Dimensionering för goda ljudförhållanden - bjälklag

Allmänt

Att undvika flanktransmission är viktig för ljudförhållandena i alla slags byggnader, inte minst sådana med trästomme.

Lösningar som används styrs nästan alltid av ljudkraven. Det är särskilt tydligt för lätta konstruktioner och i synnerhet vad avser bjälklag. I träkonstruktioner där man eftersträvar hög ljudisolering är det därför mycket viktigt att fokusera på en bra bjälklagslösning. Lyckas man med detta så är mycket avklarat. I detta ingår också att utforma knutpunkterna mellan våningsplanen på rätt sätt så att ljudöverföringen/flanktransmissionen blir så liten som möjligt. Det är naturligtvis extra viktigt vid höga ljudkrav såsom i bostäder. I vertikal riktning finns flera olika lösningar att tillämpa för att få en bra totallösning som också enkelt kan utföras. Det är troligt att framtida träbyggnader kommer att bygga på systemlösningar där fogar mellan olika byggnadsdelar är dimensionerade på förhand. Det är då viktigt att dessa sammanfogas på arbetsplatsen på det sätt som är avsett. Det är vanligt att någon form av elastiska mellanlägg mellan våningarna/elementen används. Det är dock viktigt att vara medveten om att dessa har begränsad effekt i de lägsta frekvenserna och det finns alternativa lösningar, men det kan innebära begränsningar vad gäller utformning av planlösningar etc. Detta gäller i synnerhet i byggnader med lägre ljudkrav. Man ska också observera att även den horisontella flanktransmissionen via ett bjälklag kan vara förhållandevis hög, speciellt i den styva riktningen. Kontroll av lösningar för minimering/optimering av byggdelar och flanktransmission kan ofta ske med beräkningar beroende på material i bjälklag och dess utformning i övrigt. Artiklar och rapporter som kan användas som stöd finns på www.silent-timber-build.com.

Bjälklag

Bjälklag av massivträ är liksom bjälklag av skivor och reglar mycket lätta jämfört med tunga stommaterial som betong. Tyngden är en parameter som har betydelse för ljudisoleringen vilket gör att både luft- och stegljudsisoleringen kan bli dålig hos enkla element av massivträ. Genom att utnyttja dubbelkonstruktioner och samtidigt arbeta med styvheten kan dock god ljudisolering uppnås med relativt enkla medel.

Krav på bjälklag

Ett bjälklag ska samtidigt fylla flera krav. Bärighet och ljudisolering är här speciellt intressant. Ljudisolering/vibrationer blir alltid dimensionerande för bostadsbjälklag. Dubbelkonstruktioner är normalt nödvändiga för att åstadkomma hög ljudisolering. Av akustiska skäl är det fördelaktigt om bjälklagen är uppbyggda i två delar som är akustiskt helt frikopplade från varandra och till bärande väggar, men det är inte praktiskt möjligt fullt ut, speciellt inte i låga frekvenser. Ljud sprids därför via strukturen från ett bjälklagsskikt till ett annat och från bjälklagets överdel till bärande väggar. Ljud som alstras vid fotsteg/gång på ett bjälklag är svårast att klara för lätta konstruktioner och kan överföras till bärande väggar i form av vibrationer och stråla ut som oönskat ljud i angränsande rum, så kallad flanktransmission. Stegljud genererar också hög energi vid låga frekvenser vilket kan skapa extra problem för lätta konstruktioner. Men, lyckas man klara en god stegljudsisolering är det normalt inga problem att även nå en god luftljudsisolering.

För att uppnå en tillfredsställande stegljudsisolering i ett flerbostadshus av trä avsett för en barnfamilj eller motsvarande bör helt andra vägningskurvor tillämpas än dem som i dag är internationellt standardiserade, se ISO 717-2, tillgänglig genom SIS. När mätning görs i det standardiserade frekvensområdet 50-3150 Hz bör man dimensionera och värdera bjälklaget med hjälp av nedanstående värderingskurva i diagram 1 för att skapa en konstruktion som blir rimligt korrekt med hänsyn till den subjektiva störningen. Träkonstruktioners entalsvärde påverkas i detta fall nästan enbart av de lägre frekvenserna och därmed kan både den streckade och heldragna kurvan användas – resultatet blir detsamma i båda fallen.

Diagram 1. Exempel på vägningskurva som bör användas för träbjälklag (och som kan användas även för andra bjälklag). Utvärderingen sker efter samma principer som i ISO 717-1 och det slutliga entalsvärdet bör underskrida 61 dB - att jämföra med kravet i BBR på L´nT,w,50 ≤ 56 dB. Trots att man alltså får ett högre värde ger det en mer rättvisande värdering. Detta beror helt och hållet på utformningen av utvärderingskurvan och innebär att det extra lågfrekvensstraff som kravet L´nT,w,50 ger, inte alltid räcker för att ge en korrekt subjektiv värdering.

