DE1937619B2 - Anordnung zum daempfen von an einem bauwerk auftretenden schwingungen - Google Patents
Anordnung zum daempfen von an einem bauwerk auftretenden schwingungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Dämpfen von an einem Bauwerk auftretenden, unterhalb des
Schallbereichs liegenden Schwingungen, z. B. infolge von Windbelastung, unter Verwendung von Dämpfungseinheiten
mit mindestens zwei starren Gliedern, die durch mindestens eine elastische Schicht miteinander
verbunden sind.
Große Bauwerke werden durch Windeinwirkung in unterhalb des Schallbereichs liegende Schwingungen
versetzt. Es ist erwünscht, diese Schwingungen so gering wie möglich zu halten, so daß solche Schwingungen
nicht wahrgenommen werden und daß die Einrichtungen in den Bauwerken nicht beschädigt werden.
In der französischen Patentschrift 13 83 463 ist eine
Anordnung vorgesehen, die eine viskoelastische Schicht zwischen zwei im wesentlichen starren Elementen
vorsieht, um mit Hilfe der viskoelastischen Schicht Schwingungen zu absorbieren, die zwischen den starren
619
Elementen auftreten. Der Zweck der Anordnung gemäß der genannten französischen Patentschrift besteht
darin, Schallschwingungen an der Ausbreitung zu hindern. In ähnlicher Weise offenbart die Zeitschrift
»Building Materials« vom August 1964 auf den S. 16 bis 18 eine Gummilagerung, die einen großen Kompressionswiderstand
besitzt und schwere, in senkrechter Richtung wirkende Lasten aufnimmt. In der Zeitschrift
»Boden, Wand und Decke« vom Juli 1966 ist auf S. 608 ebenfalls ein Gummilager gezeigt, mit dem Schallschwingungen
daran gehindert werden sollen, von einem Teil eines Bauwerks zu einem anderen zu
gelangen.
Der obengenannte Stand der Technik kann jedoch nicht zur Lösung des Problems beitragen, wie in sehr
hohen Bauwerken etwa durch Wind erzeugte Schwingungen unterhalb des Schallbereichs gedämpft werden
könnten. Die Verwendung von Gummilagern der bekannten Art würde ganz im Gegensatz zum
gewünschten Effekt ein hohes Bauwerk bezüglich der genannten Schwingungen im Unterschallbereich noch
viel anfälliger machen.
Bisher wurde im wesentlichen versucht, solche Schwingungen dadurch zu beherrschen, daß hohe
Bauwerke steifer gemacht wurden, d. h. indem stärkere
Stützen bzw. Verstrebungen zwischen den Stützen verwendet wurden. Derartige Versteifungen tragen
jedoch dazu bei, die Kosten für ein Bauwerk in die Höhe zu treiben, und zwar sowohl wegen der zusätzlichen
Kosten für die hinzugefügten Verstrebungen als auch wegen der Tatsache, daß das Bauwerk dadurch
insgesamt schwerer wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Unterschallbereich liegende Schwingungen
an hohen Bauwerken zu verringern ohne das Gebäude an sich massiger ausführen zu müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elastische Schicht aus viskoelastischem Material
besteht und daß die starren Glieder der Dämpfungseinheiten mit zwei Punkten des Bauwerkes, die infolge der
zu dämpfenden Schwingungen einer Relativbewegung unterworfen sind, derart verbunden sind, daß zwischen
ihnen eine Scherbewegung entsteht, der die elastische Schicht Widerstand leistet, wobei diese im wesentlichen
frei von statischer Beanspruchung ist.
Die starren Glieder sind mit Befestigungsmitteln versehen, mit denen eine Verbindung zwischen zwei
Punkten des Bauwerks hergestellt werden kann, bei denen als Folge der genannten Schwingungen eine
relative Bewegung auftritt. Am Bauwerk ist an einem der Punkte das eine starre Glied der Dämpfungseinheit
befestigt, während das benachbarte starre Glied am anderen Punkt befestigt ist, so daß die Schwingungen
durch Scherkräfte innerhalb der viskoelastischen Schicht gedämpft werden.
