ACOUSTIC SOLUTIONS FOR WOODEN INTERMEDIATE FLOORS
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ACOUSTIC SOLUTIONS FOR WOODEN INTERMEDIATE FLOORS
ACOUSTIC SOLUTIONS FOR WOODEN INTERMEDIATE FLOORS Olin Bartlomé Dipl. Ing. (FH) SWISS PROPERTY o.bartlome@swiss-property.ch Situation in Western Europe Innovation and current developments in most Western European countries ‹BFH-AHB Holz Biel›, Biel (CH), 1999 ‹Hegianwandweg›, Zürich (CH), 2003 ‹Sunken House›, London (UK), 2007 ‹Apartment Building›, Trondheim (N), 2007 ‹Casa Montarina›, Lugano (2008) ‹e3›, Berlin (2008) ‹Murray Grove›, London (UK), 2009 ‹Hotel Ammerwald›, Reutte (A), 2009 ‹Badenerstrasse 380›, Zürich (CH), 2010 ‹Bridport House›, London (UK), 2011 ‹LifeCycle Tower›, Dornbirn (A), 2012 ‹LifeCycle Tower›, Dornbirn (A), 2012 ‹BFH-AHB Holz Biel›, Biel (CH), 1999 ‹BFH-AHB Holz ‹Sihlbogen›, Biel›, Biel Zürich (CH),(CH), 19992011 – 2013 Situation in Western Europe Increase building density Less single dwellings, more multi-storey buildings (mainly 6-8 floors) Wooden multi-storey buildings in urban areas (Zurich, London et al.) Multi-storey buildings In 2003: bn€ 2,35; in 2011: bn€ 4,5 Our market share 2003: 0 %; in 2008: approx. 6.8% Single dwellings In 2003: bn€ 2.25; in 2011: bn€ 2.39 Our market share 2003: approx. 18,5%, in 2008: approx. 21% Enhanced requirements in terms of comfort by residents Tougher standards, e.g. Norm SIA 181 ‹Acoustics in buildings› Quelle: Baublatt Nr. 45, 2011 und BAFU – BFH, Holzendverbrauch Schweiz 2012 Initial position│ What is the aim of engineering acoustics? Create appropriate conditions for users Airborne sound insulation against inside and outside noise Impact and structure-borne noise insulation Sound absorption Initial position│ What is the aim of engineering acoustics? Popular assessment: Noise does not disturb and one gets used to it This does not exclude possible long-term health problems (FOEN) Physical changes occur, without these being consciously perceived (WHO) HUMAN PERCEPTION OF IMPACT NOISE Human Perception of Impact Noise Beside the values in the code(s), there are also requirements by the residents. These are based on the subjective feelings of the people. With conventional wooden intermediate floors, these often lead to complaints. … and that even when normative values are fulfilled (!) Human Perception of Impact Noise Resident-related requirements The most annoying noise is the impact noise from other living areas. This is caused by steps, by children running around or by the movement of chairs on the floor above. 7 6 5 6,4 4 3 2 1 2,3 1,4 0 Low frequency noises Where is the problem? Quelle: Bartlomé, O.; Liebl, A.; Späth, M.; Kittel, M.: (2013) ‹AcuWood› Human Perception of Impact Noise 80 Difference between heavy- and lightweight construction Normative range: Generally 100 – 3150 Hz Humans hear from 16…21 Hz Frequencies < 100 Hz are heard can lead to the mentioned complaints Intermediate floor Ln,w CI,100-2500 CI,50-2500 Timber susp. ceiling 2x 38 dB 0 dB 21 dB gypsum15 mm (01d1.1) Concrete Norm-Trittschallpegel Ln [dB] 70 60 50 40 30 20 10 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 Frequenz [Hz] HBV mit ZE und 2x GK 15 mm (A4.01d1.1) 63 dB -19 dB -11 dB Quelle: Bartlomé, O. (2012) Betondecke (roh) Human Perception of Impact Noise 80 Norm-Trittschallpegel Ln [dB] 70 Intermediate floor Ln,w Ln,w + CI,100-2500 Ln,w + CI,50-2500 HBV mit ZE und 2x GK 38 dB 38 dB 59 dB 15 mm (01d1.1) 60 50 40 30 20 10 31,5 63 125 250 500 1000 2000 Frequenz [Hz] HBV mit ZE und 2x GK 15 mm (A4.01d1.1) Bezugskurve Quelle: Bartlomé, O. (2012) 4000 R&D │Human Perception of Impact Noise Project with Fraunhofer Institute IBP IBP and Lignum are partners in the European WoodWisdom-Net project ‹AcuWood› Financial support by the Federal Office for Housing R&D │Human Perception of