Zur Neufassung der DIN 4178 “Glockentürme”

698 © Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Bautechnik 82 (2005), Heft 10

Im April 2004 erschien die neue Norm DIN 4178 „Glockentürme“als Ablösung der seit 1978 gültigen Fassung, die neben der Be-rechnung und dem Ansatz der Kräfte aus Glockenläuten weitereAspekte der Instandhaltung und Sanierung besonders histori-scher Bauwerke sowie Hinweise zur Schwingungsmessung ent-hält.

To the introduction of the revised German Code DIN 4178 „Belltowers“. The new German Code DIN 4178 replaces the versionvalidated since 1978 for calculation and design of bell towersunder bell ringing forces. It contains further aspects of mainten-ance and restoration especially of historical buildings and givesindications to measurement of oscillation.

1 Einleitung

Die bisherige Norm DIN 4178 „Glockentürme, Berechnungund Ausführung“ erschien im August 1978. Sie ist heutealso fast genau 27 Jahre alt. Das ist für eine technischeNorm aus dem Bauwesen ein sehr respektables Alter. Mankann sagen, daß sie sich im wesentlichen bewährt hat undin ihrem eigentlichen Kern, nämlich der Berechnung unddem Ansatz der Kräfte aus Glockenläuten auch heutenoch dem Stand von Wissenschaft und Technik entspricht.Andererseits hat sich gezeigt, daß inzwischen einige wich-tige Aspekte fehlen: Da seit einigen Jahrzehnten bei denkirchlichen Baumaßnahmen der Erhalt und die Sanierungbestehender Bauwerke gegenüber dem Neubau von Kir-chen zunehmend in den Vordergrund rückt, war im Hin-blick auf die Untersuchung bestehender Türme – und hierinsbesondere historischer Bauwerke – der Bedarf zur Er-weiterung der Norm entstanden. Eng damit zusammenhängt das Gebiet der Schwingungsmessung und -meß-technik, das in der bisherigen Norm überhaupt nicht be-handelt wird.

Der Normenausschuß hat sich 1999 konstituiert undkonnte den Entwurf im Sommer 2003 vorlegen. Nach derBehandlung der Einsprüche und diesbezüglichen Überar-beitung des Textes ist die endgültige Norm im April 2004[1] erschienen.

Im folgenden werden neben einigen wesentlichenPunkten, die beibehalten wurden, die wichtigsten Ände-rungen und Ergänzungen kurz beschrieben und kommen-tiert.

2 Übersicht2.1 Gliederung

Bei der Neufassung ist die Norm im Umfang stark ange-wachsen. Aus seinerzeit 11 Seiten sind jetzt 33 Seitengeworden. Dies hat im wesentlichen zwei Gründe: Zu-nächst einmal konnten viele Mitarbeiter im Ausschußauf Fälle von Fehlinterpretationen und Mißverständnis-sen der bisherigen Norm verweisen. Um solcher falschenAnwendung vorzubeugen, bestand somit die Notwendig-keit, den Text präziser, d. h. im Endeffekt meistens aus-führlicher zu formulieren. Allerdings muß man sich dar-über klar sein, daß eine Norm niemals so eindeutig ver-faßt werden kann, daß sie nicht doch irgendwann fehl-interpretiert wird.

Entscheidend für die Ausweitung der Norm ist jedochdie Einfügung von mehreren neuen Kapiteln. Aus dem fol-genden Vergleich der Gliederungen gehen die hinzugefüg-ten Abschnitte Nr. 7 bis Nr. 9, die für sich fast ein Dritteldes Umfanges (9,5 Seiten) ausmachen, hervor.

Auf folgende Punkte ist im einzelnen hinzuweisen:– Der Komplex der Berechnungen wurde so eingeteilt,daß die Einwirkungen, Lastannahmen und Berechnungs-verfahren für sich behandelt werden, so daß diese Ab-schnitte sowohl bei Neubauten (Abschnitt 6) als auch beibestehenden Bauwerken (Abschnitt 8) unmittelbar An-wendung finden können.

