UKD 624.042.3

Zgłoszona przez Ministerstwo Budownictwa i Przemysłu Materiałów Budowlanych

Ustanowiona przez Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości dnia 31 stycznia 1985 r. jako norma
obowiązująca od dnia 1 stycznia 1986 r. (Dz. Norm. i Miar nr 5/1985 poz. 9)

PRZEDMOWA

W latach 1968 i 1971 decyzjami Ministra Budownictwa i Przemysłu Materiałów Budowlanych został
wprowadzony do doświadczalnego stosowania projekt PN/B-02170 „Ocena szkodliwości wpływów drgań i
wstrząsów w budynkach”. Obecna norma treścią nawiązuje do ówczesnego projektu. Została ona
opracowana z uwzględnieniem doświadczeń krajowych i zagranicznych z tego zakresu. W jej redakcji
uwzględniono także opinie i uwagi zebrane w czasie doświadczalnego stosowania wyżej wymienionego
projektu normy.

Zadaniem obecnej normy jest podanie jednolitych kryteriów oceny szkodliwości drgań przekazywanych
przez podłoże na budynki. W normie podano dopuszczalne sposoby uproszczonego ujęcia obliczeniowego
wpływu drgań na budynki oraz sposoby pomiarów drgań.

Zagadnienia dotyczące oceny szkodliwości drgań dla ludzi znajdujących się w budynkach wyłączone zostały
z normy, gdyż przewiduje się opracowanie grupy norm dotyczących takiej oceny zarówno przy ogólnym jak
i miejscowym działaniu drgań na ludzi.

Do wykorzystania normy, szczególnie w przypadku diagnostyki, potrzebne są pomiary drgań. Mogą je
wykonywać jednostki naukowo-badawcze lub służby techniczne dysponujące sprzętem pomiarowym i
obsługująca go ekipa specjalistów, w której skład powinien wchodzić inżynier budownictwa.

1. WSTĘP

1.1. Przedmiot normy.

Przedmiotem normy jest ocena szkodliwości drgań przekazywanych na budynki traktowane jako całość oraz
na urządzenia i aparaturę umieszczona w budynkach. Drgania przekazywane są na budynki przez podłoże.
Źródłami drgań są działania zależne bezpośrednio lub pośrednio od człowieka. Źródła te mogą znajdować
się w obrębie budynków lub poza nimi w odległości stałej lub zmiennej w czasie. Podstawą oceny są
wartości drgań przekazywanych na budynki, niezależnie od sposobu ich propagacji w podłożu.

1.2. Zakres stosowania normy.

Normę należy stosować:

- przy diagnostyce szkodliwości wpływów drgań na istniejące budynki dla znanych (pomierzonych) lub
przewidywanych poziomów narażenia wibracyjnego,

- przy projektowaniu budynków, jeśli przewiduje się, że będą one narażone na drgania przekazywane przez
podłoże.

1.3. Określenia

1.3.1. amplituda przemieszczenia (prędkości, przyspieszenia)

- maksymalna (w czasie jednego drgania) wartość przemieszczenia (prędkości, przyspieszenia) od położenia

równowagi, m (ms

-1

, ms

-2

).

1.3.2. charakterystyka dynamiczna budynku

- wyznaczone analitycznie lub doświadczalnie okresy (albo częstotliwości) drgań własnych i odpowiadające
im postacie drgań własnych oraz tłumienie.

POLSKI KOMITET
NORMALIZACJI, MIAR I
JAKOŚCI

POLSKA NORMA

PN-85/B-02170

Ocena szkodliwości drgań przekazywanych przez
podłoże na budynki

Grupa katalogowa 0702

Evaluation of the harmfulness of building vibrations due to
ground motion

Evaluation de la musance des vibrations des bâtiments á
cause de mouvement sol

1.3.3. czas trwania drgań

- czas, w którym wartości amplitud ocenianego parametru ruchu są większe niż 0,2 wartości maksymalnej.

1.3.4. drgania krótkotrwałe

- drgania, których łączny czas trwania w ciągu doby nie przekracza 3 min.

1.3.5. drgania długotrwałe

- drgania, których łączny czas trwania w ciągu doby jest większy niż 3 min i nie przekracza 30 min.

1.3.6. drgania występujące stale

- drgania, których łączny czas trwania w ciągu doby przekracza 30 min.

1.3.7. spektrum (widmo) odpowiedzi

- funkcja podająca maksymalne wartości bezwzględne odpowiedzi oscylatorów na wymuszenie
kinematyczne, w zależności od okresów drgań własnych oscylatorów przy określonej wartości tłumienia.

1.3.8. spektrum odpowiedzi przemieszczeniowe

- spektrum odpowiedzi wyrażające odpowiedź oscylatorów w przemieszczeniach względnych.

1.3.9. spektrum odpowiedzi prędkościowe

- spektrum odpowiedzi wyrażające odpowiedź oscylatorów w prędkości względnej.

1.3.10. spektrum odpowiedzi przyspieszeniowe

- spektrum odpowiedzi wyrażające odpowiedź oscylatorów w przyspieszeniach bezwzględnych.

