DE2509001B2

DE2509001B2 - ARRANGEMENT FOR THE DAMPING OF TRANSVERSAL VIBRATIONS IN BUILDINGS, MAST-LIKE CONSTRUCTIONS OR THE LIKE.

Info

Publication number: DE2509001B2
Application number: DE19752509001
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr. 4000 Düsseldorf; Kämmer Klaus Dr. 4033 Hösel Bottenbruch
Original assignee: Karrena GmbH, 4000 Düsseldorf
Priority date: 1975-03-01
Filing date: 1975-03-01
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE2509001A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung transversaler Schwingungen bei Bauwerken, mastartigen Konstruktionen od. dgl., mit einer Dämpfermasse und mit schwingungsdämpfenden Elementen in Form von Stoßdämpfern, Federn od. dgl., die einerseits am Bauwerk und andererseits an der Dämpfermasse mittelbar oder unmittelbar angreifen.The invention relates to an arrangement for damping transverse vibrations in structures, mast-like Constructions or the like, with a damper mass and with vibration-damping elements in the form of shock absorbers, springs or the like, on the one hand on the structure and on the other hand on the damper mass attack directly or indirectly.

Insbesondere bei hohtn und schlanken Bauwerken aus Stahl oder Stahlbeton wie z. B. bei Schornsteinen, Fernseh-, Funk- oder Aussichtstürmen, aber auch bei Bauwerken mit einem großen Abstand zwischen zwei Auflagerpunkten, wie zum Beispiel bei Brücken, besteht vielfach die Gefahr, daß in unerwünschtem \usmaß transversale Schwingungen auftreten können. Man hat bisher auf verschiedene Weise versucht, diese Schwingungen zu dämpfen und unschädlich zu machen. Die hierzu getroffenen Maßnahmen waren äußerst aufwendig und in ihrer Wirkung nur teilweise befriedigend.Especially with tall and slim structures made of steel or reinforced concrete such. B. for chimneys, TV, radio or observation towers, but also for structures with a large distance between two Support points, as for example with bridges, there is often the danger that to an undesired extent transverse vibrations can occur. So far, attempts have been made in various ways to counteract these vibrations to dampen and render harmless. The measures taken for this were extremely complex and only partially satisfactory in their effect.

Es ist bekannt, an einem Schornstein eine diesen umgebende Dämpfermasse aufzuhängen und zwischen der DämDfermasse und dem Schornstein Stoßdämpfer angreifen zu lassen. Gerät der Schornstein in Schwingungen, so schwingt die Dämpfermasse an ihrer Seilaufhängung gegenüber dem Schornstein. Die Stoßdämpfer vernichten diese Relativbewegung, wodurch die Schwingungen des Schornsteins gedämpft werden.It is known to hang a damper mass surrounding this on a chimney and between to attack the damper mass and the chimney shock absorbers. Device of the chimney in vibrations, so the damper mass oscillates on its rope suspension opposite the chimney. The shock absorbers destroy this relative movement, which dampens the vibrations of the chimney.

Die Herstellung und die Montage dieser Anordnung sind sehr aufwendig. Es wird auch eine verhältnismäßig große Dämpfermasse benötigt. Dennoch ist die schwingungsdämpfende Wirkung dieser bekannten Anordnung zumindest nicht in allen Fällen befriedigend.The manufacture and assembly of this arrangement are very complex. It will also be proportionate large damper mass is required. Still, the vibration dampening effect of this is well known Arrangement at least not satisfactory in all cases.

