Dlaczego ten budynek się kołysze?

Ten sam ruch gruntu. Trzy różne reakcje. Znajdź częstotliwość, która wprawia każdy model w największe kołysanie.

Model edukacyjny. Nie ocenia bezpieczeństwa budynków ani mieszkań.

Wymuszenie syntetyczne · sinusoida

0,0 s

Wszystkie trzy modele otrzymują identyczny ruch gruntu.

Niski

Częstotliwości bez izolacji

fₙ = 2,0 Hz · T = 0,5 s

0,0 cmOdkształcenie: dach względem podstawy

Średni

Częstotliwości bez izolacji

fₙ = 1,0 Hz · T = 1,0 s

0,0 cmOdkształcenie: dach względem podstawy

Wysoki

Częstotliwości bez izolacji

fₙ = 0,5 Hz · T = 2,0 s

0,0 cmOdkształcenie: dach względem podstawy

Maksimum od startuRuch wszystkich modeli powiększamy jednakowo; wysokości budynków są umowne.

Laboratorium trzęsień

Każdy model ma inną masę i sztywność, więc ma też własny rytm drgań. Poruszaj suwakiem częstotliwości lub wybierz jeden z trzech punktów startowych. Wysokość rysunku pomaga odróżnić modele — sama nie wyznacza zachowania prawdziwego budynku.

Traf w rytm konstrukcji

Gdy częstotliwość wymuszenia zbliża się do częstotliwości własnej modelu, kolejne ruchy gruntu mogą zwiększać jego odpowiedź. To rezonans. Potrzeba kilku cykli, aby kołysanie się rozwinęło.

Tłumienie odbiera energię

Zwiększ tłumienie konstrukcji, aby ograniczyć narastanie drgań w pobliżu rezonansu. Suwak określa procent tłumienia krytycznego w modelu, a nie procent poprawy bezpieczeństwa.

Pozwól poruszać się podstawie

Uproszczona izolacja dodaje podatną, tłumioną warstwę pod konstrukcją. Zmienia częstotliwości własne i może zmniejszyć odkształcenie budynku kosztem większego ruchu podstawy. Nie pomaga jednak przy każdej częstotliwości — blisko nowego rezonansu odpowiedź może wzrosnąć.

Laboratorium trzęsień / 02

Jak odnieść eksperyment do rzeczywistych budynków?

Laboratorium pozwala zrozumieć wpływ częstotliwości, tłumienia i izolacji podstawy na kołysanie konstrukcji. Poniżej wyjaśniamy, jak korzystać z tych pojęć oraz jakich informacji potrzebuje specjalista do analizy rzeczywistego budynku i trzęsienia.

Od okresu do częstotliwości

Okres własny T₁ opisuje czas jednego pełnego drgania konstrukcji. Przelicznik zamienia go na częstotliwość f₁ = 1/T₁ i ustawia taką częstotliwość ruchu gruntu w eksperymencie. Parametry trzech umownych budynków pozostają bez zmian — wpisanie okresu własnego domu nie odtwarza jego zachowania.

Okres T₁ do przeliczenia

s→ 0,67 Hz

Zakres przelicznika: 0,34–5,00 s. Zmienia częstotliwość wymuszenia, nie właściwości budynków.

Przelicz znany okres: f₁ = 1/T₁. Przykład: T₁ = 1,5 s daje około 0,67 Hz.
Ustaw tę częstotliwość ruchu gruntu. Porównaj reakcje trzech modeli, a następnie wypróbuj niższe i wyższe częstotliwości.
Jeśli nie znasz tłumienia, 5% traktuj wyłącznie jako wartość demonstracyjną.
Amplitudę pozostaw umowną i porównuj reakcje względnie. Centymetry sinusoidy nie są PGA ani amplitudą konkretnego zapisu.

Włącz izolację podstawy, aby porównać działanie dwóch wariantów modelu przy tym samym wymuszeniu. To ilustracja mechanizmu: rzeczywiste urządzenia izolacyjne mają parametry określone w dokumentacji konkretnego budynku.

1. Poznaj parametry budynku

Najbardziej przyda się okres własny T₁, oszacowanie tłumienia oraz informacja o izolacji podstawy lub tłumikach. Prawdziwa analiza wymaga też mas i sztywności kondygnacji, układu konstrukcyjnego oraz stanu obiektu.

Zapytaj właściciela lub zarządcę, projektanta albo konstruktora o obliczenia konstrukcyjne, diagnozę sejsmiczną lub analizę odpowiedzi czasowej. Jeżeli okresu nie ma w dokumentacji, może go oszacować inżynier na podstawie modelu albo pomiaru drgań.

