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Erschütterungsimmissionen - Mess- und Prognoseverfahren
Dr.-Ing. Dieter Schwarzkopf
Müller-BBM GmbH Am Bugapark 1 Tel.: 0209 / 983 08 20 45899 Gelsenkirchen E-Mail: [email protected]
Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2
1.1 Allgemeines 2
1.2 Entstehung 2
1.3 Verfahren der Erschütterungsprognose 3
2 Beurteilungsgrundlagen 4
2.1 Erschütterungen 4
2.2 Sekundärer Luftschall 6
3 Messung von Erschütterungen 7
3.1 Beschleunigungsaufnehmer 7
3.2 Ankopplung der Beschleunigungsaufnehmer 8
3.3 Störeinflüsse 11
3.4 Messaufbau 11
3.5 Messergebnisse 13
3.6 Aufbereitung der Messdaten für die Prognose 14
4 Prognose 15
4.1 Einleitung 15
4.2 Prognosearten 16
5 Prognosedurchführung mit Erfahrungswerten 21
5.1. Berechnungsverfahren KB-Werte 21
5.2. Berechnungsverfahren für den Sekundärluftschall 21
5.3 Ergebnisse der Prognose 22
5.4 Beurteilung 23
6 Erschütterungsschutz-Maßnahmen 24
6.1. Konstruktive Maßnahmen: Fußbodenaufbau 24
6.2. Elastische Gebäudelagerung 26
7 27 Normative Vorgaben und verwendete Literatur
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1 Einleitung 1.1 Allgemeines
Durch steigende Qualitätsanforderungen an den Wohnraum und die Ausnutzung von Flächen in der Nähe von bestehenden Bahnstrecken gewinnen Probleme mit Er-schütterungs- und Sekundärluftschall-Immissionen immer stärkere Bedeutung. Nach unseren Erfahrungen treten diese Probleme in Wohn- und Bürogebäuden an ober- und unterirdischen Bahnstrecken bis zu einem Abstand von 50 m auf. Bei für die Schallausbreitung günstigen Bodenverhältnissen und stark befahrenen Bahnstrecken sogar bis 80 m.
Um die zukünftigen Bewohner von erschütterungsgefährdeten Gebäuden zu schüt-zen, sollte in der Planung solcher Gebäude die Erschütterungssituation berücksichtigt werden. Dazu sollten Erschütterungsimmissionsprognosen erstellt werden, die in den meisten Fällen auf Erschütterungsmessungen aufbauen, die vor Baubeginn auf dem Baugelände durchgeführt werden.
1.2 Entstehung
Von vorbeifahrenden Zügen werden neben direktem Luftschall (Primärluftschall) auch Schwingungen erzeugt. Diese breiten sich im Untergrund als Bodenwellen aus und werden über die Fundamente auf benachbarte Gebäude übertragen. Dort können sie vom Menschen als spürbare Erschütterungen wahrgenommen oder als sogenannter sekundärer Luftschall gehört werden. Der sekundäre Luftschall wird von den schwingenden Gebäudeteilen, in der Regel Decken und Wänden, in die umgebende Luft abgestrahlt.
z y
z
x, y, z
Primärschall
Bodenwellen
Erschütterungen
Sekundärluftschall
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x, y, z
Primärschall
Bodenwellen
Erschütterungen
Sekundärluftschall
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Abbildung 1 Prinzip der Entstehung, Ausbreitung und Abstrahlung von Erschütterungen und Sekundärluftschall
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1.3 Verfahren der Erschütterungsprognose
Physikalischer Effekt
Erschütterungsentstehung
⇓ Einleitung ins Erdreich
⇓ Weiterleitung im Boden
⇓ Übertragung aufs Fundament
⇓ Weiterleitung im Gebäude
⇓ Überhöhung durch Bauteilreso-
nanzen
⇓ Deckeneigenfrequenzen
⇓ Estricheigenfrequenzen
⇓
schwingende Raumbegrenzungs-
fläche
vom Menschen spürbar wahrge-
nommene Erschütterungen
vom Menschen hörbar wahrge-nommene Bauteilschwingungen
Prognosevorgehen
Erschütterungsmessungen am Bauplatz des geplanten Gebäudes
an einer ausreichenden Anzahl von Messpunkten und einer reprä-sentativen Anzahl Zugvorbeifahr-
ten
⇓ Berechung von Terzschnelle-
Spektren am Ort des geplanten Gebäudes
Korrekturspektrum aus der Erfah-
rung für jeden „Übergang“
⇓ Addition mit den gemessenen
Terz-Schnellespektren
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Berücksichtigung der unterschied-lichen möglichen Kombinationen
von Eigenfrequenzen
Terz-Schnellespektren auf dem schwingenden Bauteil für verschie-dene Bauteileigenfrequenzkombi-
nationen
KB-Wert-Berechnung
Berechung von Sekundärluft-schallpegeln für verschiedene
Bauteilkonstruktionen
Beurteilung
Vergleich mit Anhaltswerten der DIN 4150 Teil 2
Vergleich mit Anhaltswerten der TA Lärm und der VDI 2719
Konstruktive Maßnahmen am Gebäude
Bei Überschreitung Vorschlag von erschütterungs-mindernden Maßnahmen
Elastische Gebäudelagerung
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2 Beurteilungsgrundlagen Für die Beurteilung von Erschütterungsimmissionen liegen keine gesetzlichen Rege-lungen vor, obwohl z. B. nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) beim Bau oder bei wesentlichen Änderungen von öffentlichen Straßen und Schienenver-kehrswegen sicherzustellen ist, dass durch diese keine schädlichen Umwelteinwir-kungen hervorgerufen werden können, welche nach dem derzeitigen Stand der Technik vermeidbar sind. In DIN 4150 Teil 2 sind zwar Anhaltswerte für Erschütte-rungen verankert, diese beziehen sich jedoch auf Auswertungen von Messungen am fertiggestellten Gebäude.
Zudem ist die Vorgabe von Anhaltswerten für Sekundärluftschallimmissionen in Deutschland nicht einheitlich geregelt, obwohl diese meist kritischer als die Erschüt-terungen sind. Hilfsweise werden Regelwerke wie die TA Lärm oder VDI 2719 heran-gezogen.
Im folgenden werden die Anhaltswerte der DIN 4150 / 2 für Erschütterungen und die Richtwerte der VDI 2719 sowie der TA Lärm für Luftschall kurz aufgeführt.
Die zugrundeliegenden Normen und Richtlinien sowie die verwendete Literatur sind in Kapitel 7 angegeben.
2.1 Erschütterungen
Zur Bewertung der Einwirkung von Erschütterungen auf Menschen werden die soge-nannten KB-Werte herangezogen. Das KB-Signal ist gemäß DIN 45 669 durch eine Frequenzbewertung des Schnellesignals definiert.
