DE10125741A1 - Schwingungsgedämpftes Trägersystem sowie Verfahren zur Schwingungsdämpfung - Google Patents
Schwingungsgedämpftes Trägersystem sowie Verfahren zur SchwingungsdämpfungInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trägersystem mit mindestens einem Träger (1) und zumindest einer Stütze (2), wobei der Träger (1) an der Stütze (2) befestigt ist und relativ zu der Stütze (2) begrenzt bewegbar ist sowie ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung von Trägersystemen mit mindestens einem Träger und mindestens einer Stütze, die begrenzt relativ zueinander beweglich sind. Um ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung bzw. ein entsprechend schwingungsgedämpftes Trägersystem zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig zu verwirklichen ist und gegenüber den bekannten Trägersystemen bessere Dämpfungseigenschaften hat, wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Relativbewegung gedämpft wird. Hinsichtlich des Trägersystems wird vorgeschlagen, daß zwischen Träger (1) und Stütze (2) oder zwischen Träger (1) und einem mit der Stütze starr verbundenen Teil (4) eine Einrichtung zur Dämpfung der Relativbewegung vorgesehen ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung von Trägersyste
men mit mindestens einem Träger und mindestens einer Stütze, die begrenzt relativ zueinander
beweglich sind, sowie ein schwingungsgedämpftes Trägersystem.
Solche Trägersysteme sind im Hochbau seit langem bekannt. Oftmals sind diese als Verbund
trägersysteme ausgebildet, wobei ein Verbundträger im wesentlichen aus einem ersten, auf Zug
belastbaren Element sowie einem mit dem ersten Element fest verbundenen zweiten, auf Druck
belastbaren Element besteht. Solch ein Verbundträger ist zum Beispiel in der DE-22 06 140
beschrieben.
Brücken und zum Beispiel auch die Decken von großen Hallen werden häufig mit derartigen
Verbundträgern gespannt, wobei die auf Zug belastete Komponente im allgemeinen ein Stahl
träger mit Doppel-T-Profil ist, der im Bereich seiner beiden Enden auf entsprechenden Auflager
flächen bzw. Stützen zumeist gelenkig aufliegt bzw. aufgehängt ist. Derartige Stahlträger halten
sehr hohen Zugkräften stand. Sie sind auch bereits, bezogen auf den Materialeinsatz, relativ
biegesteif, wobei im Falle einer gleichmäßigen, über die Länge zwischen den Auflagerpunkten
verteilten Belastung eine Durchbiegung auftritt und wobei das Biegemoment von den Enden her
zur Mitte hin kontinuierlich zunimmt und im wesentlichen die Form einer Parabel mit einem
Scheitelpunkt in der Mitte des Trägers bildet. Nach üblichen Konventionen wird ein derartiges
Biegemoment als positives Biegemoment bezeichnet und berücksichtigt.
Im allgemeinen läßt sich die Biegesteifigkeit des Stahlträgers im Verbund mit einem auf Druck
belastbaren bzw. druckfesten Element noch beträchtlich erhöhen. Dieser Verbund wird mit einer
Betonschicht bzw. Betonplatte hergestellt, die auf der Oberseite bzw. dem Obergurt oder Ober
flansch des Stahlträgers aufliegt und die an mehreren Stellen fest mit dem Stahlträger verbun
den ist. Im allgemeinen werden für diese Verbindungen sogenannte Kopfbolzendübel verwen
det, d. h. mit Kopf versehen Stahlstifte, die an den Oberflansch angeschweißt werden und von
diesem nach oben vorstehen. Nach der Verschalung für eine Deckenplatte, in welche der Stahl
träger integriert ist, wird dann der Beton gegossen und umfließt die Kopfbolzen, so daß eine
feste Verbindung zwischen der Betonplatte und dem darunterliegenden Stahlträger hergestellt
wird.
