Ein Beispiel aus der Schweiz

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1 Im Blickpunkt: Hoch hinaus 4/2015 Ein Beispiel aus der Schweiz Tragwerksplanung und Schallschutz bei mehrgeschossigen Wohnbauten Die Gruppe von Mehrfamilienwohnhäusern im Baugebiet Suurstoffi Rotkreuz am Rande von Zürich sind Mischbauweisen, bei dem der Beton eine untergeordnete Rolle spielt. Holzbauteile sorgen primär für alle Lastabtragungen und Aufsteifungen. Beton kommt bei den HBVDecken und für die Treppenstufen und podest zum Einsatz. Setzungen durch quer zur Faser belastete Hölzer können auch beim Bauen mit trockenem Holz zum Problem werden, wenn mehrere Geschosse übereinander gestapelt werden. Deshalb entwickelten die Konstrukteure ein spezielles Stützensystem für die vertikalen Lasten. Besonders wertvoll waren bei diesem Projekt umfangreiche schalltechnische Messungen vor Ort. Sie belegen überzeugend die hohe akustische Qualität, die mit Holzbauteilen zu erreichen ist. Sie zeigen auch die Stärken und Schwächen von Holzrahmen und Massivholzbauteilen und vergleichen HolzBetonVerbund mit Brettstapeldecken bezüglich Luftund Trittschall. Hierfür konnten 5 Häuser in Brettsperrholzbauweise herangezogen werden, die im gleichen Baugebiet von den Architekten Müller Sigrist AG aus Zürich entworfen wurden. Autoren: Lukas Wolf, PIRMIN JUNG Ingenieure für Holzbau AG, CHRain LU Tragkonstruktion der Häuser Der architektonische Entwurf der Gebäude 14 entstammt der Feder von MASS WERK Architekten aus Kriens (CH). Die Gebäude verfügen in jedem der vier Geschosse über mehrere Wohnungen mit 1,5 bis 5,5 Zimmern. Bereits in der Wettbewerbsphase wurde das Projekt zusammen von den Architekten und dem Holzbauingenieur entwickelt. Um einen effizienten, kompakten und kostenoptimierten Holzbau realisieren zu können, wurde beim Entwurf darauf geachtet, dass sich die Raumeinteilung an relativ einheitlichen Spannweiten orientiert und dass die wohnungsinternen und wohnungstrennende Wände als lastabtragende Achsen genutzt werden können. Auch die horizontale Aussteifung der Häuser 14 erfolgt über die inneren und äusseren Holzrahmenbauwände. Bei der Häusergruppe 59 der Architekten Müller Sigrist AG, Zürich, und der Ingenieure MKP Merz Kley Partner, Dornbirn wurde das statische System der Innenbauteile durch Brettsperrholz gebildet. Die Rahmenbauweise kam hier auch bei den Aussenwänden zum Einsatz. Im Folgenden wird auf die Konstruktionsweise der Häuser 14 näher eingegangen. Abb. 2: Grundriss eines Gebäudes und die lastabtragenden Achsen (farbig markiert) Bildquelle: MASSWERK AG, CHKriens Abb. 1: Großbaustelle in Rotkreuz. Vier mehrgeschossige Wohnbauten mit Holzbauwänden und HolzBetonVerbunddecken.