1.4. Podstawowe oznaczenia

D - współczynnik tłumienia krytycznego,

N

ik

- siła wewnętrzna (moment zginający, siła poprzeczna, siła podłużna) w przekroju określonym

położeniem punktu k, wywołana działaniem sił składowych P

ik

(kNm, kN, kN),

N

k

- siła wewnętrzna (moment zginający, siła poprzeczna, siła podłużna) w przekroju określonym

położeniem punktu k, wywołana kombinacją składowych sił bezwładności odpowiadających wszystkim
rozważanym częstotliwościom drgań własnych, (kNm, kN, kN),

Q

j

- ciężar masy skupionej w punkcie j, kN,

Q

k

- ciężar masy skupionej w punkcie k, kN,

Q’

k

- obciążenie stałe skupione w punkcie k, kN,

Q’’

k

- obciążenie zmienne technologiczne skupione w punkcie k, kN,

P

ik

- składowa siły bezwładności w punkcie k odpowiadająca i-tej częstotliwości drgań własnych, kN,

T

i

- i-ty okres drgań własnych, s,

T

p

- okres drgań podłoża, stanowiących wymuszenie kinematyczne dla budynku, s,

S

d

, S

v

, S

a

- rzędna odpowiednio przemieszczeniowego, prędkościowego i przyspieszeniowego spektrum

odpowiedzi określona dla T

i

oraz δ; m, ms

-1

, ms

-2

,

a

k

- amplituda przyspieszenia w punkcie k budynku, ms

-2

,

a

p

- amplituda przyspieszenia drgań podłoża stanowiących wymuszenie kinematyczne dla budynku, ms

-2

,

c

ij

- rzędna i -tej postaci drgań w punkcie j budynku, m,

c

ik

- rzędna i -tej postaci drgań w punkcie k budynku, m,

d

k

- amplituda przemieszczenia w punkcie k budynku, m,

f

u

- częstotliwość drgań podstawy (stropu) maszyny lub urządzenia wrażliwego na drgania, Hz,

f

i

- i-ta częstotliwość drgań własnych, Hz,

f

k

- częstotliwość drgań pomierzonych w punkcie k, Hz,

f

p

- częstotliwość drgań podłoża przyjętych jako wymuszenie kinematyczne, Hz,

g - przyspieszenie ziemskie, ms

-2

,

n - liczba punktów budynku, w których skupiono ciężary,

s

ik

- składowa przemieszczenia punktu k wywołana obciążeniem siłami P

ik

, m,

s

k

- przemieszczenie punktu k wywołane kombinacją obciążeń P

ik

dla wszystkich rozważanych częstotliwości

drgań własnych, m,

v

k

- amplituda prędkości w punkcie k, ms

-1

,

v

u

- dopuszczalna wartość skuteczna prędkości drgań podstawy (stropu) maszyny lub urządzenia

wrażliwego na drgania, ms

-1

,

α - współczynnik zmęczenia,

ß

i

- współczynnik dynamiczny odpowiadający drganiom z i-tą częstotliwością,

δ- logarytmiczny dekrement tłumienia,

η

ik

- współczynnik postaci drgań określony dla punktu k przy drganiach z i-tą częstotliwością,

λ - współczynnik redukujący długotrwałą część obciążenia zmiennego.

2. CHARAKTERYSTYKI WYMUSZENIA i DRGAŃ BUDYNKU

2.1. Wymuszenie kinematyczne należy określać przez:

a) amplitudę przemieszczenia (prędkości, przyspieszenia) oraz częstotliwość,

b) spektrum odpowiedzi przemieszczeniowe (prędkościowe, przyspieszeniowe).

Powyższe charakterystyki wymuszenia kinematycznej, należy wyznaczać:

- dla budynku istniejącego - z pomiaru poziomych składowych drgań fundamentu lub ścian nośnych
budynku w poziomie terenu, oddzielnie dla podłużnej i poprzecznej osi budynku (załącznik 2),

- dla budynku projektowanego - z pomiaru poziomych składowych drgań gruntu w miejscu lokalizacji
budynku w poziomie jego posadowienia (załącznik 2),

- dla projektowanego źródła drgań - według prognozy (opartej np. o informacje z literatury) odnoszącej się
do przypadków podobnych.

Dopuszcza się stosowanie innego, ściślejszego i uzasadnionego naukowo, opisu wymuszenia
kinematycznego.

2.2. Drgania budynku należy scharakteryzować przez:

- przemieszczenia (prędkości, przyspieszenia) w charakterystycznych punktach budynku i odpowiadającą im
częstotliwość drgań, lub przez

- siły bezwładności w charakterystycznych punktach budynku i odpowiadającą im częstotliwość drgań.

Wymienione wielkości należy wyznaczać analitycznie wg zasad dynamiki budowli albo doświadczalnie (z
uwzględnieniem wymagań wg załącznika 2) lub korzystać z metod wg rozdziału 3.

