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Schwingungsschutz im Laborbau

category

Medizin- und Labortechnik

author

Sebastian Funk

Gegenstand der Betrachtung

Bodenaufbau

Bodenaufbau

In einem Laborraum wird die Schwingung des Fußbodens, die durch Schritte hervorgerufen werden, als nicht normal empfunden. Vermutlich wird es zu Störungen der Laborgeräte kommen.

Fragen:

a) Handel es sich um einen Mangel?

b) Nach welchem Kriterium wird bemessen?

Objekt:

Modulbau als Stahlrahmenbau mit Schalung aus Tapezblech. Darüber Dämmung mit Trockenestrich

Physikalische Grundlagen

Die Schwingung des Fußbodens ist von zwei baulichen Faktoren abhängig: dem Gewicht des Fußbodens und der Steifigkeit der Dämmung. Ein schwimmender Estrich (Estrich auf Dämmung) wird verwendet, um zu vermeiden, dass sich der Trittschall auf Wände und Decken überträgt und damit in anderen Räumen gehört werden kann. Es stellt sich allgemein die Frage, warum sensible Labortische auf einem schwimmenden Estrich stehen.

Regeln der Bautechnik

1. DIN 4150 „Erschütterungen im Bauwesen“

Hier geht es um vornehmlich um Emissionen an einem Gebäude von außen durch Baustellen, Verkehr, Maschinen etc. => hier nicht anwendbar

2. DIN 1052 “Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken.”

Diese Norm ist zwar auf das hier vorliegende Stahlbauwerk nicht anzuwenden. Bemerkenswert ist aber, dass mit der neuen Normung ein Schwingungsnachweis vorgegeben ist. Früher wurde nur die maximal zulässige Verformung ermittelt:

  • Normale Anforderung: 1/300
  • Erhöhte Anforderung: 1/500 ⇨ Im Stahlbau dürfte ebenfalls 1/500 für erhöhte Anforderungen gelten.

3. DIN 18560 „Estriche im Bauwesen“

Keine Hinweise auf Schwingungsschutz

4. VDI-Richtlinie 2038 „Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken bei dynamischen Einwirkungen.“

In dieser Richtlinie werden alle Gebrauchstauglichkeitsfragen hinsichtlich Schwingungen und Erschütterungen behandelt. Es enthält die Methoden zur Auslegung (Berechnung, Prognose) sowie die Methoden zur Zustandsbewertung (Messung) von Bauwerken. Weiter wurden die Bewertungskriterien der Gebrauchstauglichkeit zusammengetragen und die Möglichkeiten zur Sicherstellung bzw. Verbesserung der Gebrauchstauglichkeit beschrieben. In einer Tabelle werden Anforderungskategorien in „Vibrations criteria (VC)“ gruppiert. Hier finden sich auch verschiedene Laborstandards.

Schlussfolgerung

Die VDI-Richtlinie 2038 gibt den als einzige Regel brauchbare Hinweise zum baulichen Schwingungsschutz. Sie gehört aber vermutlich noch nicht zu den anerkannten Regeln der Bautechnik und sollte daher vertraglich vereinbart werden. Andererseits ist es die Pflicht des Planers bei der Planung des Laborgebäudes den Bauherrn nach seinen Anforderungen zu fragen.

Siehe: Vibrations Criteria nach VDI 2038

Konzepte und Beispiele

Auslagerung Haustechnik

Vibrationen werden auch durch die Anlagen der Technische Gebäudeausrüstung verursacht. Dadurch können die hoch empfindlichen Messgeräte beeinflusst und Ergebnisse verfälscht werden. Am Institute of Technology (HI-Tech) in Hannover wurden daher die haustechnischen Anlagen in ein eigenes Gebäude ausgelagert, das durch Fugen von den sensiblen Bauteilen entkoppelt ist.

Ertüchtigung des Tragwerkes

Auch am Ersatzneubau Experimentalphysik der Universität Bielefeld trennt eine bauliche Fuge den Gebäudeteil mit den technischen Anlagen von den schwingungsempfindlichen Laborbereichen.
Das Tragwerk wurde mit schwingungsfreien Bodenplatten, besonders schweren Decken und einer verstärkten Aussteifung ausgerüstet.

Fundament Dämpfung

Am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen musste u.a. den Erschütterungen die aus dem Straßenverkehr entstehen entgegengewirkt werden. Dazu wurden die sensiblen Laborbereiche von den übrigen Bauteilen entkoppelt. Die Fundamenten erhielten Sylomer-Unterlagen aus Polyurethan-Elastomer, wie sie bei Maschinenfundamenten verwendet werden.

Schwingungsisolierte Labortische

Labor- und Arbeitstische können mit aktiv schwingungsentkoppelten Arbeitsplatten ausgerüstet werden. Der entkoppelte Labortisch wird dabei auf Membranluftfedern gelagert, die in die Tischsäulen integriert sind. Die Schwingisolierung ist niederfrequent abgestimmt und selbstnivellierend. Dabei ist eine Rückstellgenauigkeit bis zu 0,1 mm realisierbar.