Zur Neufassung der DIN 4178 „Glockentürme“

Wolfgang Haupt

Fachthemen

Bild 1. Vergleich der Gliederungen, Alt- und NeufassungFig. 1. Comparison of the classifications, old and new ver-sion

699Bautechnik 82 (2005), Heft 10

W. Haupt · Zur Neufassung der DIN 4178 „Glockentürme“

– Die Besonderheiten bei der Beurteilung und Sanierunginsbesondere historischer Bauwerke sind in einem eige-nen Kapitel 8 zusammengefaßt.– Davor befindet sich logischerweise das Kapitel, das sichmit den Messungen befaßt, denn diese sind besonders beihistorischen Glockentürmen sehr häufig die einzige Mög-lichkeit, deren Schwingungsverhalten zutreffend zu erfas-sen. Die Meßtechnik und die Auswerteverfahren haben inden letzten Jahrzehnten eine solch enorme Entwicklungerlebt, daß normative Aussagen hierzu unbedingt erfor-derlich sind.– Die Glockentabelle wurde in den Anhang verlegt, weilsie nicht Gegenstand der Normung ist. – Das Glockentragwerk wird in einem eigenen Kapitel 9behandelt. Da z. B. die Ausbildung des Jochs nicht unwe-sentlich die dynamischen Horizontalkräfte aus dem Glok-kenläuten beeinflußt, muß dieser Fragenkomplex notwen-digerweise Teil der Norm sein.– Abschließend wurden Literaturhinweise aufgenommen.Da es keine zusammenfassenden Darstellungen oder Hand-bücher über die spezielle Problematik der Schwingungenvon Glockentürmen gibt – sieht man von den beidenlängst vergriffenen Bändchen von F. P. Müller [2] und vonJ. Kanya [3] aus dem Jahre 1968 ab –, wurde es für not-wendig erachtet, einige wichtige Veröffentlichungen zu ver-schiedenen Problemkreisen anzuführen. Dort kann manweiterführende Literatur finden.

2.2 Text

Die allgemeine redaktionelle Überarbeitung des Textes um-faßte insbesondere die Einarbeitung des Konzepts der Teil-sicherheitsbeiwerte.

Es wurde versucht, im Text einen vernünftigen Mittel-weg zu finden zwischen einerseits der reinen Vorschrift, inder sich nur Anforderungen und Bestimmungen finden,und auf der anderen Seite einer eher beschreibenden Dar-stellung der Probleme und ihrer Lösung, die eigentlichnicht in eine Norm gehört. Da aber, wie erwähnt, die Lite-ratur verstreut und nicht immer leicht zugänglich ist, wur-den auch Hinweise und Erklärungen in den Text aufge-nommen in einem Umfang, der das Verständnis für dieZusammenhänge erleichtert, ohne daß die Norm in zustarkem Maße Lehrbuchcharakter erhielt. Der wenig er-fahrene Ingenieur wird aber nicht umhin kommen, sichanhand der angeführten Literatur weiter in das Gebiet ein-zuarbeiten.

Ein Gesichtpunkt, der in der bisherigen Norm völligfehlt, der aber in der Neufassung an verschiedenen Stel-len angesprochen wird, ist die Musikalität des Geläutes.Auch wenn die DIN 4178 eine Baunorm ist, und diesbe-zügliche Bestimmungen und Anforderungen selbstver-ständlich im Vordergrund stehen, sollte nach Ansichtder Verfasser die Frage nach einer harmonischen Klang-entfaltung des Geläutes nicht außer Acht gelassen wer-den. Wenn durch Maßnahmen an den Glocken derenSchwingfrequenz und Horizontalkräfte so verändertwerden, daß zwar der Turm die dynamischen Beanspru-chungen aufzunehmen vermag, das Geläut aber flachund schräg klingt, ist die Sanierung des Gesamtsystems„Glockenturm“ im Grunde genommen nicht richtig ge-lungen.