Die Dämpfungseinheit nach der Erfindung verbindet die Träger oder Querglieder eines Bauwerkes mit den
Pfeilern im wesentlichen in der Ebene der Decke oder des darüberliegenden Fußbodens. Bei einem derartigen
Einbau werden die Schwingungen unterhalb des Schallbereiches, die in Gebäuden eine relative Bewegung
zwischen Pfeilern und Trägern in der Ebene der Decken verursachen, von den in den viskoelastischen
Schichten auftretenden Scherkräften wesentlich gedämpft. Bei einer Anordnung der Dämpfungseinheiten
in dem Raum zwischen der Decke und dem Fußboden des darüberliegenden Stockwerkes sind sie zudem noch
leicht zugänglich, so daß sie periodisch überwacht und
gegebenenfalls ersetzt weiden können.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Dämpfungseinheit aus drei starren Gliedern besteht, die durch zwei viskoelastischen Schichten miteinander
verbunden sind, wobei die zwei äußeren Glieder, die das dritte Glied zwischen sich aufnehmen, mit dem gleichen
Punkt des Bauwerks verbunden sind und das dritte Glied mit einem entgegengesetzt liegenden Punkt des
Bauwerks verbunden ist
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll die viskoelastische Schicht einen Verlustfaktor von
mindestens 0,5 aufweisen.
Vorzugsweise soll die Glasübergangstemperatur der viskoelastischen Schicht zwischen +5 und -500C
liegen. Ferner soll die viskoelastische Schicht eine Scherfestigkeit von mindestens 14 kg/cm2 und eine
Bruchdehnung von mindestens 100 % aufweisen.
Das viskoelastische Material und der Klebstoff sollen im normalen Gebrauch lange Zeit beständig und stabil
bleiben, in erster Linie bei normalen Raumtemperaturen, da die örtlichkeiten, in denen die Dämpfungseinheiten
eingebaut werden sollen, im allgemeinen klimatisiert sind. Die vorstehend angeführten Anforderungen an die
viskoelastische Schicht können erfüllt werden, wenn sie 2i
aus einem Copolymer acrylischer Monomere besteht, so etwa aus Akrylsäure, Methakrylsäure, Alkylakrylat.
Akrylinitril, Methakrylonitril, Acrylamid und Mv'thakrylamid.
Das Alkylakrylat kann aus einem einzelnen Monomer bestehen mit ungefähr 6 bis 10 Kohlenstoffatomen
in der Alkylgruppe, die nicht stark verzweigt ist, d. h. mehr als die Hälfte der Alkyl-Kohlenstoffatome
befindet sich in einer geraden Kette, die an einer Sauerstoffbrücke endet. Besteht das Alkylakrylat aus
einem Gemisch von Monomeren, so sollen deren Alkylgruppen durchschnittlich ungefähr 6 bis 10
Kohlenstoffalome aufweisen, und weniger als die Hälfte der Alkylgruppen soll hochverzweigt sein. Innerhalb des
Bereiches von ungefähr 60 bis 85 Teilen Alkylakrylat und dementsprechend 15 bis 40 Teilen eines oder ^0
mehrerer der genannten kopolymerisierbaren akrylischen Monomere werden verwendungsfähige Copolymere
erhalten, die auch bei langdauernder Einwirkung der Umgebung.iluft und bei normalen Raumtemperaturen
keine Zerfallserscheinungen oder Änderungen zeigen.
Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer Dämpfungseinheit nach der Erfindung,
Fig.2 einen vergrößert gezeichneten Schnitt durch
einen Teil der F i g. 1 nach der Linie 2-2,
F i g. 3 eine schematisch gezeichnete Seitenansicht eines Details der Dämpfungseinheit nach der F i g. 1,
Fig.4 eine schematische Darstellung einer in ein
Bauwerk eingebauten Dämpfungseinheit nach der Erfindung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Dämpfungseinheit, die einen Teil einer lasttragenden Einrichtung
bildet,
F i g. 6 eine schematische Darstellung einer in ein Gebäude eingebauten anderen Ausführung der Dämpfungseinheit
nach der Erfindung,
Fig. 7 einen Querschnitt nach der Linie 8-8 in der F i g. 6,
Fig.8 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform einer in ein Bauwerk eingebauten Dämpfungseinheit
nach der Erfindung.
