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Vibroakustik im Planungsprozess für Holzbauten

Modellierung, numerische Simulation, Validierung - Teilprojekt 4: Bauteilprüfung, FEM-Modellierung und Validierung
ift-Forschungsbericht, Juni 2017

Camille Châteauvieux-Hellwig, Markus Schramm, Andreas Rabold
Hrsg.: ift Gemeinnützige Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft mbH, Rosenheim
2018, 337 S., zahlr. Abb. u. Tab.
ISBN 978-3-86791-427-7

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Inhalt

Holzhäuser zeigen Pioniercharakter in Bezug auf Energieeinsparung und Nachhaltigkeit. Sie bestechen durch ihre Kombination von nachhaltiger Bauweise mit anspruchsvoller Ästhetik und moderner Architektur. Auf Grund dieser Vorteile nimmt die Anzahl der Holzbauten auch in der Geschossbauweise des urbanen Bereichs kontinuierlich zu. Gerade im Geschosswohnungsbau bieten sich moderne vorgefertigte Massivholzelemente wie Brettsperrholzelemente, Hohlkastenelemente oder Holz-Beton-Verbundelemente für eine baukonstruktiv kosteneffiziente Erstellung der Gebäude an.
Verglichen mit Gebäuden in Mauerwerks- und Betonbauweise stellt jedoch die Planung eines Bauobjektes in Holzbauweise für den Architekten und die Fachplaner eine deutlich größere Herausforderung dar. Die Gründe hierfür liegen unter anderem im Mangel von bewährten Konstruktionen und Konstruktionswerkzeugen für den Schallschutz und die Gebrauchstauglichkeit (Schwingungsnachweis). Es besteht erheblicher Handlungsbedarf, zumal Holzbauten wesentliche Chancen hinsichtlich einer Verbesserung der (Lebenszeit)-CO2-Bilanz bieten.
Die Folge des Mangels an geeigneter Konstruktionsunterstützung wird im Planungsprozess offensichtlich. Um die Anforderungen an den Schallschutz und an die Gebrauchstauglichkeit sicher erfüllen zu können, werden die Bauteile häufig durch Ersatzmodelle und vereinfachte konservative Ansätze überdimensioniert und dadurch unwirtschaftlich.
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 ermöglichen, können den Planungsaufwand nicht nur drastisch reduzieren, sondern auch zuverlässiger machen, die Qualität entscheidend erhöhen und damit letztendlich die Wettbewerbsfähigkeit von Holzbauten fördern. Notwendig hierzu ist eine geometrische, physikalische und mathematische Modellbildung sowie deren Validierung sowohl bzgl. einzelner Komponenten, der Kopplung von Bauteilen als auch bzgl. des gesamten Bauwerks. Die Computersimulation ist schließlich in einen modellorientierten Planungsprozess einzubetten, der eine praxisgerechte Verwendung in den Anwendungsfeldern Schall- und Schwingungsschutz im Holzbau erlaubt.

Publikationslisten zum Thema:
Bauakustik, Holzbau, Holzhaus, Holzkonstruktion, Geschosswohnungsbau, Stoßverbindung, Schallübertragung, Massivholz, Brettsperrholz, Holzbauteil, Verbindung, T-Stoß, Stoßstelle, Trittschall, Reduzierung, Schalldämmmaß, Messergebnis, Messdaten, Modellbildung, Validierung, Bauteilprüfung, FEM-Berechnung, Eigenwertproblem,