3. METODY WYZNACZANIA SIŁ BEZWŁADNOŚCI I PRZEMIESZCZEŃ W
BUDYNKU

3.1. Zasady ogólne.

Siły bezwładności i przemieszczenia należy obliczać przy założeniu sprężystej pracy konstrukcji. Do
obliczania sił bezwładności i przemieszczeń w budynku dopuszcza się stosowanie modelu obliczeniowego z
masami skupionymi (dyskretnego). Model obliczeniowy powstaje w wyniku myślowego podzielenia budynku
na N-elementów. Dla budynku kilkukondygnacyjnego element K obejmuje zwykle część budynku pomiędzy
płaszczyznami poziomymi przechodzącymi w połowie kondygnacji poniżej stropu i powyżej stropu. Łączna
liczba elementów, na które dzieli się budynek nie może być mniejsza niż trzy. W punkcie k, tzn. w środku
ciężkości K-tego elementu (K = 1,2..., N) skupia się ciężar Q

k

. Przy obliczaniu ciężaru Q

k

uwzględnia się:

wszystkie obciążenia stałe i długotrwałą część obciążenia zmiennego - pochodzące od mas uczestniczących
w drganiach. W przypadku gdy brak jest możliwości bezpośredniej oceny, ciężar Q

k

można obliczać wg

wzoru

Q

k

= Q’

k

+ λQ’’

k

(1)

w którym współczynnik λ należy przyjmować:

λ - 0,4 dla budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej,

λ - 0,6 dla pozostałych budynków, natomiast Q’’

k

- wg PN-82/B-02003.

Dla obliczenia sił bezwładności należy wyznaczyć charakterystykę dynamiczną budynku.

Minimalną liczbę kolejnych okresów drgań własnych j, wymaganą do określenia charakterystyki
dynamicznej budynku, należy przyjmować wg tabl. 1.

Tablica 1

Charakterystyki dynamiczne budynku - dla przyjętego modelu - należy obliczać zgodnie z zasadami
dynamiki budowli. Dopuszcza się stosowanie wzorów do obliczenia przybliżonych wartości charakterystyk
dynamicznych, zestawionych w załączniku 1.

3.2. Obliczenie składowych P

ik

siły bezwładności i s

ik

przemieszczenia budynku

3.2.1. Wymuszenie kinematyczne opisane przez amplitudę przyspieszenia i częstotliwość.

Składową P

ik

siły bezwładności odpowiadającą drganiom budynku z i-tą częstotliwością drgań własnych f

i

należy obliczać wg wzoru

(2)

w którym:

ß

i

- współczynnik zależny od stosunku częstotliwości wymuszenia kinematycznego f

p

do i-tej częstotliwości

drgań własnych budynku f

i

i od tłumienia δ - należy przyjmować wg rys. 1:

Rys. 1

współczynnik η

ik

należy obliczać wg wzoru

Warunki dotyczące okresu drgań własnych

j

T

1

T

2

T

1

< 1,2T

p

-

1

T

1

> 1,2T

p

T

2

< 1,2T

p

2

-

T

2

> 1,2T

p

3

(3)

w którym rzędne c

ij

należy wyznaczać zgodnie z zasadami dynamiki budowli; można je przyjąć dla i = 1 wg

załącznika 1 (rozdz. 2).

Współczynniki η

ik

dla budynków murowanych o wysokości od 1 do 4 kondygnacji można przyjmować wg

załącznika 1 (rozdz. 3).

3.2.2. Wymuszenie kinematyczne opisane przez spektrum odpowiedzi.

Składową P

ik

siły bezwładności odpowiadającą drganiom budynku z i—tą częstotliwością drgań własnych f

i

należy obliczać wg wzoru

(4)

w którym współczynnik η

ik

należy obliczać wg wzoru (3).

Dopuszcza się stosowanie innych spektrów odpowiedzi zgodnie z wzorami (5) lub (6):

(5)

lub

(6)

3.2.3. Obliczenie składowej s

ik

przemieszczenia oraz składowej N

ik

siły wewnętrznej.

W celu obliczenia składowej s

ik

przemieszczenia punktu k budynku przy drganiach z i-tą częstotliwością

drgań własnych oraz składowej N

ik

siły wewnętrznej w przekroju określanym położeniem punktu k przy

drganiach z i-tą częstotliwością drgań własnych, należy budynek obciążyć myślowo siłami P

ik

(dla k = 1,

2 ... n) wyznaczonymi wg 3.2.1 albo 3.2.2. Siły P

ik

należy przyjąć z uwzględnieniem ich wzajemnej

zależności fazowej (zwrotu sił).

3.3. Obliczenie najniekorzystniejszych wartości sił wewnętrznych oraz
przemieszczeń budynku.

Wartość siły wewnętrznej N

k

w przekroju określonym położeniem punktu k wywołanej najniekorzystniejszą

kombinacją składowych sił bezwładności P

ik

dla wymaganej (wg tabl. 1) liczby kolejnych okresów drgań

własnych j budynku należy obliczać wg wzoru

(7)

Wartość przemieszczenia s

k

(punktu k) wywołanego najniekorzystniejszą kombinacją składowych sił

bezwładności P

ik

dla wymaganej liczby kolejnych okresów drgań własnych j budynku należy obliczać wg

wzoru

(8)

3.4. Wyznaczenie sił bezwładności i przemieszczeń dynamicznych na podstawie
pomiarów ruchu budynku.

W przypadku, gdy parametry ruchu budynku (przyspieszenie) w wybranych n punktach uzyskano z pomiaru
należy siłę bezwładności P

k

w punkcie k (dla k = 1, ... n) wyznaczyć wg wzoru

(9)

W przypadku mierzenia przemieszczenia d

k

można w celu przybliżonego określenia wartości a

k

, skorzystać

ze wzoru dla drgań harmonicznych

(10)

4. ZASADY OBLICZANIA KONSTRUKCJI BUDYNKU

4.1. Zasady ogólne.

Wyznaczone wg 3.2 składowe sił bezwładności P

ik

oraz wg 3.4 siły bezwładności P

k

stanowią dla konstrukcji

budynku obciążenie charakterystyczne zmienne.

