ANALIZA WPŁYWU SZKODLIWOŚCI KOLEJOWYCH DRGAŃ ... ?· Chmielewski, R., Chyla, A. i Kruszka, L. (2017).…

  • Published on
    28-Feb-2019

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

<p> Copyright by Wydawnictwo SGGW</p> <p>acta_architectura.sggw.pl</p> <p>O R I G I N A L P A P E R</p> <p>Acta Sci. Pol.Architectura 16 (3) 2017, 147154ISSN 1644-0633 eISSN 2544-1760 DOI: 10.22630/ASPA.2017.16.3.15</p> <p> Received: 02.05.2017 Accepted: 29.06.2017</p> <p>leopold.kruszka@wat.edu.pl</p> <p>ANALIZA WPYWU SZKODLIWOCI KOLEJOWYCH DRGA KOMUNIKACYJNYCH NA BUDYNEK BIUROWY STUDIUM PRZYPADKU</p> <p>Ryszard Chmielewski1, Andrzej Chyla2, Leopold Kruszka1</p> <p>1 Katedra Budownictwa Komunikacyjnego i Inynierii Wojskowej, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2 Noise Arch, Warszawa</p> <p>STRESZCZENIE</p> <p>Artyku przedstawia analiz wpywu szkodliwoci kolejowych drga komunikacyjnych przekazywanych z podoa gruntowego na elementy konstrukcyjne i wykoczeniowe budynku biurowego znajdujcego si w pobliu linii kolejowej na terenie zurbanizowanym, a take ocen wpywu tych drga na ludzi w tym budynku, z wykorzystaniem krajowych normowych skal wpyww dynamicznych (SWD) na podstawie pomiarw in situ. W trakcie tych eksperymentw wykonywanych w warunkach naturalnych za pomoc aparatury pomiarowej rejestrowano tercjowe widma przyspiesze drga w czasie oraz porwnano te war-toci z dopuszczalnymi wielkociami normowymi wedug obowizujcych polskich norm PN-85/B-02170i PN-88/B-02171. Uzyskane wyniki powyszej analizy dla budynku stanowicego obiekt reprezentatywny byy wykorzystane na potrzeby procesu budowlanego zwizanego z realizacj budynku biurowego o zblio-nej charakterystyce technicznej w bezporednim ssiedztwie tego obiektu.</p> <p>Sowa kluczowe: drgania komunikacyjne, podoe gruntowe, szkodliwo drga</p> <p>WSTP</p> <p>Zagroenie rodowiskowe ze strony transportu ldowego, w tym take kolejowego, stanowi istotny problem do rozwizania rwnie na etapie projektowania budynkw planowanych do wzniesienia w bezporednim ssiedz-twie drg samochodowych i kolejowych z powodu wprowadzania m.in. do powietrza i podoa gruntowego szkodliwej energii w postaci haasu i drga mechanicznych (wibracji), pochodzcej z tych cigw komunika-cyjnych (Badyda, 2010). W naszym kraju problematyk powyszych zagroe zwizanych z wibracj zajmuje si krakowska szkoa parasejsmiki na Politechnice Krakowskiej, stworzona p wieku temu przez wiatowej sawy prof. Romana Ciesielskiego (1966), obejmujca zagadnienia diagnostyki i oceny szkodliwoci drga, metod pomiarw i identyfikacji dynamicznej, cznie z opracowaniem skal wpyww dynamicznych podawa-nych w literaturze i naukowej, i zawodowej (w normach) jako skale SWD (skale Ciesielskiego). W analizie eksperymentalnej oceny szkodliwoci drga pochodzenia komunikacyjnego, z wykorzystaniem pomiarw wy-konywanych podczas eksperymentu w skali naturalnej (in situ), istotne miejsce zajmuje propagacja tych drga (tzw. drga drogowych i szynowych) w podou gruntowym. </p> <p>Budynki wraz z przebywajcymi w nich osobami uytkownikami tych obiektw budowlanych, a take precyzyjne maszyny i urzdzenia znajdujce si w tych budynkach (np. mikroskopy elektronowe, aparatura </p> <p>Chmielewski, R., Chyla, A. i Kruszka, L. (2017). Analiza wpywu szkodliwoci kolejowych drga komunikacyjnych na budynek biu-rowy studium przypadku. Acta Sci. Pol. Architectura, 16 (3), 147154. doi: 10.22630/ASPA.2017.16.3.15.