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 takŜe opinie i uwagi zebrane w czasie doświadczalnego stosowania wyŜej wymienionego
projektu normy.
Zadaniem obecnej normy jest podanie jednolitych kryteriów oceny szkodliwości drgań przekazywanych
przez podłoŜe 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, gdyŜ 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 słuŜby techniczne dysponujące sprzętem pomiarowym i
obsługująca go ekipa specjalistów, w której skład powinien wchodzić inŜynier 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 podłoŜe.
Źródłami drgań są działania zaleŜne 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, niezaleŜnie od sposobu ich propagacji w podłoŜu.
1.2. Zakres stosowania normy.
Normę naleŜy stosować:
- przy diagnostyce szkodliwości wpływów drgań na istniejące budynki dla znanych (pomierzonych) lub
przewidywanych poziomów naraŜenia wibracyjnego,
- przy projektowaniu budynków, jeśli przewiduje się, Ŝe będą one naraŜone na drgania przekazywane przez
podłoŜe.
1.3. Określenia
1.3.1. amplituda przemieszczenia (prędkości, przyspieszenia)
- maksymalna (w czasie jednego drgania) wartość przemieszczenia (prędkości, przyspieszenia) od połoŜenia
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
podłoŜe 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 niŜ 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 niŜ 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 zaleŜności od okresów drgań własnych oscylatorów przy określonej wartości tłumienia.
1.3.8. spektrum odpowiedzi przemieszczeniowe
- spektrum odpowiedzi wyraŜające odpowiedź oscylatorów w przemieszczeniach względnych.
1.3.9. spektrum odpowiedzi prędkościowe
- spektrum odpowiedzi wyraŜające odpowiedź oscylatorów w prędkości względnej.
1.3.10. spektrum odpowiedzi przyspieszeniowe
- spektrum odpowiedzi wyraŜające odpowiedź oscylatorów w przyspieszeniach bezwzględnych.
1.4. Podstawowe oznaczenia
D - współczynnik tłumienia krytycznego,
N
ik
- siła wewnętrzna (moment zginający, siła poprzeczna, siła podłuŜna) w przekroju określonym
połoŜeniem punktu k, wywołana działaniem sił składowych P
ik
(kNm, kN, kN),
N
k
- siła wewnętrzna (moment zginający, siła poprzeczna, siła podłuŜna) w przekroju określonym
połoŜeniem punktu k, wywołana kombinacją składowych sił bezwładności odpowiadających wszystkim
rozwaŜanym częstotliwościom drgań własnych, (kNm, kN, kN),
Q
j
- cięŜar masy skupionej w punkcie j, kN,
Q
k
- cięŜar masy skupionej w punkcie k, kN,
Q’
k
- obciąŜenie stałe skupione w punkcie k, kN,
Q’’
k
- obciąŜenie 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 podłoŜa, 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 podłoŜa 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 wraŜliwego na drgania, Hz,
f
i
- i-ta częstotliwość drgań własnych, Hz,
f
k
- częstotliwość drgań pomierzonych w punkcie k, Hz,
f
p
- częstotliwość drgań podłoŜa przyjętych jako wymuszenie kinematyczne, Hz,
g - przyspieszenie ziemskie, ms
-2
,
n - liczba punktów budynku, w których skupiono cięŜary,
s
ik
- składowa przemieszczenia punktu k wywołana obciąŜeniem siłami P
ik
, m,
s
k
- przemieszczenie punktu k wywołane kombinacją obciąŜeń P
ik
dla wszystkich rozwaŜanych 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
wraŜliwego 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 obciąŜenia zmiennego.
2. CHARAKTERYSTYKI WYMUSZENIA i DRGAŃ BUDYNKU
2.1. Wymuszenie kinematyczne naleŜy określać przez:
a) amplitudę przemieszczenia (prędkości, przyspieszenia) oraz częstotliwość,
b) spektrum odpowiedzi przemieszczeniowe (prędkościowe, przyspieszeniowe).
