Ruhr Universität Bochum

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1 Sachverständige für Baudynamik und Erschütterungen Messstelle für Erschütterungen nach 26 BImSchG Prof. Heiland durch die IHK Bochum öffentlich bestellt Ruhr Universität Bochum Rückbau Gebäude IA AB Baudynamisches Gutachten zum geplanten Abbruchverfahren Baudynamik Heiland & Mistler GmbH Bergstraße Bochum Germany Tel: Fax: Amtsgericht Bochum HRB Geschäftsführer: Prof. Dr.-Ing. Dieter Heiland, Dr.-Ing. Michael Mistler Bankverbindung: Deutsche Bank Bochum IBAN: DE BIC: DEUTDEDE430

2 Projektbezeichnung RUB Gebäude IA-IB Projekt-Nr Bericht-Nr. Inhalt Seitenzahl D1 Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen 24 Seiten Berichtsdatum Auftraggeber Auftragnehmer Gutachter BLB NRW Dortmund, Emil-Figge-Straße 91, Dortmund Baudynamik Heiland & Mistler GmbH, Bergstraße 174, Bochum Tel: , Fax: Amtsgericht Bochum, HRB Geschäftsführer: Prof. Dr.-Ing. Dieter Heiland, Dr.-Ing. Michael Mistler Prof. Dr.-Ing. D. Heiland ö.b.u.v. Sachverständiger für Baudynamik und Erschütterungen Dipl.-Ing. P. Meckbach Sachverständiger für Baudynamik Datum der Messung -- Messpersonal -- Dateiname Bearbeitungsstand D1.docx in Bearbeitung vorgelegt x fertig gestellt Änderungen Revision Datum geänderte Kapitel Beschreibung alle Ersterstellung Dieser Bericht ist nur für den Gebrauch des Auftraggebers bestimmt. Eine darüber hinausgehende Verwendung, vor allem durch Dritte, unterliegt dem Schutz des Urheberrechts gemäß UrhG D1.docx Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite - 2 -

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Aufgabenstellung / Vorgehensweise Verwendete Unterlagen 4 2 Bauliche Situation 5 3 Einzuhaltende Grenzwerte Grenzwerte nach DIN 4150 Teil 2 und Grenzwerte für erschütterungsempfindliche Laborflächen Grenzwerte für Server und IT-Systeme 13 4 Prognose der zu erwartenden Immissionen Eingesetzte Bauverfahren und Baugeräte Allgemeine Prognoseformel Beurteilung der Baumaßnahme entsprechend DIN 4150 Teil 2 und Beurteilung der Baumaßnahme im Hinblick auf erschütterungsempfindliche Labore und IT Systeme 18 5 Zusammenfassung der Prognoseergebnisse 21 Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite - 3 -

4 1 Einleitung 1.1 Aufgabenstellung / Vorgehensweise Im Rahmen des Abbruchs der Gebäude IA und IB sowie der zugehörigen Flachbauten auf dem Campus der Ruhr Universität Bochum (RUB), wird es zwangsläufig zu Beeinträchtigungen der Nutzer im Gebäude IC durch Erschütterungen kommen. Daher soll mit einer Voruntersuchung der aus dem Abbruch zu erwartenden Erschütterungen die Nutzungseinschränkungen im Gebäude IC beurteilt werden. Dabei sollen sowohl die Arbeitsplätze im Hochbau IC, als auch die Labore mit teilweiser schwingungsempfindlicher Nutzung beurteilt werden. Auf Grundlage der baudynamischen Voruntersuchung sollen Vorschläge erarbeitet werden, wie der Abbruch durchzuführen ist, um die Nutzungseinschränkungen durch Erschütterungen weitestgehend zu minimieren. Dabei soll das bereits erarbeitete Abbruchkonzept berücksichtigt werden. Die Baudynamik Heiland & Mistler GmbH wurde mit der Bewertung der gebäude- und nutzungsspezifischen Grenzwerte im Hinblick auf die geplante Abbruchmaßnahme beauftragt. Im vorliegenden Bericht werden die zu erwartenden Erschütterungen in den Nachbargebäuden zur Baustelle während der Abbrucharbeiten prognostiziert und den jeweiligen maßgebenden Grenzwerten gegenübergestellt. Als Grundlage für die Prognose dienen baudynamische Messungen die im Rahmen anderer Projekte auf dem Baugrund an der RUB durchgeführt wurden. 1.2 Verwendete Unterlagen [1] Präsentation: Projektvorstellung RUB, Abbruchkonzept, HochTief Solutions AG, vom [2] Lagepläne Gebäude IA, IB und saniertes Gebäude IC [3] RUB Liste: Übersicht schwingungsempfindlicher Geräte und Labore im IC Komplex, Stand [4] Datenblätter verschiedener Baugeräte (insbesondere Raupenbagger Liebherr R974C und C12 + Brecher) [5] DIN 4150 T1 (06/2001) [6] DIN 4150 T3 (02/1999) [7] VDI-Richtlinie 2038 Blatt 1: : Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken bei dynamischen Einwirkungen Methoden, Vorgehensweisen und Einwirkungen Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite - 4 -