2 MST. 1:10 REV. 4/ Im Blickpunkt: Hoch hinaus ussenwand KertoUnterzug Beim Entwurf der Wohnungsmodule haben die Architekten besonders darauf geachtet, dass jede Wohnung über grosse Fensteröffnungen verfügt und dass jede einzelne Nutzungseinheit sei diese noch so klein Zugang zu einem der nach Süden und Westen orientierten Balkone hat. Im inneren Gebäudeteil sind Nasszellen und weitere untergeordnete Räume positioniert. Auch die Vertikalerschliessung mit der gesamten Gebäudetechnik erfolgt in diesem Abschnitt. Die Erschliessung der einzelnen Wohneinheiten erfolgt über den zentral gelegenen Treppenhauskern ebenfalls in Holzbauweise. Aus Gründen des Brandschutzes wurden die Decken sowie die Treppenläufe und Podeste mit vorfabrizierten Betonelementen realisiert. Maßnahmen gegen Setzungsprobleme Die Decken liegen auf den Aussenwänden geschossweise auf. Als Auflager dient ein umlaufender, Lförmig verklebter Träger aus kreuzweise verleimten Furnierschichtholz (KertoQ), s. Abb. 3 und 4. Der Träger überspannt in den 325 Brandabschnitt: EI30 Abb. 3: Deckenanschluss Holzrahmenbau Aussenwand an Holzbetonverbunddecke. Anzeige adensystem) warz /mk atten Querschnitt Außenwand (außen innen) Metallfassade Einfache Lattung oder Kreuzrost (je nach Fassadensystem) Fassadenbahn UVbeständig, Stamisol FA, schwarz Gipsfaserplatte Fermacell 15mm Rippen C24 80/280, a= 625mm Dazwischen: Dämmung 280mm, l < 0.036W/mK Gipsfaserplatte Fermacell 15mm Luftdichtheitsschicht/ Dampfbremse vollflächig (Siga Majpell) zwischen den Platten Gipskartonplatte Typ F 15mm Halle 10 / Stand 4 Abb. 4: Montage der tragenden Wände auf der Brettstapeldecke Innovationen für den Holzbau

3 Im Blickpunkt: Hoch hinaus 20 4/ nwand Abb. 5: Fensterbereichen die Öffnungen und bildet so einen Sturz BRANDAnschluss Tragwerk: Wohnungstrennwand Brandabschnitt: an HolzbetonVerbunddecke R60 EI60 aus, der unerwünschten Biegeverformungen über den PROJEKT Konstruktionsaufbau Suurstoffi BF3 Masswerk Haus 14 PLANNR. Wohnungstrennwand DET.315 Fenstern entgegenwirkt. ell 15mm Gipskartonplatte 15 mm PHASE Ausführung MST. Gipsfaserplatte Fermacell 15mm Um Setzungen 1:10 durch liegendes REV. Holz zu vermeiden, mm ERSTELLT Rippen a = azw/ mm / Dämmung m (nichtbrennbar nbb) 120 mm, mm m ell 15mm Zusätzliche Verstärkungen aus Stahlprofilen wurden über grossen Fensteröffnungen zu den Balkonen und bei größeren Durchbrüchen von tragenden Innenwänden eingesetzt, s. Abb. 4. mat: A4 hoch (210x297 mm) Wandrippen mit Zapfen Schubkerve in Schwelle Schubkerve im Füllholz sind die lastabtragenden Stockwerkübergang Dämmung (nbb) 30 mm Treppenhauswand (Wandscheibe Typ D) Rippen a = 625 mm / Dämmung Hauptstützen so ausgebildet, Wohnungstrennwand (nbb) 120 mm dass die Stützen auch im Bereich der Deckenkonstruktion Die wohnungstrennenden Gipsfaserplatte Fermacell 15 mm Gipskartonplatte 15 mm durchlaufen und Stirne auf Innenwände sind analog zu Stirne gestossen werden. Die den Aussenwänden als Rahmenbauwände konzipiert. Der Konstruktionsaufbau Decke konstruktiv erforderlichen Brettstapeldecke 120 mm Überbeton 120 mm Schwellen werden von den zweischalige Aufbau dient der Mineralfaser TSD 40 mm Unterlagsboden (Estrich) 80 mm Endzapfen der Stützen durchstossen. Diese Stützen liegen in jeder tragenden Wand (vgl. Abb. 3, rosa eingefärbter Bereich) schalltechnischen Trennung der angrenzenden Nutzungseinheiten. Die wohnungsinternen, tragenden Holzrahmenwände sind einschalig ausgeführt und beidseitig mit jeweils einer Gipsfaser und einer Gipskartonplatte beplankt. Wie bei der Aussenwand durchstossen auch bei den tragenden Innenwänden die lastabtragenden Stützen die Schwellenhölzer mit einem Zapfen. So sind alle Stützen Stirn auf Stirn verbunden und es wird kein liegendes Holz belastet. Der Überbeton ist aus statischen Gründen als Scheibe ausgebildet und vollflächig eingegossen. Deshalb sind die Holzstützen bei Wohnungstrennwänden und Innenwänden im Bereich des Überbetons gestossen (Abb. 5). Um die Schubkräfte aus Wind und/oder Erdbebeneinwirkung aus den Deckenscheiben in die aussteifenden Wandscheiben einzuleiten bzw. die aussteifenden Wandscheiben untereinander schubsteif zu verbinden, weisen die statischen Wandscheiben an Kopf und Fussende regelmässige Schubkerven auf. Die kraftschlüssige Verzahnung zwischen dem Beton und dem Schwellenholz der aussteifenden Wände garantiert eine einfache aber effiziente Kraftübertragung. Vertikale Zug und Druckkräfte wurden über eingelassene Stahlteile gekoppelt. Elektrische Installationen sowie haustechnisch bedingte Einlagen und Verstärkungen wurden in der Planung berücksichtigt und in der Produktion des Holzbauers in die REI Abb. 6: Anschluss Treppenhauswand (links: Brettsperrholz, rechts: Holzrahmenbautafel) an Treppenpodest und Geschossdecke. Wohnung A K60(nbb) 120 REI K60(nbb) Treppenhaus Konstruktionsaufbau Trennwand Von der Wohnung zum Treppenraum 2 * Gipsfaserplatte Fermacell mm Brettsperrholz, 120 mm, Dämmung (nbb) 20 mm Rippen a = 625 mm / Dämmung (nbb) 120 mm 2 * Gipsfaserplatte Fermacell mm

