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Fachbereich Architektur | Fachgebiet Tragwerksentwicklung |
Klausur Bauphysik | 12.03.2012 1
Klausur Bauphysik
Fachbereich Architektur | Fachgebiet Tragwerksentwicklung und
Bauphysik| 02.09.2011
Name:
Vorname:
Matrikel-Nr.: Studiengang:
E-Mail-Adresse:
Brandschutz
Aufgabe 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Summe
Erreichbare
Punkte
Punkte 21
Schallschutz
Aufgabe 2.1 2.2 2.3 2.4 Summe
Erreichbare
Punkte
Punkte 34
Wärmeschutz
Aufgabe 3.1 3.2 Summe
Erreichbare
Punkte
Punkte 27
Feuchteschutz
Aufgabe 4.1 4.2 Summe
Erreichbare
Punkte
Punkte 38
Gesamtsumme 120
Note
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Organisatorisches
Seitenumfang der Prüfungsaufgaben: 19 Seiten
(Vollständigkeit bitte prüfen!)
Zugelassene Hilfsmittel: beidseitig handbeschriebenes
Formelblatt (DIN A 4),
Taschenrechner, Formelsammlung Bauphysik (4 Seiten)
Bearbeitungszeit: 120 Minuten
Hinweise
1. Die erreichbare Punktzahl für jede Aufgabe ist vermerkt.
Insgesamt können 120 Punkte erreicht
werden. 1 Punkt entspricht etwa einer Bearbeitungszeit von 1
Minute.
2. Nur gut lesbare, eindeutige und nachvollziehbare Ergebnisse
werden gewertet.
3. Keine grünen oder roten Farbstifte verwenden.
4. Nur dokumentenechte Stifte verwenden, kein Bleistift!
5. Ein Täuschungsversuch führt sofort zum Abbruch der Klausur
und Bewertung dieser als nicht
bestanden.
6. Studenten- und Lichtbildausweis bitte bereitlegen.
7. Bei fehlenden Angaben sind sinnvolle Annahmen zu treffen.
Viel Erfolg!
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1. Aufgabe: Brandschutz
1.1. Baustoffverhalten (2 Punkt)
Aus welchen Gründen sind Stahlkonstruktionen
brandschutztechnisch allgemein als kritisch
einzustufen? (Nennen Sie 3)
1.2. Baustoffverhalten (2 Punkte)
Beschreiben Sie kurz das Brandverhalten von Holz. Welche
Merkmale sind für den Abbrand von Holz
charakteristisch.
1.3. Baustoffklassen (3 Punkte)
Ordnen Sie den genannten Baustoffen die richtige Baustoffklasse
nach DIN 4102 zu.
Glas Bimsstein
Holzschalung Gips
Steinwolle Papier
1.4. Raumabschluss (4 Punkt)
Welche Kriterien von raumabschließenden Bauteilen werden bei der
Festlegung der
Feuerwiderstandsklasse von tragenden, raumabschließenden
Bauteilen geprüft? Nennen Sie 4
Kriterien!
_________________________________________________________
_________________________________________________________
_________________________________________________________
_________________________________________________________
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1.5. Feuerwiderstand von Holzkonstruktionen (3 Punkte)
Eine zweiseitig brandbeanspruchte Eichenholzstütze soll in die
Feuerwiderstandsklasse F-90 eingestuft
werden. Der statisch erforderliche Mindestquerschnitt beträgt
130/130 mm. Berechnen Sie den
erforderlichen, einzubauenden Querschnitt, um den
Brandschutzanforderungen zu genügen!
Angaben:
Abbrandgeschwindigkeit von Eichenholz: 0,7 mm/min
1.6. Brandschutzbekleidungen (7 Punkt)
Ein geschweißtes Stahl I-Profil mit den Profilaußenmaßen 120mm x
120mm wird als Stütze
eingesetzt. Die Stütze steht mit zwei Seiten an einer
Massivwand.
a) Wie groß muss die Blechdicke t des Profils mindestens sein,
damit bei einer brandschutztechnischen Bekleidung der zulässige
U/A–Wert von 300 m-1 nicht überschritten
wird?
(Berechnen Sie die Querschnittsfläche A unter folgender Annahme:
A = 3 · 120 mm · t
b) Wie groß muss die Blechdicke t des Profils mindestens sein,
wenn die Stütze mit nur einer Seite an eine Massivwand grenzt?
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2. Aufgabe: Schallschutz
2.1. Allgemein (2 Punkte)
Welche der folgenden Beziehungen gibt die Summe zweier
Schallpegel richtig wieder? Begründen Sie
die Antwort!
