C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gW indtr illingencement 2006 142Een bekend voorbeeld van eengebouw met onaangenaam hogeresonantieverschijnselen, is dezogenoemde `staalbouwflat' inDelft, die enkele jaren geleden,naar aanleiding van veel klachtenvan bewoners, is voorzien vanextra verstijvingen.Uiteindelijk zijn het vooral destijfheid, de massa en de dempingvan het gebouw die bepalen hoe-veel een gebouw kan trillen. Ditbepaalt of je op grote hoogte com-fortabel kunt werken, leven en sla-pen. In principe heeft de construc-teur voldoende controle op demassa en de stijfheid van eenhoogbouw en kan hij deze tweeparameters gebruiken om het tril-lingscomfort te verhogen. Het ver-stijven van een constructie is eenmaatregel die vaak wordt geno-men om windtrillingen te reduce-ren. Aan de andere kant is er nogweinig kennis van demping. Goedgebruik van demping zou kunnenleiden tot een effici?nter ontwerp.Naast de gebouweigenschappenspeelt bij de beoordeling van demogelijke trillingsniveaus ook deperceptie van de gebruiker van degebouwen een rol. In dit artikelwordt met name daarbij stilge-staan.P e r c e p t i e v a n t r i l l i n g e nVoelbare trillingen kunnen hin-derlijk of schadelijk zijn voor demens (fig. 1). Dit kan zich mani-festeren in concentratieproblemenbij geestelijke kantoorarbeid, eenafname van de gezichtswaarne-ming, vermoeidheid, prikkelbaar-heid of in slaapstoornissen,bewegingsziekte (waaronder mis-selijkheid) en achteruitgang in degezondheid. De laatste twee effec-ten treden alleen op bij betrekke-lijk hoge versnellingen. Voelbaretrillingen liggen in het frequentie-gebied tussen 0,1 en 80 Hz. Com-fort in een gebouw betekent ondermeer dat trillingen voor het over-grote gedeelte van de gebruiks-duur niet mogen worden waarge-nomen. Vandaar dat dewaarnemingsgrens van trillingenals een ondergrens kan wordenbeschouwd.Het ervaren van trillingen is eencomplex samenspel tussen diversezintuigen. De waarneming vantrillingen hangt van zowel internePerceptie van windtrillingenin hoogbouwir. G. Esposito en dr.ir. C.P.W. Geurts, TNO Bouw en Ondergrond,DelftHoge gebouwen vangen veel wind. Bovenin hoge gebouwen is bij storm vaakeen aardige slingering merkbaar. Dat is vervelend bij hoog werken, maar nogvervelender bij hoog wonen. Deze resonantieverschijnselen kunnen zo sterkzijn, dat mensen die in die gebouwen verblijven ze als onaangenaam ofonveilig ervaren.windtrillingenhinderverlies aan functionaliteitextra kosten1 |Effect van wind opgebouwen2 |Bewegingsrichtingenmens: zittend, staand,liggendC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gW indtr illing encement 2006 1 43als externe factoren af. Internefactoren hebben te maken met desubjectieve sfeer van het individuen kunnen verder worden ver-deeld in psychoanalytische enmedische factoren. Externe facto-ren zijn het windklimaat en derespons van gebouw en onderde-len op de windbelasting. Bij Iaag-frequente trillingen zijn ogen,evenwichtsorgaan en buik domi-nant, terwijl bij hogere frequen-ties gehoor, huid en bewegingsap-paraat een grotere rol spelen.Het verschil in de waarnemings-grenzen van een trilling die wordtwaargenomen is groot, zowel tus-sen personen onderling als bij eenpersoon die moet aangeven wan-neer de trilling absoluut niet enabsoluut wel wordt waargenomen.Of een mens hinder van een tril-ling ondervindt is afhankelijk vanin wat voor houding een persoonzich bevindt (fig. 2) en met welkeactiviteit