4 4/ Im Blickpunkt: Hoch hinaus Elemente integriert. Durch diese weit reichende Vorfertigung konnte die Bauzeit optimiert werden, da die Leerrohre am Bau nur noch anzuschliessen und über die Decken weiter zu führen waren. Im Bereich der wohnungstrennenden Innenwände musste von den Planern nur darauf geachtet werden, dass keine gegenüberliegenden Elektrodosen eingebaut wurden, was eine Verschlechterung des Schallschutzes mit sich bringen würde. Betonbau trifft Holzbau: Treppenhaus und HBVDecken Die Treppenhauswände sind ebenfalls zweischalig in Holzbauweise ausgeführt. Obwohl das gesamte Projekt grundsätzlich in Bezug auf den Brandschutz ein Standardkonzept abbildet, weicht es in diesem Punkt davon ab. Die viergeschossigen Treppenhauswände wurden unter Zustimmung der zuständigen Gebäudeversicherung als gekapselte Konstruktion K60 ausgebildet; wobei die Kapselung durch eine doppelte Beplankung mit Gipsfaserplatten von 2xmm Dicke erreicht wurde. Die Wandschalen bestehen aufgrund der statischen Anforderungen jeweils aus einer Kombination von Brettsperrholzplatten und Rahmenbauweise. Im Bereich der Wohnungen wurden HolzBetonVerbund Decken (HBV Decken) eingesetzt mit darunter liegenden, vollflächigen Brettstapelelementen. Der Grund für diesen Entscheid liegt in verschiedenen architektonischen und technischen Argumenten. Einerseits wurde Wert darauf gelegt, dass die Deckenkonstruktionen möglichst einheitlich und schlank ausgebildet werden konnten, ohne dass dadurch ein technischer Nachteil resultieren durfte (v.a. in Bezug auf den Schallschutz und das Schwingungsverhalten der Decke). Anderseits wollten die Architekten ein kontinuierliches Deckenbild über die gesamte Raumbreite, welches mit Platten, Hohlkasten oder liegendem Brettschichtholz nicht zu realisieren ist. Die Kontinuität der einzelnen, scharfkantigen, weiss lasierten Brettlamellen ist auch dasjenige Element, das den Holzbau im Rauminnern wieder spiegelt. Die Ausnahme bilden, aus brandschutzrelevanten Aspekten, die Decken im Treppenhauskern. Die geforderte Nichtbrennbarkeit wird in diesem Abschnitt mit vorfabrizierten Beton Filigranelementen erreicht. Die Elemente werden analog den Wohnungsbereichen mit einer 120 mm dicken Schicht aus Ortbeton übergossen wodurch eine zusammenhängende Betonscheibe über den gesamten Gebäudegrundriss gewährleistet wird. Im Flachdach wurde aufgrund der reduzierten Lasten auf den Überbeton verzichtet und eine leichtere, gedämmte Brettstapelkonstruktion eingesetzt, um die gleiche Deckenoptik zu erzielen wie in den Wohnungen der ersten drei Stockwerke. Vor Ort Messungen zum Schallschutz In verschiedenen Konstruktionsbereichen aller Häuser wurden jeweils an einer ausgewählten Anzahl Stellen VorOrtMessungen durchgeführt. Die Decken wurden in Bezug auf Luft und Trittschall, die Trennwände hinsichtlich des Kriteriums Luftschall untersucht. Die Schallmessungen wurden auch bei den Häusern 5 9 durchgeführt. Die Aussenwände sind in diesen Häusern ebenfalls in Holzrahmenbauweise erstellt (Rippen 2 x 120 mm, erste Lage vertikal, zweite Lage horizontal) aber zusätzlich mit einer inneren Vorsatzschale versehen (50 mm freistehende Metallständer auf Gipsblöcke, Mineralfaser im Hohlraum, Gipskartonplatte mm). Die Last abtragenden Innenwände bestehen aus einer 95 mm dicken Brettsperrholzplatte und sind beidseitig (direkt) mit zwei 15 mm dicken Gipskartonplatten beplankt. Die Decken bestehen aus 160 mm BSPElementen mit 100 mm Splittschüttung, 60 mm Mifa Trittschalldämmung und 77 mm Unterlagsboden (Estrich) Die Schallmessungen wurden auch im Tieftonbereich ausgeführt (bis 50 Hz). Der Tieftonbereich < 100 Hz wird bislang in der Schweizer Norm SIA 1 genauso wenig DER STAR UNTER DEN DAMPFBREMSEN kostenlose beratung und sicherheit inklusive die spezielle Funktionsmembran der AIRSTOP DIVA FORTE+ reagiert auf die Feuchtigkeit ihrer umgebungsluft und verändert dadurch ihren diffusionswiderstand. sie kann bei ausreichender solarer einstrahlung die sommerliche austrocknung des bauteils fördern. Tel.: +43 (0) Abb. 7: Montage der ersten Hälfte einer Treppenhauswand. Ansichtseite: vormontierte Dämmplatte der Elementfuge. HOHE SDSPREIzUNg S d 0,05 30 m Anzeige Beachten Sie unbedingt den Bauablauf wir beraten Sie gerne!