5 [8] VDI-Richtlinie 2038 Blatt 2: : Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken bei dynamischen Einwirkungen Untersuchungsmethoden und Beurteilungsverfahren der Baudynamik [9] Empfehlungen des Arbeitskreises Baugrunddynamik, Arbeitskreis 1.4 Baugrunddynamik, Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.v. (DGGT), Berlin, Dezember Bauliche Situation Der abzubrechende Gebäudekomplex IA, IAFO, IB besteht aus zwei 9-geschossigen Hochhäusern (IA, IB) und einem dazwischen liegenden 2-3 geschossigem Flachbau (IAFO). Abbildung 2-1 Lageplan RUB I-Gebäude Der Gebäudekomplex schließt im Osten direkt an das Gebäude ICFW an. Im weiteren Verlauf schließen sich daran die Gebäude IC und ID mit den jeweils dazugehörigen Flachbauten an. In diesen Gebäuden sind zum Teil Labore mit schwingungsempfindlicher Nutzung (REM, TEM im ICFO) sowie Server- und Büroräume (IC-Hochhaus und ICFW) untergebracht. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite - 5 -

6 Im Norden des Baufelds verläuft die I-Nordstraße mit den anliegenden IAN und IBN Werkhallen. In diesen Werkhallen sind eher weniger schwingungsempfindliche Labore untergebracht. Im Westen des Baufeldes liegen die Gebäude der Univerwaltung (UV und SSC) und das Gebäude FNO. Im Süden liegt in unmittelbarer Nähe das Zentrale Hörsaalzentrum HZO. Bei der Beurteilung der durch den Abbruch verursachten Erschütterungen sind also insbesondere die sensiblen REM/TEM Labore im Gebäude ICFO, Die Serverräume im Gebäude IC und die Büroarbeitsplätze in den umliegenden Instituts- und Verwaltungsgebäuden zu bewerten. 3 Einzuhaltende Grenzwerte Als Erschütterungen werden mechanische Schwingungen fester Körper mit potentiell belästigender Wirkung bezeichnet. Art und Grad der individuellen Beeinträchtigung durch Erschütterungen hängen vom Ausmaß der Erschütterungsbelastung und verschiedenster situativer Faktoren ab. Beispielhaft seien genannt: - Stärke der Schwingungen (Schwingstärke, KB-Wert) - Einwirkungsdauer - Häufigkeit des Auftretens - Art der Erschütterungsquelle (Sichtkontakt, Hörkontakt,...) - Wohlbefinden der Personen - Grad der Gewöhnung - Art der Beschäftigung Erschütterungen können auch potentiell schädigend auf Gebäude wirken. Auch hier müssen einige weitere Faktoren berücksichtigt werden. Genannt seien z.b.: - Art des Bauwerks - Alter des Bauwerks - Dauer der Einwirkungen - Frequenzbereich der Einwirkungen Die zumutbaren Belästigungen von Personen in Gebäuden und die Anhaltswerte, bei deren Einhaltung keine potentielle Schädigung der Gebäudestruktur zu erwarten ist, sind in der DIN 4150 Teil 2 und Teil 3 geregelt. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite - 6 -

7 Erschütterungseinwirkungen haben jedoch nicht nur Einfluss auf das Wohlbefinden von Personen in Gebäuden oder auf die Schädigung von Bauwerken, sondern auch auf die Gebrauchstauglichkeit empfindlicher Geräte oder Einrichtungen in den Gebäuden. So können Aufgrund zu hoher Erschütterungspegel z.b. empfindliche Messgeräte, REM, TEM, etc. unter Umständen nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit betrieben werden. Die Schwingungsgrenzwerte, die für einen einwandfreien Betrieb dieser Geräte eingehalten werden müssen, sind meistens deutlich strenger als die Anforderungen der DIN 4150 Teil 2 bzw. Teil 3. Zur Beurteilung der einwirkenden Erschütterungen sind daher immer die jeweiligen Herstellerspezifikationen zu beachten. Darüber hinaus enthält die VDI 2038 weitere typische Grenzwerte zur Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit schwingungsempfindlicher Gebäudeflächen. In den folgenden Kapiteln werden zunächst die maßgeblichen Grenzwerte für die Rückbaumaßnahme des Gebäudekomplexes IA-IB definiert. Dabei werden die wichtigsten Normen, und die speziellen Grenzwerte einzelner Geräte berücksichtigt. Bei fehlenden Grenzwertangaben für Laborflächen werden typische Grenzwerte, wie sie auch bei anderen Projekten verwendet wurden, herangezogen. Sofern andere Vorschriften wie z.b. die DIN oder die TV Abbrucharbeiten des deutschen Abbruchverbandes strengere Vorgaben machen, sind diese zu beachten. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite - 7 -