Es ist ferner ein Verfahren zur Dämpfung von Schwingungen in Gebäuden bekannt, das sich auf eine Verbindung eines Endstückes eines einen Teil eines Fußbodens oder einer Decke bildenden Trägers mit einem fes ϊη tragenden Teil bezieht. Eine wesentliche Komponente der durch mögliche Schwingungen erzeugten Bewegungen soll über das Dämpfungselement senkrecht auf das feste tragende Teil durch Zwischenschaltung von zähelastischem Material übertragen werden. Letzteres soll einen niedrigeren Elastizitätsmodul und einen höheren Verlustfaktor aufweisen als die tragenden Teile.There is also a method for damping vibrations in buildings is known, which is based on a Connection of an end piece of a part of a floor or a ceiling forming beam with a solid ϊη bearing part. An essential one Component of the movements generated by possible vibrations should be via the damping element Transferred vertically to the solid load-bearing part by interposing viscoplastic material will. The latter is said to have a lower modulus of elasticity and a higher loss factor than that load-bearing parts.

Ein derartiges Verfahren ist für hohe und schlanke Bauwerke, bei denen Schwingungen insbesondere im oberen und freistehenden Bereich zu dämpfen sind, nicht anwendbar.Such a method is for tall and slim structures where vibrations are particularly important upper and free-standing areas are to be dampened, not applicable.

Bei einer Dämpfungsanordnung anderer Gattung ist es außerdem bekannt, zur Verbesserung der Körperschalldämmung gegen Biegeschwingungen von federnd gelagerten Bauteilen diese mittels einer Feder gegenüber einem anderen Bauteil abzustützen und zur Herabsetzung der Grenzfrequenz eine Zusatzmasse zu verwenden. Hierbei kann die Zusatzmasse auch über eine zweite Feder mit dem Bauteil verbunden sein. Ferner kann die zusätzliche Masse gleich oder größer als diejenige Masse sein, die mit der gleichen Feder bei der Grenzfrequenz des Systems Platte-Feder Resonanz ergibt.In the case of a damping arrangement of a different type, it is also known to improve the structure-borne sound insulation against flexural vibrations of spring-mounted components by means of a spring to support another component and to reduce the cut-off frequency an additional mass use. The additional mass can also be connected to the component via a second spring. Furthermore, the additional mass can be equal to or greater than the mass associated with the same spring the cut-off frequency of the plate-spring resonance system.

Eine derartige Anordnung stellt für sich kein System dar, das durch Koppelung mit einem anderen schwingenden System dessen Schwingungen dämpfen kann. Die obengenannte Bemessungsregel für die Zusatzmasse ist die Angabe einer Mindestmasse, die zur Erzielung einer wirksamen Körperschalldämmung zweckmäßig ist. Eine wirkungsvolle Schwingungsdämpfung allein durch Bemessung der zusätzlichen Masse in der obengenannten Weise ist bei hohen und schlanken Bauwerken in sinnvoller Weise nicht möglich.Such an arrangement does not in itself constitute a system that can dampen its vibrations by coupling with another vibrating system. The above-mentioned dimensioning rule for the additional mass is the specification of a minimum mass, which is necessary to achieve effective structure-borne sound insulation is appropriate. An effective vibration damping alone by dimensioning the additional mass in the above-mentioned way is at tall and slim Buildings not possible in a meaningful way.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich transversale Schwingungen von Bauwerken wesentlich wirkungsvoller dämpfen lassen und daß der hierzu erforderliche Aufwand erheblich herabgesetzt wird.Proceeding from this, the invention is based on the object of providing an arrangement of the type mentioned at the beginning to be trained in such a way that transverse vibrations of buildings can be dampened much more effectively and that the effort required for this is considerably reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Bauwerk in einer von der Schwingungsrichtung des Bauwerks abweichenden Richtung ein elastisch biegsames Tragelement angeordnet ist, daß die Dämpfermasse an diesem Tragelement befestigt ist und daß die Eigenfrequenz der aus dem Tragelement und der Dämpfermasse bestehenden Anordnung auf die Eigenfrequenz des Bauwerks abgestimmt ist.This object is achieved according to the invention in that on the building in one of the direction of oscillation of the structure deviating direction an elastically flexible support element is arranged that the Damper mass is attached to this support element and that the natural frequency of the support element and the existing arrangement of the damper mass is matched to the natural frequency of the structure.

