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Institute
Durch die geplante
Übernahme des europäisch harmonisierten Berechnungsve
r
fahrens
nach EN 12354 in die neue DIN 4109 werden für den Nachweis der Schalldämmung neue
Planungsdaten erforderlich. Neben den Planungsdaten für die direkte Übertragung des
Trennbauteils werden Daten f
ür die Stoßstellen zwischen Trennba
u
teil und flankierenden
Bauteilen benötigt. Die Erarbeitung dieser Planungsgrundlagen in Form von Bauteilkatal
o-
gen zeigte besonders bei Bauteilen in Holzbauweise deutliche Lücken für die Beurte
i
lung
der Stoßstellen und de
r daraus resultierenden Flankenübe
r
tragung auf. Um diese Lücken
zu schließen, wurden in den letzten Jahren von verschiedenen Stellen Untersuchungen v
o-
rangetrieben und veröffentlicht, deren Ergebnisse zur Prognose der Flanke
n
übertragung in
diesem Beitrag zu
sammengestellt und interpretiert werden. Über die Z
u
sammenstellung
hinaus werden die Verbesserungsmöglichkeiten durch elastische Entkopplungen der Sto
ß-
stellen untersucht und die Anwendbarkeit der Planung
s
daten durch Berechnungsbeispiele
überprüft. Hierbei
wird eine vereinfachte Berechnung mit Vernac
h
lässigung der gemischten
Übertragungswege (Fd, Df) der genaueren Berechnung gegenübe
r
gestellt.
Die Holzbauweise wird zunehmend auch in öf-
fentlichen Gebäuden wie Verwaltungsgebäuden,
Schulen und Kindergärten eingesetzt. Gerade bei
Schulen und Kindergärten werden dadurch be-
reits junge Menschen mit dem natürlichen Bau-
stoff Holz durch seine angenehme Optik und
Haptik in positiver Weise vertraut gemacht.
Diesen „Wohlfühlkriterien“ vorangestellt sind na-
türlich gerade in öffentlichen Gebäuden die Si-
cherheitsaspekte der Statik und des Brandschut-
zes. Auch die Anforderungen an die Raumakus-
tik, den Schallschutz und das Schwingungsverhal-
ten der Decken sind zu berücksichtigen. Hierbei
beziehen sich die Anforderungen an das Schwin-
gungsverhalten auf spürbare Schwingungen, die
in einem Frequenzbereich unterhalb des mensch-
lichen Hörbereichs liegen. Die Anforderungen an
den (Tritt-) Schallschutz beziehen sich hingegen
auf abgestrahlte Körperschallschwingungen in-
nerhalb des Hörbereichs.
Während die Kriterien des Brandschutzes und der
Statik bereits bei der Entwicklung eines Holzbau-
elements zur Marktreife berücksichtigt werden
und auch für die Raumakustik optimierte Holz-
bauelemente mit integriertem Schallabsorber zur
Verfügung stehen, liegen zum Schwingungsver-
halten weitgespannter Holzdecken und dem ent-
sprechenden Nachweis nach DIN 1052 [2] noch
zu wenige allgemein gültige Aussagen bzw. Kon-
struktionsregeln vor. Auch Decken mit geringen
Trittschallübertragungen bei den subjektiv domi-
nanten tiefen Frequenzen sind bislang nur verein-
zelt zu finden. Diese Ausgangssituation wurde
von zwei aktuellen Forschungsprojekten der
TU München, des ift-Rosenheim und des IBP
Stuttgart (Fraunhofer Institut für Bauphysik), un-
ter Koordination der DGfH aufgegriffen. Nach-
folgend wird der bisherige Stand der z.T. noch laufenden Projekte dargelegt, konstruktive Lö-
sungsansätze aufgezeigt und eine gelungene
Umsetzung an einem Schulgebäude in Rosen-
heim vorgestellt
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen ei
nes Forschungsprojekts des Lehrstuhls für
Computation in Engineering an der Technische
n Universität München in Kooperation mit
dem Fraunhofer Institut für Bauphysik, Stuttg
art und dem ift Schallschutzzentrum, Rosen-
heim. Die primäre Zielsetzung des Forschungsp
rojekts lag in der Entwicklung konstruktiver
Maßnahmen zur Verbesserung der tieffreque
nten Trittschalldämmung von Holzdecken.