3 Berechnungen3.1 Einwirkungen, Lastannahmen

In diesem Abschnitt wurden keine wesentlichen Änderun-gen vorgenommen, denn der Stand der Technik in bezugauf die Theorie der dynamischen Kräfte aus der Bewegungder Glocken hat sich seit der erwähnten Veröffentlichungvon F. P. Müller nicht geändert. Die Berechnung der Hori-zontal- bzw. Vertikalkräfte Hn(t) und Vn(t) erfolgt unver-ändert nach den bekannten Beziehungen:

Dabei istGn das Gewicht der n-ten Glocke einschließlich Jochcn der Formbeiwert der n-ten Glocke einschließlich Joch

nach Gl. (4), siehe Tabelle A.1 der Normβh

ni die vom Läutewinkel α abhängige, bezogene Ampli-tude der horizontalen Erregerkraft (s. Bild 2) der n-tenGlocke in der i-ten Teilschwingung

βvni die vom Läutewinkel α abhängige, bezogene Ampli-

tude der vertikalen Erregerkraft der n-ten Glocke inder i-ten Teilschwingung

Ωni die Erreger-Kreisfrequenz der n-ten Glocke in deri-ten Teilschwingung (= i · π · An/60, An = Klöppelan-schlagszahl).

Die Bezeichnung γi für die bezogene Amplitude in der Alt-fassung wurde durch βni ersetzt, um Verwechselungen mitden Teilsicherheitsbeiwerten zu vermeiden. Die Amplitu-den sind wie bisher den Diagrammen zu entnehmen, z. B.für die Horizontalkräfte dem Diagramm in Bild 2.

Neu aufgenommen in die Norm wurden jedoch Be-ziehungen für das Zusammenwirken von mehrerenGlocken. Für die Nachweise der Standsicherheit undder Gebrauchstauglichkeit werden die dynamischenAuswirkungen Rn der Glocken (Anzahl = N) absolut ad-diert gemäß:

H t H t c G t

i

V t V t c G t

i

n ni n n nih

niii

n ni n n niv

niii

( ) ( ) sin( ),

, ,

( ) ( ) cos( ),

, ,

= = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= …

= = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= …

∑∑

∑∑

β

β

Ω

Ω

1 3 5

2 4 6

Bild 2. Bezogene Amplituden der Horizontalkräfte nachDIN 4178Fig. 2. Relative amplitudes of horizontal forces according toDIN 4178

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Die Addition in dieser Form ist sinnvoll, denn der absoluteMaximalwert der Einwirkungen, der sich aus der gleich-sinnigen Addition der Einzelbeiträge der Glocken ergibt,ist ein Lastfall, der zwar nicht häufig, aber immer wiedereinmal auftritt bzw. auftreten kann. Er muß daher nachge-wiesen werden. Für den Ermüdungsnachweis kann dage-gen mit der Beziehung:

gerechnet werden. Hier werden die Beiträge ab der4. Glocke nur in der geometrischen Addition berücksich-tigt, weil, wie erwähnt, die absolute Summe aller Einzel-einwirkungen bei einem Geläut mit vielen Glocken nurselten auftritt, und die Beiträge der höheren Glocken da-mit nicht ermüdungsrelevant sind.

Seit Einführung der alten Norm haben sich die Mög-lichkeiten der statischen und dynamischen Berechnungvon Tragkonstruktionen stark verbessert. Nicht einfacheStrukturen werden inzwischen fast immer mit der FE-Me-thode behandelt. Damit hat sich auch die echte dynami-sche Berechnung von Konstruktionen stark vereinfacht,denn viele gängige Programmsysteme bieten neben demProgrammteil für die statische Berechnung auch die dyna-mische Variante. Eine Alternative besteht unter bestimm-ten Voraussetzungen, die in den meisten Fällen gegebensind, in der Verwendung des Ersatzlastverfahrens, wofürim Abschnitt 5 der Neufassung die horizontale Ersatzlastder n-ten Glocke angegeben wird:

Dabei ist i = 1, 3, 5 und ω01 = 2π · f01, die Kreisfrequenz dertiefsten, ungedämpften Eigenschwingung, die bei der üb-licherweise geringen Dämpfung näherungsweise gleich dergedämpften Eigenkreisfrequenz ωe1 ist. Der dynamischeLastfaktor DLF entspricht der Resonanzfunktion für einekonstante Anregungskraft. Die 10%ige Erhöhung der Kraftdient zur Abdeckung von Ungenauigkeiten gegenüber derexakten Berechnung.

