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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Tragfähigkeit,
Steifigkeit und Schwingungsdämpfung
einer Holzbalkendeckenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und eine Holzbalkendeckenanordnung mit erhöhter Tragfähigkeit, Steifigkeit und Schwingungsdämpfung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
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Einfache
Holzbalkendeckenanordnungen aus tragenden Holzbalken mit einem oberen
Dielenbelag, einer Gefachausfüllung
und einer geschlossenen Untersicht genügen nicht den Anforderungen
an den Mindestschallschutz. Bekannte Sanierungsmaßnahmen
zur Verbesserung des Luft- und Trittschallschutzes sind:
- a) Aufbringen eines schwimmenden Nass- oder Trockenestrichs,
eines weichen Bodenbelags, eventuell einer zusätzlichen Beschwerung auf der Oberseite
der Decke,
- b) Einbau einer federnd abgehängten Unterdecke mit Mineralwolle-Bedämpfung auf
der Unterseite der Decke und
- c) Ausfüllen
der Gefache mit Masse und Bedämpfung.
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Mit
diesen Maßnahmen
lassen sich die Anforderungen an den Mindestschallschutz nach DIN 4109
erfüllen.
Dennoch ist das Ergebnis oft unbefriedigend, weil die Decken nach
wie vor erschütterungsempfindlich
sind und dröhnen,
d. h. beim Begehen deutlich wahrnehmbare Erschütterungen und tieffrequente
Geräusche
verstärkt übertragen.
Vielfach dürfen
alte Holzbalkendeckenanordnungen nicht oder nur in geringem Umfang
zusätzlich
belastet werden, so dass sich von den genannten Sanierungsmaßnahmen
nur Teile ausführen
lassen. Eine notwendige statische Ertüchtigung erfolgt im Allgemeinen
durch seitliche Verstärkung
der Holzbalken. Da diese Maßnahme
das Öffnen
und Entkernen der Gefache erfordert, werden sie wegen des hohen
Aufwandes nur selten ausgeführt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der
Tragfähigkeit,
Steifigkeit und Schwingungsdämpfung
einer Holzbalkendeckenanordnung sowie eine Holzbalkendeckenanordnung
mit erhöhter
Tragfähigkeit,
Steifigkeit und Schwingungsdämpfung
anzugeben, die sich auf Maßnahmen
auf der Unterseite einer vorhandenen Holzbalkendecke beschränken und
ein Öffnen
und Entkernen der Gefache erübrigen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 durch die Merkmale dieses Anspruchs und bei einer Holzbalkendeckenanordnung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4 durch die Merkmale jenes Anspruchs
gelöst.
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Weiterbildungen
und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen
Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird bei
einer Holzbalkendeckenanordnung eine statische Ertüchtigung
von tragenden Holzbalken durch Unterspannen der Holzbalken mit Holzbohlen
erreicht. Die Holzbohlen werden in Achsrichtung der Holzbalken ausgerichtet
und mit Abstand zu den tragenden Holzbalken positioniert. Als vertikaler
Abstandshalter eignet sich der vorhandene Aufbau aus Putz auf Putzträger und Sparschalung.
Ist der Putz auf Putzträger
und Sparschalung nicht vorhanden, z.B. bei einer sichtbaren Holzbalkendecke
oder bei der Herstellung neuer Holzbalkendecken, so ist ein gesonderter
Abstandshalter erforderlich.
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Durch
eine vertikal aufwärts
gerichtete Kraft, die mittig in die Holzbohle und über die
Abstandshalter auch in die Holzbalken eingeleitet wird, geht die vorhandene
Durchbiegung des tragenden Holzbalkens ganz oder teilweise zurück. Durch
schubfeste Verschraubung der Holzbohle mit dem Holzbalken wird diese
Geometrie auch nach Lösung
der äußeren Kraft
weitgehend beibehalten und die vorhandene ständige Last vom weichen Holzbalkenquerschnitt auf
den durch die schubfeste Verschraubung mit der zusätzlichen
Holzbohle versteiften Verbundquerschnitt umgelagert.