Obciążenie obliczeniowe, przyjmowane do sprawdzenia stanów granicznych nośności, należy określać przez
pomnożenie obciążeń charakterystycznych przez współczynnik obciążenia γ

f

wg tabl. 2.

Tablica 2

4.2. Obliczanie konstrukcji budynku

4.2.1. Metody obliczeń.

Konstrukcję budynku należy obliczać zgodnie z wymaganiami obowiązujących norm na obliczenia statyczne
i projektowanie.

Przy obliczeniach konstrukcji obciążonych siłami dynamicznymi należy sprawdzić stan graniczny
użytkowania z uwzględnieniem wymagań ujętych w powyższych normach oraz - w razie potrzeby -
uwzględnić dodatkowo wymagania ograniczenia uszkodzeń niekonstrukcyjnych, wymagania technologiczne i
warunki komfortu przebywania ludzi.

4.2.2. Uwzględnienie zmęczenia materiału.

Jeżeli normy dotyczące obliczeń statycznych i projektowania konstrukcji nie przewidują inaczej, to można
zmęczenie materiału uwzględnić w sposób przybliżony mnożąc obciążenie obliczeniowe przez współczynnik
zmęczenia przyjmowany wg tabl. 3.

Tablica 3

Rodzaj drgań

γ

f

Krótkotrwałe

1,2

Długotrwałe

1,3

Występujące stale

1,5

Rodzaj drgań

α

Krótkotrwałe

1,3

Długotrwałe

1,6

Występujące stale

2,0

4.2.3. Uwzględnienie jednoczesności obciążeń.

W obliczeniach konstrukcji budynku należy:

- w przypadku długotrwałych lub występujących stale drgań przekazywanych na budynek przez podłoże
uwzględniać działanie siły bezwładności łącznie z obciążeniem wiatrem,

- w przypadku krótkotrwałych drgań przekazywanych na budynek przez podłoże uwzględniać rozłącznie
działania siły bezwładności i obciążenia wiatrem.

4.3. Pominięcie w obliczeniach budynku wpływu drgań przekazywanych przez
podłoże.

Obciążenie budynku wywołane drganiami przekazywanymi na budynek przez podłoże może być w
obliczeniach pomijane w tych przypadkach, gdy udział tego obciążenia w całości obciążeń zmiennych
działających na konstrukcję jest znikomy (tj. jeżeli po zastosowaniu współczynnika jednoczesności obciążeń
wg PN-82/B-02000 łączne obciążenie konstrukcji, wyznaczone z uwzględnieniem sił bezwładności jest nie
większe od sumy obejmującej wszystkie obciążenia zmienne poza obciążeniem siłami bezwładności).

Orientacyjnie można przyjąć, iż możliwe jest pominięcie sił bezwładności w budynku, gdy amplituda
przyspieszeń ruchu poziomego podłoża w miejscu posadowienia budynku spełnia warunek

a

p

≤ 0,005 g

(11)

Na tej podstawie przyjmuje się, że można w obliczeniach pominąć obciążenie budynku wywołane drganiami
przekazywanymi przez podłoże, jeżeli budynek znajduje się:

- w odległości większej niż 25 m od osi linii kolejowej,

- w odległości większej niż 15 m od osi linii tramwajowej albo od osi drogi kołowej I kategorii lub ulicy
przelotowej,

- w odległości większej niż 20 m od źródła drgań technologicznych (wbijanie pali, wibromłoty itp.),

- w odległości większej niż 25 m od źródła drgań przemysłowych,

- poza obszarem tzw. strefy wpływu sejsmicznego określonym dla kopalni odkrywkowej, np. na podstawie
granicy drugiej strefy skal SWD.

5. PRZYBLIśONE SPOSOBY SPRAWDZENIA WPŁYWÓW DYNAMICZNYCH
NA BUDYNEK

5.1. Rodzaje uszkodzeń w budynku.

Rozróżnia się w budynku uszkodzenia niekonstrukcyjne oraz uszkodzenia elementów nośnych
(konstrukcyjnych).

Do uszkodzeń niekonstrukcyjnych zalicza się: rysy i spękania wypraw malarskich i tynków, rozluźnienie
mocowań drzwi i okien w ścianach, odpadanie płytek ceramicznych ściennych szkliwionych i okładzin, rysy i
spękania ścianek działowych itp.

Do uszkodzeń elementów nośnych zalicza się takie uszkodzenia, które prowadza do zmniejszenia
wytrzymałości elementów konstrukcyjnych budynku: rysy i spękania murów nośnych, połączeń między
ścianami, nadproży, filarów itp.

5.2. Stosowanie skal wpływów dynamicznych (skal SWD).

Dla przybliżonej oceny działania drgań przekazywanych przez podłoże na niektóre typy budynków
dopuszcza się stosowanie skal SWD.