Wenn bei einem Kirchturm die 1. Teilschwingfrequenzeiner Glocke unterhalb der Eigenschwingfrequenz fe1 liegt,die 3. Teilschwingfrequenz aber über dieser Eigenfrequenz,so bewegt sich der Turm etwa gleichphasig mit der 1. Glok-kenteilschwingung, aber gegenphasig zur 3. Teilschwin-gung. Bei der üblichen geringen Dämpfung von Glocken-türmen (1–3 %) ist das Phänomen ausgeprägt. Wie ausBild 3 zu ersehen ist, ergibt sich für diesen Fall eine grö-ßere Maximalkraft (Differenz) als für den Fall der gleich-phasigen Addition (Summe), die bei einer Hochabstim-

DLFnini ni= −

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⎛

⎝⎜⎜

⎞

⎠⎟⎟ + ⋅

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⎡

⎣

⎢⎢⎢

⎤

⎦

⎥⎥⎥

−

1 201

22

101

21 2

Ω Ωω

ϑω

/

H c G

DLF sign t

ners

n n

nih

nini

nii

= ⋅ ⋅ ×

× ⋅ ⋅ −⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⋅ ⋅=∑

11

1011

5

,

max sin( )βωΩ Ω

R R Rges nn

nn

N

= +⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟= =∑ ∑

1

22

3

1 2/

R Rges nn

N

==

∑1

mung des Turms gegenüber der 3. Teilschwingfrequenzvorzunehmen ist. Bei der exakten dynamischen Berech-nung ergibt sich automatisch das richtige Ergebnis, beimErsatzlastverfahren muß jedoch dieser Zusammenhangexplizit mit der sign-Funktion berücksichtigt werden.

3.2 Berechnungen, Auslegung von Neubauten

Als wesentliche Änderung gegenüber der bisherigen Normist hier die Einführung von Ersatzfedern zur Simulierungder dynamischen Bodenreaktion auf der Grundlage derHalbraumtheorie zu nennen. Diese Ersatzgrößen entspre-chen dem heutigen Stand von Wissenschaft und Technik.In der Norm wird als wichtigste nur die Ersatz-Drehfederfür die Kippschwingung eines Blockfundamentes aufge-führt. Wegen der Formeln für die Federgrößen in anderenFreiheitsgraden wird auf die Literatur verwiesen. Genaugenommen sind die Ersatzfedern frequenzabhängig, aberfür die Zwecke der Berechnung von Kirchturmschwingun-gen kann der Frequenzeinfluß vernachlässigt werden.

Erfahrungsgemäß gehen etwa 20 bis 40 % der Hori-zontalauslenkung eines Turms in Höhe der Glockenstubeauf die Kippschwingung des Fundaments, d. h. auf dieStarrkörperbewegung um eine horizontale Achse in Höheder Gründungssohle zurück. Daher ist bei der dynami-schen Berechnung der Turmbauwerke in Zukunft die Bo-denreaktion immer zu berücksichtigen.

In der überarbeiteten Fassung der Norm wird bei derAuslegung von Neubauten eingehend auf die Nachweisezur Ermüdungsfestigkeit eingegangen und auf die ein-schlägigen Vorschriften für die verschiedenen Baustoffeverwiesen.

4 Messungen4.1 Meßtechnik

Dieses Kapitel wurde völlig neu in die Norm aufgenom-men. Meßtechnischen Untersuchungen kommt insbeson-dere bei historischen Kirchtürmen, für welche keine be-lastbaren Bauunterlagen existieren, eine große Bedeutung

Bild 3. Gleichphasige und gegenphasige Addition der 1. und3. TeilschwingungFig. 3. In-phase and antiphase addition of the 1st and 3rd

harmonic term



zu, denn für diese Bauwerke stellen sie i. allg. den Primär-zugang, wenn nicht überhaupt den einzigen Zugang dar.Auch bei Neubauten oder nach größeren Umbauten anbestehenden Türmen sollten Messungen zur Überprüfungdes Resonanzabstandes erfolgen.