8 3.1 Grenzwerte nach DIN 4150 Teil 2 und 3 Bei der Durchführung von Baumaßnahmen im Bestand ist die DIN4150 Teil 3 (Ausgabe Febr. 1999) in jedem Fall zu beachten. Die dort angegebenen Anhaltswerte dienen dem Erhalt der Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken. Diese Werte sind grundsätzlich einzuhalten. Bei der vorliegenden Gebäudestruktur werden die Grenzwerte nach DIN 4150 Teil 3, Tabelle 1 und Tabelle 3, Zeile 2 angesetzt. Damit ergeben sich folgende maximalen Schwingungspegel aus dem Baustellenbetrieb: Anhaltswerte der Schwinggeschwindigkeit auf dem Fundament [mm/s] Anhaltswerte der Schwinggeschwindigkeit auf der Decke [mm/s] Horizontal, alle Frequenzen Vertikal, alle Frequenzen Tabelle 3-1 maximale Schwingungspegel für die umliegenden Gebäude an der RUB nach DIN 4150 Teil 3 Bei Bauarbeiten im Bereich von Arbeitsbereichen mit überwiegend geistiger Tätigkeit (Büro- und Institutsgebäude) sollte zudem darauf geachtet werden, dass die Nutzer ausreichend gegen Belästigungen aus Erschütterungen geschützt werden. Daher ist die DIN4150 Teil 2 (Ausgabe Juni 1999) ebenfalls zu beachten. Die dort angegebenen Anhaltswerte dienen primär der Vermeidung der Belästigung von Menschen in Wohnungen und vergleichbar genutzten Räumen. In einer ersten Näherung können diese Werte jedoch auch für die Beurteilung von Büroflächen herangezogen werden. Bei der Beurteilung von zeitlich begrenzten Erschütterungseinwirkungen aus Baubetrieb sollten die dauerhaft auftretenden Erschütterungen einen Wert von KB Fmax =0,6 nicht überschreiten (DIN 4150 Teil 2, Tabelle2, Stufe II bei Dauer der Baumaßnahme <78Tage). Wird dieser Wert eingehalten, ist mit keiner erheblichen Belästigung der Anlieger zur Baustelle zu rechnen, wenn im Vorlauf der Baumaßnahme folgende Aufklärungsmaßnahmen getroffen wurden: eine ausreichende Information der Betroffenen stattgefunden hat. eine Aufklärung über die Unvermeidbarkeit von Erschütterungen stattgefunden hat. zusätzliche Maßnahmen zur Minderung der Belästigung eingeplant wurden (Pausen, Ruhezeiten, Betriebsweise der Erschütterungsquelle, usw.) eine Ansprechstelle für Betroffene eingerichtet wurde. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite - 8 -

9 eine Information der Betroffenen über die Erschütterungswirkung auf das Gebäude durchgeführt wurde. evtl. eine Dauermessstation zur Beweissicherung im Gebäude installiert wurde. Bei zunehmender Überschreitung der Anhaltswerte wächst die Wahrscheinlichkeit, dass mit erheblicher Belästigung der betroffenen Mitarbeiter zu rechnen ist. In der VDI 2038 werden speziell für Büroflächen ebenfalls einzuhaltende KB Fmax Werte angegeben. Die Anhaltswerte sind nachfolgend dargestellt. Komfortniveau Hoher Komfort Mittlerer Komfort Geringer Komfort KB Fmax < 0,2 0,2 < KB Fmax < 1,0 1,0 < KB Fmax < 2,5 Arbeitsbereiche mit quasi-ständig überwiegend geistiger Werkstatt nicht empfohlen Beurteilungslastfall häufig selten Tätigkeit (Büros) Wohnräume Schlafräume Ruheräume (z.b. Kliniken) Arbeitsbereiche mit überwiegend geistiger Tätigkeit (Büros) Wohnräume Schlafräume Werkstatt Arbeitsbereiche mit überwiegend geistiger Tätigkeit (Büros) Tabelle 3-2 Beurteilungslastfälle und Komfortkriterien für Geschoßdecken im Wohn- und Industriebau [8] Nach Tabelle 3-2 spricht bei Büroräumen mit einem KB Fmax = 0,6 von einem mittleren Komfort. Das bedeutet, das die Erschütterungen aus der Baumaßnahme zum Teil spürbar sind, aber im Rahmen einer solchen Baustelle toleriert werden sollten. Die Festlegung des Grenzwertes zur Berücksichtigung der DIN 4150 Teil2, für die Zeit der Bauarbeiten geschieht unter zwei Gesichtspunkten. Zum einen sind die Belästigungen aus Erschütterungen für die Mitarbeiter und Forscher in den umliegenden Gebäuden so gering wie möglich zu halten, zum anderen ist ein Wert zu finden, bei dem eine wirtschaftliche Arbeitsweise der Baustelle möglich ist. Um beiden Punkten gerecht zu werden, wird daher ein Wert von KB Fmax 0,6 empfohlen. Die Erschütterungen liegen damit zwar teilweise im spürbaren, jedoch in einem noch tolerierbaren Bereich. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite - 9 -