PowyŜsze charakterystyki wymuszenia kinematycznej, naleŜy wyznaczać:
- dla budynku istniejącego - z pomiaru poziomych składowych drgań fundamentu lub ścian nośnych
budynku w poziomie terenu, oddzielnie dla podłuŜnej 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 naleŜy 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 naleŜy 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 naleŜy obliczać przy załoŜeniu spręŜystej 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 poniŜej stropu i powyŜej stropu. Łączna
liczba elementów, na które dzieli się budynek nie moŜe być mniejsza niŜ trzy. W punkcie k, tzn. w środku
cięŜkości K-tego elementu (K = 1,2..., N) skupia się cięŜar Q
k
. Przy obliczaniu cięŜaru Q
k
uwzględnia się:
wszystkie obciąŜenia stałe i długotrwałą część obciąŜenia zmiennego - pochodzące od mas uczestniczących
w drganiach. W przypadku gdy brak jest moŜliwości bezpośredniej oceny, cięŜar Q
k
moŜna obliczać wg
wzoru
Q
k
= Q’
k
+ λQ’’
k
(1)
w którym współczynnik λ naleŜy przyjmować:
λ - 0,4 dla budynków mieszkalnych i uŜyteczności publicznej,
λ - 0,6 dla pozostałych budynków, natomiast Q’’
k
- wg PN-82/B-02003.
Dla obliczenia sił bezwładności naleŜy wyznaczyć charakterystykę dynamiczną budynku.
Minimalną liczbę kolejnych okresów drgań własnych j, wymaganą do określenia charakterystyki
dynamicznej budynku, naleŜy przyjmować wg tabl. 1.
Tablica 1
Charakterystyki dynamiczne budynku - dla przyjętego modelu - naleŜy obliczać zgodnie z zasadami
dynamiki budowli. Dopuszcza się stosowanie wzorów do obliczenia przybliŜonych 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
naleŜy obliczać wg wzoru
(2)
w którym:
ß
i
- współczynnik zaleŜny od stosunku częstotliwości wymuszenia kinematycznego f
p
do i-tej częstotliwości
drgań własnych budynku f
i
i od tłumienia δ - naleŜy przyjmować wg rys. 1:
Rys. 1
współczynnik η
ik
naleŜy 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
naleŜy wyznaczać zgodnie z zasadami dynamiki budowli; moŜna je przyjąć dla i = 1 wg
załącznika 1 (rozdz. 2).
Współczynniki η
ik
dla budynków murowanych o wysokości od 1 do 4 kondygnacji moŜna 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
naleŜy obliczać wg wzoru
(4)
w którym współczynnik η
ik
naleŜy 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 połoŜeniem punktu k przy
drganiach z i-tą częstotliwością drgań własnych, naleŜy budynek obciąŜyć myślowo siłami P
ik
(dla k = 1,
2 ... n) wyznaczonymi wg 3.2.1 albo 3.2.2. Siły P
ik
naleŜy przyjąć z uwzględnieniem ich wzajemnej
zaleŜności fazowej (zwrotu sił).
3.3. Obliczenie najniekorzystniejszych wartości sił wewnętrznych oraz
przemieszczeń budynku.
Wartość siły wewnętrznej N
k
w przekroju określonym połoŜeniem punktu k wywołanej najniekorzystniejszą
kombinacją składowych sił bezwładności P
ik
dla wymaganej (wg tabl. 1) liczby kolejnych okresów drgań
własnych j budynku naleŜy 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 naleŜy 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
naleŜy siłę bezwładności P
k
w punkcie k (dla k = 1, ... n) wyznaczyć wg wzoru
(9)
W przypadku mierzenia przemieszczenia d
k
moŜna w celu przybliŜonego 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 obciąŜenie charakterystyczne zmienne.
ObciąŜenie obliczeniowe, przyjmowane do sprawdzenia stanów granicznych nośności, naleŜy określać przez
pomnoŜenie obciąŜeń charakterystycznych przez współczynnik obciąŜenia γ
f
wg tabl. 2.
Tablica 2
4.2. Obliczanie konstrukcji budynku
4.2.1. Metody obliczeń.
Konstrukcję budynku naleŜy obliczać zgodnie z wymaganiami obowiązujących norm na obliczenia statyczne
i projektowanie.
Przy obliczeniach konstrukcji obciąŜonych siłami dynamicznymi naleŜy sprawdzić stan graniczny
uŜytkowania z uwzględnieniem wymagań ujętych w powyŜszych normach oraz - w razie potrzeby -
uwzględnić dodatkowo wymagania ograniczenia uszkodzeń niekonstrukcyjnych, wymagania technologiczne i
warunki komfortu przebywania ludzi.
