Osoby działające w zakresie projektowania i diagnostyki obiektów budowlanych coraz wyraźniej odczuwają oczekiwania ze strony zleceniodawców, że w swych analizach i projektach uwzględnią wpływy komunikacyjne przekazywane na te budowle i ludzi w nich przebywających. Podobnie użytkownicy tych obiektów oczekują, że występujące w ich otoczeniu źródła drgań nie doprowadzą do uszkodzeń budowli, a nawet jej przyspieszonego zużycia oraz nie naruszą warunków wymaganego komfortu w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi.
Wpływa to na rozwój metod obliczeń i badań doświadczalnych, które umożliwiają nie tylko wiarygodną ocenę skutków działań dynamicznych, ale również na prognozowanie wpływu tych działań na budowle i ludzi w budynkach. Pojawiające się na rynku coraz bardziej skuteczne środki techniczne o właściwościach antywibracyjnych umożliwiają wdrożenie wyników analiz do praktyki inżynierskiej.
W otoczeniu zrealizowanych i projektowanych budowli występują różne źródła drgań zaliczane do działań parasejsmicznych. Wśród nich wyróżnia się tzw. drgania komunikacyjne, które generowane są przejazdami różnego rodzaju pojazdów. Analizę wpływu drgań generowanych przejazdami pojazdów na budowle i ludzi w nich przebywających (czyli w sytuacji występującej podczas eksploatacji drogi) często należy uzupełnić o wpływ drgań generowanych podczas robót drogowych (jeśli stosowane są maszyny, które same są źródłami drgań, np. walce wibracyjne, wibromłoty itp.).
W wielu sytuacjach projektowych i diagnostycznych wpływ drgań na ludzi miewa decydujące znaczenie w ocenie poprawności przyjętych rozwiązań. Wynika to z tego, iż poziom progu odczuwalności drgań przez ludzi jest na ogół (w przypadku zwykłych budynków o konstrukcji murowej albo żelbetowej) znacznie niżej usytuowany niż granica odczuwalności drgań przez konstrukcję budynku. Z tego wynika wprowadzenie tego zagadnienia do Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka jako tematu PT1.7 usytuowanego w Pakiecie Tematycznym PT1 dotyczącym nowoczesnych metod oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji. Potrzebna jest bowiem nowoczesna (uwzględniająca najnowsze możliwości obliczeniowe i pomiarowe), ale zweryfikowana podczas praktycznych zastosowań metodyka pomiarowo-interpretacyjna umożliwiająca ocenę wpływu drgań na ludzi przebywających w budynkach. Chodzi tu o metodę możliwą do zastosowania podczas realizacji oceny diagnostycznej (w odniesieniu do ludzi przebywającym w istniejącym budynku), jak również zadania projektowania budynku z dodatkowymi warunkami, aby istniejące albo projektowane w otoczeniu wpływy komunikacyjne nie naruszały komfortu wibracyjnego w odniesieniu do ludzi przebywających w budynku. W wyniku realizacji tematu badawczego PT1.7 ma powstać taka metodyka pomiarowo-interpretacyjna i ma być ona zweryfikowana w różnych sytuacjach diagnostycznych i projektowych. Zrealizowanie takiego zadania wymaga skorzystania z dotychczasowego dorobku badawczego autorów opracowania w przedmiotowym zakresie, a także współpracy z różnymi jednostkami zajmującymi się projektowaniem i diagnostyką budynków usytuowanych w otoczeniu tras komunikacyjnych. Taką współpracę od lat utrzymują autorzy realizujący temat badawczy, a jedną z form takiej współpracy są spotkania podczas Seminarium „WIBROSZYN” organizowanego przez Instytut Mechaniki Budowli Politechniki Krakowskiej. Nawiązując do referatów przedstawianych przez autora podczas poprzednich Seminariów w niniejszym opracowaniu podano przegląd prac realizowanych w Temacie PT1.7 realizowanym w projekcie POIG oraz informacje o zastosowaniu w praktyce ich wyników.
Przegląd kryteriów narażenia wibracyjnego ludzi przebywających w budynkach i odbierających drgania w sposób bierny
W niniejszym opracowaniu przedstawiono wyniki analizy kryteriów zapisanych w normach: polskiej PN-88/B-02170 [1], brytyjskiej BS 6472-1 [2], niemieckiej DIN 4150 [3] oraz w normach międzynarodowych ISO [4,5]. Na podstawie tej analizy przeglądu wybranych pozycji literatury wykazano kierunki wykorzystania zapisów normowych w diagnostyce i projektowaniu budynków oraz obszary dalszych prac budowlanych poświęconych temu tematowi.
