３０の材料は、記録手段２４に何を用いるかで決められる。例えば、鉛筆の場合は、板材の上に紙を貼り付けたようなものでも良い。いずれにしても、記録領域３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃには、例えば１ｍｍ単位の目盛り（あるいは１乃至数度単位の角度目盛り）を付けておくことが好ましい。
【００３９】
ベース１０は、図３で説明したように、仕口部分における梁にネジ等で取り付けられる。ベース１０の上端部には２箇所にネジ止用の穴１０−４が設けられている。なお、測定子４０のドーム状の頭部を柱の側面に当接させるためには、ベース１０の上部を梁の後面に取り付ける必要がある。測定子４０のドーム状の頭部を柱の中央寄りに位置させるために、図４（ｂ）に一点鎖線で示すように、ベース１０の上部をクランク状にしても良い。
【００４０】
ところで、図４（ａ）は、地震計１として組立後の状態を示し、便宜上、アーム２０をその往復回動範囲の中心に示している。しかし、実際は、アーム２０は引張りバネ１３によりガイドプレート５０で規制される位置まで回動した状態になる。アーム２０をその往復回動範囲の中心におくために、図４（ｂ）に示す位置決めピン１５が用いられる。
【００４１】
位置決めピン１５は、つまみ１５−１と雄ネジ１５−２から成る。ガイドプレート５０の中央部と、アーム２０にはそれぞれ雄ネジ１５−２を挿通するための貫通穴が設けられ、ベース１０には雄ネジ１５−２が螺入する雌ネジ１０−５が切られている。地震計１として組立後、図４（ａ）に示す状態にしてガイドプレート５０の貫通穴及びアーム２０の貫通穴を通して位置決めピン１５の雄ネジ１５−２をベース１０の雌ネジ１０−５に螺入する。図４（ｂ）は位置決めピン１５でアーム２０を保持した状態を示している。製品としての持ち運びはこの状態で行なわれるが、記録手段２４は、通常、仕口部分への設置後に取り付けられる。
【００４２】
地震計１の設置方法は以下の通りである。
【００４３】
図４（ｂ）のように組み立てた地震計１のベース１０を木造建物の仕口部分における梁に取付けて固定する。続いて、測定子４０におけるネジ体４１のねじ込み量を調節してネジ体４１のドーム状頭部が仕口部分における柱の側面に当接するように設定する。その後、位置決めピン４３を取外すと、アーム２０は、図４（ａ）に示す状態で保持される。
【００４４】
次に、アーム２０に２つの貫通穴２０−１を設ける理由について説明する。
【００４５】
アーム２０の回動中心からアーム２０と測定子４０との連結部までの距離をＬ１とし、アーム２０の回動中心から記録手段２４の中心までの距離をＬ２とする。この場合、アーム２０と測定子４０との連結部の中心の変位量をＤ１とすると、記録手段２４の中心の変位量Ｄ２は、Ｄ２＝Ｄ１×（Ｌ２／Ｌ１）に増幅される。
【００４６】
本実施の形態においては、アーム２０の軸支部を構成する軸部２１及びベアリング２１−１を装着するための貫通穴２０−１を２箇所に設けていることにより、距離Ｌ１を２種類設定できるようにし、結果として、増幅度となる（Ｌ２／Ｌ１）を、例えば１０倍、５倍の２種類設定できるようにしている。
【００４７】
図４に示すような設置状態にて地震による横揺れが発生すると、その揺れ量に応じて記録手段２４により記録用プレート３０には、振れが変形量として記録される。本実施の形態では、振れ幅の最大の目盛りが最大変形量として読まれる。
【００４８】
以上のような地震計１は建物の内部に少なくとも１個設置され、電力が不要で、簡単な構成でかつ複雑な操作、設定を必要とせずに地震に伴う微小な変形量（角）を計測して記録することができる。地震計１はまた、実際の変形量を測定し、記録することから、建物の損傷の判定に際して目視などの個人差が生じることがなく、より定量的な判断を行うことができる。
【００４９】
なお、最大変形量（角）が建物の随所で異なることが考えられる場合には、地震計は、できれば１階、２階の各所に設置するのが望ましい。また、長期計測を行うものなので、目盛りを確認しやすいところに設置することが望ましい。
【００５０】
上記の地震計１は電力を必要としないが、警報表示を行なうために電気系統を組み合わせても良い。これは例えば、顧客によっては、地震に伴う横揺れが建物に設定した振れ幅の基準を超えた場合に、ランプ点灯やアラームといった警報表示を行なうことが要求されることが考えられるからである。このような警報表示の簡単な例を説明すると、以下の通りである。
【００５１】
図４のベース１０とアーム２０との間に、アーム２０の振れ幅が所定の値を超えるとオンとなる接点スイッチあるいは無接点スイッチを設置する。警報表示は、この接点あるいは無接点スイッチのオン動作に伴う電気信号をそのままあるいは増幅して利用する。警報表示は地震計１自体に警報表示手段を設置して行なうようにしても良いし、警報表示手段を地震計１の設置場所とは別場所、例えば居間に設置し、地震計と警報表示手段を無線あるいは有線で結んで行なうようにしても良い。また、電源としては停電を考慮してバッテリーを使用するのが好ましいが、商用電源でも良い。オン動作に伴う電気信号は、警報表示以外に利用できるようにしても良い。
【００５２】
ところで、本発明による地震計は、上述のような形態で地震に伴う建物の変形量を計測、記録する手段として用いられるだけでなく、本発明者らにより提案されている木造建物の耐震診断システムと併用することで、地震の際に、木造建物に作用した横揺れの加速度を検出する要素として用いることができる。
【００５３】
図９〜図１８を参照して、本発明者らにより提案されている木造建物の耐震診断システムについて説明する。
【００５４】
図９は、上述した地震計と併用される、本発明者らにより提案されている耐震診断システムの構成を示すブロック図である。以下で説明される各種指標の算出は、特に「中古」ということわりの無い限り、新築の木造建物の場合であるが、中古の木造建物であっても同様に適用可能である。また、各種指標に「動的」という語句を付しているのは、木造建物（以下、建物と略称する）を強制的に振動させた結果得られる計測信号を用いて得られた値であるので、固定値のみで算出される、いわば「静的」な値とは区別されるべきであることを企図している。
【００５５】
本耐震診断システムは、周波数可変の加振信号を発生する任意波発振器４１１、加振信号を増幅する電力増幅器４１２、電力増幅器４１２からの増幅された加振信号で建物に対して加振を行なう水平動起振機４２０、水平動起振機４２０で加振されている間の横揺れ振動の加速度を検出する第１、第２、第３の振動検出器４２１、４２２、４２３、これらの検出信号を増幅するための第１、第２、第３の増幅器４１３、４１７、４２４、アナログ信号である検出信号をディジタルの加速度信号に変換する第１、第２、第３のＡ／Ｄ変換器４１４、４１８、４２５、解析器４１５、パラメータ入力部４１９を含む。振動検出器は加速度や速度を検出する手段として用いられており、以下では加速度を検出する場合について説明するが、速度を検出するようにしても良い。
【００５６】
２階建ての建物の場合、図１０に示すように、水平動起振機４２０、第１〜第３の振動検出器４２１〜４２３は建物基礎４０１の上面、すなわち１階の床面から階高ｈの２階の床に設置され、特に第３の振動検出器４２３は建物４００の重心対応位置またはその近傍に設置された水平動起振機４２０に近い位置に設置される。図１０に示すＷｉは建物４００の単位重量（荷重）（ＫＮ／ｍ２）であり、２階建の建物の場合、建物基礎４０１の上面から所定の高さｈ１（ｍ）、ここではｈ／２（ｍ）の高さより上方の建物４００の重量が建物４００の１ｍ２当たりの単位重量Ｗｉとして扱われる。
【００５７】
本耐震診断システムは、水平動起振機４２０を導入して、建物４００に対して積極的に振動を与える。従って、水平動起振機４２０により、Ｘ方向（東西方向）の揺れを発生させるような振動を与えつつ建物２階の床の北側端部、南側端部、及びこれらの中間部に設置した第１、第２、第３の振動検出器による計測を行う一方、Ｙ方向（南北方向）の揺れを発生させるような振動を与えつつ東側端部、西側端部、及びこれらの中間部に設置した第１、第２、第３の振動検出器による計測を行う。なお、説明を簡単にするためにＸ方向を東西方向、Ｙ方向を南北方向としているが、建物は、横断面が必ず長四角形であったり、４つの壁が東西、南北に面していたりするとは限らない。この場合、水平動起振機４２０による加振は、壁に対して直角に作用するように行なわれる。
【００５８】
図１１は、図１０に示された水平動起振機４２０、第１〜第３の振動検出器４２１〜４２３の設置形態を平面図で示す。図１１は、水平動起振機４２０でＸ方向について起振する場合について示している。この場合、建物の２階床の北側端部、南側端部にそれぞれ、第１、第２の振動検出器４２１、４２２が設置され、建物４００の重心対応位置またはその近傍に設置された水平動起振機４２０に近い中間位置に第３の振動検出器４２３が設置される。すなわち、第１〜第３の振動検出器４２１〜４２３はＹ方向（南北方向）に並設される。一方、水平動起振機４２０でＹ方向について起振する場合、２階床の東側端部、西側端部にそれぞれ、第１、第２の振動検出器４２１、４２２が設置され、水平動起振機４２０に近い中間位置に第３の振動検出器４２３が設置される。すなわち、第１〜第３の振動検出器４２１〜４２３はＸ方向に並設される。
【００５９】
なお、本耐震診断システムは、振動検出器を３個備える３チャンネルタイプであるが、３チャンネルタイプに比べて安価な２チャンネルタイプ、つまり振動検出器を２個備えたものでも良い。これは、図１１のＹ方向について言えば、解析に必要な加速度検出信号は、北側の壁と南側の壁について解析すれば良い場合には第１、第２の振動検出器４２１、４２２の組み合わせ配置による１回の計測作業で得ることができ、北側の壁と南側の壁及びこれらの間の床について解析が必要である場合には第１、第３の振動検出器４２１、４２３の組み合わせ配置による計測作業と、第２、第３の振動検出器４２２、４２３の組み合わせ配置による計測作業で得ることができるからである。言い換えれば、北側の壁と南側の壁及びこれらの間の床について解析を行う場合について言えば、図１１の３チャンネルタイプの場合、水平動起振機４２０による加振及び計測作業は１回で済む。一方、２チャンネルタイプの場合には２個の振動検出器を図１１の４２１と４２３の位置（いずれも実線で示す）に配置して加振及び計測作業を行い、次に２個の振動検出器を図１１の４２２と４２３の位置（いずれも実線で示す）に変更配置して加振及び計測作業を行うことで３チャンネルタイプと同等の検出を行うことができる。この場合、北側の壁と南側の壁の間の床については重複することになるが、一方の値を採用すれば良い。Ｘ方向の場合も同様である。
【００６０】
そこで、以下では、図１１における第１、第３の振動検出器４２１、４２３の組み合わせのみについて説明する。この場合、後述する各指標は、第１の振動検出器４２１の検出信号を用いて建物の北側の壁について算出され、第３の振動検出器４２３の検出信号を用いて北側の壁と南側の壁の間の床について算出されることを意味する。
【００６１】
次に、本耐震診断システムによる耐震性能診断について説明する。以下の耐震性能診断は、解析器４１５の記憶装置にインストールされている耐震性能診断のための解析処理プログラム（耐震診断プログラム）に基づいて行われる。従って、解析器４１５は、パーソナルコンピュータ、特にポータブルタイプのパーソナルコンピュータによって実現され、耐震診断に際しては記憶装置から解析処理プログラムを読み出して解析処理を実行する。この場合、パラメータ入力部４１９はキーボードで実現される。また、増幅器、Ａ／Ｄ変換器は解析器に内蔵されていても良い。
