Doktoratsinitiative "DokIn'Holz"

Holz - Mehrwertstoff mit Zukunft

H2: Das akustische Verhalten von Wand- und Deckenverbindungen im Massivholzbau

DissertantIn:Blasius BUCHEGGER (TU Graz)
Betreuer:Heinz J. FERK (TU Graz)
Ko-Betreuer:Martin SCHANZ (TU Graz)
Wirtschaftspartner:Fachverband der Holzindustrie Österreichs (FVHÖ)

 

Hintergrund und Zielsetzung

Die Berechnung des bauakustischen Verhaltens von Baukonstruktionen ist in der internationalen Normenreihe ISO 16032 bzw. EN 14351 als Stand der Technik verankert. In diesen Normen wird ein Modell verwendet, das sich bevorzugt auf massive, homogene  Baukonstruktionen anwenden lässt. Die Stoßstellen der Konstruktionen werden dabei über ein so genanntes Stoßstelldämm-Maß abgebildet. Die Anwendung dieses Modelles für den Massiv-Holzbau z.B. aus Brettsperrholz ist in Hinblick auf das Verhalten der Stoßstellen noch unbefriedigend, zum einen aufgrund der Definition der Randbedingungen, zum anderen fehlen geeignete Modelle für die wesentlichen Transferpfade für spezifische Holzmassivbausysteme. Als ein Weg für eine zukünftige Lösung dieser Problemstellung wird vorgeschlagen, geeignete theoretische mathematische Modelle zu entwickeln, die in der Praxis wesentlichen Einflussgrößen zu identifizieren und darauf aufbauend Modellmessungen im Labor durchzuführen, um letztlich die komplexen Wechselwirkung derzeit undefinierter Randbedingungen von Stoßstellen  wissenschaftlich zu untersuchen und Prognosedefizite durch geeignete Rechenmodelle einer zukünftig auch für die Detailentwicklung und später für die Praxis geeigneten Lösung zuzuführen.  

Stand des Wissens

Ein wirtschaftlich bedeutendes Anliegen ist es, dass Prognosemodelle für die bauakustische Bemessung auch von Holzkonstruktionen zur Verfügung stehen. Daraus ist in den letzten 10 Jahren ein Forschungsgebiet gewachsen, dass von der Analyse von Schwingungs-, Trittschall- und Luftschallproblemen von Holzbauteilen in letzter Zeit auch in den tiefen Frequenzbereich hinein erweitert wurde. In der gegenwärtigen Forschung wird weltweit zum einen an Rahmenbaukonstruktionen und in letzter Zeit auch verstärkt an Massivholzkonstruktionen gearbeitet. In Europa arbeiten zahlreiche Forschungsinstitute an holzbauspezifischen Problemstellungen in der Bauakustik, woraus sich auch die COST Action FP0702, die einen intensiven Austausch über die laufenden Forschungsprojekte der letzten 3 Jahre ermöglichte. TNO arbeitet zB. derzeit an der Charakterisierung der Knotenausbildung vom Leichtbauten über SEA und FEM Modelle, Lulea Univerity of Technology u.a. an einem Prognosemodell für den Trittschall, ebenso wie etwa an der Liverpool University. CSTB ist an der Erarbeitung eines vereinfachten Prognosemodells für den französischen Holzbau bereits gut vorangeschritten. In Rosenheim wurde ein FEM basiertes Prognosemodell für Trittschalldämmung erstellt und an der PTB wurden umfangreiche Untersuchungen zum Thema Körperschall durch Haustechnik und im Trittschall durchgeführt. In Österreich, wo im Umfeld der TU Graz die ersten mehrgeschossigen Bauten bereits ab 1996 in Massivholz entwickelt und konstruiert wurden, sind insbesondere zahlreiche Optimierungen der Schalllängsleitung, der Bauteilaufbauten und der Bausysteme durchgeführt worden. Die bis heute damit gesammelten Erkenntnisse zeigen, dass es erforderlich wird, die Stoßstellenproblematik umfassender zu betrachten. Daher ist es erforderlich die vorhandenen Simulations- und Berechnungsmodelle hinsichtlich wesentlicher charakteristischer Eigenschaften derzeit eher lokal und oft projektspezifisch definierter, die Schalldämmung maßgebend beeinflussender Fertigungsgrößen zu erweitern, um daraus schließlich globalere Modelle gemeinsam mit Fertigungsvorgaben zu entwickeln.  Dennoch existieren bis heute noch keine vollständigen und wissenschaftlich fundierten Prognosemodelle. Für die zB. in Österreich häufig eingesetzten CLT-Holzbausysteme dient heute lediglich ein umfassender Bauteilkatalog auf Basis von Messungen als Planungsgrundlage.

Literatur

Thaden R (2005) Auralisation in building acoustics, Dissertation RWTH Aachen.

Clasen D (2008) Numerische Untersuchung der akustischen Eigenschaften von trennenden und flankierenden Bauteilen, Dissertation TU Braunschweig.

Ramis J, Segovia E, Alba J, Carbajo J, Godinho L (2012) Numerical evaluation of the vibration reduction index for structural joints, Archives of Acoustics, 37, 2, 189-197.

Öqvist R, Ljunggren F, Agren A (2012) On the uncertainty of building acoustic measurements – Case study of a cross-laminated timber construction; Applied Acoustics, 73, 9, 904-912.

Arbeitshypothese und methodischer Ansatz

Zur Untersuchung des schalltechnischen Verhaltens von Konstruktionen werden zum einen SAE-basierende Modelle verwendet, zum anderen werden aber auch FEM und BEM- Modelle immer leistungsfähiger. Auch Wave-Based Modelle wurden insbesondere in der Fahrzeugtechnik und im Maschinenbau erfolgreich für die Analyse akustischer Effekte eingesetzt. Auf der Laborseite wiederum werden zum einen ebenfalls Energiemodell verwendet, zum anderen aber auch zunehmend Modalanalyse und Intensitätsmesstechnik. Eine Umsetzung im Baubereich für den Holzbau ist in Hinblick auf das komplexe verhalten von Holzkonstruktionen erforderlich. Eine weitere Herausforderung im Massivholzbau besteht in der Modellbildung der Stoßstellen und die Definition einer geeigneten Modellbeschreibung.

Erwartete Ergebnisse

In der Studie sollen geeignete Werkzeuge für die Modellbildung, die Ermittlung der Randbedingungen und der Beschreibung von Stoßstellen erarbeitet werden , die es zukünftig erlauben, auf Basis dieser Vorgangsweise Stoßstellen zu beschreiben und auf Basis dieser Werte Daten für Prognosemodelle, wie sie für z.B. den Betonbau in der EN 12354 abgebildet wurden, bereitstellen zu können. Dadurch wird zum einen die Entwicklung innovativer Systeme, aber auch die praktische Umsetzung von hochwertigen Massivholzbauten wesentlich erleichtert. Gute Prognosemodelle sind aber auch ein Wettbewerbsfaktor und führen zu einer höheren Akzeptanz des Materials in der Bauwirtschaft. Durch das bessere Verstehen der Mechanismen wird aber auch die Basis für die Bewältigung zukünftiger Anforderungen zum Beispiel im tieffrequenten Bereich geschaffen.

Beitrag zu den Programmzielen

Ressourceneffizienz und deutlich verbesserte Wettbewerbsfähigkeit in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht von innovativen Holzwerkstoffen und Engineered Wood Products, die auf Basis der neuen Erkenntnisse des detaillierten bauakustischen Verhaltens entwickelt werden können.

dokinholz.tuwien.ac.at