4.2.2. Uwzględnienie zmęczenia materiału.
JeŜeli normy dotyczące obliczeń statycznych i projektowania konstrukcji nie przewidują inaczej, to moŜna
zmęczenie materiału uwzględnić w sposób przybliŜony mnoŜąc obciąŜenie 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 obciąŜeń.
W obliczeniach konstrukcji budynku naleŜy:
- w przypadku długotrwałych lub występujących stale drgań przekazywanych na budynek przez podłoŜe
uwzględniać działanie siły bezwładności łącznie z obciąŜeniem wiatrem,
- w przypadku krótkotrwałych drgań przekazywanych na budynek przez podłoŜe uwzględniać rozłącznie
działania siły bezwładności i obciąŜenia wiatrem.
4.3. Pominięcie w obliczeniach budynku wpływu drgań przekazywanych przez
podłoŜe.
ObciąŜenie budynku wywołane drganiami przekazywanymi na budynek przez podłoŜe moŜe być w
obliczeniach pomijane w tych przypadkach, gdy udział tego obciąŜenia w całości obciąŜeń zmiennych
działających na konstrukcję jest znikomy (tj. jeŜeli po zastosowaniu współczynnika jednoczesności obciąŜeń
wg PN-82/B-02000 łączne obciąŜenie konstrukcji, wyznaczone z uwzględnieniem sił bezwładności jest nie
większe od sumy obejmującej wszystkie obciąŜenia zmienne poza obciąŜeniem siłami bezwładności).
Orientacyjnie moŜna przyjąć, iŜ moŜliwe jest pominięcie sił bezwładności w budynku, gdy amplituda
przyspieszeń ruchu poziomego podłoŜa w miejscu posadowienia budynku spełnia warunek
a
p
≤ 0,005 g
(11)
Na tej podstawie przyjmuje się, Ŝe moŜna w obliczeniach pominąć obciąŜenie budynku wywołane drganiami
przekazywanymi przez podłoŜe, jeŜeli budynek znajduje się:
- w odległości większej niŜ 25 m od osi linii kolejowej,
- w odległości większej niŜ 15 m od osi linii tramwajowej albo od osi drogi kołowej I kategorii lub ulicy
przelotowej,
- w odległości większej niŜ 20 m od źródła drgań technologicznych (wbijanie pali, wibromłoty itp.),
- w odległości większej niŜ 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.
RozróŜnia 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, nadproŜy, filarów itp.
5.2. Stosowanie skal wpływów dynamicznych (skal SWD).
Dla przybliŜonej oceny działania drgań przekazywanych przez podłoŜe na niektóre typy budynków
dopuszcza się stosowanie skal SWD.
Skale SWD moŜna 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 Ŝadnego z wymiarów rzutu poziomego.
Skala SWD-II (rys. 4 i rys. 5) odnosi się do budynków nie wyŜszych niŜ 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 naleŜy 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 poniŜej tej granicy moŜna nie uwzględniać wpływów dynamicznych.
- strefa II - drgania odczuwalne przez budynek, ale nieszkodliwe dla konstrukcji; następuje tylko
przyspieszone zuŜycie 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; moŜe
nastąpić odpadanie wypraw i tynków;
granica C - granica wytrzymałości pojedynczych elementów budynku, dolna granica cięŜkich szkód
budowlanych;
- strefa IV - drgania o duŜej szkodliwości dla budynku i stanowiące zagroŜenie bezpieczeństwa ludzi;
powstają liczne spękania, lokalne zniszczenia murów i innych pojedynczych elementów budynku; istnieje
moŜliwość spadania przedmiotów zawieszonych, odpadanie płatów wypraw sufitów, wysunięcia się belek
stropowych z łoŜysk itp.; wymagane moŜliwie szybkie usunięcie źródła drgań lub zmniejszenie jego
wpływów;
granica D - granica stateczności konstrukcji, dolna granica awarii całego budynku; drgania powyŜej tej
granicy mogą spowodować awarie budynku i zagraŜają bezpieczeństwu Ŝycia ludzkiego,
strefa V - drgania powodują awarie budynku przez walenie się murów, spadanie stropów itp.; pełne
zagroŜenie bezpieczeństwa Ŝycia ludzkiego; w przypadku groźby powstania drgań tego typu budynek nie
moŜe być uŜytkowany.