Skale SWD można stosować w przypadku budynków z elementów murowych (tzn. z elementów
przeznaczonych do ręcznego układania) oraz w przypadku budynków z wielkich bloków.

Skala SWD-I (rys. 2 i rys. 3) odnosi się do budynków o kształcie zwartym o małych wymiarach
zewnętrznych rzutu poziomego (nie przekraczających 15 m), jedno- lub dwukondygnacyjnych i o wysokości
nie przekraczającej żadnego z wymiarów rzutu poziomego.

Skala SWD-II (rys. 4 i rys. 5) odnosi się do budynków nie wyższych niż pięć kondygnacji, których wysokość
jest mniejsza od podwójnej najmniejszej szerokości, budynku oraz do budynków niskich (do 2 kondygnacji)
lecz nie spełniających warunków podanych dla skali SWD-I.

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

Rys. 5

5.3. Kryteria podziału na strefy szkodliwości przy stosowaniu skal SWD.

Skale SWD mają pięć stref (I, II, III, IV i V) oddzielonych czterema liniami granicznymi (A, B, C i D). Linie
te podano na rys. 2 i 4 w układzie współrzędnych: częstotliwość drgań f, Hz, przemieszczenie d, m, a na

rys. 3 i 5 w układzie współrzędnych: częstotliwość drgań f, Hz, i przyspieszenie a, ms

-2

. Wartości

współrzędnych należy wyznaczać z pomiaru w punktach pomiarowych umieszczonych na konstrukcji w
poziomie terenu.

Przyjęto następujące kryteria podziału na strefy szkodliwości:

- strefa I - drgania nieodczuwalne przez budynek;

granica A - dolna granica odczuwalności drgań przez budynek i dolna granica uwzględnienia wpływów
dynamicznych; przy drganiach poniżej tej granicy można nie uwzględniać wpływów dynamicznych.

- strefa II - drgania odczuwalne przez budynek, ale nieszkodliwe dla konstrukcji; następuje tylko
przyspieszone zużycie budynku i pierwsze rysy w wyprawach,, tynkach itp.;

granica B - granica sztywności budynku, dolna granica powstawania zarysowań i spękań w elementach
konstrukcyjnych,

- strefa III - drgania szkodliwe dla budynku, powodują lokalne zarysowania i spękania, przez co osłabiają
konstrukcje budynku i zmniejszają jego nośność oraz odporność na dalsze wpływy dynamiczne; może
nastąpić odpadanie wypraw i tynków;

granica C - granica wytrzymałości pojedynczych elementów budynku, dolna granica ciężkich szkód
budowlanych;

- strefa IV - drgania o dużej szkodliwości dla budynku i stanowiące zagrożenie bezpieczeństwa ludzi;
powstają liczne spękania, lokalne zniszczenia murów i innych pojedynczych elementów budynku; istnieje
możliwość spadania przedmiotów zawieszonych, odpadanie płatów wypraw sufitów, wysunięcia się belek
stropowych z łożysk itp.; wymagane możliwie szybkie usunięcie źródła drgań lub zmniejszenie jego
wpływów;

granica D - granica stateczności konstrukcji, dolna granica awarii całego budynku; drgania powyżej tej
granicy mogą spowodować awarie budynku i zagrażają bezpieczeństwu życia ludzkiego,

strefa V - drgania powodują awarie budynku przez walenie się murów, spadanie stropów itp.; pełne
zagrożenie bezpieczeństwa życia ludzkiego; w przypadku groźby powstania drgań tego typu budynek nie
może być użytkowany.

Granice stref podano w dwóch wariantach wg oceny stanu budynku, typu podłoża i rodzaju drgań.
Zaliczanie do odpowiedniego wariantu następuje wg przeważającej liczby odpowiednich cech zestawionych
orientacyjnie w tabl. 4.

W przypadku drgań krótkotrwałych oraz w przypadku spełnienia wszystkich warunków wymienionych w
tabl. 4 kol. 3 dopuszcza się przy sprawdzeniu szkodliwości drgań na budynek podniesienie granicy stref o
jedną (np. drganiom o parametrach mieszczących się w strefie II na rys. 2, przy spełnieniu podanych
warunków, można przypisać skutki dotyczące strefy I).

6. SPRAWDZENIE SZKODLIWOŚCI DRGAŃ NA URZĄDZENIA UMIESZCZONE
W BUDYNKU

6.1. Zasady ogólne.

Kryteria oceny ujęto w dwóch grupach; pierwsza dotyczy maszyn i przyrządów mechanicznych, druga
urządzeń precyzyjnych. Wielkością charakteryzującą jest tu wartość skuteczna prędkości drgań v

u

.

Zaliczanie maszyn do klas wrażliwości należy wykonać wg tabl. 5.

