Vibration of long-span floors in sport facilities

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2017-09-25
Department
Major/Subject
Rakennetekniikka
Mcode
R3001
Degree programme
Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
58+61
Series
Abstract
Recently, significant floor vibration problems have arisen due to rhythmic activities in sport facilities. The main reasons for these problems are increased human activities, increased floor spans, as well as low damping and mass in structures. The principal factor behind most mechanical vibration problems in buildings is resonance. Resonance occurs when a structure is subjected to a dynamic force with a frequency close to the natural frequency, which causes an excessive amplification of vibration. Increased floor vibration may also result in other disturbances, such as structure-borne sound. However, the principal factor behind most acoustic problems is impact forces. Therefore, the aim of this thesis is to introduce approaches to estimate floor vibrations and clarify what considerations to make when designing long-span floor structures in sport facilities for both vibration serviceability and acoustic performance. Floor vibrations of three different floor structures; a concrete structure, a concrete element structure and a steel-concrete composite structure; are estimated using design guides and finite element analysis (FEA) software. The acoustic performance of these floor structures is analysed in FEA software. The results show that floor structures subjected to rhythmic excitation require a high natural frequency to avoid resonant behavior. When the natural frequency is higher than approximately 9 Hz, there is no significant floor acceleration. Furthermore, heavyweight floor structures are less sensitive to vibrations. The natural frequencies are lower in the design guide calculations, compared to the results in the FEA software. All analyzed floor structures meet the recommended acceleration limits for occupants in a sport facility. However, neither of the floor structures, with no added vibration isolation, satisfies the criteria for impact sound insulation in sport facilities.

Betydande problem med golvvibrationer i idrottslokaler har uppstått på senare tid på grund av rytmiska aktiviteter. Orsakerna till dessa problem är huvudsakligen ökade mänskliga aktiviteter, längre spann samt mindre dämpning och massa i konstruktioner. Den huvudsakliga faktorn bakom mekaniska vibrationsproblem i byggnader är resonans. Resonans uppstår när en konstruktion blir utsatt för en dynamisk kraft med en frekvens som är nära egenfrekvensen, vilket orsakar häftiga vibrationer. Ökade golvvibrationer kan även resultera i andra olägenheter såsom stomljud. Stötkrafter är ändå den huvudsakliga faktorn bakom akustikproblem. Syftet med denna avhandling är att presentera tillvägagångssätt för att uppskatta golvvibrationer och klargöra vad som bör tas i beaktande när man planerar golvkonstruktioner med långa spann i idrottslokaler, med hänsyn till både vibrationer och akustik. Golvvibrationer i tre olika golvkonstruktioner; en betongkonstruktion, en betongelementskonstruktion och en samverkanskonstruktion; uppskattas med användning av designguider och FEA-mjukvara. Golvkonstruktionernas akustiska egenskaper analyseras i FEA-mjukvara. Resultaten visar att golvkonstruktioner som belastas rytmiskt kräver en hög egenfrekvens för att undvika resonans. När egenfrekvensen är högre än ungefär 9 Hz är accelerationen i golvet inte anmärkningsvärd. Dessutom är tunga golvkonstruktioner mindre känsliga för vibrationer. Egenfrekvenserna är lägre i designguide-beräkningarna jämfört med resultaten i FEA-mjukvaran. Alla analyserade golvkonstruktioner uppfyller de rekommenderade accelerationsgränserna i idrottslokaler. Golvkonstruktionerna, som inte har någon tilläggsdämpning, uppfyller däremot inte kriterierna för stegljudsisolering i idrottslokaler.
Description
Supervisor
Kiviluoma, Risto
Thesis advisor
Leino, Veikko
Nissinen, Hannu
Keywords
floor, vibration, rhythmic activity, natural frequency, impact sound insulation
Other note
Citation