Granice stref podano w dwóch wariantach wg oceny stanu budynku, typu podłoŜa i rodzaju drgań.
Zaliczanie do odpowiedniego wariantu następuje wg przewaŜającej 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, moŜna 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 wraŜliwości naleŜy wykonać wg tabl. 5.
Tablica 4
Tablica 5
Ocena według
Cechy umoŜliwiające zastosowanie granicy
niŜszej (linia cięgła na rys. 2-5)
wyŜszej (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
ŜuŜlobetonowych lub z kamienia, o
niestarannym wykonaniu, brak
fundamentów, brak wieńców, sklepione
stropy, duŜe otwory w ścianach lub otwory
nieregularne
ściany z cegły pełnej
starannie wykonane,
fundamenty Ŝelbetowe lub
betonowe, stropy masywne
wiąŜące ściany z wieńcem
stropowym
Typu podłoŜa i sposobu
posadowienia
podłoŜe o małej sztywności (np. piaski
pylaste, luźne) posadowienie nieciągłe
(róŜne wysokości) albo pośrednie
podłoŜe 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.
JeŜeli proces technologiczny narzuca specjalne wymagania, to dopuszczalne wartości skuteczne prędkości
naleŜy przyjmować zgodnie z tymi wymaganiami. JeŜeli wymagania takie nie są określone, to dopuszczalne
wartości skuteczne prędkości naleŜy przyjmować wg tabl. 5. Do oceny naleŜy 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
moŜna 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 naleŜy 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 naleŜy przyjmować według kryteriów podanych przez konstruktorów i uŜytkowników urządzeń.
KONIEC
Informacje dodatkowe
ZAŁĄCZNIK 1
Klasa
wraŜliwości
Charakterystyka
wraŜliwości na
wpływy dynamiczne
Nazwa maszyny lub urządzenia
Dopuszczalna wartość
skuteczna prędkości
drgań podstawy
(stropu) w jednym
kierunku v
u
ms
-1
I
Bardzo wraŜliwe
urządzenia do wywaŜania 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 wraŜliwe
szlifierki do gwintów, kół zębatych, łoŜysk, wiertarki
i frezarki automatyczne, tokarki z tolerancjami do
kilkunastu mikrometrów, automaty dokładne i
obrabiarki dokładne itp.
0,001
III
Mało wraŜliwe
zwykłe tokarki, frezarki, wiertarki, szlifierki,
obrabiarki zwykłej dokładności, maszyny
włókiennicze, tkackie, typograficzne itp.
0,003
IV
Prawie niewraŜliwe silniki, dłutownice, maszyny do szycia, obrabiarki do
metali lekkich i do drewna, prasy przemysłowe,
przycinarki itp.
0,006
V
Zupełnie
niewraŜliwe
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
PrzybliŜone
wartości
podstawowych
okresów
poziomych
drgań
własnych
T
1
dla
typowych
wielokondygnacyjnych budynków mieszkalnych i uŜyteczności publicznej moŜna 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 przybliŜonej wartości drugiego okresu poziomych drgań własnych
T
2
dla budynków wysokich.
PrzybliŜone wartości podstawowych okresów poziomych drgań własnych T
1
dla jednopiętrowych hal
przemysłowych moŜna wyznaczyć wg wzorów podanych w tabl. Z1-4.
W przypadku budynków nietypowych, o bardziej złoŜonym schemacie konstrukcyjnym, podstawowy okres
drgań własnych naleŜy 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
naleŜy
zwiększyć odpowiednio o 10-20%.
W przypadku posadowienia budynku na gruntach o małej sztywności (np. piaski pylaste) okres drgań T
1
naleŜy 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
Ŝelbetowy wielkopłytowy H < 30 m
T
1
= 0,09
Ŝelbetowy 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 cięŜarów Q
k
na wysokości
budynku
Tablica Z1-3
Tablica Z1-4
y
k
, y
n
– przemieszczenia, m
nierównomierny rozkład cięŜarów 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 naleŜy stosować metody znane z dynamiki budowli.