</p> <p>148 architectura.actapol.net</p> <p> pomiarowe i medyczna, precyzyjne wagi i obrabiarki i inne, dla ktrych okrelone s szczeglne warunki do-tyczce dopuszczalnego poziomu drga w miejscu ich posadowienia) s poddawane rnego rodzaju oddzia-ywaniom dynamicznym, w tym take drganiom komunikacyjnym, ktre powinny by uwzgldniane zarwno w procesie projektowania i wykonawstwa, jak i w diagnostyce tych obiektw budowlanych na etapie ich eks-ploatacji. Oznacza to i budynek, ludzie w nim przebywajcy oraz wraliwe na wibracje urzdzenia naraone s na nastpujce drgania: przenoszone na budynek przez podoe gruntowe, bdce wynikiem oddziaywania ruchu komunikacyjnego, </p> <p>zwaszcza pojazdw cikich (autobusy, tramwaje, kolej naziemna i podziemna, samochody ciarowe), wywoane prac urzdze mechanicznych znajdujcych si w budynku (sprarki, prasy, urzdzenia przemy-</p> <p>sowe emitujce drgania itp.) i poza nim w bezporednim ssiedztwie (stacje transformatorowe, kotownie, hydrowzy, dwigi, urzdzenia wentylacyjne i klimatyzacyjne itp.), a take prac budowlanych maszyn roboczych na ssiadujcej budowie,</p> <p> spowodowane obcieniami uytkowymi (zmiennymi) wynikajcymi z funkcji budynku, w tym zwizanymi z drganiami elementw konstrukcyjnych, take podczas przemieszczania si ludzi lub przesuwania cikich przedmiotw. Powysze zagadnienia zwizane z diagnostyk wibracji komunikacyjnych z nawierzchni szynowych i zapo-</p> <p>bieganiem szkodliwemu wpywowi haasu i drga wywoanych eksploatacj transportu szynowego na budynki i ludzi w budynkach s przedmiotem m.in. oglnokrajowych seminariw WIBROSZYN, organizowanych od wielu lat przez Instytut Mechaniki Budowli Politechniki Krakowskiej. Krakowska szkoa parasejsmiki w ramach projektu europejskiego Innowacyjne rodki i efektywne metody poprawy bezpieczestwa i trwaoci obiektw budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrwnowaonego rozwoju opracowaa i zweryfikowa-a metodyk pomiarowo-interpretacyjn oceny wpywu drga na ludzi w budynkach na potrzeby diagnostyki i projektowania budynkw naraonych na oddziaywania dynamiczne przekazywane z podoa na ludzi przeby-wajcych w tych budynkach (Kawecki i Stypua, 2013).</p> <p>W normie PN-85/B-02170 do interpretacji podczas diagnostyki dynamicznej stosowane s skale SWD, przedstawiane w formie graficznej wraz z wynikami pomiarw jako amane linie cige oznaczone literami: A (dolna granica odczuwalnoci drga przez budynek oraz uwzgldniania wpyww dynamicznych), B (granica sztywnoci budynku), C (granica wytrzymaoci materiau elementw konstrukcyjno-budowlanych budynku) i D (granica statecznoci budynku, powyej ktrej moe doj do uszkodzenia caego obiektu budowlanego). Drgania oddziaujce na budynek mona zakwalifikowa do jednej z piciu stref szkodliwoci: strefa I, drgania