Die Beurteilung erfolgt nach DIN 4150 anhand von zwei Beurteilungsgrößen:
- KBFmax, die maximale bewertete Schwingstärke
- KBFTr, die Beurteilungsschwingstärke
In DIN 4150 / 2 werden die Anhaltswerte für Wohnungen und vergleichbar genutzte Räume in verschiedenen Gebieten angegeben. Zur Beurteilung der Erschütterungs-situation dienen die folgenden Größen:
- Au : unterer Anhaltswert
- Ao : oberer Anhaltswert
- Ar : über einen Beurteilungszeitraum gemittelter Anhaltswert
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Tabelle 1 Anhaltswerte nach DIN 4150 / 2 [2] für die Beurteilung von Erschütterungen in Wohnungen und vergleichbar genutzten Räumen
Zeile Einwirkungsort tags nachts Au Ao Ar Au Ao Ar
1 Einwirkungsorte, in deren Umgebung nur ge-werbliche Anlagen und gegebenenfalls aus-nahmsweise Wohnungen für Inhaber und Leiter der Betriebe sowie für Aufsichts- und Bereit-schaftspersonen untergebracht sind (vgl. Industriegebiete § 9 BauNVO)
0,4 6 0,2 0,3 0,6 0,15
2 Einwirkungsorte, in deren Umgebung vorwie-gend gewerbliche Anlagen untergebracht sind (vgl. Gewerbegebiete § 8 BauNVO)
0,3 6 0,15 0,2 0,4 0,1
3 Einwirkungsorte, in deren Umgebung weder vorwiegend gewerbliche Anlagen noch vorwie-gend Wohnungen untergebracht sind (vgl. Kerngebiete § 7 BauNVO, Mischgebiete § 6 BauNVO, Dorfgebiete § 5 BauNVO)
0,2 5 0,1 0,15 0,3 0,07
4 Einwirkungsorte, in deren Umgebung vorwie-gend oder ausschließlich Wohnungen unterge-bracht sind (vgl. Reine Wohngebiete § 3 BauNVO, allge-meine Wohngebiete § 4 BauNVO, Kleinsied-lungsgebiete § 2 BauNVO)
0,15 3 0,07 0,1 0,2 0,05
5 Besonders schutzbedürftige Einwirkungsorte, z. B. Krankenhäuser, Kurkliniken, soweit sie in dafür ausgewiesenen Sondergebieten liegen
0,1 3 0,05 0,1 0,15 0,05
In Klammern sind jeweils die Gebiete der Baunutzungsverordnung - BauNVO angegeben, die in der Regel den Kennzeichnungen unter Zeile 1 - 4 entsprechen. Eine schematische Gleichsetzung ist jedoch nicht möglich, da die Kennzeichnung unter Zeile 1 bis 4 ausschließlich nach dem Ge-sichtspunkt der Schutzbedürftigkeit gegen Erschütterungseinwirkung vorgenommen werden ist, die Gebietseinteilung in der BauNVO aber auch anderen planerischen Erfordernissen Rechnung trägt.
In der alten VDI-Richtlinie 2057, Blatt 3 aus dem Jahr 1986 wurden die in Tabelle 2 dargestellten Zusammenhänge zwischen bewerteten Schwingstärken und subjektiver Wahrnehmung angegeben. Diese VDI-Richtlinie wurde im September 2002 zurückgezogen, da sich im Zuge der Anpassung der Arbeitsrichtlinien an das europäische Recht für diesen Bereich die Bewertungsverfahren geändert haben. Der in der zurückgezogenen Richtlinie beschriebene Zusammenhang zwischen der be-werteten Schwingstärke und der subjektiven Wahrnehmung von Erschütterungs-einwirkungen kann aber weiterhin allgemein gültig verwendet werden.
Tabelle 2 Zusammenhang zwischen bewerteter Schwingstärke und subjektiver Wahrneh-mung (gemäß alter VDI 2057-3 [8])
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KB-Werte Beschreibung der Wahrnehmung
< 0,1 nicht spürbar
0,1 Fühlschwelle
0,1 - 0,4 gerade spürbar
0,4 - 1,6 gut spürbar
1,6 - 6,3 stark spürbar
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2.2 Sekundärer Luftschall
Für die Beurteilung der Sekundärluftschallimmissionen liegen derzeit weder einge-führte Regelwerke noch verbindliche Richtwerte vor. Es muss daher ersatzweise auf Regelwerke, die Anforderungen an Innenraumpegel angeben (wie z. B VDI-Richtlinie 2719 oder TA Lärm), zurückgegriffen und die darin genannten Anhaltswerte zur Be-urteilung herangezogen werden.
Tabelle 3 Immissionsrichtwerte innerhalb von Gebäuden nach TA Lärm
Bezugszeitraum Mittelungspegel Lm in dB(A)
Maximalpegel Lmax in dB(A)
Tag 35 45 Nacht 25 35
In der TA Lärm werden diese Richtwerte unabhängig von der Lage des Gebäudes für Geräuschübertragung innerhalb von Gebäuden oder bei Körperschallübertragung angegeben.
Tabelle 4 Anhaltswerte nach VDI 2719 [12] für Innenpegel, die nicht überschritten werden sollten
Raumart Mittelungspegel Lm [dB(A)] *
Mittlerer Maximal-pegel ⎯Lmax [dB(A)] *
1 Schlafräume nachts 1.1 in Reinen (WR) und Allgemeinen (WA)
Wohngebieten 25 ... 30 35 ... 40
1.2 in allen übrigen Gebieten 30 ... 35 40 ... 45 2 Wohnräume tagsüber 2.1 in Reinen (WR) und Allgemeinen (WA)
Wohngebieten 30 ... 35 40 ... 45
2.2 in allen übrigen Gebieten 35 ... 40 45 ... 50 3 Kommunikations- und Arbeitsräume
tagsüber
3.1 Unterrichtsräume, ruhebedürftige Einzel-büros, wissenschaftliche Arbeitsräume, Bibliotheken, Konferenz. und Vortrags-räume, Arztpraxen, Operationsräume, Kir-chen, Aulen
30 bis 40 40 bis 50
3.2 Büros für mehrere Personen 35 bis 45 40 bis 50 3.3 Großraumbüros, Gaststätten, Schalter-
räume, Läden 40 bis 50 50 bis 60
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* Der jeweils höhere Wert stellt die Mindestanforderung dar. Der mittlere Maximalpegel ⎯Lmax ist das energetische Mittel der Schallpegelspitzen
Hier wird wie in der DIN 4150 Teil 2 eine Unterteilung der Anhaltswerte nach der Lage der Immissionsorte vorgenommen.
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3 Messung von Erschütterungen In der Regel sind die Stärke der Erschütterungsanregung und die Ausbreitungsbe-dingungen im Boden nicht bekannt. Da diese Vorgänge in einer Prognose nur schwer zu berechnen sind, werden Erschütterungsmessungen am Ort des zukünftigen Ge-bäudes durchgeführt. Durch diese Messungen wird die Erschütterungssituation im Erdreich am geplanten Standort erfasst. Durch die Prognose wird dann der Erschüt-terungsübergang ins Gebäude, die Fortleitung im Gebäude und die resultierenden Erschütterungen und Sekundärluftschallabstrahlungen der Raumbegrenzungsflächen abgebildet.
