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Der Wärmeschutz der äußeren Gebäudehülle ist wegen der zukünftig erforderlichen Energieeinsparungen stark in der öffentlichen Diskussion präsent und wird vom Gesetzgeber über Novellierungen der Energieeinsparverordnung flankiert.
Ein großes Potenzial hinsichtlich der Energieeinsparung steckt dabei in der Sanierung von Altbauten. Hier wird zur Verbesserung des Wärmeschutzes oftmals mit Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) oder vorgehängten gedämmten Fassadenverkleidungen gearbeitet. Durch Aufbringen dieser Dämmsysteme wird auch die Schalldämmung der Außenwand beeinflusst.
In einem im Rahmen der Forschungsinitiative Zukunft Bau geförderten und beim ift Rosenheim durchgeführten Forschungsvorhaben [1] wurden Untersuchungen der Schalldämmung speziell an Dämmsystemen aus nachwachsenden Rohstoffen auf schweren, mittelschweren und leichten Massivwänden durchgeführt (Bild 1). Die akustische Wirksamkeit dieser Dämmsysteme wurde analysiert und mit Prognosemodellen verglichen. Ergebnisse aus diesem Forschungsprojekt werden in diesem Beitrag vorgestellt.
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].
Holzhäuser zeigen Pioniercharakter in Bezug auf Energieeinsparung und Nachha
l
tigkeit
und bestechen durch ihre Kombination von nachhaltiger Bauweise mit a
n
spruchsvoller
Ästhetik und moderner Architektur. Auf Grund dieser Vorteile
nimmt die Anzahl der Hol
z-
bauten auch in der Geschoßbauweise des urbanen B
e
reichs kontinuierlich zu. Gerade im
G
e
schoss
wohnungsbau bieten sich moderne vorgefertigte Massiv
holzelemente wie Brett
-
sperr
holz
elemente, Hohlkastenel
e
mente oder Holz
-
Beton
-
Verbu
nd
elemente für eine bau
-
konstruktiv kosteneffizie
n
te Erste
l
lung der Gebäude an.
Verglichen mit Gebäuden in Mauerwerks
-
und Betonbauweise ist jedoch die Pl
a
nung e
i
nes
Bauobjektes in Holzbauweise für den Architekten und die Fachplaner eine deutlich größ
e-
re
Herausforderung. Die Gründe hierfür liegen unter anderem im Mangel von be
währ
ten
Konstruktionen und Ko
n
struktionswerkzeugen für den Schallschutz und die Ge
brauchs
-
tauglichkeit (Schwingungsnachweis). Es besteht erheblicher Handlungsbedarf, zumal
Holzbau
ten wesentliche Chancen hinsichtlich einer Verbesserung der (L
e
benszeit)
-
CO
2
-
Bilanz bieten.
Die Folge des Mangels an geeigneter Konstruktions
unterstützung wird im Pl
a
nungs
pro
-
zess offensichtlich. Um die Anforderungen an den Schallschutz und an die Gebra
uchs
-
taug
lichkeit sicher erfüllen zu können, werden die Bauteile häufig durch Ersatzmodelle
und vereinfachte konservative Ansä
t
ze überdimensioniert und dadurch unwirtschaftlich.
Geeignete computergestützte Planungswerkzeuge, die eine Simulation der g
e
nan
nten
bauphysikalischen und konstruktiven Eigenschaften bereits im frühen Planungsentwurf
für das gesamte Bauwerk und nicht nur für einzelne Kompone
n
ten er
mög
lichen, könnten
den Planungsaufwand nicht nur drastisch reduzieren, sondern auch zuverlässiger m
a
chen,
die Qualität entscheidend erhöhen und d
a
mit letztendlich die Wett
be
werbs
fähigkeit von
Holzbauten fördern.
Aus dieser Motivation heraus wird derzeit ein Kooperationsprojekt der TU
-
München der
Hochschule Rosenheim und des ift Rosenheim durchgeführt
.
Als Zielsetzung
des Projekts
ergibt sich ein Planungsprozess, der die numerische S
i
mulation und den Nach
weis vibr
o-
akustischer Gebäudeeigenschaften eng an ein umfasse
n
des Bauwerks
informationsmodell
(BIM) koppelt. Dies ermöglicht dem Fachplaner einen opt
imierten Entwurf einzelner Baute
i
le,
die Untersuchung deren (schwi
n
gungs
technischer) Kopplung sowie der vibroakust
i
schen
Eigenschaften des Gesamtgebäudes bereits in einem frühen Planungsstadium. In Kombin
a-
t
i
on mit der Methode der Statistischen
-
Energie
-
Ana
lyse (SEA) wird hierzu die Erwe
i
t
e
rung
vorhandener Finite
-
Elemente
-
Verfahren hi
n
sichtlich einer geometrisch
-
mechanischen und
vibroakustisch konsistenten Kopplung von Bauteilen sowie die Ableitung des volumenorie
n-
tierten G
e
samtmodells aus dem Bauwerks
in
fo
r
ma
tions
modell a
n
g
e
strebt.
Zum Schutz gegen unzumutbare Belästigungen aus fremden Wohnbereichen werden in
DIN 4109
[
1
]
u.a. Anforderungen an die Trittschalldämmung von Trenndecken gestellt.
Diese Anforderungen können von heute üblichen Trenndeckenkonstruktion bei fehlerfre
i-
er Ausführung sowohl in Holzbauweise als auch in Massivbauwei
se problemlos eingeha
l-
ten werden. Dies spiegelt sich auch in Güteprüfungen am Bau wider. Dennoch wird die
Trittschallübertragung bei Umfragen unter den Bewohnern von Mehrfamilienhäusern
meist als die störendste Geräuschquelle genannt
[
2
]
,
[
16
]
.
Da der messtechnische Nachweis für die Anforderungen nach DIN 4109 mit einem Norm
-
Hammerwerk als Anregungsquelle durchgeführt wird, ist zunächst die Übereinstimmung
zwischen dem Ergebnis d
ieser Messung (dem bewerteten Norm
-
Trittschallpegel
L’
n,w
bzw.
L
n,w
) und dem subjektiven Empfinden des Bewohners bei der üblichen Anregung
durch Begehen der Decke zu hinterfragen. In Abschnitt 2 wird hierzu auf die Korrelation
zwischen dem subjektiven Emp
finden des Bewohners und dem nach DIN EN ISO 717
-
2
[
3
]
bewerteten Norm
-
Trittschallpegel eingegangen. Alternative Bewertungsverfahren, die
mit der Zielsetzung einer besseren Übereinstimmung zwischen Hammerwerksmessu
ng
und subjektivem Empfinden entwickelt wurden, werden in Abschnitt 3 gegenübergestellt.
In Abschnitt 4 werden daraus Zielwerte für die Bauteiloptimierung abgeleitet. Eine mögl
i-
che konstruktive Umsetzung wird in Abschnitt 5 vorgeschlagen.
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.
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.