【００６２】
図１１に示すように、建物２階の北側端部に設置された第１の振動検出器４２１、建物２階の南側端部に設置された第２の振動検出器４２２は、水平動起振機４２０による東西方向の揺れに起因する加速度を検出する。第１、第２の振動検出器４２１、４２２からの加速度検出信号は、様々な周波数成分の加速度を持つ。第１、第２の振動検出器４２１、４２２で検出された加速度検出信号は、第１、第２の増幅器４１３、４１７で増幅され第１、第２のＡ／Ｄ変換器４１４、４１８でディジタル信号に変換されて解析器４１５に与えられる。解析器４１５は、前述のように解析処理プログラムに基づいて信号処理及び解析処理を行う。
【００６３】
解析器４１５は、第１、第２のＡ／Ｄ変換器４１４、４１８の出力信号をそれぞれＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）とした場合、信号処理として以下の数１によるフーリエ変換を行なう。
【００６４】
【数１】
【００６５】
解析器４１５はまた、解析処理として、処理された信号ＳＡ（ｆ）、ＳＢ（ｆ）に対してここでは周波数分析を行い、各加速度検出信号における周波数成分と加速度値との関係を分析する。すると、図１２に示すように、ある特定の周波数において加速度値がピーク値を示す。この時の周波数は固有周波数（共振周波数）と呼ばれ、解析器４１５はこの固有周波数ｆｍを動的固有周波数（動的共振周波数）として検出する。
【００６６】
ここで、図１１で説明したように、東西方向に揺れる振動について計測した場合には、第１、第２の振動検出器４２１、４２２の出力である第１、第２の加速度検出信号からは同じ動的固有周波数（但し、加速度のピーク値は異なることが多い）が検出されることとなる。これをＸ方向（東西方向）の動的固有周波数ｆｍＸとする。この検出値は記憶装置に保存される。
【００６７】
東西方向に揺れる振動について計測が終了すると、第１、第２の振動検出器４２１、４２２をそれぞれ、東側端部、西側端部に移し替える。建物２階の東側端部に設置された第１の振動検出器４２１、建物２階の西側端部に設置された第２の振動検出器４２２は、水平動起振機４２０による南北方向の揺れに起因する加速度を検出する。その結果、上記と同様の信号処理及び解析処理により、解析器４１５は、南北方向に揺れる振動に対し、第１、第２の振動検出器４２１、４２２からＹ方向（南北方向）の動的固有周波数ｆｍＹを検出し、これを記憶装置に保存する。
【００６８】
以下では、上記のようにして得られたＸ方向の動的固有周波数ｆｍＸとＹ方向の動的固有周波数ｆｍＹを用いて各種計算が行なわれるが、動的固有周波数ｆｍＸを用いた計算と動的固有周波数ｆｍＹを用いた計算は同じであるので、説明を簡単にするために、動的固有周波数ｆｍとして説明を行う。従って、以下の説明は、Ｘ方向に関する各種算定、Ｙ方向に関する各種算定のいずれにも適用され得る。
【００６９】
さて、解析器４１５は、予め定められた演算処理を行なって建物の必要耐力を算出すると共に、上記の動的固有周波数ｆｍを使用して耐震性能診断に必要な指標として、少なくとも動的壁率、動的剛性、保有耐力、加速度、動的評点を算出する。以下に、これらの算出方法について説明する。
【００７０】
なお、図１１のＹ方向に関して言えば、前述した通り、図１１の４２１と４２３の位置（いずれも実線で示す）に配置した２個の振動検出器からの加速度検出信号を用いて建物の北側の壁（図１１の上側）と北側の壁と南側の壁の間の床についての上記各指標が算出される。Ｘ方向に関して言えば、例えば図１１の４２１（破線で示す）と４２３の位置に配置した２個の振動検出器からの加速度検出信号を用いて建物の東側の壁（図１１の右側）と東側の壁と西側の壁の間の床についての上記各指標が算出される。
【００７１】
１．建物の必要耐力の算出
建物の必要耐力というのは、建物に耐力壁などの地震に有効な部材がどれだけ必要かを表す数値で、解析器４１５は、必要耐力を、以下の式（１）又は（２）に基づいて算出する。
【００７２】
必要耐力Ｑｒ１＝Ｃｏ×Ｗｉ×Ｓ×Ｋ１ （１）
必要耐力Ｑｒ２＝Ｓ×必要耐力係数 （２）
式（１）は、建築基準法により定められている式を、層せん断力係数Ｃｏ（＝０．２０）、建物の単位重量Ｗｉ（ＫＮ／ｍ２）、建物の１階床面積Ｓ（ｍ２）、建物形状による低減係数Ｋ１を用いて簡略化した式である。単位重量Ｗｉ、低減係数Ｋ１は、図１４を参照して決められる。例えば、一般地域の２階建の軽量屋根の場合、単位重量Ｗｉは３．６７を用いる。図１４は非特許文献２の第６５頁に記載されているが、単位重量Ｗｉは建物仕様の実状に合わせて別途算定する場合がある。建物形状による低減係数Ｋ１は非特許文献３に記載されている。
【００７３】
式（２）は非特許文献３に記載されており、必要耐力係数は図１５を参照して決められる。例えば、一般診断の場合の２階建の建物の必要耐力係数は図１５の０．８３を用い、精密診断の場合の２階建の建物の必要耐力係数は図１５の０．７２を用いる。図１５の一般診断、精密診断については非特許文献３に記載されている。
【００７４】
上記の算出に必要な緒元は、いずれもパラメータ入力部４１９から入力される。そして、上記の算出に用いられる諸元はすべて固定値であるので、得られる値は、いわば静的耐力である。
【００７５】
２．建物の動的壁率の算出
動的壁率というのは、建物の壁率の倍数（壁倍率）であり、解析器４１５でこれを算出することで、建物の壁に対する補強の必要性の有無を判定するために用いる。
【００７６】
解析器４１５は、加速度検出信号を用いて得られた動的固有周波数ｆｍを用い、動的壁率を、以下の式（３）に基づいて算出する。
【００７７】
動的壁率Ｍｄ＝（ｆｍ／４．９８）２ （３）
この式（３）は、以下のように導かれたものである。
【００７８】
一般的に、重力の加速度ｇ＝９８０（ｃｍ／ｓｅｃ２）と建物の固有周波数ｆ０（Ｈｚ）の間にはｇ＝（２πｆ０）２の関係がある。この式からｆ０＝√９８０／２π＝４．９８（Ｈｚ）となり、耐震等級Ｉの建物の固有周波数４．９８（Ｈｚ）が求められ、建物について計測して得られた動的固有周波数ｆｍ（Ｈｚ）より動的壁率Ｍｄが得られる。
【００７９】
動的壁率Ｍｄは、建物の壁量の過不足を表す数値（倍率）で、数値が１．０より大きいほど壁量が多く耐震性能の高い建物であることを表し、数値が１．０より小さいほど壁量が少なく耐震性能の低い建物であることを表す。つまり、数値の大小によって建物の耐震性能が分かり、下記のように、建築基準法で定められている耐震等級Ｉ、II、IIIと、後述される動的評点Ｈｄとの比較が可能である。
【００８０】
耐震等級 Ｉ II III
安全倍率 1.0 1.25 1.5
動的壁率Ｍｄ 1.0 1.5 2.0
動的評点Ｈｄ 1.0 1.25 1.5
動的壁率が１．０より小さい場合には、壁の場合には主に壁、筋交い、その他、床の場合には主に梁、床板、その他について補強を行なって１．０を超えるようにする。
【００８１】
３．建物の損傷限界時の動的剛性（バネ定数）の算出
解析器４１５は、上記項目２で算出した動的壁率Ｍｄを用い、建物のＹ方向（南北方向）あるいはＸ方向（東西方向）の動的剛性Ｋｄ（ＫＮ／ｃｍ）を、以下の式（４）に基づいて算出する。
【００８２】
動的剛性Ｋｄ＝１．９６×１２０×Ｒ×Ｍｄ×Ｓ／ｈ （４）
式（４）は、一般的な建物の剛性を導く式に、動的壁率Ｍｄを加えて導き出したもので、基準耐力１．９６（ＫＮ）、変位角１／１２０（ｒａｄ）を代入している。前述したように、ｈは建物基礎の上面から２階床面までの階高（ｃｍ）である。Ｒは建築基準法で定められた必要壁率であり、図１６を参照して決められる。図１６は、建築基準法における品確法（住宅の品質確保の促進等に関する法律：第３条第１項に基づく、平成１２年建設省告示第１６５４号）に定められた壁量を示している（非特許文献４参照）。図１６を参照して一例を挙げると、２階建の軽量材による軽い屋根の場合０．３６（ｍ／ｍ２）、重量材による重い屋根の場合０．４６（ｍ／ｍ２）という値が定められている。
【００８３】
動的剛性Ｋｄは、建物の曲げ強さ、すなわち建物が外力によって変形しない強さ、変形のしづらさの度合いを表し、数値が大きいほど変形しづらく耐震性能の高い建物を表し、数値が小さいほど変形しやすく耐震性能の低い建物を表す。動的剛性Ｋｄは、動的壁率Ｍｄの大きさに比例して変動する。解析器４１５は、動的剛性Ｋｄが小さい場合には補強の必要性有りとの判定結果を出力する。
【００８４】
４．建物の損傷限界時の保有耐力の算出
建物の保有耐力というのは、建物が耐力壁などの地震に有効な部材をどれだけ保有しているかを表す数値で、解析器４１５は、上記項目３で算出した動的剛性Ｋｄを用い、保有耐力を以下の式（５）に基づいて算出する。
【００８５】
保有耐力Ｑｋｄ１＝Ｋｄ×△ｘ （５）
△ｘは変位量｛＝ｈ／１２０（ｃｍ）｝である。
【００８６】
保有耐力Ｑｋｄ１（ＫＮ）は、地震に対して建物が保有している強さで、数値が大きいほど強い建物で耐震性能の高い建物を表し、数値が小さいほど弱い建物で耐震性能の低い建物を表す。保有耐力Ｑｋｄ１は、動的剛性Ｋｄの大きさに比例して変動する。解析器４１５は、保有耐力Ｑｋｄ１が小さい場合には補強の必要性有りとの判定結果を出力する。
【００８７】
５．建物の損傷限界時の加速度の算出
解析器４１５は、上記項目４で算出した保有耐力Ｑｋｄ１を用い、建物のＹ方向（南北方向）あるいはＸ方向（東西方向）の加速度α（ｇａｌ）を、以下の式（６）に基づいて算出する。
【００８８】
加速度α＝｛Ｑｋｄ１／（Ｓ×Ｗｉ）｝×９８０ （６）
加速度αは、地震の大きさを表す数値で、加速度値が大きいほど耐震性能の高い建物を表し、加速度値が小さいほど耐震性能の低い建物を表す。加速度αは、保有耐力Ｑｋｄ１の大きさに比例して変動する。解析器４１５は、加速度αが小さい場合には補強の必要性有りとの判定結果を出力する。
【００８９】
６．建物の安全限界時の耐力低減係数の算出
建物の耐力低減係数というのは、安全限界での弾性とみなした加速度値から安全限界での塑性とみなした加速度値が減少している割合を表す数値であり、解析器４１５は、上記項目５で算出した加速度αを用い、以下の式（７）に基づいて耐力低減係数を算出する。
【００９０】
耐力低減係数ｄ＝（α＋２００）／（４×α） （７）
式（７）は、木造建物の加速度−変形量（変位量）特性を示す図１３を参照して、安全限界での塑性とみなした加速度値（α＋２００）（ｇａｌ）を、安全限界での弾性とみなした加速度値４×α（ｇａｌ）で割って導かれる。すなわち、図１３より（α＋２００）は、損傷限界での加速度値α（ｇａｌ）に、安全限界での塑性曲線加速度値の増加分２００（ｇａｌ）を足した値で、（４×α）は損傷限界での加速度値α（ｇａｌ）に、安全限界での弾性直線加速度値の増加分１２０／３０＝４倍したものである。
【００９１】
７．建物の安全限界時の保有耐力の算定
建物の保有耐力というのは、建物が耐力壁などの地震に有効な部材をどれだけ保有しているかを表す数値であり、解析器４１５は、上記項目４で算出した保有耐力Ｑｋｄ１、項目６で算出した耐力低減係数ｄを用い、安全限界時の保有耐力を以下の式（８）に基づいて算出する。
【００９２】
保有耐力Ｑｋｄ２＝Ｑｋｄ１×ｄ×（１２０／３０）
＝Ｋｄ×△ｘ×ｄ×（１２０／３０） （８）
式（８）は、項目４で説明した損傷限界｛変位角１／１２０（ｒａｄ）｝時の保有耐力Ｑｋｄ１の算出式（５）を基にし、安全限界｛変位角１／３０（ｒａｄ）｝での建物の耐力低減係数ｄ、変位量の換算値１２０／３０＝４から導かれたものである。建物の耐力低減係数ｄの算定例を図１７に示す。
【００９３】
８．中古住宅の場合の劣化係数の算出