Zur Entwicklung dieser Maßnahmen war zunächst durch die Klärung der akustischen
Wechselwirkungen zwischen Deckenauflage
und Rohdecke ein besseres Verständnis für das
Schwingungsverhalten der Dec
kenaufbauten zu erarbeiten
. Um den erheblichen Aufwand
einer rein empirischen (messtechnischen) Untersuchung dieser Wechselwirkungen zu re-
duzieren, wurde die Entwicklung und Bereitste
llung leistungsfähiger Berechnungsmodelle
angestrebt. Im Teilprojekt der Technischen Universität München wurde hierzu ein Be-
rechnungsmodell auf Basis der Finiten Eleme
nte Methode erarbeitet, dessen Validierung
anhand von Messergebnissen aus der Datenbank des ift Schallschutzzentrums, Rosenheim
erfolgte. Zur Visualisierung
der Ergebnisse und einer rationellen Modellerstellung wurde
eine graphische Nutzeroberfläche entwickel
t. Anhand der numerischen Berechnungen des
validierten Modells wurden die Wechselwirkungen der Deckenkomponenten untersucht
und optimierte Konstruktionen erarbeitet. Nach der messtechnischen Überprüfung der
optimierten Konstruktionen im ift Schallschutzzentrum konnten die Ergebnisse in Form von
Konstruktionshilfen für optimierte Au
fbauten zusammengestellt werden.
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen ei
nes Forschungsprojekts des Lehrstuhls für
Computation in Engineering an der Technische
n Universität München in Kooperation mit
dem Fraunhofer Institut für Bauphysik, Stuttg
art und dem ift Schallschutzzentrum, Rosen-
heim. Die primäre Zielsetzung des Forschungsp
rojekts lag in der Entwicklung konstruktiver
Maßnahmen zur Verbesserung der tieffreque
nten Trittschalldämmung von Holzdecken.
Zur Entwicklung dieser Maßnahmen war zunächst durch die Klärung der akustischen
Wechselwirkungen zwischen Deckenauflage
und Rohdecke ein besseres Verständnis für das
Schwingungsverhalten der Dec
kenaufbauten zu erarbeiten
. Um den erheblichen Aufwand
einer rein empirischen (messtechnischen) Untersuchung dieser Wechselwirkungen zu re-
duzieren, wurde die Entwicklung und Bereitste
llung leistungsfähiger Berechnungsmodelle
angestrebt. Im Teilprojekt der Technischen Universität München wurde hierzu ein Be-
rechnungsmodell auf Basis der Finiten Eleme
nte Methode erarbeitet, dessen Validierung
anhand von Messergebnissen aus der Datenbank des ift Schallschutzzentrums, Rosenheim
erfolgte. Zur Visualisierung
der Ergebnisse und einer rationellen Modellerstellung wurde
eine graphische Nutzeroberfläche entwickel
t. Anhand der numerischen Berechnungen des
validierten Modells wurden die Wechselwirkungen der Deckenkomponenten untersucht
und optimierte Konstruktionen erarbeitet. Nach der messtechnischen Überprüfung der
optimierten Konstruktionen im ift Schallschutzzentrum konnten die Ergebnisse in Form von
Konstruktionshilfen für optimierte Au
fbauten zusammengestellt werden.
Schall- und schwingungsoptimierte Holzdecken - Bemessungs- und Konstruktionshilfen für die Praxis
(2009)
Die Holzbauweise wird zunehmend auch in öffentliche
n Gebäuden wie
Verwaltungsgebäuden, Schulen und Kindergärten einge
setzt. Gerade bei Schulen und
Kindergärten werden dadurch bereits junge Menschen
mit dem natürlichen Baustoff
Holz durch seine angenehme Optik und Haptik in posi
tiver Weise vertraut gemacht.