I senare forskning (AkuLite och AcuWood) har det visat sig att man behöver studera frekvenser ända ner till 20 Hz när man utvecklar nya bjälklag för flerbostadshus avsedda för barnfamiljer och liknande. Därefter kan man tillämpa en vägningskurva som baseras på samma princip men tar hänsyn till frekvensområdet 20-3150 Hz. Principen är följande:

C I,AkuLite,20-2500 =10log(∑ 2500 20 10 (L ′ ni−Xi)/10 )−L ′ n,w  CI,AkuLite,20-2500=10log⁡(∑20250010(L′ni−Xi)/10)−Ln,w′

där
X_i är lika med nedanstående värden i dB för respektive 1/3 dels oktavband, f.

Tabell 1.

Kravet formuleras sedan exempelvis som L´_nT,w + C_{I,AkuLite,20-2500} ≤ X dB

För studentbostäder bör man fundera kring de krav som ställs för att hålla nere kostnader. Lägenheterna är små och sannolikheten för att besvärande stegljud genereras är betydligt lägre än för ”vanliga” bostäder. Följer man BBR så gäller dock samma krav för studentbostäder medan äldreboende har lägre krav av just detta skäl. Vilket målvärde som skall eftersträvas bör därför studeras i varje enskilt fall tillsvidare.

Bjälklag - regelkonstruktioner

För att uppnå god stegljudsisolering för bjälklag med regelkonstruktioner gäller att akustiskt avdela undertaket från regelkonstruktionen så långt möjligt och att konstruktionen är tillräckligt styv. Separeringen mellan olika skikt kan göras exempelvis genom att montera taket fjädrande inhängt i bjälkarna. Sambanden mellan ljudisolering och Antalet skivor samt isolermängd är lika viktigt för bjälklag som för dubbel regelvägg för att åstadkomma en god ljudisolering. Att ha stort kavitetsdjup är särskilt viktigt eftersom den dynamiska kraften från fotsteg som verkar på ett bjälklag blir större med minskad frekvens. Den låga vikten för regelbjälklaget måste därför kompenseras med styvhet och ett stort kavitetsdjup för att åstadkomma tillfredsställande ljudisolering. En god tumregel i tidigt skede är att bjälklagstjockleken bör överstiga 500 mm (kavitetsdjup ca 350-400 mm), se bild 1.

Bild 1. Tänk på att ha tillräckligt höga balkar när du designar ett bjälklag med träreglar.

Bjälklag – massivkonstruktioner

Plattbjälklag utan undertak

Ljudisoleringen hos massiva bjälklagsplattor (typ KL trä) utan undertak redovisas i diagrammen. Luftljudsvärdena och stegljudsvärdena är konstruerade utifrån beräkningar enligt projektet Silent Timber Build (www.silent-timber-build.com) som delvis kalibrerats mot laboratoriemätningar på 115 och 190 mm tjocka plattor, medan stegljudsnivåerna delvis kommer från fältmätta värden.

Diagram 2. Vägt reduktionstal (R_w, R_w + C_50-3150) för massivt plattbjälklag av KL trä utan undertak.

Diagram 3. Vägd stegljudsnivå (L_n,w, L_n,w + C_I,50-2500) för massivt plattbjälklag av KL-trä utan undertak. Det är stor osäkerhet i beräkningarna vid större tjocklekar.

Plattbjälklag kan kombineras med olika former av balkar och övergolvslösningar. Olika tillverkare och byggare har olika lösningar. Typiska byggsystem. Några exempel som kan uppfylla minimikrav och även lite högre krav. Nedan angivna principkonstruktioner har en plattjocklek på 72 mm och en tjocklek H på 330 mm. Ljudisoleringen för denna konstruktion är relativt begränsad, R_w + C_50-3150 = 31 dB och L_n,w + C_I,50-2500 = 89 dB (laboratoriemätning).

Bild 2. Uppbyggnaden av testat 2-livs plattbjälklag av massivträ.

I Ljud och brand - kassettbjälklag av massivträ redovisas också den femlivskonstruktion som framgår av bild 2.

Bild 3. Uppbyggnaden av 5-livs plattbjälklag av KL-trä och limträbalkar. I de undersökta fallen var höjden H = 330 mm och plattjockleken 72 mm.

Plattbjälklag med undertak

I plattbjälklag av KL-trä kompletterad med limträbalkar kan ljudisoleringen förbättras väsentligt med ett fjädrande undertak, exempel för den ovan redovisade tvålivskonstruktionen redovisas nedan, se bild 1 och diagram 4.

