Numerical analysis of the dynamic properties of the building according to the material of the load-bearing walls

openaccess, Vol. 634 (6) 2025 / czwartek, 26 czerwca, 2025

Analiza numeryczna właściwości dynamicznych budynku z uwagi na materiał ścian nośnych

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.06.01

citation/cytuj: Zając M., Kuźniar K., Tatara T. Numerical analysis of the dynamic properties of the building according to the material of the load-bearing walls. Materiały Budowlane. 2025. Volume 634. Issue 06. Pages 1-10. DOI: 10.15199/33.2025.06.01

The article addresses an important, insufficiently explored in the literature, problemof dynamic properties of building structures in the context of the influence of the building materials used. Results of a numerical assessment of the impact of load- -bearing wall construction material on the frequencies and corresponding mode shapes of natural vibrations of a representative low-rise administrative building are presented. Several construction materials for load-bearing walls were considered, and then, using the finite element method (FEM), three-dimensional (3D) numerical models of the building with different material variants for load-bearing walls were analysed. The influence of the properties of load-bearing wall materials on the frequencies and corresponding mode shapes of vibrations was found.

W artykule poruszono ważny, niewystarczająco w literaturze rozeznany, problem dotyczący właściwości dynamicznych konstrukcji budowlanej w kontekście wpływu zastosowanych materiałów budowlanych. Przedstawiono wyniki numerycznej oceny wpływu materiału konstrukcyjnego ścian nośnych na częstotliwości i odpowiadające im formy drgań własnych reprezentatywnego, niskiego budynku administracyjnego. Wytypowano kilka materiałów budowlanych ścian nośnych, a następnie analizowano, z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES), trójwymiarowe modele numeryczne (3D) tego budynku z wybranymi wariantami materiałowymi ścian. Stwierdzono wpływ właściwości materiału ścian nośnych na częstotliwość i odpowiadające jej postacie drgań.
material of building load-bearing wall; numerical 3D model; natural vibration frequency; natural mode shape.

materiał ściany nośnej budynku; numeryczny model 3D; częstotliwość drgań własnych; formy drgań własnych.
  1. Lanczos C. An Iteration Method for the Solution of the Eigenvalue Problem of Linear Differential and Integral Operators. J Res Natl Bur Stand. 1950. DOI:10.6028/jres.045.026.
  2. Ilanko S, Monterrubio LE. The Rayleigh-Ritz Method for Structural Analysis. Wiley, United Kingdom; 2014.
  3.  Bright Wilson E, Decius JC, Cross PC. Molecular Vibrations: the Theory of Infrared and Raman Vibrational Spectra. Mc Graw-Hill: NewYork,USA; 1955.
  4. Pastor M, Binda M, Harcarik T. Modal Assurance Criterion. Procedia Eng. 2012. DOI:10.1016/j.proeng.2012.09.551.
  5. Maciag E. Experimental Evaluation of Changes of Dynamic Properties of Buildings on Different Grounds. Earthq Eng Struct Dyn. 1986. DOI:10.1002/eqe.4290140608.
  6.  Zajac M, Kuzniar K, Tatara T. Influence of Subsoil and BuildingMaterial Properties on Mine-Induced Soil–Structure Interaction Effect. Appl Sci. 2024. DOI:10.3390/app14104164
  7.  PN-EN 1992-1-1: 2008 Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu – Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków. Warszawa: Polski Komitet Normalizacyjny.
  8.  Yew MK, Mahmud HB, Ang BCh, Yew MCh. Influence of different types of polypropylene fibre on the mechanical properties of high-strength oil palm shell lightweight concrete. Constr Build Mater. 2015; http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.04.024.
  9.  Jarmontowicz R, Sieczkowski J. Odkształcalność muru pod wpływem obciążeń. Przegląd Budowlany. 2015; 7-8: 45–8.
  10.  Kubica J, Drobiec Ł, Jasiński R. Badania siecznegomodułu sprężystości murów z cegły. Materiały XLV Konf. Nauk. KILiW PAN i KN PZITB, Wrocław–Krynica 1999, pp. 133–140.
  11. Jasinski R, Drobiec L, PiekarczykA.Mechanical Properties ofMasonry Walls Made of Calcium Silicate Materials Made in Poland. Part 1. Masonry Properties and Compressive Strength. Proc Eng. 2016; https://doi. org/10.1016/j. proeng. 2016.08.755.
  12.  Manos GC,Melidis L, Katakalos K, Kotoulas L,AnastasiadisA, Chatziastrou Ch. Masonry panels with external thermal insulation subjected to in-plane diagonal compression. Case Stud Constr Mat. 2021; https://doi.org/10.1016/j.cscm. 2021.e00538.
  13.  Zahra T, Dorji J, Thamboo J, Asad M, Kasinski W, Nardone A. In- -plane and out-of-plane shear characteristics of reinforced mortarless concrete block masonry. J Build Eng. 2023; https://doi.org/10.1016/j.jo be.2023.105938.
  14.  Kwiecień S. Wybrane przykłady wpływu wody gruntowej na realizację głębokiego posadowienia obiektów budowlanych. Materiały Budowlane. 2025; 02:43–6.
  15.  AlHamaydeh M, Galal K, Yehia S. Impact of lateral force-resisting system and design/construction practices on seismic performance and cost of tall buildings in Dubai, UAE. Earthq Eng Eng Vib. 2013. DOI: 10.1007/s11803-013-0180-2.
  16.  NadhVS, Muthumani K. Critical review on structural light weight concrete. Int J Civ Eng and Technol. 2017; 8 (2): 111–27.
  17.  Bhatt P, Mac Ginley TJ, Choo BS. Reinforced concrete: design theory and examples. 3rd ed. London; New York: Taylor & Francis; 2006.
  18. AnsysMechanicalAPDL StructuralAnalysis Guide, Release 18.2.ANSYS, Inc.: Canonsburg, PA, USA, 2017.
  19. Lipiński J. Fundamenty pod maszyny. Arkady: Warszawa; 1985.
  20. Wolf J. Foundation VibrationAnalysis Using Simple Physical Models. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall Co.; 1994.
dr inż. Maciej Zając, University of the National Education Commission, Institute of Technology
ORCID: 0000-0003-4598-0746
prof. dr hab. inż. Krystyna Kuźniar, University of the National Education Commission, Institute of Technology
ORCID: 0000-0003-4617-9117
prof. dr hab. inż. Tadeusz Tatara, Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering
ORCID: 0000-0002-4071-2358

dr inż. Maciej Zając, University of the National Education Commission, Institute of Technology
ORCID: 0000-0003-4598-0746

Correspondence address: maciej.zajac@uken.krakow.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.06.01

Article in PDF file

Received: 03.01.2025 r. / Artykuł wpłynął do redakcji: 03.01.2025 r.
Revised: 10.02.2025 r. / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 10.02.2025 r.
Published: 24.06.2025 r. / Opublikowano: 24.06.2025 r.