0 dB + 0 dB = 0 dB
0 dB + 0 dB = 1 dB
0 dB + 0 dB = 3 dB
0 dB + 0 dB = 6 dB
2.2. Berechnung Schalldämmmaß (4 Punkte)
Der Aufbau einer Außenwand mit einer Gesamtfläche von 13,5 m²
weist ein Schalldämm-Maß von
55dB auf. In die Wand sollen Fenster eingefügt werden. Berechnen
sie das Schalldämmmaß der Wand
für den Einsatz von zwei verschiedenen Verglasung mit den
gegebenen Schalldämmwerten.
a) 1 Fenster je 3,5 m², R´w,R = 34 dB
b) 3 Fenster je 2,0 m², R´w,R = 38 dB
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2.3. Nachhallzeit (10 Punkte)
a) Berechnen Sie die Nachhallzeit für den nachfolgend
beschriebenen Raum.
b) Die Gipskartondecke soll gegen eine Akustikdecke ausgetauscht
werden. Wie hoch muss der
Schallabsorptionsgrad der neuen Decke sein, um eine Nachhallzeit
von 0,8 Sekunden zu
erreichen?
Angaben:
Länge: 8,0 m
Breite:: 5,5 m
Höhe: 2,7 m
Oberflächen:
Decke: Gipskartondecke: αs = 0,05
Boden: PVC: αs = 0,01
Wände: Putzoberfläche: αs = 0,01
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2.4. Schalldämmung in Massivbauten (18 Punkte)
Ein altes Schulgebäude soll im Hinblick auf seine
schallschutztechnischen Eigenschaften überprüft
werden.
a) Ermitteln Sie das resultierende Schalldämmmaß für eine
Trennwand zwischen zwei
Unterrichtsräumen! (14 Punkte)
Angaben
Trennwand:
- 240 mm Kalksandstein der Rohdichte 1800 kg/m³
- Normalmörtel
- Beidseitig 15 mm Gipsputz
Flankierende Wand (Innenwand):
- 200 mm Hochlochziegel der Rohdichte 1000 kg/m³
- Normalmörtel
- Beidseitig 10 mm Gipsputz
Flankierende Wand (Außenwand):
- 365 mm Kalksandstein der Rohdichte 1800 kg/m³
- Normalmörtel
- Innenseitig 10 mm Gipsputz
- Außenseitig 15 mm Kalkzementputz
Obere Decke:
- 200 mm Stahlbeton der Rohdichte 2300 kg/m³
- Deckenunterseite gestrichen
Untere Decke:
- 180 mm Stahlbeton der Rohdichte 2300 kg/m³
- Schwimmender Estrich, durch Trennwandanschluss konstruktiv
getrennt.
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a) Es besteht die Möglichkeit, vor einer der beiden
flankierenden Wände oder an der Trennwand
eine biegeweiche Vorsatzschale anzubringen. Begründen sie, an
welcher Wand die biegeweiche
vorsatzschale aus schallschutztechnischer Sicht angebracht
werden sollte! (4 Punkte)
Schallenergie-Additionsverfahren
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Tabelle 3: Wandrohdichte in
Abhängigkeit von Steinen und
Mörtel
Tabelle 13: Korrekturwerte KL,1
für das bewertete Schalldämm-Maß R‘w,R
von biegesteifen
Wänden und Decken als trennende Bauteile
Tabelle 1: Bewertetes Schalldämmaß R´w,R
von einschaligen, biegesteifen Wänden und
Decken (Rechenwerte)
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3. Aufgabe: Wärmeschutz
3.1. Temperaturberechnung 5 Punkte
a) Berechnen Sie die innere Oberflächentemperatur der folgenden
Außenwandaufbauten unter
den genannten Randbedingungen. (3 Punkte)
Lufttemperatur Innen: Өi=20°C
Relative Luftfeuchte Innen: φi = 55 %
Lufttemperatur Außen: Өa=-5°C
Innerer Wärmeübergangswiderstand: Rsi = 0,13 m²K/W
Wandaufbau 1: U=1,8 W/(m²K)
Wandaufbau 2: U=0,20 W/(m²K)
Tabelle 4: Flächenbezogene
Masse von Wandputz
Tabelle 15: Korrekturwerte KL,2
für das
bewertete Schalldämm-Maß R‘w,R
von
biegesteifen Wänden und Decken als
trennende Bauteile
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b) Erläutern bzw. begründen Sie kurz, ob der
Wärmedurchgangskoeffizient einer Außenwand
Einfluss auf die Behaglichkeit des dahinter liegenden Raumes
hat. (2 Punkte)
3.2. U-Wert-Berechnung (22 Punkte)
Für eine Außenwand in Holzrahmenbauweise soll der
Wärmedurchgangskoeffizient ermittelt werden.