Daß die Biegesteifigkeit eines solchen Verbundträgers gegenüber dem für sich allein betrachte
ten Stahlträger erheblich verbessert wird, ergibt sich aus der folgenden Betrachtung. Wird der
Stahlträger an beiden Enden aufgelegt und über seine Länge hinweg gleichmäßig belastet, so
ergibt sich eine Durchbiegung mit einem in der Mitte maximalen Biegemoment. Bei Kräfte
gleichgewicht bedeutet dies, daß der Obergurt bzw. der obere Flansch des Stahlträgers dabei
gestaucht wird, während der Untergurt bzw. der untere Flansch eine Dehnung erfährt. Die
Stauchungen und Dehnungen sind jeweils im mittleren Bereich des Trägers maximal, weil hier
das größte Biegemoment auftritt. Bei symmetrischer Ausbildung des Doppel-T-Trägers verläuft
innerhalb des Stahlträgers eine neutrale Linie, entlang welcher das Material weder eine Stau
chung noch eine Dehnung erfährt. Wird lediglich ein Träger betrachtet, dann verläuft diese Linie
genau entlang der Mitte des den Obergurt und den Untergurt des Trägers verbindenden Ste
ges. Im Falle des Verbundträgers hat die mit dem Obergurt eines Doppel-T-Trägers fest ver
gossene und ohnehin harte Betonplatte in dem bei der Durchbiegung Druckkräfte aufnehmen
den Bereich einen wesentlich größeren Querschnitt als der Obergurt des Stahlträgers und setzt
daher den auftretenden Druckkräften einen wesentlich größeren Widerstand entgegen als der
Obergurt des Stahlträgers allein. Die mit dem Obergurt fest verbundene Betonplatte läßt also
nur eine geringe Stauchung des Obergurtes zu, so daß sich die neutrale Linie in der Richtung
des Obergurtes verschiebt und für die Aufnahme der Zugkräfte ein größerer Querschnitteil des
Stahlträgers zur Verfügung steht, wobei durch die Verschiebung der neutralen Linie auch bei
gegebener Dehnung des Untergurtes der Widerstand gegen eine Durchbiegung erhöht wird. Mit
anderen Worten wird die Durchbiegung bei gegebener Belastung erheblich verringert, so daß
das System insgesamt biegesteifer wird.
Ein solcher Träger oder auch Verbundträger, der an seinen beiden Enden auf entsprechenden
Auflagerflächen aufliegt, stellt dennoch ein schwingungsfähiges Gebilde dar, da bei Belastung
immer noch eine, wenn auch geringe elastische Verformung bzw. Durchbiegung auftritt. Dabei
nimmt die Resonanzfrequenz eines solchen schwingungsfähigen Gebildes mit der Vergröße
rung des Abstandes der Auflagepunkte immer weiter ab und gerät damit in einen Frequenzbe
reich, innerhalb dessen auch typische Belastungen durch Menschen, Fahrzeuge und sonstige
Maschinen auftreten. Daher sollten Hallen, die von Fahrzeugen, z. B. Gabelstaplern, befahren
werden oder in denen sich größere Menschenmengen aufhalten und bewegen, möglichst keine
tragenden Elemente haben, deren Resonanzfrequenz im Bereich zwischen etwa 1 und etwa 3 Hz
liegt.
In letzter Zeit werden Träger und Deckenkonstruktionen im Hochbau in zunehmendem Maße
schlanker, d. h. mit größeren Stützweiten und/oder kleineren Konstruktionshöhen und mit gerin
gerem Eigengewicht ausgeführt. Dies hat aufgrund der damit verbundenen Verringerung der
Eigenfrequenz zur Folge, daß durch sich auf diesen Konstruktionen bewegende Menschen
Schwingungen induziert werden, die sich in dem Resonanzbereich dieser Trägerkonstruktion
befinden können und sich somit störend auf das Wohlbefinden der Nutzer und im Extremfall auf
die Stabilität der Konstruktion auswirken. Daher werden, wenn die geometrischen Vorgaben der
planenden Architekten derartige Konstruktionen erfordern, konstruktive Maßnahmen ergriffen,
um die auftretenden Schwingungen zu dämpfen.
So ist es beispielsweise bekannt, Schwingungsdämpfer vorzusehen, die zusätzliche Einzel
massen aufweisen und mittels stark dämpfender Federn mit dem Biegeträger verbunden sind.
Des weiteren ist aus der DE 44 25 310 bekannt, Bauteile, die ohnehin im Biegeträger vorhan
den sind, wie z. B. aussteifende Gurtplatten, als Tilgermassen zu verwenden. Dabei soll der
Begriff "Tilgermasse" zum Ausdruck bringen, daß durch diese Masse Schwingungen aufgefan
gen bzw. "getilgt" werden.