2. Znajdź zapis trzęsienia

Potrzebny jest przebieg przyspieszenia gruntu w czasie — akcelerogram z reprezentatywnej stacji i właściwa składowa ruchu. Magnituda, intensywność JMA lub jedna wartość PGA nie opisują częstotliwości ani czasu trwania drgań.

Japońskie zapisy publikuje NIED w sieciach K-NET i KiK-net; pobranie przebiegów wymaga rejestracji. JMA udostępnia wybrane silne trzęsienia, ale zabrania dalszego przekazywania opublikowanych tam danych — dlatego podajemy link, a nie kopiujemy plików.

3. Sprawdź warunki gruntowe

Dokładny adres pozwala znaleźć AVS30, klasyfikację geomorfologiczną i wskaźnik wzmocnienia powierzchniowego. Pomagają ocenić, czy zapis ze stacji pasuje do miejsca, ale same nie odtwarzają ruchu przy budynku.

W J-SHIS wybierz mapę „Site Amp.”, powiększ lokalizację i otwórz informacje punktu. Analiza obiektu może wymagać lokalnych odwiertów, profilu prędkości fal S i dokumentacji geotechnicznej działki.

Informacja	Gdzie jej szukać	Jak działa tutaj
Okres T₁ / częstotliwość f₁	Dokumentacja konstrukcyjna lub pomiar inżynierski	Przelicznik ustawia częstotliwość ruchu gruntu; modele budynków pozostają umowne
Tłumienie	Model, analiza lub pomiar	Ustaw suwak; 5% to tylko przykład
Akcelerogram	K-NET / KiK-net albo JMA	Eksperyment korzysta z generowanej sinusoidy, bez importu zapisów trzęsień
AVS30 i wzmocnienie gruntu	J-SHIS lub dokumentacja geotechniczna	Informacje o lokalnym gruncie; nie są parametrami tego eksperymentu

Jeżeli pytasz „czy mój budynek jest bezpieczny?”, potrzebna jest ocena uprawnionego konstruktora. Ten moduł może pomóc zrozumieć analizę, ale jej nie zastępuje.

Parametry umownych konstrukcji

Bez izolacji u oznacza przemieszczenie dachu względem gruntu, m — masę, c — współczynnik tłumienia, k — sztywność, a a_g — przyspieszenie gruntu. u′ oznacza prędkość, a u″ — przyspieszenie. Z izolacją rozwiązujemy dwa sprzężone równania ruchu: dla konstrukcji i podstawy.

Częstotliwość własna	Niski	Średni	Wysoki
fₙ / T	2,0 Hz / 0,5 s	1,0 Hz / 1,0 s	0,5 Hz / 2,0 s
Masa	100 t	300 t	800 t
Sztywność	15,79 MN/m	11,84 MN/m	7,90 MN/m
Tłumienie konstrukcji	ζ = 5%
Współczynnik tłumienia	125,7 kN·s/m	188,5 kN·s/m	251,3 kN·s/m
Izolacja podstawy	fᵢ = 0,25 Hz · ζᵢ = 20% · mᵦ = 0.25 m

Podstawa ma masę równą 25% masy konstrukcji. Parametry izolacji — 0,25 Hz i 20% tłumienia krytycznego — dobrano dla łącznej masy podstawy i konstrukcji, traktując konstrukcję jako sztywną. Rzeczywiste częstotliwości własne sprzężonego modelu dwumasowego są inne.

m·u″ + c·u′ + k·u = −m·a_g · k = m·(2πfₙ)² · c = 2ζ√(km)

Co pokazuje ten eksperyment?

To liniowe modele o umownych masach, sztywnościach, częstotliwościach własnych i tłumieniu. Bez izolacji konstrukcja ma jeden stopień swobody, z izolacją — dwa. Pomijamy m.in. skręcanie, wiele postaci drgań, uszkodzenia i złożone oddziaływanie gruntu z fundamentem. Wymuszenie jest wygenerowaną sinusoidą z łagodnym narastaniem, nie zapisem historycznego trzęsienia. Parametry AVS30 ani współczynnik wzmocnienia gruntu nie wystarczają do odtworzenia reakcji konkretnego budynku. Rysunek nie przewiduje szkód, nie stanowi ekspertyzy konstrukcyjnej i nie służy do ostrzegania EEW.

Własny model i ilustracje JISHINDESU. Wymuszenie generowane matematycznie; podstawy modelu opisano w podanych źródłach.

Podstawy modelu i źródła: USGS · FEMA · Fujitani et al. (2012)