Definition

Bygningsvibration defineres af DIN 4150-3 standarden som en mekanisk svingning af faste legemer, der har potentiale til at forårsage ubehag for personer eller skader på strukturer. Ifølge DIN-standarden er skaden en permanent effekt af vibration, der reducerer anvendeligheden af en struktur eller en af dens komponenter.

Effekter af bygning og jordvibrationer:

• skader på bygningens struktur, herunder træthedsskader som revner og brud,
• skader på bygningens indhold, herunder følsomt elektronisk udstyr og kunstværker,
• forstyrrelse af menneskers komfort,
• hørbare effekter såsom struktur-båret støj og sekundært rysten af bygningskomponenter eller indhold

I hvert tilfælde bør reaktionen på vibration evalueres ved hjælp af passende udstyr og sammenlignes med krævede standarder.

Vibrationskilder

ISO 4866 standarden definerer en vibrationskilde som et simpelt eller flere faste, flydende eller gasformige legemer, der forårsager vibration i sit miljø. Almindelige vibrationskilder er:

• byggepladser og udgravningsudstyr,
• jernbane- og vejtrafik (den mest almindelige kilde),
• industrielle maskiner induceret vibrationer,
• mekanisk udstyr,
• lavfrekvente, luftbårne trykbølger udsendt af tunge køretøjer, fly, mekanisk udstyr eller sprængning.

Hvordan måler man vibrationerne i en bygning?

Vibrationer, der opstår i en struktur, kan detekteres direkte ved hjælp af en accelerometer, en forskydningstransducer eller en hastighedstransducer. Målingen er en Peak Particle Velocity, som er den maksimale absolutte værdi af det uvægtede signal (partikelhastighedssignal) gennem målingen.

I henhold til DIN 4150-3 skal målingen af strukturen som helhed baseres på vibrationshastigheden i den øverste etage, målt i to horisontale retninger. Som et alternativ til at evaluere de horisontale vibrationer i den øverste etage, kan målinger også foretages ved fundamentet.

Hvordan måler man vibrationerne i bygningens indhold?

Vibrationer, der påvirker følsomme objekter i bygninger, vurderes ved hjælp af en accelerometer eller en hastighedstransducer, der måler væg- eller gulvvibrationer. I henhold til IEST-standarden bruges RMS af vibrationshastigheden i 1/3 oktavbånd til at måle gulvvibrationspåvirkningerne på følsomt udstyr i bygninger.

Hvordan kan den menneskelige opfattelse af vibrationer i bygninger måles?

Den menneskelige eksponering for gulvvibrationer vurderes ved hjælp af en accelerometer eller en hastighedstransducer. I henhold til ISO-standarder er almindelige målinger af menneskelig respons på vibrerende gulve PEAK og RMS af vibrationsacceleration eller hastighed eller VDV af vibrationsacceleration.

Hvilke vibrationsniveauer er perceptible for mennesker?

I henhold til ISO 2631-1 er vibrations PEAK-acceleration på 0.015 m/s2 et acceptabelt vibrationsniveau for bygningens beboere. Hvis gulvvibrationerne kun er lidt over dette niveau, vil bygningens beboere sandsynligvis klage. I praksis varierer de perceptible vibrationsniveauer for bygningens brugere fra 0.01 m/s2 til 0.02 m/s2 PEAK.

Det amerikanske institut for FTA (Federal Transit Administration) og FRA (Federal Railroad Administration) nævner lave amplitud grænser på 0.045 til 0.08 for menneskelig opfattelse af vibrationshastighed.

Den tyske DIN 4150-2-standard sætter grænsen for mennesker ved 0.1 KB, hvor 1 KB refereres til som 1 mm/s af en vægtet RMS af perceptibel vibrationshastighed.

Vibrationsstandarder for bygningsstrukturer

De mest genkendelige standarder for strukturelle vibrationsmålinger er ISO 4866, britisk BS 7385-2 og tysk DIN 4150-3. Alle tre standarder anvender Peak Particle Velocity (PPV) metoden og FFT til at definere den dominerende frekvens.

Hvad er PPV og dominerende frekvens?

Metoden for PPV Peak Particle Velocity og dominerende frekvens (DF) er beskrevet i den tyske standard DIN 4150-3. PPV er en maksimal værdi af amplituden af vibrationshastighedens tidsdomænesignal. For at detektere en dominerende frekvens af PPV kræver metoden, at der udføres en FFT-analyse. Resultatet af en sådan analyse er PPV-værdien og dens tilsvarende dominerende frekvens for hver akse (X, Y, Z). Hver par af PPV og dens DF bruges som punktkoordiner, der sammenlignes med vibrationsgrænsekurven.

