Analysis of influence of vibrations on humans in buildings in standards approach

People living in buildings may be exposed to dynamic actions. In the diagnosis and design of buildings there is an increasing need of taking into account these activities and verification of compliance of the building requirements for vibration comfort of people residing in buildings. This study presents the results of analysis of such criteria in the following standards: Polish PN-88/B-02171 [1], British BS 6472-1 [2], German DIN 4150 [3], and ISO international standards [4,5]. Basing on the results of this analysis and on the review of selected items of literature, the application of standards recommendations in diagnosis and design of buildings, as well as areas for further research on this subject is indicated. This article is an extended version of the conference paper [6] presented on the conference Urban Transport 2011.

Coraz częściej w diagnozach dynamicznych i projektowaniu budynków zlokalizowanych w sąsiedztwie źródeł drgań konieczne staje się uwzględnienie wymagań odnośnie do zapewnienia ludziom przebywającym w budynkach niezbędnego komfortu wibracyjnego. Metody i kryteria oceny wpływu drgań na ludzi w budynkach podawane są w odpowiednich normach. W niniejszym opracowaniu przedstawiono wyniki analizy kryteriów zapisanych w normach: polskiej PN-88/B-02171 [1], brytyjskiej BS 6472-1 [2], niemieckiej DIN 4150 [3] oraz w normach międzynarodowych ISO [4,5]. Na podstawie analizy przeglądu wybranych pozycji literatury wykazano kierunki wykorzystania zapisów normowych w diagnostyce i projektowaniu budynków oraz obszary dalszych prac badawczych poświęconych temu tematowi. Rozważano kryteria oceny wyrażone za pomocą następujacych wielkości: a) skorygowana w całym paśmie częstotliwości wartość przyspieszenia (prędkości) drgań, b) widmo (struktura częstotliwościowa) wartości skutecznej (RMS) przyspieszenia (prędkości) drgań w pasmach 1/3 oktawowych, c) dawka wibracji. Wykazano, że najwięcej informacji przydatnych w ocenie wpływu drgań na ludzi w budynkach uzyskuje się na podstawie przedstawienia wibrogramu w postaci widma wartości skutecznej przyspieszenia drgań w pasmach 1/3 oktawowych. Przez porównanie tak wyznaczonej struktury częstotliwościowej pomierzonych drgań z poziomem odpowiadającym zapewnieniu ludziom w budynku niezbędnego komfortu wibracyjnego uzyskuje się nie tylko informacje o ewentualnym naruszeniu wymagań, ale również o paśmie częstotliwości, w którym to naruszenie wystąpiło. Zastosowanie w kryteriach oceny dawki wibracji uwzględnia z kolei odniesienie wpływu drgań na ludzi w budynkach do pełnego czasu oddziaływania wibracyjnego. Kryteria dotyczą drgań z przedziału od 1 do 80Hz. Wznoszenie wysokich i bardzo wysokich budynków powoduje, iż przedział ten powinno się rozszerzyć w kierunku niskich częstotliwości (mniejszych od 1Hz). Już obecnie w normie japońskiej [15] uwzględnia się wpływ drgań o częstotliwościach z przedziału od 0,1 do 6Hz. W normie ISO [16] również uwzględniono w ocenie drgania o częstotliwościach mniejszych od 1Hz. W opracowaniu wykazano, iż konieczne jest prowadzenie dalszych badań w zakresie uściślania informacji charakteryzujących wpływ na ludzi w budynkach drgań z przedziału niskich częstotliwości oraz bardziej precyzyjnego określenia zasad wyznaczania wartości współczynnika „n” (umożliwia on podanie górnego poziomu zapewnienia ludziom w budynkach niezbędnego komfortu wibracyjnego) i uwzględniania czasu ekspozycji człowieka na drgania. W podsumowaniu stwierdzono, że kryteria oceny wpływu drgań na ludzi w budynkach zapisane w analizowanych normach międzynarodowych i krajowych są podobne. Obecnie stosowane i doskonalone są dwie główne grupy kryteriów oceny. Jedne z nich odnoszą się do struktury częstotliwościowej drgań w pasmach 1/3 oktawowych, drugie zaś – do tzw. dawki wibracji. Prace badawcze są współcześnie prowadzone nad uściśleniem zapisów odnoszących się do obydwu wymienionych grup kryteriów. W artykule przedstawiono także kierunki rozwoju metod oceny wpływu drgań na ludzi przebywających w budynkach zawarte w literaturze w tym także wprowadzane w innych przepisach normowych. Niniejszy artykuł jest poszerzoną wersją prezentacji [6] na konferencji Urban Transport 2011.