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Die Altbausanierung nimmt im gesamten Baubereich eine immer bedeutendere Stellung ein. Falls die geplanten Sanierungsmaßnahmen nicht unter den Bestandsschutz von Baudenkmälern fallen, sind die Anforderungen der zum Zeitpunkt der Sanierung baurechtlich eingeführten Normen zu berücksichtigen. Das Bauteil, das bei der Sanierung eine besonders sorgfältige Planung erfordert, ist die Wohnungstrenndecke, die in Altbauten häufig als Holzbalkendecke ausgeführt wurde. Die vorhandenen Planungsgrundlagen für den Schallschutznachweis von Holzbalkendecken sind sowohl in der Normung als auch in der Literatur sehr lückenhaft. Um bessere Planungsdaten zu erhalten, wurde deshalb am ift Rosenheim zunächst ein Forschungsvorhaben durchgeführt, in dem die Luft‐ und Trittschalldämmung typischer Altbaudecken und deren Verbesserungen durch unterschiedliche Sanierungsmaßnahmen unter Laborverhältnissen ohne Flankenübertragung untersucht wurden [1], [2]. In einem weiteren Forschungsvorhaben [3] wurde in Kooperation mit der Hochschule Rosenheim die Flankenübertragung bei unterschiedlichen Mauerwerkstypen und Deckeneinbindungen ermittelt. Der vorliegende Beitrag beschreibt den Einfluss der Deckenkonstruktion auf die Schalldämmung und die Ermittlung der Planungswerte für die direkte Übertragung über die Decke. In einem noch folgenden zweiten Beitrag werden Planungsdaten für die Flankenübertragung bei Altbaukonstruktionen behandelt.
Die Altbausanierung nimmt im gesamten Baubereich eine immer bedeutendere Stellung ein. Falls die geplanten Sanierungsmaßnahmen nicht unter den Bestandsschutz von Baudenkmälern fallen, sind die Anforderungen der zum Zeitpunkt der Sanierung baurechtlich eingeführten Normen zu berücksichtigen. Das Bauteil, das bei der Sanierung eine besonders sorgfältige Planung erfordert, ist die Wohnungstrenndecke, die in Altbauten häufig als Holzbalkendecke ausgeführt wurde. Die vorhandenen Planungsgrundlagen für den Schallschutznachweis von Holzbalkendecken sind sowohl in der Normung als auch in der Literatur sehr lückenhaft. Um bessere Planungsdaten zu erhalten, wurde deshalb zunächst ein Forschungsvorhaben [1] durchgeführt, in dem die Luft- und Trittschalldämmung typischer Altbaudecken und deren Verbesserungen durch unterschiedliche Sanierungsmaßnahmen unter Laborverhältnissen ohne Flankenübertragung untersucht wurden. Die Ergebnisse wurden in einem ersten Beitrag [2] veröffentlicht. Im vorliegenden zweiten Beitrag werden die Ergebnisse eines weiteren Forschungsvorhabens [3] vorgestellt. Der Fokus lag hierbei auf der Ermittlung der Flankenübertragung bei unterschiedlichen Mauerwerkstypen und Deckeneinbindungen. Die Ergebnisse werden als Planungsdaten für die Flankenübertragung bei Altbaukonstruktionen dargestellt und die Anwendung des erarbeiteten Rechenmodells sowie die Validierung anhand von Baumessungen erläutert.
Verglichen mit Gebäuden in Mauerwerks- und Betonbauweise ist jedoch die Planung eines Bauobjektes in Holzbauweise für den Architekten und die Fachplaner eine deutlich größere Herausforderung.
Geeignete computergestützte Planungswerkzeuge, die eine Simulation der genannten bauphysikalischen und konstruktiven Eigenschaften bereits im frühen Planungsentwurf für das gesamte Bauwerk und nicht nur für einzelne Komponenten ermög-lichen, könnten den Planungsaufwand drastisch reduzieren.
Zur Prognose der Luft- und Trittschalldämmung nach EN 12354 wurde deshalb in einem aktuellen Gemeinschafts-Forschungsvorhabens zwischen der TU München, der Hochschule Rosenheim und dem ift Rosenheim eine SEA basierte Excel Anwendung erstellt, die die Besonderheiten des Holzmassivbaus berücksichtigt.
Die geometrischen Daten des Bauvorhabens sowie die Bauteilbezeichnungen können für die Prognose aus einem Bauwerkinformationsmodell (BIM) eingelesen werden.
Die Bauteilkennwerte und Stoßstellendämm-Maße werden aus einer separaten Bauteildatenbank ausgelesen, die innerhalb des Projekts durch Messungen aus verschiedenen Laboren gefüllt wird. Im Beitrag werden die Anwendung und der aktuelle Stand der Datenbank vorgestellt, sowie Vergleiche zwischen Messergebnissen am realen Objekt und der Prognoserechnung gezeigt.
SEA based prediction for integrated vibroacoustical design optimization of multi-storey buildings
(2015)
In order to enable the design of a multi-storey timbe
r building with respect to the requirements or
recommendations for an enhanced acoustic comfort, a c
ollaboration of various experts is required
during the design process creating their own indivi
dual building models.
