Immissionsschutz – Erschütterungsschutz

Schwingungen aus Verkehr und Industrie breiten sich im Baugrund aus. Auf Gebäude übertragen, werden sie häufig störend, als spürbare Vibrationen oder tieffrequente Geräusche wahrgenommen. Durch die frühzeitige Einbindung eines Baudynamikers in die Bauplanung kann ein effektiver Schutz vor Schwingungsimmissionen realisiert werden.

GuD ist bundesweit als Messstelle zur Ermittlung von Erschütterungen nach §26 Bundes-Immissionsschutzgesetz zugelassen und bietet Messungen, Prognoseberechnungen sowie die Planung und Überwachung schwingungsmindernder Maßnahmen an.

Schwingungsmessungen in Gebäuden

Verkehr, Bauarbeiten, gewerbliche und technische Anlagen sowie sportliche Aktivitäten stellen typische Erschütterungsquellen dar, die wahrnehmbare Schwingungen in Gebäuden verursachen können. Ob derartige Immissionen für Menschen als störende Einwirkungen anzusehen sind, lässt sich durch Schwingungsmessungen vor Ort und deren Bewertung nach einschlägigen Normen und Regelwerken feststellen. Der Vergleich von Messergebnissen mit den Anhaltswerten der DIN 4150-2 „Erschütterungen im Bauwesen, Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden“, der VDI 2038 „Gebrauchstauglichkeit von Gebäuden bei dynamischen Einwirkungen“ und der VDI 2057 „Einwirkungen mechanischer Schwingungen auf Menschen“ zeigt, ob erschütterungsbedingte Belästigungen zu erwarten sind. Darüber hinaus nimmt GuD eine Bewertung der Sekundärluftschallbelastung auf Grundlage der „Verkehrswege-Schallschutzmaßnahmenverordnung - 24.BImSchV“ bzw. der „Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm – TA-Lärm“ vor.

Prognose von Schwingungs- und Sekundärluftschallimmissionen


Schwingungsmessung auf dem
freien Baugrund

Werden neue Gebäude in der unmittelbaren Umgebung von stark frequentierten Straßen oder Schienenfahrwegen errichtet, ist von einer Übertragung von Verkehrserschütterungen über den Baugrund und die Gründung auf Geschossdecken und Wände der Neubauten auszugehen. Die Schwingungsimmissionen und der abgestrahlte sekundäre Luftschall können von zukünftigen Bewohnern als störend empfunden werden. Um die Immissionen schon frühzeitig, noch in der Planungsphase, ermitteln und beurteilen zu können, führt GuD Schwingungsmessungen auf dem Baufeld durch. Aus den gewonnenen Messdaten werden die Schwingungs- und Sekundärluftschallimmissionen nach anerkannten Berechnungsverfahren abgeschätzt, nach entsprechenden Normen bewertet und ggf. Dämmmaßnahmen empfohlen.

Numerische Simulationen der Bauwerksdynamik


Finite-Elemente-Modell

Je nach Situation und Anregungscharakteristik bedarf die Prognose von Schwingungs- und Sekundärluftschallimmissionen einer dezidierten, alle Randbedingungen realistisch umfassenden erschütterungstechnischen Untersuchung. Eine solche Analyse nimmt GuD mit Hilfe von dreidimensionalen Finite-Elemente-Modellen vor. Im Zuge der FE-Berechnungen erfolgt die detailgetreue Abbildung der konkret geplanten Tragwerkskonstruktion. Unter Einprägung zuvor ermittelter Lastfunktionen werden die Bauteilschwingungen berechnet. Schwingungsantworten und der abgestrahlte sekundäre Luftschall können explizit für jeden Ort bzw. jeden Raum des Gebäudes prognostiziert werden. Auf dieser Basis werden im Bedarfsfall sehr effektiv Maßnahmen zur Schwingungsminderung, entweder durch konstruktive Anpassungen des Tragwerkes oder mittels elastischer Elemente, in Form einer Schwingungsisolierung, dimensioniert.