Messungen von Schwingungsimmissionen werden im allgemeinen gemäß DIN 45669 Teil 1 und 2 durchgeführt. In Teil 1 werden die Anforderungen an Schwingungs-messer und die Ausstattung der gesamten Messkette festgelegt, mit der die Schwin-gungssignale erfasst werden. In Teil 2 werden Messverfahren zur Ermittlung der Werte von Beurteilungsgrößen mit einem Schwingungsmesser nach Teil 1 genannt. Weiter werden Hinweise zur Wahl des Messortes und zur Ankopplung des Schwin-gungsaufnehmers an die Messstruktur sowie Grundsätze zur einheitlichen Mess-durchführung beschrieben.
Für Messungen im Bereich von Schienenverkehrswegen werden weitere Hinweise in der DIN 45 672 gegeben. In Teil 1 wird das Messverfahren und in Teil 2 das Aus-werteverfahren solcher Messungen beschrieben.
3.1 Beschleunigungsaufnehmer
Die heute gebräuchlichsten Körperschallaufnehmer arbeiten nach dem piezoelektri-schen Prinzip.
Quarzkristalle besitzen die Eigenschaft, dass sie als Folge von mechanischen Ver-formungen eine Ladungstrennung vornehmen und daher auf ihren Oberflächen elekt-rische Ladungen aufweisen. Diese Ladungsverschiebung ist proportional zu der auf den Kristall einwirkenden Kraft.
Aus Abbildung 2 wird der prinzipielle Aufbau eines piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers deutlich.
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Abbildung 3 Aufbau eines piezoelektrischen Wandlers
VorspannfederGehäuse seismische Masse
Piezoelektrische Scheibe
biegefester Boden
Kontaktschicht
MeßobjektoberflächeSpannung
Beschleunigung a
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Das eigentliche Wandlersystem besteht aus einer piezoelektrischen Scheibe, auf der eine relativ große seismische Masse ruht, welche durch eine Feder vorgespannt ist. Das Wandlersystem ist einseitig mit dem biegefesten Boden des hermetisch abge-schlossenen Aufnehmergehäuses verbunden. Bei Beschleunigung des Aufnehmers in seiner Achsrichtung wird auf die Piezoscheiben eine Kraft F ausgeübt, die der Be-schleunigung a und der seismischen Masse m proportional ist (F=m⋅a).
Bedingt durch die Ladungstrennung gibt der Wandler eine, der Beschleunigung pro-portionale, elektrische Spannung ab.
Die primären Kriterien für die Auswahl eines Beschleunigungsaufnehmers sind Emp-findlichkeit, Masse, Resonanzfrequenz, Frequenzbereich und Betriebstemperatur, wobei die drei zuerst genannten Eigenschaften weitgehend voneinander abhängen.
Im allgemeinen möchte man vom messtechnischen Standpunkt aus gleichzeitig:
• eine hohe Empfindlichkeit
• eine geringe Masse (minimale Zusatzbelastung für das Messobjekt) sowie
• eine hohe Resonanzfrequenz (weiter Messbereich)
erreichen.
Bei Erschütterungsuntersuchungen werden aufgrund der relativ geringen Anregun-gsamplituden sehr häufig Beschleunigungsaufnehmer mit einer hohen Empfindlich-keit eingesetzt. Da sich der Messbereich bei Erschütterungsuntersuchungen auf ei-nen Frequenzbereich bis maximal 1000 Hz beschränkt, stellen die niedrigen Reso-nanzfrequenzen empfindlicher Aufnehmer kein Problem dar. Ebenfalls unkritisch sind die relativ großen Massen der Beschleunigungsaufnehmer bei Erschütterungsmes-sungen, da diese nur selten für eine Zusatzmasse am Messobjekt sorgen.
3.2 Ankopplung der Beschleunigungsaufnehmer
Besonders wichtig für das Erzielen einwandfreier Messergebnisse ist die richtige Befestigung der Aufnehmer am Messobjekt. Die Ankopplung an die Messorte kann direkt oder indirekt über eine Ankopplungseinrichtung erfolgen.
Eine kraftschlüssige Ankopplung zwischen Aufnehmer und Ankopplungsvorrichtung bzw. Messobjekt muss vorhanden sein. Nur dadurch können Kontaktresonanzen, die zu einer Erhöhung des Messwertes in bestimmten Frequenzbereichen führen, und ein mechanisches Abheben oder Wandern des Aufnehmers verhindert werden.
Resonanzen der Ankopplungsvorrichtung, die im Arbeitsbereich der Messseinrich-tung liegen, müssen ebenfalls vermieden werden.
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Für die Ankopplung des Beschleunigungsaufnehmers an das Messobjekt kommen bei Erschütterungsuntersuchungen für eine Prognose prinzipiell folgende Orte in Frage:
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• Erdreich, am Ort des geplanten Gebäudes
• bestehende Hausfundamente
• auf der Bodenplatte oder auf Rohdecken des Rohbaus
In bestehenden Gebäuden gibt es zusätzlich die Möglichkeit am Fußboden eines bewohnten Hauses zu messen. Solche Messungen dienen jedoch zur Erfassung der Erschütterungsimmission eines bestehenden Gebäudes. Mit diesen Ergebnissen werden gelegentlich Maßnahmen an der Quelle ausgearbeitet.
Zur Ankopplung werden in DIN 45669-2 folgende Verfahren vorgeschlagen:
Zur Ankopplung an das Erdreich dienen Erdspieße, auf denen die Beschleunigungs-aufnehmer befestigt werden (Abbildung 4).
Abbildung 4 Befestigung des Messpunktes auf einem genormten Erdspieß im „Freifeld“
Soll der Beschleunigungsaufnehmer auf festen Strukturen befestigt werden, so ist dies mit Plättchen mit einem Innengewinde möglich, die mit einem harten Kleber auf die Struktur aufgebracht werden. Der Beschleunigungsaufnehmer wird dann auf die-ses Plättchen aufgeschraubt (Abbildung 5).
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Abbildung 5 Befestigung eines Messpunkte auf einer Rohdecke
In speziellen Fällen ist es erforderlich, dass die Erschütterungen in allen drei Raum-richtungen erfasst werden. Hier können drei Beschleunigungsaufnehmer über einen an die Struktur geklebten Würfel appliziert werden (Abbildung 6).
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Abbildung 6 Befestigung eines „triaxialen“ Messpunktes an einem Gebäudefundament
Weiter kann zur Befestigung auf harten und glatten Strukturen die Befestigung über doppelseitiges Klebeband oder mit einem Haftwachs erfolgen.
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Für die Ankopplung auf weichen Unterlagen, wie z.B. Teppichboden, werden nach DIN 45 699-2 Ankoppelvorrichtungen aus Messing mit drei spitzen Füßen verwendet (Abbildung 7). Mit dieser Anordnung sind nur Messungen bis 100 Hz möglich.
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Abbildung 7 Befestigung eines Messpunkte auf einer genormten „Messplattform“ auf Teppichboden
3.3 Störeinflüsse
Neben einer schlechten Ankopplung des Aufnehmers an das Messobjekt können Störeinflüsse für eine Verfälschung der Erschütterungsmessungen führen. Nach DIN 45699 Teil 2 werden diese Störgrößen in drei Gruppen eingeteilt:
• Zusätzliche Schwingungen, deren Einwirkung auf das Messobjekt nicht oder nur sekundärer Gegenstand der Mess- oder Beurteilungsaufgabe ist. Dies können zum Beispiel andere Erschütterungsquellen sein.
