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].