Numeryczna analiza wpływu na ludzi drgań stropów budynku ... ?· Drgania poziome posadzki VIII piętra…

  • Published on
    02-Mar-2019

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

<p>KRZYSZTOF STYPUA, KRZYSZTOF KOZIO </p> <p>NUMERYCZNA ANALIZA WPYWU NA LUDZI DRGA STROPW BUDYNKU OD PRZEJAZDW METRA </p> <p>COMPUTATIONAL ANALYSIS OF INFLUENCE ON PEOPLE OF VIBRATIONS CAUSED BY METRO </p> <p>ON VARIOUS FLOORS OF THE BUILDING </p> <p>S t r e s z c z e n i e </p> <p>W niniejszym artykule zamieszczono wyniki prognozy wpywu na ludzi drga na poszczegl-nych kondygnacjach w omiopitrowym budynku. Prognoz wykonano, modelujc budynek metod MES i wykonujc obliczenia dynamiczne. Wymuszenie kinematyczne stanowiy prze-biegi czasowe przyspiesze drga wywoanych przejazdami metra (w tunelu), uzyskane z po-miaru na podobnym obiekcie. Z analiz wpywu drga na ludzi w rnych punktach (pomiesz-czeniach) posadzki kadej kondygnacji wybierano wartoci najniekorzystniejsze w poszczegl-nych tercjowych pasmach czstotliwoci, uzyskujc obwiedni najbardziej niekorzystnego wpywu na ludzi drga na kadej kondygnacji. Wyniki wskazuj na zaleno intensywnoci wpywu na ludzi drga wywoanych przez metro od wysokoci pooenia stropu, na ktrym drgania s odbierane. Wpyw ten by najbardziej niekorzystny na najniszych kondygnacjach. </p> <p>Sowa kluczowe: wpywy parasejsmiczne, metro, drgania komunikacyjne, wpyw na ludzi </p> <p>A b s t r a c t </p> <p>Results of a forecast of the influence of vibrations on people on each floor of ninth- -storey building are given in the paper. Dynamic calculations of the building were made by means of a finite elements method. Time history courses of vibration caused by metro train passages (in a tunnel), obtained from measurements in a similar building, were used as a kinematic excitation. On each floor the maximum value of the influence of vibration on people (the maximum of root mean square value of vibration acceleration) was selected for each third-octave frequency band). The influence of vibration on people was high on first floor and decreased on highest storeys. </p> <p>Keywords: dynamic influences, metro, transportation vibrations, influences on people </p> <p> Dr hab. in. Krzysztof Stypua, prof. PK, mgr in. Krzysztof Kozio, Instytut Mechaniki Budowli, </p> <p>Wydzia Inynierii Ldowej, Politechnika Krakowska. </p> <p> 100</p> <p>1. Wstp </p> <p>Jednym z elementw prognozowania oddziaywa dynamicznych metra na ssiedni zabudow jest analiza wpywu drga na ludzi przebywajcych w pomieszczeniach budyn-kw [13]. Znajomo rozkadu tego wpywu w zalenoci od usytuowania kondygnacji w budynku ma istotne znaczenie dla prognozowania i diagnostyki (m.in. dla doboru punk-tw pomiarowych) oddziaywa dynamicznych metra na ludzi w budynkach. Rozkad ten jest take interesujcy, jeli wemie si pod uwag, e budynki na og reaguj na drgania wywoane przejazdami pocigu metra w tunelu inaczej ni na drgania komunikacyjne ze rde powierzchniowych [4, 5]. Dlatego poniej zamieszczono wyniki prognozy wpywu na ludzi drga generowanych przez metro na poszczeglnych kondygnacjach w omiopi-trowym budynku mieszkalnym. Prognoz wykonano, modelujc budynek i wykonujc obli-czenia dynamiczne metod elementw skoczonych. </p> <p>2. Opis budynku i model obliczeniowy </p> <p>Rozwaany obiekt to wolno stojcy, omiopitrowy, podpiwniczony budynek o uka-dzie cianowo-pytowym z monolitycznym elbetowym trzonem komunikacyjnym (schody i szyb windowy), mieszkalny z usugami w parterze. Posadowienie stanowi elbetowe awy fundamentowe pod cianami nonymi (gboko posadowienia ok. 3,2 m). Konstruk-cja cian jest murowana z cegy. Budynek ma stropy elbetowe, gstoebrowe DMS-3 