中古住宅の劣化係数というのは、建物各部の劣化状況を目視により判定した数値で、劣化係数は以下の式（９）で表される。
【００９４】
改修前の劣化係数（Ｊ×Ｅ×Ｄ）＝０．６２
改修後の劣化係数（Ｊ×Ｅ×Ｄ）＝０．７１ （９）
式（９）は、建物の基礎と接合部の低減係数Ｊ、建物の床仕様と偏心の低減係数Ｅ、建物の目視による劣化度Ｄを、それぞれ日本建築防災協会の一般耐震診断ソフトを使用して、６棟の中古住宅について実際に改修前と改修後を解析した結果の平均値（図１８参照）から導き出したものである。
【００９５】
解析器４１５は、算出した前記損傷限界時の建物の保有耐力Ｑｋｄ１、上記の方法で得られた中古住宅の改修前の劣化係数０．６２、及び中古住宅の改修後の劣化係数０．７１を用い、以下の式（１０）を用いて中古住宅の改修前の保有耐力Ｑｋｄ３（ＫＮ）と中古住宅の改修後の保有耐力Ｑｋｄ４（ＫＮ）を算出する。
【００９６】
Ｑｋｄ３＝Ｑｋｄ１×０．６２
Ｑｋｒ４＝Ｑｋｄ１×０．７１ （１０）
９．建物の動的評点の算出
建物の動的評点というのは、想定された地震に対する建物が保有する耐力の安全率であり、解析器４１５は、動的評点を以下の式（１１）に基づいて算出する。
【００９７】
損傷限界時の動的評点 Ｈｄ１＝Ｑｋｄ１／（Ｑｒ１又はＱｒ２）
安全限界時の動的評点 Ｈｄ２＝Ｑｋｄ２／（Ｑｒ１又はＱｒ２）
中古住宅の改修前の動的評点Ｈｄ３＝Ｑｋｄ３／（Ｑｒ１又はＱｒ２）
中古住宅の改修後の動的評点Ｈｄ４＝Ｑｋｄ４／（Ｑｒ１又はＱｒ２）
（１１）
動的評点は、建物の保有耐力（建物が実際に保有している耐力）Ｑｋｄ（ＫＮ）を建物の必要耐力（設計上、建物に要求される耐力）Ｑｒ１又はＱｒ２（ＫＮ）で割ることで得られる。つまり、損傷限界時の保有耐力Ｑｋｄ１を必要耐力Ｑｒ１又はＱｒ２で割ると新築住宅の損傷限界時の動的評点Ｈｄ１が得られ、安全限界時の保有耐力Ｑｋｄ２を必要耐力Ｑｒ１又はＱｒ２で割ると新築住宅の安全限界時の動的評点Ｈｄ２が得られる。同様にして、中古住宅の改修前の保有耐力Ｑｋｄ３を必要耐力Ｑｒ１又はＱｒ２で割ると中古住宅の改修前の動的評点Ｈｄ３が得られ、中古住宅の改修後の保有耐力Ｑｋｄ４を必要耐力Ｑｒ１又はＱｒ２で割ると中古住宅の改修後の動的評点Ｈｄ４が得られる。
【００９８】
言うまでもなく、動的評点は１以上であることが望ましく、もし、動的評点が１より小さいという診断結果が出た場合には、その程度に応じて動的評点が１以上になるような補強を施すことになる。補強は、壁の補強、筋交の補強、梁の補強、床板の補強、重い屋根を軽い屋根に代える（例えば瓦を代える）等、様々な形態で実施することができる。
【００９９】
ところで、非特許文献３には、垂れ壁・腰壁を詳細に評価しない方法ではその他の耐震要素の耐力は、垂れ壁・腰壁、フレーム効果を考慮し、建物の必要耐力Ｑｒに２５％の係数を用いて耐力ＰｅをＰｅ＝０．２５×Ｑｒとして算出することが記載されている。
【０１００】
これに対し、上記の「２．建物の動的壁率の算出」において用いた耐震等級Ｉの建物の固有周波数４．９８（Ｈｚ）は、垂れ壁・腰壁、フレーム効果を考慮していない数値であり、垂れ壁・腰壁、フレーム効果を考慮する場合には上記の建物の固有周波数４．９８（Ｈｚ）も上記の２５％の係数が考慮されるべきである。そして、上記の２５％の係数を考慮した場合の耐震等級Ｉの建物の固有周波数ｆｍ１は、
ｆｍ１＝（１＋０．２５）１／２×４．９８
＝５．５７（Ｈｚ）
となる。
【０１０１】
そこで、垂れ壁・腰壁、フレーム効果を考慮する場合、建物の動的壁率の算出は、「２．建物の動的壁率の算出」において用いたＭｄ＝（ｆｍ／４．９８）２に代えて、Ｍｄ’＝（ｆｍ／５．５７）２を用いて動的壁率Ｍｄ’を算出し、算出結果から建物の壁に対する補強の必要性の有無を判定することが望ましい。そして、この場合、前述した「３．建物の損傷限界時の動的剛性（バネ定数）の算出」における動的剛性Ｋｄは、前述した式（４）のＭｄに代えて、Ｍｄ’を代入して算出を行なう。「４．建物の損傷限界時の保有耐力の算出」以降の動作はまったく同様である。
【０１０２】
以上が本発明者らにより提案されている耐震診断システムである。
【０１０３】
以下に、本発明による地震計と上記の耐震診断システムを併用して木造建物に作用した加速度を検出する方法について説明する。説明を理解し易くするために、上記の耐震診断システムにより、ある地域の建物Ａと、別の地域の建物Ｂに対して耐震診断が行なわれたものとする。
【０１０４】
特に、上記項目５における加速度の算出に際し、診断対象建物に対して、例えば変形角１／１２０（ｒａｄ）での加速度を計算し、横軸を変形角（量）、縦軸を加速度とする変形角−加速度特性をあらかじめ決定しておく。
【０１０５】
ここで、ある地域の建物Ａに対する耐震診断の結果、変形角１／１２０（ｒａｄ）（ｈ＝３ｍで２．５ｃｍの変形量に等しい）で加速度が２００（ｇａｌ）であったとする。一方、別の地域の建物Ｂに対する耐震診断の結果、変形角１／１２０（ｒａｄ）（ｈ＝３ｍで２．５ｃｍの変形量に等しい）で加速度が１８０（ｇａｌ）であったとする。
【０１０６】
この場合、建物Ａに対する変形量−加速度特性を、変形角１／１２０（ｒａｄ）、加速度が２００（ｇａｌ）という数値を用いて図１９の近似直線のように決定する。一方、建物Ｂに対する変形量−加速度特性を、変形角１／１２０（ｒａｄ）、加速度が１８０（ｇａｌ）という数値を用いて図２０の近似直線のように決定する。なお、これらの変形量−加速度近似特性の縦軸には、加速度に対応させて震度を付している。
【０１０７】
上記の耐震診断システムによる耐震診断が終了したら、耐震診断システムは撤去される。そして、ある地域の建物Ａ、別の地域の建物Ｂの仕口部分にはそれぞれ前述した地震計１が設置される。
【０１０８】
地震計１の設置後、例えば震度５程度の地震が発生し、建物Ａ、Ｂの地震計でそれぞれ２ｃｍの最大変形量が計測、記録されたものとする。
【０１０９】
この場合、建物Ａについては、図１９の変形量−加速度近似特性に、記録された変形量２ｃｍを適用することにより、図２１に示すように、建物Ａに作用した加速度αＡを、αＡ＝２００×（２．０／２．５）＝１６０（ｇａｌ）として算出することができる。一方、建物Ｂについては、図２０の変形量−加速度近似特性に、記録された変形量２ｃｍを適用することにより、図２２に示すように、建物Ｂに作用した加速度αＢを、αＢ＝１８０×（２．０／２．５）＝１４４（ｇａｌ）として算出することができる。
【０１１０】
建物Ａのある地域、建物Ｂのある地域のいずれも、地震速報による震度は５と発表されるが、実際に作用した加速度がどの程度の値であったのかは、これまでは知ることができなかった。
【０１１１】
これに対し、本発明による地震計を本発明者らによる上記の耐震診断システムと併用することで、容易に加速度を算出することができ、この加速度を以後の建物の補強の是非の判断に利用することができる。
【０１１２】
なお、本発明による地震計と併用することのできる耐震診断システムとして、上記の耐震診断システムのほか、特許文献１や特許文献２に開示された耐震診断システムを挙げることができる。
【０１１３】
上記の耐震診断システムの説明では、２階建ての木造建物に適用した場合について説明したが、３階建ての木造建物にも適用可能であり、３階建ての場合も水平動起振機及び振動検出器を２階の床面に設置して解析が行われる。また、１階建て、つまり平屋であっても、規模の大きな建物、例えば寺社、神社のような大きな平屋の場合には、天井の梁に水平動起振機及び振動検出器を設置して解析を行うことができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０ ベース
１２ ホルダー
１５ 位置決めピン
２０ アーム
２１ 軸部
２１−１ ベアリング
２２ ジョイント
２３ 記録部ホルダー
２４ 記録手段
３０ 記録用プレート
４０ 測定子
４１ ネジ体
４２ 連結棒
５０ ガイドプレート
４００ 木造建物
４０１ 建物基礎
４２０ 水平動起振機
４２１、４２２、４２３ 第１、第２、第３の振動検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は地震計に関し、例えば地震の際に木造建物が受けた被害を簡便に数値化できる地震計及びこの地震計を用いて木造建物に実際に作用した地震の加速度を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震の際に建物、特に木造建物におよぶ地震力は、建物の重量に依存する。また、建物が倒壊するか否かは、建物の強さと粘りによって決定される。建築基準法において、建物の強さ、粘りは保有耐力と称されており、建物の壁の種類、量から計算される。
【０００３】
地震力の大きさと保有耐力の大きさの拮抗により、建物の変形量が決まる。建物の変形量が大きければ建物は倒壊し、小さければ軽微な被害ですむ。これは、変形量を増すごとに建物の随所が損傷し、最終的には自重を支えることができなくなるためである。
【０００４】
建物の変形量は最大層間変形角（あるいは量）という数値で定義することができる。すなわち、地震時の最大層間変形角（あるいは量）は、建物の劣化（建物の損傷状況）に関連し、建物の被災度判定の基準の一つとなっている。非特許文献１では、地震時に建物に生じた一番大きな変形を「経験最大変形角」という角度で表現している。また、非特許文献１の中で、経験最大変形角は、地震後の残留変形や、壁などの破損状況から推定する値とされている。ただし、破損状況を把握するうえである程度の個人差が生じることは否めない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９７４８５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６１１９３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「震災建築物の被災度区分判定基準および復旧技術指針 木造編」２６３−２６８頁、監修 国土交通省住宅局建築指導課、発行 財団法人 日本建築学会
【非特許文献２】「小規模建築物基礎設計指針」、日本建築学会発行、第６５頁
【非特許文献３】「木造住宅の耐震診断と補強方法」、日本建築防災協会発行
【非特許文献４】平成１２年建設省告示第１６５４号 第５ 評価方法の基準 １．構造の安全に関すること
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在の建築基準で建てられた家屋（主に２階建ての木造建物）は、地震等により１／３０（ｒａｄ）変形すると、倒壊する可能性が高くなると言われている。これは、一階床に対して、２階の床が、水平方向に、１００ｍｍ変形することを意味している（１階床から２階床までの高さが３ｍの場合）。また、１／１２０（ｒａｄ）の変形で、建物が破損し始めると言われており、この時の変形量は２５ｍｍとなる（同じく１階床から２階床までの高さが３ｍの場合）。
【０００８】
一方、地震が発生すると、気象庁より地震速報として震源を中心とする周辺地域（例えば市、町、村）毎に震度が発表される。従って、この発表では、ある広さの地域がすべて同じ震度であったと見なされ、大雑把であると言わざるを得ない。一方、震度そのものについても、例えば震度５の場合、震度５弱、震度５強というように分類されているものの、これを地震の加速度（ｇａｌ）で表すと、震度５の場合、８０（ｇａｌ）〜２５０（ｇａｌ）という広い範囲となる。そのため、地震速報によりある地域において、例えば震度５弱と発表された場合、ある地域内のある建物では実際にどの程度の震度であったのかを知ることができないし、実際にどの程度の加速度が作用したのかを知ることもできない。加速度を知ることの必要性については後で詳しく説明する。