Impact Noise Method Field Survey ca. 250 multi-storey buildings in timber (> 3 storey) ca. 1550 – 1600 flats 308 fully returned questionnaires (ca. 20 %) 76 in Germany R&D │Human Perception of Impact Noise In-situ measurements (5 carefully selected buildings in CH): Wooden box-type intermediate floor with ballast and floating floor Wood-concrete-composite intermediate floor with floating floor Solid timber intermediate floor with ballast and floating floor Ribbed slab intermediate floor with ballast and floating floor Wooden box-type intermediate floor with ballast in the boxes, suspended ceiling and floating floor Human Perception of Impact Noise Listening Test Quelle: ‹AcuWood› Human Perception of Impact Noise Listening Test 125 signals E.g. sources... Standard tapping machine Modified tapping machine Rubber ball Moving chair Male walker, hard footwear Female walker, hard footwear Male walker, soft footwear R&D │RESULTS R&D │Results Acoustics ranked in middle position (n=354) R&D │Results Residents are pretty satisfied (nmax=355; nmin=285) R&D │Results Neighbours walking is the most annoying single noise source. (nmax=344; nmin=276) However, even this is at a low figure R&D │Results Mittlere Beurteilung der Lärmbelästigung äusserst = 10 9 Mehrfamilienhaus 8 Einfamilienhaus 7 6 5 4 3 2 1 überhaupt nicht = 0 Lärm im Allgemeinen; z.B. durch Verkehr, Baustelle, Gespräche, Musik, Gehgeräusche, technische Einrichtungen etc. Nachbarn; Gehgeräusche, d.h. man hört die Schritte beim Gehen Nachbarn; alltägliche Lebensumstände, z.B. Gespräche, Töne und Geräusche, TV durch Böden/Decken Nachbarn; Musik mit Bass und Schlagzeug Nachbarn; Klappern und Geräusche von eigenen Möbelstücken, wenn Nachbarn sich darüber bewegen Nachbarn; alltägliche Lebensumstände, z.B. Gespräche, Töne und Geräusche, TV durch Wände R&D │Results Mittlere Beurteilung der Lärmbelästigung äusserst = 10 Mehrfamilienhaus 9 Einfamilienhaus 8 7 6 5 4 3 2 1 überhaupt nicht = 0 Klimaanlagen; Heizgeräte, Lüftung, Luftdurchlässe Verkehr (Autos, Busse, LKWs, Züge oder Flugzeuge); bei geschlossenen Fenstern in Innenräumen zu hören Treppenhäuser, Aussengänge etc.; Gespräche, Türenschliessen Haustechnik; Aufzüge, Waschmaschinen, Belüftungsanlagen Treppenhäuser, Aussengänge etc.; Gehgeräusche oder anderer Trittschall Wasserinstallationen; Betriebsgebäude; Rohrleitungen, Garagen, Läden, Büros, Abwassergeräusche von Bars, Restaurants, WC, Dusche Waschsalons bei geschlossenen Fenstern in Innenräumen zu hören R&D │Results Wooden box-type intermediate floor with ballast and floating floor Quelle: ‹AcuWood Calciumsulfat-Fliessestrich C30-F6 Trittschalldämmung s‘ = 6 MN/m³ TSD/Installationsebene Gipsfaserplatte Holzkastenelement Dreischichtplatte Konstruktionsvollholz mit Splitt 150 kg/m² Dreischichtplatte, Sichtschalung 55 mm 30 mm 30 mm 15 mm 254 mm 27 mm 200 mm 105 mm 27 mm L‘n,w L‘n,w + CI 50-3150 51/53 dB 59/56 dB R&D │Results Solid timber intermediate floor with ballast and floating floor Quelle: ‹AcuWood› L‘n,w L‘n,w + CI 50-3150 53/53 dB 56/55 dB R&D │Results Ribbed slab intermediate floor with ballast and floating floor Quelle: ‹AcuWood› Anhydridestrich m‘ = 115 kg/m² Trittschalldämmung Fermacell Splitt, m‘ = 45 kg/m² Dreischichtplatte, m‘ = 12,2 kg/m² Rippendecke aus Brettschichtholz mit MF 100 mm Gipsfaserplatte, m‘ = 17.2 kg/m² Unterdecke mit Federbügeln und MF 30 mm Gipskartonplatte 60 mm 2 x 20 mm 30 mm 27 mm 280 mm 15 mm 45 mm 2 x 15 mm L‘n,w L‘n,w + CI 50-3150 39/37 dB 51/50 dB R&D │Results Wood-concrete-composite intermediate floor with floating floor Quelle: ‹AcuWood L‘n,w L‘n,w + CI 50-3150 45/44 dB 47/49 dB R&D │Results Wooden box-type intermediate floor with ballast and floating floor Quelle: ‹AcuWood› L‘n,w L‘n,w + CI 50-3150 44/47 dB 57/58 dB R&D │Correlation Results R&D │Results Single number value for tapping machine