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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.

The impact noise transmission at low frequencies is a well known problem of lightweight floors, which is treated in many publications. A satisfying solution, considering the different construction principles of lightweight floors, could not be found so far. To overcome this problem a FEM based prediction model for the optimization of the floor construction and the improvement of the impact sound insulation has been developed and applied in a current research project at th e TU München. The details of the prediction model were published in [1]-[3]. This contribution gives an overview of the prediction model and shows the results of the computations and the construction rules developed for optimized lightweight floors.

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.

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].