• Störsignale, wie elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder, die neben der Schwingungsimmission unmittelbar auf das Messgerät einwirken.
• Rückwirkungen des Schwingungsmessers auf das Messobjekt, z.B. durch Vergrößerung der schwingenden Masse des Messobjektes.
3.4 Messaufbau
Zur Prognose der Erschütterungsimmissionen werden auf dem Baugrundstück meh-rere Messpunkte im Bereich der geplanten Bebauung angeordnet. In Abbildung 8 sind die Messpunkte für einen geplanten großen Wohnkomplex in der Nähe einer U-Bahn-Linie dargestellt. Hier wurden fünf Messpunkte in den angrenzenden U-Bahn-Tunnel und 8 Messpunkte auf dem Gelände des geplanten Gebäudes angeordnet.
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Die Messpunkte im Tunnel dienten zur Erfassung der Emissionssituation, d. h. der Erschütterungsanregung. Diese Kenntnis ist ggf. für die Auslegung von erschütte-rungsmindernden Maßnahmen an der Quelle erforderlich.
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Bei großflächigen Siedlungen aus mehreren Einfamilienhäusern reicht es nicht aus, nur an einem Punkt (z.B. an einem bahnnahen Haus) zu messen. Um die unter-schiedlichen Ausbreitungsverhältnisse auf dem Gelände zu berücksichtigen, sollte für
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jedes Gebäude mindestens ein Messpunkt eingerichtet werden. Dadurch können für jedes einzelne Haus bzw. für Gebäudegruppen die ggf. erforderlichen Minderungs-maßnahmen individuell ermittelt werden, so dass unnötige Kosten vermieden wer-den.
An jedem Messpunkt wird ein Beschleunigungsaufnehmer angebracht und mit einem mehrkanaligen Messsystem (Abbildung 9) verbunden. Bei einer Zugvorbeifahrt wird nun zeitgleich an jedem Messpunkt das Beschleunigungssignal erfasst. Bei diesem Messverfahren werden in relativ kurzer Zeit viele Zugvorbeifahrten erfasst, wodurch sich die Aussagesicherheit der Prognose erhöht.
Um eine statistisch gesicherte Prognose durchführen zu können, werden in jeder Fahrtrichtung mindestens 10 Züge erfasst. Verkehren auf einer Bahnstrecke ver-schiedene Zugarten (Güterzug, ICE, Regionalbahn, etc.) wird versucht, von jeder Zugart 10 Züge für jede Richtung zu erfassen.
Mp 1
Mp 13 Mp 9 Mp 12
Mp 2
Mp 8
Mp 3
Mp 11 Mp 10
Mp 4
Mp 7
Mp 5 Mp 6
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Abbildung 8 Beispiel für die Messpunktanordnung auf einem Baugrundstück in der Nähe ei-ner U-Bahnlinie (Mp 6 bis MP 13) und Messpunkte im Tunnel (Mp 1 bis Mp 5)
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Abbildung 9 Mehrkanalmesssystem bei einer Messung mit 8 Messpunkten
3.5 Messergebnisse
Die Messdaten liegen zunächst als Zeitsignale vor (Abbildung10).
-10 0 10 20Messzeit s-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
Sch
win
gbes
chle
unig
ung
in m
m/s
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Abbildung 10 Beispiel für ein Beschleunigungszeitsignal einer Güterzugvorbeifahrt
Daraus können nach DIN 45 669 Teil 1 mit Hilfe eines KB-Filters direkt KB-Werte zur Beurteilung der Erschütterungssituation berechnet werden.
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3.6 Aufbereitung der Messdaten für die Prognose
Für die Prognose werden die gemessenen Beschleunigungssignale nach folgendem Verfahren aufbereitet.
• „Ausschneiden“ einzelner Zugvorbeifahrten aus dem Zeitsignal
• Filterung in Terzbänder mit der Zeitkonstante τ=125ms („FAST“)
• Bestimmung des Maximalpegels in jedem Terzband (Max-hold Terzspektrum)
• Umrechnung zu Schnellepegeln durch Integration
Damit ergeben sich die Terzspektren des maximalen Schnellepegels, die in Abbildung 11 dargestellt sind.
Gebäude 24
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Abbildung 11 Aus Zeitsignal berechnetes Terz-Schnellepegelspektrum für Güterzugfahrten auf zwei Gleisen in beide Fahrrichtungen
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Die Terz-Schnellepegelspektren einer Zugart werden an jeden Messpunkt getrennt nach der Fahrrichtung energetisch gemittelt. Somit erhält man für jeden Messpunkt ein gemitteltes Terz-Schnellepegelspektrum getrennt nach Zugart und Fahrtrichtung. Dieses bildet die Grundlage für die weitere Prognose.
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4 Prognose 4.1 Einleitung
Zur Abschätzung der Schwingungsausbreitung innerhalb einer Baukonstruktion ste-hen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung:
• Prognose auf Grundlage von Erfahrungswerten
• Ingenieur-Ersatzmodelle
• Finite-Elemente-Analyse
• Statistische Energieanalyse (SEA)
1
16204080
1000
16000
Frequenz Hz
Ersc
hütte
rung
en
Seku
ndär
lufts
chal
l
Einmassenschwinger,Bodenmodelle
ErsatzmodelleMeßerfahrungFinite Elemente
Statistische Energie-Analyse SEA(Bauakustik)
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lufts
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ErsatzmodelleMeßerfahrungFinite Elemente
ErsatzmodelleMeßerfahrungFinite Elemente
Statistische Energie-Analyse SEA(Bauakustik)
Statistische Energie-Analyse SEA(Bauakustik)
Abbildung 12 Immissionen und numerische Verfahren im Frequenzbereich
Die Wahl der jeweiligen Methode wird aus den Gebäudeeigenschaften bestimmt. Während es für kompakte, kleine und relativ gut ausgesteifte Gebäude möglich ist, mit Erfahrungswerten und Ingenieur-Ersatzmodellen zu arbeiten, ist es für größere, weniger gut ausgesteifte und gegebenenfalls filigrane Gebäude erforderlich, aufwen-digere Methoden wie die Finite-Elemente-Analyse oder statistische Energieanalyse (SEA) heranzuziehen. Die Finite-Elemente-Analyse kann jedoch nur bei niedrigen Frequenzen (in der Regel max. 50 - 80 Hz) zuverlässige Ergebnisse liefern. Oberhalb dieses Frequenzbereichs bietet es sich an, mit der SEA zu arbeiten.
Auf die Finite-Elemente-Analyse und auf die SEA wird im Folgenden nur am Rande eingegangen. Aufgrund des mit der Modellierung verbundenen großen Aufwands wird insbesondere die Finite-Element-Mehtode nur bei sehr aufwendigen „Sonderbauten“ eingesetzt.
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Die Prognose typischer Bauten erfolgt in der Regel mit Erfahrungswerten bzw. mit In-genieur-Ersatzmodellen. Letztere werden vor allem für die Auslegung von Erschütte-rungsschutz-Maßnahmen (z.B. elastische Gebäudelagerung) verwendet.
