Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie

Transkrypt

1

2

3 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 2/28 SPIS TREŚCI 1. PRZEDMIOT PRACY PODSTAWY FORMALNE PRACY CEL I ZAKRES PRACY WYKONAWCA PRACY OPIS MIERZONEGO BUDYNKU OPIS REALIZACJI PRACY WYNIKI POMIARÓW KRYTERIA OCENY SZKODLIWOŚCI DRGAŃ NA BUDYNKI PODSUMOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW LITERATURA SPIS TABEL Tabela 1 Najwyższe zarejestrowane wartości sumarycznej amplitudy drgań SPIS RYSUNKÓW Rysunek 1 Mapka poglądowa terenu Pałacu z lokalizacją budynku Kordegardy... 6 Rysunek 2 Rozmieszczenie punktów pomiarowych w budynku Kordegardy na poziomie parteru... 8 Rysunek 3 Rozmieszczenie punktów pomiarowych w budynku Kordegardy na poziomie piwnicy... 9 Rysunek 4 Trend sumarycznej amplitudy przemieszczenia dla punktu pomiarowego nr 3 w kierunku Y Rysunek 5 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 1 i kierunku X odniesiona do skali SWD-II Rysunek 6 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 1 i kierunku Y odniesiona do skali SWD-II Rysunek 7 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 2 i kierunku X odniesiona do skali SWD-II Rysunek 8 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 2 i kierunku Y odniesiona do skali SWD-II Rysunek 9 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 3 i kierunku X odniesiona do skali SWD-II... 17

4 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 3/28 Rysunek 10 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 3 i kierunku Y odniesiona do skali SWD-II Rysunek 11 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 4 i kierunku X odniesiona do skali SWD-II Rysunek 12 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 4 i kierunku Y odniesiona do skali SWD-II Rysunek 13 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 5 i kierunku X odniesiona do skali SWD-II Rysunek 14 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 5 i kierunku Y odniesiona do skali SWD-II Rysunek 15 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 6 i kierunku X odniesiona do skali SWD-II Rysunek 16 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 6 i kierunku Y odniesiona do skali SWD-II Rysunek 17 Kryteria podziału na strefy szkodliwości według skali SWD-I Rysunek 18 Kryteria podziału na strefy szkodliwości według skali SWD-II... 26

5 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 4/28 1. PRZEDMIOT PRACY Przedmiotem pracy było wykonanie pomiarów drgań mechanicznych w otoczeniu rezydencji królewskiej Muzeum Króla Jana III w Wilanowie wraz z diagnozą możliwych zagrożeń związanych z rozwojem infrastruktury miejskiej. Praca wykonywana była w związku z realizacją projektu edukacyjno badawczego pt. Edukacja społeczna w konflikcie urbanizacyjno ekologicznym na terenie Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie w ramach Mechanizmu Finansowego Europejskiego Obszaru Gospodarczego PODSTAWY FORMALNE PRACY Podstawę wykonania pracy stanowi Umowa nr UK/2015/ZC-CT/0189 zawarta w dniu r. pomiędzy Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie z siedzibą w Warszawie, ul. Stanisława Kostki Potockiego 10/16 a Zakładami Pomiarowo-Badawczymi Energetyki Energopomiar Sp. z o.o., ul. gen. J. Sowińskiego 3 w Gliwicach. 3. CEL I ZAKRES PRACY Celem pracy było sprawdzenie poziomu drgań mechanicznych jednego z budynków wchodzącego w skład zabudowań Pałacu Króla Jana III w Wilanowie i określenie szkodliwego wpływu tych drgań na konstrukcję budynku w oparciu o zapisy normy PN-85/B [1]. Pomiary drgań budynku miały dostarczyć informacji o ewentualnym negatywnym wpływie okolicznej infrastruktury drogowej i wzrastającego w ostatnich latach natężenia ruchu ulicznego oraz innych zagrożeń związanych z dynamicznym rozwojem dzielnicy Wilanów na zabytkowe zabudowania Pałacu. W ramach pracy wykonano pomiary drgań bezwzględnych ścian zewnętrznych Kordegardy, czyli budynku w którym aktualnie swoją siedzibę ma Dyrekcja i Administracja Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie. 4. WYKONAWCA PRACY Pomiary oraz opracowanie raportu z pomiarów wykonał zespół pracowników Zakładu Techniki Cieplnej Energopomiar Sp. z o.o. zgodnie z obowiązującymi procedurami zintegrowanego systemu zarządzania certyfikowanego przez Polskie Centrum Badań i Certyfikacji SA (certyfikat Nr JBS 186/2/2013), potwierdzonego certyfikatem The