de persoon bezig is. Ineen liggende positie is een mensbijvoorbeeld gevoeliger voor tril-lingen dan staand of zittend. Van-daar dat hier bij de normeringonderscheid wordt gemaakt naarbewegingsrichting van de mens.H i n d e r v a n t r i l l i n g e nOm een ontwerpgrens voor tril-lingen in gebouwen vast te stel-len kunnen twee methodes wor-den gevolgd [1]. In de eerstemethode worden de trillingen dieworden waargenomen of die eenbepaalde ontwerpgrens over-schrijden, gedurende een periodenaar rato bij elkaar opgeteld. Hettotaal moet een bepaald maxi-mum niet overschrijden. Op dezewijze kunnen zowel grote alskleine trillingen in diverse fre-quentiegebieden met elk eenandere waarneminggrens wordenopgeteld.In de tweede methode wordt eenmaximaal toelaatbare versnellingbepaald, veroorzaakt door eenextreme windbelasting met eenbepaalde herhalingstijd (de ont-werpstorm). De versnelling inrelatie tot de herhalingstijd wordtzodanig gekozen dat de tril-lingshinder voor het overgrotedeel van de gebruikers als accep-tabel wordt bevonden. Implicietgaat deze wijze van normstellingervan uit dat alle andere versnel-lingen boven de waarnemings-grens veroorzaakt door windbe-lastingen met kleinereherhalingsperiodes dan de ont-werpstorm, eveneens door degebruikers als acceptabel wordenbevonden. Deze methode wordtvaak gebruikt voor de toetsingvan Iaagfrequente trillingen ingebouwen.Een van de eerste onderzoekenverricht naar windtrillingen inhoge gebouwen was gebaseerd opde eerste methodiek [2]. Op basisvan de ervaringen van de gebrui-kers in de onderzochte gebouwenis een overzicht opgesteld vanversnellingen die worden beoor-deeld van waarneembaar totontoelaatbaar. [2] ging niet in opde tijdsafhankelijkheden, waaron-der de herhalingstijd waarin dezeversnellingen mogen optreden.Deze waarden zijn vergelekenmet de criteria uit ISO 6897 [3].De resultaten van [2] in het laag-frequente gebied van 0,10 Hz tot0,25 Hz stemmen goed overeenmet [3].Op de tweede methodiek is eenontwerpgrens gesteld die tot doelheeft dat slechts 2% van degebruikers in een gebouwbezwaar maakt tegen trillingen [4].Dit heeft geresulteerd in eenmaximaal toelaatbare versnellingvan a= 0,049 m/s2in de twintigmeest hevige minuten onder eenextreme windbelasting met eenherhalingstijd van zes jaar.ISO basiscurvefrequentie (Hz)RMSversnelling(m/s2)0,10,1 1 100,010,001ISO basiscurve *8NEN 6702 woningenISO gebouwenISO basiscurve *16NEN 6702 kantorenSBR B kantoren cont. trilling. korte periode3 |Vergelijking van NEN6702 met ISO 6897 enISO 26314 |De luchtverkeerscontro-letorens onderzocht inde studie van de univer-siteit van SydneyC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gW indtr illingencement 2006 144N o r m a t i e v e s i t u a t i e v o o rw i n d t r i l l i n g e nEr bestaat in de wereld een aantalnormen inzake trillingen. Demeeste zijn gericht op industri?letrillingen, dat wil zeggen de tril-lingen in het frequentiegebiedtussen 1 en 80 Hz. Weinige zijnechter gericht op windtrillingen(in het frequentiegebied tussen0,1 en 1 Hz) in gebouwen ener-zijds en anderzijds is er geenuniformiteit op dit gebied, nochwat betreft de meetmethoden,noch wat betreft de criteria voorhinder.In Nederland zijn zowel hetNormblad NEN 6702 [5] als deSBR-Richtlijn B [6] relevant.De grenswaarden volgens [5]gaan uit van een maximaal toe-laatbare versnelling met een her-halingstijd van 1 jaar, terwijl dewindtrillingen door sommigegebruikers van