10 Der aus diesen Vorgaben resultierende maximale Wert der Schwinggeschwindigkeiten auf den Decken in den angrenzenden Gebäuden der Universität wird unter Berücksichtigung verschiedener Übertragungsfaktoren mit einem Wert von V max =1,2 mm/s abgeschätzt. Damit ergeben sich für die Einhaltung der Vorgaben der DIN 4150 Teil 2 folgende maximalen KB- Werte bzw. die daraus abgeleiteten maximalen Schwingungspegel: Anhaltswerte für die Beurteilung von Erschütterungsimmissionen in Gebäuden [-] Anhaltswerte der Schwinggeschwindigkeit auf der Decke [mm/s] Tags (06:00-22:00Uhr) KB Fmax 0,6 V max 1,2 Nachts (22:00-06:00Uhr) Kein Baustellenbetrieb Tabelle 3-3 maximale Schwingungspegel in den Nachbargebäuden Baufeld nach DIN 4150 Teil 2 Bei selten auftretenden und nur kurzzeitig einwirkenden Erschütterungen (bis zu 5 Ereignisse pro Woche) darf im Rahmen der Baumaßnahme der oben angegeben KB Fmax Wert auch überschritten werden. 3.2 Grenzwerte für erschütterungsempfindliche Laborflächen In der VDI [8] werden allgemeine Grenzwerte für die Gebrauchstauglichkeit von Flächen mit schwingungsempfindlicher Nutzung als VC und Nano Linien angegeben. Bei diesen Grenzwertdefinitionen handelt es sich um Grenzkurven zulässiger Schwinggeschwindigkeitsspektren für Geräte mit unterschiedlicher innerer Genauigkeit. In Abbildung 3-1 und Tabelle 3-4 sind die VC- und Nano Grenzkurven grafisch und tabellarisch dargestellt und beschrieben. Im Gebäude IC werden die schwingungsempfindlichsten Geräte vom Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften betrieben. Die Geräte (TEM, REM) stehen auf separaten Fundamenten im Ostflügel des Gebäudes ICFO. Für die einzelnen Geräte liegen keine speziellen Herstellergrenzwerte vor. Daher wird entsprechend der Tabelle 3-4 das Kriterium VC-D (6,25µm/s) zur Einhaltung in den besonders schwingungsempfindlichen Laborflächen des ICFO empfohlen. Dieses Kriterium ist im Allgemeinen passend für hochwertige Elektronenmikroskope (REM, TEM). Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

11 VC-A rms Geschwindigkeit [µm/s] 10 VC-C VC-D VC-E VC-F VC-B Nano-D Nano-E Nano E-F 1 VC-G 0, Frequenz [Hz] VC-A VC-B VC-C VC-D VC-E VC-F VC-G Nano-D Nano-E Nano E-F Abbildung 3-1 Grafisch Darstellung der VC-Linien gemäß [8] Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