Die in der Fig. 1 dargestellte Dämpfungseinheit ist aus drei starren Gliedern zusammengesetzt. Zwei dieser
Glieder 11, 11' weisen die Flansche 12, 12' und die Platten 13, 13' auf. Das dritte Glied besteht aus einer
flachen Schiene 14, deren breite Seiten zwischen den Flanschen 12,12' mit im wesentlichen gleichen geringen
Abständen von diesen gelegen sind, in den Zwischenräumen zwischen den Flächen der Schiene 14 und den
Flanschen 12, 12' befinden sich die viskoelastischen Schichten 15, 15' mit jeweils Klebstoffbelägen 16, 16';
wie in der F i g. 2 dargestellt.
Die Dämpfungseinheit 10 wird geeigneterweise zusammengesetzt unter Verwendung vorgeformter
Lagen des viskoelastischen Materials, wobei mit einer Unteranordnung nach der Fig.3 begonnen wird. An
jedem Ende der viskoelastischen Schicht 15 werden mittels der eigenen klebenden Beläge zwei selbstklebende
Streifen 21 befestigt, die sich über die gesamte Breite der viskoelastischen Schicht hinweg erstrecken
und in einer kurzen Entfernung vom Ende der viskoelastischen Schicht einen Abstandshalter 18
zwischen sich aufnehmen. An der einen Seite der viskoelas'ischen Schicht 15 wird ein Klebstoffbelag 16
aufgetragen und an den Flansch 12 angelegt. Die andere Seite der viskoelastischen Schicht wird dann mit einem
zweiten Klebstoffbelag 16 versehen, an den die Schiene 14 angelegt wird. Danach wird eine zweite viskoelastische
Schicht 15' mit einem Klebstoffbelag 16' versehen und an die mit einem zweiten Klebstoffbelag 16'
versehene freiliegende Seite der Schiene 14 angelegt, während der andere Flansch 12' an den offenen
Klebstoffbeiag 16' angelegt wird. Vier Schraubmuttern
17 werden dann über Federringe 23 gegen die Schraubbolzen 18 fest angezogen, deren Durchmesser
so bemessen ist, daß der Klebstoff der Klebstoffbeläge 16, 16' am gesamten Umfang jeder viskoelastischen
Schicht herausgepreßt wird. Die Schraubmuttern 17 werden so lange gespannt gehalten, bis die Klebstoffbeläge
16, 16' mit Sicherheit vollständig ausgehärtet sind, und bis die Dämpfungseinheit 10 an der Gebrauchsstelle
angebracht worden ist, zu welchem Zweck die Befestigungsmittel in Form der Löcher 19', 19' an den
Platten 13', 13' und der Löcher 20 an einer Verlängerung 22 der Schiene 14 verwendet werden.
Nach dem Heraussickern des Klebstoffes wird der überschüssige Klebstoff und das überschüssige viskoelastische
Material an den Seiten abgeschnitten. Die selbstklebenden Streifen 21 verhindern eine gegenseitige
Berührung der benachbarten viskoelastischen Schichten an den Enden.
Die Därnpfungseinheit 10 kann nach der Fig.4 zwischen einem tragenden Pfeiler 40 und einem Träger
41 ungefähr in der Höhe der Decke des unterhalb des Trägers gelegenen Raumes angeordnet werden. Mit
Hiife der durch die Löcher 20 an der Schiene hindurchgeführten Schraubbolzen 20a wird die Dämpfungseinheit
10 am Träger 41 befestigt, während die durch die Löcher 19,19' hindurchgeführten Schraubbolzen
19a die Platten 13,13' am Pfeiler 40 festhalten. Nach
dem Anbiingen der Dämpfungseinheit 10 können die Schraubbolzen 18 entfernt werden. Die Schraubbolzen
18 werden vorzugsweise nur so weit gelockert, daß mit Sicherheil eine freie relative Längsbewegung möglich
wird, jedoch ohne die Federringe 23 vollständig zu entspannen, wodurch eine Trennung infolge einer nicht
in der Längsrichtung wirkenden Kraft verhindert wird. Zu diesem Zweck sollen die Löcher an der Schiene 14
etwas weiter als erforderlich bemessen werden, so daß
genügend Spiel für die Schraubbolzen vorhanden ist, um die relative Längsbewegung zwischen der Schiene 14
und den Flanschen 12,12' nicht zu behindern.
