Die Anforderungen bei mehrgeschossigen Holzbauten an den Schallschutz im Generellen und an den Trittschallschutz von Trenndecken im Speziellen stellen eine Herausforderung an Planer und Ausführende dar. Die Autoren zeigen Lösungsmöglichkeiten auf und geben aktuelle österreichische Untersuchungen zur Auflagerausbildung von Massivholzdeckenkonstruktionen wieder.
Ab Mitte der 90er Jahre des vorigen Jahrhunderts wurden in Österreich die einzelnen Bauordnungen überarbeitet und somit der mehrgeschossige Holzbau ermöglicht. Zurzeit können entsprechend den einzelnen Landesgesetzgebungen in einem Großteil der österreichischen Bundesländer drei Vollgeschosse in Holz errichtet werden [1]. In Wien wurde 2001 mit der 37. Techniknovelle der Grundstein für den Einsatz des Holzes im urbanen Geschossbau gelegt. An der Wohnanlage Spöttelgasse in Wien von Architekt Rieß wurde diese Novellierung erstmalig bei einem Großprojekt in die Realität umgesetzt. Mit dem Bauträgerwettbewerb "Holz- und Holzmischbauweise" hat die Stadt Wien am Mühlweg drei Grundstücke zur Verfügung gestellt, um dem urbanen Holzbau einen Impuls zu geben. Es entstand mit in Summe über 270 Wohneinheiten der zurzeit größte Holzbau Mitteleuropas. [2, 3]
Entsprechend dem Entwurf der Richtlinie 2 "Brandschutz" des Österreichischen Instituts für Bautechnik (OIB) sollen zukünftig österreichweit viergeschossige Holzbauten mit einem Feuerwiderstand von 60 Minuten ermöglicht werden [4]. Mitte Juli 2008 stellte Wien als 3. Bundesland nach Tirol und Vorarlberg die Landesgesetzgebung um. Ein wesentlicher Vorteil der Richtlinie 2 ist die Möglichkeit von Abweichungen von den Anforderungen, sofern die Einhaltung der Schutzziele und des Schutzniveaus nachgewiesen wird. Dies kann durch ein Brandschutzkonzept erfolgen. ProHolz Austria, die Arbeitsgemeinschaft der österreichischen Holzwirtschaft, wird im Herbst eine Broschüre als Hilfestellung für die Planer und Ausführenden veröffentlichen [5], welche die Anforderungen der Richtlinie visualisiert.
Holzbau benötigt geringere Massen für Schallschutz als der Massivbau
Der Holzbau lässt sich folgendermaßen einteilen (siehe auch Abbildung): Im mehrgeschossigen Holzwohnbau werden vor allem die Holztafel-, die Holzmassivbauweise sowie Kombinationen der beiden eingesetzt. Die Skelettbauweise spielt in Österreich eine untergeordnete Rolle.
Gegenüber schweren, biegesteifen Massivkonstruktionen, bei denen der Schallschutz durch die Bauteilmasse bewerkstelligt wird, sind die akustischen Eigenschaften von Holzkonstruktionen wesentlich schwieriger abschätzbar. Hier ist zwischen dem Skelettbau, der eindeutig zu den biegeweichen Konstruktionen gezählt werden kann, und dem Massivholzbau (Leimholz, Brettstapel etc.) zu unterscheiden, der aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Hölzer weder eine biegeweiche noch eine biegesteife Konstruktion darstellt. Als für die Schalldämmung von Ständerwänden wesentlichen Einflussparameter lassen sich die Art der Beplankung, deren Befestigung, die Hohlraumdämpfung und das Raster des Ständerwerks identifizieren. Bei Massivholzelementen übernimmt eine massive Platte die tragende Rolle, deren Einbruch der Schalldämmung im Bereich der Koinzidenz-Grenzfrequenz bei üblichen Konstruktionsstärken im Bereich von 250-500 Hz zu finden ist [7]. Eine akustische Kompensation im Bauteil ist hier erforderlich. Im Holzbau setzten sich die Bauteile daher aus mehreren Schichten zusammen.