Diagram 4. Laboratoriemätt reduktionstal respektive stegljudsnivå för tvålivs kassettbjälklag av KL-trä och balkar av limtrå utan golvbeläggning tillsammans med fribärande/fjädrande undertak av dubbel gipsskiva och 95 mm mineralull.

För massiva KL trä plattor uppnås också avsevärd förbättring av både luft- och stegljudsisolering med ett undertak. Dock fordras normalt också ett övergolv av något slag, se bild 4 nedan.

För femlivskonstruktion som framgår av bild 2 kan motsvarande förbättring erhållas. För det fall då det är monterat 195 mm mineraull mellan liven och undertaket består av dubbla gipsskivor som är fjädrande infästa med bladfjädrar av stål åstadkommes en isolering på
R_w + C_50-3150 = 57 dB, L_n,w = 59 dB och L_n,w + C_I,50-2500 = 57 dB erhållits (laboratoriemätning).

Med fribärande undertak blir isoleringen bättre. Med dubbla gipsskivor och en totaltjocklek om 450 mm kan R_w + C_50-3150 = 63 dB och L_n,w + C_I,50-2500 = 53 dB åstadkommas.

Plattbjälklag med övergolv

Akustiska lösningar med plattbjälklag kan byggas upp på en mängd olika sätt. Ofta förses de med övergolv för att skapa en god ljudisolering men också för att förse bjälklaget med golvvärme och liknande. Ibland används KL-trä i botten med ett flytande golv på balkar. Med detta kan man klara minimikrav i bostäder i Sverige.

Bild 4. KL-trä konstruktion med ett flytande övergolv. Förväntade fältvärden är R´_w + C_50-3150 = 58 dB, L´_n,w = 53 dB och L´_n,w + C_I,50-2500 ca 56 dB (beroende på spännvidder etc.).

Längre söderut i Europa kombineras den bärande trästommen med övergolv som kan bestå består av flera lager såsom grus, stegljudsmatta och betong, och detta kompletteras dessutom med undertak ibland. Exempel ges nedan:

Bild 5: Exempel på typiska KL-trä konstruktioner med grus och övergolv. Vänster bild; R_w + C_50-3150 = 56 dB, L_n,w = 55 dB och L_n,w + C_I,50-2500 = 57 dB; Höger bild; R_w + C_50-3150 = 57 dB, L_n,w = 40 dB och L_n,w + C_I,50-2500 = 56 dB.

Flanktransmission

Om man inte utför några åtgärder alls med avseende på den vertikala ljudtransmissionen kan man för fallet massiva bjälklag och väggar räkna med en isolering på maximalt D_nT,w,50  = 46 dB och en stegljudsnivå på minimum L´_nT,w,50 = 62 dB. Dessa värden är alltså de som erhålls om bjälklagskonstruktionen i sig har oändligt hög ljudisolering.

Bättre resultat kan man få genom mellanlägg av olika slag, alltifrån trä till speciella flanktransmissionsspärrar. Mellanlägg av trä kan vara lämpligt för kontorshus. Speciella flanktransmissionsspärrar använda i konstruktioner som i övrigt är lämpliga kan ge den isolering som behövs för exempelvis bostäder och känsliga rum i skolor och vårdbyggnader.

I byggnader med lägre ljudkrav är det normalt inte nödvändigt med strukturella avskiljningar eller elastiska mellanlägg mellan våningarna. Man ska dock observera att den horisontella flanktransmissionen via ett bjälklag är förhållandevis hög, speciellt i den styva riktningen. För en 190 mm tjock massivträplatta kan man räkna med följande värden vid mätning till normala kontorsrum (förutsatt att rumsarean är lika stor som väggarean):

Tabell 2. Luftljud och stegljud längs bjälklagsriktningen i ett kontorsrum.

Ljudisoleringen blir normalt något bättre tvärs bjälklagsriktningen än längs. I synnerhet stegljudsisoleringen kan bli avsevärt mycket bättre för det fall då det finns en bärande balk eller en strukturell avskiljning mellan rummen.

Flanktransmissionsspärrar 

Flanktransmissionsspärrar används för att reducera flanktransmissionen i framför allt vertikal riktning. Generellt gäller att de monteras så att man får en strukturell avskiljning mellan våningarna som minskar ljudtransmissionen men tillåter överföring av statiska krafter.

Flanktransmissionsspärrar kan utföras på flera olika sätt. Gott resultat har sålunda erhållits med spärrar av elastiska material, exempelvis polyuretanskum eller laminerat naturgummi, och också med icke-elastiska spärrar i stål eller specialträ.

En elastisk fog måste kunna ta upp eventuella lyftkrafter. Den förankring som behövs för detta får dock inte äventyra fogens akustiska funktion. Fogen är mycket känslig i detta avseende. Även en relativt mjuk förankring kan fungera som en ljudbrygga och fördärva ljudisoleringen.