Der Träger 41 ist am Pfeiler 40 ungefähr in der Höhe des darüberliegenden Fußbodens befestigt, so daß bei
Schwingungen des Bauwerks die Flansche 12, 12' und die Schiene 14 sich relativ zueinander hin- und
herbewegen und dabei auf die viskoelastische Schichten 15, 15' horizontale Scherkräfte ausüben. Auf diese
Weise absorbieren die viskoelastischen Schichten 15, 15' die kinetische Energie der Schwingungen. Im
vorliegenden Falle wirken die Dämpfungseinheiten 10 nicht als Lagermittel.
Die Dämpfungseinheit 10 nach der Erfindung kann in einer lasttragenden Einrichtung 50 eingebaut werden,
wie in der Fig. 5 dargestellt, wobei die Last von einer Feder 51 getragen wird, während die Dämpfungseinheit
10 Schwingungen der Last abdämpft. An den Enden der Feder 51 und der Dämpfungseinheit 10 sind Befestigungsmittel
52 und 53 vorgesehen, mit denen die lasttragende Einrichtung 50 in ihrer Lage gehalten
werden kann. Anstelle einer einzelnen Feder kann die Dämpfungseinheit 10 in der Mitte zwischen zwei oder
mehr Federn angeordnet oder zusammen mit anderen Arten von lasttragenden Gliedern verwendet werden,
die elastisch oder federnd gelagert sind und eine relative Bewegung in Richtung längs der Linie zwischen den
Befestigungsmitteln 52 und 53 zulassen.
Die Fig.6 bis 8 zeigen verschiedene andere Ausführungsformen und Anwendungsmöglichkeiten der
erfindungsgemäßen Dämpfungseinheit. Die in den F i g. 6 und 7 dargestellte Dämpfungseinheit 70 besteht
aus zwei starren Gliedern 71,72, in Form von Schienen,
die durch eine viskoelastische Schicht 73 voneinander getrennt sind. Mit den Schraubbolzen 74 wird das
verhältnismäßig breite Glied 71 an der Unterseite eines Trägers 75 befestigt, der an der Oberseite an einem
Pfeiler 76 befestigt ist. Das Glied 72 ist mittels Schraubbolzen 77 am Pfeiler 76 befestigt. Wenn
gewünscht, kann das starre Glied 71 weggelassen werden, wobei der Träger 75 mit einer ebenen
Unterseite versehen wird, an der die viskoelastische Schicht direkt angeklebt wird. In diesem Falle wird das
Glied 72 an den Träger 75 angeschraubt bis zwischen der viskoelastischen Schicht 73 und der Fläche des
Trägers 75 eine feste Verbindung hergestellt ist. Die verwendeten Schraubbolzen können dann gelockert,
jedoch in gelockertem Zustand belassen werden, um zu verhindern, daß die Dämpfungseinheit 70 vom Träger
75 getrennt wird, wobei vorausgesetzt wird, daß die Löcher für die Schraubbolzen etwas weiter als
erforderlich bemessen werden.
Nach F i g. 8 kann ein Träger 80 mit einem Pfeiler 81
durch zwei Dämpfungseinheiten 82, 83 verbunden werden, von denen jede Einheit gleich der Dämpfungseinheit
70 ausgestaltet und am Träger 80 angebracht ist mit der Ausnahme, daß Mittel vorgesehen werden
müssen, die ein Zusammenpressen der viskoelastischen Schicht 85 durch das Gewicht des Trägers 80
verhindern, wobei die Mittel 84 z. B. aus Rollenlagern bestehen können, die eine Längsbewegung des Trägers
80 ermöglichen. Der Träger 80 kann am anderen Ende an einem anderen Pfeiler fest angebracht oder in der in
der Fi g. 6 dargestellten Weise befestigt werden. Wenn gewünscht, können beide Enden des Trägers 80 so
verbunden werden, wie in der Fig.8 dargestellt, ohne
daß eine starre Verbindung mit den Pfeilern besteht. Eine solche freischwebende Anordnung bewirkt eine
hochgradige Dämpfung von unterhalb des Schallbereiches liegenden Schwingungen im Träger 80 und im
darüberliegenden Fußboden. Solche Schwingungen waren bisher bei Fußböden, die über ausgedehnten
pfeilerfreien Bezirken angeordnet waren, lästig.