Während die Schalldämmung einschaliger Bauteile nur auf ihrer Masse und Biegesteifigkeit beruht, können im Holzbau durch mehrschalige Konstruktionen mit entkoppelten Schalen und Hohlraumdämmstoffen gleiche Schalldämmwerte bei wesentlich geringeren Massen erreicht werden [8]. Schalltechnisch funktionieren mehrschalige Bauteile nach dem Feder-Masse Prinzip. Dabei sind zwei Schalen über eine "Feder" miteinander verbunden. Betrachtet man hier eine Geschossdecke, so stellen die Rohdecke und der Estrich die jeweiligen Schalen mit entsprechender flächenbezogener Masse m´, und die Trittschalldämmung dazwischen mit ihrer dynamischen Steifigkeit s´ die Feder dar. Durch Schallanregung kann nun dieses System zum Schwingen gebracht werden, wobei besonders bei der Resonanzfrequenz, welche durch m´ der Schalen und s´ der Feder definiert wird, die schalldämmenden Eigenschaften am schlechtesten sind. Deshalb versucht der Planer, die Resonanzfrequenz möglichst weit in den unteren, bauakustisch weniger relevanten Frequenzbereich unter 50 Hz, zu verschieben.
Akustisch am günstigsten wirken sich demnach zwei möglichst schwere Schalen (Rohdecke und Estrich) und eine möglichst weiche Trittschalldämmplatte aus. In der Praxis sind der bauakustischen Optimierung baupraktische Grenzen gesetzt, die in erster Linie bei der erforderlichen Stabilität der Trittschalldämmung zu suchen sind. Je nach Estrichart werden unterschiedliche Materialien eingesetzt. So können beispielsweise bei Zementestrichen aufgrund deren hoher Stabilität Trittschalldämmplatten mit geringer dynamischer Steifigkeit eingesetzt werden, was in Kombination mit dem hohen Estrichgewicht zu guter Schalldämmung, auch im tiefen Frequenzbereich, führt. Die ebenfalls häufig eingesetzten Gussasphaltestriche weisen eine geringere flächenbezogene Masse auf. Der schalltechnische Nachteil der geringeren Masse wird jedoch zum Teil durch die hohe innere Dämpfung kompensiert, die dazu führt, dass ein Teil der Schallenergie bereits in der Estrichplatte vernichtet wird [8]
Übliche Holzdeckensysteme erfüllen die Anforderung des Luftschallschutzes
Die Anforderungen an den Schallschutz werden für Österreich in der ÖNORM B 8115-2 [9] geregelt. Für Trennbauteile ergeben sich folgende Anforderungen:
Bezüglich des Luftschallschutzes von Trenndecken in Gebäuden zwischen Aufenthaltsräumen unterschiedlicher Nutzungseinheiten ist eine bewertete Standard-Schallpegeldifferenz DnT,w von mindestens 55 dB einzuhalten. Diese Anforderung des Luftschallschutzes ist mit den üblichen Holzdeckensystemen, die auch den geforderten Trittschallschutz aufweisen, gewöhnlich leicht zu erreichen.Der Trittschallschutz wird durch den höchstzulässigen bewerteten Standard-Trittschallpegel LnT,w charakterisiert. Zu Aufenthaltsräumen aus Räumen angrenzender Nutzungseinheiten darf dieser maximal 48 dB betragen.Diese Anforderungen können sowohl von Holzrahmenbau- als auch von Massivholzdecken erfüllt werden. Konstruktionen findet man im Katalog bauphysikalisch ökologisch geprüfter Holzbauteile, der unter www.dataholz.com kostenlos zur Verfügung steht [10].