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4.2 Prognosearten
4.2.1 Prognose mit Erfahrungswerten
Aus einer Vielzahl von Erschütterungsmessungen im Boden vor bestehenden Ge-bäuden, am Fundament und an den Geschossdecken wurden durchschnittliche ma-ximal Schnellepegel ermittelt. Diese Mittelwerte (ermittelt aus 25 - 130 Messwerten) sind getrennt nach der Schwingungsrichtung in der Abbildung 13 angegeben.
x = parallel zur Gleisachse (horizontal)y = senkrecht zur Gleisachse (horizontal)z = senkrecht zur Erdoberfläche (vertikal)
Abbildung 13 Schnellepegel des Spitzenwerts mit Standardabweichung im Boden, am Fundament und an der Decke
In vertikaler Richtung werden an der Decke wesentlich höhere Pegel gemessen als am Fundament. Dies kann wie folgt begründet werden:
Die Decke stellt ein schwingungsfähiges System dar, dessen Eigenfrequenz in der Regel im erschütterungsrelevanten Frequenzbereich liegt. Typische Deckeneigenfre-quenzen liegen je nach Bauweise etwa zwischen 6 und 80 Hz.
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Dieses schwingungsfähige System wird bei Zugvorbeifahrten über einen breiten Fre-quenzbereich angeregt. Im Bereich der Eigenfrequenzen der Decke tritt eine deutli-che Überhöhung der Amplitude ein (Resonanz).
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Abbildung 14 Körperschallübertragung vom Boden ins Fundament und vom Fundament in Geschossdecken (aus [20]) a Terz-Schnellepegeldifferenz Fundament-Boden b Terz-Schnellepegeldifferenz Geschossdecke-Fundament; Frequenz normiert auf die Deckenresonanzfrequenz f0
Die in Abbildung 14 links dargestellten Terz-Schnellepegeldifferenzen zwischen dem Fundament- und Bodenpegel zeigen, dass es beim Übergang vom Boden auf das Fundament zu einer Pegelabnahme kommt. Durch Resonanzeffekte der Geschoss-decken wird bei 31,5 Hz ein relatives Minimum erreicht. Beim Übergang von Funda-ment auf Decke wird deutlich, dass an der Decke im Resonanzfall Pegelerhöhungen bis zu 25 dB gegenüber dem Fundament gemessen werden (Abbildung 14 rechts). In dieser Darstellung ist die Frequenz normiert auf die Deckeneigenfrequenz aufgetra-gen.
Befindet sich auf der Decke ein schwimmender Estrich, so stellt dieser ein weiteres schwingungsfähiges System dar. Es wurden an verschiedenen Gebäuden Pegeler-höhungen von über 20 dB (Abbildung 15) im Bereich der Estricheigenfrequenz gemessen. Die Eigenfrequenz eines konventionell hergestellten schwimmenden Est-richs liegt zwischen ca. 30 und 80 Hz.
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Terzspektren der Schnellepegelbei Vorbeifahrt von Zügen
Decke
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Meßpunkt 1:Estrichplatte, KB = 0,49
Meßpunkt 2: Unter derDecke, KB = 0,1
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Terzspektren der Schnellepegelbei Vorbeifahrt von Zügen
Decke
Estrichplatte
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Meßpunkt 1:Estrichplatte, KB = 0,49
Meßpunkt 2: Unter derDecke, KB = 0,1
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Meßpunkt 1:Estrichplatte, KB = 0,49
Meßpunkt 2: Unter derDecke, KB = 0,1
Frequenz Hz
Abbildung 15 Amplitudenerhöhung durch Estricheigenfrequenz. Terzspektren der Schwing-schnelle an Decke und Estrich bei Anregung durch Zugverkehr (Müller-BBM Untersuchung)
4.2.2 Prognosen mit einfachen Ingenieur-Modellen
Mit einfachen Ingenieur-Modellen können für kompakte, gut ausgesteifte Baustruktu-ren die eingeleiteten Schwingungen in guter Näherung abgeschätzt werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Gebäude als Ganzes in Schwingungen versetzt wird. In Abbildung 16 ist dies schematisch dargestellt.
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Abbildung 16 Ingenieur-Modelle
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Das Gebäude wird hierbei als Einmassenschwinger mit der Gebäudemasse mG und den angesetzten Bodenfedern kv bzw. Bodendämpfer cv modelliert, der durch die Freifeld-Bodenbewegung wB am Fußpunkt angeregt wird. Kann das Gebäude für die Modellierung wie ein Starrkörper behandelt werden, können die Decken als separate Einmassenschwinger mit der Komponentenmasse mK behandelt werden, die an das Gebäude angekoppelt sind.
Die Komponentenschwingung wird analog zur Gebäudeschwingung berechnet, wo-bei hier als Fußpunktanregung die Gebäudebewegung wG angesetzt wird. Zur Kon-trolle, inwieweit dieses Modell gerechtfertigt ist, müssen die von der Komponente in das Gebäude übertragenen Kräfte abgeschätzt werden. Diese sollten eine Größen-ordnung unterhalb der über die Bodenfedern in das Gebäude eingeleiteten Kräfte lie-gen. Wenn dies nicht erfüllt ist, liegt eine gegenseitige Beeinflussung der Systeme vor, die vom Ingenieurmodel nicht mehr erfasst werden kann. Es müssen dann die folgenden erweiterten Modelle verwendet werden.
Für den Fall aufgelöster, filigraner Gebäudestrukturen, ist die oben beschriebene Vorgehensweise nicht zulässig. Das Gebäude muss dann über seine Einzelfunda-mente betrachtet werden. Diese Einzelfundamente stützen sich nicht auf die gesamte Gebäudemasse ab, sondern "spüren" nur eine begrenzte Anschlussimpedanz. Die Ermittlung dieser Anschlussimpedanz im tieffrequenten Bereich ist aufwändig, sie ist derzeit nur mit Finite-Elemente-Betrachtungen möglich.
4.2.3 Prognosen mit Finite Elemente-Modellen
Das Gesamtgebäude wird in sehr viele Einzelelemente unterteilt, die an Koppelstel-len miteinander verbunden sind. Die physikalischen Eigenschaften der Elemente sind Masse, Steifigkeit und Dämpfung. Die Eigenschaften der Koppelstellen werden durch mathematische Modelle beschrieben. Bei einer Fußpunktanregung des Modells kann an jedem beliebigen Punkt die resultierende Erschütterung berechnet werden.
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Abbildung 17 FE-Modell eines Gebäudes
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Mit vertretbarem Aufwand kann bei einem solchen Modell nur der Frequenzbereich bis 80 Hz abgebildet werden. Aufgrund dieser Einschränkung kann der für den Se-kundärluftschall wichtige Hörfrequenzbereich nicht ausreichend abgebildet werden.
4.2.4 Statistische Energieanalyse (SEA)
Im für den Sekundärluftschall wichtigen Bereich oberhalb von 60 Hz wird dann die statistische Energieanalyse verwendet. Die SEA verzichtet auf die Betrachtung ein-zelner Moden (Eigenschwingformen). Sie betrachtet vielmehr als kleinste Einheit Mo-dengruppen (Subsysteme) und die Wechselwirkung dieser untereinander. Statt mit einzelnen Moden rechnet die SEA mit mittleren modalen Dichten und mit mittleren Wellenzahlen oder Wellenlängen. Die typischen SEA-Parameter wie die modale Dichte und der Koppelverlustfaktor hängen von den geometrischen Parametern und von den Materialkonstanten wie Elastizitätsmodul, Dichte und Poissonzahl einer Konstruktion ab.