So werden beispielsweise Relativbewegungen zwischen einzelnen Schichten des Biegeträgers,
die aus Schubverformungen der einzelnen Schichten resultieren, wie z. B. der Bewegung der
Betonplatte gegenüber dem Stahlträger, genutzt, um Energie zu dissipieren. Dazu werden zwi
schen die Schichten dämpfende Zwischenlagen eingebracht. Die Relativbewegungen in hori
zontaler Richtung zwischen den Schichten sind jedoch sehr gering, so daß die Energieentnah
me in vielen Anwendungsfällen zu gering ist, um eine ausreichende Dämpfung zu erzeugen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schwingungs
dämpfung bzw. ein entsprechend schwingungsgedämpftes Trägersystem zur Verfügung zu stel
len, das kostengünstig zu verwirklichen ist und gegenüber den bekannten Trägersystemen bes
sere Dämpfungseigenschaften hat.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Trägersystem
mit mindestens einem Träger und mindestens einer Stütze, bei denen Träger und Stütze be
grenzt relativ zueinander beweglich sind, die Relativbewegung gedämpft wird. Es wurde näm
lich erkannt, daß die Relativbewegung zwischen Träger und Stütze im allgemeinen um minde
stens eine Größenordnung größer ist als die Relativbewegung innerhalb der Schichten des Bie
geträgers. In der Regel werden die Träger wegen der einfachen Verbindungstechnik gelenkig
an die Stützen angeschlossen, und zwar vorzugsweise im Bereich des Oberflansches des Dop
pel-T-Trägers, wo die neutrale Linie verläuft. Die feste Verbindung zwischen Stütze und Träger
bildet einen Drehpunkt, um den sich der Träger bzw. das betreffende Ende des Trägers be
grenzt drehen kann. Dies führt dazu, daß sich zur Trägerunterseite ein relativ großer Hebelarm
ergibt, so daß bei einer Durchbiegung und damit verbundener Drehung des Trägerendes um
den Drehpunkt eine erhebliche relative Verschiebung an der Trägerunterseite gegenüber der
Stütze auftritt. Durch die Dämpfung wird einerseits Energie aus dem schwingungsfähigen Ge
bilde genommen, so daß die Schwingung schneller abklingt. Zum anderen kommt es zu einer
Verschiebung der Eigenfrequenz des Trägersystems zu höheren Frequenzen hin, so daß die
bei normaler Beanspruchung des Trägersystems entstehenden Anregungsfrequenzen eine ge
ringere Auswirkung auf das Trägersystem haben.
Die Dämpfung erfolgt vorzugsweise dadurch, daß zwischen dem Träger und der Stütze oder
einem mit der Stütze verbundenen Teil ein Dämpfungselement angeordnet wird. Kommt es nun
zu einer Relativbewegung zwischen Träger und Stütze oder zwischen Träger und dem mit der
Stütze verbundenen Element, so absorbiert das Dämpfungselement Energie, die dadurch dem
schwingenden System nicht mehr zur Verfügung steht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Dämpfung im we
sentlichen an dem Ort erfolgt, an dem die Relativbewegung zwischen Träger und Stütze am
größten ist. Dies ist winkelrecht zur Stütze an den Trägerenden an der Trägerunterseite der Fall
und parallel zur Stütze im Bereich der Trägermitte. Besonders bevorzugt wird daher ein mit der
Stütze verbundenes Teil, wie z. B. eine auf einem unterhalb des Trägers angeordneten mit der
Stütze verbundenen weiteren Träger befestigte nichttragende Wand, im Bereich der Trägermitte
angeordnet, und zwischen dem Träger und dem mit der Stütze verbundenen Teil ein Dämp
fungselement angeordnet.