Forschungsprojekte klärten die Eigenschaften unterschiedlicher Konstruktionen
Im Folgenden werden anhand von einzelnen Beispielen für Holzrahmendecken und Massivholzdecken (siehe Kasten) Erfahrungen und Lösungen aus Forschungsprojekten und Messungen an Objekten aufgezeigt.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens "Bauteilkatalog für den Holzbau" [11] wurden systematische Untersuchungen an Holzbauteilen durchgeführt. Bei dem Projekt, das vom Fachverband der Holzindustrie finanziert und geleitet wurde, führte die Holzforschung Austria die technische Koordination der beteiligten Forschungsinstitute durch. Die schallschutztechnischen Messungen der Wände in Rahmenbauweise wurden an der Versuchs- und Forschungsanstalt der Stadt Wien (MA 39), der Decken und Dächer in Rahmenbauweise an der staatlichen Versuchsanstalt für Akustik und Bauphysik (TGM) und die Untersuchungen der Holzmassivbauteile am Labor für Bauphysik der TU Graz durchgeführt. Aus den durchgeführten Untersuchungen können bei Deckenkonstruktionen folgende Erkenntnisse zusammengefasst werden:
Ein Vergleich der Ergebnisse zeigt, dass sich Installationsebenen mit "geschlossenen Schalen" ohne Dämmstoffeinlage grundsätzlich sowohl auf den Luftschallschutz als auch auf den Trittschallschutz ungünstig auswirken. Zum Teil führt dieser Umstand zu Ergebnissen, die den Anforderungen an den Schallschutz im Wohnbau nicht genügen. Trotz der potenziell günstigen Auswirkungen von Deckenuntersichten mit Federschiene ergeben sich durch den Resonanzeffekt der Installationsebene Ergebnisse (auch für Varianten mit Schüttung), die wesentlich von den Anforderungen an den Trittschallschutz von Wohnungstrenndecken abweichen. Sobald beide konstruktiven Maßnahmen Schüttung und Federschiene mit dazwischenliegender Lattung erfüllt werden, erreicht man einen bewerteten Norm-Trittschallpegel von Ln,w ≤ 48 dB. Die Hohlräume abgehängter Deckenkonstruktionen sind mit einem geeigneten fasrigen Dämmstoff, welcher einen längenbezogenen Strömungswiderstand r 5 kPa/m2 (je nach Stärke der Dämmschicht) aufweisen sollte, zu füllen [8].
Das Problem der "geschlossenen Schalen" ergibt sich hinsichtlich Luftschallschutz durch die Untersicht oder Installationsebene "OSB-Platte Sparschalung und Gipskartonplatte" auch bei messtechnisch geprüften Dachkonstruktionen.
Unterschiedliche Deckenuntersichten oder -abhängungen bei gleichem Fußbodenaufbau (Trockenestrich, MW-T und Schüttung) ergaben beim Trittschallschutz messtechnisch Unterschiede von über 10 dB. Gemessen wurden:
Decke ohne Abhängung mit Sparschalung,
Decke abgehängt mit Federschiene und dazwischenliegender Sparschalung,
Decke, abgehängt mit Federschiene quer zur Sparschalung,
abgehängte Decke mit Federbügel und dazwischenliegender Sparschalung,
Decke mit doppelter Beplankung bei Abhängung.
Aktuelles Vorhaben: Daten zur Schall-Längsleitung in der Massivholzbauweise ermitteln
Für Schallübertragung zwischen zwei Räumen ist neben der Konstruktion des Trennbauteils die Ausbildung der Flanken entscheidend [12]. Die Berechnung hierfür erfolgt gemäß EN 12354 [13]. Ein wesentlicher Faktor für die Berechnung des Anteils der Flankenübertragung ist das Stoßstellendämm-Maß, welches von Stoßstellendetails und der Frequenz beeinflusst wird [14]. Es wird empirisch ermittelt und steht für einige Stoßstellen-Situationen bereits in obig erwähnter Norm in Abhängigkeit der flächenbezogenen Masse der beteiligten Bauteile zur Verfügung. Keinerlei Daten gibt es derzeit jedoch für den immer mehr an Bedeutung gewinnenden Holzmassivbau.