Unter Abstimmung ist hierbei zu verstehen, daß die Eigenfrequenz des durch das Bauwerk gebildeten Grundsystems und die Eigenfrequenz des aus dem Tragelement und der Dämpfermasse bestehenden Dämpfersystems unter Vernachlässigung der Koppelung etwa gleich groß sind. Under tuning is to be understood here that the natural frequency of the formed by the structure Basic system and the natural frequency of the one consisting of the supporting element and the damper mass Damper system are roughly the same size, neglecting the coupling.

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Durch die Erfindung wird der Vorteil geschaffen, daß Mch die Schwingungen wesentlich wirkungsvoller dämpfen lassen. Die hierzu erforderliche Dämpfermasse ist verhältnismäßig klein. Auch ist der insgesamt zur Herstellung und Montage erforderliche Aufwand gering.The invention creates the advantage that the vibrations are much more effective let it steam. The damper mass required for this is relatively small. Also is the total for Manufacturing and assembly required effort low.

Vorteilhaft ist es, wenn einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zufolge das Tragelement in einer zur Schwingungsrichtung des Bauwerks rechtwinkligen Richtung angeordnet ist. Hierbei ist es ferner von Vorteil, wenn das Tragelement und die Dämpfermasse im wesentlichen nur in Schwingungsrichtung des Bauwerks schwingfähig sind.It is advantageous if, according to a further embodiment of the invention, the support element in a for The direction of vibration of the structure is arranged at right angles. Here it is also of Advantage if the support element and the damper mass essentially only in the direction of oscillation of the The structure can vibrate.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Tragelement stabförmig ausgebildet und mit einem Ende an einem Bauwerksteil eingespannt gehalten. Zweckmäßigerweise ist die Querschnittsabmessung des stabförmigen "1 ragelements senkrecht zur Schwingungsrichtung um ein Vielfaches größer als in Schwingungsrichtung. Hierdurch wird erreicht, daß die Wirkungsweise der Anordnung nicht durch eine unkontrollierbare Bewegung der Dämpfermasse in einer von der Schwingungsrichtung abweichenden Richtung beeinträchtigt wird.According to a further advantageous embodiment of the invention, the support element is rod-shaped and held clamped at one end to a structural part. Appropriately is the Cross-sectional dimension of the rod-shaped "1 rag element perpendicular to the direction of oscillation by a multiple greater than in the direction of oscillation. This ensures that the mode of operation of the arrangement does not due to an uncontrollable movement of the damper mass in a direction that deviates from the direction of oscillation Direction is affected.

Sofern eine Anwendung bei Bauwerken in Betracht kommt, die in mehreren Richtungen schwingfähig sind, ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei getrennte Anordnungen für Winkelbereiche mindestens zweier möglicher Schwingungsrichtungen vorgesehen sina So können z. B. für alle an einem Bauwerk möglichen Schwingungsrichtungen entsprechend viele Anordnungen für die entsprechende Winkelbereiche kennzeichnenden Richtungen möglichst in gleichmäßiger Verteilung am Bauwerk angeordnet sein.If it is used in structures that can vibrate in several directions, it is advantageous if at least two separate arrangements for angular ranges of at least two possible directions of vibration provided sina. B. for all possible on a building Oscillation directions corresponding to many arrangements for the corresponding angular ranges characterizing Directions should be arranged as evenly as possible on the structure.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigtExemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to a drawing. in the individual shows

F i g. 1 in schematischer Darstellung die Ansicht eines Schornsteins mit der schwingungsdämpfenden Anordnung, F i g. 1 in a schematic representation the view of a Chimney with the vibration-damping arrangement,

Fig.2 in vergrößertem Maßstab und in ebenfalls schematischer Darstellung einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,2 on an enlarged scale and also in a schematic representation, a section along the Line II-II in Fig. 1,

Fig.3 in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform der Anordnung.3 shows a schematic representation of another embodiment of the arrangement.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel stellt das Bauwerk 10 einen Schornstein dar; es können aber auch Türme, Masten, Pylone oder mastartige Konstruktionen, wie Krananlagen, Turmdrehkräne od. dgl. sein, die in derselben Weise Eigenfrequenzen haben können, die in der Nähe einer Erregerfrequenz liegen.In the example shown in Fig. 1, this represents Building 10 represents a chimney; but towers, masts, pylons or mast-like constructions can also be used, such as crane systems, tower cranes or the like, which can have natural frequencies in the same way that are close to an excitation frequency.