Diesen „Wohlfühlkriterien“ vorangestellt sind natü
rlich gerade in öffentlichen
Gebäuden die Sicherheitsaspekte der Statik und des
Brandschutzes. Auch die
Anforderungen an die Raumakustik, den Schallschutz
und das Schwingungsverhalten
der Decken sind zu berücksichtigen. Hierbei beziehe
n sich die Anforderungen an das
Schwingungsverhalten auf spürbare Schwingungen, di
e in einem Frequenzbereich
unterhalb
des menschlichen Hörbereichs liegen. Die Anforderu
ngen an den (Tritt-)
Schallschutz beziehen sich hingegen auf abgestrahl
te Körperschallschwingungen
innerhalb
des Hörbereichs.
Während die Kriterien des Brandschutzes und der Sta
tik bereits bei der Entwicklung
eines Holzbauelements zur Marktreife berücksichtigt
werden und auch für die
Raumakustik optimierte Holzbauelemente mit integrie
rtem Schallabsorber zur
Verfügung stehen, liegen zum Schwingungsverhalten w
eitgespannter Holzdecken und
dem entsprechenden Nachweis nach DIN 1052 [2] noch
zu wenige allgemein gültige
Aussagen bzw. Konstruktionsregeln vor. Auch Decken
mit geringen
Trittschallübertragungen bei den subjektiv dominant
en tiefen Frequenzen sind bislang
nur vereinzelt zu finden. Diese Ausgangssituation w
urde von zwei aktuellen
Forschungsprojekten der TU München, des ift- Rosenh
eim und des ibp Stuttgart
(Fraunhofer Institut für Bauphysik), unter Koordina
tion der DGfH aufgegriffen.
Nachfolgend wird der bisherige Stand der z. T. noch
laufenden Projekte dargelegt,
konstruktive Lösungsansätze aufgezeigt und eine gel
ungene Umsetzung an einem
Schulgebäude in Rosenheim vorgestellt.
Die Optimierung der tieffrequenten Trittschalldämmung von Holzdecken kann durch Berechnungen mit der finiten
Elemente Methode (FEM) effektiv gestaltet werden.
Die mit der FEM berechneten Ei
genwerte und Eigenmoden des
Bauteils bilden hierbei die Basis, um
durch die Modalanalyse Rück
schlüsse für die Bauteiloptim
ierung ziehen zu können.
In diesem Beitrag wird die im Rahmen eines aktuellen Gemeinschaft
sprojektes mit dem ibp Stuttgart und dem ift
Rosenheim erfolgte Anwendung der FEM zur Berechnung der Trittschalldämmung im Überblick vorgestellt und auf die
Modellierung der Anregungskraft detaillierter eingegangen.
Im Folgenden wird eine Übersicht der
wichtigsten Inhaltspunkte dieses Hefts
gegeben. Sie soll dem eiligen Leser in
Kürze die wichtigsten Schritte beschrei
ben, die er bei der Planung einer Holz-
decke zu berücksichtigen hat.
Die Anforderungen für den Schall-
schutz nach DIN 4109 (Mindestwerte,
Empfehlungen und Vorschläge für den
erhöhten Schallschutz) finden Sie in der
Tabelle 2 (Kapitel 3.1).
Die schalltechnische Planungsarbeit ist
getan, wenn Sie in der großen Sammlung von Musterbeispielen (Tabelle 8,
Kapitel 9) eine Decke finden, die Ihre
Anforderungen erfüllt. In dieser Tabelle
ist ein „Vorhaltemaß" von 2 dB bzw. von
4 dB bereits eingearbeitet. - Aber Vorsicht ist geboten, wenn Sie "kleine" Änderun-
gen im Aufbau vornehmen, denn der "gesunde Menschenverstand" ist nicht immer ein guter Lehrmeister. Bevor Sie
bewährte Konstruktionen ändern, sollten Sie die wichtigsten schalltech-
nischen Gesetze beachten (Kapitel 4).
Schadensfälle (siehe Kap. 11) zeigen, daß die Funktion der Trittschalldämmung,
Rohdeckenbeschwerung oder Unterdecke oft falsch eingeschätzt wird. Nur bei
Kenntnis der wichtigsten theoretischen Grundlagen können Sie Planungsfehler
vermeiden. Erprobte Methoden, um die Schalldämmung zu verbessern, finden
Sie im Kapitel 6.
