DE3047762A1

DE3047762A1 - "schwingungsisolierung zur erdbebensicherung"

Info

Publication number: DE3047762A1
Application number: DE19803047762
Authority: DE
Inventors: Kurt 2055 Aumühle Zoellner
Original assignee: GERB GESELLSCHAFT fur ISOLIERUNG MBH AND CO KG
Current assignee: GERB GESELLSCHAFT fur ISOLIERUNG MBH AND CO KG
Priority date: 1980-12-15
Filing date: 1980-12-15
Publication date: 1982-07-15
Also published as: JPS6242192Y2; JPS57127140A; JPS61191544U

Description

Schwingungsisolierung zur Erdbebensicherung
7 Seiten Beschreibung mit 4 Patentansprüchen 1 Blatt Zeichnung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingungsisolierung zur Erdbebensicherung, insbesondere von Gebäuden.
Für die Erdbebensicherung von Gebäuden sind zwei Techniken bekannt: 1. Maßnahmen, die an Gebäuden selbst getroffen werden.
Hier handelt es sich um bautechnische Maßnahmen, bei denen die Beanspruchung der Bauteile durch ein Erdbeben in der Berechnung Berücksichtigung finden.
2. Das Einfügen von elastischen Platten (Neopren) zwischen dem Gebäude und dem Aufstellungsort. Diese Platten sind in vertikaler Richtung sehr steif und ermöglichen nur Eigenfrequenzen , die innerhalb oder sogar oberhalb des Spektralbereiches von Erdbeben liegen.
Die Plattenmaterial ien können horizontal sehr weich gemacht werden. Die horizontalen Komponenten der dynamischen Einwirkungen eines Erdbebens können damit gemindert werden. Die Dämpfung dieser Platten liegt bei maximal 7%.
Die elastische Lagerung mit Neopren-Platten kann in einem relativ bescheidenen Umfang eine Isolierwirkung gegen horizontal auftretende Erdbebeneinwirkungen erzielen.
Diese Isolierwirkung kann in einigen Fällen einen ausreichenden Schutz für die Gebäude selbst herbeiführen.
In vertikaler Richtung tritt keine Isolierwirkung ein, sondern sogar eine Verstärkung. Gegen vertikale Kräfte aus einem Erdbeben sind Gebäude unempfindlicher als gegen horizontale Einwirkungen. Dies gilt besonders für senkrechte Wände. Schon für die Decken eines Gebäudes sind hier Einschränkungen zu machen. Diese sind für vertikale Anregungen erheblich anfälliger.
Nicht nur für Decken, besonders aber auch für Maschinen und Aggregate, die auf diesen Decken angeordnet sind, gilt, daß nicht so sehr die horizontalen Anregungen schädlich sind, sondern besonders die vertikalen. Dies wird deutlich, wenn man vertikale Einwirkungen auf eine schwere horizontale Welle einer Maschine (z.B. Turbine) untersucht. Hier wird durch ein Erdbeben eine erhebliche zusätzliche Biegebeanspruchung in der Welle hervorgerufen, die bei Verwendung von Plattenmaterialien erheblich verstärkt wird.
Deshalb ist bereits vorgeschlagen, Federkörper zur Schwingungsisolierung bei erdbebengefährdeten Bauten und Industrieanlagen zu verwenden, um nicht nur die horizontale Weichheit, sondern auch die vertikale Weichheit auf die zu erwartende dynamische Anregung durch das Erdbeben abzustimmen. Bei solchen Federkörpern liegen Schraubendruckfedern zwischen zwei relativ biegesteifen Schalen.
Der Ansatz verschiedener Dämpfungsmaße bei der Auslegung elastisch - gedämpfter Lagerungen zeigt, daß 7% nicht ausreichen, um Resonanzüberhöhungen zu verhindern. Eine optimale Isolierung wird bei wesentlich höheren Werten der Dämpfung, zum Beispiel von 20% bis 25%, erreicht.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, bei derartigen Federkörpern die Schraubendruckfedern so zu dimensionieren, daß praktisch jedes beliebige Steifeverhältnis realisiert werden kann, um die horizontalen und vertikalen Steifigkeiten dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen. Während man bei Plattenmaterialien auf Höchstwerte der kritischen Dämpfung von nur 7% kommt, lassen sich mit der Erfindung Dämpfungen zwischen 20% und 30% und somit ein wirklich hochwertiger Schutz gegen Erdbebeneinwirkungen erzielen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Dämpfungsvermögen auf die dynamischen Erfordernisse abgestimmt ist und die für die Dämpfer erforderlichen Ankoppelungskräfte von den Federn aufgebracht werden.
Durch die Integration eines Viskositätsdämpfers kann durch geeignete Bemessung dieses Elements in allen physikalisch bedeutsamen Parametern auf die erforderlichen Eigenschaften abgestimmt werden. Die Integration in den Federkörper mit relativ steifen Schalen macht eine besondere Befestigung der Viskosedämpfer mit dem Aufstellungsort und der zu dämpfenden Masse mittels Schrauben überflüssig.
