Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess

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1 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess B. Kübler 1 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess Bernhard Kübler Kurz und Fischer GmbH DE-Feldkirchen - Westerham

2 2 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess B. Kübler 6. HolzBauSpezial Bauphysik HBS 2015

3 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess B. Kübler 3 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess 1. Einleitung Die Vielfalt der im modernen Holzbau möglichen Konstruktionen ergibt zunächst eine relativ große Freiheit für Umsetzung architektonischer Ideen. Auch werden oft die Möglichkeiten der beteiligten Holzbaubetriebe durch eine angepasste Planung möglichst gut ausgeschöpft. In bauakustischer Hinsicht führt dies allerdings mehr und mehr zu Lösungen, welche weder in aktuellen Normverfahren noch in bereits ausgeführten Bauvorhaben zu finden sind. Dies bedeutet, dass der Akustiker sich oft auf seine Erfahrung und nicht zu selten auch auf sein Gespür verlassen muss. Ein rechnerischer Nachweis, wie er im Massivbau (ausgenommen moderne Wärmedämmziegel) relativ einfach möglich ist, kann hier oft nur zur Orientierung und mit großen rechnerischen Unsicherheiten behaftet geführt werden. Zwar sind Norm-Trittschallpegel und auch Luftschalldämmmaße unterschiedlichster Aufbauten bekannt und in verschiedensten Veröffentlichungen einsehbar, doch spätestens bei der Betrachtung der Flankenübertragung ergeben sich oft Situationen, welche mangels verlässlicher Prüf- oder Rechenwerte rechnerisch nicht abgebildet werden können. Zwar bietet die DIN EN ein Rechenverfahren, welches die Berücksichtigung der Flankenübertragung ermöglicht, die entsprechenden Übertragungswerte sind jedoch nur für eine stark begrenzte Anzahl von Konstruktionen im Holzbau vorhanden. Nur im Falle einer Planung mit durchgehend standardisierten Aufbauten und Anschlüssen ist eine relativ genaue Prognose des zu erwartenden Schallschutzniveaus möglich. Im vorliegenden Bericht werden anhand eines Beispielprojektes, hier einem Anbau einer Schule, die Anforderungen an den Bauakustiker und die gewählte Herangehensweise dargestellt. 2. Betrachtetes Bauvorhaben Bei dem Bauvorhaben handelt es sich um die Erweiterung einer bestehenden Realschule um ein dreigeschossiges Gebäude mit einer Mensa und Technikräumen im UG und mehreren Unterrichtsräumen im EG und 1.OG. Da das Untergeschoss in Stahlbeton erstellt wird, ist dies aus bauakustischer Sicht zunächst relativ einfach umzusetzen. Problematischer wird es in den oberen beiden Geschossen, welche beide in Massivholzbauweise aus Brettsperrholz gebaut werden sollten. Üblicherweise wird hier meist der Weg gewählt die Decken neben dem ohnehin obligatorischen Zementestrich auf einer weichen Trittschalldämmung mit einer Beschwerung aus Split Schüttung zu versehen und auf der Unterseite eine abgehängte Unterdecke anzubringen. Die Wände werden meist beidseitig mit einer Vorsatzschale an Federschienen ausgestattet. Mit diesen Maßnahmen können erfahrungsgemäß die Anforderungen der DIN 4109 an den Schallschutz in Unterrichtsbauten eingehalten werden. Aus Sicht des Architekten und Bauherren ist dies jedoch weniger erfreulich, da man ja einen Holzbau auch vorzeigen möchte und das Holz nicht hinter großen Mengen Gipskarton versteckt werden soll. So ist man also als Bauakustiker bereits bei Beginn der Planung derjenige, der die ganzen schönen Sichtholzflächen verstecken will. Gelegentlich erhält man dabei noch Unterstützung vom Fachplaner für den Brandschutz, welcher auch großflächigen Gipskartonbeplankungen oft nicht abgeneigt ist. Handelt es sich jedoch um sehr dicke Massivholzquerschnitte so fällt auch dieses Argument weg. Im vorliegenden Falle sollte je Unterrichtsraum mindestens eine Massivholzwand und die Massivholzdecke sichtbar bleiben. Dies hatte zum einen architektonische Gründe, zum anderen wurden die Holzoberflächen als zusätzliche Speichermasse für den sommerlichen Wärmeschutz benötigt, um im gesamten den Anforderungen an den Passivhausstandard zu genügen. Somit fällt zum einen die Reduzierung der Schallübertragung durch die Vorsatzschalen in vielen Bereichen weg und zum anderen muss das im Vergleich zur Gipskartonplatte völlig andere Abstrahlverhalten der Massivholzkonstruktion berücksichtigt werden. Zumal es