Dla budynków murowanych (o dominującym wpływie ścinania) pierwsza postać drgań własnych c
ik
moŜna
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 moŜna
wyznaczyć wg wzoru
(Z1-2)
MoŜna teŜ przyjmować w obliczeniach pierwszą postać drgań własnych budynku jako linię ugięcia od
obciąŜenia poziomą siłą skupioną, przyłoŜoną na wysokości stropu najwyŜszej kondygnacji.
3. WSPÓŁCZYNNIKI POSTACI DRGAŃ WŁASNYCH
Współczynniki postaci drgań własnych η
ik
naleŜy obliczać wg wzoru (3). Dla budynków murowanych o
wysokości do 4 kondygnacji η
ik
moŜna przyjąć wg tabl. Z1-5.
Tablica Z1-5
4. CHARAKTERYSTYKA TŁUMIENIA
Tłumienie budynku moŜe być scharakteryzowane przez logarytmiczny dekrement tłumienia δ lub
współczynnik tłumienia krytycznego D.
Logarytmiczny dekrement tłumienia δ moŜe 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 moŜna obliczać wg wzoru przybliŜonego
(Z1-4)
W przypadku braku dokładniejszych danych, wartości logarytmicznego dekrementu tłumienia moŜna
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 zaleŜy 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 zaleŜne 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 naleŜy dobrać w zaleŜności 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 Ŝelbetowe
0,20
Budynki murowane
0,30
- czujniki pomiarowe,
- układ formowania sygnału,
- rejestrator lub przyrządy wskazujące.
W przypadku drgań złoŜonych powinna być prowadzona rejestracja magnetyczna albo zestaw pomiarowy
powinien zawierać przyrządy do analizy. Niedokładność wskazań całego zestawu pomiarowego powinna być
nie większa niŜ 20%.
3. ROZMIESZCZENIE PUNKTÓW POMIAROWYCH
3. 1. Pomiar drgań oddziałujących na budynek. Rozmieszczenie punktów i kierunków pomiarowych zaleŜy
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 naleŜy kierować się podanymi niŜej zasadami:
a) jeŜeli zmierzone parametry drgań słuŜą 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 moŜe być mniejsza od trzech,
b) w przypadku gdy pomiar stanowi podstawę do oceny wymuszenia kinematycznego na budynek
projektowany, punkt pomiarowy (x, y, z) naleŜy przyjąć na gruncie w miejscu przewidzianego usytuowania
budynku,
c) w celu przybliŜonej 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, Ŝe drgania
będą najintensywniejsze.
4. POMIAR DRGAŃ I JEGO WYNIKI
4.1. Pomiar drgań budynku.
Warunki pomiaru naleŜy określać w programie badań.
W przypadku drgań złoŜonych długotrwałych naleŜy rejestrować mierzony parametr i prowadzić jego analizę
w paśmie 0,5÷100 Hz przy uŜyciu filtrów tercjowych lub wąskopasmowych. W przypadku stabilności drgań,
analiza moŜe być prowadzona w trakcie pomiaru.
Dla drgań krótkotrwałych naleŜy prowadzić w trakcie pomiarów rejestrację wybranego parametru w czasie
minimum trzech cykli obciąŜenia.
W przypadku pomiarów drgań złoŜonych, w celu przybliŜonej oceny szkodliwości drgań z zastosowaniem
skal SWD, wartości graniczne odczytuje się na wskaźniku miernika wyposaŜonego 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 naleŜy sporządzić protokół odnotowując dane dotyczące:
a) celu pomiaru,
b) podstawy pomiaru (normy),
c) źródeł drgań,
d) uŜytej 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 ObciąŜenia budowli. Zasady ustalania wartości
PN-82/B-02003 ObciąŜenia budowli. ObciąŜenia zmienne technologiczne. Podstawowe obciąŜenia
technologiczne i montaŜowe
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. inŜ.
Roman Ciesielski (przewodniczący zespołu autorskiego), doc. dr hab. inŜ. Janusz Kawecki, doc. dr hab. inŜ.
Edward Maciąg, mgr inŜ. Ryszard Masłowski, mgr inŜ. Mieczysław Pieronek, dr inŜ. Krzysztof Stypuła.
5. Wydanie 2
- stan aktualny: kwiecień 1987 - bez zmian.