So können unter anderem horizontale Eigenfrequenzen der elastischen Aufstellung von typisch 0,5 Hz und vertikale Eigenfrequenzen von typisch 1,4 Hz ohne Schwierigkeiten erzielt werden. Die im gleichen Gehäuse untergebrachten Dämpfungselemente können außerdem auf die als optimal ermittelte Dämpfung (typisch 20% bis 25%) abgestimmt werden.
Derartige Elemente müssen jahrzehntelang funktionstüchtig sein. Auch wenn dies durch die besondere Art der Konstruktion und vor allem durch die besondere Art der Dämpfung gegeben ist, muß wegen des relativ hohen Sicherheitsbedürfnisses eine Oberprüfung der einzelnen Parameter möglich sein.
Kontrolle der physikalischen Eigenschaften über einen längeren Zeitraum ist eine sehr wichtige Sache für Gebäude, bei denen eine relativ hohe Forderung nach Sicherheit erhoben wird. Wesentliche Eigenschaften von Neopren - Lagern lassen sich nicht kontrollieren.
Zu diesem Zweck müßten die Elemente ausgebaut werden.
Das Fließverhalten derartiger Plattenmaterialien gestattet auch keine zuverlässige Oberwachung durch Kontrolle der Einbauhöhen. Dämpfungsparameter sind überhaupt nicht prüfbar.
Für die Kontrolle der Federn. genügt dagegen die Oberwachung der Relaxation derselben. Dies kann durch eine Oberwachung der Höhe unter der Last erfolgen. Die Oberwachung der Dämpfungsfähigkeiten des Dämpfungsmediums erfordert aber immer einen Ausbau der Dämpfer.
Um nun den Ausbau des gesamten Federkörpers, der zu diesem Zweck erforderlich sein könnte, zu vermeiden, ist innerhalb des Federkörpers der Viskositätsdämpfer demontierbar angeordnet.
Sollte selbst bei sorgfältigster Dimensionierung durch Korrosion oder durch ein unvorhergesehenes Ereignis ein Element schadhaft werden, so ist das Auswechseln dieser Elemente, wenn Schraubendruckfedern und Viscositätsdämpfer Verwendung finden, ungewöhnlich einfach.
Die Federkörper sind mittels seitlicher Spannschrauben über ihre statische Last hinaus vorspannbar, so daß sie ohne weiteres herausgenommen werden können. Eine besondere Abstützung der Gebäude ist nicht erforderlich, da ja einige Hundert derartiger Federkörper unter dem Gebäude stehen, so daß das Auswechseln eines Elements keine spürbaren Konsequenzen für das Gesamtsystem hat.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch einen mit einem Viskosedämpfer kombinierten Federkörper.
Zwischen zwei relativ biegesteifen Schalen sind Schraubendruckfedern 2 angeordnet. Die Schalen 1 sind durch Schrauben 3 miteinander zu einem Gehäuse verbunden. Eine Vielzahl auf diese Weise gebildeter Gehäuse ist zwischen dem zu isolierende Gebäude und dem Fundament angeordnet.
Während es bekannt ist, zur Schwingungsisolierung von Maschinen z.B. Schmiedehämmern neben derartigen Federkörpern zusätzlich auch Viskositätsdämpfer vorzusehen, sind bei der vorliegenden Erfindung Viskositätsdämpfer 4,5 im gleichen Gehäuse zu den Federn 2 parallel geschaltet. Durch die Parallelschaltung von Federn und Dämpfung wird erreicht, daß die sonst bei Dämpfern erforderliche kraftschlüssige Verbindung mit dem Aufstellungsort und mit dem abgefederten Gegenstand wegfallen kann, da die Rückstellkräfte der Federn bei richtiger Dimensionierung die kraftschlüssige Verbindung gewährleisten.
Da die Viskositätsdämpfer 4,5 keine statischen Lasten übernehmen, sind sie leicht demontierbar, um regelmässig kontrolliert und notfalls ausgewechselt werden zu können.
Bei der Verwendung der vorbeschriebenen Federkörperdämpfungskombination entsprechend dem vorliegenden Erfindungsgedanken treten erhebliche Ersparnisse, sowohl bei der Bemessung des Gebäudes selbst als auch in besonders hohem Maße an den Einrichtungsgegenständen im Gebäude, auf.

Claims

Patentansprüche 1. Schwingungsisolierung zur Erdbebensicherung insbesondere von Gebäuden mittels Federkörpern, bei denen zwischen zwei relativ biegesteifen Schalen Schraubendruckfedern angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die horizontalen und vertikalen Steifigkeiten der Schraubendruckfedern (2) dem Verwendungszweck entsprechend angepasst sind.
2. Schwingungsisolierung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in dem durch die Schalen (1) gebildeten Gehäuse neben den Schraubendruckfedern (2) Viskositätsdämpfer (4,5) angeordnet sind, deren Dämpfungsvermögen auf die dynamischen Erfordernisse abgestimmt ist und bei denen für die Dämpfer (4) erforderliche Rückstellkräfte von den Federn (2) aufgebracht werden.
3. Schwingungsisolierung nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Viskositätsdämpfer (4,5) zu den Schraubendruckfedern (2) parallel geschaltet sind.
4. Schwingungsisolierung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Viskositätsdämpfer (4,5) im Lastzustand demontierbar sind.