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Institute
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
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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.
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].
Auf Basis empirischer Daten wurde die Diffusität des Körperschallfeldes von Brettsperrholz-Bauteilen in realistischer Größe beschrieben und Verteilungsschätzungen in Abhängigkeit der verwendeten Antwortanzahl durchgeführt. Ein näherungsweise diffuses Körperschallfeld liegt im Beispiel nur in einigen Terzbändern im mittleren Frequenzbereich vor. Damit ist eine Energiebestimmung mit wenigen Antwortpositionen nur dort möglich.
Die Energiebestimmung über die Schnelle ist bei tiefen Frequenzen für einige Frequenzbänder ohne Moden nicht geeignet, da hier die Voraussetzung nicht gegeben ist, dass die kinetische gleich der potenziellen Energie ist. Hochfrequent hat der Krafteinleitungsort bezogen auf die Elementstöße Einfluss auf die Antwortstreuungen. Darüber hinaus ist bei tiefen wie auch bei sehr hohen Frequenzen eine hohe Antwortanzahl notwendig.