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Vorzugsweise
werden zur schubfesten Verschraubung Vollgewindeschrauben durch
die Holzbohle schräg,
bzw. senkrecht nach oben in den Holzbalken geschraubt, im mittleren
Bereich wechselweise schräg
zu einer Vertikalen und im Auflagerbereich sowohl schräg von unten
zum jeweiligen Auflager gerichtet als auch senkrecht verlaufend.
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Die
Vollgewindeschrauben bilden so Verbindungsmittel, die statisch betrachtet
die zug- und druckfesten Schrägstäbe eines
versteckten Fachwerkbinders mit Holzbalken als Obergurt und Holzbohle
als Untergurt darstellen. Während
im mittleren Bereich ausschließlich
Schrägstäbe vorhanden
sind, muss aus Montagegründen
in der Nähe
des Auflagers ein Wechsel des Fachwerksystems von ausschließlich Schrägstäben zu vertikalen
Druckstäben und
schrägen
zum Auflager hin weisenden Zugstäben
erfolgen.
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Das
statische System stellt einen durch Überhöhung und Schubbewehrung vorgespannten Holzbalken
dar, der im Gebrauchs- und Bruchlastfall ein zum Spannbeton analoges
Tragverhalten zeigt, weil das Kräftepaar
aus dem vorwiegend druckbeanspruchten oberen Holzbalken und der
zugbelasteten unteren Holzbohle einen größeren Hebelarm bildet und damit
wesentlich höhere
Momente aufnehmen kann als vorher.
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Die
Vollgewindeschrauben folgen hinsichtlich Abstand und Anzahl der
Lagen dem Querkraftverlauf, der von der Mitte der Holzbalken zum
Auflager hin ansteigt.
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Der
Abstandshalter zwischen Balken und Bohle kann durch den vorhandenen
Putz auf Unterkonstruktion oder eine neu anzuordnende Holzwolleleichtbauplatte
gebildet sein.
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Bei
nicht vorhandenem Putz auf Unterkonstruktion eignet sich als Abstandshalter
eine Holzwolleleichtbauplatte der Dicke 25 bis 40 mm in besonderer
Weise, weil deren Perforation zu noch besserer Bedämpfung der
Balkengefache führt.
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Unter
den Holzbohlen kann eine federnd abgehängte Untersicht angeordnet
werden.
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Hierbei übernehmen
die Holzbohlen die Funktion einer sicheren und besser ausgerichteten Unterkonstruktion
für die
Unterdecke und bilden gleichzeitig Gefache zur Bedämpfung des
Hohlraums zwischen Putz und Beplankung zwecks Verbesserung des Schallschutzes.
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Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Holzbalkendeckenanordnung besteht darin, dass infolge der
Versteifung des Systems die Wirksamkeit konventioneller Maßnahmen
zur Verbesserung des Luft- und Trittschallschutzes zusätzlich erhöht wird,
bzw. dass bei einer alten, möglicherweise
nicht mehr so tragfähigen
Holzbalkendeckenanordnung überhaupt
erst die genannten konventionellen Maßnahmen zur Verbesserung des
Luft- und Trittschallschutzes durchführbar sind.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels sowie grafischen
Darstellungen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Holzbalkendeckenanordnung,
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2 eine
Darstellung eines Montagevorgangs zur Unterspannung von Holzbalken
durch Holzbohlen,
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3 einen
Verbund aus einem schubfest mit einer Holzbohle verschraubten Holzbalken,
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4 eine
grafische Darstellung der Durchbiegung über der Last bei einem Balken
ohne und mit Unterspannung,
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5 eine
grafische Darstellung des Spannungsverlaufs im Querschnitt eines
Holzbalkens ohne und mit Unterspannung,
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6 eine
grafische Darstellung der Luftschalldämmung über der Frequenz für eine konventionelle
und eine unterspannte Holzbalkendecke und
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7 eine
grafische Darstellung des Trittschallpegels über der Frequenz ebenfalls
bei einer konventionellen Holzbalkendecke und einer unterspannten
Decke.