Hinsichtlich des Trägersystems wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß eine
Einrichtung zur Dämpfung der Relativbewegung zwischen Träger und Stütze oder zwischen
Träger und einem mit der Stütze starr verbundenen Teil vorgesehen ist. Das mit der Stütze ver
bundene Teil kann beispielsweise eine nichttragende Wand sein. Im allgemeinen weisen Trä
gersysteme zwischen zwei Stützen mehrere zueinander parallel verlaufende Träger auf. Zur
Dämpfung der Schwingung eines oberen Trägers kann daher ein Dämpfungseinrichtung zwi
schen dem oberen Träger und einer auf dem benachbarten unteren Träger angeordneten nicht
tragende Wand angeordnet sein. Das die nichttragende Wand nicht direkt mit der Stütze, son
dern lediglich über einen weiteren mit der Stütze verschraubten Träger verbunden ist, spielt
keine Rolle. Wesentlich ist lediglich, daß das mit der Stütze verbundene Teil nicht an dem Trä
ger befestigt ist, dessen Schwingung gedämpft werden soll, da etwaige Belastungen eines obe
ren Trägers nicht gleichzeitig auch an einem unteren Träger auftreten, so daß die auf einem
unteren Träger aufstehende Trennwand bezüglich etwaiger Bewegungen des oberen Trägers
als mit der Stütze starr verbunden betrachtet werden kann.
Die Einrichtung zur Dämpfung der Relativbewegung kann auf verschiedene Art und Weise aus
gebildet sein. So ist es beispielsweise möglich, zwischen Träger und Stütze eine relativ starre
Feder anzuordnen, die zwar eine Relativbewegung zwischen Träger und Stütze erlaubt, diese
jedoch stark dämpft.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Dämpfungseinrich
tung durch zwei miteinander in Reibeingriff stehenden Teile gebildet wird, wobei ein Teil fest mit
der Stütze und das andere Teil fest mit dem Träger verbunden ist. Der Reibeingriff kann sowohl
direkt zwischen den Oberflächen der Elemente vorhanden sein als auch indirekt, beispielsweise
durch irgendeine geeignete Zwischenschicht, die zwischen den Teilen angeordnet ist. Dies hat
zur Folge, daß bei Biegeschwingungen des Trägers mit geringer Amplitude die beiden Teile
aneinander haften. Dies bewirkt wiederum, daß das ursprünglich gelenkige System nun zum
eingespannten System wird, so daß die Eigenfrequenz erhöht wird, wodurch die Schwingungen
weniger verstärkt werden und damit weniger spürbar sind. Wird die Amplitude der Biegeschwin
gung des Trägers erhöht, ergeben sich zwischen den beiden Teilen größere Scherkräfte, so
daß die Haftreibung überwunden wird und die Platten sich gegeneinander verschieben können.
Durch die Reibung wird dem System jedoch Energie entzogen, so daß die Schwingung sehr
schnell gedämpft wird.
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des Trägersystems sieht vor, daß die Dämp
fungsstärke der Dämpfungseinrichtung einstellbar ist.
In einer weiteren besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist zumindest ein Dämpfungsele
ment zwischen relativ zueinander beweglichen Abschnitten des Trägers und der Stütze ange
ordnet, wobei das Dämpfungsmaterial vorzugsweise energieabsorbierend ist. Das Dämpfungs
glied ist mit Vorteil silikonhaltig oder ein Elastomer. Das silikonhaltige Material hat die Eigen
schaft, daß durch viskoelastische Formänderungen besonders viel Energie dissipiert wird.
Elastomere haben insbesondere bei Scherbeanspruchung gute Dämpfungseigenschaften.
Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Dämpfungsglieder aus unterschiedlichen Mate
rialien vorzusehen oder das Dämpfungsglied aus einer Materialmischung bestehend aus meh
reren Materialien herzustellen.
Das Dämpfungsglied kann derart angeordnet sein, daß das Dämpfungsglied bei einer Relativ
bewegung zwischen Träger und Stütze auf Druck bzw. Zug beansprucht wird.
Alternativ dazu kann, insbesondere wenn ein Elastomermaterial verwendet wird, das Dämp
fungsglied derart angeordnet sein, daß das Dämpfungsglied bei einer Relativbewegung zwi
schen Träger und Stütze auf Scherung beansprucht wird.
Besonders bevorzugt ist eine Anordnung des Dämpfungsgliedes, bei der das Dämpfungsglied
bei einer Relativbewegung zwischen Träger und Stütze sowohl auf Druck als auch auf Sche
rung beansprucht wird. Dabei führt die Druckkomponente dazu, daß die Eigenfrequenz des
schwingungsfähigen Gebildes erhöht wird, was wiederum zu einer günstigen Beeinflussung des
Schwingungsverhaltens des Trägers führt.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Trä
ger ein Doppel-T-Träger ist, der an zumindest einem Ende in der Nähe des Oberflansches bzw.