12 VC-Linien (Vibration Criteria) Schwingungspegel RMS-Terzspektren in µm/s Tabelle typischer Nutzungen Strukturgröße/ Genauigkeit Menschlich Fühlschwelle 100 (4-80 Hz) menschliche Fühlschwelle, für empfindliche Schlafbereiche, für Opern, Theater, für Mikroskope mit 100-facher Vergrößerung 30 µm VC-A 50 (4-80 Hz) unter fast allen Umständen geeignet für optische Mikroskope mit bis zu 400-facher Vergrößerungen 8 µm VC-B 25 (1-80 Hz) ein geeigneter Standard für Inspektionsgeräte, allgemeine anspruchsvolle Labore, Lithografiegeräte (inkl. Stepper) bis zu 3 µm Strukturbreite 3 µm VC-C 12,5 (1-80 Hz) ein geeigneter Standard für Mikroskope mit bis zu 1000-facher Vergrößerung, ein guter Standard für die meisten Lithografieund Inspektionsgeräte bis hinunter zu 1 µm Strukturbreite 1 µm VC-D 6,25 (1-80 Hz) unter fast allen Umständen passend für sehr hochwertige Elektronenmikroskope (REM, TEM), ebeam-systeme usw., die bis an ihre Leistungsgrenze eingesetzt werden 0,3 µm VC-E 3,1 (1-80 Hz) die Einhaltung dieses Kriteriums ist sehr schwierig, es kann nur in wenigen Fällen eingehalten werden, vorzugsweise auf nicht unterkellerten Bodenplatten, erforderlich für Geräte höchster Präzision < 0,1 µm VC-F 1,6 (1-80 Hz) Kriterium für extrem ruhige Forschungsräume, sehr schwierig zu erreichen, dieses Kriterium ist nur zur Charakterisierung, nicht jedoch als Auslegungskriterium geeignet. - VC-G 0,8 (1-80 Hz) Kriterium für extrem ruhige Forschungsräume, sehr schwierig zu erreichen, dieses Kriterium ist nur zur Charakterisierung, nicht jedoch als Auslegungskriterium geeignet. - Nano-Linien Schwingungspegel RMS-Terzspektren in µm/s ((1 5) / (20 100) Hz) Nano-D 1,6 / 6,4 Nano-E 0,8 / 3,2 Nano-EF 0,53 / 2,1 Tabelle typischer Nutzungen sehr schwierig einzuhaltendes Kriterium für REM der Nanotechnik für Auflösungen bis 1 nm, Obergeschosse mit hohen Anforderungen an die dynamische Steifigkeit und Eigenfrequenz extremes Kriterium für REM der Nanotechnik für Auflösungen bis 2 Å bis 5 Å (10 Å = 1 nm), nur auf sehr massiven Bodenplatten und nur bei sehr günstigen Baugrundvoraussetzungen einhaltbar strengstes Kriterium für REM und TEM der Nanotechnik für Auflösungen im Sub-Ångströmbereich (10 Å = 1 nm) nur unter sehr speziellen Bedingungen und besonderen Baukonstruktionen einhaltbar Strukturgröße/ Genauigkeit 1 nm (0,2 0,5) nm < 0,1 nm Tabelle 3-4 Definition und Beschreibung der VC-Linien gemäß [8] Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

13 3.3 Grenzwerte für Server und IT-Systeme Im Gebäude IC, Ebene 05 befinden sich zwei große Serveräume. Spezielle Grenzwerte der Server und Festplattenspeicher liegen nicht vor. Daher werden in der folgenden Grafik einige typische Grenzwerte von Server und Festplatten unterschiedlicher Herstellern aufgezeigt. Abbildung 3-2: Servergrenzwerte unterschiedlicher Hersteller Die Grafik zeigt, dass die zulässigen Schwingungspegel für unterschiedliche Serversysteme deutlich variieren. Da das System im Gebäude IC derzeit nicht bekannt ist, wird zunächst vom strengsten Wert ausgegangen. Um einen Festplattencrash sicher auszuschließen, wird zusätzlich der strengste Grenzwert noch einmal um den Faktor 2 reduziert (rote Linie). Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

14 4 Prognose der zu erwartenden Immissionen 4.1 Eingesetzte Bauverfahren und Baugeräte Die Gebäude werden kontrolliert zurückgebaut. Der Rückbau erfolgt dabei vorrangig mittels Longfrontbaggern mit Hydraulikzange bzw. Demontage der Fertigteile und abheben. Für den Rückbau der Fundamente ist ein geräuschloses Sprengen mit hydraulischen Pressen oder Quell- bzw. Sprengmörteln geplant. Somit sind Maschinenerzeugte Erschütterungen von folgenden Geräte auf dem Baufeld zu erwarten: Longfrontbagger mit Einsatzgewichten zwischen to Kettenbagger mit Einsatzgewichten to mobile Recyclingmaschine/ Brecheranlage ca. 50 to LKW Sattelfahrzeuge zur Schuttabfuhr (Während der Bauzeit ca. 2700LKW) 4.2 Allgemeine Prognoseformel Nachfolgend werden die zu erwartenden Schwingungen aus den oben genannten verschiedenen Baustellenaktivitäten prognostiziert. Die baudynamischen Prognoseverfahren, deren Grundlagen sowie praktische Anwendung sind in den Richtlinie VDI 2038-E Blatt 1 und 2 enthalten [7][8]. Die Prognose der Erschütterungen aus Baustellenbetrieb erfolgt auf der Basis von Messwerten, die bei verschiedenen Baustellen und für verschiedene Baugeräte ermittelt wurden und der nachfolgend beschriebenen Berechnung. Die allgemeine Formel zur Berechnung der Erschütterungsausbreitung im Baugrund ist in der DIN 4150 Teil 1 [5]als Formel 2 enthalten und lautet: n r r0 r 2πD λ v( r) = v( r0 ) e r (1) 0 wobei r und r 0 zwei Punkte auf dem Ausbreitungsweg, D die Dämpfung und λ die Wellenlänge bedeuten. Die Baugrunddämpfung wird konservativ zu D = 0, 02 angesetzt. Dieser Wert ergibt sich bei einer Schubverzerrungsamplitude von γ =10 6 und einer Dämpfungskapazität ψ = 0, 25. (laut Empfehlungen des Arbeitskreises Baugrunddynamik [9]) Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

