Budowle w całym swoim cyklu życia podlegają oddziaływaniom dynamicznym, które należy uwzględnić w obliczeniach projektowych i diagnostyce. Rozwój budownictwa kubaturowego i komunikacyjnego wpłynął na zwiększenie drgań mechanicznych i akustycznych na budynki i ludzi, którzy w nich przebywają.
Powstawanie wibracji
Drgania wywoływane są przez różne czynniki. Mogą powstawać na etapie budowy nowej inwestycji, przez eksploatację użytkowanego obiektu lub ze źródeł zewnętrznych. Najczęściej związane są z ruchem samochodów ciężarowych, dużym natężeniem ruchu ulicznego, liniami tramwajowymi i kolejowymi, metrem lub ewentualnie pracą innych maszyn (np. w wykopaliskach górniczych). Powstają także przez urządzenia techniczne znajdujące się w danym budynku. Ich poziom nieraz oddziałuje tak samo jak źródła zewnętrzne. Prowadzi to do wibracji na stropach poszczególnych kondygnacji i negatywnego wpływu na ludzi przebywających w środku. Hałas wywołują także dźwięki uderzeniowe generowane przez poruszanie się ludzi na klatkach schodowych. W takim wypadku drgania przenoszą się przez podesty, biegi schodowe i stropy. W zależności od rodzaju drgań stosuje się różne formy ochrony. Podstawą jest jednak przeprowadzenie działań diagnostycznych i projektowych.
Potrzeba przeprowadzania analizy
Drgania mechaniczne mogą być dużym obciążeniem dla budynku. W takich sytuacjach konstruktor powinien je uwzględnić w obliczeniach wytrzymałościowych. Możliwość występowania uszkodzeń sprawia, że jest to istotny parametr dla inwestorów, wykonawców, użytkowników służby ochrony środowiska, nadzoru budowlanego i ubezpieczyciela. Obszar, na którym trzeba uwzględnić analizę wpływu drgań przenoszonych przez grunt, nazywa się strefą oddziaływań dynamicznych. Jej zasięg ustala się w zależności od źródła drgań, nawiązując do istniejących warunków gruntowo-wodnych. Działania prognozowe powinny ocenić wpływ przewidywanych drgań na konstrukcję budynku i ludzi oraz określić siły bezwładności działające na konstrukcję, by następnie można było uwzględnić je w projektowaniu.
Klasyfikacja drgań
Ocenę szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na konstrukcję budynków wykonuje się na podstawie normy PN-B-02170 2016-12. Można wykonać ją w sposób pełny lub przybliżony. W przybliżonej ocenie stosuje się skalę:
- SWD-I dla budynków jedno- lub dwukondygnacyjnych o wymiarach nieprzekraczających 15 m wysokości i wymiarach zewnętrznych rzutu poziomego;
- SWD-II dla budynków poniżej 5 kondygnacji, o wysokości mniejszej niż podwójna najmniejsza szerokość budynku w rzucie poziomym.
Drgania są kwalifikowane do jednej z pięciu stref szkodliwości:
- strefa I – drgania nieodczuwalne;
- strefa II – drgania odczuwalne, lecz nieszkodliwe dla konstrukcji;
- strefa III – drgania szkodliwe (powodują zarysowania i spękania);
- strefa IV – drgania o dużej szkodliwości (zagrażające bezpieczeństwu ludzi);
- strefa V – drgania powodujące awarię budynku (budynku nie wolno użytkować).
Diagnostyka wpływu drgań na ludzi przebywających w budynkach wykonywana jest na podstawie normy PN-B-02171 2017-06. Są w niej zawarte dopuszczalne wartości drgań mechanicznych niezbędne do zapewnienia komfortu przebywania ludzi w zależności od przeznaczenia pomieszczenia, pory występowania drgań, charakteru i powtarzalności, kierunku działania drgań oraz pozycji człowieka podczas ich odbioru.