Auf dem Gebiet der Schwingungsmessungen hat es inden letzten Dekaden eine rapide Entwicklung gegeben,sowohl was die Meßtechnik, als auch was die Auswertungbetrifft. Für die Aufbereitung der elektronisch gespeicher-ten Rohdaten stehen sehr leistungsfähige Signalanalysato-ren zur Verfügung, die jedoch in zunehmendem Maße mitProgrammsystemen auf PC in Konkurrenz stehen. Diesesind hinsichtlich der Verarbeitungsgeschwindigkeit derMeßsignale den Analysatoren inzwischen mindestens eben-bürtig und bezüglich der Flexibilität meist überlegen.

Es ist heute üblich, bei der Messung und Auswertungvon Kirchturmschwingungen die genannten elektronischenHilfsmittel einzusetzen. Die Norm läßt jedoch bewußt auchandere Möglichkeiten zu. So können z. B. auch Registrie-rungen auf Papier verwendet werden, wenn die Maximal-werte der Schwingungen und die Frequenzen genau genugbestimmbar sind. Allerdings ist mit diesem Verfahren inder Regel keine detaillierte Betrachtung des Einflusses voneinzelnen Teilschwingungen möglich. Hierfür sind elek-tronische Geräte mit der Möglichkeit der Signalreprodu-zierung und Frequenzanalyse unverzichtbar.

Schwingungsmessungen an Kirchtürmen sind schwie-rig und erfordern eine genaue Kenntnis des Meßsystemsund große Erfahrung. Die Schwierigkeit liegt in der ge-nauen Erfassung von Schwingungen mit sehr tiefen Fre-quenzen bis herab zu etwa 0,3 Hz, was der 1. Teilschwing-frequenz großer Glocken entspricht. Gängige Schwingungs-meßgeräte auf der Basis von Schwinggeschwindigkeitsauf-nehmern, die für Erschütterungsmessungen im Bauwesenausgelegt sind, zeigen unterhalb von 1 Hz eine starke Ab-nahme der Empfindlichkeit, die bei der Auswertung derMessungen unbedingt berücksichtigt werden muß. An-dernfalls wird die 1. Teilschwingung unzulässig stark un-terdrückt. In diesem tiefen Frequenzbereich ist die Kali-brierung der Schwingungssensoren allerdings schwierig.Einen Ausweg bietet die Verwendung sehr empfindlicherBeschleunigungsaufnehmer oder spezieller Kompensations-aufnehmer, die den tiefen Frequenzbereich problemlos ab-decken.

Die Frequenzen der 1. und der 3. harmonischen Teil-schwingungen stehen definitionsgemäß in dem festen Ver-hältnis 1 : 3 zueinander. Übliche Schwingungsmeßgerätezeigen in dem sehr tiefen Frequenzbereich relativ großeÄnderungen der Phasenlage in Abhängigkeit von der Fre-quenz, so daß die 1. und die 3. Teilschwingung bei derMessung immer phasenverschoben gegeneinander erfaßtwerden. Dies führt bei Hochabstimmung des Turms zu ei-ner systematischen Überschätzung des Maximalwertes derGesamtschwingung. In Bild 4 ist als Beispiel eine Phasen-verschiebung von 26° zwischen den beiden Teilschwingun-gen (gleiche Amplitude) angenommen worden. Gegenüberdem Größtwert der Summe in Bild 3 ergibt sich in diesemFall eine Überschätzung um 17 %. In ungünstigeren Fällenkann die Überschätzung bis über 30 % betragen. Grund-sätzlich gelten die vorstehenden Überlegungen auch für die5. Teilschwingung, die Auswirkungen sind hier aber weitweniger gravierend.

Das elektronische Meßsystem muß in der Lage sein,Schwingungssignale von mehr als 100 s Dauer zu registrie-ren und zu reproduzieren, damit die Frequenz mit einerAuflösung von 0,01 Hz ermittelt werden kann. Diese Ge-nauigkeit wird als notwendig erachtet für eine ausreichendgenaue Bestimmung des Resonanzabstandes.