【０００９】
以上のような点に鑑み、本発明の主たる課題は、簡単な構成で複雑な操作、設定を必要とせずに、地震に伴う微小な変形量を計測して記録することができる地震計を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の課題は、地震が建物、特に木造建物に及ぼす損傷の程度を判定する手段の１つのツールとして利用することのできる地震計を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に別の課題は、上記の地震計を用いて、地震の際に、木造建物に実際に作用した地震の加速度を検出する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の態様によれば、建物の変形を計測し易い箇所に設置されて建物の横揺れによる変形を計測し記録する地震計であって、横揺れにより変形する建物の構成部材に当接するように設置されて前記構成部材の変形に応じて移動する測定子と、前記測定子に連結されて前記測定子の移動に応じて回動するアームと、前記アームに設けられて前記アームの回動量を記録する記録手段と、前記測定子を移動可能に保持すると共に、前記アームを回動可能に軸支し、前記記録手段による記録領域を持つベースとを含み、前記測定子は、その長さを調節可能な構造にされていることを特徴とする地震計が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい態様においては、前記建物が木造建物であって、前記建物の変形を計測し易い箇所は仕口部分であり、前記ベースを前記仕口部分の梁に固定する一方、前記測定子はその先端が前記仕口部分の柱に当接するように設置される構成とされるのが望ましい。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、対象木造建物に対して横揺れを与え、この横揺れにより生じる対象木造建物の変形量を一方の軸、対象木造建物に作用する横揺れの加速度を他方の軸とする変形量−加速度特性を、対象木造建物に対して決定するステップと、対象木造建物の変形を計測し易い箇所に地震計を設置して実際の地震時の変形量を計測し、記録するステップと、前記決定された変形量−加速度特性を用いて、前記記録された変形量に対応する加速度を判定するステップと、を含み、前記地震計として、対象木造建物の変形を計測し易い箇所に設置されて対象木造建物の横揺れによる変形を計測し記録する地震計であって、横揺れにより変形する対象木造建物の構成部材に当接するように設置されて前記構成部材の変形に応じて移動する測定子と、前記測定子に連結されて前記測定子の移動に応じて回動するアームと、前記アームに設けられて前記アームの回動量を記録する記録手段と、前記測定子を移動可能に保持すると共に、前記アームを回動可能に軸支し、前記記録手段による記録領域を持つベースとを含み、前記測定子が、その長さを調節可能な構造にされている地震計を用いることを特徴とする加速度検出方法が提供される。
【００１５】
なお、前記対象木造建物に対して横揺れを与えて前記変形量−加速度特性を対象木造建物に対して決定するステップを実行する手段としては、対象木造建物の２階に水平動起振機を設置して対象木造建物を横揺れ振動させた時の振動の加速度を検出して検出信号を出力するための少なくとも２つの振動検出器と、少なくとも２つの前記検出信号を受けて予め定められた解析処理を行う解析器を含む耐震診断システムであって、該解析器が、前記解析処理として、前記少なくとも２つの検出信号についてフーリエ変換を行なってから加速度値と振動の周波数に関する解析を行って前記加速度値がピーク加速度値を示す時の前記振動の周波数を建物の動的固有周波数ｆｍ（Ｈｚ）として検出する、耐震診断システムを用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による地震計は、建物の内部に少なくとも１個設置することで、建物の最大変形量（角）を計測し記録することができ、複雑な操作、設定も必要ない。
【００１７】
本発明による地震計は実際の変形量を測定し、記録することから、建物の損傷の判定に際して目視などの個人差が生じることがなく、より定量的な判断を行うことができる。
【００１８】
本発明による加速度の検出方法は、地震の際に実際に木造建物に作用した加速度を知ることができ、実際に作用した加速度と木造建物の損傷の程度を考慮して、補強の必要性の有無を判断する際の一助とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による地震計の設置に適した箇所の一例として木造建物の仕口部分を示した図である。
【図２】図１に示した仕口部分が地震の横揺れにより変形することを説明するための図である。
【図３】図１に示した仕口部分に本発明による地震計を設置した状況を示す図である。
【図４】本発明による地震計を正面（図ａ）及び側面（図ｂ）から見た図である。
【図５】図４におけるアームを回動可能に軸支する軸部の一例を説明するための図である。
【図６】図４に示した測定子の一例を説明するための図である。
【図７】図４に示したガイドプレートの一例を説明するための図である。
【図８】図４に示した記録用プレートの一例を説明するための図である。
【図９】本発明による地震計を用いて地震の加速度を検出する際に併用される耐震診断システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】２階建て木造建物の場合における振動検出器の設置形態及び建物上部荷重の定義を説明するための図である。
【図１１】２階建て木造建物の場合における振動検出器の設置形態を説明するための平面図である。
【図１２】図９の耐震診断システムにおいて検出される加速度と動的共振周波数の関係を示した図である。
【図１３】木造建物における地震の加速度及び震度と変位量の関係を示す特性図である。
【図１４】木造建物の必要耐力Ｑｒ１の算定に必要な木造建物の単位重量を示した図である。
【図１５】木造建物の必要耐力Ｑｒ２の算定に必要な木造建物の必要耐力係数を示した図である。
【図１６】木造建物の動的剛性Ｋｄの算定に必要な、品確法により定められている壁量を示した図である。
【図１７】木造建物の安全限界時の保有耐力の算定に必要な耐力低減係数ｄの算定例を示した図である。
【図１８】中古住宅の改修前と改修後の保有耐力の算定に必要な劣化係数の例を示した図である。
【図１９】図９の耐震診断システムによる耐震診断で決定された、ある木造建物Ａの変形量−加速度特性の例を示した図である。
【図２０】図９の耐震診断システムによる耐震診断で決定された、別の木造建物Ｂの変形量−加速度特性の例を示した図である。
【図２１】図１９の木造建物Ａに設置された地震計で計測、記録された変形量を基に、図１９に示した変形量−加速度特性から木造建物Ａに作用した加速度を検出することを説明するための図である。
【図２２】図２０の木造建物Ｂに設置された地震計で計測、記録された変形量を基に、図２０に示した変形量−加速度特性から木造建物Ｂに作用した加速度を検出することを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明による地震計は、木造建物の場合には図１に示すように、柱１００と梁２００の接する仕口部分に設置するのが好ましい。これは、図２に示すように、地震時の横揺れにより柱１００と梁２００の間に変形角θで示されるような変形が生じることを想定しているからである。なお、本明細書で変形というのは、図２に示されるように、厳密に言えば変位であり、柱１００が細くなったり、太くなったりする変形よりも、むしろ元々の位置からの変位を意味する。
【００２１】
本発明による地震計は、地震時の横揺れによる最大変形量（あるいは角）を計測するのに適しており、計測された最大変形量（あるいは角）が記録手段によりリアルタイムで記録される。
【００２２】
図３は、本発明による地震計の設置形態を示す。地震計１の下部側から水平方向に突出している測定子４０の先端を柱１００の一面（正面から見て側面）に当接させた状態で、地震計１を梁２００に固定している。これにより、地震の横揺れによる柱１００の変形（変位）を測定子４０の変位量として検出し、この変位量を増幅したうえで記録手段の振れ量（角）に変換して記録する。記録された振れ量（角）で利用されるのは、主に最大振れ量（角）である。
【００２３】
図４〜図８を参照して、本発明による地震計を木造建物に適用する場合の実施の形態について説明する。
【００２４】
図４を参照して、地震計１は、仕口部分の梁に取り付けられるベース１０、アーム２０、記録用プレート３０、測定子４０を含む。ベース１０は、機械的強度の大きい、例えば金属製の長四角形の板である。アーム２０は、地震に伴う木造建物の変形量を記録するためのものであり、ベース１０の主面に沿って回動可能なようにその下端側が軸部２１を介して軸支されている。アーム２０は、板状部材と、この板状部材の上端側に板状部材の延長方向に延びるように取り付けた板バネによるジョイント２２と、ジョイント２２の先端に取り付けた記録部ホルダー２３を含む。アーム２０の板状部材の材料は、金属製、樹脂製等何でも良い。アーム２０の下端側には、軸部２１を、ベアリング２１−１を介して装着するための貫通穴２０−１がここでは２個設けられている。貫通穴２０−１を２個にする理由は後述する。
【００２５】
図５は軸部２１を示し、ベアリング２１−１（図４ｂ）に挿通される軸２１−２と、これよりも太い軸部本体２１−３から成る。軸部本体２１−３には、雌ネジ２１−４が形成されている。
【００２６】
図４に戻って、アーム２０の貫通穴２０−１にベアリング２１−１を装着し、ベアリング２１−１に軸部２１の軸２１−２を挿通した後、軸２１−１の抜けを防止するロック部材を軸２１−１に装着する。その後、ベース１０の裏面側からベース１０にネジを通し、軸部本体２１−３の雌ネジ２１−４に螺入する。これにより、アーム２０は、ベース１０の主面に沿って回動可能な状態で軸支される。
【００２７】
記録部ホルダー２３は筒状部材を有する。筒状部材は、記録手段２４、ここでは鉛筆を、ベース１０の主面側に向けた状態で保持する。筒状部材には、その内部に進入可能なネジ２３−１が取り付けられ、ネジ２３−１を締めることで鉛筆を筒状部材に固定保持し、ネジ２３−１を緩めることで鉛筆を筒状部材から取り外すことができる。ジョイント２２を板バネで構成しているのは、鉛筆の筆圧を適度にするためである。記録手段２４は、鉛筆のほか、ペン、その他、記録が可能なものであれば何でも良い。アーム２０の下端側は、ベアリング２１によってこのベアリング２１の中心を軸として回動可能に軸支されているほか、軸支部より少し上方の位置で測定子４０の一端と連結されている。
【００２８】
図６は測定子４０の一例を示す。測定子４０は、ドーム状の頭部を持つネジ体４１と、このネジ体４１を受け入れる雌ネジ部４２−１を持つ連結棒４２から成る。連結棒４２の一端側、すなわち雌ネジ部４２−１側とは反対側の端部は２股になるように切り分け加工され、２股部にはピン４３（図４）を通すための貫通穴４２−２が設けられている。
【００２９】
図４に戻って、連結棒４２の一端側を２股にするのは、この間にアーム２０の板状部材を通すためであるので、２股部の間隔は板状部材の板厚より少し大きくされる。アーム２０の板状部材において連結棒４２と連結される部分には、アーム２０の延在方向に長い長孔２０−２が設けられている。そして、連結棒４２の貫通穴４２−２、アーム２０の長孔２０−２を通してピン４３を通しピン４３の両端を潰すことでアーム２０と測定子４０とを連結している。長孔２０−２をアーム２０の延在方向に長くしている理由は後述する。