Abbildung 18 stellt schematisch ein SEA-Modell eines Gebäudes mit den wesentli-chen Bauteilen dar. Die Verknüpfungen stellen die Wege des Energieflusses über Koppelverlustfaktoren dar.
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Abbildung 18 SEA-Modell eines Gebäudes, schematische Darstellung der Verknüpfung zwi-schen den tragenden Bauteilen, in die Leistung aus dem Untergrund eingeleitet wird, zu den einzelnen Gebäudedecken
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5 Prognosedurchführung mit Erfahrungswerten Zur Prognose der Erschütterungsimmissionen im Gebäude muss die Reaktion des Gebäudes auf die von außen einwirkenden Erschütterungen betrachtet werden. Hierzu sind Annahmen über das Eigenschwingverhalten der einzelnen Bauteile (insbesondere für das Gebäude als Ganzes auf dem Erdreich sowie für Decken und schwimmende Estriche) erforderlich.
Das Eigenschwingverhalten der einzelnen Bauteile wird mit idealisierten Übertragungsspektren angenähert, die anhand baudynamischer Modelle entwickelt bzw. aus Messungen ermittelt wurden.
Hierbei werden Übertragungsspektren angesetzt für:
• den Übergang Erdreich - Fundament • die Erschütterungsfortleitung im Gebäude • die Übertragung auf Decken verschiedener Bauarten, Deckenstärken und
Spannweiten, d. h. verschiedener Eigenfrequenzen • das Eigenschwingverhalten schwimmender Estriche
Diese Übertragungsspektren werden zu den auf dem Baugelände gewonnenen Terz-Schnellepegelspektren addiert und ergeben den Schnellepegel im Gebäude auf den Geschossdecken mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen bei verschiedenen Fußbo-denaufbauten. Mit dieser Vorgehensweise kann auch die Wirkung immissionsmin-dernder Maßnahmen z. B. Veränderung der Deckeneigenfrequenz berechnet wer-den.
5.1. Berechnungsverfahren KB-Werte
Aus den vorliegenden Terz-Schnellepegelspektren kann der KB-Wert ersatzweise berechnet werden. Dazu werden die Spektren terzweise einer Korrektur unterzogen, die der KB-Bewertung des Erschütterungssignals entspricht. Zur Ermittlung des KBFmax-Werts wird der Summenpegel des KB-korrigierten Schnellepegelspektrums delogarithmiert.
Die so ermittelten KB-Werte weisen systematisch geringfügig höhere Werte auf als die nach DIN 45669 direkt aus dem Zeitsignal ermittelten. Der Grund liegt darin, dass der KBFmax-Wert aus dem Zeitsignal sich exakt auf einen Zeitpunkt des Zeitsignals bezieht, während das Maximalwertspektrum seine Energieanteile in den einzelnen Frequenzbändern aus unterschiedlichen Zeitpunkten beziehen kann.
5.2. Berechnungsverfahren für den Sekundärluftschall
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Bauwerksschwingungen werden von Raumbegrenzungsflächen (Wände und vor al-lem Geschossdecken) abgestrahlt und können als tieffrequenter Luftschall wahrge-nommen werden.
Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Schwingschnelle auf den Raumbegrenzungsflächen, den jeweiligen Abstrahl- und Absorptionsverhältnissen im Raum und den daraus resultierenden Schalldruckpegeln im Raum. Ein allgemein gültiges Berechnungsverfahren kann jedoch aufgrund des sehr komplexen Wir-
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kungsgefüges der o. g. Zusammenhänge im hier bestimmenden Frequenzbereich unter 100 Hz derzeit nicht angegeben werden.
Aufgrund von Erfahrungen, basierend auf einer Vielzahl messtechnischer Untersu-chungen, kann der sekundär abgestrahlte Luftschall in guter Näherung nach folgen-der Formel abgeschätzt werden:
LpA (fT) = LvA (fT) + 10 log 4 S/A (fT) + 10 log σ (fT) in dB(A) Gleichung (1)
Dabei bedeuten:
LpA (fT) = Terzpegel des A-bewerteten Schalldrucks im Raum
LvA (fT) = Terzpegel der A-bewerteten Schwingschnelle der Raumbegrenzungsflächen, bezogen auf 5*10-8 m/s
S = Größe der schwingerregten Fläche in m2
A (fT) = äquivalente Absorptionsfläche des Raumes in m2
σ (fT) = Abstrahlgrad
fT = Terzmittenfrequenz
Für eine genauere Abschätzung des sekundären Luftschalls müsste die mittlere Schnellepegelverteilung aller abstrahlenden Flächen mit den zugehörigen Abstrahl-graden und den äquivalenten Absorptionsflächen bekannt sein. Da diese nur in bestehenden Gebäuden gemessen werden können, werden bei der Prognose Erfah-rungswerte angesetzt.
Aus der obigen Formel ergibt sich jeweils eine Korrektur für die Raumakustik und für das Abstrahlverhalten. Hinzu kommt die A-Bewertung des linearen Schnellespekt-rums.
5.3 Ergebnisse der Prognose
Insgesamt entstehen aus einem Ausgangsspektrum eine Anzahl von n x m Prognosespektren (n = Anzahl Deckenfrequenzen und m = Anzahl Estricheigenfre-quenzen). Aus diesen Spektren werden die zu erwartenden KB-Werte und die Se-kundärluftschallpegel im Raum berechnet.
Diese Werte werden in einer Matrix mit n Zeilen für die Deckeneigenfrequenzen und m Spalten für Estricheigenfrequenzen eingetragen (Abbildung 19). Das Prognoseverfahren ist bis hierher unabhängig von der tatsächlich geplanten Gebäu-destruktur. Liegt eine konkrete Planung vor, so werden die maßgebenden Deckenre-sonanzen abgeschätzt, die entsprechenden Prognosewerte aus der Matrix entnom-men und zur Beurteilung herangezogen. Typischerweise nicht auftretende Estrich- und Deckeneigenfrequenzen sind in der Matrix grau hinterlegt. Sie werden bei der Beurteilung nicht berücksichtigt.