Die in der F i g. 8 dargestellte Anordnung kann in der Weise abgeändert werden, daß der Träger 80 in dei
Trägermitte 86 am Pfeiler 81 zusätzlich starr befestig wird. Dabei bewirken die Dämpfungseinheiten 82, 83
eine Dämpfung der Biegekräfte im Pfeiler, während die Anordnung nach der F i g. 8 auch eine Dämpfung dei
Hin- und Herbewegung des Trägers 80 in bezug auf der
Pfeiler 81 bewirken würde.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Anordnung zum Dämpfen von an einem Bauwerk auftretenden, unierhalb des Schallbereichs
liegenden Schwingungen, z. B. infolge von Windbelastung, unter Verwendung von Dämpfungseinheiten
mit mindestens zwei starren Gliedern, die durch mindestens eine elastische Schicht miteinander
verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Schicht (15, 15'; 73) aus
viskoelastischem Material besteht und daß die starren Glieder (11, 11'; 14; 71, 72) der Dämpfungseinheiten (10; 70) mit zwei Punkten des Bauwerks,
die infolge der zu dämpfenden Schwingungen einer Relativbewegung unterworfen sind, derart verbunden
sind, daß zwischen ihnen eine Scherbewegung entsteht, der die elastische Schicht (15, 15'; 73)
Widerstand leistet, wobei diese im wesentlichen frei von statischer Beanspruchung ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungseinheit (10) aus drei starren Gliedern (11, 11' und 14) besteht, die durch
zwei viskoelastische Schichten (15 und 15') miteinander verbunden sind, wobei die zwei äußeren Glieder
(11 und 11'), die das dritte Glied (14) zwischen sich
aufnehmen, mit dem gleichen Punkt des Bauwerks verbunden sind und das dritte Glied (14) mit einem
entgegengesetzt liegenden Punkt des Bauwerks verbunden ist.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die viskoelastische
Schicht (15, 15'; 73) eine Scherfestigkeit von mindestens 14 kg/cm2 und eine Bruchdehnung von
mindestens 100 % aufweist
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die viskoelastische
Schicht (15, 15'; 73) einen Verlustfaktor von mindestens 0,5 aufweist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasübergangstemperatur
der viskoelastischen Schicht (15, 15'; 73) 5 bis -50" C beträgt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die viskoelastische
Schicht (15, 15'; 73) aus einem Copolymer acrylischer Monomere besteht.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US74605368A | 1968-07-19 | 1968-07-19 | |
US74605368 | 1968-07-19 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE1937619A1 DE1937619A1 (de) | 1970-02-05 |
DE1937619B2 true DE1937619B2 (de) | 1976-04-29 |
DE1937619C3 DE1937619C3 (de) | 1976-12-09 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10125741A1 (de) * | 2001-05-25 | 2002-11-28 | Gernot Wolperding | Schwingungsgedämpftes Trägersystem sowie Verfahren zur Schwingungsdämpfung |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10125741A1 (de) * | 2001-05-25 | 2002-11-28 | Gernot Wolperding | Schwingungsgedämpftes Trägersystem sowie Verfahren zur Schwingungsdämpfung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA994375A (en) | 1976-08-03 |
BR6910869D0 (pt) | 1973-02-22 |
JPS511932B1 (de) | 1976-01-21 |
DE1937619A1 (de) | 1970-02-05 |
GB1292452A (en) | 1972-10-11 |
FR2014661B1 (de) | 1975-06-20 |
FR2014661A1 (de) | 1970-04-17 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |