– Säker dimensionering av ljudisolering kräver utveckling i byggprocessen
Användningen trä i byggandet ökar markant. Speciellt kan noteras att användningen av massivtträelement som stomme i höga hus, företrädesvis KL-Trä, ökar i snabb takt. Det är bra och spännade och framförallt är trä viktigt för att producera hållbara byggnader för framtiden. Trä lagrar koldioxid, det är förnybart och det är en växande källa av naturligt byggmaterial. Träindustrin har vidare utvecklat effektiva metoder för prefabricering i fabriker. Det innebär snabbt montage installation av hela byggnader på plats, och det skapar samtidigt bättre arbetsmiljö för arbetstagare och minskat slöseri med byggmaterial under byggprocessen.
En annan stor fördel är den låga vikten som öppnar för nya möjligheter såsom att återanvända befintliga fundament och även befintliga byggnader genom att man kan addera flera nya våningar utan extra förstärkning av fundamentet. På grund av den låga vikten kan antalet transporter från fabrik till byggarbetsplatser minskas dramatiskt, vilket är ännu en stor miljöfördel. Studerar man KL-trä specifikt så är dessa också attraktiva eftersom de klarar stora laster och knutpunkterna är ofta förseglade vilket känns som en bra grund för säker branddimensionering. Vid korrekt utformning, är massivträ också fördelaktigt med avseende på akustik och det är numera möjligt att förutsäga ljudisolering och andra tekniska aspekter i mindre flerbostadsbyggnader och för enskilda byggnadselement. Från resultatet av WWN + projektet Silent Timber Build finns designverktyg för olika typer av byggnadselement tillgängligt (se www.silent-timber-build.com).
Figur 1: För att undvika flanktransmission kan påbyggnad på båda sidor om vägg vara en lösning men är det praktiskt? Väggen blir tjock och den kan försämras lite horisontellt då det uppstår dubbla resonanser. Flanktransmissionen via tak kan dessutom bli stor, speciellt om man använder ett lätt övergolv – då kan det krävas undertak och då måste man arbeta underifrån och inget trä är längre synligt. Det är normalt inte eftersträvansvärt.
Inledning
I Skandinavien är vi just nu inne i en snabb och intressant utveckling av byggnader med massivträstommar, och dessa byggnader tenderar att bli högre och högre. Det finns anledning att tro att utvecklingen fortsätter under många år då investeringar i nya produktionsanläggningar för KL-trä i Skandinavien för närvarande är omfattande. Den snabba utvecklingen innebär emellertid att det omgående kommer att krävas en ökat samverkan och ömsesidig förståelse för de behov som olika teknikområden har i dessa speciella byggnader. Det gäller inte minst byggnadsakustik (ljudisolering) och hur detta skall kombineras med andra aspekter såsom exempelvis statik, brand och arkitektur (synligt trä). Det blir ett nytt sätt att projektera, nya lösningar måste fram som fungerar i alla dessa avseenden. Särskilt viktigt är det att förstå hur knutpunkterna i byggnader med massivträ / KL-trä skall utformas och hur de ingående byggdelarnas uppbyggnad (bjälklag och väggar) påverkar funktionen hos knutpunkterna, och slutligen, hur de blir byggda och sammanfogade i verkligheten.
Inom byggnadsakustiken har vi under många år fokuserat på att utveckla diverse olika bjälklag som klarar höga krav avseende stegljudsisolering. Med homogena lätta stommar i KL-trä uppstår dock nya utmaningar, nämligen att klara rimliga krav på luftljudsisoleringen, tack vare risken för en stor andel flankerande ljud mellan lägenheter via KL-träskivorna. Med KL-trä kan byggnaderna göras höga men det krävs då att många (eller kanske alla..) väggar och bjälklag är lastbärande / stabiliserande för att man skall klara byggnadens stabilitet, om det inte går att lösa det på annat sätt. Detta innebär att det blir många knutpunkter som skall fungera ljudisoleringsmässigt men som inte kommer att kunna utformas ”akustiskt” separerade på ett effektivt sätt. Detta skapar speciella utmaningar om det är höga ljudkrav, vilket ofta måste sägas vara fallet för bostadsbyggnader, även om det bara är BBR som skall uppfyllas.
Hur har vi byggt hittills?