4.2 Durchführung der Messungen

Der Umfang der Messung hängt von der Fragestellung undden für die weiteren Untersuchungen erforderlichen In-formationen ab. Er kann die Erfassung folgender Größenbeinhalten:– maximale Horizontalauslenkung des Turms in der höch-sten Ebene des Mauerwerks beim Läuten der Glockeneinzeln und zusammen sowie bei künstlicher Anregung inGlockenschwingrichtung und rechtwinklig dazu– die Biegeverformung des Turms und die Kippschwin-gung des Fundamentes bei diesen Anregungen– die Glockenschwingfrequenzen und die Turmeigenfre-quenzen in Glockenschwingrichtung und rechtwinklig dazu– die Läutewinkel– bei Doppelturmanlagen auch die Schwingungen in demTurm, in dem sich nicht die läutende Glocke befindet– die dynamische Änderung von Rißbreiten.

Die Kernaussage, die den Baudynamiker in erster Li-nie interessiert, ist nach wie vor die Resonanzkurve, ausder die Eigenfrequenz und der Dämpfungsgrad hervorge-hen. Die Dämpfung kann auch aus einer Ausschwing-kurve über das logarithmische Dekrement ermittelt wer-den.

Die Zahl und Anordnung der Schwingungsaufnehmerist ebenfalls eine Funktion der Fragestellung. Um alle we-sentliche Schwingungsgrößen zu ermitteln, sollten die Auf-nehmer in folgender Weise angeordnet werden:– in der höchsten zugänglichen Meßebene je zwei Auf-nehmer an den Außenwänden mit horizontaler Meßrich-tung parallel zur Glockenschwingrichtung und rechtwinkligdazu– über die Turmhöhe verteilt zwei zusätzliche Aufnehmermit Meßrichtung horizontal in Glockenschwingrichtung– am Fundament auf beiden Seiten außen am Turm in derEbene der Glockenschwingrichtung je ein Aufnehmer mitSchwingrichtung vertikal.

Es ist nicht notwendig, alle Positionen gleichzeitig zubestücken, sie können auch nacheinander abgefragt wer-den. Die beschriebene Aufnehmeranordnung ist in Bild 5exemplarisch dargestellt. Die zu erlangende Information

Bild 4. Summation der Teilschwingungen bei Phasenver-schiebungFig. 4. Addition of the harmonic terms at phase-shift



bezieht sich auf die Auswirkung der Kippschwingung desFundamentes, der Biegeverformung des Turmschaftes unddas Zusammenspiel der Schwingungen in den zwei recht-winklig aufeinander stehenden Richtungen. Zusätzlich wer-den Angaben über die Torsionsschwingung des Turms umseine Hochachse erhalten.

Die künstliche Schwingungsanregung des Turms aufniedrigem Kraftniveau (Stoß, Wind, Mikroseismik) soll inZukunft der reinen Orientierungsmessung vorbehalten blei-

ben. Bei Untersuchungen, deren Ergebnisse zu einer Nach-bemessung des Turms und/oder ggf. zu Maßnahmen amGeläut oder an der Bausubstanz führen können, sollte einkünstlich angeregtes Schwingungsniveau angestrebt wer-den, das dem durch Glockenläuten verursachten in derGrößenordnung vergleichbar ist. Die Eigenfrequenz vonTürmen kann aufgrund des nichtlinearen Stoffverhaltenszwischen einem extrem kleinen Schwingungsniveau (Wind)und dem tatsächlich beim Glockenläuten vorhandenen Ni-veau um einen relativen Betrag in der Größenordnung vonbis zu 10 % abnehmen, siehe Beispiel in Bild 6. Dort sinddie einzelnen Meßwerte der Eigenfrequenz bei künstlicherAnregung mit unterschiedlichen Kräften durch eine ge-strichelte Trendlinie verbunden (Messung an der Lauren-tiuskirche in Mainburg).

5 Bestehende Bauten 5.1 Beurteilungskriterien

Als einfachstes Beurteilungskriterium für die Schwingungs-beanspruchung von Kirchtürmen ist die Frequenzbedin-gung aus der bisherigen Norm beibehalten worden: DerResonanzabstand soll größer 10 % sein. Bei Einhaltungdieser Bedingung bleiben i. allg. die dynamischen Bean-spruchungen unterhalb kritischer Werte. Die Anwendungdes Kriteriums setzt allerdings eine zuverlässige Eigenfre-quenzbestimmung (siehe vorhergehenden Abschnitt) vor-aus.