Tablica 4

Tablica 5

Ocena według

Cechy umożliwiające zastosowanie granicy

niższej (linia cięgła na rys. 2-5)

wyższej (linia przerywana na
rys. 2-5)

1

2

3

Stanu budynku

budynki stare, z uszkodzeniami, budynki
przerabiane lub wzmacniane

budynki nieuszkodzone, bez
przeróbek konstrukcyjnych

Materiałów i konstrukcji budynku

budynki z elementów murowych
żużlobetonowych lub z kamienia, o
niestarannym wykonaniu, brak
fundamentów, brak wieńców, sklepione
stropy, duże otwory w ścianach lub otwory
nieregularne

ściany z cegły pełnej
starannie wykonane,
fundamenty żelbetowe lub
betonowe, stropy masywne
wiążące ściany z wieńcem
stropowym

Typu podłoża i sposobu
posadowienia

podłoże o małej sztywności (np. piaski
pylaste, luźne) posadowienie nieciągłe
(różne wysokości) albo pośrednie

podłoże sztywne (np. iły i
gliny twardoplastyczne),
posadowienie płaskie

Rodzaju drgań

drgania długotrwałe albo występujące stale drgania krótkotrwałe

6.2. Ocena szkodliwości drgań na prące maszyn i przyrządów mechanicznych.

Jeżeli proces technologiczny narzuca specjalne wymagania, to dopuszczalne wartości skuteczne prędkości
należy przyjmować zgodnie z tymi wymaganiami. Jeżeli wymagania takie nie są określone, to dopuszczalne
wartości skuteczne prędkości należy przyjmować wg tabl. 5. Do oceny należy przyjmować wartości
największe, zmierzone w jednym kierunku na poziomie podstawy przy unieruchomionej maszynie.

W przypadku drgań harmonicznych, dopuszczalne wartości skuteczne przemieszczeń d

u

lub przyspieszeń a

u

można obliczać wg wzorów:

(12)

(13)

6.3. Ocena szkodliwości drgań na pracy urządzeń precyzyjnych.

W laboratoriach, w których są umieszczone mikroskopy, wagi precyzyjne, optyczne przyrządy pomiarowe
oraz w laboratoriach hydraulicznych należy przyjmować dopuszczalną wartość skuteczną amplitudy
prędkości drgań dla klasy I wg tabl. 5, przy czym wypadkowa prędkości v

x

, v

y

i v

z

z trzech wzajemnie

prostopadłych kierunków x, y i z powinna spełniać warunek

(14)

Dla pomieszczeń z urządzeniami specjalnymi (np. z mikroskopami elektronowymi) dopuszczalne wartości
drgań należy przyjmować według kryteriów podanych przez konstruktorów i użytkowników urządzeń.

KONIEC

Informacje dodatkowe

ZAŁĄCZNIK 1

Klasa
wrażliwości

Charakterystyka
wrażliwości na
wpływy dynamiczne

Nazwa maszyny lub urządzenia

Dopuszczalna wartość
skuteczna prędkości
drgań podstawy
(stropu) w jednym

kierunku v

u

ms

-1

I

Bardzo wrażliwe

urządzenia do wyważania statycznego i
dynamicznego, sprawdzania i regulacji przyrządów
optycznych, mikroskopy pomiarowe, interferometry
i inne dokładne przyrządy optyczne, obrabiarki
precyzyjne, przyrządy pomiarowo—kontrolne stałe o
dokładności do kilku mikrometrów, urządzenia
rektyfikacyjne przyrządów pomiarowych,
elektroniczne maszyny cyfrowe itp.

0,0001

II

Średnio wrażliwe

szlifierki do gwintów, kół zębatych, łożysk, wiertarki
i frezarki automatyczne, tokarki z tolerancjami do
kilkunastu mikrometrów, automaty dokładne i
obrabiarki dokładne itp.

0,001

III

Mało wrażliwe

zwykłe tokarki, frezarki, wiertarki, szlifierki,
obrabiarki zwykłej dokładności, maszyny
włókiennicze, tkackie, typograficzne itp.

0,003

IV

Prawie niewrażliwe silniki, dłutownice, maszyny do szycia, obrabiarki do

metali lekkich i do drewna, prasy przemysłowe,
przycinarki itp.

0,006

V

Zupełnie
niewrażliwe

wentylatory, kruszarki, młynki, wstrząsarki, stoły i
sita wibracyjne, przesiewacze, młoty itp.

> 0,006

WZORY

DO

OBLICZANIA

PRZYBLIśONYCH

WARTOŚCI

NIEKTÓRYCH

CHARAKTERYSTYK

DYNAMICZNYCH BUDYNKÓW

1. OKRESY DRGAŃ WŁASNYCH

Przybliżone

wartości

podstawowych

okresów

poziomych

drgań

własnych

T

1

dla

typowych

wielokondygnacyjnych budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej można wyznaczać wg wzorów w
tabl. Z1-1, a dla budynków wysokich - wg wzorów w tabl. Z1-2.

W tabl. Z1-3 podano wzory na obliczenie przybliżonej wartości drugiego okresu poziomych drgań własnych
T

2

dla budynków wysokich.

Przybliżone wartości podstawowych okresów poziomych drgań własnych T

1

dla jednopiętrowych hal

przemysłowych można wyznaczyć wg wzorów podanych w tabl. Z1-4.

W przypadku budynków nietypowych, o bardziej złożonym schemacie konstrukcyjnym, podstawowy okres
drgań własnych należy obliczać posługując się znanymi metodami dynamiki budowli.

Tablica Z1-1

H - wysokość budynku, m; B - wymiar poprzeczny budynku, m.

W przypadku znacznego osłabienia ścian nośnych otworami (40-50% otworów) okres drgań T

1

należy

zwiększyć odpowiednio o 10-20%.

