Akustisch optimierte Deckenkonstruktion aus Hartholz

Der Fokus des Projektes lag auf der Entwicklung und Untersuchung einer neuen Holzdeckenkonstruktion mit verbesserten Schallschutzeigenschaften im Tieftonbereich unterhalb von 200 Hertz (Hz). Neben der Erfüllung technischer Kriterien sollte das neue System nicht dicker werden als bisherige Holzdeckenkonstruktionen.

Durch die Kombination von experimentellen Untersuchungen und eines Finite-Element-Modells zur Abbildung des dynamischen Verhaltens konnte diese komplexe Forschungsfrage gelöst werden. Somit entsteht eine attraktive Alternative zu herkömmlichen Massivdeckenkonstruktionen. Zudem eröffnet sich eine neue Nutzungsperpektive für Schweizer Buchenholz.

Die schweizerische Holzpolitik hat sich zum Ziel gesetzt, vermehrt Hartholz im Bauwesen einzusetzen. Herausforderungen stellen sich beim Schallschutz von Holzbauten, vor allem im Tieftonbereich unterhalb von 200 Hz. Schall dieser Frequenzen entsteht beim Gehen oder Springen sowie u. a. bei Heimkinos (Home Cinemas) in der Wohnung. Obwohl er in der Schallschutznorm nicht berücksichtigt wird und deshalb rechtlich gesehen unproblematisch sind, wird dieser Schall von Nachbarn oft als störend empfunden. Um einen vergleichbaren Schallschutz wie im Massivbau zu erreichen, bedarf es in mehrgeschossigen Holzbauten heute spezieller Deckenaufbauten mit komplizierten Strukturen und grossen Deckenhöhen. Dadurch sind Holzbauten nur beschränkt mit Massivbauten konkurrenzfähig.

Ziel des Projektes war die Entwicklung einer multifunktionalen Deckenkonstruktion aus Schweizer Hartholz mit einer Verbesserung der Trittschalleigenschaften im Tieftonbereich um mindestens 10 dB im Vergleich zu anderen Holzdeckenkonstruktionen, die derzeit in mehrgeschössigen Bauten eingesetzt werden. Die projektierte Holzdeckenkonstruktion soll eine ähnliche Dicke wie die konventionellen massiven Deckenkonstruktionen aufweisen. Zusätzlich soll sie durch geringere Umweltbelastung eine bessere Bilanz in der Lebenszyklusanalyse aufweisen.

Ein weiteres Ziel war es, eine neue Anwendungsmöglichkeit für Hartholz – hauptsächlich Buchenholz – aufzuzeigen. Dank seiner grossen Rohdichte und der entsprechend hohen akustischen Qualität ist die Buche trotz seiner starken Deformationseigenschaften als Konstruktionsholz geeignet. Derzeit wird Buchenholz vorwiegend zur Herstellung von Möbeln und Furnierplatten verwendet.

Das Hauptziel des Projektes, einen Prototyp einer Holzdeckenkonstruktion aus Buchenholz mit verbesserten Trittschalleingenschaften im Tieftonbereich zu entwerfen, wurde erreicht. Die gedübelte Brettstapelholzkonstruktion (BSH) erfüllt die Anforderungen nach der Norm SIA 181:2006 für Schallschutz in Hochbauten. Darüber hinaus berücksichtigt sie die neuesten Trends und Bedürfnisse an Nachhaltigkeit, Multifunktionalität und Design.

Das Projekt bietet zusätzlich eine detaillierte Schallschutzanalyse und ein Design einer Holzdübel-Verbindung sowie Angaben zu deren Einfluss auf die Schallübertragung.

In den experimentellen Untersuchungen und mit dem anschliessend validierten Finite-Element-Modell des dynamischen Verhaltens konnte gezeigt werden, dass gedübelte Holzkonstruktionen mit schwimmendem Unterlagsboden im Tieftonbereich ähnliche Trittschalleigenschaften haben wie konventionelle massive Deckenkonstruktionen. Die Anwendung von korrekt dimensionierten elastischen Lagern reduziert die Schallübertragung durch flankierende Bauteile, wodurch die Kosten für den Trittschallschutz sinken.

Die durchgeführten Analysen und das Produktdesign sind entscheidende Voraussetzungen für die kommerzielle Nutzung der gedübelten BSH-Deckenkonstruktion aus Buchenholz.
Der Einsatz der schallschutzoptimierten Holzdeckenkonstruktion ist vor allem in Mehrfamilienhäusern und mehrgeschossigen Bürobauten lohnend. Hierdurch könnten Holzbauten in urbanen Räumen weiter an Bedeutung gewinnen und zu einer realen Alternative zu Massivbauten werden. Hartholz wird im Sinne der Schweizerischen Ressourcenpolitik konkurrenzfähiger.

Competitive wooden floor system

Multi-objective optimisation based on acoustics improvement