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Bei
der Darstellung nach 1 besteht die vorhandene Holzbalkendecke
aus tragenden Holzbalken 10 mit einem Dielenbelag 12 auf
der Oberseite, einer Gefachfüllung 14,
sowie einer Sparschalung mit Putzträger 16 und Putz 18 auf
der Unterseite. Bei der erfindungsgemäßen Holzbalkendeckenanordnung
dient die vorhandene Sparschalung mit Putzträger 16 und Putz 18 als
Abstandshalter für
eine an der Unterseite angebrachte Holzbohle 20, die mit
dem tragenden Holzbalken 10 der ursprüngli chen Holzbalkendecke durch
Schrauben 22 schubfest verschraubt ist.
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Ist
der Putz auf Putzträger
und Sparschalung nicht vorhanden, z.B. bei einer sichtbaren Holzbalkendecke
oder bei der Herstellung neuer Holzbalkendecken, so eignet sich
als Abstandshalter eine Holzwolleleichtbauplatte der Dicke 25 bis
40 mm in besonderer Weise, weil deren Perforation zu noch besserer
Bedämpfung
der Balkengefache führt.
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Die
Holzbohlen 20 bilden eine gut ausgerichtete Unterkonstruktion
für eine
federnd abgehängte Deckenuntersicht 24 und
einen ausreichenden Zwischenraum zur Anordnung schalldämmender
Materialien 26.
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2 zeigt
die Darstellung des Montagevorgangs zur Unterspannung der Holzbalken 10 mit Holzbohlen 20.
Eine vorgebohrte Bohle wird mittels Schalungsstütze 28 und Hydraulik
vertikal nach oben gedrückt.
Diese überträgt die Kraft über den
Abstandshalter, z.B. Putz 18 und Sparschalung 16 bzw. eine
Holzwolleleichtbauplatte, in den darüber liegenden Holzbalken 10.
Die vorhandene Durchbiegung des Holzbalkens 10 wird dabei
teilweise oder ganz reduziert. Auf der Unterseite der Scha lungsstütze 28 wird
die Reaktionskraft über
eine Lastverteilung 30 auf eine größere Fläche des Fußbodens 32 verlagert, um
eine Durchbiegung des Fußbodens 32 zu
vermindern.
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Auf
der Oberseite der Schalungsstütze 28 wird
die Last über
eine kleinere Lastverteilung 34 in den mittleren Bereich
der Holzbohle 20 eingeleitet. Die so vorgespannte Konstruktion
aus Holzbohle 20 und Holzbalken 10 wird nun von
den Auflagern 36, 38 beginnend schubfest verschraubt.
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Beim
Absenken der Schalungsstütze 28 wird der
Balken 10 durch den Schubverbund mit der Bohle 20 vorgespannt.
Dabei erfolgt die Umlagerung der vorhandenen ständigen Last vom weichen Holzbalken 10 auf
den versteiften Verbundquerschnitt. Die gleichzeitige Umlagerung
der inneren Kräfte
und Spannungen ist in 5 dargestellt. Die Unterspannung
und Lastumlagerung wird, von den Streichbalken an der Wand beginnend,
zur Mitte der Decke fortgesetzt und mit einem Laser höhenmäßig kontrolliert.
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Zur
Veranschaulichung der Wirkungsweise der durch die Schalungsstütze 28 erzielten
Vorspannung durch Überhöhung zeigt 3 eine übertriebene
Darstellung der Durchbiegung von Holzbohle 20 und Holzbalken 10,
wobei der Holzbalken 10 und die Holzbohle 20 nach
oben hin durchgebogen sind. Der Holzbalken 10 und die Holzbohle 20 sind
schubfest verschraubt, wobei die Schrauben 22 im mittleren Balkenbereich
Schrägstäbe bilden
und zu den Auflagern 36, 38 hin zu vertikalen
Druckstäben
und schrägen
zu den Auflagern hin weisenden Zugstäben wechseln. Der Wechsel zu
vertikalen Druckstäben
ist aus Montagegründen
erforderlich, da wegen der Wände
im Bereich der Auflager 36, 38 eine Schrägverschraubung
von unten, vom Auflager weg gerichtet, nicht realisierbar ist.
