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M. Neusser:
"Analyse des Einflusses von Verbindungsmitteln auf das Schalldämmmaß von leichten Trennwandkonstruktionen durch realitätsnahe Modellierung von Schraub- und Klebeverbindungen";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): T. Bednar, M. Kaltenbacher; Technische Universität Wien | Fakultät für Bauingenieurwesen | Institut für Hochbau und Technologie | E206, 2017; Rigorosum: 12.07.2017.

Die vorliegende Arbeit hat die primäre Zielsetzung ein leistungsfähiges Berechnungsmodell für die Prognose des Schwingungsverhaltens und damit des Schalldämmmaßes von 'leichten' Baukonstruktionen zu entwickeln. Eine Anwendung der derzeit normativ abgedeckten Verfahren für diese Baukonstruktionen ist ausdrücklich in den betreffenden Regelwerken ausgeschlossen. Die derzeit auf wissenschaftlicher Basis stehenden Berechnungsverfahren bieten im betrachteten tiefen Frequenzbereich zwischen 15Hz und 500Hz keine ausreichende Zuverlässigkeit der Prognosequalität in den schalltechnischen Kenngrößen zur Beschreibung des bauakustischen Verhaltens solcher Konstruktionen. Neben den zu erwarteten diffusen Berechnungsergebnissen im unteren Frequenzspektrum ist eine Abbildung der Verbindungsausbildung zwischen Plattenwerkstoff und Tragkonstruktion, die in dem betreffenden Frequenzbereich einen wesentlichen Einfluss aufweisen, nicht möglich. Ebenso ist es somit auch nicht möglich, mittels bestehender Verfahren die Auswirkungen von schwankender Verarbeitungsqualität wie z.B. Schraubenanzugsmoment in die Prognose der Kenngrößen einfließen zu lassen. Diese Tatsache führt zu einer Überdimensionierung der Kompensation wegen der derzeit großteils unbekannten Phänomene und deren Einfluss auf die bauakustischen Kenngrößen der Trennwand. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die unterschiedlichen Parameter in der Verbindungsmittelausbildung zwischen den unterschiedlichen Wandkomponenten identifiziert und deren Auswirkungen auf deren Schwingungsverhalten quantifiziert. Hierzu wurden unterschiedliche Konstruktionen untersucht und dabei die vorliegenden Parameter der Verbindungsmittelausbildung variiert. Die getesteten Konstruktionen wurden hierfür in unterschiedlichen Einbausituationen frei schwingend und in einer klassischenEinbausituation im Prüfstand montiert und mittels Körper- und Luftschallquelle zur Schwingung angeregt. Durch die messtechnische Bestimmung der Oberflächengeschwindigkeit und der eingeleiteten Schwingungsenergie konnten die Übertragungsfunktionen zwischen den Plattenoberflächen bestimmt werden. Diese entstanden Messergebnisse dienten neben der Parameteridentifizierung auch der Entwicklung und Validierung des auf der Finiten Elemente Methode basierenden Simulationsmodells. Das entwickelte Simulationsmodell bietet die Möglichkeit der Berücksichtigung der identifizierten Parameter in der Verbindungsmittelausbildung wie Schraubendimensionen, Schraubenabstand, Anzugsmoment und Position der Schrauben auf der Tragkonstruktion. Durch die numerischen Ergebnisse des validierten Prognosemodells können somit die Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Wandkomponenten und deren Verbindungselementen untersucht und optimiert werden. Neben der Optimierung von 'leichten' Baukonstruktionen mit reduziertem messtechnischem Aufwand wird eine Angabe des Schalldämmmaßes mit einer zugehörigen Standardabweichung, hervorgerufen durch Material- und Verarbeitungsqualitätsschwankungen, ermöglicht. Für Hersteller und Planer wird neben einem numerischen Optimierungsprozesses und einer Prognose der relevanten bauakustischen Kenngrößen von Trennwänden somit eine Möglichkeit geboten, Maßnahmen zur Steigerung der Verarbeitungsqualität in den Nachweis der schallschutztechnischen Anforderungen von Baukonstruktionen einfließen zu lassen.

The primary aim of this thesis is to develop a high-performance calculation model for predicting vibration characteristics and consequent measures of the sound transmission loss of lightweight building structures. An application of the currently normative covered processes for these structures is explicitly excluded in the relevant body of standards. The current calculation models, based on scientific models, do not offer satisfactory reliability in the quality of predicting the acoustical performance characteristics, especially in the low frequency range, to describe the acoustical behavior of such structures. Beside the expected vague calculation results in the spectra of low frequencies, it is not possible to build an image of formations of the connections between the outer panels and the supporting structure, which can present an important factor in these frequency ranges. Likewise with the current state of the art simulation models it is not practicable to incorporate the effects of fluctuating quality of workmanship, such as panel fastening, into the body of rules with the current processes. These facts lead to over-dimensioning the building components to compensate for the until now mostly unknown phenomena and their unknown influence of the acoustical performance characteristics. Within the scope of this thesis, different influencing parameters of the formation of the connecting joint between various wall components are identified and their effects on the vibration characteristics are quantified. For this purpose different structures are examined and thereby the formation of the connecting bodies were varied with the present parameters. For this, the tested structures were mounted in the testing stations in different ways of installation, free swinging and in the classical manner of installation followingthe current normative standards. Following, the tested structures were excited by sources of body and airborne sound. Through the metrological analysis of the velocity distribution on the surface by laser vibrometry and the simultaneously measurement of the introduced vibration energy, the transfer functions between board surfaces could be identified. The accrued measurement results offered not only the identification of parameters, but can also be used in the development and validation of the simulation model based on the finite element method. A good correspondence between measurements and results of the introduced numerical model could be achieved. The presented simulation model offers the possibility of the consideration of the identified parameters in the formation of the connecting bodies such as the dimension of the screws, the distance between screws, the tightening torque, and the position of the screws on supporting structures. By way of the numerical results of the validated predictive model, one can examine and optimize the interaction between various wall components and their connecting elements. Not only can one optimize 'light' structures with reduced metrological effort, caused by material and work related fluctuations, but one gets a measurement of the sound transmission loss with accompanying standard deviations for different junction types. For producers and designers, beside the numerical optimization process and the possibility of predicting the relevant building acoustic characteristic parameters of partition walls, it offers possible measures for increasing manufacturing quality, with reference to documented evidence of sound proofing requirements for structures

Schalldämmmaß / Trennwandkonstruktion

http://publik.tuwien.ac.at/files/publik_260811.pdf