Im Bereich des oberen Endes des Schornsteins 10 ist an diesem ein als Konsole ausgebildeter Bauwerksteil 11 bzw. It' befestigt; an diesem wiederum ist etwa parallel zur Längsachse des Schornsteins und senkrecht zu einer zum Schornstein radialen Richtung, die der Schwingungsrichtung entspricht, ein stabförmiges Tragelement 12 befestigt, und zwar so, daß es gegenüber der Konsole bzw. dem Schornstein als eingespannt anzusehen ist.In the area of the upper end of the chimney 10, a structural part 11 designed as a console is attached to it or It 'attached; this in turn is roughly parallel to the longitudinal axis of the chimney and perpendicular to a direction radial to the chimney, that of the direction of oscillation corresponds to a rod-shaped support element 12 attached, in such a way that it opposite the console or the chimney is to be regarded as clamped.

Am oberen Ende des Tragelements 12 ist eine Dämpfermasse 13 befestigt. An dieser greift das eine Ende eines als Stoßdämpfer ausgebildeten schwingungsdämpfenden Elementes 14 an, dessen anderes Ende am Schornstein befestigt ist.A damper mass 13 is attached to the upper end of the support element 12. One thing applies to this The end of a vibration-damping element 14 designed as a shock absorber, the other of which End is attached to the chimney.

Da der Schornstein in allen radialen Richtungen schwingen kann, sind zwei Anordnungen, jeweils bestehend aus einem Tragelement 12, einer Dämpfermasse 13 und einem schwingungsdämpfenden Element 14, in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet, was in F i g. 2 deutlicher erkennbar ist Aus F i g. 2 geht ferner hervor, daß der Querschnitt des Tragelementes 12, in radialer Richtung vom Schornstein aus gesehen, sehr schmal ist gegenüber der sich in tangentialer Richtung erstreckenden Breite. Um in Fig.2 das Tragelement 12 von der Dämpfermasse 13 besser unterscheiden zu können, ist letztere nur gestrichelt dargestellt.Since the chimney can swing in all radial directions, there are two arrangements, each consisting of a support element 12, a damper mass 13 and a vibration-damping element 14, arranged at an angle of 90 ° to one another, which is shown in FIG. 2 can be seen more clearly from FIG. 2 goes also shows that the cross section of the support element 12, seen in the radial direction from the chimney, is very narrow compared to the width extending in the tangential direction. In order to see the To better distinguish the support element 12 from the damper mass 13, the latter is only shown in dashed lines shown.

Die an der Konsole eingespannte, aus dem Tragelement 12 und der Dämpfermasse 13 bestehende Anordnung ist so ausgelegt, daß sie — getrennt vom Schornstein — dieselbe Eigenfrequenz hat wie dieser. Diese Auslegung erfolgt durch entsprechende Wahl der Elastizität und der Dimensionierung des Tragelementes 12 sowie durch entsprechende Bestimmung der Dämpfermasse 13. Die Anordnung stellt für sich ein Störschwingungssystem dar, das über das schwingungsdämpfende Element 14 an den Schornstein angekoppelt ist.The clamped on the console, consisting of the support element 12 and the damper mass 13 The arrangement is designed so that it - separated from the chimney - has the same natural frequency as this. This design is carried out by appropriate selection of the elasticity and the dimensioning of the support element 12 as well as by corresponding determination of the damper mass 13. The arrangement adjusts itself Interfering vibration system, which is coupled to the chimney via the vibration-damping element 14 is.