6 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 5/28 International Certification Network (certyfikat Nr PL - JBS - 186/2/2013), na zgodność z wymaganiami systemu zarządzania jakością wg PN-EN ISO 9001:2009, systemu zarządzania środowiskowego wg PN-EN ISO 14001:2005 oraz systemu zarządzania bezpieczeństwem i higieną pracy wg PN-N-18001: OPIS MIERZONEGO BUDYNKU Po dokonaniu wizji lokalnej mającej na celu określenie najbardziej reprezentatywnego budynku wchodzącego w skład zespołu pałacowego, do pomiarów drgań mechanicznych wytypowano budynek dawnej wartowni Kordegardę. Aktualnie w budynku swoją siedzibę ma Dyrekcja i Administracja Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie. Kordegarda została wytypowana do pomiarów ze względu na najbliższą odległość do drogi o znacznym natężeniu ruchu, mogącej generować potencjalnie niebezpieczne drgania dla zabudowań Pałacu. W odległości około 250 m w linii prostej od budynku Kordegardy przebiega dwujezdniowa Droga Wojewódzka nr 724 ul. Przyczółkowa, o kilku pasach ruchu w każdą stronę, ze znacznym natężeniem ruchu, szczególnie w godzinach porannego i popołudniowego szczytu komunikacyjnego. Budynek Kordegardy został wybrany również przez konieczność przeprowadzenia pomiarów w godzinach nocnych i możliwość uzyskania dostępu do budynku przez cały okres przeprowadzania pomiarów Lokalizacja budynku Na poniższym rysunku 1 przedstawiono poglądowy schemat usytuowania budynków wchodzących w skład zabudowań Pałacu Króla Jana III w Wilanowie. Badany budynek Kordegarda jest usytuowany na południowy-zachód od Pałacu, po prawej stronie od Bramy Głównej.

7 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 6/28 Rysunek 1 Mapka poglądowa terenu Pałacu z lokalizacją budynku Kordegardy 5.2. Charakterystyka budynku Kordegarda (Budynek Dyrekcji i Administracji Muzeum) jest budynkiem zabytkowym, wolnostojącym, usytuowanym na planie prostokąta z ryzalitami na ścianach wschodniej, północnej i zachodniej. Budynek posiada wewnętrzny dziedziniec w kształcie wydłużonego prostokąta o zaokrąglonych narożach. Kordegarda jest budynkiem murowanym, otynkowanym, piętrowym z poddaszem, podpiwniczonym, z przybudówką w narożniku południowo-zachodnim. Poniżej przedstawiono krótką charakterystykę konstrukcyjną budynku: Nazwa budynku Kordegarda Adres budynku ul. Stanisława Kostki Potockiego 10/ Warszawa Kubatura 4136 m 3 Powierzchnia zabudowy 468,5 m 2

8 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 7/28 Rodzaj konstrukcji Murowany Ilość kondygnacji nadziemnych 2 Ilość kondygnacji podziemnych 1 Fundamenty Cegła pełna Stropy Kleina na belkach stalowych, ceramiczne (w części piwnic sklepienie kolebkowe, ceglane) Ściany zewnętrzne Cegła pełna, piaskowiec (cokół i stopnie) Konstrukcja dachu Stalowo-drewniana (płatwie stalowe, krokwie drewniane) Pokrycie dachu Dachówka karpiówka Tynki, elewacje zewnętrzne Tynki cementowo-wapienny Stolarka okienna i drzwiowa Drewniana 6. OPIS REALIZACJI PRACY W ramach zleconej pracy na wykonanie pomiarów drgań mechanicznych w otoczeniu rezydencji wykonano pierwszą z dwóch zaplanowanych sesji pomiarowych. Pomiary odbywały się na zasadzie automatycznej, ciągłej rejestracji danych, zbieranych przez system do pomiarów drgań typu ADRE 408 produkcji Bently Nevada, przez kolejne 24 godziny od 17:40 dnia do 18:00 dnia roku. Po wstępnej analizie zebranych danych wyodrębniono 4 osobne czterogodzinne serie pomiarowe dla najbardziej charakterystycznych okresów doby, w których występowały najwyższe poziomy drgań: seria 1 okres porannego szczytu komunikacyjnego w godzinach 7:00 11:00 seria 2 okres pomiędzy porannym a popołudniowym szczytem komunikacyjnym w godzinach 11:00 15:00 seria 3 okres popołudniowego szczytu komunikacyjnego w godzinach 16:00 20:00 seria 4 okres nocny w godzinach 02:00 06:00 W obrębie budynku Kordegardy wytypowano 6 punków pomiarowych, 3 punkty pomiarowe na zewnątrz obiektu i 3 punkty pomiarowe wewnątrz obiektu. Zgodnie z zaleceniami normy PN-85/B [1] punkty pomiarowe usytuowano od strony źródła występowania potencjalnych drgań czyli głównie od strony zachodniej oraz południowej na