【００３０】
測定子４０は、ベース１０に取り付けられたホルダー１２により、ベース１０の主面に沿って往復動自在に保持されている。すなわち、ホルダー１２は、そこに設けられた貫通孔に測定子４０の連結棒４２を挿通することで測定子４０を往復動自在に保持している。アーム２０は測定子４０と連結された状態でベース１０に設置される。
【００３１】
地震計１は、図３で説明したように、測定子４０のネジ体４１のドーム状頭部が柱に接するように設置される。設置に際しては、連結棒４２に対するネジ体４１のねじ込み量を調節することで、ドーム状頭部が柱の側面に当接するように設定される。
【００３２】
図４（ａ）において、測定子４０のドーム状頭部が柱の側面に当接するように、ベース１０が梁に取付けられていると仮定して、柱が地震に伴う横揺れにより図２に示すように揺れると、測定子４０は柱で押されて柱が揺れた分だけ右方向に移動する。これにより、測定子４０の一端に連結されたアーム２０が押され、アーム２０はベアリング２１−１の中心を軸として時計回りに回動する。
【００３３】
ベース１０とアーム２０の間であってアーム２０と測定子４０との連結部に近い位置には、引張りバネ１３が設けられている。引張りバネ１３は、測定子４０に対する押圧力が無くなった時に、時計回りに回動したアーム２０を回動前の位置に復帰させるためのものである。これにより、地震によって柱が図２に示す方向の揺れに続いて反対方向に揺れると、測定子４０の一端に連結されたアーム２０が引張りバネ１３で引っ張られ、アーム２０はベアリング２１−１の中心を軸として反時計回りに回動する。このようにして、地震に伴う柱の揺れにより、アーム２０も往復回動する。アーム２０においてピン４３を通すための孔を長孔２０−２としているのは、次の理由による。つまり、ピン４３は測定子４０の連結棒４２と一体であり、測定子４０の往復動によってアーム２０を円滑に回動させるためには、測定子４０の往復動に伴いピン４３がアーム２０の延在方向にわずかにずれることを許容する必要があるからである。
【００３４】
アーム２０と測定子４０の連結部における横方向への変位量はアーム２０で増幅されアーム２０の先端に保持された記録手段２４が往復回動する。アーム２０の回動範囲は、ガイドプレート５０で規制される。
【００３５】
ガイドプレート５０は、図７に示すように、両端側に脚部５０−１を持つ略Ｕ型の板状部材である。ガイドプレート５０の中央部と脚部５０−１にはそれぞれ、ネジを通すための貫通穴が設けられている。
【００３６】
図４に戻って、ガイドプレート５０は、アーム２０と測定子４０との組立体をベース１０に設置した後、ベース１０に取り付けられる。すなわち、アーム２０がガイドプレート５０の２つの脚部５０−１の間に位置した状態で、脚部５０−１をベース１０の主面側に向けてネジでベース１０に取り付けることにより、ベース１０の主面とガイドプレート５０との間に空間ができる。脚部５０−１の高さは、ベース１０の主面に沿うように設置されているアーム２０の表面側がガイドプレート５０の内面側と接触しないように設定される。一方、２つの脚部５０−１の間隔は、アーム２０の回動範囲を規定する。
【００３７】
地震時には、アーム２０が往復回動することにより記録部ホルダー２３で保持された記録手段２４も往復回動する。ベース１０の主面であって記録手段２４の往復回動範囲には、ベース１０に対して記録用プレート３０が着脱自在に取り付けられる。
【００３８】
記録用プレート３０は、図８に示すように、取り付け用のネジを通すための孔を長孔３０−１としている。これにより、記録手段２４による記録用プレート３０への記録を複数回行なうことができるようにしている。図８では、記録を３回行なうことができるように、記録領域３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを持つ記録用プレート３０を示している。例えば、記録領域３０Ａに対して記録が行なわれたら、取り付け用のネジを緩めて記録用プレート５０を少し上方に移動させて再度取り付け用のネジを締めるようにされる。このためには、長孔３０−１は、実際には、図８に示されているものよりも長くされることは言うまでも無い。記録用プレート３０の材料は、記録手段２４に何を用いるかで決められる。例えば、鉛筆の場合は、板材の上に紙を貼り付けたようなものでも良い。いずれにしても、記録領域３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃには、例えば１ｍｍ単位の目盛り（あるいは１乃至数度単位の角度目盛り）を付けておくことが好ましい。
【００３９】
ベース１０は、図３で説明したように、仕口部分における梁にネジ等で取り付けられる。ベース１０の上端部には２箇所にネジ止用の穴１０−４が設けられている。なお、測定子４０のドーム状の頭部を柱の側面に当接させるためには、ベース１０の上部を梁の後面に取り付ける必要がある。測定子４０のドーム状の頭部を柱の中央寄りに位置させるために、図４（ｂ）に一点鎖線で示すように、ベース１０の上部をクランク状にしても良い。
【００４０】
ところで、図４（ａ）は、地震計１として組立後の状態を示し、便宜上、アーム２０をその往復回動範囲の中心に示している。しかし、実際は、アーム２０は引張りバネ１３によりガイドプレート５０で規制される位置まで回動した状態になる。アーム２０をその往復回動範囲の中心におくために、図４（ｂ）に示す位置決めピン１５が用いられる。
【００４１】
位置決めピン１５は、つまみ１５−１と雄ネジ１５−２から成る。ガイドプレート５０の中央部と、アーム２０にはそれぞれ雄ネジ１５−２を挿通するための貫通穴が設けられ、ベース１０には雄ネジ１５−２が螺入する雌ネジ１０−５が切られている。地震計１として組立後、図４（ａ）に示す状態にしてガイドプレート５０の貫通穴及びアーム２０の貫通穴を通して位置決めピン１５の雄ネジ１５−２をベース１０の雌ネジ１０−５に螺入する。図４（ｂ）は位置決めピン１５でアーム２０を保持した状態を示している。製品としての持ち運びはこの状態で行なわれるが、記録手段２４は、通常、仕口部分への設置後に取り付けられる。
【００４２】
地震計１の設置方法は以下の通りである。
【００４３】
図４（ｂ）のように組み立てた地震計１のベース１０を木造建物の仕口部分における梁に取付けて固定する。続いて、測定子４０におけるネジ体４１のねじ込み量を調節してネジ体４１のドーム状頭部が仕口部分における柱の側面に当接するように設定する。その後、位置決めピン４３を取外すと、アーム２０は、図４（ａ）に示す状態で保持される。
【００４４】
次に、アーム２０に２つの貫通穴２０−１を設ける理由について説明する。
【００４５】
アーム２０の回動中心からアーム２０と測定子４０との連結部までの距離をＬ１とし、アーム２０の回動中心から記録手段２４の中心までの距離をＬ２とする。この場合、アーム２０と測定子４０との連結部の中心の変位量をＤ１とすると、記録手段２４の中心の変位量Ｄ２は、Ｄ２＝Ｄ１×（Ｌ２／Ｌ１）に増幅される。
【００４６】
本実施の形態においては、アーム２０の軸支部を構成する軸部２１及びベアリング２１−１を装着するための貫通穴２０−１を２箇所に設けていることにより、距離Ｌ１を２種類設定できるようにし、結果として、増幅度となる（Ｌ２／Ｌ１）を、例えば１０倍、５倍の２種類設定できるようにしている。
【００４７】
図４に示すような設置状態にて地震による横揺れが発生すると、その揺れ量に応じて記録手段２４により記録用プレート３０には、振れが変形量として記録される。本実施の形態では、振れ幅の最大の目盛りが最大変形量として読まれる。
【００４８】
以上のような地震計１は建物の内部に少なくとも１個設置され、電力が不要で、簡単な構成でかつ複雑な操作、設定を必要とせずに地震に伴う微小な変形量（角）を計測して記録することができる。地震計１はまた、実際の変形量を測定し、記録することから、建物の損傷の判定に際して目視などの個人差が生じることがなく、より定量的な判断を行うことができる。
【００４９】
なお、最大変形量（角）が建物の随所で異なることが考えられる場合には、地震計は、できれば１階、２階の各所に設置するのが望ましい。また、長期計測を行うものなので、目盛りを確認しやすいところに設置することが望ましい。
【００５０】
上記の地震計１は電力を必要としないが、警報表示を行なうために電気系統を組み合わせても良い。これは例えば、顧客によっては、地震に伴う横揺れが建物に設定した振れ幅の基準を超えた場合に、ランプ点灯やアラームといった警報表示を行なうことが要求されることが考えられるからである。このような警報表示の簡単な例を説明すると、以下の通りである。
【００５１】
図４のベース１０とアーム２０との間に、アーム２０の振れ幅が所定の値を超えるとオンとなる接点スイッチあるいは無接点スイッチを設置する。警報表示は、この接点あるいは無接点スイッチのオン動作に伴う電気信号をそのままあるいは増幅して利用する。警報表示は地震計１自体に警報表示手段を設置して行なうようにしても良いし、警報表示手段を地震計１の設置場所とは別場所、例えば居間に設置し、地震計と警報表示手段を無線あるいは有線で結んで行なうようにしても良い。また、電源としては停電を考慮してバッテリーを使用するのが好ましいが、商用電源でも良い。オン動作に伴う電気信号は、警報表示以外に利用できるようにしても良い。
【００５２】
ところで、本発明による地震計は、上述のような形態で地震に伴う建物の変形量を計測、記録する手段として用いられるだけでなく、本発明者らにより提案されている木造建物の耐震診断システムと併用することで、地震の際に、木造建物に作用した横揺れの加速度を検出する要素として用いることができる。
【００５３】
図９〜図１８を参照して、本発明者らにより提案されている木造建物の耐震診断システムについて説明する。
【００５４】
図９は、上述した地震計と併用される、本発明者らにより提案されている耐震診断システムの構成を示すブロック図である。以下で説明される各種指標の算出は、特に「中古」ということわりの無い限り、新築の木造建物の場合であるが、中古の木造建物であっても同様に適用可能である。また、各種指標に「動的」という語句を付しているのは、木造建物（以下、建物と略称する）を強制的に振動させた結果得られる計測信号を用いて得られた値であるので、固定値のみで算出される、いわば「静的」な値とは区別されるべきであることを企図している。
【００５５】
本耐震診断システムは、周波数可変の加振信号を発生する任意波発振器４１１、加振信号を増幅する電力増幅器４１２、電力増幅器４１２からの増幅された加振信号で建物に対して加振を行なう水平動起振機４２０、水平動起振機４２０で加振されている間の横揺れ振動の加速度を検出する第１、第２、第３の振動検出器４２１、４２２、４２３、これらの検出信号を増幅するための第１、第２、第３の増幅器４１３、４１７、４２４、アナログ信号である検出信号をディジタルの加速度信号に変換する第１、第２、第３のＡ／Ｄ変換器４１４、４１８、４２５、解析器４１５、パラメータ入力部４１９を含む。振動検出器は加速度や速度を検出する手段として用いられており、以下では加速度を検出する場合について説明するが、速度を検出するようにしても良い。
【００５６】