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Bücher, Broschüren

Susanne Locher-Weiß, Rainer Pohlenz
Baurechtliche und -technische Themensammlung. Heft 9: Schallschutzmängel
Juristisch kommentiert für Sachverständige. Technisch kommentiert für Juristen.
2019, 214 S., 67 teilw. farb. Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Das Thema "Schallschutz" ist sowohl in der Rechtsprechung als auch in den technischen Regelwerken seit Jahrzehnten ständig in Bewegung. Die beiden BGH-Entscheidungen, die bei geschuldetem üblichem Komfort ein über die Anforderungen der DIN 4109:1989 hinausgehendes Schallschutzniveau forderten, ohne aber das "Mehr" konkret festzulegen, haben zu Verunsicherung bei Bauschaffenden und Juristen geführt. In jüngster Zeit wurden die DIN 4109 sowie etliche Schallschutz-Regelwerke überarbeitet. Es gibt wenige Themen, bei denen Technik und Recht so eng und so anspruchsvoll miteinander verzahnt sind. Deshalb stellt das Sachgebiet Schallschutz hohe Anforderungen sowohl an den Juristen als auch an den gerichtlich oder außergerichtlich tätigen Sachverständigen. Das Buch soll Sachverständige mit der Denkweise und Herangehensweise der Juristen vertrauter machen; bei diesen wiederum möchte das Werk Verständnis für technische Problemstellungen wecken. Nach juristischen Gesichtspunkten gegliedert, werden Fälle mit typischen und auch untypischen Schallschutzmängeln beschrieben, die Sachverhalte analysiert, Empfehlungen daraus hergeleitet und anschließend juristisch kommentiert.

Christian Nocke
Raumakustik im Alltag
Hören - Planen - Verstehen.
2., überarb. u. erw. Aufl.
2019, 348 S., 118 Abb., 47 Tab., Hörbsp. als MP3-Dateien, Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

Wie gelingt es, gutes Hören für alle Menschen an jedem Ort zu ermöglichen? Welche Faktoren beeinflussen die Akustik eines Raumes? Der Autor gibt Antwort auf diese und viele weitere Fragen und vermittelt das Verständnis für die Zusammenhänge der Raumakustik. Er beschreibt die raumakustischen Grundlagen und Anforderungen und veranschaulicht, wie im Planungsprozess die oft vernachlässigten raumakustischen Gestaltungsmöglichkeiten Berücksichtigung finden. Dabei geht es insbesondere um Räume des Alltags, wie Schulen, Büros, Restaurants oder Mehrzweckhallen, in denen durch wirksame Maßnahmen die akustischen Bedingungen optimiert werden können. Eine Zusammenstellung von Materialdaten rundet das Buch ab. Die überarbeitete Neuauflage wurde an die aktuellen Regelwerke (DIN 18041, VDI 2569, ASR A3.7) angepasst und durch weitere Projektbeispiele aus der Praxis ergänzt. Ein neues Kapitel widmet sich der Simulation von Schallausbreitung in Räumen zur Prognose raumakustischer Parameter.

Mauerwerk-Kalender 2019
Mauerwerk-Kalender
Bemessung, Bauwerkserhaltung, Schallschutz
2019, 700 S., 500 SW-Abb., 100 Tabellen. 244 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

Der Mauerwerk-Kalender 2019 enthält zum Schwerpunktthema Bemessung Beiträge mit Hintergrundwissen und Erläuterungen zur Bestimmung und Anwendung der Druckfestigkeitswerte von Mauerwerk als Verbundwerkstoff. Des Weiteren wird ein Berechnungsmodell für die Ermittlung der Tragfähigkeit unter Berücksichtigung der verformungsbasierten Membranwirkung von unbewehrten ausfachenden Mauerwerkswänden vorgestellt. Für die richtige Bemessung von Befestigungen mit Injektionsdübeln werden das Tragverhalten und die Bewertung der Tragfähigkeit unter Bezugnahme auf die Technische Regel des DIBt "Durchführung und Auswertung von Versuchen am Bau" erläutert. Die Bauwerkssicherung mit dem Ziel der Sanierung und Erhaltung spielt im Mauerwerksbau eine wichtige Rolle, nicht nur für repräsentative Bauwerke unter Denkmalschutz. Diese bieten jedoch Möglichkeiten zu umfangreichen Untersuchungen an Material und Konstruktion und zur Erprobung von Ertüchtigungsmaßnahmen an Tragwerk und Gebäudehülle hinsichtlich der Standsicherheit und der energetischen Sanierung. Mehrere Beiträge vermitteln anhand von Beispielen aus der Praxis Methoden und Maßnahmen zur Bauwerkserhaltung. In der Rubrik Bauphysik gibt es u.a. den aktualisierten und überarbeiteten Standardbeitrag zum Schallschutz im Mauerwerksbau auf aktuellem Stand nach DIN 4109. Wie gewohnt werden auch im 44. Jahrgang die Eigenschaftswerte von Mauersteinen, Mauermörtel, Mauerwerk und Putzen unter Angabe der zugrunde liegenden Quellen zusammengestellt. Als Nachschlagewerk dient die vollständige aktuelle Übersicht über die erteilten allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen bzw. allgemeinen Bauartgenehmigungen des Fachgebietes Mauerwerksbau. In diesem Zusammenhang stellt ein gesondertes Kapitel das neue Bauordnungsrecht vor.