LnT,w + CI 50 - 2500 vs. annoyance of the walkers R&D │Results Einzahlwerte für Norm-Hammerwerk LnT,w + CI 50 – 2500 in Bezug auf die Anzahl belästigter Personen Tiefe Streuung der Einzahlwerte für ähnliche Anzahl von Belästigten Hohes Bestimmheitsmass von r = 0.77 Schwach abfallende Regressionskurve Tiefste Werte bei 48 dB Quelle: Späh, M. (2013) Vorabzug Resultate ‹AcuWood› R&D │Results Subjektive Belästigung japanischer Gummiball versus subjektive Belästigung Geher Die Belästigung durch den Ball ist höher als für das Norm-Hammerwerk und das modifizierte Norm-Hammerwerk Die Steigung der Regressionslinie ist fast 1, die Koorelation zwischen der Belästigung Geher und Belästigung Ball ist hoch Der Korrelationskoeffizient r = 0.89 wesentlich höher Quelle: Späh, M. (2013) Vorabzug Resultate ‹AcuWood› R&D │Results Correlation coefficient single number value for tapping machine vs. annoyance of the walkers Rating r Rating r Rating r L‘nT,w 0.62 Fasold 0.75 JIS Li,A 0.59 L‘nT,w+CI 100–2500 0.69 Bodlund 0.76 JIS Li,A,F 0.53 L‘nT,w+CI 50–2500 0.76 rev. A-weighting 0.60 JIS Li,A,w 0.54 Hagberg 03 0.79 Gösele 0.60 L‘nT,A 20-2500 0.60 Hagberg 04 0.79 Hearing Thresh. 0.56 L‘nT,A 50-2500 0.60 Quelle: Späh, M. (2013) Vorabzug Resultate ‹AcuWood› R&D │Results Bewertung durch Which requirments can be deviated? Regressionsformel für Einzahlwert und subjektive Wahrnehmung Bestimmtheitsmass R² Anforderungen basierend auf prozentualer Belästigung in dB 40% 20% 0% Norm-Hammerwerk L´nT,w+CI,50 – 2500 y=20.8x+49.3 0.60 58 53 49 Norm-Hammerwerk L´nT,w Hagberg 03 y=17.2x+58.4 0.62 65 62 58 Japanischer Ball L´nT,A,F,max,20-2500 y=24.7x+46.9 0.74 57 52 47 Quelle: Späh, M. (2013) Vorabzug Resultate ‹AcuWood› MEASURES│INTERMEDIATE FLOOR Measures │General Quality assurance Designteam Measures │Intermediate Floor 80 Methods of construction Intermediate floor Ln,w CI,50-2500 Solid timber 67dB -4 dB Solid timber, with 46 dB 6 dB ballast (152 kg/m2) Norm-Trittschallpegel Ln [dB] 70 Brettstapeldecke mit ZE (A3.01-03h-00000a-00-110a) Gewicht: 193 kg/m2 60 50 40 Brettstapeldecke, beschwert 152 kg/m2 mit ZE (A3.01-03h00-000a-40-110a) 30 20 10 31,5 63 125 250 500 Frequenz [Hz] Quelle: Bartlomé, O. (2012) 1000 2000 4000 Measures │Intermediate Floor Quelle: Furrer, B. (2013) Measures │Flanking sound transmission Different in regards to construction method: light weight, heavy weight, solid timber, timber frame etc. Fd + Ff + Df = Dnf Measures │Flanking sound transmission 70 Norm-Trittschallpegel Ln [dB] 60 50 Messung ohne Nebenwege 40 30 20 Messung mit Nebenwegen 10 0 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 Frequenz [Hz] Comparison measurement without and with flanking transmission Without flanking transmission: Ln,w + C = 26 dB, Ln,w + CI,50-2500 = 46 dB With flanking transmission: Ln,f,w + C = 32 dB, Ln,f,w + CI,50-2500 = 46 dB FUTURE Future │WWN+ project ‘Silent Timber Build’ Excursus: Influence of ceiling on the LCA of a building 1 2 3 4 6 7 1 2 3 4 6 7 1 3 4 6 7 Excursus: Influence of ceiling on the LCA of a building Greenhous gas emission: 762 MJ/m2 75.9 kg/m2 494 MJ/m2 606 MJ/m2 475 MJ/m2 - 38 % / - 57 % Embodied energy: 40.4 kg/m2 - 19 % / - 15 % 47.6 kg/m2 28.0 kg/m2 - 13 % / - 15 % 550 MJ/m2 32.8 kg/m2 Outlook Limiting boundaries to the building itself will continue to lose significance Keywords ‚self-sustenanc/costs‘, ‚LowEx‘ Cascade utilisation of wood Today’s planning and construction techniques must continue to move forward and clever ideas are needed Currently, blinds or awnings are often the only dynamic component of a building The recyclability of cars is 90 %, while buildings often reach only 4 %. ‘Lightweight (timber) construction is going to be a very important factor for sustainability.’ This is some catchy headline Werner Sobek Many thanks for your attention! WOOD tastes good