9 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 8/28 fundamencie budynku oraz na ścianach nośnych w miarę możliwości w poziomie otaczającego terenu. Dla każdego z punktów pomiar odbywał się w płaszczyźnie poziomej, w przybliżeniu na poziomie otaczającego terenu, w dwóch kierunkach X (orientacja północpołudnie) i Y (orientacja wschód-zachód) zgodnych z głównymi osiami budynku. Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych na poziomie parteru oraz piwnicy Kordegardy wraz z ich numeracją oraz kierunkiem pomiarów drgań prezentują rysunki 2 i 3. Kierunek pomiaru drgań Y X Rysunek 2 Rozmieszczenie punktów pomiarowych w budynku Kordegardy na poziomie parteru

10 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 9/28 Kierunek pomiaru drgań Y X Rysunek 3 Rozmieszczenie punktów pomiarowych w budynku Kordegardy na poziomie piwnicy Pomiary drgań bezwzględnych budynku w każdym punkcie pomiarowym i w każdym kierunku wykonano za pomocą czujników drgań Low Frequency Velocity Sensor typu produkcji Bently Nevada zainstalowanych na specjalnych odważnikach za pomocą magnesu. Czujniki drgań zostały podłączone do systemu pomiaru drgań ENERGOPOMIARU typu ADRE 408 produkcji Bently Nevada. Wykorzystywana podczas pomiarów aparatura posiada aktualne świadectwo sprawdzenia. Niepewność pomiarowa otrzymanych wyników ze względu na zastosowaną klasę aparatury pomiarowej nie przekracza ±1,9 %. Otrzymane wyniki pomiarów wykorzystano do przeprowadzenia oceny z wykorzystaniem skal wpływów dynamicznych (skal SWD). Skale SWD służą do przybliżonej oceny działania drgań przekazywanych przez podłoże [1].

11 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 10/28 7. WYNIKI POMIARÓW Zgodnie z zapisami normy PN-85/B [1] skale SWD są przeznaczone do oceny wpływu szkodliwości drgań na budynki murowane lub zbudowanych z wielkich bloków. Norma podaje dwie osobne skale SWD-I oraz SWD-II, które stosuje się do różnych budynków w zależności od ich cech charakterystycznych. Skalę SWD-I stosuje się w przypadku budynków o zwartym kształcie i małych wymiarach zewnętrznych w rzucie poziomym nie przekraczających 15 m, a także jedno- lub dwukondygnacyjnych niższych niż największy wymiar w rzucie poziomym. Skalę SWD-II stosuje się natomiast do budynków wyższych, do pięciu kondygnacji, a których wysokość jest mniejsza od podwójnego najmniejszego wymiaru budynku w rzucie poziomym oraz do budynków niskich, do dwóch kondygnacji, nie spełniających kryteriów dla skali SWD-I. Zgodnie z wynikami wizji lokalnej przeprowadzonej przed rozpoczęciem pomiarów oraz zgodnie z udostępnioną dokumentacją architektoniczno-budowlaną budynek Kordegardy posiada wymiary w rzucie poziomym 24 m x 19 m co kwalifikuje go do oceny według skali SWD-II. Na poniższym rysunku 4 przedstawiono przykładowy zrzut ekranu dla bazy danych zarejestrowanych w postaci trendu sumarycznej amplitudy przemieszczenia w czasie trwania drugiej serii pomiarowej dla punktu nr 3 w kierunku pomiarów Y tj. od 11:00 do 15:00. W celu właściwej interpretacji wykresu należy zaznaczyć że rejestrowane przez system pomiarowy wartości amplitudy przemieszczeń były wartościami sumarycznymi, tzn. dla całego widma częstotliwości drgań i były podwójną amplitudą drgań tj. szczyt-szczyt mierzoną w µm p-p i rejestrowaną co 500 ms.

