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Holzbau: Tragende Akustik

Statt die Raumakustik durch den nachträglichen Einbau einer Unterdecke zu beeinflussen, gibt es im Holzbau auch die Möglichkeit, akustische Maßnahmen gleich mit in die tragenden Bauteile einzubinden.

Holzbau: Tragende Akustik
Durch Nutzung der in die Holzdeckenelemente integrierte Akustik-Oberfläche sind die Gesamtkosten im Gegensatz zur konventionellen akustischen Ausrüstung deutlich niedriger.

Dies spart Zeit wie Kosten beim Neubau und entspricht der Idee der Nachhaltigkeit. Anhand von Fallstudien aus dem Schulbau zeigte Ralf Bräuchle, worum es dabei geht.

Beim Neubau werden raumakustische Aufgaben heute meist nachträglich
durch akustisch wirksame Unterhangdecken oder auch durch geeignete Putzsysteme gelöst. Mit diesen Systemen hat die Innenarchitektur in aller Regel viele gestalterische Freiheiten. Ebenso haben Fachingenieure damit große Spielräume, die relevanten Frequenzbändergezielt zu beeinflussen. Die Montage dieser „additiven“ Akustiksysteme hat jedoch auch Nachteile. So wird durch diesen Ansatz beispielsweise die Bauzeit verlängert. Zudem sind viele dieser Akustiksysteme oft nicht dem rauen Schulalltag gewachsen.

Dagegen wird insbesondere bei Holzbauweisen zunehmend der Fertigbau- Ansatz verfolgt: Die tragenden Konstruktionselemente von Wänden und Decken werden bereits im Werk mit akustisch absorbierenden Oberflächen in hochwertiger Sichtqualität ausgerüstet. Ein Beispiel für diese Bauweise ist das Otto-Hahn- Gymnasium in Furtwangen. Bei diesem zweistöckigen Holzbau handelt es sich um eine Schul-Erweiterung, bei der die Akustik mit Decken in Holz-Beton-Verbundbauweise und einem Dachbauteil aus Brettsperrholz sichergestellt wurde.

Abb. 1: Lignotrend Holz-Beton-Verbunddecke
Holz-Beton-Verbunddecken können bis zu 15 m überspannen. Das Element ist im Objekt 383 mm hoch, inklusive des 120 mm Beton-Obergurts. Abb.: Lignotrend

Das Otto-Hahn-Gymnasium in Furtwangen ist das höchstgelegene Gymnasium in Deutschland. Auf über 1.000 Höhenmetern überragt der Komplex auch die Schwarzwaldstadt selbst. Dreißig Jahre nach dem Bau der Schule waren die Schülerzahlen und der Bedarf an spezifisch ausgestatteten Fachklassenzimmern so gewachsen, dass die Stadt Furtwangen 2004 mehrere Architekturbüros in einem Wettbewerb zu Vorschlägen für eine Erweiterung aufforderte. Der kubische, zweigeschossige Entwurf des Freiburger Architekturbüros Harter + Kanzler überzeugte.

Alle Wände über dem Hanggeschoss sind aus Stahlbeton, die Decken und auch die Dachkonstruktion bestehen aus Holz: Die Wände sind in Holzständerbauweise ausgeführt, die Decken bestehen aus vorgefertigten Brettsperrholz-Bauelementen von Lignotrend. Bei der Wahl der Decken spielte neben dem Rohstoff „heimisches Holz“ die realisierbare Spannweite eine wesentliche Rolle.

Integrierte Akustik in Holz-Beton-Verbundelementen

Holzbau: Tragende Akustik
Zur Unterbindung der Schall-Leitung durch Akustikfugen über die Innenwände hinweg wurde bei den Elementen durch werkseitigen Abbund die untere Leistenlage durch eine Ausblattung unterbrochen. Foto: Lignotrend

Für die Decke über dem unten liegenden Hanggeschoss wurden Holz-Beton- Verbunddecken (Ligno HBV Q2 Akustik alpha) eingesetzt. Diese können bis zu 15 m überspannen. Hier beträgt die Spannweite ca. 8,25 m. Das Element ist 383 mm hoch, inklusive des 120 mm Beton-Obergurts. Bei einer Ausführung in Brettschichtholz wären 400 mm Höhe und ein zusätzlicher Innenausbau nötig gewesen. Alternativ wäre auch die Unterteilung der im Schulbau typischen Spannweite durch Unterzüge möglich gewesen. Gestalterisch stören diese Unterzüge aber meist.

