Schwingungstilger: Was Formel-1-Technik im Hochhaus bewirken kann

Wissenschaftler an der City, University oft London, wollen Formel-1-Technik für effektivere Schwingungstilger in Hochhäusern nutzen.

Die kürzlich veröffentlichten Studien von Dr. Agathoklis Giaralis und seinen Kollegen zeigt, das leichtgewichtige und kompakte Dämpfer, ähnlich jenen für die Radaufhängung der Formel-1-Rennwagen, das für Schwingungstilger erforderliche Gewicht um bis zu 70 Prozent reduzieren, Energie aus den windinduzierten Schwankungen gewinnen und durch weniger Baumaterialien die CO2-Emissionen vermindern können.

Die derzeit eingesetzten Schwingungstilger werden in die obersten Geschosse von Hochhäusern eingepasst und fungieren als schwere, gegen die von Wind oder Erdbeben ausgelösten Bewegungen arbeitende Pendel. Doch sie wiegen bis zu 1‘000 Tonnen und nehmen fünf Stockwerke in einem Haus mit 100 Stockwerken ein. Sie kosten Millionen und nehmen kostbaren Platz in beengten Stadtzentren ein.

Schwingungstilger werden kleiner und leichter

Die in der November-Ausgabe des Journals Engineering Structures erschienene Arbeit von Dr. Agathoklis Giaralis und seinen Mitarbeitern (Optimal tuned mass damper inter design in wind-excited tall buildings for occupants’ comfort serviceability, preferences and energy harvesting) stellt zur Diskussion, dass leichte und kompakte Dämpfer, ähnlich denen für die Formel-1-Radaufhängungen, das erforderliche Gewicht im Vergleich zu derzeit eingesetzten Schwingungstilgern um bis zu 70 Prozent reduzieren können.

Dr. Giaralis ist sich sicher, dass man mit kleineren und leichteren Schwingungstilgern höhere und schmalere Gebäude errichten kann, ohne dass den Nutzern bei Wind übel wird. Derart schlanke Konstruktionen verbrauchen weniger Material und Ressourcen und kosten somit weniger bei gleichzeitig höherer Nachhaltigkeit. Sie nehmen weniger Raum ein und bieten dem Auge einen erfreulicheren Anblick. In einer Stadt wie London, in der Raum kostbar sei und Bauland teuer, habe man nur die Möglichkeit, in die Höhe zu bauen und so könne diese Technologie bahnbrechend sein.

In Tests an einem typischen 20-stöckigen Stahlbau hat sich mit der neuen Lösung ein um 30 Prozent geringerer Stahlverbrauch für die Balken und Säulen herausgestellt. Computer-Modelle für ein reales Londoner Bauwerk, das 48-stöckige im Stadtteil Elephant and Castle, Southwark, konnten zeigen, dass sich die Neigung zur Bewegungsübelkeit mit den neuen Verfahren verringern ließ.

Effektiver Schutz gegen windinduzierte Schwingungen

Bodenschwingungen werden deutlich reduziert. Das System ist damit auch effektiver darin, Gebäude gegen hohe Windgeschwindigkeiten oder Erdbeben zu wappnen. Selbst mäßige Winde können bei den Nutzern Übelkeit oder Schwindel auslösen, und der Klimawandel lässt ein häufigeres Auftreten stärkerer Winde vermuten. Das gerade getestete dämpferbasierte Verfahren zur Schwingungskontrolle soll dieses Risiko bei niedrigen Installationskosten in neuen und selbst in sehr schlanken Gebäuden deutlich verringern, ohne dass es dafür umfangreicher baulicher Anpassungen bedürfte.

Dr. Giaralis weist auf einen weiteren Vorteil hin. Nicht nur die CO2-Emissionen könne man durch den sparsamen Materialverbrauch senken, man könne aus den windinduzierten Schwingungen sogar Energie gewinnen. Derzeit glaube er zwar nicht, dass sich damit ein ganzes Haus versorgen lasse, wohl aber genüge das für die drahtlosen Sensoren der Klimaanlagen.

Weitere Informationen: https://www.city.ac.uk/

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