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KB-Werte
Estricheigenfrequenzen [Hz]ohne 40 50 63 80 100 125
Decke mit Eigenfrequenzen von 8-10 Hz 0,26 0,26 0,27 0,26 0,26 0,26 0,26
Decke mit Eigenfrequenzen von 10-12 Hz 0,63 0,63 0,64 0,63 0,63 0,63 0,63
Decke mit Eigenfrequenzen von 12-16 Hz 0,65 0,66 0,66 0,65 0,65 0,65 0,65
Decke mit Eigenfrequenzen von 16-20 Hz 0,41 0,41 0,42 0,41 0,41 0,41 0,41
Decke mit Eigenfrequenzen von 20-25 Hz 0,40 0,40 0,41 0,40 0,40 0,40 0,40
Decke mit Eigenfrequenzen von 25-30 Hz 0,44 0,45 0,46 0,44 0,44 0,44 0,44
Decke mit Eigenfrequenzen von 30-40 Hz 0,43 0,45 0,45 0,43 0,43 0,43 0,43
Decke mit Eigenfrequenzen von 40-50 Hz 0,44 0,47 0,52 0,44 0,44 0,44 0,44
Decke mit Eigenfrequenzen von 50-63 Hz 0,41 0,42 0,50 0,42 0,41 0,41 0,41
Maximalwert 0,66
Sekundärluftschall-Pegelin dB(A)
Estricheigenfrequenzen [Hz]ohne 40 50 63 80 100 125
Decke mit Eigenfrequenzen von 8-10 Hz 40 41 45 42 40 40 40
Decke mit Eigenfrequenzen von 10-12 Hz 40 41 46 43 41 41 40
Decke mit Eigenfrequenzen von 12-16 Hz 41 42 46 43 41 41 41
Decke mit Eigenfrequenzen von 16-20 Hz 41 42 47 44 42 42 42
Decke mit Eigenfrequenzen von 20-25 Hz 42 43 48 45 43 43 42
Decke mit Eigenfrequenzen von 25-30 Hz 46 46 49 47 46 46 46
Decke mit Eigenfrequenzen von 30-40 Hz 48 49 51 49 48 48 48
Decke mit Eigenfrequenzen von 40-50 Hz 56 56 58 56 56 56 56
Decke mit Eigenfrequenzen von 50-63 Hz 57 57 59 58 57 57 57
Maximalpegel 49 dB(A) Abbildung 19 Prognostizierte KB-Werte und Sekundärluftschallpegel
5.4 Beurteilung
Im Beispiel aus der Abbildung 19 beträgt der maximal auftretende KB-Wert 0,66. Er überschreitet den bei Zugverkehr heranzuziehenden oberen Grenzwert von 0,6. Da-her sind Minderungs-Maßnahmen erforderlich.
Der mittlere Maximal-Sekundärluftschallpegel liegt bei 49 dB(A). Die Anforderungen der TA Lärm von 35 dB(A) für die Nachtzeit und der VDI 2719 von maximal 40 dB(A) für die Nachtzeit werden überschritten.
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Aus der Matrix kann abgelesen werden, dass durch konstruktive Maßnahmen die Werte gesenkt werden können:
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• Bei einer Deckeneigenfrequenz von 20 Hz bis 25 Hz kann der KB-Wert auf 0,40 reduziert werden.
• Der Sekundärluftschallpegel kann bei einer Deckeneigenfrequenz von 10 Hz bis 12 Hz auf 40 dB(A) reduziert werden. Er überschreitet damit weiterhin den An-haltswert nach der TA Lärm für die Nachtzeit. In diesem Fall reichen konstruk-tive Maßnahmen an der Gebäudestruktur nicht aus. Es müssen weitere Maß-nahmen in Form einer elastischen Lagerung getroffen werden.
Dieses Beispiel zeigt, dass bei einer Maßnahmenauswahl sowohl der Sekundärluft-schall als auch der KB-Wert betrachtet werden müssen. Die endgültige Maßnahme muss Kompromiss sein, der beide Belange berücksichtigt.
6 Erschütterungsschutz-Maßnahmen Maßnahmen zur Minderungen der Erschütterungs- und Sekundärluftschallimmissio-nen sind prinzipiell an 3 Stellen möglich:
• am Emissionsort (Gleis)
• auf dem Übertragungsweg (Boden) und
• am Immissionsort (Gebäude).
Maßnahmen am Gleiskörper scheiden an bestehenden Bahnstrecken in der Regel aus, da sie mit großen Aufwand und hohen Kosten verbunden sind.
Maßnahmen am Übertragungsweg entlang von Bahnstrecken erreichen generell nur sehr geringe Minderungen und sind in ihrer Wirksamkeit mit großen Unsicherheiten behaftet. Zudem sind diese Maßnahmen mit erheblichen Kosten verbunden, so dass sie technisch und wirtschaftlich in der Regel nicht zu vertreten sind.
Für ein Bauvorhaben an einer bestehenden Bahnstrecke sind daher nur Maßnahmen am Immissionsort empfehlenswert. Hier kommen die elastische Lagerung eines Gebäudes und / oder konstruktive Vorkehrungen bei der Bauausführung in Betracht.
6.1. Konstruktive Maßnahmen: Fußbodenaufbau
Der konstruktiven Beeinflussung der Deckenbauteile sind im Bereich des normalen Wohnungsbaues aufgrund der statischen Belange sehr enge Grenzen gesetzt. Die Fußbodenaufbauten lassen jedoch weit größere Gestaltungsspielräume zu.
Im Wohnungsbau werden zum Erreichen eines ausreichenden Trittschallschutzes üblicherweise schwimmende Estrichkonstruktionen eingesetzt. Die Abstimmfrequenz dieser Systeme liegt im allgemeinen im Bereich von 40 bis 80 Hz. Diese Abstimmfre-quenz liegt nahe der Erregerfrequenz der Erschütterungsimmissionen durch den Bahnverkehr. Dadurch besteht neben der Anregung der Deckenbauteile selbst die Gefahr von zusätzlichen Resonanzüberhöhungen des Fußbodenaufbaus, der zu einer weiteren Erhöhung der Erschütterungs- und Sekundärluftschallimmissionen führt.
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6.1.1. Deckeneigenfrequenz
Die Deckeneigenfrequenz kann in Abhängigkeit der Randeinspannung näherungs-weise nach folgender Formel berechnet werden:
( )μνβπ 2
3
22
0 1124
−= Ed
af i Gleichung (2)
mit: E Elastisitätsmodul a Deckenlänge d Plattendicke ν Querdehnungszahl μ Masse pro Flächeneinheit γ Verhältnis von Deckenlänge zu Deckenbreite β dient zur Beschreibung der Einspannverhältnisse
Aus der obigen Formel kann abgeleitet werden, dass sich die Deckeneigenfrequenz
mit zunehmender Dicke erhöht mit abnehmender Dicke reduziert
mit abnehmender Spannweite erhöht mit zunehmender Spannweite reduziert.
Durch eine geeignete Wahl dieser Parameter ist es möglich, gewünschte Eigenfre-quenz ohne besonderen finanziellen Mehraufwand zu realisieren.
6.1.2. Fußbodenaufbau
Die Eigenfrequenz schwimmender Estrichsysteme kann wie folgt berechnet werden:
msf
′′
⋅= 1600 Gleichung (3)
wobei: s’ dynamische Steifigkeit der Dämmschicht in MN/m³ m’ Flächengewicht des Estrich in kg/m²
ist.
Mit höherer Steifigkeit nimmt die Eigenfrequenz zu, mit zunehmender Estrichmasse ab.
Hier sind ebenfalls preisgünstige Maßnahmen zur Realisierung einer gewünschten Estricheigenfrequenz möglich.
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6.2. Elastische Gebäudelagerung
Die elastische Auflagerung eines kompletten Gebäudes stellt die wirksamste Maß-nahme zur Minderung der Erschütterungsimmissionen dar.