Die Architekten entschieden sich, die von vornherein in die Deckenelemente integrierte

Trittschallübertragung wird unterbunden
Abb. 2: Die Trittschallübertragung vom oberen ins untere Geschoss wird mit diesem Verbundsystem unterbunden. Mit seinem hohen Gewicht und einem geeigneten Aufbau erreicht diese Ausführung am Bau Trittschallpegel Ln,w‘ von 45 dB, je nach Belag auch darunter. Foto: Lignotrend

Akustik-Oberfläche zu nutzen, weil die Gesamtkosten dafür im Gegensatz zur konventionellen akustischen Ausrüstung deutlich niedriger liegen. Fest verbunden mit dem Brettsperrholz- Untergurt der Holz-Beton-Verbunddecken werden in den unteren Lagen des Querschnitts bereits im Herstellwerk Holzweichfaserstreifen als Absorbermaterial eingelegt. Abgedeckt wird der Absorber durch feine Leisten. Durch die dazwischenliegenden Schlitze dringt der Schall in den Absorber. Praktischer Vorteil der Anordnung: Die Absorber sind geschützt, die Oberfläche kann später sogar geschliffen oder gestrichen werden, ohne dass Absorptionsvermögen verloren geht.

Absotpionskurven an Lignotrend-Elementen
Der Absorber im Holz-Beton-Verbundelement wirkt breitbandig (hier Beispiele für Absorptionskurven an Lignotrend-Elementen). Das Holzfasermaterial deckt mittlere und hohe Frequenzbänder ab, zur Verbesserung der tieffrequenten Absorption kann dahinter ein Hohlraum angeordnet werden. Abb.: Lignotrend

Der Absorber wirkt breitbandig: Das Holzfasermaterial selbst deckt mittlere und hohe Frequenzbänder ab, zur Verbesserung der tieffrequenten Absorption kann dahinter ein Hohlraum angeordnet werden. So auch bei dem Schulhaus in Furtwangen: Die sogenannte alpha plus-Profilvariante wurde gewählt, um die für die Verständlichkeit relevante Nachhallzeit auch unterhalb von 500 Hz zu reduzieren. Der Absorptionsgrad zu αw erreicht so Werte bis 0,75 (siehe Absorptionskurven).

Die hochwertige Akustik der Räume erzeugt durchweg positive Rückmeldungen von Lehrern und Schülern. Eine geschlossene Lage hinter dem Akustikprofil schützt zudem die tragenden Teile vor Feuer und ermöglicht den Nachweis des Feuerwiderstands nach DIN 4102. Darüber hinaus galt es bei der mehrgeschossigen Bauweise, auch effizient die Trittschallübertragung vom oberen ins untere Geschoss zu unterbinden. Mit seinem hohen Gewicht und einem geeigneten Aufbau erreicht diese Ausführung am Bau Trittschallpegel Ln,w‘ von 45 dB, je nach Belag auch darunter. Zur Unterbindung der Schall-Leitung durch Akustikfugen über die Innenwände hinweg wurde bei den Elementen durch werkseitigen Abbund die untere Leistenlage durch eine Ausblattung unterbrochen.

Bei gleicher Spannweite konnte im Flachdach mit einer reinen Massivholzdecke ohne Beton gearbeitet werden, da hier die Belastung geringer ist. Gewählt wurde ein Kastenelement ( Ligno Block Q3 Akustik alpha plus BV) mit identischem Akustikprofil wie die Geschossdecke darunter. Zur Beschränkung der Durchbiegung unter dem extensiven Gründach wurden diese Elemente werkseitig mit Überhöhung ausgeführt.