het gebouw fre-quenter kunnen worden waarge-nomen [1]. Ter vergelijking is deherhalingstijd volgens ISO 2631[7] gelijk aan 5 jaar. De grens-waarde voor trillingen in eengebouw is daarbij afhankelijk ge-steld van de volgende vier crite-ria:1. functie van het gebouw;2. percentage gebruikers dathinder ondervindt;3. herhalingstijd;4. frequentie.De eisen voor kantoren zijn nubijvoorbeeld lichter dan voorwoongebouwen. Uitgangspunt in[5] is de eis dat in het frequentie-gebied tussen 1 en 10 Hz de top-waarde van de horizontale ver-snelling hoogstens eenmaal perjaar de waarde van 0,1 m/s2over-schrijdt. Bij frequenties lager dan1 Hz geldt een iets hogere toe-laatbare waarde. De toetsingspro-cedure maakt echter niet directduidelijk hoe vaak de gebruikersde trillingen zullen waarnemen.De grenzen van waarneming enhinder kunnen dicht bij elkaarliggen. De grenswaarden voor deeerste categorie, waaronder kan-toorgebouwen, zijn een factor 2hoger dan de grenswaarden voorde tweede categorie, waaronderwoongebouwen. Een dergelijkverschil tussen woningen en kan-toren is eveneens te vinden in [7].In vergelijking met de internatio-nale normen voor trillingen ingebouwen (fig. 3) is de Neder-landse norm veel minder streng.De trillingsnorm volgens [5] iseen factor 2,6 hoger dan de tril-lingsnorm volgens [3] bij de fre-quentie f = 1 Hz en herhalings-tijd R = 1 jaar. Voor zover [6] vantoepassing kan worden verklaardop windtrillingen, geeft de streef-waarde behorende bij continuetrillingen over een korte periodevan D < 1 dag bij de frequentief = 1 Hz een waarde die een fac-tor 1,6 groter respectievelijk eenfactor 1,6 kleiner is dan de tril-lingsnorm volgens [3] en [5].O n d e r z o e k n a a r p e r c e p t i ev a n w i n d t r i l l i n g e nHet recente onderzoek naar deperceptie van windtrillingen inhoge gebouwen kan worden uitge-splitst in twee categorie?n. In deeerste categorie vallen alle inven-tarisaties van bewonersreacties naeen significante windstorm.Inventarisatie van menselijkereacties wordt vaak uitgevoerdmet enqu?tes. De ondervraagdemoet een aantal vragen beant-woorden over de waarnemingen,de psychische conditie en demogelijke symptomen van misse-lijkheid tijdens een windstorm.De inventarisatie van de menselij-ke reacties wordt aan metingenvan de gebouwbeweging gekop-peld om een directe relatie vast testellen tussen bewegingsamplitu-de, bewegingsfrequentie en men-selijke perceptie. De voorstandersvan deze methodiek stellen datalleen een onderzoek onder wer-kelijke omstandigheden en zonderpreventieve afspraken met debewoners kan leiden tot zuivereresultaten. Nadelen van deze aan-pak zijn de sterke afhankelijkheidvan het onderzoek van het weer,het type gebouw en de omgevingvoor wat betreft de visuele percep-tie van de beweging.Een van de meest recente onder-zoekprogramma's van deze soortis in Australi? uitgevoerd (foto 4).Daarbij werden medewerkers opde luchtverkeerscontroletoren vantwee Australische vliegveldenge?nterviewd over de perceptie5 |De dynamische range vande simulator (links) eneen foto van de simula-tor in het lab van de uni-versiteit van Sydney50010050105,00,1 0,2 0,5 1,0versnelling(milli-g),bouwhoogte(m)frequentie (Hz)versnellingbouwhoogteC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gW indtr illing encement 2006 1 45van windtrillingen na windstor-men van vari?rende intensiteit.De resultaten van het onderzoektonen dat de perceptie en de hin-dergrenzen sterk