Kriterier og grænser

Standarden DIN 4150-3 definerer de værdier, der skal opfyldes for at undgå skader og påvirkning på strukturer. Gælder der forskellige PPV-grænser afhængigt af bygningstyperne i frekvensområdet fra 1 Hz til 100 Hz :

• fra 20 mm/s op til 50 mm/s – for bygninger brugt til kommercielle og industrielle bygninger,
• fra 4 mm/s op til 20 mm/s for boligbyggerier,
• fra 3 mm/s op til 10 mm/s for bygning følsom over for vibration, der har stor iboende værdi

Britisk standard BS 7385-2

BS 7385-2 vejleder vurderingen af muligheden for vibrationsinduceret skade i bygninger på grund af en række almindelige kilder. Almindelige vibrationskilder, der overvejes, inkluderer sprængning, nedrivning, pæling, jordbehandling (f.eks. komprimering), byggeudstyr, tunneldriftsarbejde, vej- og jernbanetrafik samt vibrationer forårsaget af industriel maskineri. Det giver vejledning om vibrationsniveauer, over hvilke bygningsstrukturer kan blive beskadiget. Kun den direkte effekt af vibration på bygninger overvejes. De indirekte effekter på bygningens struktur på grund af jordbevægelser, bevægelsen af løse genstande inden i bygninger, muligheden for skade på følsomt udstyr, samt effekten af vibration på mennesker er uden for omfanget af denne standard. Den laveste frekvens, der stammer fra menneskeskabte almindelige kilder, er 1 Hz, og den højeste frekvens, der forventes fra enten maskiner eller nærliggende sprængning på hårdt underlag, er 1.000 Hz; dog tages et mere begrænset interval fra 4 Hz til 250 Hz i betragtning for at vælge vejledende værdier. BS-standarder angiver to typer bygninger:

• forstærkede eller rammestrukturer Industrielle og tunge kommercielle bygninger,
• uafstivede eller lette rammestrukturer Boliger eller lette kommercielle bygninger.

Kortvarige og langvarige vibrationer

Standarden DIN 4150-3 opdeler vibrationer i:

• kortvarige vibrationer, som ikke forekommer hyppigt nok til at forårsage træthed og ikke forårsager resonans i de vurderede strukturer,
• langvarige vibrationer, derimod, er alle vibrationsformer, der ikke kan klassificeres som kortvarige vibrationer

Hvad er VC-kurver for vibration?

VC Vibration Criterion Curves, udtrykt som 1/3 oktavbånd af RMS vibrationshastighed, er vibrationsgrænser, der anvendes af den amerikanske standard IEST til måling af vibrationsfølsomt udstyr.

For at opfylde amerikanske standarder (IEST), der bruger 1/3 oktavbånd, sammenlignes VC Vibration Criterion kurver udtrykt i RMS vibrationshastighed. 1/3 oktavbåndmetoden sammenligner RMS-resultaterne i hvert bånd med grænsekurven. Så i virkeligheden bruges hele spektret til sammenligning, i modsætning til FFT-metoden, hvor punktet (PPV, DF) er positioneret i forhold til kurven.

Hvad er vibrationsformer?

En vibrationsform er en metode til at vibrere, eller et mønster af vibration, når det anvendes på et system eller en struktur med mange punkter og varierende amplituder af bevægelse. De to elementer af en vibrationsform er en tidsvariation af vibrationerne og, for det andet, en rumlig variation af amplituden af bevægelsen på tværs af strukturen.

Bygning vibrationsmonitor skal opfylde kravene i standarden DIN 45669-1. Denne standard specificerer krav til vibrationsmålingssystemer (vibrationsmålere) og specificerer verificeringsprocedurer, der er klassificeret efter indsats og nøjagtighed. Disse vibrationsmålere kan bruges i Håndholdte af vibrationskontrol til at måle mekaniske vibrationer, der påvirker bygninger og/eller mennesker i bygninger.

Bygningsvibrationsmåleren skal måle vibrationsforskydning, vibrationshastighed (partikelhastighed) eller vibrationsacceleration (partikelacceleration) og registrere det over en given periode. Detektionsgrænsen må ikke være mere end 0,05 mm/s for den maksimale partikelhastighed.