Bei einem praktischen Beispiel kann das Tragelement 12 eine Höhe von 3 m, eine Dicke von 2 cm und eine Breite von 20 cm haben, wobei der Abstand zum Schornstein 80 cm beträgt. Bei einem Schornstein, der 18 to wiegt, genügt dann bereits eine Masse von 300 kp zur Beruhigung des Schornsteins.In a practical example, the support element 12 can have a height of 3 m, a thickness of 2 cm and a 20 cm wide, with a distance of 80 cm from the chimney. By a chimney that Weighs 18 tons, a mass of 300 kp is sufficient to calm the chimney.

Durch die oben beschriebene Formgebung des Querschnitts der Tragelemente 12 ist sichergestellt, daß ein Schwingen der Dämpfermassen 13 nur in radialer Richtung, nicht jedoch in tangentialer Richtung erfolgen kann.The shape of the cross section of the support elements 12 described above ensures that the damper masses 13 oscillate only in the radial direction, but not in the tangential direction can.

Die Anbringung der beschriebenen schwingungsdämpfenden Anordnung sollte möglichst in der Nähe der Schornsteinmündung erfolgen, natürlich etwas unterhalb derselben, damit die aus dem Schornstein austretenden Rauchgase od. dgl. nicht unmittelbar mit der Anordnung in Berührung kommen können, ist eine solche Gefährdung nicht vorhanden, zum Beispiel bei einem Pylon oder einem Turmdrehkran, so wird man die Anordnung zweckmäßigerweise möglichst dort anbringen, wo ein Schwingungsbauch auftreten wird.The vibration-damping arrangement described should be attached as close as possible the chimney mouth, of course a little below it, so that from the chimney escaping smoke or the like. Not being able to come into direct contact with the arrangement is one Such a hazard does not exist, for example with a pylon or a tower crane, so one becomes the Appropriately place the arrangement wherever possible an antinode.

In Fi g. 1 ist an der linken Seite des Schornsteins mit gestrichelten Linien dargestellt, daß das schwingungsfähige System auch so angebracht werden kann, daß die Konsole der Schornsteinmündung zugewandt ist, während die Dämpfermasse 13 und das schwingungsdämpfende Element 14 am unteren Ende des Tragelementes 12 angreifen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die letztgenannten Teile einen größeren Abstand von der Schornsteinmündung und von den aus dieser austretenden aggressiven Rauchgasen haben, so daß sie vor entsprechenden Beschädigungen besser geschützt sind.In Fi g. 1 is shown on the left side of the chimney with dashed lines that the vibratory The system can also be installed so that the console faces the chimney mouth, while the damper mass 13 and the vibration-damping element 14 at the lower end of the support element 12 attack. This arrangement has the advantage that the latter parts have a greater distance from the chimney mouth and from the aggressive flue gases escaping from it, so that they are better protected from corresponding damage.

Die Dämpfermasse 13 muß im übrigen nicht unbedingt am Ende des Tragelementes 12 befestigt und mit dem schwingungsdämpfenden Element 14 unmittelbar verbunden sein. Es ist in gleicher Weise auch denkbar, daß das schwingungsdämpfende Element 14 d'rekt am Tragelement 12 angreift und daß die Dämpfermasse 13 in der Nähe dieser Angriffsstelle am Tragelement 12 befestigt ist. Zur besseren Abstimmung der Eigenfrequenz kann die Dämpfermasse 13 aus mehreren zusammensetzbaren Masseteilen bestehen.The damper mass 13 does not necessarily have to be attached to the end of the support element 12 and be directly connected to the vibration-damping element 14. It is the same way too conceivable that the vibration-damping element 14 acts directly on the support element 12 and that the Damper mass 13 is attached to the support element 12 in the vicinity of this point of attack. For better coordination the natural frequency, the damper mass 13 can consist of several composable mass parts.