Dimensionierung elastischer Gebäude- und Gleislagerungen

Zur Minderung von Schwingungseinwirkungen haben sich elastische Lagerungen als praktikabel und effektiv erwiesen. Die Wirksamkeit von elastischen Gebäudelagerungen untersucht GuD rechnerisch, anhand von Finite-Elemente-Modellen und unter Ansatz zusätzlicher Halbraummodelle. Es kommen dabei sowohl flächige Lagerungen unterhalb der Fundamentplatte und an Baugrubenwänden mittels Elastomermatten als auch diskrete Einzellager, wie Stahlfederelemente oder Elastomerstreifen auf Geschosswänden innerhalb des Gebäudes, infrage. Zur optimalen Dimensionierung werden Parameter wie die Massen und Steifigkeiten von Fundamentplatten, Geschossdecken, Geschosswänden sowie des elastischen Materials in den Berechnungen variiert. Die dreidimensionale Modellrechnung ermöglicht die Berücksichtigung der Interaktion zwischen dem nachgiebigen Bauwerk mit seinen Bauteileigenschwingungen und der für die Schwingungsisolation erforderlichen elastischen Lagerelemente. Nur unter Betrachtung dieser Effekte ist eine - gerade auch hinsichtlich entstehender Kosten - effektive Dimensionierung der Dämmmaßnahme zielführend.

Eine alternative Möglichkeit der Minderung von Schwingungsimmissionen infolge von Schienenverkehr stellt der Einbau elastischer Elemente im Bereich des Schienenweges, wie z.B. Unterschottermatten oder besohlter Schwellen, dar. Ausgehend von den Prognoseergebnissen und den vorhandenen Messdaten bietet GuD eine Dimensionierung und Planung für derartige Maßnahmen an.

Unterstützung in der Ausführungsplanung elastischer Gebäudelagerungen

GuD unterstützt die Projektbeteiligten in der Detailplanung einer elastischen Gebäudelagerung durch:

  • Kontaktaufnahme mit den Herstellern der elastischen Komponenten, Angebotsanfragen, Abfrage von Prüfzeugnissen, Prüfung der Produkte anhand von Kenndaten zum statischen und dynamischen Verhalten sowie zur Langlebigkeit der Produkte, Empfehlungen für die Wahl der Materialien
  • Prüfung der von den Lieferanten erstellten Verlegepläne bzgl. der dynamischen Eigenschaften der elastischen Komponenten für die Gebäudelagerung
  • Ausarbeitung bzw. Unterstützung bei der Festlegung von Details zur Auslegung der Elastomermatten (Treppen, Rohrleitungen, Aufzüge, Übergänge zur Tiefgarage, Abschluss an der Außenwand etc.)

Überwachung Umsetzung schwingungsmindernder Maßnahmen


Elastomermatten auf der Bauwerksgründung
zur Dämmung der Schwingungsimmissionen

Für den Erfolg einer schwingungsmindernden Maßnahme ist die fachgerechte Umsetzung auf der Baustelle maßgebend. Schon durch kleine Fehler entstehen Körperschallbrücken, die zu ungewollten, störenden Sekundärluftschallpegeln im geplanten Gebäude führen können. Der ordnungsgemäße Einbau von elastischen Elementen am Bauwerk kann durch einen erfahrenen Mitarbeiter von GuD überwacht werden.

Prognose baubedingter Erschütterungen

Der Prognose baubedingter Erschütterungen im Vorfeld der eigentlichen Baumaßnahmen kommt immer größere Bedeutung zu. Um eventuell erforderliche Schutzmaßnahmen treffen zu können, sollte schon während der Planung das Risiko einer möglichen Beeinträchtigung von Nachbarn betrachtet werden. GuD verfügt über einen großen Datenpool aus mehr als 35 Jahren Schwingungsmessungen bei unterschiedlichsten Bautätigkeiten, auf verschiedensten Baustellen. Anhand dieses Datenstammes werden die dynamischen Anregungskräfte, die im Zuge der vorgesehenen Arbeiten in den Untergrund eingeleitet werden, abgeschätzt. Mittels vereinfachter Ingenieurmodelle werden die Schwingungsausbreitung im Boden sowie die Übertragung der Erschütterungen auf Fundamente und Deckenebenen prognostiziert. Im Bedarfsfall erfolgen Messungen zur Untersuchung der Schwingungsübertragung im Boden bzw. in die Nachbarbauwerke mit definierter Schwingungsanregung durch ein Fallgewicht oder einen Schwingungserreger.

Schwingungsüberwachung bei Baumaßnahmen


Kontrolle der Erschütterungseinwirkungen
mit automatischen Messstationen

Insbesondere bei Abriss- und Tiefbauarbeiten muss damit gerechnet werden, dass Erschütterungen entstehen und über den Baugrund auf nahegelegene Bauwerke übertragen werden. Zur Vermeidung unzulässiger Störungen und baulicher Gefährdungen in der Nachbarschaft aber auch zur Beweissicherung sollten diese Erschütterungen gemessen werden. Besonders hoch ist der Bedarf an einer Erschütterungsüberwachung, wenn in der Nachbarschaft sensible Anlagen, wie z.B. IT-Server, medizinische Geräte oder Elektronenmikroskope betrieben werden.