frequentie-afhankelijk zijn.De tweede categorie bestaat uitlaboratoriumonderzoek waarinmensen in een zogenoemdesimulator worden geplaatst en aanbewegingen worden blootgesteld.Zowel de psychische als de fysi-sche reacties van de mensen wor-den gemeten. De eerste kunnenworden gemeten met psychologi-sche testen tijdens het experi-ment, terwijl de tweede bestaanuit een aantal medische metingenzoals bloeddruk, hartslag, enz.Het is duidelijk dat een testpro-gramma in een simulator veelgedetailleerde informatie levert.Andere voordelen zijn de moge-lijkheid om meer testen in kortetijd uit te voeren en de mogelijk-heid om de fysiologisch-menselij-ke reactie aan de beweging te kop-pelen.Er zijn ook nadelen in het gebruikvan een simulator. Een is het feitdat mensen psychologisch op hetonderzoek zijn voorbereid. Deresultaten zijn daardoor niet hele-maal random, omdat het verras-singseffect ontbreekt. Andernadeel is dat trillingsperceptie oftrillingshinder afhangt van decomplexe interactie van een mensmet andere mensen of met deomgeving. Beide kunnen niet ineen simulator worden gereprodu-ceerd. Recentelijk is simulatoron-derzoek uitgevoerd door de uni-versiteit van Sydney (fig. 5). Detrillingsperceptie en trillingshin-der van een groep mensen wasonderzocht met een simulator diemet frequenties tussen 0,1 en0,5 Hz horizontaal kan bewegen.Deze frequenties zijn typisch voorgebouwen met hoogte tussen de100 en de 500 m. Uit het onder-zoek is gebleken dat de bewegingvan het hoofd kritisch is voor tril-lingsperceptie en -hinder.T e n s l o t t eHoogbouw wint in Nederland delaatste jaren aan populariteit.Daarbij loopt men tegen hetprobleem aan dat bestaandeoplossingen en regelgeving tenaanzien van constructie, (brand)-veiligheid, gezondheid en com-fort zijn ontwikkeld op basis vanervaring met minder hoge gebou-wen. In het ontwerpstadiummoet rekening worden gehoudenmet een hoge mate van interactietussen deze aspecten. TNO is ditjaar begonnen met het meten vantrillingen op voor de Nederlandsesituatie representatieve, hogegebouwen (foto 6). Doel van demetingen is het bepalen van hetwerkelijke gedrag (respons) vanmoderne hoogbouw en van deaanvaardbare respons ten aan-zien van constructieve veiligheiden comfort. Naar verwachting zalhierover in de toekomst verderkunnen worden gerapporteerd. nL i t e r a t u u r1. Laurentius, A., DynamischGedrag van het Gerechtsge-bouw in Zwolle onder Wind-belasting. Afstudeerwerk, TUDelft, 2004.2. Chang, F.K., Wind Movementin Tall Buildings. Civil Engi-neering, Proc.of the AmericanSociety of Civil Engineers 37.3. ISO 6897:1984, Guidelines forthe evaluation of the responseof occupants of fixed structu-res, especially buildings andoffshore structures, to low-fre-quency horizontal motion(0,063 to 1 Hz). InternationalOrganization for Standardiza-tion, Geneva, Switzerland,1984.4. Hansen, R.J., J.W. Reed &E.H. Vanmarcke, Human Res-ponse to Wind-InducedMotion of Buildings. J. Struct.Div., ASCE, V99, July 1973.5. NEN 6702:2001/A1:2005,Technische grondslagen voorbouwconstructies - TGB 1990 -Belastingen en vervormingen.6. SBR-Richtlijn B, Hinder voorpersonen in gebouwen doortrillingen. Stichting Bouwre-search, Rotterdam, 2002.7. ISO 2631-2:1989, Evaluation ofhuman exposure to whole-body vibration ? Continuousand shock-induced vibrationin buildings (1 to 80 Hz).International Organization forStandardization, Geneva, Swit-zerland, 1989.6 |Het plaatsen van trillings-opnemers voor eenmeting