Als wesentliche Neuerung gegenüber der Altfassungder Norm ist eine Tabelle von Orientierungswerten derSchwinggeschwindigkeit für unterschiedliche Bauartenvon Glockentürmen eingeführt worden, s. Bild 7. Sie solldem Ingenieur einen ersten und groben Maßstab – eineOrientierung – für die Beurteilung der schwingungstech-nischen Situation an die Hand geben. Zweck der Tabelleist auch, übertriebenen und unnötigen Aufwand bei denUntersuchungen zu vermeiden.

Werden die Orientierungswerte eingehalten, so sindnach bisheriger Erfahrung keine weiteren Untersuchun-gen meßtechnischer oder rechnerischer Art erforderlich.Bei einer Überschreitung der Werte sind jedoch nicht auto-matisch Schäden zu erwarten. Es sollen dann lediglichweitere Überlegungen, u. U. auch weitere Untersuchungenvorgenommen werden. Solche Überlegungen können im

Bild 5. Anordnung der Schwingungsaufnehmer und Meß-ergebnisseFig. 5. Placement of the vibration transducers and results

Bild 6. Abhängigkeit der Eigenfrequenz von der Schwin-gungsauslenkung in der obersten MeßebeneFig. 6. Dependency of eigenfrequencies on the vibration dis-placement at the top measuring level

Bild 7. Orientierungswerte der Schwinggeschwindigkeit beiGlockentürmenFig. 7. Values of orientation of vibration velocity at belltowers



einfachsten Fall in der Anwendung von Erfahrungen be-stehen, d. h. im Vergleich des betreffenden Bauwerkes mitähnlichen Türmen, an denen ausführlichere Untersuchun-gen vorgenommen wurden. Auch Plausibilitätsüberlegun-gen oder einfache rechnerische Abschätzungen können imEinzelfall bereits ausreichen, um die Unschädlichkeit derSchwingungen nachzuweisen. Erst bei stärkerer Über-schreitung ist eine Nachbemessung empfehlenswert.

Auf keinen Fall sind die Orientierungswerte so zuverstehen, daß nur bei ihrer Einhaltung die Kirchturm-schwingungen unbedenklich sind. Sie stellen vielmehr eineuntere Grenze dar, ab welcher entsprechend dem Maßeihrer Überschreitung Überlegungen zur dynamischen Be-anspruchung des Bauwerks und ggf. weitere Untersuchun-gen anzustellen sind.

Die Orientierungswerte der Tabelle in Bild 7 sind Er-fahrungswerte, die an Glockentürmen gewonnen wurden.Auch wenn diese Zahlen wertmäßig mit den an verschie-denen Stellen in der DIN 4150-3 „Erschütterungen im Bau-wesen; Einwirkungen auf bauliche Anlagen“ [4] genann-ten Anhaltswerten übereinstimmen, besteht doch keinerleiZusammenhang zwischen den beiden Typen von Werten.Die Anhaltswerte der DIN 4150 beruhen auf Erfahrungenmit wesentlich höherfrequenteren Schwingungen aus Spren-gungen, Verkehr oder Maschinenbetrieb, nicht aber mittieffrequenten Turmschwingungen. Eine logische Verbin-dung zwischen den Orientierungswerten der DIN 4178 undden Anhaltswerten der DIN 4150 besteht somit nicht.

Nach wie vor stellt die regelrechte Nachbemessungdie sicherste Beurteilungsgrundlage dar, wobei jedoch beihistorischen Bauwerken der richtigen Einschätzung derVerformungseigenschaften und der Festigkeit des Mauer-werks entscheidende Bedeutung zukommt.

5.2 Historische Bauwerke

In einem besonderen Kapitel wird auf die speziellen Pro-bleme bei historischen Bauwerken eingegangen. Diesereher beschreibende Text stellt eine gute und nach Ansichtder Verfasser notwendige Zusammenstellung der einzel-nen Untersuchungsschritte bei der Feststellung des Zu-standes der Bausubstanz eines alten Gebäudes dar. Leiderwird diesbezüglich häufig nicht die Sorgfalt und der Auf-wand, die erforderlich wären, von dem untersuchendenIngenieur aufgebracht bzw. vom Bauherrn zugestanden.Es ist zu wünschen, daß durch die Darstellung in derNorm diese Untersuchungen in Zukunft mehr Gewicht er-halten.