Nu tänker nog många att vi har ju byggt höga hus i Sverige under lång tid? Ja, vi har byggd relativt höga hus i trä i många år i Sverige men då har det oftast varit någon form av förtillverkade byggsystem där akustik/ljud-isolering och andra aspekter redan är lösta både i form av volymer och plana element, av både KL-trä och andra trä-konstruktioner. Välkända byggnader i Sverige såsom ”Inre hamnen” i Sundsvall, ”Portvakten” i Växjö och ”Strandparken” i Stockholm är alla byggda i KL-trä men med ett i förväg utprovat byggsystem. Nu projekteras en stor mängd byggnader på helt nya sätt med KL-trä, det är både bra och spännande men det känns inte alltid som ljudisoleringen får riktigt det fokus som krävs för att skapa bra, effektiva och säkra lösningar. I andra länder i Europa byggs också med KL-trä men då ofta i kombination med tunga material i bjälklaget, uppe på KL-träskivan.
Figur 2: För att undvika flanktransmission via undersida bjälklag (horisontellt) kan dubbel väggstomme i KL-trä användas. Detta kan vara en väl fungerande lösning i många fall.
KL-trä och flanktransmission
Om knutpunkterna inte är akustiskt avdelade, och man säkert skall uppfylla höga krav (ljudklass B) är lösningen ofta att klä in såväl de anslutande väggarna som undersida av bjälklaget med extra gipsskikt som monteras på ett fristående regelverk för att begränsa flanktransmissionen. Med en sådan lösning tenderar väggar och bjälklag att bli väldigt tjocka (speciellt jämfört med betongelement) och därmed reduceras de tillgängliga kvadratmetrarna som kan hyras ut eller säljas, samt också antalet möjliga våningar, för en given bygghöjd.
Tjocka väggar och bjälklag är därför inget att eftersträva. Det blir också mycket tilläggsarbete på plats. Sannolikt är det teoretiskt möjligt att helt avdela och isolera knutpunkterna akustiskt, men i praktiken är det nog orimligt att tro att det går att åstadkomma detta, speciellt i väldigt höga byggnader. Det skulle bli komplicerat och medföra höga kostnader för att säkerställa att samtliga KL-trä element är helt frikopplade mellan våningarna, som också kan bära laster och klara brandkrav.
Oavsett vilket, i hopp om att minska flanktransmission i hus med KL-trä i stommen monteras nästan alltid ett elastiskt mellanlägg mellan elementen i olika våningsplan för att avskilja mellan lägenheter, men eftersom elementen sedan skruvas samman av statiska skäl så kortsluts det mjuka mellanlägget (som ibland är väldigt hårt och styvt…) till viss del. Hur mycket funktionen försämras är dock svårt att bedöma säkert, även om det finns enstaka laboratoriemätningar att tillgå för vissa typer av knutpunkter. Elementen skall ju också bära vertikala laster, klara vindlaster och samtidigt säkerställa brandsäkerheten. För att dimensionera rätt och våga designa utan extra gipsskikt behövs mycket mer kunskap kring olika typer av knutpunkterna specifikt för KL-trä konstruktioner, och det är relativt bråttom att kunskapen byggs på. Som det ser ut idag behövs det ganska mycket tid för att tänka igenom de akustiska lösningarna så att dessa blir både genomtänkta och rätt optimerade. Långsiktiga lösningar måste eftersträvas och detta är något som branschen bör lösa tillsammans.
Det börjar så sakta komma fram nya lösningar med speciella stålplattor som innehåller förmonterade elastomerer som skall dela av KL-trä elementen effektivt men dessa är ännu inte kommersiellt tillgängliga och de är inte provade i höga hus (mer än cirka fyra våningar) med höga laster, både vertikalt och horisontellt. Sen måste man vara medveten att det faktiskt inte är självklart att det alltid behövs elastiska mellanlägg.
Hur skall ljudisoleringen säkerställas?
Det finns alternativ till att bygga på med extra gipslager, som ju stjäl både yta och höjd men också möjligheten att ha synligt trä. För att minska det flankerande ljudet via väggar av KL-trä kan man tillföra last på bjälklaget, då ökar rimligen knutpunktsdämpningen och minskar flanktransmissionen. Detta kan vara en framkomlig väg för att säkra en viss ljudisolering, exakt effekt av detta är dock inte helt klarlagt men det finns några bra exempel där detta sannolikt bidragit till ett gott slutresultat. Sedan beror det naturligtvis på hur många väggar som är exponerade i ett rum – ju fler väggar som ’strålar’ och bidrar till flanktransmissionen desto lägre ljudisolering och ju mer måste man tilläggsisolera, avisolera.
