Optimierung im Visier

Im Einfamilien-Reihen- oder -Doppelhaus werden häufig leichte Treppensysteme in Holz- oder Stahlbauweise eingebaut. Leider sind diese Konstruktionen oftmals Anlass für Beschwerden: Bewohner beklagen sich über Geräuschübertragungen, die beim Begehen der Treppe entstehen. In den Fällen, in denen nach Vorliegen von Beschwerden bauakustische Messungen durchgeführt werden, ergibt sich jedoch meistens, dass die Anforderungen nach DIN 4109 (erf. L’n,w = 53 dB) und zum Teil auch die Vorschläge für den erhöhten Schallschutz nach Beiblatt 2 zu DIN 4109 (erf. L’n,w = 46 dB) eingehalten werden.

Bereits in früheren Untersuchungen wurde festgestellt, dass es sich vor allem um eine Problematik im tiefen Frequenzbereich handelt. Verantwortlich sind hier zum einen die relativ geringe Schalldämmung der Haustrennwände bei diesen Frequenzen und zum anderen die Tatsache, dass durch den Gehvorgang hauptsächlich tieffrequent Energie in die Treppenkonstruktion eingeleitet wird.

Im Auftrag des Deutschen HolzTreppeninstituts e.V. wurden schalltechnische Untersuchungen zur Trittschallübertragung einer handwerklichen Holzwangentreppe durchgeführt. Ziel war und ist es, Holztreppen durch geeignete Maßnahmen schalltechnisch deutlich zu verbessern.

Im ersten Schritt wurde eine Treppe nach den im Regelwerk Holztreppenbau angegebenen Konstruktionsdetails an eine einschalige, massive Treppenwand mit einer Dicke von 240 mm und einer Dichte von 2000 kg/m³ in den schalltechnischen Treppenprüfstand eingebaut. Die geprüfte Treppenkonstruktion:

Für die beschriebene Konstruktion wurde der Norm-Trittschallpegel nach DIN EN ISO 1406 jeweils in der Ausführung mit und ohne Setzstufen ermittelt. Dabei ergaben sich die in Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse.

Eine Beurteilung dieser Ergebnisse nach den in DIN 4109 genannten Anforderungen zeigt, dass mit den untersuchten Treppenkonstruktionen mit sehr großer Wahrscheinlichkeit die Mindestanforderungen für Treppenläufe und -podeste in Mehrfamilienwohnhäusern von erf. L’n,w = 58 dB nicht eingehalten werden können. Das Messergebnis der Treppe ohne Setzstufen unterschreitet diesen Wert zwar knapp, es ist jedoch zu bedenken, dass im Prüfstand gemäß den in den entsprechenden Prüfnormen gestellten Anforderungen eine Nebenwegsübertragung durch Trennung von Sende- und Empfangsraum ausgeschlossen ist. Außerdem stellt die Wand aus Kalksandvollsteinen, an der die Treppen geprüft wurden, eine Maximalbetrachtung dar. In der Regel werden in der tatsächlichen Bausituation weder dickere Steine noch solche mit größerer Rohdichte zum Einsatz kommen. Dies hat zur Folge, dass die am Bau ermittelten Norm-Trittschallpegel tendenziell eher schlechter sein werden als die vorliegenden Ergebnisse.

Ergebnisse einer Umfrage unter schalltechnischen Güteprüfstellen zeigen, dass sich für rund 77 % aller am Bau geprüften Leichtbautreppen Norm-Trittschallpegel ergeben als für die im Labor geprüften handwerklichen Holztreppen. Wie bereits erwähnt, werden die Werte für die geprüfte Treppe am Bau aller Voraussicht nach noch schlechter sein als im Labor, d. h. der Anteil der „schalltechnisch besseren“ Treppen wird noch größer werden. Insgesamt ist der mit den geprüften Treppen erreichbare Trittschallschutz als unterdurchschnittlich zu bezeichnen.

Da die beiden untersuchten Treppenläufe (mit/ohne Setzstufen) tendenziell einen ähnlichen frequenzabhängigen Norm-Trittschallpegel aufweisen, wurden die weiteren Untersuchungen zur schalltechnischen Optimierung am Aufbau ohne Setzstufen mit dem schlechteren Messergebnis durchgeführt.

Durch Begehen einer Treppe wird Trittschall in die Treppenkonstruktion eingeleitet. Dieser wird über die Ankopplungspunkte der Treppe an die Baukonstruktion weitergegeben und über trennende oder flankierende Bauteile an den Empfangsraum abgegeben, wo er unter Umständen zu Störungen führen kann. Um die Übertragung von Trittschall von einer Treppe in einen Empfangsraum zu minimieren, sollte also nach Möglichkeit verhindert werden, dass die erzeugte Energie in die Baukonstruktion eingeleitet wird.