15 Bei der Übertragung der Schwingungen vom Baugrund auf die Bauwerksfundamente werden die Schwingungsamplituden reduziert. Bei der Übertragung von den Fundamenten auf die Stockwerksdecken kommt es zu Verstärkungen, im Resonanzfall sogar zu starken Amplitudenerhöhungen. Die Amplitudenänderungen werden allgemein durch Übertragungsfaktoren beschrieben: V F : Übertragungsfaktor vom Baugrund auf das Fundament V D : Übertragungsfaktor vom Fundament auf die Decke (EG oder OG) Oberste Geschossdecke Deckenebene OG VD Deckenebene EG Fundament / Bodenplatte VF Abbildung 4-1: Graphische Darstellung der Übertragungsfaktoren Bei einer Anregung mit Frequenzen oberhalb der Boden-Bauwerks-Eigenfrequenz darf nach DIN 4150 Teil 1 ein mittlerer Übertragungsfaktor V F = 0,5 für die Übertragung der Erschütterungen vom Baugrund auf das Fundament angesetzt werden. Dieser Wert geht als Konstante in die Prognose ein. Bei der Schwingungsübertragung innerhalb der Gebäude sind insbesondere die Vertikalschwingungen in Deckenmitte von Bedeutung, weil sich hier erhebliche Vergrößerungen der Schwinggeschwindigkeitsamplituden aufgrund der Deckeneigenfrequenzen ergeben können. Für die Prognose wurden folgende Verstärkungsfaktoren verwendet: Verstärkungsfaktoren für volle Deckenresonanz bei transienter Anregung z.b. Bewegen von Kettenbaggern und anderen Baugeräten / LKW für volle Deckenresonanz bei Impulsanregung z.b. herabfallende Maßen / Meißeln V D 5 3 Tabelle 4-1: Verstärkungsfaktoren bei der Übertragung von Erschütterungen innerhalb der Gebäude Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

16 Mit den nach Gleichung (1) berechneten Ausbreitungskurve und den in Tabelle 4-1 genannten Gebäudeübertragungsfunktionen lassen sich die Schwingungen am Fundament und in den Obergeschossen der Gebäude theoretisch nach folgender Gleichung bestimmen: v Decke, i vfreifeld, i * VF, i * VD, i = (2) 4.3 Beurteilung der Baumaßnahme entsprechend DIN 4150 Teil 2 und 3 Zunächst werden die Erschütterungen aus der Rückbaumaßnahme unter Berücksichtigung der Anhaltswerte der DIN 4150 Teil 2 und 3 beurteilt. Entsprechend Kapitel 3.1 ist auf den Decken in den Hochbauten Schwinggeschwindigkeitswert von v max < 1,2mm/s einzuhalten, um eine Belästigung der Mitarbeiter in den Gebäuden durch Erschütterungen zu vermeiden. Nachfolgend sind die Erschütterungen der verschiedenen Bauverfahren in Abhängigkeit der Entfernung für den Beurteilungspunkt Decke dargestellt. Abbildung 4-2: Graphische Darstellung der Übertragungsfaktoren Für die einzelnen Geräte sind nachfolgend die Abstände angegeben die mindestens eingehalten werden sollten, um eine erhebliche Erschütterungsbelästigung von Personen in Gebäuden zu vermeiden. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

17 Inneres Baufeld Abbildung 4-3: Inneres Baufeld und Abstände zu Nachbargebäuden Bauverfahren / Baugerät Mindestabstand Brech- und Siebanlagen 50to 20m Kettenbagger 30to auf hartem Untergrund 25m Kettenbagger 90to auf hartem Untergrund 35m Kettenbagger 140to auf hartem Untergrund 40m Hydrohammer 25m Fallende Masse 0,5to aus 40m 100m Fallende Masse 10to aus 1m 70m LKW (40to) mit ca. 30km/h (glatte Straße) 10m Tabelle 4-2: Mindestabstände zur Einhaltung der Anhaltswerte DIN 4150 Teil 2 Arbeiten im Inneren Baufeld zulässig? Nein Nein ja Die Grafik und die Tabelle zeigen, dass die meisten Arbeiten im inneren Baufeld, also zwischen den Gebäuden IA und IB durchgeführt werden können, ohne das die Mitarbeiter in den umliegenden Gebäuden durch Erschütterungen gestört werden. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