nieodczuwalne przez budynek, strefa II, drgania odczuwalne przez elementy wykoczeniowe budynku (pierwsze rysy w wyprawach i tyn-</p> <p>kach), powodujce przyspieszone zuycie techniczne budynku, ale nieszkodliwe dla jego konstrukcji nonej, strefa III, drgania szkodliwe dla konstrukcji nonej budynku, powodujce miejscowe zarysowania i spkania </p> <p>elementw konstrukcyjno-budowlanych, cznie z odpadaniem wypraw i tynkw, osabiajce konstrukcj budynku, zmniejszajce jej nono oraz odporno na dalsze wpywy dynamiczne,</p> <p> strefa IV, drgania o duej szkodliwoci dla budynku, zagraajce bezpieczestwu uytkowania przez ludzi, poniewa powstaj liczne spkania oraz miejscowe uszkodzenia, cznie z procesem niszczenia przegrd murowanych i innych pojedynczych elementw konstrukcyjno-budowlanych budynku; istnieje ryzyko spa-dania przedmiotw zawieszonych, odpadania fragmentw wypraw tynkarskich sufitw, a take wysuwania si belek stropowych z podpar,</p> <p> strefa V, drgania powodujce stan zagroenia katastrof budowlan budynku budynek nie moe by uyt-kowany. Z kolei norma PN-88/B-02171 okrela dopuszczalne wartoci parametrw drga mechanicznych (wibra-</p> <p>cji) w celu zapewnienia wymaganego komfortu ludziom przebywajcym w pomieszczeniach, w zalenoci od przeznaczenia pomieszczenia w danym budynku (mieszkalne, biurowe, warsztat pracy, szpital, laboratorium, </p> <p>149architectura.actapol.net</p> <p>Chmielewski, R., Chyla, A. i Kruszka, L. (2017). Analiza wpywu szkodliwoci kolejowych drga komunikacyjnych na budynek biu-rowy studium przypadku. Acta Sci. Pol. Architectura, 16 (3), 147154. doi: 10.22630/ASPA.2017.16.3.15.</p> <p>w ktrym prowadzone s precyzyjne badania itp.), pory wystpowania drga (dzie, tj. w godz. 6002200, lub noc, tj. w godz. 2200600), charakteru i powtarzalnoci drga, kierunku dziaania drga (drgania poziome lub pionowe) i pozycji czowieka podczas odbioru drga (stojca lub leca).</p> <p>Podstaw analizy szkodliwoci drga s wyniki analizy czstotliwociowej drga zarejestrowanych w miej-scu odbioru ich przez czowieka. Zarejestrowane wartoci szczytowych (peak) i skutecznych przyspiesze, tzw. RMS (Root Mean Square), w tercjowych pasmach czstotliwoci s porwnywane z dopuszczalnymi normowy-mi wartociami tych parametrw (Ciesielski, Kawecki i Macig, 1998).</p> <p>Problematyka szkodliwego wpywu drga komunikacyjnych przekazywanych z podoa gruntowego na ele-menty konstrukcyjne i wykoczeniowe budynkw zarwno istniejcych, jak i projektowanych bya przedmio-tem wielu bada (Kruszka i Rekucki, 2004; Chyy, 2008; Stypua, 2009; Nader, Korzeb i Kozyra, 2011; Pro-faska i Gra, 2013; Gnyp, 2014). Zakres wystpowania tych drga jest coraz wikszy, poniewa zwikszaj si zarwno obszary zurbanizowane, jak i liczba poruszajcych si pojazdw. Budowane s nowe drogi w miastach i na terenach wiejskich w celu poprawy komunikacji w ruchu ldowym. Takie obszary, jako dobrze skomuniko-wane, s zabudowywane, powodujc, i coraz wicej budynkw powstaje w pobliu drg. Std drgania komu-nikacyjne w obiektach budowlanych spowodowane ruchem pojazdw dotycz coraz wikszej liczby budynkw, zarwno istniejcych, jak