Forschung zur Schwingungsoptimierung von Holzdecken im Großformat

150 Quadratmeter Versuchsfläche:

Wenn es darum geht, das Bauen klimaverträglicher zu gestalten, wird Holz als Rohstoff künftig eine noch wichtigere Rolle spielen. Wie alle leichten Decken können Holzdecken aber durch den Nutzer zu Schwingungen gebracht werden. Genaue Vorgaben sorgen beim Hausbau dafür, dass sich diese Schwingungen in kaum spürbaren Messbereichen bewegen. Bei sehr weit gespannten Decken aber kommen genau diese Regelungen an ihre Grenzen. Professorin Patricia Hamm, die an der HBC im Bereich Holzbau lehrt, arbeitet deshalb gemeinsam mit zwei Studenten an der Entwicklung eines schwingungsoptimierten Deckensystems für große Spannweiten.

Belastbar, warm, langlebig: Holz war und ist als Baumaterial beliebt und bewährt. Der nachwachsende Rohstoff wird durch seine Eigenschaft, CO2 speichern zu können, künftig eine noch wichtigere Rolle einnehmen, wenn es darum geht, das Bauen klimaverträglicher zu gestalten. Holzdecken haben aber, wie alle leichten Decken, den etwas unangenehmen Nebeneffekt, dass sie durch den Nutzer zu Schwingungen gebracht werden können. Diese können sich sehr störend anfühlen und auch schonmal das Geschirr im Schrank zum Klirren bringen. Für den Hausbau gibt es deshalb Vorgaben, wie bei der Konstruktion entsprechender Decken Schwingungen auf ein Minimum reduziert werden können.

„Bei sehr weit gespannten Decken von über 8 Metern kommen diese Regeln aber an ihre Grenzen“, berichtet Professorin Patricia Hamm, die an der Fakultät Bauingenieurwesen und Projektmanagement der Hochschule Biberach (HBC) Holzbau lehrt. „Es gibt zwar keine Spannweitenbegrenzung, doch führen die nötigen Schwingungsnachweise dazu, dass die Bauteile sehr große Querschnitte haben müssen. Damit ist die Bauweise oft unwirtschaftlich.“

Gemeinsam mit den Masterstudenten Johannes Ruf und Valentin Knöpfle sowie dem Projektpartner, der Primin Jung Deutschland GmbH, forscht sie deshalb aktuell zur Entwicklung eines schwingungsoptimierten Deckensystems, das für große Spannweiten geeignet ist und die Nachweise im besten Fall sogar unnötig machen könnte. Dafür hat das Team einen einzigartigen Versuchsstand aufgebaut: In einer Lagerhalle der Max Wild GmbH in Berkheim ist ein Deckenfeld von fast 150 Quadratmetern Größe entstanden, an dem seit November fast 2.500 Messungen durchgeführt wurden.

„Wir können hier sowohl an einem Stahl- als auch einem Holzunterzug testen, die Deckenfläche variabel verkleinern oder vergrößern. Das ermöglicht es uns viele verschiedene Konstellationen und Szenarien auszuprobieren“, erläutert Johannes Ruf. Der Versuch selbst läuft dann immer nach einem bestimmten Muster ab, wie Valentin Knöpfle erklärt: „Wir beginnen mit dem sogenannten Heel Drop, also dem Wippen von den Zehenspitzen auf die Ferse. Dann folgt das Joggen auf der Stelle. Auf der Decke sind verschiedene Messpunkte angebracht, über die wir dann die ausgelösten Schwingungen auswerten können.“

Im Laufe der Testphase konnte mit den im Vorfeld angedachten und berechneten Konstellationen kein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt werden. Kurzerhand entwickelte das Team zusätzliche Schwingsungsdämpfer und baute sie ein. „Damit konnten wir die Schwingungen der Decke deutlich reduzieren, wenn auch nicht ganz stoppen“, so Patricia Hamm. Der Prüfstand wird nun abgebaut und die detailierte Auswertung der Messergebnisse beginnt. Die erste Masterthesis zu dem Thema wird bereits in diesem Sommer veröffentlicht, der abschließende Projektbericht folgt im Juni 2023.

Eingebunden sind diese Forschungen im Institut für Holzbau der HBC, an dem interdisziplinär und praxisorientiert verschiedene Themenkomplexe bearbeitet werden. Die Hochschule lehrt und forscht schon seit vielen Jahren mit dem Rohstoff und hat gemeinsam mit dem Zimmerer-Ausbildungszentrum den einzigartigen Studiengang Holzbau-Projektmanagement entwickelt, der Theorie und praktische Ausbildung vereint.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

hamm@hochschule-bc.de

Weitere Informationen:

https://www.hochschule-biberach.de/150-quadratmeter-versuchsflaeche-forschung-zu… Homepage Hocschule Biberach