18 Bei dem Abbruch mit Longfrontbaggern kann es prinzipiell zum Absturz von großformatigen Teilen (hier angesetzt mit 500kg) kommen. Die Prognose zeigt, dass die durch herabfallende Maßen erzeugten Erschütterungen in einem deutlich größeren Umkreis zu spüren sein werden, als die normalen Bautätigkeiten. Von daher ist durch geeignete Maßnahmen zu verhindern, dass großformatige Teile im freien Fall auf dem Baugrund auftreffen (Zerkleinerung mit Hydraulikzange, abheben großer Bauteile mit Kran, etc.). Das Bewegen der schweren Kettenbagger führt ebenfalls zu Erschütterungen, die in einem größeren Kreis zu spüren sein werden. Die schweren Kettenbagger (140to) sollten einen Mindestabstand zu den benutzen Gebäuden von mindestens 40m einhalten. Zusätzlich können die Erschütterungseinwirkung durch ein langsames Bewegen der Kettenfahrzeuge und die Anlage eines weichen Untergrundes (Sand- oder Kiesbette) reduziert werden. Ein Bewegen der Kettenbagger außerhalb des inneren Baufeldes und auf hartem Untergrund (z.b. auf der I-Nordstraße) muss in Absprache mit den betroffenen Instituten (IN-Werkhallen, ICFW-Labore) erfolgen. Bei Einhaltung der Mindestabstände nach Tabelle 4-2 ist mit keiner Schädigung der Gebäudestruktur umliegender Gebäude durch Erschütterungen zu rechnen. 4.4 Beurteilung der Baumaßnahme im Hinblick auf erschütterungsempfindliche Labore und IT Systeme Neben der Beurteilung der Belästigung von Personen in Gebäuden und der Gefahr von erschütterungsinduzierten Gebäudeschäden sind auch die zum Teil schwingungssensiblen Bereiche in den Gebäuden IC und ICFO zu beurteilen. Im Gegensatz zu der Beurteilung nach DIN 4150 Teil 3 erfolgt die Beurteilung hier nicht mit v max Werten im Zeitbereich, sondern im Frequenzbereich. Als Eingangsparameter in die Prognose werden daher die Terzspektren verschiedener Bautätigkeiten angesetzt. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

19 Abbildung 4-4: Emissionsspektren verschiedener Baugeräte Mit den oben dargestellten Emissionsspektren wurde die Erschütterungsprognose für die Beurteilung der Serverräume und die TEM Labore in den Gebäuden IC und ICFO durchgeführt. Nachfolgend sind die zu erwartenden maximalen Terzschwingungspegel in Abhängigkeit der Entfernung aufgetragen. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

20 Abbildung 4-5: Emissionsspektren verschiedener Baugeräte Bauverfahren / Baugerät Brech- und Siebanlagen 50to Kettenbagger 30to auf hartem Untergrund Kettenbagger 90to auf hartem Untergrund Kettenbagger 140to auf hartem Untergrund Hydrohammer Mindestabstand zur Einhaltung VC-D 50m 65m 70m 80m 75m Fallende Masse 0,5to aus 40m >200m Fallende Masse 10to aus 1m >200m LKW (40to) mit ca. 30km/h (glatte Straße) Mindestabstand zur Einhaltung Servergrenzwert 12m Tabelle 4-3: Mindestabstände zur Einhaltung der Anhaltswerte VC-D und Servergrenzwerte 18m 15m 20m 25m 18m 60m 80m 10m Arbeiten im Inneren Baufeld zulässig? Nein Nein ja Der Abstand zwischen den schwingungsempfindlichen Laboren ICFO und der Baustelle beträgt mindestens 100m. Zwischen der Baustelle und den Serverräumen im IC mindestens 70m. Die Prognoseergebnisse zeigen, dass von durch die Baugeräte damit keine Nutzungseinschränkung in den Laboren ICFO und den Serverräumen im IC zu erwarten sind. Störungen sind daher mit großer Wahrscheinlichkeit nur durch herunterfallende Massen zu erwarten. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

21 5 Zusammenfassung der Prognoseergebnisse Die Prognose der Erschütterungen in den umliegenden Gebäuden hat gezeigt, dass die meisten Arbeiten innerhalb des inneren Baufeldes am Gebäudekomplex IA-IB durchgeführt werden können. Inneres Baufeld Abbildung 5-1: Inneres Baufeld und Abstände zu Nachbargebäuden Bauverfahren / Baugerät Arbeiten im Inneren Baufeld zulässig? Brech- und Siebanlagen 50to Kettenbagger 30to auf hartem Untergrund Kettenbagger 90to auf hartem Untergrund Kettenbagger 140to auf hartem Untergrund Hydrohammer Fallende Maße 0,5to aus 40m Nein Fallende Maße 10to aus 1m Nein LKW (40to) mit ca. 30km/h (glatte Straße) ja Tabelle 5-1: Zulässige Arbeiten im inneren Baufeld Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

