№80-15
Комфорт і безпека у будівлях при вібраційних впливах: виклики та шляхи їх подолання
В.О. Коврова1, В.Є. Волкова1, 2
1Навчально-науковий інститут «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Український державний університет науки і технологій, Дніпро, Україна
2Дніпровський державний аграрно-економічний університет, Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2025, 80:150–159
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/80.150
АНОТАЦІЯ
Мета. Визначення впливу конструктивного рішення на динамічні показники будівель на вібраційну безпеку та організм людини; виконання чисельного моделювання взаємодії ґрунту з основою будівлі та оцінка впливу характеристик ґрунтів на вібраційну поведінку конструкцій, а також розгляд ефективних методів зі зниження вібрацій для забезпечення стійкості та комфорту будівель.
Методика. За допомогою методів комп’ютерної механіки виконано дослідження взаємодії багатоповерхової будівлі із залізобетонним каркасом із оточуючим ґрунтовим масивом. За допомогою програмного комплексу SCADстворено скінченно-елементну модель та отримано динамічні характеристики будівель різної поверховості та конструктивних схем.
Результати. На основі отриманих результатів встановлено, що зміни параметрів ґрунту суттєво впливають на частоти власних коливань будівель, що може викликати появу додаткових механічних напружень в елементах будівель і дискомфортні відчуття у мешканців. Зміни у частотах, власних значеннях і амплітудах коливань сигналізують про наявність дефектів та пошкоджень конструкцій. Проаналізовано вплив вібрацій на фізіологічний стан людини та визначено критичні частотні діапазони, що можуть спричиняти дискомфорт або зміни у самопочутті. Встановлено, що перша мода коливань є найбільш чутливим індикатором стану будівлі.
Наукова новизна. Набула подальшого розвитку методика моделювання взаємодії багатоповерхової каркасної будівлі з ґрунтовою основою. Виявлено закономірності зміни динамічних характеристик каркасу в залежності від механічних характеристик ґрунтів.
Практична значимість. Отримані результати дозволяють покращити методики оцінки вібраційного впливу на будівлі, що сприятиме підвищенню їхньої безпеки та комфорту. Запропоновані методи зниження вібрацій можуть бути використані для мінімізації негативного впливу на конструкції та самопочуття людей у густонаселених районах міст.
Ключові слова: вібраційна безпека, характеристики ґрунтів, власні частоти, скінченно-елементне моделювання, модальний аналіз, будівлі із залізобетонним каркасом.
Перелік посилань
1. Edirisinghe, T. L., & Talbot, J. P. (2024). The significance of soil–structure interaction in the response of buildings to ground-borne vibration from underground railways. Journal of Sound and Vibration, 118812. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2024.118812
2. Connolly, D. P., Marecki, G. P., Kouroussis, G., Thalassinakis, I., & Woodward, P. K. (2016). The growth of railway ground vibration problems — A review.Science of The Total Environment, 568, 1276–1282.https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.09.101
3. Впливу вібрації на організм людини. (n.d.). Stud. https://stud.com.ua/3161/bzhd/vplivu_vibratsiyi_organizm_lyudini
4. Kralik, J., & Kralik, J. (2017). Experimental and Sensitivity Analysis of the Vibration Impact to the Human Comfort. Procedia Engineering,190, 480–487.https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.05.367
5. Králik, J. (2010). Experimental and numerical analysis of the vibration negative effects on the humans. Vybrané problémy dynamiky těles. Dynamika tuhých a poddajných těles, Chap 4.4, 154–162. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.05.367
6. Давидов, І. І., & Удовиченко, Є. О. (2024). Аналіз впливу вібрацій на сталеві рамні конструкції: моделювання та експериментальні дослідження. У Матеріали Міжнародної наук.-практ. конференції «Інноваційні технології забезпечення параметрів комфорту, енергоефективності і екологічності житлових будівель на основі смарт-технологій» (с.93–95). Придніпровська державна академія будівництва та архітектури.
7. Kazakevich, M., & Kulyabko, V. (1996). Vvedenie v vibroekologiyu zdanii i sooruzhenii. PGASA
8. Connolly, D. P., Kouroussis, G., Laghrouche, O., Ho, C. L., & Forde, M. C. (2015). Benchmarking railway vibrations – Track, vehicle, ground and building effects. Construction and Building Materials, 92, 64–81. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.07.042
9. Thompson, D. J., Kouroussis, G., & Ntotsios, E. (2019). Modelling, simulation and evaluation of ground vibration caused by rail vehicles. Vehicle System Dynamics, 57(7), 936–983. https://doi.org/10.1080/00423114.2019.1602274
10. Fiala, P., Degrande, G., & Augusztinovicz, F. (2007). Numerical modelling of ground-borne noise and vibration in buildings due to surface rail traffic. Journal of Sound and Vibration, 301(3-5), 718–738. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2006.10.019
11. Lopes, P., Costa, P. A., Ferraz, M., Calçada, R., & Cardoso, A. S. (2014). Numerical modeling of vibrations induced by railway traffic in tunnels: From the source to the nearby buildings.Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 61–62, 269–285. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2014.02.013
12. Hussein, M., Hunt, H., Kuo, K., Costa, P. A., & Barbosa, J. (2013). The use of sub-modelling technique to calculate vibration in buildings from underground railways.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 229(3), 303–314. https://doi.org/10.1177/0954409713511449
13. Auersch, L. (2021). Prediction of building noise and vibration – 3D finite element and 1D wave propagation models. Proceedings of Euronoise 2021, Madeira, Portugal, (pp. 1–9).
14. Kowalska-Koczwara, A., & Stypula, K. (2016). Assessment of the Vibration Influence on Humans in Buildings in the Standards of Different Countries. Procedia Engineering, 161, 970–974. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.835
15. Мінрегіон України. (2022). Захист від шуму та вібрації (ДБН В.1.2-10:2021). Державне підприємство "Укрархбудінформ".
16. Coermann, R. R. (1962). The Mechanical Impedance of the Human Body in Sitting and Standing Position at Low Frequencies. Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society,4(5), 227–253. https://doi.org/10.1177/001872086200400502
17. Gaile, L., Ratnika, L., & Pakrastins, L. (2022). RC Medium-Rise Building Damage Sensitivity with SSI Effect. Materials, 15(5), 1653. https://doi.org/10.3390/ma15051653
18. Kovrova, V., Volkova, V., & Pakrastins, L. (2024). Modal Analysis of a Multi-storey Frame Building with Consideration of the Soil Base. Modern Building Materials, Structures and Techniques, 392, 668–673. https://doi.org/10.1007/978-3-031-44603-0_69
19. Gaile, L., Sliseris, J., & Ratnika, L. (2021). Towards SHM of medium-rise buildings in non-seismic areas. У 10th International Conference on Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure (SHMII 2021) (с. 1023–1030). https://doi.org/10.5281/zenodo.7331081
20. Savytskyi, M., Danishevskyy, V., & Gaidar, A. (2021). Dynamic modelling and optimal design of buildings with friction dampers using particle swarm optimization.Ukrainian Journal of Civil Engineering and Architecture, (1), 14–25. https://doi.org/10.30838/j.bpsacea.2312.230221.14.713
21. Іванченко, Г. М., & Гончаренко, М. В. (2015). Огляд методів сейсмозахисту та приклади їх застосування у конструкціях.Опір матеріалів і теорія споруд, 96, 158–164.