Bei kurzen Baumaßnahmen kann die Überwachung durch mehrstündige Messeinsätze eines GuD-Teams erfolgen. Längere Bauarbeiten mit Erschütterungsemissionen, die zeitlich nicht genau voraussagbar sind, sollten durch eine kontinuierliche Schwingungsüberwachung begleitet werden. Dabei registrieren fest installierte Messanlagen rund um die Uhr die Schwingungen und melden kritische Einwirkungen sofort per Mobilfunk oder Warnsignalausgabe auf der Baustelle. Auf Wunsch nimmt GuD zeitnah eine zusätzliche Ursachenuntersuchung und Bewertung problematischer Einwirkungen vor und berät bei der Abstellung der Ursachen.

Die Messergebnisse werden für fortlaufende Zeitabschnitte dokumentiert, z.B. in Form von Wochenberichten. Darin sind die maximalen Schwingungseinwirkungen im Minutentakt über dem Zeitpunkt ihres Auftretens angegeben. Besondere Ereignisse werden mit Zahlenwerten und detaillierten Schwingungsbildern zusätzlich behandelt.

Baudynamische Beratungsleistungen für schwingungsempfindliche Einrichtungen

 


Schwingungsmessungen an einem 
Elektronenmikroskop

In Forschungsinstituten, der Halbleiterindustrie und optischen Fertigung sowie in anderen hochsensiblen Einrichtungen werden häufig sehr hohe Anforderungen an die zu gewährleistende Schwingungsarmut gestellt. So liegen z.B. die zulässigen Schwingungsamplituden in der Elektronenmikroskopie um mehrere Größenordnungen unter dem, was für Menschen wahrnehmbar ist. Daher sind zur Einhaltung von vorgegebenen bzw. festzulegenden Schwingungskriterien Untersuchungen zum Erschütterungseintrag in das Bauwerk und zum Schwingungsverhalten des Tragwerks erforderlich. Ausgehend von auf dem Baugrund bzw. in der Gründungstiefe erfassten Schwingungsanregungen werden durch GuD, unter Berücksichtigung der Boden-Bauwerks-Interaktion und der geplanten Konstruktion, Prognoseberechnungen hinsichtlich der zu erwartenden Bauteilschwingungen im Bereich der vorgesehenen sensiblen Einrichtungen durchgeführt. Es werden sowohl externe Schwingungsanregungen, z.B. aus dem Straßen- und Zulieferverkehr, als auch interne Anregungen aus dem Betrieb haustechnischer Anlagen oder infolge personeninduzierter Schwingungen berücksichtigt. Mittels strukturdynamischer Modelle wird die Wirkungsweise schwingungsmindernder oder isolierender Maßnahmen untersucht.

Schwingungsemissionen von Maschinen und technischen Anlagen

Beim Betrieb von Maschinen und technischen Anlagen können Schwingungen entstehen, die auf Personen im Umfeld oder auch auf die Anlagen selbst störend einwirken. Besonders starke Schwingungsemissionen können darüber hinaus auch Gefährdungen der Bausubstanz bewirken.

In solchen Fällen kann GuD als bundesweit anerkannte Messstelle nach §29b des Bundes-Immissionsschutzgesetzes durch Messungen vor Ort eine allgemeine Untersuchung der Schwingungssituation vornehmen. Die Messdaten ermöglichen eine Bewertung der Immissionen auf Grundlage einschlägiger Normen und Regelwerke (DIN 4150-2 und 3, VDI 2057, TA-Lärm).

Durch Messungen können die Ursachen und Übertragungswege der Schwingungen ermittelt und Maßnahmen zur Schwingungsminderung geplant werden.


Messungen zur Ermittlung der Ursachen
störender Schwingungsemissionen

Häufig ist eine schwingungsisolierte Aufstellung der Maschinen zielführend. Sowohl die Wirksamkeit der Schwingungsisolierung als auch die resultierenden Schwingungsamplituden der Maschine selbst müssen dabei betrachtet werden. Anhand von messtechnischen Untersuchungen und Modellrechnungen entwickelt GuD effiziente Maßnahmen zur Schwingungsminderung unter Gewährleistung der uneingeschränkten Funktionalität bzw. Gebrauchstauglichkeit der Maschinen.