5.3 Minderungsmaßnahmen

Zur Verminderung der dynamischen Horizontalkräfte ausGlockenläuten stehen verschiedene Maßnahmen am Ge-läut zur Verfügung:– Änderung des Läutewinkels– Gegengewichte– Kröpfung des Jochs– Gegenpendelanlagen– Drehung der Läuterichtung.

In der Regel haben die verschiedenen Maßnahmenaußer der angestrebten auch noch andere Auswirkungenzur Folge, die bei der Planung zu beachten sind. So wird

z. B. durch die Verminderung des Läutewinkels die Hori-zontalkraft verringert (s. Bild 2), aber gleichzeitig die Fre-quenz heraufgesetzt. Insgesamt sind den Maßnahmen amGeläut relativ enge Grenzen gesetzt, wenn man nicht einemusikalische Verstimmung des Geläutes in Kauf nehmenwill.

Als Ertüchtigungsmaßnahmen am Bauwerk stehenalle Möglichkeiten der modernen Bautechnik zur Verfü-gung. Im Anhang B „Bautechnik“ der Norm werden zurspeziellen Problematik der Glockentürme einige nützlicheHinweise gegeben.

6 Glockentragwerk, Glockentabelle

Da das Glockentragwerk, das aus dem Joch, dem eigent-lichen Glockenstuhl und ggf. einer Unterkonstruktion be-steht, als integrierter Bestandteil der gesamten Konstruk-tion anzusehen ist, wird ihm in der neuen Norm ein eige-nes Kapitel gewidmet.

Aus glockentechnischen, ästhetischen und musikali-schen Gründen bevorzugt man heute Joche und Glocken-stühle aus Holz gegenüber den früher häufig ausgeführtenTragwerken aus Stahl. An die Konstruktion sind hinsicht-lich der Paßgenauigkeit, der Holzgüte und der Verbin-dungsmittel hohe Anforderungen zu stellen. Insbesondereist das Schwinden des Holzes bei Austrocknung zu beach-ten.

Bei den Holzjochen wird heute als Idealform ein ge-rades Joch mit einem Kopfholz angestrebt, bei dem dasMaßverhältnis Jochbalken/Kopfholz 2 : 3 beiträgt, s. Bild 8.Die Glockentabelle einschließlich der Formbeiwerte c be-zieht sich auf Glocken, die an solchen Jochen aufgehängtsind. Es werden jedoch auch Angaben gemacht, die dieAnwendung derTabelle auf Glocken an schlanken Jochen,d. h. an Jochen ohne nennenswertes Obergewicht, erlauben.

Bild 8. JochausbildungFig. 8. Yoke construction



7 Schluß

Vorstehend sind die wesentlichen Änderungen und Ergän-zungen, die bei der Überarbeitung der DIN 4178 „Glocken-türme, Berechnung und Ausführung“ von 1978 in ihre Fas-sung von 2005 eingearbeitet worden sind, in einem kurzenAbriß beschrieben. Die Auflistung ist nicht vollzählig, undes können nicht alle Gesichtspunkte dargestellt werden.Es ist zu wünschen, daß die neue Fassung sich ebenso be-währen wird, wie es die alte getan hat. Eine Überarbeitungwar jedoch wegen der fortgeschrittenen Entwicklung inder Bautechnik und im Meßwesen sowie der geändertenProblemstellungen dringend geboten.

Den Mitgliedern des Normenausschusses sei für ihreengagierte und ausdauernde Mitarbeit herzlich gedanktebenso wie dem DIN für die redaktionelle Begleitung.

Literatur

[1] DIN 4178 „Glockentürme“, April 2005.[2] Müller, F. P.: Berechnung und Konstruktion von Glocken-

türmen. Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin/München1968.

[3] Kanya, J.: Glockentürme, Entwurf, Konstruktion, Berech-nung. Bauverlag GmbH, Wiesbaden/Berlin 1968.

[4] DIN 4150-3 „Erschütterungen im Bauwesen; Einwirkungenauf bauliche Anlagen“, Februar 1999.

Autor dieses Beitrages:Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Haupt, Baumzeile 5, 91126 Schwabach

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