２階建ての建物の場合、図１０に示すように、水平動起振機４２０、第１〜第３の振動検出器４２１〜４２３は建物基礎４０１の上面、すなわち１階の床面から階高ｈの２階の床に設置され、特に第３の振動検出器４２３は建物４００の重心対応位置またはその近傍に設置された水平動起振機４２０に近い位置に設置される。図１０に示すＷｉは建物４００の単位重量（荷重）（ＫＮ／ｍ２）であり、２階建の建物の場合、建物基礎４０１の上面から所定の高さｈ１（ｍ）、ここではｈ／２（ｍ）の高さより上方の建物４００の重量が建物４００の１ｍ２当たりの単位重量Ｗｉとして扱われる。
【００５７】
本耐震診断システムは、水平動起振機４２０を導入して、建物４００に対して積極的に振動を与える。従って、水平動起振機４２０により、Ｘ方向（東西方向）の揺れを発生させるような振動を与えつつ建物２階の床の北側端部、南側端部、及びこれらの中間部に設置した第１、第２、第３の振動検出器による計測を行う一方、Ｙ方向（南北方向）の揺れを発生させるような振動を与えつつ東側端部、西側端部、及びこれらの中間部に設置した第１、第２、第３の振動検出器による計測を行う。なお、説明を簡単にするためにＸ方向を東西方向、Ｙ方向を南北方向としているが、建物は、横断面が必ず長四角形であったり、４つの壁が東西、南北に面していたりするとは限らない。この場合、水平動起振機４２０による加振は、壁に対して直角に作用するように行なわれる。
【００５８】
図１１は、図１０に示された水平動起振機４２０、第１〜第３の振動検出器４２１〜４２３の設置形態を平面図で示す。図１１は、水平動起振機４２０でＸ方向について起振する場合について示している。この場合、建物の２階床の北側端部、南側端部にそれぞれ、第１、第２の振動検出器４２１、４２２が設置され、建物４００の重心対応位置またはその近傍に設置された水平動起振機４２０に近い中間位置に第３の振動検出器４２３が設置される。すなわち、第１〜第３の振動検出器４２１〜４２３はＹ方向（南北方向）に並設される。一方、水平動起振機４２０でＹ方向について起振する場合、２階床の東側端部、西側端部にそれぞれ、第１、第２の振動検出器４２１、４２２が設置され、水平動起振機４２０に近い中間位置に第３の振動検出器４２３が設置される。すなわち、第１〜第３の振動検出器４２１〜４２３はＸ方向に並設される。
【００５９】
なお、本耐震診断システムは、振動検出器を３個備える３チャンネルタイプであるが、３チャンネルタイプに比べて安価な２チャンネルタイプ、つまり振動検出器を２個備えたものでも良い。これは、図１１のＹ方向について言えば、解析に必要な加速度検出信号は、北側の壁と南側の壁について解析すれば良い場合には第１、第２の振動検出器４２１、４２２の組み合わせ配置による１回の計測作業で得ることができ、北側の壁と南側の壁及びこれらの間の床について解析が必要である場合には第１、第３の振動検出器４２１、４２３の組み合わせ配置による計測作業と、第２、第３の振動検出器４２２、４２３の組み合わせ配置による計測作業で得ることができるからである。言い換えれば、北側の壁と南側の壁及びこれらの間の床について解析を行う場合について言えば、図１１の３チャンネルタイプの場合、水平動起振機４２０による加振及び計測作業は１回で済む。一方、２チャンネルタイプの場合には２個の振動検出器を図１１の４２１と４２３の位置（いずれも実線で示す）に配置して加振及び計測作業を行い、次に２個の振動検出器を図１１の４２２と４２３の位置（いずれも実線で示す）に変更配置して加振及び計測作業を行うことで３チャンネルタイプと同等の検出を行うことができる。この場合、北側の壁と南側の壁の間の床については重複することになるが、一方の値を採用すれば良い。Ｘ方向の場合も同様である。
【００６０】
そこで、以下では、図１１における第１、第３の振動検出器４２１、４２３の組み合わせのみについて説明する。この場合、後述する各指標は、第１の振動検出器４２１の検出信号を用いて建物の北側の壁について算出され、第３の振動検出器４２３の検出信号を用いて北側の壁と南側の壁の間の床について算出されることを意味する。
【００６１】
次に、本耐震診断システムによる耐震性能診断について説明する。以下の耐震性能診断は、解析器４１５の記憶装置にインストールされている耐震性能診断のための解析処理プログラム（耐震診断プログラム）に基づいて行われる。従って、解析器４１５は、パーソナルコンピュータ、特にポータブルタイプのパーソナルコンピュータによって実現され、耐震診断に際しては記憶装置から解析処理プログラムを読み出して解析処理を実行する。この場合、パラメータ入力部４１９はキーボードで実現される。また、増幅器、Ａ／Ｄ変換器は解析器に内蔵されていても良い。
【００６２】
図１１に示すように、建物２階の北側端部に設置された第１の振動検出器４２１、建物２階の南側端部に設置された第２の振動検出器４２２は、水平動起振機４２０による東西方向の揺れに起因する加速度を検出する。第１、第２の振動検出器４２１、４２２からの加速度検出信号は、様々な周波数成分の加速度を持つ。第１、第２の振動検出器４２１、４２２で検出された加速度検出信号は、第１、第２の増幅器４１３、４１７で増幅され第１、第２のＡ／Ｄ変換器４１４、４１８でディジタル信号に変換されて解析器４１５に与えられる。解析器４１５は、前述のように解析処理プログラムに基づいて信号処理及び解析処理を行う。
【００６３】
解析器４１５は、第１、第２のＡ／Ｄ変換器４１４、４１８の出力信号をそれぞれＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）とした場合、信号処理として以下の数１によるフーリエ変換を行なう。
【００６４】
【数１】
【００６５】
解析器４１５はまた、解析処理として、処理された信号ＳＡ（ｆ）、ＳＢ（ｆ）に対してここでは周波数分析を行い、各加速度検出信号における周波数成分と加速度値との関係を分析する。すると、図１２に示すように、ある特定の周波数において加速度値がピーク値を示す。この時の周波数は固有周波数（共振周波数）と呼ばれ、解析器４１５はこの固有周波数ｆｍを動的固有周波数（動的共振周波数）として検出する。
【００６６】
ここで、図１１で説明したように、東西方向に揺れる振動について計測した場合には、第１、第２の振動検出器４２１、４２２の出力である第１、第２の加速度検出信号からは同じ動的固有周波数（但し、加速度のピーク値は異なることが多い）が検出されることとなる。これをＸ方向（東西方向）の動的固有周波数ｆｍＸとする。この検出値は記憶装置に保存される。
【００６７】
東西方向に揺れる振動について計測が終了すると、第１、第２の振動検出器４２１、４２２をそれぞれ、東側端部、西側端部に移し替える。建物２階の東側端部に設置された第１の振動検出器４２１、建物２階の西側端部に設置された第２の振動検出器４２２は、水平動起振機４２０による南北方向の揺れに起因する加速度を検出する。その結果、上記と同様の信号処理及び解析処理により、解析器４１５は、南北方向に揺れる振動に対し、第１、第２の振動検出器４２１、４２２からＹ方向（南北方向）の動的固有周波数ｆｍＹを検出し、これを記憶装置に保存する。
【００６８】
以下では、上記のようにして得られたＸ方向の動的固有周波数ｆｍＸとＹ方向の動的固有周波数ｆｍＹを用いて各種計算が行なわれるが、動的固有周波数ｆｍＸを用いた計算と動的固有周波数ｆｍＹを用いた計算は同じであるので、説明を簡単にするために、動的固有周波数ｆｍとして説明を行う。従って、以下の説明は、Ｘ方向に関する各種算定、Ｙ方向に関する各種算定のいずれにも適用され得る。
【００６９】
さて、解析器４１５は、予め定められた演算処理を行なって建物の必要耐力を算出すると共に、上記の動的固有周波数ｆｍを使用して耐震性能診断に必要な指標として、少なくとも動的壁率、動的剛性、保有耐力、加速度、動的評点を算出する。以下に、これらの算出方法について説明する。
【００７０】
なお、図１１のＹ方向に関して言えば、前述した通り、図１１の４２１と４２３の位置（いずれも実線で示す）に配置した２個の振動検出器からの加速度検出信号を用いて建物の北側の壁（図１１の上側）と北側の壁と南側の壁の間の床についての上記各指標が算出される。Ｘ方向に関して言えば、例えば図１１の４２１（破線で示す）と４２３の位置に配置した２個の振動検出器からの加速度検出信号を用いて建物の東側の壁（図１１の右側）と東側の壁と西側の壁の間の床についての上記各指標が算出される。
【００７１】
１．建物の必要耐力の算出
建物の必要耐力というのは、建物に耐力壁などの地震に有効な部材がどれだけ必要かを表す数値で、解析器４１５は、必要耐力を、以下の式（１）又は（２）に基づいて算出する。
【００７２】
必要耐力Ｑｒ１＝Ｃｏ×Ｗｉ×Ｓ×Ｋ１ （１）
必要耐力Ｑｒ２＝Ｓ×必要耐力係数 （２）
式（１）は、建築基準法により定められている式を、層せん断力係数Ｃｏ（＝０．２０）、建物の単位重量Ｗｉ（ＫＮ／ｍ２）、建物の１階床面積Ｓ（ｍ２）、建物形状による低減係数Ｋ１を用いて簡略化した式である。単位重量Ｗｉ、低減係数Ｋ１は、図１４を参照して決められる。例えば、一般地域の２階建の軽量屋根の場合、単位重量Ｗｉは３．６７を用いる。図１４は非特許文献２の第６５頁に記載されているが、単位重量Ｗｉは建物仕様の実状に合わせて別途算定する場合がある。建物形状による低減係数Ｋ１は非特許文献３に記載されている。
【００７３】
式（２）は非特許文献３に記載されており、必要耐力係数は図１５を参照して決められる。例えば、一般診断の場合の２階建の建物の必要耐力係数は図１５の０．８３を用い、精密診断の場合の２階建の建物の必要耐力係数は図１５の０．７２を用いる。図１５の一般診断、精密診断については非特許文献３に記載されている。
【００７４】
上記の算出に必要な緒元は、いずれもパラメータ入力部４１９から入力される。そして、上記の算出に用いられる諸元はすべて固定値であるので、得られる値は、いわば静的耐力である。
【００７５】
２．建物の動的壁率の算出
動的壁率というのは、建物の壁率の倍数（壁倍率）であり、解析器４１５でこれを算出することで、建物の壁に対する補強の必要性の有無を判定するために用いる。
【００７６】
解析器４１５は、加速度検出信号を用いて得られた動的固有周波数ｆｍを用い、動的壁率を、以下の式（３）に基づいて算出する。
【００７７】
動的壁率Ｍｄ＝（ｆｍ／４．９８）２ （３）
この式（３）は、以下のように導かれたものである。
【００７８】
一般的に、重力の加速度ｇ＝９８０（ｃｍ／ｓｅｃ２）と建物の固有周波数ｆ０（Ｈｚ）の間にはｇ＝（２πｆ０）２の関係がある。この式からｆ０＝√９８０／２π＝４．９８（Ｈｚ）となり、耐震等級Ｉの建物の固有周波数４．９８（Ｈｚ）が求められ、建物について計測して得られた動的固有周波数ｆｍ（Ｈｚ）より動的壁率Ｍｄが得られる。
【００７９】
動的壁率Ｍｄは、建物の壁量の過不足を表す数値（倍率）で、数値が１．０より大きいほど壁量が多く耐震性能の高い建物であることを表し、数値が１．０より小さいほど壁量が少なく耐震性能の低い建物であることを表す。つまり、数値の大小によって建物の耐震性能が分かり、下記のように、建築基準法で定められている耐震等級Ｉ、II、IIIと、後述される動的評点Ｈｄとの比較が可能である。
【００８０】
耐震等級 Ｉ II III
安全倍率 1.0 1.25 1.5
動的壁率Ｍｄ 1.0 1.5 2.0
動的評点Ｈｄ 1.0 1.25 1.5
動的壁率が１．０より小さい場合には、壁の場合には主に壁、筋交い、その他、床の場合には主に梁、床板、その他について補強を行なって１．０を超えるようにする。
【００８１】
３．建物の損傷限界時の動的剛性（バネ定数）の算出
解析器４１５は、上記項目２で算出した動的壁率Ｍｄを用い、建物のＹ方向（南北方向）あるいはＸ方向（東西方向）の動的剛性Ｋｄ（ＫＮ／ｃｍ）を、以下の式（４）に基づいて算出する。
【００８２】