Bei Leichtbauteilen entstehen aufgrund der hohen inneren Dämpfung keine diffusen Körperschallfelder, weshalb direkte Messungen der Stoßstellendämmung nicht einwandfrei möglich sind. Das Berechnungsverfahren nach EN 12354 [13] ist daher hinreichend genau nur für massive Konstruktionen anwendbar, für Leichtbauteile jedoch nur bedingt geeignet [14]. Die Eignung obig erwähnten normativen Prognoseverfahrens für Massivholzkonstruktionen wurde noch gar nicht untersucht. Eine Zuordnung zu Leichtbauteilen oder massiven Bauteilen erscheint problematisch, da Massivholzbauteile weder die wesentlichen Merkmale von leichten Ständerkonstruktionen (Segmentierung in Ständer und Gefach) noch von schweren Massivbauteilen (hohes Gewicht) aufweisen. Für die Holzbauweise ist demnach eine systematische Untersuchung mit einem umfangreichen Datenpool erforderlich, die als Grundlage für einen Modellierungsansatz dient.
Im Rahmen eines laufenden Forschungsprojektes der Holzforschung Austria können die erforderlichen Daten bei Messungen an aktuellen Großbaustellen sowie an drei verschiedenen Massivholzdeckensystemen (Brettsperrholz-, Hohlkasten- und Holz-Beton-Verbunddecken) an zweigeschossigen Prüfständen in Massivholzkonstruktion ermittelt werden. Das Projekt wird im Rahmen des Industriellen Kompetenzzentrums "Holztechnologie" finanziert vom österreichischen Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, vom Fachverband der Holzindustrie, von den Österreichischen Bundesforsten und von den Firmenpartnern abgewickelt.
Anhand von Untersuchungen an Prüfständen wird sowohl der Einfluss verschiedener Baulager bei unterschiedlicher Belastung als auch jener der Bauteilbefestigung auf die Schall-Längsleitung untersucht. Zusätzlich kann damit ein Vergleich zwischen Prüfstand und Baustellenmessung getroffen werden und eine Optimierung des Schallschutzes von Massivholzdeckensystemen erfolgen.
Vorläufige Ergebnisse bestätigen die Vermutung des beachtlichen Einflusses der verwendeten Lager auf die Flankenübertragung. Bei den Bauakustikmessungen wird der direkte Schalldurchgang durch die Decke mittels großzügig dimensionierter Unterdecke unterdrückt und hauptsächlich der Anteil der Schalllängsleitung über die flankierenden Wände gemessen.
Weitere Untersuchungen betreffen den Einfluss von Verbindungsmitteln wie etwa Schrauben und Winkel, deren Auswirkung auf die Flankenübertragung je nach Eigenschaften des eingesetzten Baulagers beträchtlich sein kann.
Derzeit befindet sich das Forschungsvorhaben im Stadium der Datenauswertung. Die geplanten Schall- und Schwingungsmessungen zur Bestimmung der Flankenübertragung mit unterschiedlichen Baulagern, Belastungen und Befestigungsmitteln wurden bereits durchgeführt. Anhand der in [15] veröffentlichten Forschungsergebnisse wurde die Anwendbarkeit des Prognoseverfahrens gemäß EN 12354-2 [13] für Massivholzkonstruktionen überprüft [16]. Der massive Einfluss von Befestigungsmitteln wird in einer weiteren Publikation untersucht und das Verbesserungspotential von akustisch optimierten Befestigungsmitteln quantifiziert. In Zusammenarbeit mit Prof. Thomas Bednar von der Technischen Universität Wien wird ein Berechnungsverfahren für Stoßstellen von Massivholzkonstruktionen erarbeitet.
