Windgetriggerte Erschütterungsmessung auf Hochhäusern: Langzeit-Monitoring mit intelligenter Steuerung

Windinduzierte Gebäudeschwingungen können in den oberen Geschossen von Hochhäusern durchaus wahrnehmbar sein. Die Frage, ob solche Schwingungen die Komfortanforderungen erfüllen, erfordert eine sorgfältige messtechnische Abklärung. Im Rahmen eines aktuellen Projekts wurde ein innovatives Monitoring-Konzept umgesetzt, bei dem die Erschütterungsmessgeräte durch eine Windmessstation gesteuert werden.

Ausgangslage

Bei Hochhäusern sollte im Zuge von Umbauarbeiten untersucht werden, ob zusätzliche Versteifungsmassnahmen für die Gebäudestruktur erforderlich sind, um die Schwingungsamplituden bei Wind zu reduzieren. Ziel war es, das dynamische Verhalten der Gebäude bei Windanregung zu charakterisieren und die auftretenden Beschleunigungen mit den massgebenden Richtwerten zu vergleichen.

Die messtechnische Herausforderung bestand darin, dass relevante Windereignisse eher selten auftreten. Eine kontinuierliche Aufzeichnung über mehrere Monate hätte erhebliche Datenmengen generiert, wobei der überwiegende Teil für die Auswertung nicht relevant gewesen wäre. Dies hätte unnötige Kosten für Datenspeicherung, Datenübertragung und Auswertung verursacht.

Monitoring-Konzept und Messtechnik

Die Lösung bestand in einem Messsystem, welches die Aufzeichnung basierend auf der aktuellen Windgeschwindigkeit startet und stoppt. Auf den Gebäuden wurden im obersten Geschoss beziehungsweise auf dem Dach je zwei Beschleunigungsmessgeräte vom Typ SYSCOM MR3003 mit triaxialen Sensoren MS2010 installiert. Ergänzend wurde eine Windmessstation montiert, welche die lokalen Windgeschwindigkeiten kontinuierlich erfasst.

Das Kernprinzip des Konzepts: Die Windmessstation fungiert als Trigger für die Erschütterungsmessgeräte. Bei Überschreitung eines definierten Schwellenwerts der Windgeschwindigkeit wird die Beschleunigungsaufzeichnung automatisch aktiviert. Auf diese Weise werden ausschliesslich jene Zeitfenster dokumentiert, in denen tatsächlich windbedingte Gebäudeschwingungen zu erwarten sind.

Dieses System war über einen Zeitraum von drei Monaten ohne Unterbruch in Betrieb und lieferte zuverlässig Messdaten bei erhöhten Windgeschwindigkeiten.

Eingesetzte Komponenten

• SYSCOM MR3003 mit triaxialen Beschleunigungssensoren MS2010 für die präzise Erfassung von Gebäudeschwingungen
• Windmessstation zur kontinuierlichen Überwachung der lokalen Windverhältnisse
• Selbstentwickelte, Triggerbasierte Steuerung der Erschütterungsaufzeichnung durch die Windmessung
• Langzeit-Monitoring über drei Monate im unterbrechungsfreien Dauerbetrieb

Auswertung und Ergebnisse

Die Analyse der Messdaten ermöglichte eine umfassende Beurteilung des Schwingungsverhaltens:

Bestimmung der Eigenfrequenzen: Mittels Frequenzanalyse der aufgezeichneten Beschleunigungssignale wurden die massgebenden Eigenfrequenzen der Gebäude ermittelt. Diese Parameter sind für die Beurteilung des dynamischen Verhaltens von zentraler Bedeutung.

Vergleich mit Richtwerten: Die gemessenen maximalen Beschleunigungen wurden den Richtwerten der ISO 10137 für Wohnnutzung gegenübergestellt. Die Norm gibt frequenzabhängige Grenzwerte für Sturmereignisse mit einer Wiederkehrperiode von einem Jahr vor.

Extrapolation auf Bemessungsereignisse: Da während der Messperiode keine Stürme mit einjähriger Wiederkehrperiode auftraten, wurden die gemessenen Werte auf die entsprechenden Windgeschwindigkeiten extrapoliert.

Schlussfolgerungen

Das eingesetzte Monitoring-Konzept mit windgetriggerter Erschütterungserfassung hat sich als äusserst effizient erwiesen. Durch die intelligente Steuerung der Messgeräte konnte der Datenumfang auf das Wesentliche reduziert werden, ohne die Aussagekraft der Ergebnisse zu beeinträchtigen. Die Kombination aus Langzeit-Monitoring und ereignisbasierter Aufzeichnung ermöglicht eine wirtschaftliche und gleichzeitig fundierte Beurteilung des Schwingungsverhaltens von Hochhäusern.