Schwingungsgedämpfte Verbundträger
Im Hochbau ist im Allgemeinen das statische System ein Einfeldträger, dessen Schwingungsverhalten sich vereinfacht durch einen Einmassen-Schwinger beschreiben lässt (Bild 1: Dynamisches Modell). Die Eigendämpfung (logarithmisches Dekrement) beträgt bei üblichen Verbundkonstruktionen nur δ = 0,06.
Bei der verhältnismäßig geringen Eigendämpfung ist es jedoch notwendig, die Eigenfrequenz des Systems zu erhöhen, um spürbare Schwingungen zu vermeiden. Tragkonstruktionen unter Versammlungsräumen mit Tanzveranstaltungen oder Sport- und Messehallen sollten ohne schwingungsdämpfende Maßnahmen eine Eigenfrequenz f von mindestens 5 Hz aufweisen. Um diese Schwingungsanforderung zu erfüllen, sind z. B. die Grundprofile bei weitgespannten Konstruktionen mit Gurtplatten erheblicher Masse zu verstärken (Bild 1).
Wesentlich effizienter ist es jedoch, die spürbaren Schwingungen durch die Begrenzung der Beschleunigungsamplituden az zu reduzieren, anstatt die Eigenfrequenz f des Systems zu erhöhen:
Als Grenzwert der Beschleunigungsamplitude a für Menschen am Arbeitsplatz wird in der Literatur 0,03 m/s² benannt.
Zur Reduzierung der Beschleunigungsamplituden az muss die Dämpfung δ entscheidend erhöht werden. Dies kann durch den Einsatz von Schwingungsdämpfern (Bild 2) realisiert werden. Das Schwingungsverhalten wird spürbar verbessert, und kleinere Eigenfrequenzen f sind zulässig. Zusätzliche Dämpfer erhöhen jedoch die Kosten, benötigen zusätzlichen Konstruktionsraum und sind optisch störend.
Der schwingungsgedämpfte Verbundträger (Bild 3) folgt deshalb der Idee, Massen, die ohnehin im Tragsystem vorhanden sind, zur Schwingungsdämpfung zu nutzen.
Kurzbeschreibung
Das statische System eines schwingungsgedämpften Verbundträgers entspricht einem unterspannten Träger. Das Zugband ist an den Enden fest mit dem Träger verbunden und beteiligt sich entsprechend am Lastabtrag. An Zwischenpunkten ist das Zugband an Federn aufgehängt, die selbst eine Dämpfung besitzen. Dadurch wirkt das Zugband als Dämpfermasse und erhöht mit den Federn die Dämpfung δ des Systems entscheidend.
Schwingungsgedämpfte Verbundträger lassen sich in den unterschiedlichsten Varianten ausführen:
- „Echte“ unterspannte Träger
- Fachwerkträger
- Vollwandbinder
Beispiel:
Im zweiten Abschnitt der zweigeschossigen Messehalle A in Berlin haben wir 229 Träger als schwingungsgedämpfte Verbundträger ausgeführt.
Um die Eigenfrequenz auf 5 Hz zu verbessern, wurde im ersten Bauabschnitt der Untergurt der Träger mit einer zusätzlichen Gurtplatte verstärkt, so dass der Stahlverbrauch auf ca. 18 t je Träger anstieg. Trotz der erzielten Eigenfrequenz von 5,2 Hz ist das von Personen empfundene Schwingungsverhalten aufgrund der geringen Eigendämpfung nicht optimal.
Im zweiten Bauabschnitt haben wir deshalb eine andere Lösung umgesetzt und erstmalig den schwingungsgedämpften Verbundträger eingesetzt
Der optimierte Träger mit einer Eigenfrequenz von 3,8 Hz, führte aufgrund der durch den Schwingungsdämpfer erhöhten Systemdämpfung zu einem optimalen dynamischen Verhalten ohne wahrnehmbare Schwingungen. Das Stahlgewicht reduzierte sich um ca. 45 Prozent auf ungefähr 10 t je Träger.
Vollwandbinder sind dabei architektonisch ansprechend, z. B. als Fischbauträger wie beim Bauvorhaben Rudower Straße in Berlin oder als normale Schweißträger mit parallelen Gurten ausführbar. Das Zugband ist dabei entweder unter dem Untergurt angeordnet oder wird beidseitig vom Steg geführt. Die zweite Möglichkeit bietet sich insbesondere für die einfache Befestigung einer kastenförmigen Brandschutzverkleidung des gesamten Trägerquerschnittes an.
Das System des schwingungsgedämpften Verbundträgers lässt sich individuell sowohl auf die ästhetischen als auch auf die wirtschaftlichen Erfordernisse des Bauvorhabens anpassen.
Unsere Schwingungsgedämpften Verbundträger sind patentrechlich geschützt.
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