W przypadku posadowienia budynku na gruntach o małej sztywności (np. piaski pylaste) okres drgań T

1

należy zwiększyć o 10%.

Tablica Z1-2

Schemat i wymiary budynku

T

1

, s

Rodzaj budynku i zakres stosowania wzoru

T

1

= 0,015H

murowany lub betonowy monolityczny H < 30 m

T

1

= 0,02 H

żelbetowy wielkopłytowy H < 30 m

T

1

= 0,09

żelbetowy szkieletowy H < 50 m

T

1

= 0,10

stalowy szkieletowy H < 50 m

Schemat
obliczeniowy

Sposób wyznaczenia T

1

, s

Zakres stosowania wzoru

y

k

, y

n

– przemieszczenia,

równomierny rozkład ciężarów Q

k

na wysokości

budynku

Tablica Z1-3

Tablica Z1-4

y

k

, y

n

– przemieszczenia, m

nierównomierny rozkład ciężarów Q

k

na wysokości

budynku

Schemat
obliczeniowy

T

2

, s

Sposób wyznaczenia wielkości
występujących we wzorach

y

kk

, y

kn

y

nk,

y

nn

przemieszczenia,

Rama poprzeczna hali bez usztywnień - schemat (model
fizyczny) i oznaczenia

y, mkN

-1

.

2. POSTAĆ DRGAŃ WŁASNYCH

W ogólnym przypadku określenia kolejnych postaci drgań własnych budynku traktowanego jako ustrój o
wielu stopniach swobody należy stosować metody znane z dynamiki budowli.

Dla budynków murowanych (o dominującym wpływie ścinania) pierwsza postać drgań własnych c

ik

można

wyznaczyć wg wzoru

(Z1-1)

w którym:

H - wysokość całego budynku, m,

z - współrzędna punktu k mierzona od dołu budynku, m.

W przypadku budynków o dominującym wpływie drgań giętnych pierwsza postać drgań własnych można
wyznaczyć wg wzoru

(Z1-2)

Można też przyjmować w obliczeniach pierwszą postać drgań własnych budynku jako linię ugięcia od
obciążenia poziomą siłą skupioną, przyłożoną na wysokości stropu najwyższej kondygnacji.

3. WSPÓŁCZYNNIKI POSTACI DRGAŃ WŁASNYCH

Współczynniki postaci drgań własnych η

ik

należy obliczać wg wzoru (3). Dla budynków murowanych o

wysokości do 4 kondygnacji η

ik

można przyjąć wg tabl. Z1-5.

Tablica Z1-5

4. CHARAKTERYSTYKA TŁUMIENIA

Tłumienie budynku może być scharakteryzowane przez logarytmiczny dekrement tłumienia δ lub
współczynnik tłumienia krytycznego D.

Logarytmiczny dekrement tłumienia δ może być obliczony z uwzględnieniem r kolejnych wartości amplitud d
wg wzoru

Punkt na stropie kondygnacji
(k)

Współczynniki η

ik

dla budynków o liczbie kondygnacji

1

2

3

4

1

1,00

0,60

0,40

0,33

2

-

1,20

0,60

0,67

3

-

-

1,30

1,00

4

-

-

-

1,30

(Z1-3)

Oznaczenia przyjęte we wzorze wyjaśniono na rys. Z1, na którym oś t jest osią czasu.

Rys. Z1

Wartości współczynnika tłumienia krytycznego D można obliczać wg wzoru przybliżonego

(Z1-4)

W przypadku braku dokładniejszych danych, wartości logarytmicznego dekrementu tłumienia można
przyjmować wg tabl. Z1-6.

Tablica Z1-6

ZAŁĄCZNIK 2

OGÓLNE WYTYCZNE WYKONANIA POMIARÓW DRGAŃ

1. WIELKOŚCI MIERZONE I ICH ZAKRESY

Pomiarowi podlegają zmiany w czasie parametrów drgań:

- przemieszczenia,

- prędkości,

- przyspieszenia.

Wybór mierzonego parametru zależy od przyjętej metody analizy konstrukcji oraz podanych w rozdz. 5 i 6
kryteriów szkodliwości.

W szczególnych przypadkach oceny wystarcza wyznaczenie poza wartością wybranego parametru, wartości
odpowiadającej mu częstotliwości. Wartości mierzonych parametrów zależne są od charakterystyk
dynamicznych budynków oraz charakteru i czasu trwania wymuszenia. Dla potrzeb kryteriów przytoczonych
w normie wartości mierzonych parametrów mieszczą się w przedziałach:

częstotliwość: 0,5-100 Hz,

przemieszczenie: 10

-7

-10

-3

m,

prędkość: 10

-4

-1 ms

-1

,

przyspieszenie: 10

-3

-10 ms

-2

2. APARATURA POMIAROWA

Zestaw pomiarowy należy dobrać w zależności od wybranego do pomiaru parametru drgań oraz
przewidywanego zakresu jego wartości.

Podstawowy zestaw aparatury do pomiaru drgań zawiera:

Typ budynku i materiał

δ

Budynki o konstrukcji stalowej

0,10

Budynki żelbetowe

0,20

Budynki murowane

0,30

- czujniki pomiarowe,

- układ formowania sygnału,

- rejestrator lub przyrządy wskazujące.