4 4 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess B. Kübler 6. HolzBauSpezial Bauphysik HBS 2015 sich aus statischen Gründen um Wände mit einer Stärke von d=20 cm und um Decken mit d = 30 cm handelt, für welche keine Prüfwerte zur Schalldämmung und/oder zum Abstrahlgrad bekannt waren. Für den Bauakustiker stellt sich also zunächst das Problem, dass zwar sehr massive Holzquerschnitte geplant sind und somit auch durchaus gewisse Massen vorhanden sind, aufgrund des unbekannten Abstrahlverhaltens der Massivholzplatten aber nur bedingt Aussagen zur schalltechnischen Eignung der Konstruktionen gemacht werden können. Die entsprechenden Normenwerke kennen solche Konstruktionen ohnehin nicht und die üblicherweise im Wohnungsbau verwendeten und teils auch im Labor geprüften Konstruktionen haben deutlich dünnere Querschnitte und sind fast immer mit zusätzlichen Vorsatzschalen versehen. 3. Rechnerischer Ansatz Aus den oben genannten Gründen ist also eine Berechnung nach den gängigen Berechnungsverfahren ausgeschlossen. Zwar wurde vermutet, dass sich bei solchen Querschnitten durchaus Ansätze aus dem Bereich des Massivbaus verwenden lassen, hier kann jedoch von deutlich tieferen Koinzidenzgrenzfrequenzen ausgegangen werden, weshalb nicht klar ist, ob sich diese Ansätze dann auch in der Praxis heranziehen lassen. Trotzdem wurde in Absprache mit dem Bauherrn beschlossen, sich am Massivbau zu orientieren. Dabei wurde für die Prognose des Trittschalls der Ansatz gemäß Beiblatt 1 der DIN 4109 herangezogen und für die Prognose des Luftschalls das Berechnungsverfahren nach der allgemein Bauaufsichtlichen Zulassung Z vom Diese kann als angepasste Variante der DIN EN gesehen werden, welche zur Prognose der Luftschalldämmung bei der Bauweise mit leichten Wärmedämmziegeln herangezogen werden kann. Gemäß den Berechnungsansätzen wurden nun zunächst die Decken und Wände so ausgelegt, dass die Anforderungswerte an den Luft- und Trittschall eingehalten, bzw. im Fall des Trittschalls sogar etwas unterschritten werden sollten um auch im untersten Bereich des bauakustisch relevanten Spektrums noch akzeptable Werte zu erhalten. Da, wie bereits oben erwähnt, das Abstrahlverhalten, vor allem das der Decken, nicht bekannt war, wurde mit dem Bauherren vereinbart, dass nach Fertigstellung des Rohbaus und der Estrich aufbauten bauakustische Messungen in einigen Referenzräumen durchgeführt werden sollten um nötigenfalls noch in der Bauphase eine abgehängte Deckenkonstruktion nachrüsten zu können. 4. Konstruktive Lösungen Die oben beschriebenen Berechnungen führten zu Aufbauten, welche im Massivholzbau durchaus üblich sind, wobei hier eben auf die obligatorischen Gipskartonunterdecken verzichtet wurde. Die Wände wurden als Massivholzwände mit einseitig angebrachter Vorsatzschale aus Gipskartonplatten mit Mineralwollbedämpfung geplant. Die Decken wurden oberseitig mit einer 9 cm dicken Splittschüttung beschwert und darauf ein schwimmender Zementestrichaufbau verlegt. Unterseitig wurden zunächst nur Maßnahmen für die Raumakustik geplant und die abgehängte Decke als Eventualposition behandelt. Um trotz nur einer Vorsatzschale pro Innenwand und trotz des Verzichts auf Vorsatzschalen an einigen Aussenwänden die vertikale Schallübertragung über die Wände zu verringern wurde zusätzlich eine Entkopplung der Wände in der Ebene der Geschossdecken geplant. Dies wird im mehrgeschossigen Wohnungsbau in den letzten Jahren vermehrt mittels spezieller Verbindungsmittel gelöst, welche einerseits die statisch nötigen Verbindungen schaffen und andererseits einen gewissen Entkopplungsgrad zulassen. Im vorliegenden Fall war eine solche Lösung jedoch aus statischen Gründen nicht möglich, weshalb die beteiligten Ingenieure über andere Möglichkeiten nachdenken mussten. Als Lösung wurde eine Art Fingerzapfen-Verbindung im Großformat angedacht, wobei die Trennfuge entlang der Zapfen so ausgeführt wurde, dass sie über die gesamte Länge mit einem Elastomer ausgelegt werden konnte. Dies ermöglicht eine formschlüssige Verbindung zur Übertragung der Horizontallasten. Die aufzunehmenden Vertikallasten werden über Lochbänder abgefangen.

