Schallschutz von Gebäuden in Holzmodulbauweise

Hintergrund des Projekts

Die Fertigung mit Raummodulen aus Holz (Holzmodulbau) ist ein vielversprechender Ansatz für Marktbereiche in denen der Holzbau bisher kaum vertreten war. Im Holzmodulbau werden die Raummodule oft mit kompletter Ausstattung schlüsselfertig erstellt und auf die Baustelle geliefert. Dieses „Lego-Prinzip“ bietet durch den hohen Vorfertigungsgrad interessante Marktchancen. Nach Angaben von Herstellern sind Vorfertigungsgrade bis 90% sowie Bauzeitverkürzungen von 60% möglich.

Verglichen mit traditionellen Bauweisen stellt die Planung eines Bauobjektes in Modulbauweise für den Architekten und die Fachplaner jedoch eine deutlich größere Herausforderung dar. Dies liegt vorrangig am Mangel von bewährten Konstruktionen und Planungsdaten für den schalltechnischen Nachweis. Durch die horizontale und vertikale Reihung der Module ergeben sich für die Trennwände und –decken Schichtaufbauten, die mit den Bauteilkatalog-Konstruktionen der konventionellen Holzbauweise nicht oder nur ungenügend beurteilbar sind. Auch die Flankenübertragung ist durch die abgeschlossenen Raummodule und die Entkopplungsmöglichkeiten in den Auflagerflächen gesondert zu betrachten.

Dies führt dazu, dass die schalltechnische Beurteilung der Gebäude bisher ausschließlich auf Erfahrungen durch Baumessungen im ausgeführten Bauvorhaben oder in Mockups auf dem Betriebsgelände aufbaut. Während die Marktführer dadurch bereits einige betriebsinterne Erfahrungsdaten zur Verfügung haben, fehlen klein- und mittelständigen Unternehmen die Möglichkeiten für eine gesicherte Umsetzung der Gebäudeplanung.

Aktuell liegen keine öffentlich verfügbaren Daten vor, die erlauben die Luft- und Trittschalldämmung der Trennbauteile im Holzmodulbau entsprechend DIN 4109 zu planen und nachzuweisen. Insbesondere fehlen:

• Bauakustisch robuste Konstruktionen der üblichen Trennbauteile in der Holzmodulbauweise für die Bauteilkataloge
• Systematische Untersuchung der Voraussetzungen für eine wirksame Entkopplung im Modulstoß: Eigenfrequenz Auflager, Masse-Feder-Masse-Resonanz im Zwischenraum
• Planungsdaten für den Stoß bei direkter Kopplung sowie beim Einsatz verschiedener Elastomere

Kernthese: Durch das beabsichtigte Untersuchungskonzept lassen sich herstellerunabhängige Konstruktionsgrundlagen für bauakustisch robuste Modulausführungen erarbeiten und in einem allgemein verfügbaren Konstruktionskatalog sowohl für Planer als auch Ausführende zu Verfügung stellen.

Projektziel

Die drei wesentlichen Ziele des Projektes sind:

• Besseres Verständnis der Schallübertragungsmechanismen durch die Trennbauteile der Holzmodulbauweise
• Erarbeitung von Konstruktionsregeln für schalltechnisch robuste Trennbauteile aus auf den Erkenntnissen der Schallübertragungsmechanismen
•  Zusammenstellung der Konstruktionen als Planungs- und Nachweisdaten für den Bauteilkatalog

Projektablauf

Es sollen sowohl experimentelle als auch numerische Untersuchungen durchgeführt werden. Für die experimentellen Untersuchungen können an den zu variierenden Modulen folgende  bauakustischen Messungen durchgeführt werden:

• Luftschalldämmung R‘ nach DIN EN ISO 16283-1 DIN EN ISO 10140-2 in horizontaler und vertikaler Übertragungsrichtung
• Norm-Trittschallpegel L‘_n nach DIN EN ISO 16283-2 und DIN EN ISO 10140-3 in horizontaler, diagonaler und vertikaler Übertragungsrichtung
• Stoßstellendämm-Maße K_ij nach DIN EN ISO 10848

Es ist ein Prüfumfang von ca. 15 Konstruktionsvarianten vorgesehen. Die bauakustischen Messungen werden innerhalb tatsächlich zur Verwendung freigegebener Module der Projektpartner durchgeführt. Die Anschlussdetails der Konstruktionen werden zusammen mit der begleitenden AG erstellt. Als zusätzliche Messung zur Charakterisierung der eingebauten Elastomerlager soll die dynamische Steifigkeit in Anlehnung an DIN EN 29052-1 und DIN EN ISO 10846 ermittelt werden.

Bei den numerischen Simulationen der Luft- und Trittschallübertragung sind folgende Berechnungen vorgesehen:

• Berechnung der Luft- und Trittschallübertragung anhand analytischer Modelle für die mehrschaligen Bauteile (Grundelement und Verbesserung durch Vorsatzschalen)
• Simulationen der kompletten Decken- und Wandaufbauten auf Basis der Finiten Elemente Methode (FEM).
• Berechnung der zu erwartenden Flankenübertragung über die Modulstöße mit den Methoden der statistischen Energieanalyse (SEA).

Überlagerung der Ergebnisse aus den experimentellen Untersuchungen  mit den numerischen Berechnungsergebnissen:

• Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den Messergebnissen aus AP4 zur Validierung der Berechnungsmodelle
• Berechnung der Schallübertragung für die nicht durch experimentelle Untersuchung abgebildeten Konstruktionsvarianten
• Festlegung robuster Planungsdaten für die untersuchten Modulbauweisen
• Zusammenstellung der Planungsdaten als Bauteilkatalog zur Integration in DIN 4109‑33

Innovation

Die Weiterentwicklung des Holzbaus sowie des seriellen Bauens sind von der Bundesregierung im Koalitionsvertrag erklärte Ziel, um Innovation, Wirtschaftlichkeit und Schnelligkeit beim Bauen auch zukünftig sicherzustellen. Die genannten Ziele können durch die Stärkung der Holz-Modulbauweise erreicht werden. Zur Unterstützung eines schnellen und vereinfachten Planungs- und Nachweisprozesses sind tabellierte und öffentlich verfügbare Kennwerte zielführend. Ein entsprechender Bauteilkatalog für die Planung und den Nachweis des Schallschutzes für die Holz-Modul-Bauweise ermöglicht diesen vereinfachten Planungs- und Nachweisprozess.