5 Im Blickpunkt: Hoch hinaus 22 4/2015 Abb. 8: Messergebnisse Luftschallschutz Decken (Mittelwerte). a) (links) Haus 1 4 (HolzBetonVerbund Decke) R w (C) = 62 db, D i,tot = 61 db: Ergebnisse bis 50 Hz: sehr gut (R w (C ) = 62 db) b) (rechts) Haus 5 9 (Brettsperrholz Decke) R w (C) = 64 db, D i,tot = 63 db: Ergebnisse bis 50 Hz: sehr gut (R w (C ) = 63 db) Abb. 9: Messergebnisse Trittschallschutz Decken (Mittelwerte). a) (links) Haus 1 4 (HolzBetonVerbund Decke) L n,w (C i ) = 43 db, L tot = 42 db: Variabilität mässig, Ergebnisse bis 50 Hz sehr gut (L n,w (C i, ) = 44dB) b) (rechts) Haus 5 9 (Brettsperrholz Decke) L n,w (C i ) = 46 db, L tot = 45 db: Variabilität gering, Ergebnisse bis 50 Hz i.o. (L n,w (C i, ) = 51dB) berücksichtigt wie in Deutschland und Österreich. Jedoch ist ein guter Schallschutz auch in diesem Bereich massgebend, um einen entsprechenden Akustikkomfort zwischen den Nutzungseinheiten zu erreichen. Forschungen über das akustische Wohlbefinden von Bewohnern zeigen, dass Lärmquellen wie Musikanlage mit Subwoofer oder Barfussgeräusche als äusserst störend wahrgenommen werden können, auch wenn die erhöhten Anforderungen nach der Norm erfüllt werden. Decken: Brettsperrholz plus Splitt contra Holzbetonverbund Beide Deckensysteme liefern sehr gute Messergebnisse. Die erhöhten normativen Anforderungen werden beim Luftschallschutz um 6 bis 8 db überschritten (Abb. 8 a/b). Dies ist umso erfreulicher als es sich um Baustellenmessungen handelt, die alle Neben Infokasten: Schallschutzanforderungen in der Schweiz In der Schweiz gelten Schallschutzanforderungen, die für Decken die SpektrumAnpassungswerte verwenden, die sich auf ein vergleichbares Frequenzspektrum beziehen, wie bei der Ermittlung des Schalldämmmaßes (R w ) nach DIN 4109 (also ohne Tieftonbereich): Luftschall bei Wohnungstrennwänden und decken D i,tot = D nt,w + C C v [db] 55 db (erhöhte Anforderungen zwingend für Eigentumswohnungen) 52 db (Mindestanforderungen zwingend für Mietswohnungen) D nt,w : bewertete StandardSchallpegeldifferenz in db C: SpektrumAnpassungswert gemäss ISO 7171 ( Hz) in db C v : Volumenkorrektur gem. SIA Norm 1(2006) in db (C v =0, wenn V 200 m³) Trittschall bei Wohnungstrenndecken L tot = L nt,w + C I + C v [db] 50 db (erhöhte Anforderungen) 53 db (Mindestanforderungen) L nt,w : bewerteter StandardTrittschallpegel in db C I : SpektrumAnpassungswert gemäss ISO 7171 ( Hz) in db C v : Volumenkorrektur gem. SIA Norm 1(2006) in db (C v = 0 wenn V 200 m³)

6 4/ Im Blickpunkt: Hoch hinaus Anzeige nagel TYP II schraube DS patentiert Abb. 10: Messergebnisse Luftschall Wohnungstrennwände (Mittelwerte): Haus 1 4 (Rahmenbauweise) R (C) = 65 db, D = 66 db: erhöhte w i,tot Anforderungen erfüllt. Ergebnisse bis 50 Hz sehr gut (R w (C ) = 64 db) Haus 5 9 (Brettsperrholzbauweise) R w (C) = 66 db, D = 67 db: i,tot Ergebnisse bis 50 Hz genügend (R w (C ) = 55 db) wege und die Unwägbarkeiten der Bauausführung beinhalten. Die Reduzierung der