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Forschungsbericht: Vibroakustik im Planungsprozess für Holzbauten

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., zahlr. farb. Abb., Tab. und Graf., 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.

Heinz-Martin Fischer, Martin Schneider
Handbuch zu DIN 4109 - Schallschutz im Hochbau
Beuth Kommentar
Grundlagen - Anwendung - Kommentare
2019, 808 S., 170 x 240 mm, Hardcover
Beuth

Mit der Überarbeitung der DIN 4109 "Schallschutz im Hochbau" im Juli 2016 wurden die baurechtlichen Mindestanforderungen an die Schalldämmung neu gefasst. Das Handbuch gibt einen Überblick über die Entstehungsgeschichte der Norm und ihr Zusammenwirken mit weiteren Richtlinien und Regelwerken. Die wesentlichen Passagen der einzelnen Normteile werden kommentiert und durch Anwendungsfälle und -beispiele veranschaulicht. Das Kompendium enthält umfassende Informationen zur Anwendung und Auslegung der DIN 4109 (Nachweisverfahren, Berechnungsmodelle, Betrachtung und Bewertung von Prüf- und Messverfahren etc.).

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.

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.

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Forschungsberichte

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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.

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.

Holger Techen, Jochen Krimm
Bestimmung der akustischen Wirksamkeit von Fassadenoberflächen im Stadtraum
Akustische Wirksamkeit von Fassadenoberflächen und -strukturen im Hinblick auf eine akustische Bewertung des Außenraumes / Stadtraumes an der Empfängerposition - Bestimmung von Transformationseffekten
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3150
2019, 88 S., 83 Abb. u. 10 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Infolge des anhaltenden Zuzugs in die Metropolen, werden die bestehenden städtischen Strukturen stark nachverdichtet. Durch die hierfür notwendigen Neubauten, nimmt die Zahl der Fassadenflächen im Stadtraum deutlich zu. In der Folge führt dies zu mehr Lärm im Stadtraum, da der Schall der vorhandenen Verkehrslärmquellen an den, zumeist schallhart ausgeführten Fassaden reflektiert wird. Die Lärmerhöhung entsteht durch die Summierung der Reflexionen mit dem vorhandenen Direktschall. In der Akustik ist das Phänomen lange bekannt, jedoch beziehen sich aktuelle Messverfahren, technische Regeln und normierte Berechnungen nur auf die Materialität und nicht auf den Kontext der Anordnung im Stadtraum. Aufgrund der, daraus resultierenden, ungenügenden Datenlage konnte dieser Effekt bisher keinen Eingang in die Planungspraxis finden. Hauptziel des Forschungsprojektes war die Bestimmung der akustischen Wirkung von Fassadenoberflächen im Kontext des umgebenden Stadtraums. Für diesen Zweck wurde ein mobiles Fassadenlabor entwickelt um verschiedene Fassadenoberflächen an ausgewählten Standorten in Abhängigkeit des in situ vorhandenen Lärms akustisch zu bestimmen.

Lutz Weber, Agostino Troll, Sven Öhler
Geräuschübertragung durch technische Installationen im Leichtbau
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3161
2019, 112 S., 80 Abb. u. 5 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Die von haustechnischen Anlagen hervorgerufenen Geräusche werden häufig als besonders störend wahrgenommen und unterliegen deshalb strengen Schallschutzanforderungen. Während für den Massivbau umfangreiche Erfahrungen vorliegen, ist über Installationsgeräusche im Holz- und Leichtbau bislang nur wenig bekannt. Deshalb wurde die Geräuschentstehung und -übertragung in Verbindung mit leichten mehrschaligen Bauteilen näher untersucht. Mit dem Forschungsvorhaben konnte der Kenntnisstand zur Entstehung und Übertragung von Installationsgeräuschen im Holz- und Leichtbau beträchtlich erweitert werden. Die an unterschiedlichen gebäudetechnischen Installationen und Deckenkonstruktionen durchgeführten messtechnischen Untersuchungen tragen zum verbesserten Verständnis der akustischen Zusammenhänge und der Wechselwirkung zwischen der Körperschallquelle und der angeregten Struktur bei. Außerdem wurde erstmals die Möglichkeit geschaffen, Installationsgeräusche in Gebäuden in Holz- und Leichtbauweise unter praxisnahen Bedingungen rechnerisch vorherzubestimmen.

Prognose des strukturinduzierten sekundären Luftschalls aus dem Schienenverkehr. Abschlussbericht

Christos Vrettos, Oliver Kornadt, Andreas Becker, Leila Nagel, Elisabeth Seibel, Albert Vogel, Marc Oliver Rosenquist
Prognose des strukturinduzierten sekundären Luftschalls aus dem Schienenverkehr. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3089
2018, 100 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Die Entwicklung eines Prognoseverfahrens für den sekundären Luftschall, der durch den Körperschall der Bauteile eines Gebäudes generiert wird, steht im Fokus dieses Projektes. Als Quelle wird in diesem Fall der schienengebundene Verkehr untersucht, der durch den Untergrund in den angrenzenden Gebäuden über die Schwingungen der Bauteile als sekundärer Luftschall wahrgenommen wird. Mit diesem Vorhaben wird die Erweiterung des bestehenden Modells auf inhomogene Bodenverhältnisse mit Pfahlgründungen und eine fundierte Verifizierung des Modelles angestrebt. Dabei werden verschiedene Bodentypen, z.B. geschichtete Böden und gebäudeseitig die induzierten Schwingungen in den unterschiedlichen raumbegrenzenden Flächen untersucht. Methodisch sollen sowohl numerische Berechnungen als auch messtechnische Untersuchungen durchgeführt werden und ein praxistaugliches Verfahren entwickelt werden.

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Zeitschriftenartikel

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

Hettler, Steffen
Die neue DIN 4109 aus rechtlicher Sicht. Bauakustik
Trockenbau Akustik, 2019

Uhde, Robert
Akustisch optimierter Open Space. Neubau CEWE, Oldenburg (kostenlos)
DBZ Deutsche Bauzeitschrift, 2019

Grewe, Rosa
Herausforderung Nachhallzeit. Bilinguale Montessori Schule, Ingelheim (kostenlos)
DBZ Deutsche Bauzeitschrift, 2019

Großer Anklang. Akustikdecke
T+A Trockenbau und Ausbau, 2019

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