JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Rakenteiden välityksellä tapahtuva äänen siirtyminen on puurakennuksissa monimutkaisempi ilmiö kuin vastaavassa betonirakennuksessa. Puurakennuksesta monimutkaisemman tekevät rakenteiden kiinnitysjärjestelmät, rakenteiden ja niiden liitoksien geometria sekä puun mekaaniset ja akustiset ominaisuudet. Rakentamista ohjaavissa määräyksissä erilaisten tilojen väliselle ääneneristävyydelle on asetettu vaatimuksia, joiden täyttäminen edellyttää sivuavien rakenteiden välityksellä siirtyvän äänen huomioimista rakennusten suunnittelussa. Jotta sivuavien rakenteiden välityksellä siirtyvä ääni voidaan huomioida suunnittelussa, täytyy ilmiö ja sen suuruuteen vaikuttavat tekijät tuntea puurakentamisen erityispiirteet huomioiden.

Tutkimuksessa puurakennuksien sivutiesiirtymiin vaikuttavia tekijöitä etsittiin kansainväliseen kirjallisuuteen keskittyvällä state of the art -kirjallisuuskatsauksella. Myös tilojen välisen ääneneristävyyden tarkasteluun vakioitunutta arviointimallia, sen kehittämistä ja soveltuvuutta puurakenteiden arvioimiseen tarkasteltiin. Kirjallisuuskatsauksessa havaittuja ilmiöön liittyviä epämääräisyyksiä tutkittiin tarkemmin ja epävarmuuksien huomioimista rakennusten suunnittelussa pohdittiin arviointimallin käytännön soveltamisen kannalta. Arviointimallilla laskennallisesti määritettyjä tilojen välistä ääneneristävyyttä verrattiin ääneneristävyysmittauksien tuloksiin. Lopulta kuvitteellisien esimerkkitilojen ääneneristysvaatimukset täyttävät rakenneratkaisut määritettiin laskennallisesti.

Puurakennusten sivutiesiirtymiä on tutkittu kattavasti ainoastaan ranka- ja CLT (ristiinliimattu massiivipuu) -rakenteisissa puurakennuksissa. Puurakenteiden liitoksille on tyypillistä niiden liitoseristävyyden merkittävä taajuusriippuvaisuus ja betonirakenteiden liitoksiin verrattuna useampi siirtymäteiden määrä sekä geometrian monimutkaisuus ja periodisuus. Rankarakenteiden tarkastelun haastavuutta lisää myös niiden äänen säteilyyn ja etäisyyden suhteen tapahtuvaan vaimenemiseen liittyvät ilmiöt. CLT:n dynaamiseen toimintaan liittyvät epävarmuudet vaikeuttavat sen lähtötietona tarvittavien ominaisuuksien määrittämistä ja toisaalta arviointimallissa käytettävän menetelmän valintaa ja soveltamista. Usean tutkimukseen perustuen CLT-tuotteiden sisäisen häviökertoimen lukuarvot saattavat erota merkittävästi eri laboratorioiden tai valmistajien tuotteiden välillä.

CLT-rakenteille laskennallisesti määritetyt tilojen väliset ääneneristävyydet vastasivat kohtalaisesti mittauksien tuloksia, mutta epävarmuuksia oli etenkin oikeanlaisen liitoseristävyyden valinnassa ja ilmaääneneristävyyden määrittämisessä. Sivutiesiirtymä vaikutti merkittävästi CLT-rakenteiden kokonaisääneneristävyyteen. Rankarakenteisessa kohteessa laskennan tulos ei vastannut mitattua tulosta yhtä hyvin, mutta taajuustasossa esitetyistä sivuteiden ääneneristävyyksistä oli silti pääteltävissä jotain.

Esimerkkitiloille tehdyt mitoitukset ehdottavat, ettei kaikkia tyypillisesti tehtäviä rakenteiden katkaisuja tai lisävuorauksia ole tarpeellista tehdä. Ainoastaan merkittävien sivuteiden eristävyyden parantamisella on vaikutusta tilojen väliseen kokonaisääneneristävyyteen.

Puurakennuksissa tilojen välisen ääneneristävyyden laskennalliseen määrittämiseen liittyy useita epävarmuuksia, joihin alan tutkimus ei vielä vastaa. Arviointimenetelmää voi kuitenkin käyttää suunnittelun apuna tarkkuutta noudattaen, kun siihen liittyvät epävarmuudet on tiedostettu. Merkittävin jatkotutkimuksen aihe on diplomityön perusteella liitoseristävyyden määrittäminen laskennallisesti.

Flanking sound transmission in wooden buildings

Abstract

Sound transmission via flanking elements is a more complex phenomenon in wooden buildings than in corresponding concrete buildings. Complexity of the sound transmission in wooden buildings is a consequence of complicated joints, geometry of the elements and connections and the mechanical and the acoustical properties of wood. Regulations guiding the construction sets requirements for sound insulation between different kind of rooms, thus flanking sound transmission must be concerned in structural design of buildings. Prediction of flanking sound transmission in structural design requires understanding of the phenomena and the significance of the attributes defining it relating to wooden construction must be known.

In this thesis, the phenomena defining flanking sound transmission in wooden buildings were explored as state-of-the-art -literature review, which was focused on international research. Also, the standardized prediction model for prediction of the sound insulation between adjacent rooms, its development and suitability for wooden buildings were studied. Uncertainties discovered in the literature review were further investigated and the consideration of the uncertainties were discussed in terms of application of the prediction model for design work. The prediction model was applied to reference rooms and the results were compared to the results obtained from measurements. Finally, the prediction model was applied to imaginary example rooms and the structural details for different requirements were determined with the use of the prediction model.

Research concerning the flanking sound transmission in wooden buildings is currently available only for lightweight framed buildings and CLT (cross-laminated-timber) buildings. For wooden junctions, the quantity expressing the attenuation of vibration in junction is typically frequency-dependent and compared to junctions made of concrete the number of sound transmission paths is greater and the geometry is typically more complex and periodic. Framed structures exhibit difficulties regarding to sound radiation and attenuation of the vibration in terms of distance. The uncertainties regarding to dynamic properties of CLT complicate the prediction of properties of CLT needed as input data for the prediction model and also complicate the application of the prediction model with structures involving CLT-elements. Based on several publications, the internal loss factor of CLT can vary significantly between different laboratories or manufacturers.

For CLT-based rooms, the predicted sound insulation between rooms corresponded moderately with results obtained from measurements, but there are uncertainties concerning especially the quantities expressing the junction attenuation and the prediction of airborne sound insulation of single CLT-element. Flanking sound transmission significantly affects the total sound insulation in CLT-based rooms. For framed structures, the predicted sound insulation between rooms did not match well with the measurement results, but something can still be deduced from the results.

The results of investigations relating to example rooms suggest, that the typical disconnections of the elements or the additional linings are not always necessary. Only the improvement of the flanking sound insulation of significant flanking path will lead to improvements in total sound insulation.

In the prediction of the sound insulation of adjacent rooms in wooden buildings, there are several uncertainties which research does not answer yet. The prediction model can still be used as a design tool with precision when the uncertainties are well known by the designer or the engineer. The most remarkable subject for further research is defining the quantities describing the attenuation of vibration in junctions by means of numerical simulations.