Die erreichbaren Abstimmfrequenzen bei einer Gebäudelagerung auf Elastomerstrei-fen liegen i. a. im Bereich zwischen 10 und 25 Hz. Bei Verwendung von Feder-Dämpferelementen können die Abstimmfrequenzen auf bis zu 3 Hz gesenkt werden. Eine Körperschallpegel- und damit Sekundärluftschallminderung wird theoretisch erst ab der √2 -fachen Abstimmfrequenz erreicht. In Abbildung 20 ist der schon in Abbildung 19 betrachtete Fall mit einer elastischen Gebäudelagerung mit einer Ab-stimmfrequenz von 10 Hz dargestellt. Bei der Berechnung zur Auslegung einer elas-tischen Lagerung wird das Modell eines Einmassenschwingers herangezogen. Es wird also von einem gut ausgesteiften, kompakten Gebäude ausgegangen.
KB-Werte bei einer elastischen Gebäudelagerung mit 10 Hz Abstimmfrequenz
Estricheigenfrequenzen [Hz]ohne 40 50 63 80 100 125
Decke mit Eigenfrequenzen von 8-10 Hz 1,88 1,88 1,88 1,88 1,88 1,88 1,88
Decke mit Eigenfrequenzen von 10-12 Hz 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12
Decke mit Eigenfrequenzen von 12-16 Hz 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10
Decke mit Eigenfrequenzen von 16-20 Hz 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42
Decke mit Eigenfrequenzen von 20-25 Hz 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40
Decke mit Eigenfrequenzen von 25-30 Hz 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39
Decke mit Eigenfrequenzen von 30-40 Hz 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38
Decke mit Eigenfrequenzen von 40-50 Hz 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38
Decke mit Eigenfrequenzen von 50-63 Hz 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38
Maximalwert 2,12
Sekundärluftschall-Pegel bei einer elastischen Gebäudelagerung mit 10 Hz Abstimmfrequenzin dB(A)
Estricheigenfrequenzen [Hz]ohne 40 50 63 80 100 125
Decke mit Eigenfrequenzen von 8-10 Hz 20 21 25 22 21 21 20
Decke mit Eigenfrequenzen von 10-12 Hz 21 21 26 23 21 21 21
Decke mit Eigenfrequenzen von 12-16 Hz 22 23 27 24 22 22 22
Decke mit Eigenfrequenzen von 16-20 Hz 24 24 28 25 24 24 24
Decke mit Eigenfrequenzen von 20-25 Hz 25 25 28 26 25 25 25
Decke mit Eigenfrequenzen von 25-30 Hz 27 27 30 28 27 27 27
Decke mit Eigenfrequenzen von 30-40 Hz 29 30 31 29 29 29 29
Decke mit Eigenfrequenzen von 40-50 Hz 36 36 38 36 36 36 36
Decke mit Eigenfrequenzen von 50-63 Hz 37 37 39 38 37 37 37
Maximalpegel 30 dB(A)
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Abbildung 20 Prognostizierte KB-Werte und Sekundärluftschallpegel bei einer elastischen Gebäudelagerung mit einer Abstimmfrequenz von 10 Hz
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Bei Deckeneigenfrequenzen im Bereich der Abstimmfrequenz der Gebäudelagerung ergeben sich durch Resonanzeffekte sehr hohe KB-Werte. Erst ab einer Deckenei-genfrequenz von 16-20 Hz wird eine Reduzierung erreicht. Eine elastische Lagerung mit einer Abstimmfrequenz von 10 Hz sorgt nur in Kombination mit entsprechend ab-gestimmten Deckeneigenfrequenzen für eine Reduzierung der Prognosewerte. Bei einer Deckeneigenfrequenz von 20 Hz werden die KB-Werte auf 0,42 und der Sekun-därluftschallpegel auf unter 28 dB(A) reduziert. In diesem Fall werden die zur Beur-teilung heranzuziehenden Anhaltswerte sicher eingehalten.
7 Normative Vorgaben und verwendete Literatur [1] DIN 4150-1: Erschütterungen im Bauwesen. Teil 1: Vorermittlung von
Schwingungsgrößen. Entwurf Februar 1999
[2] DIN 4150-2: Erschütterungen im Bauwesen. Teil 2: Einwirkungen auf Men-schen in Gebäuden. Juni 1999
[3] DIN 4150-3: Erschütterungen im Bauwesen. Teil 3: Einwirkungen auf bauli-che Anlagen. Februar 1999
[4] DIN 45669-1: Messung von Schwingungsimmissionen; Teil 1: Schwingungsmesser; Anforderungen, Prüfung. Juni 1995
[5] DIN 45669-2: Messung von Schwingungsimmissionen; Teil 2: Meßverfah-ren. Juni 1995
[6] DIN 45672-1: Schwingungsmessungen in der Umgebung von Schienenwe-gen; Teil 1: Meßverfahren. September 1991
[7] DIN 45672-2: Schwingungsmessungen in der Umgebung von Schienenwe-gen; Teil 2: Auswerteverfahren. Juli 1995
[8] VDI-Richtlinie 2057 Blatt 3: Einwirkung mechanischer Schwingungen auf den Menschen - Beurteilung. Mai 1987 (inzwischen zurückgezogen)
[9] VDI-Richtlinie 2062: Schwingungsisolierung - Blatt 1: Begriffe und Metho-den. Januar 1976
[10] VDI-Richtlinie 2062: Schwingungsisolierung - Blatt 2: Isolierelemente. Ja-nuar 1976
[11] VDI 2716: Luft- und Körperschall bei Schienenbahnen des öffentlichen Personennahverkehrs . März 2001
[12] VDI-Richtlinie 2719: Schalldämmung von Fenstern und deren Zusatzeinrichtungen. August 1987
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[13] Sechste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutz-gesetz (Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm - TA Lärm) vom 26. August 1998, GMBl 1998, Nr. 26, S. 503
[14] Berichtigung 1 zu VDI 2716: 2001-03. Luft- und Körperschall bei Schienen-bahnen des öffentlichen Personennahverkehrs. August 2001
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[15] DIN ISO 14837-1: Mechanische Schwingungen. Erschütterungen durch unterirdische Schienenbahnen. Teil 1: Allgemeine Hinweise zu Prognose-modellen. Entwurf März 2003
[16] Messung, Beurteilung und Verminderung von Erschütterungsimmissionen (Erschütterungsrichtlinie), beschlossen vom Länderausschuß für Immissi-onsschutz in der 87. Sitzung am 26.-28.10.1994
[17] DIN V ENV 28041: Schwingungseinwirkungen - Meßeinrichtung. Vornorm Juni 1993 (ISO 8041;1990)
[18] DIN V ENV 28041/A1: Schwingungseinwirkung auf den Menschen. Messeinrichtung. Änderung 1. Vornorm Juni 2001
[19] DIN ISO 5348: Mechanische Schwingungen und Stöße - Mechanische An-kopplung von Beschleunigungsaufnehmern (ISO 5348:1998). Juni 1999
[20] Heckl, M. und Müller H. A.: Taschenbuch der Technischen Akustik. Sprin-ger Verlag, Berlin, 2. Auflage 1995
[21] Guggenberger, J. und Hartmann, K.: Vergleich der Prognose von KB-Wer-ten und Sekundärluftschall aus Zeitsignalen und Terzspektren. VDI Baudy-namik 2003.