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4 zeigt
eine grafische Darstellung der Durchbiegung über der Last bei einem Balken
ohne Unterspannung und mit Unterspannung, die in einem Lastverformungsversuch
ermittelt wurde. In beiden Fällen
ergibt sich ein lineares Lastverformungsverhalten ohne bleibende
Verformungen bei Mehrfachbelastungen. Die erfindungsgemäße Maßnahme führt im Lastverformungsversuch
zu einer Verdoppelung der Steifigkeit gegenüber dem Einzelbalken. Dies
lässt den
Schluss zu, dass die Tragfähigkeit
der Holzbalkendecke wesentlich verbessert wird. Dadurch kann auch
bei alten und möglicherweise
nicht mehr so tragfähigen
Balkenquerschnitten besonders bei größeren Spann weiten eine sehr
kostengünstige und
wirtschaftliche Verbesserung des Tragsystems erzielt werden.
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5 zeigt
den Querschnitt durch einen Holzbalken 10 mit einer im
Abstand dazu angeordneten und mit dem Holzbalken 10 schubfest
verschraubten Holzbohle 20. Links neben der Darstellung
ist der Spannungsverlauf dargestellt, der im Holzbalken 10 ohne
Verbund auftreten würde.
Die rechte Darstellung zeigt den Spannungsverlauf des Verbundsystems
aus Holzbalken 10 und schubfest verspannter Holzbohle 20.
Die Figur zeigt, dass die Erfindung durch die Lastumlagerung auch
zu einer Spannungsumlagerung führt,
die trotz Verdoppelung der äußeren Belastung
den alten Holzbalken 10 schont und die neue Bohle 20 gemäß ihrer
berechenbaren Tragfähigkeit
auslastet.
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6 zeigt
eine grafische Darstellung der Luftschalldämmung über der Frequenz. Erkennbar ist,
dass in dem maßgebenden
Frequenzbereich zwischen 100 und 3150 Hz die Luftschalldämmung der ursprünglichen
Decke durch die Unterspannung deutlich verbessert wird.
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7 zeigt
eine grafische Darstellung des Trittschallpegels über der
Frequenz ebenfalls für
eine konventionelle Holzbal kendecke und eine unterspannte Decke
mit weichem Bodenbelag. Auch hier ist innerhalb des maßgeblichen
Frequenzbereichs die deutliche Verbesserung des Trittschallschutzes ersichtlich.
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Die 6 und 7 machen
deutlich, dass die konventionellen Schallverbesserungsmaßnahmen
durch die Versteifung des Tragsystems infolge der Unterspannung,
auch ohne zusätzliche
Beschwerung der Decke, deutlich größere Verbesserungsmaße erzielen
als einfache Holzbalkendecken, so dass die Anforderungen des erhöhten Schallschutzes
nach DIN 4109, Beibl. 2, erfüllt
werden. Darüber
hinaus sind Erschütterungen
fast nicht mehr wahrnehmbar.
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Mit
der erfindungsgemäßen Holzbalkendeckenanordnung
lässt sich
eine Sanierung vorhandener Holzbalkendecken ohne nennenswerte Unterbrechung
der Wohnnutzung raumweise durchführen, wobei
insbesondere die Nutzung des über
der Holzbalkendecke liegenden Raumes nicht beeinträchtigt wird.
Die Sanierung von der Unterseite, ohne Öffnung der Deckengefache erfolgt
fast staubfrei, weil nach dem Einsetzen der selbst schneidenden Schrauben
in die vorgebohrten Holzbohlen kein Bohrgut ausgetragen wird.
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Durch
die Holzbohlen und die federnd abgehängte Unterdecke wird die Raumhöhe nur um
7 bis 10 cm reduziert. Da typische sanierungsbedürftige Holzbalkendeckenanordnungen
aber überwiegend
in Altbauten mit ohnehin höheren
Räumen
vorzufinden sind, stellt die Reduzierung der Raumhöhe keine
Einbuße
des Raumeindrucks dar.