z wiecami elbetowymi, elbetowe schody pytowe oraz elbetowy szyb windowy. Prze-krycie stanowi elbetowy stropodach wentylowany. W rzucie poziomym budynek ma ksztat zbliony do prostokta o wymiarach 16,620,3 m, a jego wysoko wynosi ok. 28,5 m. W celu przeprowadzenia oblicze dynamicznych sporzdzono model MES, ktrego wizualizacj przedstawiono na rycinie 1. </p> <p> Ryc. 1. Wizualizacja modelu obliczeniowego budynku (cao i pojedyncza kondygnacja) </p> <p>Fig. 1. Computational model of the building (entirely and one storey in particular) </p> <p> 101</p> <p> Ryc. 2. Wymuszenie kinematyczne budynku generowane przejazdem metra, skadowe x, y i z </p> <p>przyspieszenia drga w [m/s2] </p> <p>Fig. 2. Kinematic excitation of the building generated by a metro passage, components x, y and z of vibration acceleration in [m/s2] </p> <p>czas [s] </p> <p>czas [s] </p> <p>czas [s] </p> <p>Prz</p> <p>yspi</p> <p>esze</p> <p>nie </p> <p>[m/s</p> <p>2 ] P</p> <p>rzys</p> <p>pies</p> <p>zeni</p> <p>e [m</p> <p>/s2 ] </p> <p>Prz</p> <p>yspi</p> <p>esze</p> <p>nie </p> <p>[m/s</p> <p>2 ] </p> <p> 102</p> <p>3. Wymuszenie kinematyczne </p> <p>Wymuszenie kinematyczne stanowiy przebiegi czasowe przyspiesze drga dolnej czci budynku wywoanych przejazdami metra w tunelu (ryc. 2), uzyskane z pomiaru na podobnym obiekcie. Model obiektu obciony zosta w wzach na styku konstrukcji z podoem. Uwzgldniono dwie skadowe drga poziomych: x (skadowa prostopada do osi tunelu metra) i y (skadowa rwnolega do osi tunelu metra) oraz skadow pionow z. </p> <p>4. Wyniki analiz wpywu drga na ludzi </p> <p>W efekcie analizy numerycznej w kadym wle konstrukcji otrzymano przebiegi cza-sowe odpowiedzi obiektu na zadane wymuszenie. Na podstawie tych przebiegw w ka-dym wle konstrukcji w poziomie posadzki danej kondygnacji wykonano analizy wpywu drga na ludzi, okrelajc (zgodnie z norm PN-88/B-02171) wartoci skuteczne RMS (root mean square) przyspiesze drga poziomych (w obu kierunkach) i pionowych w po-szczeglnych pasmach tercjowych. Nastpnie, wybierajc w kadym pamie tercjowym najwiksz warto RMS przyspieszenia drga spord wszystkich wystpujcych w po-szczeglnych wzach posadzki danej kondygnacji, sporzdzono obwiedni reprezentujc najniekorzystniejsze wartoci wpywu drga na ludzi przebywajcych na tej kondygnacji (odrbnie w odniesieniu do drga poziomych i pionowych). Poniej (ryc. 37) przedsta-wiono tak uzyskane wyniki analiz na przykadzie wybranych kondygnacji rozpatrywanego budynku. Na rycinach 37 zamieszczono take krzywe odpowiadajce progom odczuwal-noci przez ludzi drga poziomych i pionowych. </p> <p> Ryc. 3. Wpyw drga na ludzi przebywajcych na parterze </p> <p>Fig. 3. The influence of vibrations on people on the first floor </p> <p>Czstotliwo rodkowa tercji [Hz] </p> <p>RM</p> <p>S p</p> <p>rzys</p> <p>pies</p> <p>zeni</p> <p>a dr</p> <p>ga </p> <p>[m/s</p> <p>2 ] </p> <p>Drgania pionowe posadzki parteru przejazd metra Drgania poziome posadzki parteru przejazd metraPrg odczuwalnoci przez ludzi drga pionowych Prg odczuwalnoci przez ludzi drga poziomych </p> <p> 103</p> <p> Ryc. 4. Wpyw drga na ludzi przebywajcych na I pitrze </p> <p>Fig. 4. The influence of vibrations on people on the second floor </p> <p> Ryc. 5. Wpyw drga na ludzi przebywajcych na II pitrze </p> <p>Fig. 5. The influence of vibrations on people on the third floor </p> <p>Czstotliwo rodkowa tercji [Hz] </p> <p>RM</p> <p>S p</p> <p>rzys</p> <p>pies</p> <p>zeni</p> <p>a dr</p> <p>ga </p> <p>[m/s</p> <p>2 ] </p> <p>Czstotliwo rodkowa tercji [Hz] </p> <p>RM</p> <p>S p</p> <p>rzys</p> <p>pies</p> <p>zeni</p> <p>a dr</p> <p>ga </p> <p>[m/s</p> <p>2 ] </p> <p>Drgania pionowe posadzki I pitra