A simplification of the
design process and the procedure of verification co
uld be achieved if all of the experts involved
work on one single CAD based Building Information Mo
del (BIM). The required design tools
(FEM and SEA for the acoustic computation) can be di
rectly coupled to the BIM.
For this
purpose, it is necessary to allocate much more valid
ated input data for timber building elements.
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.
Integrated Vibro-Acoustical Design Optimization of Mult
i-storey Buildings
Andreas Rabold
1
, Stefan Kollmannsberger
2
, Ernst Rank
2
1
ift Rosenheim, 83026 Rosenheim, Germany, Email: ra
bold@ift-rosenheim.de
2
Technische Universität München, 80290 München, Ger
many, Email: kollmannsberger@bv.tum.de
Introduction
Timber
buildings
have
been
pioneering
building
constructions in terms of energy conservation and r
esource
efficiency. Low-energy-consumption or so called pas
sive-
houses built of timber are known to combine an
environmentally-friendly construction principle wit
h high
expectations on aesthetics and modern architecture.
The
number of multi-storey residential buildings erecte
d in
timber construction has been steadily increasing in
the last
few years, also in urban areas and centres.
Compared to similar construction projects built in
concrete
the design of a multi-storey building in timber con
struction
is more demanding and challenging to the architect
and
construction engineer. Reasons for this are tougher
requirements on fire safety regulations in these bu
ildings as
well as the absence of sufficient realized examples
and
design tools for the proof of performance of vibrat
ion
control and sound insulation. In a current project
[1] these
design tools shall be further developed by using a
combination of FEM and SEA for the proof of perform
ance.
Verglichen mit Gebäuden in
Mauerwerks- und Betonbauweise ist die Planung eines Bauobjektes in Holzbauweise eine deutlich größere Herausforderung.
Die Gründe hierfür liegen unter anderem im Mangel von
bewährten Konstruktionen und Planungswerkzeugen für den
Schallschutz und die Gebrauchstauglichkeit. Geeignete
computergestützte Planungshilfen, die eine Simulation
bereits im frühen Planungsentwurf für das gesamte Bauwerk ermöglichen, könnten den Planungsaufwand drastisch reduzieren. Eine Möglichkeit der Simulation stellt die
Verwendung eines Berechnungsmodells für die Luft- und
Trittschalldämmung auf Basis der statistischen
Energieanalyse (SEA) und der Finite Elemente Methode
(FEM) dar. Während der SEA eine Energieflussbetrachtung
zugrunde liegt, die in ihrer vereinfachten Form zum
Prognosemodell nach DIN EN 12354 [1] führt, wird bei der
FEM-basierten Berechnung eine modale Betrachtung
durchgeführt. Im Gegensatz zur SEA-basierten Berechnung,
die eine ausreichende Modendichte voraussetzt, ist
die FEM-basierte Berechnung für Frequenzbereiche mit einer geringen Eigenmodendichte besser geeignet. Für die
FEM-basierte Berechnung ist neben der Bauteilstruktur und -
dämpfung auch deren Anregung und Abstrahlung durch
die Luft- bzw. Trittschallquelle zu berücksichtigen. Die Anregung durch das Norm-Hammerwerk und die
Berücksichtigung der Dämpfung im verwendeten FEM-
basierten Modell wurde bereits in [2], [3], [4] bes
chrieben. Nachfolgend wird die Verwendung von Akustik-Elementen für die vollständig gekoppelte Berechnung der Luftschallübertragung
beschrieben. Die vorgestellten Ergebnisse basieren auf Zwischenergebnissen eines aktuellen Gemeinschafts-Forschungsvorhabenszwischen der TU München, der Hochschule Rosenheim und dem ift
Rosenheim [5].
In der Baupraxis wird von Bauexper-
ten immer wieder ein Einfluss auf die
Schalldämmung durch unterschiedli-
che Dachdeckungen wahrgenommen.
Vergleichende Messungen an ver-
schiedenen Dachaufbauten mit un-
terschiedlichen Dachdeckungen erga-
ben bereits in der Vergangenheit bei
unabhängigen Untersuchungen gerin-
gere Schalldämm-Maße bei Dach-
deckungen aus Dachziegeln gegen -
über Dachdeckungen aus Dachsteinen
[1], [2]. Dies führte zu re duzierten
Schall dämmwerten bei Eindeckungen
aus Dachziegeln [3], [4]. Die Ursa-
chen für die Unterschiede in der
Schalldämmung waren bislang nicht
ausreichend geklärt, da der Einfluss
der höheren Masse bei den Dachstei-
nen allein nicht plausibel erschien.
Zur Klärung der Zusammenhänge
wurden im ift Schallschutzzentrum,
Rosenheim in Zusammenarbeit mit
den Firmen Monier Braas und Gutex
weiterführende Messungen durchge-
führt, deren Ergebnisse nachfolgend
vorgestellt werden. Zunächst werden
vergleichende Messungen von Dach-
aufbauten mit unterschiedlichen
Dachdeckungen dargestellt und dann
Ergebnisse von Kleinversuchen nur
mit Dachdeckungen ohne Dachauf-
bau und Dämmung vorgestellt, bei de-
nen auch der Zusammenhang zwi-
schen Fugendurchlässigkeit und
Schalldämmung der Dachpfannen
untersucht wurde [5].