Bei der untersuchten Holzwangentreppe existieren folgende Kontaktpunkte mit der Baukonstruktion, an denen Körperschall eingeleitet werden kann: untere Auflagerpunkte auf der Geschossdecke, obere Auflagerpunkte auf der Geschossdecke, Wandauflager am Eckpunkt der Außenwange sowie Außenwange an der Treppenwand.

Um eine schalltechnische Verbesserung zu erreichen, ohne die Treppenkonstruktion maßgeblich zu verändern, muss die Körperschallübertragung über die in den Abbildungen rechts dargestellten Ankopplungspunkte reduziert werden. Dies kann durch ein Abrücken der Wange von der Trennwand sowie eine wirksame schalltechnische Entkopplung der restlichen Auflager erreicht werden. Leider sind die Wünsche des Akustikers nach „vollständiger Entkopplung“ und die des Statikers nach „kompletter Befestigung“ nur sehr schwer in Einklang zu bringen. Für die vorliegende Grundlagenuntersuchung wurde zunächst auf die statischen Belange keine Rücksicht genommen, da hier als oberstes Ziel herauszufinden war, welche schalltechnische Verbesserung überhaupt zu erreichen ist. Zur Umsetzung der Ergebnisse auf die reale Einbausituation bedarf es nochmals der engen Zusammenarbeit zwischen den ausführenden Unternehmen sowie der Beratung unter statischen und akustischen Gesichtspunkten.

Im einzelnen wurden im Zusammenhang mit der schalltechnischen Optimierung der Holzwangentreppe die in Tabelle 2 angegebenen Einbauvarianten untersucht, um den Einfluss der verschiedenen Übertragungswege auf den Norm-Trittschallpegel der Treppenkonstruktion herauszufinden. Das schrittweise Vorgehen soll es für die spätere Ausführung erleichtern, einen Kompromiss zwischen Schallschutz und Wirtschaftlichkeit der zu ergreifenden Maßnahmen und den Anforderungen in Bezug auf Statik und sichere Begehbarkeit der Treppe zu erreichen.

Bei allen angegebenen Untersuchungsschritten war die Wand von der Treppenwand abgerückt. Diese Maßnahme scheint nach bisherigen Erkenntnissen unvermeidlich, um eine Minimierung der Trittschallübertragung zu erzielen. Außerdem wurde zunächst der Eckpunkt über einen Pfosten auf der Geschossdecke gelagert, um eine vollständige Entkopplung der Treppe von der Treppenwand zu gewährleisten.

Grundlage für die Dimensionierung der Entkopplung sind die an den einzelnen Auflagerpunkten wirksamen Massenkräfte, die nach Einbau der Treppe in den Prüfstand bestimmt wurden. Anhand dieser Ausgangsgrößen wurde eine Abstimmfrequenz von 20 Hz für die Lagerung der entsprechenden Entkopplungspunkte mit Elastomerelementen der Firma Getzner, Typ Sylomer, angestrebt. Unmittelbar bei dieser Abstimmfrequenz ergibt sich durch Resonanzeffekte eine Verschlechterung der Übertragungssituation, für Frequenzen oberhalb der Abstimmfrequenz sind jedoch deutliche Verbesserungen zu erzielen.

Zunächst war geplant, die Grenze der maximal möglichen Optimierung zu ermitteln. Aus diesem Grund wurde der NormTrittschallpegel für den Aufbau 4 aus Tabelle 2 bestimmt. Aufgrund der sehr wirkungsvollen Entkopplung aller Auflagerpunkte wurde jedoch festgestellt, dass der sich im Empfangsraum ergebende Schalldruckpegel nicht ausschließlich durch Körperschallübertragungen entsteht, sondern im Frequenzbereich oberhalb von 100 Hz der Luftschallanteil, der durch Anregung der Treppe mit dem Normhammerwerk erzeugt wird, überwiegt. In DIN EN ISO 1406, Abschnitt 6.5 Fremdgeräuschkorrektur heißt es hierzu: „Es muss dafür Sorge getragen werden, dass der vom Hammerwerk erzeugte und in den Empfangsraum übertragene Luftschall den Trittschallpegel im Empfangsraum nicht beeinflusst.“

Um diesen Vorgaben Rechnung zu tragen, wurde eine senderaumseitige (Raum, in dem die Treppe steht) Vorsatzschale an die Treppenwand angebracht, die jene Bereiche, vor denen sich nicht unmittelbar die Treppenkonstruktion befand, bedeckte. Durch diese Maßnahme konnte die Schalldämmung der Trennwand in erheblichem Umfang von Rw = 53 dB auf Rw = 60 dB verbessert werden. Dadurch ließ sich die Luftschallübertragung zwar nicht vollständig verhindern, jedoch so weit minimieren, dass sich aussagekräftige Ergebnisse im Hinblick auf die Optimierung der durch die Treppe in die Baukonstruktion eingeleiteten Körperschallenergie treffen lassen.