Obergurtes mit der Stütze verbunden ist, und die Dämpfungseinrichtung in der Nähe des Unter
flansches bzw. Untergurtes angeordnet ist. Aufgrund des großen Abstandes zwischen der Be
festigung zwischen Stütze und Träger und der Anordnung der Dämpfungseinrichtung wird si
chergestellt, daß an dem Ort, an dem die Dämpfungseinrichtung angeordnet ist, die Relativbe
wegung zwischen Stütze und Träger groß ist, wodurch eine effiziente Dämpfung erzielt wird.
Es versteht sich, daß die Einrichtung zur Dämpfung der Relativbewegung zwischen Träger und
Stütze nicht unbedingt an den Enden der Träger angeordnet sein muß. So ist beispielsweise in
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Träger, beispielsweise etwa
auf halber Länge mit einer nichttragenden Trennwand verbunden ist. Diese Wand steht bei
spielsweise auf der unterhalb des Trägers angeordneten Decke und ist an der Oberseite an den
Träger beweglich angeschlossen. Kommt es zu Schwingungen zwischen dem Träger einerseits
und der darunter angeordneten Decke bzw. der darunter angeordneten Wand andererseits, so
können im Fugenbereich, d. h. im Bereich zwischen dem oberen Ende der Trennwand und der
Unterseite des Trägers, Schwingungsdämpfer angeordnet werden. Die Schwingungsdämpfer
werden an den Ständern der Wände und dem darüberliegenden Träger oder der Decke befe
stigt und befinden sich zwischen den Beplankungen. Bei Sandwichelementen können die
Schwingungsdämpfer an den Wänden befestigt werden.
Die vertikalen Relativbewegungen zwischen der Oberseite der Wand bzw. der Stütze und der
darüber befindlichen Deckenkonstruktion bzw. des Trägers entsprechen etwa den Schwin
gungsamplituden des Trägers und sind etwa zwei Größenordnungen größer als die horizonta
len Relativbewegungen innerhalb des Trägers.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich anhand der vorlie
genden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie der dazugehörigen Figuren. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Gebäudes mit einem Trägersystems,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des betrachteten Schwingungssystems,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Biegeverhältnisse am Träger,
Fig. 4 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems,
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems,
Fig. 6 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems und
Fig. 7 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein Gebäude gezeigt, das in moderner Skelettbauweise hergestellt
ist. In vertikaler Richtung sind Stützen 2 aufgestellt. Zwischen den Stützen 2 sind in horizontaler
Richtung Stahlträger 1 angeordnet, auf deren Oberseite im Verbund mit den Stahlträgern, eine
Betondecke 3 verläuft. Dargestellt ist des weiteren, daß zwischen zwei tragenden Stützen 2
auch eine nichttragende Trennwand 4 vorgesehen sein kann.
Die Stahlträger mit der Betondecke stellen dabei schwingungsfähige Gebilde dar, die in Fig. 2
schematisch dargestellt sind. Vereinfacht betrachtet besteht das schwingungsfähige Gebilde
lediglich aus einem Stahlträger 1, der auf zwei Punkten aufliegt bzw. an diesen aufgehängt ist.
In Fig. 3 wird das Biegeverhalten bzw. die Verformung des Trägers dargestellt. Der geradlinig
verlaufende nichtverformte Träger ist in gestrichelten Linien dargestellt. In durchgezogenen Li
nien ist hingegen der Zustand gezeigt, in dem der Träger nach unten durchgebogen ist. Die
Schwingungsamplitude, d. h. die maximale Auslenkung des Trägers beträgt f. Da der Träger an
seinen beiden Enden jeweils nur an einem Punkt 21 in der Nähe des Oberflansches aufgehängt
ist, führt die Durchbiegung des Trägers dazu, daß der Träger an seinen Enden um die Dreh
punkte 21 in der Nähe des Oberflansches gedreht wird, was an den Trägerenden im Bereich
des Unterflansches zu einer Maximalauslenkung in der Größenordnung von 0,1 × f führt. Durch
die Schubverformung zwischen Beton und Stahl kommt es in horizontaler Richtung ebenfalls zu
einer Relativbewegung v zwischen Beton und Stahl, die in etwa 0,01 × f beträgt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Bewegung des Trägers relativ zu der Stütze zu
dämpfen. In Fig. 4 ist eine erste Ausführungsform, die dieses Prinzip verwirklicht, gezeigt. In
dem gezeigten Trägersystem ist zur Verbindung des Trägers 1 und der Stütze 2 eine Stirnplatte
12 an den Stirnenden des Stahlträgers 1 vorgesehen, die sich bis in die Betonplatte 3 erstreckt.