動的剛性Ｋｄ＝１．９６×１２０×Ｒ×Ｍｄ×Ｓ／ｈ （４）
式（４）は、一般的な建物の剛性を導く式に、動的壁率Ｍｄを加えて導き出したもので、基準耐力１．９６（ＫＮ）、変位角１／１２０（ｒａｄ）を代入している。前述したように、ｈは建物基礎の上面から２階床面までの階高（ｃｍ）である。Ｒは建築基準法で定められた必要壁率であり、図１６を参照して決められる。図１６は、建築基準法における品確法（住宅の品質確保の促進等に関する法律：第３条第１項に基づく、平成１２年建設省告示第１６５４号）に定められた壁量を示している（非特許文献４参照）。図１６を参照して一例を挙げると、２階建の軽量材による軽い屋根の場合０．３６（ｍ／ｍ２）、重量材による重い屋根の場合０．４６（ｍ／ｍ２）という値が定められている。
【００８３】
動的剛性Ｋｄは、建物の曲げ強さ、すなわち建物が外力によって変形しない強さ、変形のしづらさの度合いを表し、数値が大きいほど変形しづらく耐震性能の高い建物を表し、数値が小さいほど変形しやすく耐震性能の低い建物を表す。動的剛性Ｋｄは、動的壁率Ｍｄの大きさに比例して変動する。解析器４１５は、動的剛性Ｋｄが小さい場合には補強の必要性有りとの判定結果を出力する。
【００８４】
４．建物の損傷限界時の保有耐力の算出
建物の保有耐力というのは、建物が耐力壁などの地震に有効な部材をどれだけ保有しているかを表す数値で、解析器４１５は、上記項目３で算出した動的剛性Ｋｄを用い、保有耐力を以下の式（５）に基づいて算出する。
【００８５】
保有耐力Ｑｋｄ１＝Ｋｄ×△ｘ （５）
△ｘは変位量｛＝ｈ／１２０（ｃｍ）｝である。
【００８６】
保有耐力Ｑｋｄ１（ＫＮ）は、地震に対して建物が保有している強さで、数値が大きいほど強い建物で耐震性能の高い建物を表し、数値が小さいほど弱い建物で耐震性能の低い建物を表す。保有耐力Ｑｋｄ１は、動的剛性Ｋｄの大きさに比例して変動する。解析器４１５は、保有耐力Ｑｋｄ１が小さい場合には補強の必要性有りとの判定結果を出力する。
【００８７】
５．建物の損傷限界時の加速度の算出
解析器４１５は、上記項目４で算出した保有耐力Ｑｋｄ１を用い、建物のＹ方向（南北方向）あるいはＸ方向（東西方向）の加速度α（ｇａｌ）を、以下の式（６）に基づいて算出する。
【００８８】
加速度α＝｛Ｑｋｄ１／（Ｓ×Ｗｉ）｝×９８０ （６）
加速度αは、地震の大きさを表す数値で、加速度値が大きいほど耐震性能の高い建物を表し、加速度値が小さいほど耐震性能の低い建物を表す。加速度αは、保有耐力Ｑｋｄ１の大きさに比例して変動する。解析器４１５は、加速度αが小さい場合には補強の必要性有りとの判定結果を出力する。
【００８９】
６．建物の安全限界時の耐力低減係数の算出
建物の耐力低減係数というのは、安全限界での弾性とみなした加速度値から安全限界での塑性とみなした加速度値が減少している割合を表す数値であり、解析器４１５は、上記項目５で算出した加速度αを用い、以下の式（７）に基づいて耐力低減係数を算出する。
【００９０】
耐力低減係数ｄ＝（α＋２００）／（４×α） （７）
式（７）は、木造建物の加速度−変形量（変位量）特性を示す図１３を参照して、安全限界での塑性とみなした加速度値（α＋２００）（ｇａｌ）を、安全限界での弾性とみなした加速度値４×α（ｇａｌ）で割って導かれる。すなわち、図１３より（α＋２００）は、損傷限界での加速度値α（ｇａｌ）に、安全限界での塑性曲線加速度値の増加分２００（ｇａｌ）を足した値で、（４×α）は損傷限界での加速度値α（ｇａｌ）に、安全限界での弾性直線加速度値の増加分１２０／３０＝４倍したものである。
【００９１】
７．建物の安全限界時の保有耐力の算定
建物の保有耐力というのは、建物が耐力壁などの地震に有効な部材をどれだけ保有しているかを表す数値であり、解析器４１５は、上記項目４で算出した保有耐力Ｑｋｄ１、項目６で算出した耐力低減係数ｄを用い、安全限界時の保有耐力を以下の式（８）に基づいて算出する。
【００９２】
保有耐力Ｑｋｄ２＝Ｑｋｄ１×ｄ×（１２０／３０）
＝Ｋｄ×△ｘ×ｄ×（１２０／３０） （８）
式（８）は、項目４で説明した損傷限界｛変位角１／１２０（ｒａｄ）｝時の保有耐力Ｑｋｄ１の算出式（５）を基にし、安全限界｛変位角１／３０（ｒａｄ）｝での建物の耐力低減係数ｄ、変位量の換算値１２０／３０＝４から導かれたものである。建物の耐力低減係数ｄの算定例を図１７に示す。
【００９３】
８．中古住宅の場合の劣化係数の算出
中古住宅の劣化係数というのは、建物各部の劣化状況を目視により判定した数値で、劣化係数は以下の式（９）で表される。
【００９４】
改修前の劣化係数（Ｊ×Ｅ×Ｄ）＝０．６２
改修後の劣化係数（Ｊ×Ｅ×Ｄ）＝０．７１ （９）
式（９）は、建物の基礎と接合部の低減係数Ｊ、建物の床仕様と偏心の低減係数Ｅ、建物の目視による劣化度Ｄを、それぞれ日本建築防災協会の一般耐震診断ソフトを使用して、６棟の中古住宅について実際に改修前と改修後を解析した結果の平均値（図１８参照）から導き出したものである。
【００９５】
解析器４１５は、算出した前記損傷限界時の建物の保有耐力Ｑｋｄ１、上記の方法で得られた中古住宅の改修前の劣化係数０．６２、及び中古住宅の改修後の劣化係数０．７１を用い、以下の式（１０）を用いて中古住宅の改修前の保有耐力Ｑｋｄ３（ＫＮ）と中古住宅の改修後の保有耐力Ｑｋｄ４（ＫＮ）を算出する。
【００９６】
Ｑｋｄ３＝Ｑｋｄ１×０．６２
Ｑｋｒ４＝Ｑｋｄ１×０．７１ （１０）
９．建物の動的評点の算出
建物の動的評点というのは、想定された地震に対する建物が保有する耐力の安全率であり、解析器４１５は、動的評点を以下の式（１１）に基づいて算出する。
【００９７】
損傷限界時の動的評点 Ｈｄ１＝Ｑｋｄ１／（Ｑｒ１又はＱｒ２）
安全限界時の動的評点 Ｈｄ２＝Ｑｋｄ２／（Ｑｒ１又はＱｒ２）
中古住宅の改修前の動的評点Ｈｄ３＝Ｑｋｄ３／（Ｑｒ１又はＱｒ２）
中古住宅の改修後の動的評点Ｈｄ４＝Ｑｋｄ４／（Ｑｒ１又はＱｒ２）
（１１）
動的評点は、建物の保有耐力（建物が実際に保有している耐力）Ｑｋｄ（ＫＮ）を建物の必要耐力（設計上、建物に要求される耐力）Ｑｒ１又はＱｒ２（ＫＮ）で割ることで得られる。つまり、損傷限界時の保有耐力Ｑｋｄ１を必要耐力Ｑｒ１又はＱｒ２で割ると新築住宅の損傷限界時の動的評点Ｈｄ１が得られ、安全限界時の保有耐力Ｑｋｄ２を必要耐力Ｑｒ１又はＱｒ２で割ると新築住宅の安全限界時の動的評点Ｈｄ２が得られる。同様にして、中古住宅の改修前の保有耐力Ｑｋｄ３を必要耐力Ｑｒ１又はＱｒ２で割ると中古住宅の改修前の動的評点Ｈｄ３が得られ、中古住宅の改修後の保有耐力Ｑｋｄ４を必要耐力Ｑｒ１又はＱｒ２で割ると中古住宅の改修後の動的評点Ｈｄ４が得られる。
【００９８】
言うまでもなく、動的評点は１以上であることが望ましく、もし、動的評点が１より小さいという診断結果が出た場合には、その程度に応じて動的評点が１以上になるような補強を施すことになる。補強は、壁の補強、筋交の補強、梁の補強、床板の補強、重い屋根を軽い屋根に代える（例えば瓦を代える）等、様々な形態で実施することができる。
【００９９】
ところで、非特許文献３には、垂れ壁・腰壁を詳細に評価しない方法ではその他の耐震要素の耐力は、垂れ壁・腰壁、フレーム効果を考慮し、建物の必要耐力Ｑｒに２５％の係数を用いて耐力ＰｅをＰｅ＝０．２５×Ｑｒとして算出することが記載されている。
【０１００】
これに対し、上記の「２．建物の動的壁率の算出」において用いた耐震等級Ｉの建物の固有周波数４．９８（Ｈｚ）は、垂れ壁・腰壁、フレーム効果を考慮していない数値であり、垂れ壁・腰壁、フレーム効果を考慮する場合には上記の建物の固有周波数４．９８（Ｈｚ）も上記の２５％の係数が考慮されるべきである。そして、上記の２５％の係数を考慮した場合の耐震等級Ｉの建物の固有周波数ｆｍ１は、
ｆｍ１＝（１＋０．２５）１／２×４．９８
＝５．５７（Ｈｚ）
となる。
【０１０１】
そこで、垂れ壁・腰壁、フレーム効果を考慮する場合、建物の動的壁率の算出は、「２．建物の動的壁率の算出」において用いたＭｄ＝（ｆｍ／４．９８）２に代えて、Ｍｄ’＝（ｆｍ／５．５７）２を用いて動的壁率Ｍｄ’を算出し、算出結果から建物の壁に対する補強の必要性の有無を判定することが望ましい。そして、この場合、前述した「３．建物の損傷限界時の動的剛性（バネ定数）の算出」における動的剛性Ｋｄは、前述した式（４）のＭｄに代えて、Ｍｄ’を代入して算出を行なう。「４．建物の損傷限界時の保有耐力の算出」以降の動作はまったく同様である。
【０１０２】
以上が本発明者らにより提案されている耐震診断システムである。
【０１０３】
以下に、本発明による地震計と上記の耐震診断システムを併用して木造建物に作用した加速度を検出する方法について説明する。説明を理解し易くするために、上記の耐震診断システムにより、ある地域の建物Ａと、別の地域の建物Ｂに対して耐震診断が行なわれたものとする。
【０１０４】
特に、上記項目５における加速度の算出に際し、診断対象建物に対して、例えば変形角１／１２０（ｒａｄ）での加速度を計算し、横軸を変形角（量）、縦軸を加速度とする変形角−加速度特性をあらかじめ決定しておく。
【０１０５】
ここで、ある地域の建物Ａに対する耐震診断の結果、変形角１／１２０（ｒａｄ）（ｈ＝３ｍで２．５ｃｍの変形量に等しい）で加速度が２００（ｇａｌ）であったとする。一方、別の地域の建物Ｂに対する耐震診断の結果、変形角１／１２０（ｒａｄ）（ｈ＝３ｍで２．５ｃｍの変形量に等しい）で加速度が１８０（ｇａｌ）であったとする。
【０１０６】
この場合、建物Ａに対する変形量−加速度特性を、変形角１／１２０（ｒａｄ）、加速度が２００（ｇａｌ）という数値を用いて図１９の近似直線のように決定する。一方、建物Ｂに対する変形量−加速度特性を、変形角１／１２０（ｒａｄ）、加速度が１８０（ｇａｌ）という数値を用いて図２０の近似直線のように決定する。なお、これらの変形量−加速度近似特性の縦軸には、加速度に対応させて震度を付している。
【０１０７】
上記の耐震診断システムによる耐震診断が終了したら、耐震診断システムは撤去される。そして、ある地域の建物Ａ、別の地域の建物Ｂの仕口部分にはそれぞれ前述した地震計１が設置される。
【０１０８】
地震計１の設置後、例えば震度５程度の地震が発生し、建物Ａ、Ｂの地震計でそれぞれ２ｃｍの最大変形量が計測、記録されたものとする。
【０１０９】
この場合、建物Ａについては、図１９の変形量−加速度近似特性に、記録された変形量２ｃｍを適用することにより、図２１に示すように、建物Ａに作用した加速度αＡを、αＡ＝２００×（２．０／２．５）＝１６０（ｇａｌ）として算出することができる。一方、建物Ｂについては、図２０の変形量−加速度近似特性に、記録された変形量２ｃｍを適用することにより、図２２に示すように、建物Ｂに作用した加速度αＢを、αＢ＝１８０×（２．０／２．５）＝１４４（ｇａｌ）として算出することができる。
【０１１０】
建物Ａのある地域、建物Ｂのある地域のいずれも、地震速報による震度は５と発表されるが、実際に作用した加速度がどの程度の値であったのかは、これまでは知ることができなかった。
【０１１１】
これに対し、本発明による地震計を本発明者らによる上記の耐震診断システムと併用することで、容易に加速度を算出することができ、この加速度を以後の建物の補強の是非の判断に利用することができる。
【０１１２】
なお、本発明による地震計と併用することのできる耐震診断システムとして、上記の耐震診断システムのほか、特許文献１や特許文献２に開示された耐震診断システムを挙げることができる。
【０１１３】