Sabine von Fischer
Das akustische Argument
Architektonisches Wissen
Wissenschaft und Hörerfahrung in der Architektur des 20. Jahrhunderts
2019, 367 S., m. 174 SW-Abb. 247 x 166 mm, Softcover
gta Verlag

Die Umwelt in ihren physikalischen und sensorischen Dimensionen ist ein virulentes Thema unserer Zeit. Das Buch erzählt, wie Geräusche, Klänge und Töne die Entwicklungen der Architektur des 20. Jahrhunderts maßgeblich beeinflussten. Detailliert recherchierte Fallstudien - vom Völkerbundpalast (1927) bis zum schallisolierten House of the Future von Alison und Peter Smithson (1957) - verdeutlichen, wie das wachsende bauphysikalische und wahrnehmungstechnische Wissen der Akustik die architektonische Praxis veränderte. An den Beispielen des ersten Schweizer Hochschulakustikers Franz Max Osswald (1879-1944), der an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich von 1924 an ein Laboratorium für angewandte Akustik einrichtete, seines Nachfolgers Willi Furrer (1906-1985) wie auch weiterer Akteure im In- und Ausland wird die Entwicklung der modernen Bau- und Raumakustik nachgezeichnet. Die Übertragung der Erkenntnisse aus den Laboratorien in gebaute Architektur stellte vielerlei Herausforderungen. Die Disziplinierung der Akustik ging mit der Entstehung und Ausformung einer neuen Berufsgruppe von Experten einher, deren Argumente mit den Sichtweisen der Architekten in den Dialog, zuweilen aber auch in Debatten eintraten.

Birger Gigla
Schallschutz
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2018, 312 S., 105 Abb. u. 80 Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

Mit zunehmender Nutzungsdichte der urbanen Ballungsräume steigen auch die Anforderungen an den baulichen Schallschutz. Lärmschutz und gute Raumakustik gehören deshalb zu den wichtigsten Qualitätsmerkmalen von Gebäuden. Das Buch vermittelt die physikalischen und technischen Grundlagen für Planungsleistungen in der Bau- und Raumakustik nach den aktuellen Regelwerken. Birger Gigla erklärt grundlegend, was dabei zu beachten ist und wo sich in der Planung Konflikte ergeben können. Das Buch richtet sich an Planerinnen und Planer, die ihr eigenes Verständnis verbessern möchten und Schallschutz eigenständig planen wollen. Es ist nützlich für Verantwortliche in Behörden, Immobilienverwalter und für Juristen, die den Schallschutz und Raumakustik in Wohn- und Arbeitsstätten bewerten müssen. Aufgrund der gut durchdachten didaktischen Aufbereitung und der konkreten Rechenbeispiele eignet es sich auch für Studierende, die sich fundiert in die Thematik einarbeiten wollen.

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Forschungsberichte

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

Erarbeitung eines Bauteilkatalogs zur Ermittlung der Luftschalldämmung von opaken Ausfachungen

Bernd Saß, Sandra Heinrichsberger, Norbert Sack
Erarbeitung eines Bauteilkatalogs zur Ermittlung der Luftschalldämmung von opaken Ausfachungen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3206
2020, 140 S., 81 Abb. u. 21 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

In der bauakustischen Planung von Gebäuden werden Angaben zur Luftschalldämmung von Außenbauteilen benötigt. Für opake Ausfachungen (Paneele) lassen sich solche Angaben - im Gegensatz zu transparenten Ausfachungen (Verglasungen) - derzeit nur anhand von Messungen im Labor nachweisen. Eine Möglichkeit zur Planung und Nachweisführung über ein Tabellenverfahren existiert nicht. Durch die Erarbeitung eines Bauteilkatalogs für opake Ausfachungen könnten für standardisierte Paneele Angaben zur Luftschalldämmung ohne Messungen nachgewiesen werden. Die so verfügbaren Informationen zu den akustischen Eigenschaften könnten dann genutzt werden, um die Luftschalldämmung des kompletten Bauelementes (Fenster- bzw. Vorhangfassade) zu bestimmen. Die noch vorhandene Lücke (fehlende Eingangsdaten der Luftschalldämmung von Paneelen) bei der Bestimmung der Luftschalldämmung von Vorhangfassaden wäre somit geschlossen. Dadurch reduziert sich der Aufwand zum Nachweis erheblich. Dies beeinflusst sowohl die Kosten als auch den zeitlichen Ablauf in der Planung. Zusätzlich erhöht sich durch eine fundierte Datenbasis die Planungssicherheit.

Ulrich Schanda, Andreas R. Mayr, Fabian Schöpfer
Übertragungsfunktionen im Holzbau
Prognose der Schallübertragung aus haustechnischen Anlagen mit einem tabellarischen, praxistauglichen Ingenieurersatzverfahren
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3163
2020, 105 S., 64 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Für den gesetzlich geforderten Schallschutznachweis ist eine Prognose der Schallemissionen von Installationsgeräuschen und gebäudetechnischen Anlagen sowie der Köperschallübertragung im Gebäude erforderlich. Für den Holzbau sind hierfür bislang keine Prognoseverfahren verfügbar. Somit kann der Nachweis des geforderten Schallschutzes im Holzbau formal nur durch bauakustische Messungen im ausgeführten Gebäude erbracht werden. Hierfür wird ein empirisches Verfahren basierend auf gemessenen Übertragungsfunktionen vorgeschlagen. Um ein empirisches Prognosemodell abzuleiten, wurden die vorhandenen Daten anhand von Kategorien gruppiert. Aus diesen Gruppen wurden repräsentative Spektren für die Übertragungsfunktionen abgeleitet. Damit ist nun erstmals eine Abschätzung des resultierenden Schalldruckpegels im Holzbau möglich.

Mark Koehler, Klaus-Dieter Brandstetter, Lutz Weber
Schallschutz von Fenstern in vorgesetzter Einbaulage (vorgesetzte Fenster)
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3164
2019, 64 S., 50 Abb. u. 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Neben der Verglasung und des Rahmens hängen Eigenschaften von Fenstern in starkem Maße von den Einbaubedingungen und der Position ab. Es ist zwar bekannt, dass bei vorgesetzter Einbauweise ein kritischer Einfluss auf die Schalldämmung besteht, belastbare Daten liegen hierzu jedoch bislang nicht vor. Im Projekt sollen Messdaten von gängigen Konstruktionen durch Prüfstandsmessungen ermittelt und eine Art Bauteilkatalog erstellt werden. Im Rahmen des durchgeführten Forschungsprojekts wurde der Einfluss der vorgesetzten Einbaulage von Fenstern bei Außenwänden mit Wärmedämmverbundsystem (WDVS) auf die Schalldämmung untersucht. Ziele der Untersuchung waren u.a., Messergebnisse für verschiedene Befestigungssysteme und unterschiedliche Einbaupositionen im Prüfstand zu ermitteln und mit einem Referenzeinbau, wie er auch bei bauakustischen Prüfungen im Labor verwendet wird, zu vergleichen. Aus diesem Grund wurden alle Messungen im Fensterprüfstand gemäß DIN EN ISO 10140-1 bis 5 durchgeführt. In dem durchgeführten Messprogramm wurden insgesamt drei verschiedene Montagesysteme mit vier verschiedenen Einbaupositionen und Fenstern mit den Schallschutzklassen 2 bis 5 sowie verschiedenen Fugenabdichtungen kombiniert.