12 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 11/28 Rysunek 4 Trend sumarycznej amplitudy przemieszczenia dla punktu pomiarowego nr 3 w kierunku Y W ramach każdej serii pomiarowej, dla każdego punktu i kierunku pomiarów z pośród tak zebranych danych wyszukano najwyższe wartości sumarycznej podwójnej amplitudy przemieszczenia przedstawiające momenty wystąpienia podwyższonych drgań podłoża, jednocześnie eliminując pojedyncze przypadkowe piki będące swego rodzaju zakłóceniem. Z uwagi na to że norma [1] mówi o amplitudzie przemieszczenia jako o wartości maksymalnej od położenia równowagi, wartości podwójnej amplitudy zebrane przez system pomiarowy podzielono przez dwa. Maksymalne wartości sumaryczne pojedynczej amplitudy przemieszczenia wraz z datą i godziną wystąpienia zestawiono w tabeli 1. Wytypowane najwyższe wartości sumarycznej pojedynczej amplitudy drgań zawarte w tabeli 1 poddano analizie widmowej, zgodnie z zaleceniami normy [1], w paśmie częstotliwości 0,5 100 Hz.

13 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 12/28 Tabela 1 Najwyższe zarejestrowane wartości sumarycznej amplitudy drgań Punkt i kierunek pomiaru Maksymalna sumaryczna wartość amplitudy przemieszczenia d, µm Data i godzina wystąpienia maksymalnej wartości amplitudy przemieszczenia 1X 1, :27:06 1Y 0, :55:29 2X 1, :38:09 2Y 1, :06:03 3X 1, :38:09 3Y 1, :42:52 4X 1, :42:52 4Y 1, :42:21 5X 0, :11:41 5Y 0, :42:21 6X 0, :46:25 6Y 0, :33:24 Na poniższych rysunkach przedstawiono charakterystyki widmowe dla najwyższych zarejestrowanych poziomów drgań, zestawionych w tabeli 1, dla wszystkich punktów i kierunków pomiarowych na tle stref szkodliwości skali SWD-II według której oceniano wpływ drgań podłoża na budynek Kordegardy. Wyciąg z normy [1] przedstawiający kryteria oceny szkodliwości wg skal SWD-I oraz SWD-II wraz z objaśnieniem znajduje się w pkt. 8 niniejszego sprawozdania. Linie A, A, B, B, C, C, D oraz D oznaczają granice pomiędzy poszczególnymi strefami szkodliwości podane w dwóch wariantach: linie ciągłe A, B, C i D oraz linie przerywane A, B, C i D. Wybór wariantu oceny stanu budynku następuje po zestawieniu odpowiednich jego cech zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie [1]. Najniższa linia ciągła oznacza najwyższe zarejestrowane dla danego punktu pomiarowego wartości drgań w zależności od częstotliwości.

14 Amplituda przemieszczenia d, m Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 13/28 1,0E ,0E ,0E ,0E ,0E ,0E ,0E ,0E ,0E-09 1,0E Częstotliwość drgań f, Hz A A' B B' C C' D D' Punkt 1X Rysunek 5 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 1 i kierunku X odniesiona do skali SWD-II

15 Amplituda przemieszczenia d, m Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 14/28 1,0E ,0E ,0E ,0E ,0E ,0E ,0E ,0E ,0E-09 1,0E Częstotliwość drgań f, Hz A A' B B' C C' D D' Punkt 1Y Rysunek 6 Charakterystyka widmowa dla najwyższego zarejestrowanego poziomu drgań dla punktu pomiarowego 1 i kierunku Y odniesiona do skali SWD-II

26 Amplituda przemieszczenia d, m Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 25/28 8. KRYTERIA OCENY SZKODLIWOŚCI DRGAŃ NA BUDYNKI Na poniższych rysunkach 17 i 18 przedstawiono kryteria podziału na strefy szkodliwości przy stosowaniu skal SWD według normy PN-85/B [1] ,0E-01 SWD-I ,0E-02 IV V ,0E-03 III II D D' ,0E-04 I C C' ,0E-05 B B' A' A 1,0E Częstotliwość drgań f, Hz Rysunek 17 Kryteria podziału na strefy szkodliwości według skali SWD-I