Nebenwegübertragungen erfolgte zum einen durch die Entkoppelungswirkung der Plattformbauweise und zum andern durch zwei biegeweiche Gipsplatten bei den Aussenwänden in den Häusern 1 4 und in den Häusern 5 9 durch die Vorsatzschale. Beide DeckenWandSysteme erreichen beim Luftschallschutz mit Mittel vergleichbare Werte. Die hohe Qualität beider Deckenvarianten zeigt sich nicht zuletzt darin, dass die Luftschalldämmung auch bei Erweiterung des Frequenzbereichs unter 100 Hz keine nennenswerten Einbrüche zeigt (Vergleiche R w und R w (C ) unter den Grafiken). Den zulässigen Trittschallpegel für die erhöhte Anforderung nach SIA 1 unterschreiten die beiden Systeme um 5 bis 8 db (Abb. 9 a/b). Für die HBVDecke sind die Werte besonders gut dank der erhöhten Masse der Rohdecke. Sehr günstig wirkt sich ebenfalls aus, dass der Überbeton bis unter die Trennwand geht und so die Flankenübertragung reduziert wird. Legt man die Messlatte für den zulässigen Trittschallpegel ( 50 db) auch bei erweitertem Frequenzbereich zu Grunde, so zeigt sich, dass die HBVLösung so viele Reserven besitzt, dass in allen Fällen auch unter Einbeziehung der tiefen Frequenzen diese anspruchsvollen Ziele sicher eingehalten werden. Bei der BSH + Splittlösung gelingt dies nur in einem von drei untersuchten Fällen. Dennoch ist auch dieser Konstruktionsweise eine hohe Qualität der Trittschalldämmung im Tieftonbereich zu bescheinigen. Schallschutz der Wohnungstrennwände Neben der oben beschriebenen zweischaligen HRB Trennwand wurde die in Häusern 5 9 ausgeführte Lösung mit zwei BSPWänden mit zusätzlichen Vorsatzschalen durch Baumessungen untersucht, vgl. Abb. 10). Beide Wandsysteme liefern den geforderten erhöhten Schallschutz mit großer Sicherheit (10 bis 12 db über der Grenze der Norm). Die Reduzierung der Nebenwegübertragungen durch schallentkoppelte Trennungen im Bereich der angrenzenden Bauteile (Aussenwand, Dach, Decke, Boden) spielt dabei eine massgebende Rolle. Im StandardFrequenzbereich scheint die BSPWand sogar etwas besser zu sein als die HRBVariante. Aber im Tieftonbereich verkehrt sich diese Einschätzung drastisch ins Gegenteil. Mit Spektrumsanpassung liegt die Rahmenbauweise deutlich günstiger. Der Unterschied beträgt ca. 5 8 db im bewerteten Bau SchalldämmMass R w (C ) und sogar db im kritischen Frequenzbereich von 50 bis 80 Hz, s. frequenzabhängige Kurven in Abb. 8. Der Grund hierfür liegt hauptsächlich in der günstigeren Resonanzfrequenz durch den grösseren Abstand zwischen den Schalen (nur 30 mm zwischen den beiden BSH Wänden und 270 mm zwischen den Gipsbeplankungen der HRBWände). Der erhöhte Bauaufwand mit Vorsatzschalen bei der Massivholzbauweise lässt diese Bauweise nicht nur akustisch sondern auch wirtschaftlich als wenig empfehlenswert erscheinen. Dämmputzschraube DPS patentiert befestiger VT schraube DK DGBMNr AUF BETON + MAUERWERK GmbH Rahmedestr D58762 Altena TEL +49(0)23 52 / FA X +49(0)23 52 / Friedr.Tr urnitgmbh@tonline.de urnitfriedr.de