5 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess B. Kübler 5 5. Messtechnische Überprüfung Nach Fertigstellung des Rohbaus wurden Messungen zur Luft- und Trittschallübertragung in dem Gebäude durchgeführt um die Notwendigkeit der zusätzlichen Unterdecke zu überprüfen. Dabei wurde in mehreren unterschiedlichen Situationen der Luft- und Trittschall einer Geschossdecke gemessen ebenso in mehreren Situationen die Luftschalldämmung von Trennwänden zwischen Unterrichtsräumen. Zusätzlich zu den Trittschallmessungen wurde ausserdem zur weiteren Überprüfung der tieffrequenten Trittschallübertragung das Gehgeräusch eines durchschnittlich großen Gehers beim Gehen ohne Schuhe gemessen Messung der Trittschallübertragung Die Norm-Trittschallpegel wurden in zwei kritischen Situationen messtechnisch überprüft. Es handelt sich dabei jeweils um Eckräume, bei denen nur eine der vier flankierenden Wände mit einer Vorsatzschale versehen ist. Eine Außenwand ist vollständig geschlossen und ohne Vorsatzschale, die zweite Aussenwand besteht zu einem sehr großen Teil aus einer Pfosten-Riegel-Fassade. Die Grundrisssituation kann der Abbildung 1 entnommen werden. Der schwimmende Estrich war zum Zeitpunkt der Messung fertiggestellt, der Fußbodenbelag war noch nicht eingebaut. Für diese Situation wurde nach dem Berechnungsverfahren der DIN4109 Bbl.1 für die Trittschalldämmung in Gebäuden in Massivbauart ein Norm-Trittschallpegel von L n,w =50 db (ohne Vorhaltemaß) prognostiziert. Die Messung ergab einen Norm-Trittschallpegeln von L n,w =49 db. Die genauen Messergebnisse können der Abbildung 2Abbildung 2: Norm-Trittschallpegel, gemessen von 1.OG zu EG entnommen werden. Auch die Messungen der Gehgeräusche ergaben Pegel in durchaus akzeptablen Größenordnungen. Abbildung 1: Grundrisssituation Messung Trittschall

6 Norm-Trittschallpegel L' n je Terz in db 6 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess B. Kübler 6. HolzBauSpezial Bauphysik HBS 2015 Prüfgegenstand: Trenndecke zwischen Unterrichtsräumen Sendung: 1.OG, Klasse 9 Aufbau: Brettsperrholzdecke Empfang: EG, Klasse 5 mit Schüttung und schw. Estrich ohne Gehbelag, ohne abgehängte Unterdecke Empfangsraum: Volumen V E 201,9 m³ Zustand leer Art Unterrichtsraum Frequenz L'n f Terz Hz db 50 62, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,8 Die Ermittlung basiert auf Gebäude- Messungen, die in Terzbändern gewonnen wurden. 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 Norm-Trittschallpegel L' verschobene Bezugskurve Frequenz f in Hz Bewertung nach DIN EN ISO Beurteilung nach DIN 4109/11.89 Bewerteter Norm-Trittschallpegel L' (C) = 49 (0) db Anforderung: erf. L' = 53 db (Spektrum Anpassungswert C l, = 6 db) Beurteilung: erfüllt Abbildung 2: Norm-Trittschallpegel, gemessen von 1.OG zu EG 5.2. Messung der Luftschallübertragung Die Luftschallübertragung wurde an zwei Geschossdecken und an drei Trennwänden überprüft. Die Geschossdecken hatten beide Werte, welche deutlich über den Anforderungen und im Bereich der prognostizierten Schalldämmmaße lagen (R w,1 = 59 db und R w,2 = 55 db). Bei der Luftschallübertragung der Klassenraumtrennwände wurden Werte im Bereich vonr w = [49 db 54 db] ermittelt. Die Differenzen erklären sich vor allem über unterschiedliche Flankensituationen. So waren in einer Situation die flankierenden Flurwände zwar im Bereich der Trennwand getrennt, mussten jedoch aus statischen Gründen mittels Lochblechen über die Stoßfuge hinweg verbunden werden. In einer anderen Situation ist ein Teil der Aussenwand als Stahlbetonwand ausgeführt und somit hinsichtlich der Schalllängsleitung deutlich unkritischer. Bei einer Messung waren leichte Undichtigkeiten im Anschlussbereich zur Fassade die Ursache für hochfrequente Einbrüche im Schalldämmmaß. Beispielhaft wird hier das Messergebnis einer Trennwand zwischen zwei Unterrichtsräumen mit zwei flankierenden Massivholzwänden an den Seiten, einem Flachdach in Massivholzbauweise oben und einer Massivholzdecke unten dargestellt. Die Wand hat auf einer Seite eine Gipskartonvorsatzschale, auf der anderen Seite ist die Massivholzwand sichtbar. Die Grundrisssituation kann der Abbildung 3 entnommen werden.