En alternativ utformning av skiljeväggen är dubbel KL-trä stomme i lägenhetsskiljande vägg, då kan också bjälklaget delas. Det som kvarstår är då flanktransmission via skiljeväggen (och eventuella innerväggar). Det finns en del praktiska exempel som verifierar att en sådan lösning kan fungera väl, åtminstone i medelhöga byggnader och om bjälklaget är belastat till viss del. Beroende på byggnadens statiska förutsättningar så krävs dock ibland att även plattan är kontinuerlig, och då fungerar naturligtvis inte den lösningen.
Transmissionsvägar i KL-trä
Ljud som transmitteras via knutpunkterna sätter gränser för vilka ljudisoleringsvärden som slutligen kan uppnås i höga hus eftersom man också måste beakta andra aspekter såsom brand och statik. Och detta är inte ett specifikt svenskt problem som orsakas av att vi har ”högre ljudkrav” än våra grannländer. Detta beror på att flanktransmissionen inte primärt är lågfrekvent utan snarare mellanfrekvent. Det kan därmed till och med vara enklare att klara ljudkraven med en KL-trä stomme i Sverige jämfört med exempelvis Norge, som då kan sägas ha ett lite hårdare krav. Oavsett vilket, så måste praktiska lösningar tas fram och specifika kravställningar för varje enskilt fall göras, för att möjliggöra att ”rätt mängd” flankerande ljud beräknas och optimeras, så att vi skapar konkurrenskraftiga träbyggnader i framtiden. Det borde vara av stort intresse för hela industrin att precisera vilka förväntningar man skall ha på ljud-isoleringen för att skapa rimliga lösningar för stommen, för denna viktiga byggteknik, som helt säkert kommer att öka de närmaste åren. Nedan ges en kortfattad beskrivning av vad som påverkar ljudisoleringen för vanliga knutpunkter i höga hus med KL-trä.
Figur 3: Två vanliga knutpunkter i byggnader så som de ofta projekteras idag. A är en typisk knutpunkt inne i en byggnad medan B är vanlig i fasadlivet. För knutpunkt A är det vanligt att dela bjälklaget, dock inte helt eftersom det måste finnas ett upplag. Knutpunkt B är mer känslig vertikalt eftersom den bara är sammankopplad med bjälklag åt ett håll.
Exempel på vanliga knutpunkter i flerbostadshus
Det är många faktorer som påverkar flanktransmissionen i de två olika fallen och därmed finns många olika sätt att optimera knutpunkterna.
Knutpunkt A och mängden ljud som transmitteras påverkas av (väg nr 1)
• Rumsvolym
• Väggytan i förhållande till rummets volym. Därför är det viktigt att veta hur många väggar som kan exponeras.
• Eventuellt elastomer för att minska flanktransmission (röd). Men det är oklart vad som blir den verkliga effektiviteten hos sådana fjädrande lager när de är kortslutna med skruvar och metallvinklar för att sammanfoga massivträelementen så att de fungerar statiskt.
• Anslutning mellan väggar och golv.
• Möjligen tjocklek av massivt trä och kombination av vägg och golv.
• Bjälklagsvikten – ökad ljudreduktion vertikalt ju tyngre bjälklag.
Knutpunkt A, väg nr 2:
• Rumsvolym
• Väggytan i förhållande till rumsvolym
• Möjlighet att minska flanktransmission. Kontinuerliga massiva KL-träelement är ibland önskemål för att klara stabilitet och eventuellt brand, då kan det bli mycket transmission via bjälklaget.
• Anslutning mellan väggar och golv.
• Tjocklek av massivt träelement och kombination av vägg och golv.
• Bjälklagets vikt
Knutpunkt B
• Om utformningen görs lika som knutpunkt A blir flanktransmissionen större än i för knutpunkt A, väg nr 1, eftersom bjälklaget endast ansluter från ett hål.
Ökad kunskap nödvändig
Ökad kunskap om verklig dämpning i olika knutpunkter med KL-trä är därför ett mycket mer attraktivt, praktiskt och användbart tillvägagångssätt för att säkerställa tillfredsställande prestanda avseende akustik. Synligt trä, antingen väggar eller tak (undersida av bjälklag), önskas ofta för att visa träets naturliga ytor i en bostad, vilket också är bra att minska tjockleken på väggar och golv. Dessutom har det visat sig ha positiv inverkan för de boende (se www.wood2new.org). Det är vidare en stor fördel om det går att utesluta extra lager i taket för att för-bättra arbetsmiljön för arbetarna genom att undvika eftermontage underifrån i taket. Att skapa lösningar med synligt trä i taket (det vill säga synlig undersida av bjälklaget) är därmed fördelaktigt på många sätt men det skapar utmaningar avseende flankerande ljud och och möjligen brand- och ingenjörskåren måste hjälpas åt för att bidra med input och hitta lösningar.