Deutlich zu erkennen ist, daß der Stahlträger 1 in der Nähe seines oberen Flansches 10 an der
Stütze 2 angeschraubt ist. Zwischen dem Stahlträger 1 und der Stütze 2 ist ein Distanzfutter 9
vorgesehen, wodurch es dem Stahlträger 1 ermöglicht wird, sich relativ zu der Stütze 2 um die
Verbindungsstelle 21 zwischen Stahlträger und Stütze begrenzt zu drehen.
Um die gegebenenfalls entstehenden Schwingungen zu dämpfen, ist erfindungsgemäß an der
Unterseite des Stahlträgers 1 in der Nähe des unteren Flansches 11 an den Enden des Stahl
trägers eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen. Diese Dämpfungseinrichtung besteht aus einer
Metallplatte 7, die an der Stütze 2 angebracht ist, sowie einer Metallplatte 8, die an dem Stahl
träger 1 angebracht ist, wobei die Platten 7, 8, gegebenenfalls über eine Zwischenschicht, in
Reibeingriff stehen. Die Metallplatte 8 ist mit der Befestigungsschraube 6 an dem Unterflansch
11 befestigt. Mit Hilfe der Feder 5 werden die beiden Metallplatten 7 und 8 aneinandergedrückt.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Feder 5 zwischen der oberen Fläche des Untergurts
11 und einer Schraube eingespannt. Die Schraube greift durch den Unterflansch 11, die Metall
platte 8, die mit dem Unterflansch 11 verbunden ist, und durch die Metallplatte 7, die mit der
Stütze 2 verbunden ist, in eine Mutter ein. Die Federkraft, mit der die Feder 5 die beiden Metall
platten 7, 8 aneinander preßt, kann mit Hilfe der Mutter eingestellt werden.
Treten nun Biegeschwingungen des Trägers 1 mit geringer Amplitude auf, so haften die beiden
Metallplatten 7 und 8 aneinander. Dies hat zur Folge, daß der Stahlträger 1 nun nicht frei zwi
schen den Einpunktaufhängungen 21 schwingen kann, sondern das ursprünglich gelenkige
System nun völlig eingespannt ist, so daß die Eigenfrequenz deutlich erhöht wird und die
Schwingungen des Stahlträgers für die Benutzer des Gebäudes weniger spürbar sind. Über
schreitet die Amplitude der Biegeschwingungen einen bestimmten Wert, so ergeben sich zwi
schen den Metallplatten 7 und 8 des Stahlträgers 1 bzw. der Stütze 2 größere Scherkräfte, so
daß die Haftung der Metallplatte 8 an der Metallplatte 7 überwunden wird und die Platten sich
gegeneinander verschieben können. Dies wird dadurch möglich, daß die Bohrung durch die
Metallplatte 7, die mit dem Stützträger verbunden ist und durch welche die die Feder 5 span
nende Schraube greift, als Langlochbohrung ausgeführt ist. Durch den Reibeingriff wird dem
schwingungsfähigen System jedoch Energie entzogen, die als Wärmeenergie am Stahlträger
auftritt. Das schwingungsfähige System wird somit stark gedämpft.
Eine zweite Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt. Auch hier ist der Stahlträger 1 mittels einer
Stirnplatte 12 an der Stütze 2 befestigt. Das Distanzfutter 9 sorgt für einen kleinen Abstand zwi
schen Stahlträger 1 und Stütze 2, so daß auch hier der Stahlträger 1 gegenüber der Stütze 2
begrenzt bewegbar ist. An der Oberseite des unteren Flansches 11 sind beidseitig des Steges
Dämpfungselemente 14 vorgesehen. Zusätzlich ist an der Stütze 2 eine Haltekonstruktion 13
vorgesehen, die derart angeordnet ist, daß das Dämpfungselement zwischen der Oberseite des
unteren Flansches 11 und der Haltekonstruktion 13 eingeklemmt ist. Das Dämpfungselement
14 kann beispielsweise silikonhaltig oder ein Elastomermaterial sein. Es ist vorgesehen, daß
das Dämpfungsmaterial Energie absorbiert, so daß die Schwingung des Stahlträgers gedämpft
wird. Durch die Drehbewegung des Stahlträgers 1 um die feste Verbindung zwischen Stahlträ
ger 1 und Stütze 2 innerhalb der Betondecke 3 kommt es zu einer Scherbeanspruchung des
Dämpfungselementes 14. Elastomere Materialien besitzen bei Scherbeanspruchung gute
Dämpfungseigenschaften, so daß die in Fig. 5 gezeigte Anordnung bei der Verwendung eines
Elastomermaterials besonders bevorzugt ist.