Falls die angestrebte Konstruktion nicht
in der Beispielsammlung enthalten ist,kann die Trittschalldämmung einer Holz-
decke mit einfachen Mitteln berechnet
werden. Das Rechenmodell wird in Kapitel 7 beschrieben. Es wurde aus dem
von K. Gösele [11, [12], beschriebenen
Verfahren zur Vorherbestimmung der Trittschalldämmung weiterentwickelt,
indem die Variationsmöglichkeiten im
Bereich von Estrich, Rohdecke, Rohdecken-
beschwerung und Unterdecke stark
erhöht wurden und nunmehr beliebige
Kombinationen der Einzelkomponenten
ausgerechnet werden können. Die neu
hinzugekommene Einrechnung der
Flankenübertragung führt zu einer größeren
Planungssicherheit bei der Übertragung
auf die konkrete Bausituation.
Was kostet die Verbesserung der
Trittschalldämmung von
56 dB => 53 d13 => 46 d13?
I
m Kap. 8 wird gezeigt, daß mit Decken-
Mehrkosten von nur ca. 25 % bereits
Verbesserungen von ca. 10 dB möglich sind.
Hinweise auf neue Entwicklungen und
Alternativen werden in den nachfolgend
genannten Kapiteln gegeben
zu den Unterdecken - siehe Kap. 6.3 zur
Rohdeckenbeschwerung - siehe Kap. 6.4
zur Flankenübertragung - siehe Kap. 6.7.
Die besonderen schalltechnischen Probleme
und Lösungsansätze die bei der Sanierung
von alten Holzbalkendecken auftreten
werden in Kap. 10 behandelt
Die schalltechnische Planung eines Mehrfamilienhauses in Holzbauweise stellt in der Regel
eine größere Herausforderung dar, als die Planung eines vergleichbaren Bauvorhabens in
Beton- und Mauerwerksbauweise.
Die Ursache dieses Ungleichgewichts ist nicht nur in den vielfältigen Gestaltungs- und Ausfüh-
rungsvarianten des Holzbaus zu suchen, sondern vielmehr in den fehlenden Planungsunterla-
gen zum Schallschutz und der ungenügenden Berücksichtigung des Holzbaus in den ein-
schlägigen Normen.
Zur Beseitigung dieser Schieflage wurden in der Vergangenheit unter Koordination der Deut-
schen Gesellschaft für Holzforschung auf Grundlage umfangreicher Forschungsvorhaben ver-
schiedene Schriften in der Reihe Informationsdienst Holz veröffentlicht, die Planungsgrundla-
gen für Decken, Wände und Dächer bilden
[2]
,
[3]
.
Diese Ergebnisse fließen nun auch in die derzeit in Bearbeitung befindliche Neufassung der
DIN 4109 ein. Neben dem Bauteilkatalog wird auch das Nachweisverfahren aktualisiert und
an die europäische Normung (EN 12354) angepasst. Für den Holzbau wurde das Berech-
nungsverfahren inzwischen in verschiedenen Vorhaben verifiziert
[4]
,
[5]
und an die speziellen
Schallübertragungsmechanismen im Holzbau angepasst
[6]
,
[7]
.
Um dem subjektiven Empfinden des Bewohners
gerecht zu werden, ist gerade bei leichten
Holzbauteilen die Berücksichtigung der tieffrequenten Schallübertragung empfehlenswert.
Dies kann in den meisten europäischen Ländern derzeit nur zusätzlich zum schalltechnischen
Nachweis erfolgen, da die normativen Anforderungen die tieffrequente Schallübertragung nur
ungenügend oder gar nicht berücksichtigen.
Nachfolgend wird daher auch auf aktuelle Forschungsergebnisse zur tieffrequenten Übertra-
gung näher eingegangen und die neuen Berechnungsmöglichkeiten für den schalltechnischen
Nachweis im Holzbau vorgestellt. Die Berechnungsergebnisse werden mit Messergebnissen
am Bau verglichen und es werden ergänzende Hinweise zur Vermeidung von Baufehlern ge-
geben.