Att designa knutpunkter med KL-Trä eller andra massiva byggdelar kräver därmed stor erfarenhet och trygghet hos ingenjörerna. De antaganden som används i projekt baseras till stor del på erfarenhet och är inte teoretiskt verifierade, i synnerhet när byggnaderna blir höga och det är många stabiliserande element. Det är därmed nödvändigt att optimera knutpunkterna med beaktande av alla ingående byggdelar så att man också klarar statiska krav och brandkrav (tvärvetenskapligt tillvägagångssätt).
Vilka ljudkrav är rimliga?
Det är troligen nödvändigt att våga tänka nytt gällande vilka krav som skall tillämpas i varje enskilt fall. Det är sannolikt både rimligt och klokt att medge avsteg från exempelvis ljudklass B i vissa fall för att vinna något annat som är ännu viktigare? Rimligheten i avsteg kan variera beroende på vilken typ av bostäder som skall byggas (studentboende, äldreboende, ’normala’ bostäder). En träkonstruktion kan säkert tåla att man minskar lite på kravet vad gäller luftljudsisolering (så länge man klarar BBR) men att man säkerställer att bjälklaget är utformat för att minimera ljud från steg. Efter flera forskningsprojekt som handlat om störning i olika typer av byggnader har vi en relativt god bild över vad som orsakar störning, åtminstone i ”vanliga” bostäder.
Slutligen
Det är viktigt att betona att lösningarna finns och det går att med rimlig säkerhet bedöma vad som händer i knutpunkterna tack vare mätningar som gjorts i några färdigställda hus och underlag som tagits fram inom bland annat Silent Timber Build. Det känns dock som att det görs val idag som är lite förenklade. Lösningar som skall uppfylla höga krav som ibland presenteras när projekteringen kommit en bra bit, förenklas avsevärt. Vidare, när byggnaderna börjar bli höga och alltfler väggar och bjälklag skall samverka i det statiska systemet krävs nytänkande och att mer kunskap inhämtas. Det är några viktiga aspekter att tänka på och en ändring på ett ställe i byggnaden kan påverka ljudisoleringen någon annanstans:
• Massa i bjälklag minskar flanktransmissionen, men hur mycket? Tester på knutpunkter är främst gjort i olika testuppställningar och där är väggar och bjälklag väldigt resonanta och svarar sannolikt relativt dåligt mot verkliga förhållanden (det blir nog därför troligen bättre i verkligheten)
• Skall man ha ett stabiliserande trapp-hus i något annat material?
• Osäkert om elastomerers verkliga inverkan när dessa ändå kortsluts med vinklar och genomgående skruv.
• I en byggnad av KL-trä måste man kontrollera/beräkna många fler rum med avseende på ljudisolering för att värdera alla delytors inverkan på den slutliga ljudisoleringen.
Under hela mitt vuxna liv har jag jobbat med träbyggnader och jag tycker vi skall bygga fler hus i trä och för en akustiker är det enormt spännande att jobba med dessa byggnader. Men det krävs gemensamma insatser inom branschen för att ta fram betydligt bättre underlag och göra det kontinuerligt genom hela byggprocessen. På detta sätt kan vi förfina lösningarna, förbättra beräkningsmodeller och göra byggandet i KL-trä mer förutsägbart med avseende på ljudisolering. Vi måste dra lärdom från varje projekt så att vi längre fram kan bli bättre på att optimera lösningarna för olika typer av byggnader. Vår erfarenhet att bygga i trä, oavsett var i byggprocessen vi befinner oss, är inte ens i närheten av den vi skaffat oss vad gäller traditionellt byggande under mer än ett sekel. Just nu görs enorma investeringar i nya produktionsanläggningar för KL-trä i Norden så tillväxten kan förväntas fortsätta många år. För att möta detta gäller det att vi har tagit fram kloka lösningar som är optimerade, effektiva och konkurrenskraftiga.
Det är en speciell ”känsla” med trähus och de är naturliga – låt oss ta vara på det.