In Fig. 6 ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems gezeigt.
Dargestellt ist ein Längsschnitt durch die Dämpfungseinrichtung. Zu sehen ist die obere Fläche
des unteren Flansches 11 sowie der Steg 22 des Stahlträgers 1. An dem Steg 22 des Stahlträ
gers 1 ist ein V-förmiger Anschlag 15 angebracht. An der Stütze 2 ist eine hierzu in etwa paral
lel verlaufende ebenfalls V-förmige Haltekonstruktion 16 angebracht. Zwischen der V-förmigen
Haltekonstruktion 15 des Stahlträgers 1 und der entsprechenden Konstruktion 16 der Stütze 2
sind zwei Dämpfungselemente 14 angebracht. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß
das Dämpfungselement sowohl auf Druck als auch auf Scherung beansprucht wird. Durch die
Scherbeanspruchung werden die guten Dämpfungseigenschaften bei Scherbeanspruchung
ausgenutzt. Durch die Druckbeanspruchung kommt es zu einer zusätzlichen Versteifung des
schwingungsfähigen Systems, was wiederum zu einer Erhöhung der Eigenfrequenz des Trä
gersystems führt.
In Fig. 7 ist schließlich eine vierte Ausführungsform gezeigt, wobei hier das Dämpfungselement
14 zwischen einer an einer nichttragenden Trennwand 4 angebrachten Haltekonstruktion 20
und einer Haltekonstruktion 19, die an der Unterseite des Stahlträgers 1 angebracht ist, ange
ordnet ist. Das Dämpfungselement ist hier in einem mittleren Bereich des Stahlträgers ange
bracht, wo die Schwingungsamplitude groß ist.
Man sieht, daß die nichttragende Wand 4 an dem Punkt 17 mit der unter dem Stahlträger 1 an
geordneten Decke verbunden ist. An der Oberseite der nichttragenden Wand 4 ist deutlich eine
Distanz 18 zu erkennen. Der Stahlträger 1 berührt daher im unbelasteten Zustand die nichttra
gende Wand 4 nicht. Wird nun der Stahlträger 1 in Schwingung versetzt, so bewegen sich die
beiden Haltekonstruktionen 19, 20 relativ zueinander, wobei das zwischen den beiden Halte
konstruktionen 19 und 20 angeordnete Dämpfungselement 14 Energie absorbiert. Diese Aus
führungsform hat gegenüber den vorher beschriebenen Ausführungsformen den Vorteil, daß im
mittleren Bereich des Trägers die Schwingungsamplitude deutlich größer ist, als im Bereich der
Stirnseiten des Trägers 1, so daß dem System mehr Energie entzogen werden kann.
Die Kopplung der Verbundträger durch nichttragende Wände kann auch über Reibungsplatten
ähnlich wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 erfolgen, so daß bei kleinen Auslenkungen
bzw. Kräften die Kopplung starr und bei größeren Auslenkungen die Schwingung gedämpft ist.
Unter Umständen ist aber auch eine starre Verbindung zweier oder auch mehrerer Decken über
Trennwände von Vorteil, weil dann wegen des aus mehreren Decken betreffenden Gesamtsy
stems die Eigenfrequenzen und Massendämpfungen erhöht werden.
In Hochhäusern können zweckmäßigerweise mehrere starr gekoppelte Decken bzw. Verbund
träger mit Etagen abwechseln, in denen die Kopplung nur über Dämpfungselemente erfolgt.
Claims (19)
1. Trägersystem mit mindestens einem Träger (1) und zumindest einer Stütze (2), wobei
der Träger (1) an der Stütze (2) befestigt ist und relativ zu der Stütze (2) begrenzt be
wegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Träger (1) und Stütze (2) oder zwi
schen Träger (1) und einem mit der Stütze starr verbundenen Teil (4) eine Einrichtung
zur Dämpfung der Relativbewegung vorgesehen ist.
2. Trägersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrich
tung durch zwei miteinander in Reibeingriff stehenden Teile (7, 8) gebildet wird, wobei
ein Teil (7) fest mit der Stütze (2) oder mit einem mit der Stütze (2) verbundenen Teil (4)
und das andere Teil (8) fest mit dem Träger (1) verbunden ist.
3. Trägersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungs
stärke der Dämpfungseinrichtung einstellbar ist.
4. Trägersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches
Element (5), vorzugsweise eine Feder (5), dafür vorgesehen ist, die beiden Teile (7, 8)
gegeneinander zudrücken.
5. Trägersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu
mindest ein energieabsorbierendes Dämpfungselement (14) zwischen relativ zueinander
beweglichen Abschnitten des Trägers (1) einerseits und der Stütze (2) oder einem mit
der Stütze (2) verbundenen Teil (4) andererseits angeordnet ist.
6. Trägersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement
(14) silikonhaltig ist.
7. Trägersystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämp
fungselement (14) ein Elastomer ist.
8. Trägersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Dämpfungselement (14) aus einer Mischung mehrerer Materialien besteht oder daß
mehrere Dämpfungselemente (14) aus unterschiedlichen Materialien vorgesehen sind.
9. Trägersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Dämpfungselement (14) derart angeordnet ist, daß das Dämpfungselement (14) bei ei
ner Relativbewegung zwischen Träger (1) einerseits und Stütze (2) oder einem mit der
Stütze (2) verbundenen Teil (4) andererseits auf Druck bzw. Zug beansprucht wird.
10. Trägersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Dämpfungselement (14) derart angeordnet ist, daß das Dämpfungselement (14) bei ei
ner Relativbewegung zwischen Träger (1) einerseits und Stütze (2) oder einem mit der
Stütze (2) verbundenen Teil (4) andererseits auf Scherung beansprucht wird.
11. Trägersystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämp
fungselement (14) derart angeordnet ist, daß das Dämpfungselement (14) bei einer Re
lativbewegung zwischen Träger (1) einerseits und Stütze (2) oder einem mit der Stütze
(2) verbundenen Teil (4) andererseits auf Druck und Scherung beansprucht wird.
12. Trägersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Träger (1) ein Doppel-T-Träger ist.
13. Trägersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppel-T-Träger
(1) an zumindest einem Ende in der Nähe des Oberflansches (10) mit der Stütze (2)
verbunden ist und die Dämpfungseinrichtung in der Nähe des Unterflansches (11) ange
ordnet ist.
14. Trägersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der
Träger (1) ein Verbundträger ist, der aus einem auf Zug belastbaren ersten Element und
einem mit dem ersten Element fest verbundenen zweiten, auf Druck belastbaren Ele
ment besteht.
15. Trägersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Zug belastba
re erste Element ein Doppel-T-Träger ist.
16. Trägersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das
mit der Stütze (2) verbundenen Teil eine nichttragende Trennwand (4) ist.
17. Verfahren zur Schwingungsdämpfung von Trägersystemen mit mindestens einem Trä
ger und mindestens einer Stütze, die begrenzt relativ zueinander beweglich sind, da
durch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung gedämpft wird.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung im wesent
lichen an einem Ort erfolgt, an dem die Relativbewegung zwischen Träger (1) und Stüt
ze (2) maximal ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Dämpfungselement zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Abschnitten des Trä
gers (1) einerseits und der Stütze (2) oder einem mit der Stütze (2) verbundenen Teil (4)
andererseits angeordnet wird.
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
DE2001125741 DE10125741A1 (de) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | Schwingungsgedämpftes Trägersystem sowie Verfahren zur Schwingungsdämpfung |
DE20121927U DE20121927U1 (de) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | Schwingungsgedämpftes Trägersystem |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2001125741 DE10125741A1 (de) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | Schwingungsgedämpftes Trägersystem sowie Verfahren zur Schwingungsdämpfung |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=7686268
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DE2001125741 Withdrawn DE10125741A1 (de) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | Schwingungsgedämpftes Trägersystem sowie Verfahren zur Schwingungsdämpfung |
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