W przypadku drgań złożonych powinna być prowadzona rejestracja magnetyczna albo zestaw pomiarowy
powinien zawierać przyrządy do analizy. Niedokładność wskazań całego zestawu pomiarowego powinna być
nie większa niż 20%.

3. ROZMIESZCZENIE PUNKTÓW POMIAROWYCH

3. 1. Pomiar drgań oddziałujących na budynek. Rozmieszczenie punktów i kierunków pomiarowych zależy
od stosowanej metody oceny i powinna być zawarte w programie badań.

Jako kierunki pomiarowe przyjmuje się współrzędne układu prostokątnego z oznaczeniem x i y dla
kierunków poziomych i z dla kierunku pionowego.

W przypadkach szczególnych należy kierować się podanymi niżej zasadami:

a) jeżeli zmierzone parametry drgań służą do wyznaczenia poziomych sił bezwładności działających na
budynek, to punkty pomiarowe (x, y) umieszcza się na stropach przy ścianach; liczba punktów
pomiarowych w budynkach wielokondygnacyjnych nie może być mniejsza od trzech,

b) w przypadku gdy pomiar stanowi podstawę do oceny wymuszenia kinematycznego na budynek
projektowany, punkt pomiarowy (x, y, z) należy przyjąć na gruncie w miejscu przewidzianego usytuowania
budynku,

c) w celu przybliżonej oceny prowadzonej z wykorzystaniem skal SWD, punkt pomiarowy (x, y) umieszcza
się od strony źródła drgań na fundamencie budynku lub ścianie nośnej w poziomie otaczającego terenu.

3.2. Pomiar drgań oddziałujących na urządzenia.

Do pomiaru wpływu drgań na urządzenia, punkt pomiarowy (x, y, z) przyjmuje się na fundamencie
maszyny lub urządzenia, albo na konstrukcji nośnej maszyny w miejscu gdzie przewiduje się, że drgania
będą najintensywniejsze.

4. POMIAR DRGAŃ I JEGO WYNIKI

4.1. Pomiar drgań budynku.

Warunki pomiaru należy określać w programie badań.

W przypadku drgań złożonych długotrwałych należy rejestrować mierzony parametr i prowadzić jego analizę
w paśmie 0,5÷100 Hz przy użyciu filtrów tercjowych lub wąskopasmowych. W przypadku stabilności drgań,
analiza może być prowadzona w trakcie pomiaru.

Dla drgań krótkotrwałych należy prowadzić w trakcie pomiarów rejestrację wybranego parametru w czasie
minimum trzech cykli obciążenia.

W przypadku pomiarów drgań złożonych, w celu przybliżonej oceny szkodliwości drgań z zastosowaniem
skal SWD, wartości graniczne odczytuje się na wskaźniku miernika wyposażonego w odpowiednie filtry
korekcyjne. Charakterystyki filtrów korekcyjnych k

f

dla prędkości przedstawiono na rys. Z2-1 (skala SWD-I)

oraz na rys. Z2-2 (skala SWD-II), a dla przyspieszeń - na rys. Z2-3, (skala SWD-I) oraz na rys. Z2-4 (skala
SWD-II).

4.2. Pomiar drgań urządzeń.

Pomiarowi podlegają wartości skuteczne prędkości drgań w wyznaczonych punktach pomiarowych.

5. PROTOKÓŁ POMIARU

W trakcie pomiaru należy sporządzić protokół odnotowując dane dotyczące:

a) celu pomiaru,

b) podstawy pomiaru (normy),

c) źródeł drgań,

d) użytej aparatury (typ, numer, dane o wzorcowaniu, zakresy pomiarowe),

e) opisu budynku i jego stanu technicznego,

f) rozmieszczenia punktów pomiarowych ze szkicem,

g) przebiegu pomiaru oraz jego warunków (atmosferycznych, przypadkowych zakłóceń itp.),

h) składu zespołu pomiarowego oraz

i) zestawienie wartości odczytanych w trakcie pomiaru lub surowe wyniki pomiarów.

Rys. Z2-1

Rys. Z2-2

Rys. Z2-3

Rys. Z2-4

INFORMACJE DODATKOWE

1. Instytucja opracowująca normę

- Centralny Ośrodek Badawczo—Projektowy Budownictwa Ogólnego.

2. Normy związane

PN-82/B-02000 Obciążenia budowli. Zasady ustalania wartości

PN-82/B-02003 Obciążenia budowli. Obciążenia zmienne technologiczne. Podstawowe obciążenia
technologiczne i montażowe

3. Normy zagraniczne

Szwajcaria SN 640312, 1981, Effects of Vibrations on Structures

4. Autorzy projektu normy

- zespół pracowników Instytutu Mechaniki Budowli Politechniki Krakowskiej w składzie: prof. dr hab. inż.
Roman Ciesielski (przewodniczący zespołu autorskiego), doc. dr hab. inż. Janusz Kawecki, doc. dr hab. inż.
Edward Maciąg, mgr inż. Ryszard Masłowski, mgr inż. Mieczysław Pieronek, dr inż. Krzysztof Stypuła.

5. Wydanie 2

- stan aktualny: kwiecień 1987 - bez zmian.