Assessment of vibration control criteria for tall buildings

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Sivill, Arto
dc.contributor.advisor Nissinen, Hannu
dc.contributor.author Virtanen, Eero
dc.date.accessioned 2015-06-23T11:05:58Z
dc.date.available 2015-06-23T11:05:58Z
dc.date.issued 2015-06-08
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/16673
dc.description.abstract The estimation methods and acceptance criteria of wind-induced vibrations of tall buildings have been studied in this master’s thesis. A literature survey on different building codes and guidelines has been made on this subject. The physical phenomena and principles behind the behaviour of dynamically sensitive structures as well as vibration response estimation methods under wind loading have been presented. The difficulties included in precisely estimating building dynamic response under wind loading have been identified. The characteristics of wind itself as well as the prediction of dynamic properties of the building itself are the main sources of difficulty and error in the estimates. Different approaches, both traditional and newer advancements, have been studied to counter these problems and the usefulness and limitations of these methods has been evaluated. As a case study a mid-rise office building to be built in Helsinki has been studied. Vibration acceleration values have been calculated using the Eurocode, Architectural Institute of Japan guidelines, Australian/New-Zealand standard and a literature reference supplementary to the ASCE standard. A large variation in the results is observed, but reflecting the results from different design guidelines to respective acceptance criteria, the results are unambiguous: vibration levels as given by the guidelines are acceptable for an office building. As a possible method for more accurate analysis dynamic finite element calculations in the time domain have also been made based on wind pressure measurements acquired from a Japanese wind tunnel experiment database. The analysis showed noticeably larger acceleration values than predicted by the guideline methods and the possible reasons behind this result are discussed. The analysis method has also been found out as too cumbersome for use in design practice. Two different modifications to the original structural design aimed at further reducing vibration acceleration are also presented: adding stiffness to the structure and adding extra damping. Both work at reducing peak acceleration values, but an additional damper system is more efficient at reducing vibration levels. However, such systems are for other, e.g. economical, reasons usually not feasible in mid-rise buildings. en
dc.description.abstract Tässä diplomityössä on tutkittu tuulen korkeisiin rakennuksiin aiheuttaman värähtelyn arviointimenetelmiä sekä hyväksymiskriteereitä. Aiheesta on tehty kirjallisuustutkimus eri maiden rakennusmääräyksiin ja –ohjeisiin. Fysikaaliset periaatteet ja ilmiöt sekä useita erilaisia laskentamenetelmiä dynaamisesti herkkien rakenteiden käyttäytymisestä tuulikuormituksessa on myös esitetty. Haasteet rakennuksen tuulikuormituksen värähtelyvasteen tarkassa ennustamisessa on eritelty. Suurimmat ongelmat ja virhelähteet liittyvät tuulen ominaisuuksiin sekä rakennuksen dynaamisten ominaisuuksien tarkkaan määrittämiseen suunnitteluvaiheessa. Työssä on esitetty useita lähestymistapoja, sekä perinteisiä että uudempia kehitysaskelia, näiden haasteiden ratkaisemiseen. Eri menetelmien käyttökelpoisuutta sekä käytön rajoitteita on myös arvioitu. Työssä on tehty esimerkkilaskenta Suomen mittakaavassa korkealle, Helsinkiin sijoitettavalle tornitalolle. Värähtelyvasteen kiihtyvyyden huippuarvot on laskettu Eurokoodin, japanilaisen AIJ ohjeistuksen, Australian/Uuden-Seelannin rakennusmääräysten sekä amerikkalaista ASCEnormia täydentävän kirjallisuuslähteen mukaan. Vaikka tuloksena saaduissa arvoissa on merkittävää hajontaa, verrattaessa kunkin normin antamia kiihtyvyysarvoja vastaaviin hyväksymiskriteereihin, osoittavat kaikki normien mukaiset laskentamenetelmät värähtelytasojen olevan hyväksyttäviä toimistorakennukselle. Työssä on tehty myös kokeellinen tarkempi analyysi aikatasossa dynaamisella elementtimenetelmälaskennalla, jolla on yritetty simuloida rakenteen todellista käyttäytymistä tuulessa. Analyysin pohjana on käytetty japanilaisesta tuulitunnelikoetietokannasta saatuja tuulen painekertoimien arvoja. Tuloksena saadut kiihtyvyysarvot ovat merkittävästi suurempia kuin normien ennusteet ja mahdollisia syitä tähän on pohdittu. Kyseinen menetelmä on myös todettu merkittävästi työläämmäksi kuin normien laskentamenetelmät, eikä sen käyttöä käytännön suunnittelutyössä voi siksi pitää mielekkäänä. Työssä on myös esitetty kaksi vaihtoehtoista tapaa rakenteen vasteen rajoittamiseksi: rakenteen jäykkyyden lisääminen sekä vaimennuksen lisääminen. Kummatkin menetelmät toimivat ylimpien kerrosten vaakakiihtyvyyksien rajoittamisessa, mutta alustavan analyysin perusteella vaimennuksen lisääminen rajoittaa värähtelyä tehokkaammin, joskaan se ei muista, esimerkiksi taloudellisista, syistä olekaan tämän korkeusluokan rakennuksissa järkevää. fi
dc.format.extent 71+20
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Assessment of vibration control criteria for tall buildings en
dc.title Korkeiden rakennusten värähtelykriteerien tarkastelu fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword wind load en
dc.subject.keyword vibration en
dc.subject.keyword tall building en
dc.subject.keyword FEM en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201506303506
dc.programme.major Rakennetekniikka fi
dc.programme.mcode R3001 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Kiviluoma, Risto
dc.programme Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account