i projektowanych. W pracy Jakubczyk-Gaczyskiej, Kristowskiego i Jankowskiego (2014) zostaa zaproponowana interesujca metodyka wykorzystania sztucznej sieci neuronowej (SSN) do osza-cowania wpywu drga komunikacyjnych na budynki i na ludzi jako alternatywne rozwizanie do kosztownych i pracochonnych pomiarw in situ. Zalet tej metodyki jest moliwo prognozowania wystpowania drga w obiektach jeszcze niewzniesionych, zwaszcza i obecnie brakuje prostych, szybkich i tanich metod progno-zujcych zagroenia w budynkach generowanych wskutek drga. Std stworzenie SSN moe przynie wiele korzyci mieszkacom domw naraonych na oddziaywania dynamiczne od pojazdw w ruchu ldowym. </p> <p>Przedmiotowy budynek biurowy wraz z uytkownikami, podlegajcy analizie wpywu szkodliwoci drga komunikacyjnych na ten obiekt i ludzi, znajduje si na terenie zurbanizowanym, w bezporednim ssiedztwie linii kolejowej, na granicy obszaru kolejowego (rys. 1). Oddziaywanie transportu kolejowego na rodowisko </p> <p>K</p> <p>Rys. 1. Schemat rozmieszczenia szeciu punktw pomiarowych P1P6 oraz kierunek torw kolejowych KFig. 1. Layout of six measuring points P1P6 and direction of railway track K</p> <p>Chmielewski, R., Chyla, A. i Kruszka, L. (2017). Analiza wpywu szkodliwoci kolejowych drga komunikacyjnych na budynek biu-rowy studium przypadku. Acta Sci. Pol. Architectura, 16 (3), 147154. doi: 10.22630/ASPA.2017.16.3.15.</p> <p>150 architectura.actapol.net</p> <p>sprowadza si gwnie do emisji haasu i drga, zanieczyszcze (z lokomotyw spalinowych) oraz zajmowania terenu. Std istotnym rdem drga na rozpatrywanym terenie lokalizacji, na ktre naraony jest ten obiekt bu-dowlany, jest standardowy ruch kolejowy. Wszystkie poruszajce si pojazdy szynowe, oprcz haasu, generuj fale, ktre rozchodz si w podou gruntowym i przenosz na konstrukcj budynku, pobudzajc j do drga. Na podstawie przeprowadzonych obserwacji i ustale stwierdzono, e oddziaywanie drga o charakterze losowym na rozpatrywany budynek miao charakter stabilny i dotyczyo caej doby. Przedmiotowy budynek stanowi tzw. reprezentatywny obiekt budowlany na potrzeby zarwno zaprojektowania, jak i wykonawstwa na tym terenie, w bezporednim ssiedztwie tego obiektu, kolejnego budynku biurowego, o zblionej charakterystyce technicz-nej, zwaszcza i nadmierny (szkodliwy) wpyw drga na ludzi moe wystpi w budynkach usytuowanych w odlegoci nawet do okoo 50 m od toru kolejowego (Stypua i Bohatkiewicz, 2013). Analiz wpywu szkod-liwoci drga komunikacyjnych przekazywanych z podoa gruntowego zarwno na elementy konstrukcyjne i wykoczeniowe rozpatrywanego budynku, jak i na ludzi w tym budynku przeprowadzono w procedurze diag-nostycznej (Kawecki, 2015) na podstawie bada doranych (Kawecki i Stypua, 2008), z wykorzystaniem kry-teriw obowizujcych dwch polskich norm PN-85/B-02170 i PN-88/B-02171 oraz Instrukcji ITB nr 348/98 Diagnostyka dynamiczna i zabezpieczenia istniejcych budynkw mieszkalnych przed szkodliwym dziaaniem drga na wasnoci uytkowe budynkw (Ciesielski, Kawecki i Macig, 1998).