przejazd metra Drgania poziome posadzki I pitra przejazd metra Prg odczuwalnoci przez ludzi drga pionowych Prg odczuwalnoci przez ludzi drga poziomych </p> <p>Drgania pionowe posadzki II pitra przejazd metraDrgania poziome posadzki II pitra przejazd metraPrg odczuwalnoci przez ludzi drga pionowych Prg odczuwalnoci przez ludzi drga poziomych </p> <p> 104</p> <p> Ryc. 6. Wpyw drga na ludzi przebywajcych na IV pitrze </p> <p>Fig. 6. The influence of vibrations on people on the fifth floor </p> <p> Ryc. 7. Wpyw drga na ludzi przebywajcych na VIII pitrze </p> <p>Fig. 7. The influence of vibrations on people on the ninth floor </p> <p>Czstotliwo rodkowa tercji [Hz] </p> <p>RM</p> <p>S p</p> <p>rzys</p> <p>pies</p> <p>zeni</p> <p>a dr</p> <p>ga </p> <p>[m/s</p> <p>2 ] </p> <p>Czstotliwo rodkowa tercji [Hz] </p> <p>RM</p> <p>S p</p> <p>rzys</p> <p>pies</p> <p>zeni</p> <p>a dr</p> <p>ga </p> <p>[m/s</p> <p>2 ] </p> <p>Drgania pionowe posadzki IV pitra przejazd metraDrgania poziome posadzki IV pitra przejazd metraPrg odczuwalnoci przez ludzi drga pionowych Prg odczuwalnoci przez ludzi drga poziomych </p> <p>Drgania pionowe posadzki VIII pitra przejazd metraDrgania poziome posadzki VIII pitra przejazd metraPrg odczuwalnoci przez ludzi drga pionowych Prg odczuwalnoci przez ludzi drga poziomych </p> <p> 105</p> <p> Ryc. 8. Wartoci wspczynnika nmax na poszczeglnych kondygnacjach </p> <p>Fig. 8. Values of the coefficient nmax on each floor </p> <p>Na rycinie 8 zaprezentowano natomiast najniekorzystniejsze wartoci wpywu drga pionowych na ludzi na poszczeglnych kondygnacjach, wyraone w postaci wspczynnika nmax . Jest to w przypadku kadej kondygnacji maksymalna warto, jak otrzymano z po-dzielenia wartoci RMS uzyskanych w poszczeglnych pasmach tercjowych przez warto progu odczuwalnoci drga przez ludzi w tej tercji. </p> <p>5. Wnioski </p> <p>W rozwaanym budynku decydujcy wpyw na ludzi maj pionowe drgania stropw. Dzieje si tak zazwyczaj w budynkach o konstrukcji tego samego typu co obiekt analizo-wany (o wielkoci wpywu drga poziomych na ludzi decyduje m.in. sztywno konstrukcji w kierunku poziomym i masa stropw), poddanych oddziaywaniom dynamicznym metra. </p> <p>W przypadku drga generowanych przez przejazdy pocigw metra w tunelu wpyw drga pionowych stropu na ludzi jest najwikszy na najniszej kondygnacji budynku i na kolejnych wyszych kondygnacjach znacznie maleje. Jest to reakcja odmienna ni w sytu-acji, gdy drgania komunikacyjne pochodz ze rde powierzchniowych. Fakt ten naley uwzgldni w planowaniu pomiarw i diagnostyce wpywu na ludzi drga generowanych przez przejazdy pocigw w podziemnych tunelach. </p> <p>nmax </p> <p>Kon</p> <p>dygn</p> <p>acja</p> <p> 106</p> <p>L i t e r a t u r a </p> <p>[1] C i e s i e l s k i R., K a w e c k i J., M a c i g E., Ocena wpywu wibracji na budowle i ludzi w budynkach (Diagnostyka dynamiczna), Instytut Techniki Budowlanej, War-szawa 1993. </p> <p>[2] C i e s i e l s k i R., S t y p u a K., Diagnostyka dynamiczna w procesie budowy i eks-ploatacji metra, Czasopismo Techniczne z. 5-M/2004, Wyd. Politechniki Krakowskiej, 49-68. </p> <p>[3] PN-88/B -02171. Ocena wpywu drga na ludzi w budynkach. [4] S t y p u a K., Drgania mechaniczne wywoane eksploatacj metra pytkiego i ich </p> <p>wpyw na budynki, Zeszyty Naukowe Politechniki Krakowskiej nr 72, seria: Inynieria Ldowa, Krakw 2001. </p> <p>[5] S t y p u a K., Vibrations caused by train passages in metro tunnel compared with vibrations from surface transportation, Proc. of the 6th International Conference on Structural Dynamics EURODYN 2005, Vol. 3, C. Soize &amp; G.I. Schuller (eds.) Millpress, Rotterdam 2005, 2059-2064. </p>