Das in F i g. 3 dargestellte Beispiel bezieht sich auf die Anwendung der Erfindung bei einem als Brücke ausgebildeten Bauwerk 15, das auf zwei festen Auflagern 16 aufliegt. An der Unterseite der Brücke ist ein federnd schwingfähiges Tragelement 17 an einem alsThe in Fig. The example shown in FIG. 3 relates to the application of the invention to a bridge trained structure 15 which rests on two fixed supports 16. At the bottom of the bridge is a resiliently oscillatable support element 17 on one as

Tragkonstruktion ausgebildeten Bauwerksteil 18 fest eingespannt. Der Querschnitt des Tragelementes 17 ist entsprechend dem Querschnitt des Tragelementes 12 im vorhergehenden Ausführungsbeispiel dimensioniert, so daß eine Schwingfähigkeit im wesentlichen nur in einer durch den Pfeil 19 gekennzeichneten senkrechten Richtung vorhanden ist. Wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel bereits erwähnt, ist hier eine Dämpfermasse 20 in einem bestimmten Abstand zu dem der Tragkonstruktion gegenüberliegenden Ende des Tragelementes 17 befestigt, während eine Seite eines schwingungsdämpfenden Elementes 21 unmittelbar an dem genannten Ende des Tragelementes 17 angreift. Die andere Seite des schwingungsdämpfenden Elementes 21 ist an der Unterseite der Brücke befestigt. Auch in diesem Fall ist die Eigenfrequenz des beschriebenen schwingungsfänigen Systems auf die Eigenfrequenz der Brücke abgestimmt.Supporting structure trained structural part 18 firmly clamped. The cross section of the support element 17 is corresponding to the cross section of the support element 12 in previous embodiment dimensioned so that an oscillation capacity essentially only in one by the arrow 19 indicated vertical direction is present. As related to the first embodiment already mentioned, a damper mass 20 is here at a certain distance the end of the support element 17 opposite the support structure, while one side a vibration-damping element 21 directly at said end of the support element 17 attacks. The other side of the vibration-damping element 21 is attached to the underside of the bridge. In this case, too, the natural frequency of the vibration-susceptible system described is on the Natural frequency of the bridge matched.

Wenn anstelle der senkrechten Schwingungen der Brücke oder zusätzlich zu diesen auch Schwingungen in einer horizontalen Schwingungsrichtung unterdrückt werden sollen, so wird ein schwingunesfähiges System der beschriebenen Art so angeordnet, daß dasIf instead of or in addition to the vertical vibrations of the bridge, there are also vibrations in a horizontal oscillation direction is to be suppressed, a system capable of oscillation becomes the type described so arranged that the

ίο Tragelement 17 in horizontaler Richtung schwingen kann, d. h. daß eine Drehung des Systems gegenüber dem in Fig. 3 dargestellten System um 90° erfolgt, derart, daß das Tragelement 17 seinen etwa parallelen Verlauf zur Brücke beibehält.ίο Swing support element 17 in the horizontal direction can, d. H. that the system is rotated by 90 ° with respect to the system shown in FIG. 3, such that the support element 17 maintains its approximately parallel course to the bridge.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for damping transverse vibrations in buildings, mast-like constructions od. The like. With a damper mass and with vibration-damping elements in the form of Shock absorbers, springs or the like, on the one hand on the structure and on the other hand on the damper mass attack directly or indirectly, characterized in that on the structure (10; 15) in a direction deviating from the direction of oscillation of the structure (10; 15) is an elastically flexible one Support element (12; 17) is arranged that the damper mass (13; 20) on this support element (12; t7) is attached and that the natural frequency of the support element (12; 17) and the damper mass (13; 20) existing arrangement is matched to the natural frequency of the structure (OK; 15).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the support element (12; 17) in a to Direction of vibration of the structure (10; 15) is arranged at right angles.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the support element (12; 17) and the Damping mass (1320) can essentially only oscillate in the direction of oscillation of the structure (10; 15) are.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the support element (12; 17) is rod-shaped and clamped at one end to a structural part (11, 11; 18) is held.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the cross-sectional dimension of the rod-shaped Support element (12,17) perpendicular to the direction of oscillation is many times larger than in the direction of oscillation.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least two s separate arrangements for angular ranges of at least two possible directions of oscillation are provided.