Od wielu lat prowadzone są badania w zakresie ujęcia wpływu drgań na ludzi. W celu umożliwienia porównywania wyników tych badań przyjmuje się dwie pozycje odbioru drgań przez człowieka wiążąc je z ortogonalnym układem odniesienia (rys.1). W pozycji siedzącej i stojącej człowiek odbiera drgania powierzchnią stóp lub powierzchnią siedzenia w taki sposób, iż oś „z” przebiegająca wzdłuż kręgosłupa (oś linii: stopy – głowa) jest osią pionową, a osie „xy” przyjmują kierunki poziome. W pozycji leżącej człowiek odbiera drgania całą powierzchnią ciała w taki sposób, iż oś „z” jest osią poziomą. Osie „x” i „y” są oznaczone kierunkami: plecy – klatka piersiowa (oś „x”) oraz bok do boku (oś „y”).
Badania wpływu drgań na człowieka znajdującego w każdej z opisanych wyżej pozycji przeprowadzano podczas wielu testów laboratoryjnych i nadal się je przeprowadza (por. prace Tamura et al. [6], Blume [7], Benson et al. [8]). Weryfikację tych wyników przeprowadzano podczas badań na obiektach rzeczywistych (por. prace Goto [9], Jeary et al. [10], Hansen et al. [11], Reed et al. [12]). Starano się w ten sposób wyeliminować wpływ indywidualnego odczuwania drgań. Z tych jak i wcześniejszych badań wynikało, iż reakcja ludzi na drgania zależy od wielu czynników, z których najistotniejszy wpływ mają: częstotliwość drgań, amplituda ruchu, kierunek i warunki odbioru drgań.
Podstawowym poziomem odniesienia w ocenie wpływu drgań na ludzi jest tzw. próg odczuwalności drgań. Wyniki badań w tym zakresie przyjęto za podstawę sformułowania kryteriów oceny wpływu drgań na ludzi. Jeśli drgania w miejscu ich odbioru przez człowieka są scharakteryzowane wartościami poniżej odpowiadających progowi odczuwalności drgań, to można je uznać za nieodczuwalne przez człowieka.
W badaniach testowych i weryfikujących uzyskuje się również informacje o parametrach charakteryzujących drgania, które jeszcze zapewniają ludziom warunki odpowiedniego komfortu wibracyjnego. Drgania o parametrach większych od opisanych wyżej uznaje się za naruszające warunki niezbędnego komfortu do wykonywania przez człowieka zadań określonych przeznaczeniem pomieszczenia (np. biurowe, mieszkalne, szpitalne itp.).
Na tej podstawie można stwierdzić, że obecnie stosowane są trzy metody i odpowiadające im kryteria oceny, w których stosuje się następujące parametry:
a) wartość przyspieszenia (prędkości) drgań skorygowana w całym paśmie częstotliwości,
b) widmo (strukturę częstotliwościową) wartości skutecznej (RMS) przyspieszenia (prędkości) drgań w pasmach 1/3 oktawowych,
c) dawkę wibracji.
Wartość skorygowaną (występuje w zapisach norm [1, 3]) wyznacza się na podstawie pomiaru drgań w miejscu ich odbioru przez człowieka stosując korekcję za pomocą filtru korekcyjnego. Charakterystyka filtru korekcyjnego opisana jest wartościami współczynników korekcji przypisanymi częstotliwościom środkowym pasm 1/3 oktawowych. W wyniku pomiaru uzyskuje się informację wyrażoną za pomocą jednej liczby, którą porównuje się z wartością odpowiadającą zapewnieniu niezbędnego komfortu wibracyjnego ludziom w budynku. Zastosowanie skorygowanej wartości przyspieszenia drgań w ocenie ich wpływu na ludzi jest stosunkowo proste, ale jednocześnie ubogie w informacje. W przypadku naruszenia wymagań odnośnie do zapewnienia ludziom w budynku niezbędnego komfortu, nie uzyskuje się na podstawie takich badań informacji o paśmie częstotliwości, w którym to naruszenie nastąpiło. Nie można, więc na tej podstawie określić, przy jakiej częstotliwości i w jakim stopniu powinno się wprowadzić redukcję drgań, aby uzyskać zapewnienie ludziom niezbędnego komfortu wibracyjnego. Z tych powodów w dalszej części niniejszego opracowania ten parametr oceny nie będzie analizowany.
- poprz.
- nast. »»