7 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess B. Kübler 7 Abbildung 3: Grundrisssituation der messtechnisch überprüften Trennwand Für diese Situation wurde in Anlehnung an das oben genannte Berechnungsverfahren nach der allgemeinen Bauaufsichtlichen Zulassung Z ein Schalldämmmaß von R w = 50 db (ohne Vorhaltemaß) prognostiziert. Die Messung ergab ein Schalldämmmaß von R w = 49 db. Die genauen Messergebnisse können der Abbildung 4Abbildung 2 entnommen werden.

8 Schalldämm - Maß R' in db 8 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess B. Kübler 6. HolzBauSpezial Bauphysik HBS 2015 Prüfgegenstand: Trennwand zwischen Unterrichtsräumen Sendung: 1.OG, Klasse 9 Aufbau: Brettsperrholzwand mit Vorsatzschale Empfang: 1.OG, Klasse 8 Prüffläche S: 25,7 m² Empfangsraum: Volumen V E 198,6 m³ Zustand leer Art Unterrichtsraum Frequenz R' f Terz Hz db 50 14, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,5 Die Ermittlung basiert auf Gebäude- Messungen, die in Terzbändern gewonnen wurden Bau-Schalldämm-Maß R' verschobene Bezugskurve Frequenz f in Hz Bewertung nach DIN EN ISO Beurteilung nach DIN 4109/11.89 Bewertetes Schalldämm - Maß R' w = 49 db Anforderung: erf. R' w = 47 db C = -1 C tr = -4 C = -2 C tr, = -13 Beurteilung: erfüllt Abbildung 4: Messergebnis für die Trennwand zwischen zwei Unterrichtsräumen. Der deutliche Einbruch bei ca Hz ist auf Undichtigkeiten im Bereich des Fassadenanschlusses zurück zu führen. 6. Fazit Der moderne Holzbau bietet viele Konstruktionsmöglichkeiten und lässt Architekten und Fachplanern eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Planung. Doch diese große Vielfalt beinhaltet zugleich ein großes Risiko für den Schallschutz, der durch den Fachplaner nur schwer oder gar nicht rechnerisch beurteilt werden kann. Speziell im Bereich der Bauakustik ist man bei dem heute sehr weit verbreiteten Massivholzkonstruktionen mit einem Material konfrontiert, das einerseits relativ leicht, andererseits aber auch relativ steif ist. Genau die Merkmale die für den Statiker sehr positiv sind, machen hier dem Akustiker aufgrund der ungünstigen Abstrahlcharakteristik immer wieder Sorgen. Hier wird nur mit Hilfe von aufwendigen Trennungen, flächigen Beschwerungen und großflächigen Vorsatzschalen die Einhaltung der Anforderungen aus der DIN 4109 erreicht. Bei der Prognose des Schallschutzes findet der Fachplaner kaum Ansätze in den aktuell geltenden Regelwerken, da diese lediglich Konstruktionen berücksichtigen welche so kaum noch gebaut werden. Als Ergebnis verschiedener Forschungsvorhaben stehen hier einige Veröffentlichungen zur Verfügung, welche zumindest eine grobe Abschätzung der zu erwartenden Werte ermöglichen.

9 Abenteuer Bauakustik Erlebnisse eines Akustikers im Planungsprozess B. Kübler 9 Im vorliegenden Fall wurde ein Ansatz aus dem Mauerwerksbau gewählt um den Luftschallschutz von Massivholztrennwänden und-decken zu prognostizieren und das Prognoseverfahren für den Trittschall gemäß der DIN 4109 Bbl.1 für den Trittschall in Gebäuden in Massivbauart. Beide Ansätze haben sich in diesem speziellen Fall als sehr gut erwiesen, sollten jedoch deshalb nicht als Allheilmittel für die rechnerische Prognose des Schallschutzes im Massivholzbau angesehen werden. Um den Holzbau auch für größere Gebäude mit den entsprechenden Anforderungen an den Schallschutz etablieren zu können, sollte den beteiligten Planern bewusst sein, dass es oft besser ist, sich auf bewährte Konstruktionen zu verlassen, als bei jedem Gebäude neue Konstruktionsvarianten aufzubringen, welche in vielerlei Hinsicht sowohl in der Planung als auch in der Ausführung sehr problematisch sein können. Auch sollte den verantwortlichen Planern bewusst sein, dass die Unterstützung eines Bauakustikers vom ersten Entwurf an in Anspruch genommen werden sollte um später komplizierte und teure Sonderkonstruktionen zu vermeiden.