27 Amplituda przemieszczenia d, m Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 26/28 SWD-II ,0E-01 V ,0E-02 IV ,0E-03 III II D D' ,0E-04 I C C' ,0E-05 B A B' A' 1,0E Częstotliwość drgań f, Hz Rysunek 18 Kryteria podziału na strefy szkodliwości według skali SWD-II Norma PN-85/B [1] określa następujące kryteria podziału na strefy szkodliwości: strefa I drgania nieodczuwalne przez budynek; granica A dolna granica odczuwalności drgań przez budynek i dolna granica uwzględnienia wpływów dynamicznych; przy drganiach poniżej tej granicy można nie uwzględniać wpływów dynamicznych,

28 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 27/28 strefa II drgania odczuwalne przez budynek ale nieszkodliwe dla konstrukcji; następuje tylko przyspieszone zużycie budynku i pierwsze rysy w wyprawach, tynkach itp.; granica B granica sztywności budynku, dolna granica powstawania zarysowań i spękań w elementach konstrukcyjnych, strefa III drgania szkodliwe dla budynku, powodują lokalne zarysowania i spękania, przez co osłabiają konstrukcje budynku i zmniejszają jego nośność oraz odporność na dalsze wpływy dynamiczne; może nastąpić odpadanie wypraw i tynków; granica C granica wytrzymałości pojedynczych elementów budynku, dolna granica ciężkich szkód budowlanych; strefa IV drgania o dużej szkodliwości dla budynku i stanowiące zagrożenie bezpieczeństwa ludzi; powstają liczne spękania, lokalne zniszczenia murów i innych pojedynczych elementów budynku; istnieje możliwość spadania przedmiotów zawieszonych, odpadanie płatów wypraw sufitów, wysunięcia się belek stropowych z łożysk itp.; wymagane możliwie szybkie usunięcie źródła drgań lub zmniejszenie jego wpływów; granica D granica stateczności konstrukcji, dolna granica awarii całego budynku; drgania powyżej tej granicy mogą spowodować awarię budynku i zagrażają bezpieczeństwu życia ludzkiego, strefa V drgania powodują awarię budynku przez walenie się murów, spadanie stropów itp.; pełne zagrożenie bezpieczeństwa życia ludzkiego; w przypadku groźby powstania drgań tego typu budynek nie może być użytkowany. 9. PODSUMOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów drgań mechanicznych budynku Kordegardy wchodzącego w skład zabudowań Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie, odnosząc wyniki do skal wpływów dynamicznych SWD zgodnie z normą PN-85/B [1] stwierdzono, że poziom drgań przekazywanych na budynek przez podłoże nie ma w żadnym stopniu negatywnego wpływu na trwałość konstrukcji budynku gdyż wykresy obrazujące maksymalne zarejestrowane poziomy drgań dla każdego punktu i kierunku pomiarów znajdują się w strefie I skali SWD-II.

29 Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie 28/28 Otrzymane wyniki pomiarów jednoznacznie pokazują, że poziom zarejestrowanych drgań pochodzących od podłoża czy też innych czynników zewnętrznych jest na bardzo niskim poziomie o około trzy rzędy wartości niższy niż wartości dla dolnej granicy odczuwalności drgań przez budynek (granica A) zgodnie ze skalą SWD-II. Maksymalna zarejestrowana wartość sumarycznej amplitudy przemieszczenia wynosiła 1,99 µm dla punku 1 w kierunku pomiarowym X. Dla tej wartości sumarycznej poszczególne wybrane najwyższe wartości składowe drgań wynosiły: 0,74 µm amplitudy przemieszczenia wobec 140 µm stanowiących granicę A pomiędzy strefą I i II dla częstotliwości 2 Hz, 0,49 µm amplitudy przemieszczenia wobec 35 µm stanowiących granicę A pomiędzy strefą I i II dla częstotliwości 4 Hz, 0,38 µm amplitudy przemieszczenia wobec 22 µm stanowiących granicę A pomiędzy strefą I i II dla częstotliwości 5 Hz. Dla pozostałych punktów i kierunków pomiarowych wartości drgań były na zbliżonym lub niższym poziomie. Podsumowując można stwierdzić, że zarówno obecne natężenie ruchu kołowego na okolicznych ulicach jak i prowadzone aktualnie prace budowlane w dzielnicy Wilanów w otoczeniu Pałacu nie mają negatywnego wpływu na zabudowania Pałacu w postaci generowania niebezpiecznych drgań przekazywanych przez podłoże. 10. LITERATURA [ 1 ] Norma PN-85/B-2170, Ocena szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki, 31 stycznia 1985