Ein integrierter Schallschutz verändert die Planungsprozesse

Optik und Akustik
Mit Schattenfugen und Ausblattungen wurden Anschlüsse optisch ansprechend und zugleich schallschutztechnisch günstig gestaltet. Foto: Dietmar Strauß

Ein weiteres Beispiel für eine integrierte Akustiklösung ist das Kinderhaus in Deizisau. Hierbei handelt es sich um einen zweistöckigen Neubau eines viergruppigen Kinderhauses in Massivholz-Bauweise. Wand-, Decken- und Dachbauteile sind aus Massivholz.

Eine Herausforderung für den Holzbau stellte die Gebäudegeometrie mit diagonal stehenden und zum Teil gekrümmten Wänden sowie dem geneigten Dach dar. Sie erforderte geneigte Schräg- und Rundschnitte sowie eine spezielle stirnseitige Profilierung an den Elementen, die letztlich nur im computergesteuerten Abbund exakt realisiert werden konnten. Mit Schattenfugen und Ausblattungen wurden Anschlüsse optisch ansprechend und zugleich schallschutztechnisch günstig gestaltet.

Pultdach von Lignotrend
Decken und Pultdach im Kinderhaus Dezisau stammen von Lignotrend. Die Elemente überspannen hier nicht nur das größte Deckenfeld von ca. 6,50 m schwingungsminimiert, sondern realisieren auch die Galeriedecke mit 2 m Kragarm. Foto: Bräuchle, Lignotrend

Die Decken und das Pultdach stammen von Lignotrend. Die 625 mm breiten, reinen Massivholz-Deckenelemente (Ligno Rippe Q3 BV Akustik alpha) sind 293 mm hoch und bei diesem Projekt bis zu 15 m lang. Sie überspannen nicht nur das größte Deckenfeld von ca. 6,50 m schwingungsminimiert, sondern realisieren auch die Galeriedecke mit 2 m Kragarm.

Im Kindergarten ist die Absorptionswirkung der Decken zunächst für den Lärmpegel relevant. Zudem verbessert der verringerte Nachhall die Verständlichkeit – der Spracherwerb eines Kindes bis zum Alter von sechs Jahren wird dadurch nachweislich begünstigt. Die Planung der Haustechnik erfolgte frühzeitig und Hand in Hand mit den anderen Projektbeteiligten, sodass auch nahezu alle quer verlaufenden Kabelkanäle, Durchführungen und Öffnungen für Leuchten und Elektroanschlüsse bereits in den Wand- und Deckenelementen angebracht werden konnten.

Verbundelement Lignotrend
Die 625 mm breiten, reinen Massivholz-Deckenelemente (Ligno Rippe Q3 BV Akustik alpha) sind 293 mm hoch und beim Projekt Deizisau bis zu 15 m lang. Abb. 4: Lignotrend

Bemerkenswert ist hier der Trittschallschutz. Die Ausführung erfüllt mit einem Laborwert von 37 dB nicht nur die normativen erhöhten Anforderungen (Ln,w‘< 46dB), die Deckenbauteile eliminieren dank niedriger Ci Spektrumsanpassungs- Werte durch eine lose Gewichtsschüttung zudem etwa tieffrequente Gehgeräusche, die im Holzbau oft als störend empfunden werden, fast vollständig.

Neu im heute schon stark vernetzten Planungsprozess ist beim Einsatz von tragenden Akustikbauteilen die frühzeitige Einbeziehung der Innenraumgestaltung bereits bei der Lösung statisch-konstruktiver Aufgaben. Den eventuellen Mehraufwand bei der Planung kann der Holzbau mit seiner ausgeprägten Vorfertigungserfahrung besonders gut ausgleichen und sogar in einen Zeit-, Kosten- und vor allem Qualitätsvorteil umwandeln. Für die Errichtung der Rohbauten beider vorgestellten Projekte waren lediglich jeweils nur 3–4 Wochen notwendig.

Der Holzbau kann in multifunktionalen Bauteilen Statik, Schallschutz, Raumakustik, Gestaltung, Feuerwiderstand und Dauerhaftigkeit kombinieren und schafft so nachhaltig flexibel nutzbare Immobilien.