Für die genannten Einbauvarianten wurden die Norm-Trittschallpegel einschließlich der Spektrum-Anpassungswerte ermittelt. Die Ergebnisse finden sich ebenfalls in Tabelle 2 auf der nächsten Seite. Erläuterung zu den Spektrum-Anpassungswerten: Diese kennzeichnen die tieffrequente Geräuschübertragung. Je größer der Spektrum-Anpassungswert, desto stärker ist die tieffrequente Geräuschübertragung. Durch Addition des Spektrum-Anpassungswertes zum Norm-Trittschallpegel ergibt sich ein Wert, der zur Beurteilung des subjektiven Höreindruckes besser geeignet ist als nur der Norm-Trittschallpegel.

Für die Einbauvarianten 4 und 9, die quasi die Optimierungsgrenze darstellen, da hier alle Verbindungspunkte mit dem Baukörper entkoppelt ausgeführt wurden, ergeben sich sehr deutliche Verbesserungen des Norm-Trittschallpegels über den gesamten Frequenzbereich. In der Abbildung rechts sind die frequenzabhängigen Norm-Trittschallpegel im Vergleich zum Ausgangswert dargestellt.

Durch entsprechend dimensionierte Entkopplungsmaßnahmen kann also gegenüber dem Ausgangszustand eine (enorme) Pegelminderung von Durch entsprechend dimensionierte Entkopplungsmaßnahmen kann also gegenüber dem Ausgangszustand eine (enorme) Pegelminderung von Ln,w = 31 dB erreicht werden. Insbesondere im Frequenzbereich unter 250 Hz – dieser ist vor allem bei zweischaligen Wänden oft maßgeblich für Störungen durch gehende Personen – wurde die Trittschallübertragung deutlich minimiert. Dies kommt auch durch die im Vergleich zu anderen Treppenkonstruktionen mit sehr guten Norm-Trittschallpegeln kleinen Spektrum-Anpassungswerte zum Ausdruck.

Durch die in Tabelle 2 beschriebenen Einbauvarianten 6, 7 und 8 sollte untersucht werden, ob eine nur teilweise Entkopplung der Auflagerpunkte sinnvoll bzw. im Hinblick auf die schalltechnische Optimierung bereits ausreichend ist. Dabei zeigt sich, dass nur bei wirksamer Entkopplung aller Auflagerpunkte das Optimum im Hinblick auf die Trittschallübertragung erreicht werden kann. Sobald ein Auflager starr ausgeführt wird, führt dies zu deutlichen Verschlechterungen des Norm-Trittschallpegels über den gesamten Frequenzbereich von rund 5 bis 10 dB.

An einer Holzwangentreppe wurde durch systematische Veränderungen der Körperschallübertragungswege der Einfluss der einzelnen Ankopplungspunkte an den Baukörper (Boden, Decke und Treppenwand) überprüft. Durch Abrücken der Wange von der Trennwand und Entkopplung der vorhandenen Auflagerpunkte wurde gegenüber dem Ausgangszustand eine sehr große Pegelminderung von An einer Holzwangentreppe wurde durch systematische Veränderungen der Körperschallübertragungswege der Einfluss der einzelnen Ankopplungspunkte an den Baukörper (Boden, Decke und Treppenwand) überprüft. Durch Abrücken der Wange von der Trennwand und Entkopplung der vorhandenen Auflagerpunkte wurde gegenüber dem Ausgangszustand eine sehr große Pegelminderung von Ln,w = 31 dB erreicht. Der Messwert des Norm-Trittschallpegels an der Optimalkonstruktion betrug Ln,w = 29 dB. Damit werden die Mindestanforderungen an den Schallschutz nach DIN 4109, sowie die Empfehlungen für einen erhöhten Schallschutz nach DIN 4109, Beiblatt 2 am Bau mit großer Sicherheit überschritten.

Anhand der durchgeführten Untersuchungen sollten nun Möglichkeiten erarbeitet werden, entsprechende Entkopplungen beim Einbau von Holzwangentreppen vorzusehen. Hier ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Treppenbauer, Statiker und Akustiker erforderlich. Sobald hierfür Lösungen erarbeitet wurden, ist geplant, die vorliegenden Untersuchungen durch Messungen am Bau zu verifizieren und im Hinblick auf ihre Übertragbarkeit auf die reale Einbausituation hin zu überprüfen.

Literatur