上記の耐震診断システムの説明では、２階建ての木造建物に適用した場合について説明したが、３階建ての木造建物にも適用可能であり、３階建ての場合も水平動起振機及び振動検出器を２階の床面に設置して解析が行われる。また、１階建て、つまり平屋であっても、規模の大きな建物、例えば寺社、神社のような大きな平屋の場合には、天井の梁に水平動起振機及び振動検出器を設置して解析を行うことができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０ ベース
１２ ホルダー
１５ 位置決めピン
２０ アーム
２１ 軸部
２１−１ ベアリング
２２ ジョイント
２３ 記録部ホルダー
２４ 記録手段
３０ 記録用プレート
４０ 測定子
４１ ネジ体
４２ 連結棒
５０ ガイドプレート
４００ 木造建物
４０１ 建物基礎
４２０ 水平動起振機
４２１、４２２、４２３ 第１、第２、第３の振動検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の変形を計測し易い箇所に設置されて建物の横揺れによる変形を計測し記録する地震計であって、
横揺れにより変形する建物の構成部材に当接するように設置されて前記構成部材の変形に応じて移動する測定子と、
前記測定子に連結されて前記測定子の移動に応じて回動するアームと、
前記アームに設けられて前記アームの回動量を記録する記録手段と、
前記測定子を移動可能に保持すると共に、前記アームを回動可能に軸支し、前記記録手段による記録領域を持つベースとを含み、
前記測定子は、その長さを調節可能な構造にされていることを特徴とする地震計。
【請求項２】
前記建物が木造建物であって、前記建物の変形を計測し易い箇所は仕口部分であり、
前記ベースを前記仕口部分の梁に固定する一方、前記測定子はその先端が前記仕口部分の柱に当接するように設置される構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の地震計。
【請求項３】
前記アームを回動可能に軸支する軸支部が前記アームの一端側寄りにあると共に前記測定子と前記アームの連結部が前記一端側とは反対側の前記軸支部に近い位置にあり、しかも前記軸支部を、前記アームの延在方向に関して異なる複数箇所に設定できる構成とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地震計。
【請求項４】
前記測定子を、前記横揺れにより変形する建物の構成部材に当接するドーム状の頭部を持つ雄ネジ体と、該雄ネジ体の螺入可能な雌ネジを持つ棒状体とで構成することにより長さを調節可能としていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地震計。
【請求項５】
前記記録手段は前記アームの一端側とは反対側の他端部に筆圧設定用の板バネを介して設けられ、前記記録手段の回動範囲に対応する前記ベースには記録用プレートが着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地震計。
【請求項６】
前記記録用プレートの前記ベースに対する取り付け位置を前記アームの延在方向にずらすことができるように構成して、複数回の記録を可能にしたことを特徴とする請求項５に記載の地震計。
【請求項７】
対象木造建物に対して横揺れを与え、この横揺れにより生じる対象木造建物の変形量を一方の軸、対象木造建物に作用する横揺れの加速度を他方の軸とする変形量−加速度特性を、対象木造建物に対して決定するステップと、
対象木造建物の変形を計測し易い箇所に地震計を設置して実際の地震時の変形量を計測し、記録するステップと、
前記決定された変形量−加速度特性を用いて、前記記録された変形量に対応する加速度を判定するステップと、
を含み、
前記地震計として、
対象木造建物の変形を計測し易い箇所に設置されて対象木造建物の横揺れによる変形を計測し記録する地震計であって、
横揺れにより変形する対象木造建物の構成部材に当接するように設置されて前記構成部材の変形に応じて移動する測定子と、
前記測定子に連結されて前記測定子の移動に応じて回動するアームと、
前記アームに設けられて前記アームの回動量を記録する記録手段と、
前記測定子を移動可能に保持すると共に、前記アームを回動可能に軸支し、前記記録手段による記録領域を持つベースとを含み、
前記測定子が、その長さを調節可能な構造にされている地震計を用いることを特徴とする加速度検出方法。
【請求項８】
前記アームを回動可能に軸支する軸支部が前記アームの一端側寄りにあると共に前記測定子と前記アームの連結部が前記一端側とは反対側の前記軸支部に近い位置にあり、しかも前記軸支部を、前記アームの延在方向に関して異なる複数箇所に設定できる構成とされていることを特徴とする請求項７に記載の加速度検出方法。
【請求項９】
前記測定子を、前記横揺れにより変形する建物の構成部材に当接するドーム状の頭部を持つ雄ネジ体と、該雄ネジ体の螺入可能な雌ネジを持つ棒状体とで構成することにより長さを調節可能としていることを特徴とする請求項７又は８に記載の加速度検出方法。
【請求項１０】
前記対象木造建物に対して横揺れを与えて前記変形量−加速度特性を対象木造建物に対して決定するステップを実行する手段として、
対象木造建物の２階に水平動起振機を設置して対象木造建物を横揺れ振動させた時の振動の加速度を検出して検出信号を出力するための少なくとも２つの振動検出器と、
少なくとも２つの前記検出信号を受けて予め定められた解析処理を行う解析器を含む耐震診断システムであって、
該解析器が、前記解析処理として、前記少なくとも２つの検出信号についてフーリエ変換を行なってから加速度値と振動の周波数に関する解析を行って前記加速度値がピーク加速度値を示す時の前記振動の周波数を建物の動的固有周波数ｆｍ（Ｈｚ）として検出する、耐震診断システムを用いることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の加速度検出方法。
【請求項１】
建物の変形を計測し易い箇所に設置されて建物の横揺れによる変形を計測し記録する地震計であって、
横揺れにより変形する建物の構成部材に当接するように設置されて前記構成部材の変形に応じて移動する測定子と、
前記測定子に連結されて前記測定子の移動に応じて回動するアームと、
前記アームに設けられて前記アームの回動量を記録する記録手段と、
前記測定子を移動可能に保持すると共に、前記アームを回動可能に軸支し、前記記録手段による記録領域を持つベースとを含み、
前記測定子は、その長さを調節可能な構造にされていることを特徴とする地震計。
【請求項２】
前記建物が木造建物であって、前記建物の変形を計測し易い箇所は仕口部分であり、
前記ベースを前記仕口部分の梁に固定する一方、前記測定子はその先端が前記仕口部分の柱に当接するように設置される構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の地震計。
【請求項３】
前記アームを回動可能に軸支する軸支部が前記アームの一端側寄りにあると共に前記測定子と前記アームの連結部が前記一端側とは反対側の前記軸支部に近い位置にあり、しかも前記軸支部を、前記アームの延在方向に関して異なる複数箇所に設定できる構成とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地震計。
【請求項４】
前記測定子を、前記横揺れにより変形する建物の構成部材に当接するドーム状の頭部を持つ雄ネジ体と、該雄ネジ体の螺入可能な雌ネジを持つ棒状体とで構成することにより長さを調節可能としていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地震計。
【請求項５】
前記記録手段は前記アームの一端側とは反対側の他端部に筆圧設定用の板バネを介して設けられ、前記記録手段の回動範囲に対応する前記ベースには記録用プレートが着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地震計。
【請求項６】
前記記録用プレートの前記ベースに対する取り付け位置を前記アームの延在方向にずらすことができるように構成して、複数回の記録を可能にしたことを特徴とする請求項５に記載の地震計。
【請求項７】
対象木造建物に対して横揺れを与え、この横揺れにより生じる対象木造建物の変形量を一方の軸、対象木造建物に作用する横揺れの加速度を他方の軸とする変形量−加速度特性を、対象木造建物に対して決定するステップと、
対象木造建物の変形を計測し易い箇所に地震計を設置して実際の地震時の変形量を計測し、記録するステップと、
前記決定された変形量−加速度特性を用いて、前記記録された変形量に対応する加速度を判定するステップと、
を含み、
前記地震計として、
対象木造建物の変形を計測し易い箇所に設置されて対象木造建物の横揺れによる変形を計測し記録する地震計であって、
横揺れにより変形する対象木造建物の構成部材に当接するように設置されて前記構成部材の変形に応じて移動する測定子と、
前記測定子に連結されて前記測定子の移動に応じて回動するアームと、
前記アームに設けられて前記アームの回動量を記録する記録手段と、
前記測定子を移動可能に保持すると共に、前記アームを回動可能に軸支し、前記記録手段による記録領域を持つベースとを含み、
前記測定子が、その長さを調節可能な構造にされている地震計を用いることを特徴とする加速度検出方法。
【請求項８】
前記アームを回動可能に軸支する軸支部が前記アームの一端側寄りにあると共に前記測定子と前記アームの連結部が前記一端側とは反対側の前記軸支部に近い位置にあり、しかも前記軸支部を、前記アームの延在方向に関して異なる複数箇所に設定できる構成とされていることを特徴とする請求項７に記載の加速度検出方法。
【請求項９】
前記測定子を、前記横揺れにより変形する建物の構成部材に当接するドーム状の頭部を持つ雄ネジ体と、該雄ネジ体の螺入可能な雌ネジを持つ棒状体とで構成することにより長さを調節可能としていることを特徴とする請求項７又は８に記載の加速度検出方法。
【請求項１０】
前記対象木造建物に対して横揺れを与えて前記変形量−加速度特性を対象木造建物に対して決定するステップを実行する手段として、
対象木造建物の２階に水平動起振機を設置して対象木造建物を横揺れ振動させた時の振動の加速度を検出して検出信号を出力するための少なくとも２つの振動検出器と、
少なくとも２つの前記検出信号を受けて予め定められた解析処理を行う解析器を含む耐震診断システムであって、
該解析器が、前記解析処理として、前記少なくとも２つの検出信号についてフーリエ変換を行なってから加速度値と振動の周波数に関する解析を行って前記加速度値がピーク加速度値を示す時の前記振動の周波数を建物の動的固有周波数ｆｍ（Ｈｚ）として検出する、耐震診断システムを用いることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の加速度検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−９２４８８（Ｐ２０１３−９２４８８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５６５４（Ｐ２０１１−２３５６５４）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（５９１２１３５１９）ビイック株式会社 (11)
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（５９１２１３５１９）ビイック株式会社 (11)
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