22 In den umliegenden Gebäuden ist mit keinen Nutzungseinschränkungen zu rechnen wenn die Mindestabstände entsprechend Tabelle 4-2 und Tabelle 4-3 eingehalten werden. Die Baugeräte die für die Beurteilung herangezogen wurden, sind als stellvertretend für die jeweilige Baugeräteklasse zu sehen. Abweichende Geräte oder Bauverfahren sind entsprechend einzuordnen. Maßgeblich andere Bauverfahren oder Geräte (Sprengung, stationärer Brecher, etc.) sind ggf. gesondert abzustimmen. Darüber hinaus sind folgende Punkte zur Vermeidung von Belästigungen und zur Reduktion von Erschütterungen zu beachten: Im Vorfeld der Abbruchmaßnahmen sollte eine umfangreiche Information der anliegenden Institute und Verwaltungsmitarbeiter erfolgen. So kann bei den betroffenen Mitarbeitern eine höhere Akzeptanz gegenüber einwirkenden Erschütterungen erreicht werden. Insbesondere die Räume im direkt angrenzenden Gebäude ICFW werden während der Baumaßnahme einer erhöhten Schwingungsbelastung ausgesetzt sein. Um eine direkte Schwingungsübertragung in die umliegenden Gebäude zu vermeiden, muss vor Beginn der harten Abbrucharbeiten eine baulich Trennung zwischen den Gebäuden IB und ICFW erfolgen. Dies kann auf zwei Arten erfolgen: o Erschütterungsarmer Rückbau der ersten Deckenfelder im Gebäude IB (Trennen und Abheben). Die betroffenen Deckenfelder sind nachfolgend dargestellt. o Kompletter Rückbau der ersten, angrenzenden Deckenfelder im Gebäude ICFW. Beide Varianten haben aus schwingungstechnischer Sicht den gleichen Effekt (Störung des direkten Übertragungsweges über die Deckenfelder). Welche Version die bessere und einfa- Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

23 cher umzusetzende Variante ist muss auch in Abstimmung mit der Tragwerksplanung und dem Nutzer erfolgen. Die schweren Abbruchbagger (>90to) sollten immer einen Mindestabstand von 40m zu den umliegenden während der Bauzeit genutzten Gebäuden einhalten. Müssen die Geräte in einem geringeren Abstand zu den Gebäuden bewegt werden, z.b. bei der Anlieferung, sind die Zeiträume mit den betroffenen Instituten abzusprechen, da belästigende Störungen in den betroffenen Gebäuden auftreten können. Die Bagger sollten zur Reduktion der Erschütterungen grundsätzlich auf weichem Untergrund verfahren werden. Ggf. sind Sandbette anzulegen. Das Herabfallen schwerer Abbruchstücke aus großer Höhe ist in jedem Fall zu vermeiden. Es empfiehlt sich, zusätzlich ein Fallbett zu erstellen, um Erschütterungen von unkontrolliert abfallenden Massen zu reduzieren. Der Aufstellort der Brech- und Siebanlage sollte einen Mindestabstand von 20-30m zu den nächsten während der Bauzeit genutzten Gebäuden aufweisen. Zu beachten ist, dass nicht nur der Brecher dauerhafte Erschütterungen erzeugt, sondern auch die Bagger die zum Beladen benötigt werden. In Einzelfällen kann es beim Betrieb des Brechers auch zu höheren Schwingungspegeln als den hier prognostizierten kommen (andere Bauart des Brechers, Mangel an der internen Schwingungsentkopplung, etc.). Sollte dies der Fall sein, muss als Gegenmaßnahme eine temporäre Schwingungsisolierung auf Stahlfedern eingebaut werden. Grundsätzlich sollten alle Abbrucharbeiten vom inneren Baufeld aus erfolgen. Dies gilt insbesondere auch für das Gebäude IA, welches von beiden Seiten aus zugänglich ist. Die Prognose hat gezeigt, dass unter Einhaltung von gewissen Mindestabständen und unter Berücksichtigung einiger grundsätzlicher Maßnahmen zur Erschütterungsreduktion am Emissionsort, die Baumaßnahme ohne gravierende Nutzungseinschränkungen anliegender Institute und Gebäude in Bezug auf Erschütterungen durchgeführt werden kann. Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

24 Es wird empfohlen, während der Rückbaumaßnahme ein Monitoring System im angrenzenden Gebäudebereich IC zu installieren, um die Schwingungspegel aus dem Abbruchbetrieb zu dokumentieren. Dabei müssen in der Ebene E05 der Gebäude IC und ICFO die Terzspektren erfasst werden, um eine Aussage über die Gefährdung der Server und über eine Nutzungseinschränkung an den empfindlichen Geräten (REM/TEM) treffen zu können (Terz Monitoring). Darüber hinaus sollte mit einer weiteren Monitoringanlage der Schwingungspegel auf der Bodenplatte und an einer Decke im Gebäude ICFW erfasst und den Anhaltswerten der DIN 4150 bzw. VDI 2038 gegenübergestellt werden (V max - und KB-Monitoring). Mit dieser Messung kann eine Aussage über die Belästigung der Personen im Gebäude durch Erschütterungen und damit über eine mögliche Nutzungseinschränkung im Gebäude getroffen werden Ende des Berichts Baudynamische Prognose und Beurteilung von Rückbaumaßnahmen Seite

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