Ausblick: Berechnungsverfahren soll entwickelt werden
Im vorliegenden Beitrag wurden die akustischen Besonderheiten von Holzdecken in Rahmen- und Massivholzbauweise aufgezeigt und Konstruktionslösungen dargestellt. Erste Ergebnisse eines aktuellen Forschungsvorhabens der Holzforschung Austria, das sich mit der Detailausbildung von Massivholzdeckenauflagern mit unterschiedlichen Trennlagern und Befestigungsvarianten beschäftigt, wurden wiedergegeben. Ziel des Projektes, das in Kooperation mit der Technischen Universität Wien durchgeführt wird, ist einerseits die Erstellung eines Detailkataloges und andererseits die Entwicklung eines Berechnungsverfahrens zur Bestimmung der Stoßstellendämmung bei Massivholzkonstruktionen.
Dipl.Ing. Martin Teibinger und Dipl.-Ing. Franz Dolezal
Dipl.-Ing. Dr. Martin Teibinger, leitet den Arbeitsbereich Bauphysik und Geschossbau bei der Holzforschung Austria.
Dipl.-Ing. Franz Dolezal ist dort Mitarbeiter.
Literatur- und Normenverzeichnis
[1] www.ris.bka.gv.at [2] Teibinger, M.: Urban Timber Houses in Vienna In: Structural Engineering International 2/2008, p.114117.[3] Teibinger, M., Dolezal, F., Fitl, R.: Wissenschaftliche Begleitung der Produktionsphase der Holzbauprojekte "Mühlweg", Endbericht. Holzforschung Austria 2006.[4] OIB-Richtlinie 2 "Brandschutz", April 2007, Österreichisches Institut für Bautechnik, siehe www.oib.or.at [5] Teibinger, M.: Brandschutzvorschriften in Österreich Anforderungen nach OIB-Richtlinie 2. Zuschnitt Attachment, September 2008. www.proHolz.at[6] proHolz Österreich (Wien, 1999), Informationsmappe Mehrgeschossiger Holzbau in Österreich.[7] Bednar, T., Vodicka, M., Dreyer, J.: Entwicklungen im mehrgeschossigen Holzbau am Beispiel des Schallschutzes der Trenndecken. Jahrestagung der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft (ÖPG) Fachausschuss Akustik, Graz 2000.[8] Holtz, F.: Schalldämmende Holzbalken- und Brettstapeldecken. Informationsdienst Holz: Reihe 3, Teil 3, Folge 3, Rosenheim 1999.[9] ÖNORM B 8115-2: Schallschutz und Raumakustik im Hochbau Teil 2: Anforderungen an den Schallschutz, Österreichisches Normungsinstitut 2002.[10] Katalog bauphysikalisch ökologisch geprüfter Holzbauteile, Österreichische Gesellschaft für Holzforschung, siehe www.dataholz.com[11] Polleres, S.; Schober, K.P.: Bauteilkatalog für den Holzbau. Endbericht gefördert durch den Innovations- und Technologiefonds (ITF). Wien: Holzforschung Austria Eigenverlag 2004[12] Kessel, M.H., Sierig, U.: Untersuchungen zum Schallschutz im mehrgeschossigen Holzbau, TU Braunschweig, E96/16, 1999.[13] Önormenreihe EN 12354: Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften, Österreichisches Normungsinstitut.[14 Schoenwald, S., Martin, H. M. & Gerretsen, E.: Aspects of measurement of Kij at junctions of lightweight assembled structures. Deutsche Arbeitsgemeinschaft für Akustik (DAGA), Joint Congress CFA/DAGA Strasbourg 2004.[15] Dolezal, F., Bednar, T., Teibinger, M.: Flankenübertragung bei Massivholzkonstruktionen Teil 1. Bauphysik 30 (2008), Heft 3, S. 143151.[16] Dolezal, F., Bednar, T.: Schall-Längsleitung bei Massivholzkonstruktionen. Deutsche Arbeitsgemeinschaft für Akustik (DAGA), 34. Jahrestagung für Akustik, Dresden 2008
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