Schallschutz von Flachdächern in Holzbauweise

Stefan Bacher, Camille Châteauvieux-Hellwig, Melina Martin, Thomas Ecker, Michael Rudolph, Andreas Rabold
Schallschutz von Flachdächern in Holzbauweise
Luft- und Trittschalldämmung von Flachdächern und Dachterrassen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3179
2019, 120 S., 23 Abb. u. 10 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Bei der Planung von modernen Büro- und Wohngebäuden ist vor allem im Bereich der mehrgeschossigen Bauweise i.d.R. ein Flachdach oder ein flachgeneigtes Dach mit ausgebautem Dachgeschoß vorgesehen. Mangelnde Planungsdaten erschweren es gerade klein- und mittelständigen Unternehmen, zu denen sehr viele Holzbaubetriebe gehören, den Einstieg in den mehrgeschossigen Holzbau, der nicht nur aus ökologischer Sicht vorteilhaft ist. So wurden auch in der neuen DIN 4109 nur drei Aufbauten für leichte Flachdächer berücksichtigt. Die Zielsetzung des Projektes besteht daher in der Bereitstellung von Planungsunterlagen für verschiedene Konstruktionsvarianten von Flachdächern und leicht geneigten Dächern, die insbesondere den Anforderungen an den Schallschutz genügen sowie den weiteren Leistungseigenschaften wie Wärme- und Feuchteschutz entsprechen. Die Untersuchungen wurden an praxisnahen Dachaufbauten durchgeführt, um die Einflussgrößen auf die Schalldämmung von Flachdächern und leicht geneigten Dächern beschreiben und Planungsunterlagen gut geeigneter Konstruktionen zur Verfügung stellen zu können.

Lutz Weber, Bernd Kaltbeitzel
Schallschutz bei Wärmedämm-Verbundsystemen im Holz- und Leichtbau
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3127
2019, 82 S., 46 Abb. u. 5 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Wärmedämm-Verbundsysteme (WDVS) können die Schalldämmung von Außenwänden in starkem Maße verändern und müssen deshalb beim baulichen Schallschutznachweis berücksichtigt werden. Im Gegensatz zum Massivbau sind geeignete akustische Planungswerkzeuge für den Leichtbau jedoch bislang nicht verfügbar. Ziel des Vorhabens war es deshalb, ein Prognoseverfahren für das bewertete Schalldämm-Maß von Holz- und Leichtbauwänden mit WDVS zu entwickeln. Den Ausgangspunkt des Forschungsvorhabens bildete eine Messreihe, bei der die Schalldämmung von Leichtbauwänden mit WDVS systematisch untersucht wurde. Die Messungen erfolgten in einem bauakustischen Prüfstand, wobei zur Verminderung des baulichen Aufwandes ein spezieller Prüfaufbau mit demontierbarem WDVS und verkleinerter Prüffläche Verwendung fand. Insgesamt wurden 56 verschiedene Wände untersucht. Als wichtigstes Ergebnis des durchgeführten Forschungsvorhabens steht nun auch für den Leichtbau - in ähnlicher Weise wie im Massivbau - ein zuverlässiges Verfahren zur Vorherberechnung des bewerteten Schalldämm-Maßes von Außenwänden mit WDVS zur Verfügung. Die akustischen Einflüsse und Zusammenhänge wurden untersucht und sind nun auch für WDVS auf Leichtbauwänden weitgehend verstanden. Für den Spektrum-Anpassungswert Ctr,50-5000 wurden geeignete Planungshinweise zur Vermeidung von baulichen Schallschutzmängeln erarbeitet.

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Zeitschriftenartikel

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Veres, Eva
Ein verspäteter Nachruf auf Prof.-Ing. Wolfgang Fasold
Bauphysik, 2020

Blödt, Adrian
Schallschutz bei Massivholzbauweise. Bauakustik
mikado plus, 2020

Tchorz, Jürgen; Gigla, Birger
"Die Bedeutung der Akustik für die Raumqualität wird gegenüber Form, Gestaltung oder Ausstattung deutlich unterschätzt". Experteninterview (kostenlos)
Bauen plus, 2020

Lieblang, Peter
Acoustic and environmental properties. An innovative concrete-wood composite ceiling for solid structures
BFT International, 2020

Demmerlé, Patrice; Engel, Andreas
Mit Ruhe planen. Geprüfter Schallschutz in der Gebäudetechnik (kostenlos)
SBZ Sanitär. Heizung. Klima., 2019

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