</p> <p>METODY</p> <p>W przedmiotowym budynku reprezentatywnym na potrzeby przeprowadzenia bada in situ w celu okrelenia wpywu drga mechanicznych i haasu wybrano 6 punktw pomiarowych znajdujcych si na zewntrz i we-wntrz tego budynku. Przy rozmieszczeniu tych punktw uwzgldniono charakterystyczne miejsca budynku ze wzgldu na moliwo oddziaywania drga, w tym usytuowanie punktw pomiarowych bezporednio przy fasadzie budynku. Trjosiowe przetworniki drga montowano na specjalnych pytkach montaowych mocowa-nych w punktach pomiarowych bezporednio na fundamencie budynku i na jego najwyszym stropie midzy-kondygnacyjnym. Pomiary wibracji przeprowadzono w trzech prostopadych osiach X, Y, Z, gdzie Z kierunek pionowy, X kierunek rwnolegy do torw kolejowych, Y kierunek prostopady do torw linii kolejowej. Schemat lokalizacji tych punktw pomiarowych, oznaczonych od P1 do P6, oraz kierunek torw kolejowych K przedstawiono na rysunku 1.</p> <p>Do pomiarw i analizy drga komunikacyjnych wykorzystano nastpujc aparatur pomiarowo-rejestruj-c: miernik poziomu dwiku i drga SVAN 958A nr 34582 (z mikrofonem MK 250 nr 10918 i z przetworni-kiem drga SV84 nr C6143) wraz z pamici cyfrow, kalibrator drga SV 111 nr 30596, program obliczeniowy do analizy dynamicznej Svan PC++ ver. 2.3.16. Uyty w badaniach miernik posiada aktualne wiadectwo wzor-cowania zgodnie z ustaw z dnia 11 maja 2001 r. Prawo o miarach.</p> <p>Mierzonymi i rejestrowanymi wielkociami byy wartoci przyspieszenia drga w funkcji czasu w pasmach tercjowych w zakresie czstotliwoci od 0,8 do 100 Hz. Zmierzone rwnoczenie w trzech kanaach widma drga byy automatycznie zapisywane w pamici miernika. Na tej podstawie dla kadego pasma czstotliwoci, kadego kierunku drga X, Y, Z i kadego punktu pomiarowego od P1 do P6 wyznaczono: przebieg czaso-wy przyspieszenia drga w wybranych pasmach czstotliwoci, szczytowe i maksymalne przyspieszenia drga w pasmach tercjowych oraz szczytowe i maksymalne (widmo szczytowych i maksymalnych wartoci przyspie-sze drga w pasmach oktawowych). Dla kadego z zarejestrowanych pomiarw w wytypowanych punktach pomiarowych otrzymano widma przyspiesze drga dla trzech prostopadych osi. W celu uzyskania wiarygod-nego wyniku analizy pomiary wykonywano w kadym punkcie pomiarowym w czasie 2 minut, cznie z reje-stracj poziomw ta dla danego punktu.</p> <p>Analiz wpywu szkodliwoci kolejowych drga komunikacyjnych przeprowadzono w kadym punkcie pomiarowym, wyznaczajc dla danego numeru pomiaru: obwiedni wartoci szczytowych i maksymalnych </p> <p>151architectura.actapol.net</p> <p>Chmielewski, R., Chyla, A. i Kruszka, L. (2017). Analiza wpywu szkodliwoci kolejowych drga komunikacyjnych na budynek biu-rowy studium przypadku. Acta Sci. Pol. Architectura, 16 (3), 147154. doi: 10.22630/ASPA.2017.16.3.15.</p> <p>(widmo wartoci szczytowych i maksymalnych przyspiesze drga w pasmach tercjowych), wartoci red-niokwadratowe (widmo wartoci redniokwadratowych przyspiesze drga w pasmach tercjowych) oraz wartoci rednie arytmetyczne (widmo wartoci rednioarytmetycznych przyspiesze drga w pasmach ter-cjowych). </p> <p>WYNIKI</p> <p>Zbiorcze wyniki diagnostyki dynamicznej dla...</p>