Die Holzständer haben eine Breite von 6 cm und weisen einen
Achsabstand von 62,5 cm auf.
a) Berechnen Sie den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der
Wand nach dem genauen
Verfahren. Runden sie bei allen Rechnungen auf drei
Nachkommastellen! (19 Punkte)
b) Nennen sie eine Möglichkeit, den U-Wert der Wand zu
reduzieren, ohne die Schichtdicken
oder die Baustoffe der Wand zu verändern. (3 Punkte)
Wandaufbau von außen nach innen:
Schicht Baustoff d [mm] [W/mK]
1 Kalkzementputz 15 1,4
2 Holzweichfaserplatte 80 0,045
3a Dämmung 200 0,035
3b Holzständer 200 0,13
4 OSB-Platte 24 0,13
Wärmeübergangswiderstände: Rsi = 0,13 m²K/W
Rse = 0,04 m²K/W
Innen
außen
1
2
3
4
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4. Aufgabe: Feuchteschutz
4.1. Konstruktionsdetail (3 Punkte)
Gegeben ist ein Anschlusspunkt eines Sparrens in einem
Dachaufbau. Begründen Sie, ob die
dargestellte Konstruktion im Hinblick auf den Feuchteschutz als
funktionstüchtig angesehen werden
kann oder ob ein Schaden vorhersehbar ist.
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4.2. Glaserverfahren (35 Punkte)
Im Rahmen der Sanierungsmaßnahme an einem Altbau soll der
Wärmedurchgangskoeffizient der
Außenwand verringert werden. Die Außenwand besteht aus massivem
Vollziegelmauerwerk mit einem
außenseitigen Kalkputz. Aufgrund der bestehenden
Denkmalschutzauflagen für das Gebäude sind
keine Eingriffe im Bereich der Fassade möglich, daher muss die
erforderliche Wärmedämmung
raumseitig angebracht werden. Der vorgesehene Wandaufbau ist in
der nachfolgenden Skizze
dargestellt.
Bauteilaufbau von innen nach außen:
Material Dicke
d [mm]
[W/mK]
R
m²K/W
µ[-]
4. Gipskartonplatte 1,25 0,21 0,060 8
3. Polystyrol ? 0,035 ? 80/250
2. Vollziegel 240 0,96 0,250 5/10
1. Kalkputz 15 0,87 0,017 15/35
a) Die sanierte Wand soll einen Wärmedurchgangskoeffizienten von
U = 0,30 W/m²K erreichen. Ermitteln Sie die hierzu erforderliche
Dämmstoffdicke.
Wärmeübergangswiderstände:
Rsi=0,13 m²K/W
Rse=0,04 m²K/W
Inn
en
Au
ßen
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b) Zusätzlich zu den genannten Schichten steht Ihnen eine
Dampfbremsfolie mit einem sd-Wert von 5 m zur Verfügung. Wie würden
Sie diese einsetzen? Markieren Sie zutreffendes.
Zwischen Dämmung und Mauerwerk, da die Dämmung als temporärer
Wasserdampfpuffer
wirkt und die Feuchtigkeit nachts wieder an den Innenraum
abgeben kann. Der
Wasserdampf dringt wegen der Dampfbremse jedoch nicht in das
Mauerwerk ein und kann
dort somit keine Gefügezerstörungen hervorrufen.
Zwischen Dämmung und Gipskartonplatte, um raumseitig einen
höheren
Diffusionswiderstand der Wand zu erreichen und das Eindringen
von Wasserdampf in die
Konstruktion zu verhindern.
Auf beiden Seiten der Dämmung, da das wichtigste
Ausführungsprinzip darin besteht, die
Dämmung allseitig vor dem Eindringen von Wasserdampf zu
schützen.
c) Der Bauherr entscheidet sich für den Einbau einer 80 mm
dicken Polystyroldämmung und
folgt Ihrer Empfehlung (Aufgabenteil b) bezüglich des Einbaus
einer Dampfsperre. Überprüfen Sie mit dem Glaserverfahren, ob im
geplanten Wandaufbau Tauwassergefahr besteht und ermitteln Sie
gegebenenfalls die Tauwasser- und Verdunstungsmenge. Nehmen Sie den
Wärmedurchlasswiderstand der Dampfsperre mit 0,000 m²K/W an.
(Hinweis: In Aufgabenteil c ist die volle Punktzahl auch dann
erreichbar, wenn Aufgabenteil b
falsch beantwortet wurde)
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Temperaturverlauf durch das Bauteil
(Hinweis: Die Anzahl der genutzten Zeilen ist von Aufgabenteil b
abhängig. Achten Sie auf die richtige
Reihenfolge der einzelnen Schichten, Schicht 1 liegt außen,
Schicht 4 liegt innen)
Schichtgrenze Temperatur in °C ps
i 20°C
si =
=
=
=
=
=
=
se =
e -10 Klimatische Randbedingungen in der Tauperiode:
Innen: i = 20°C; φi = 50%
Außen: e = -10°C; φe = 80% Dauer: 1440 Stunden
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Klimatische Randbedingungen in der Verdunstungsperiode:
Innen: i = 12°C; φi = 70%
Außen: e = 12°C; φe = 70%
Taupunkt: TP = 12°C; φTP = 100 %
Dauer: 2160 Stunden
Hinweis: In der Verdunstungsperiode wird angenommen, dass über
die gesamte Dauer in der Tauebene
eine Temperatur von 12°C und eine relative Luftfeuchtigkeit von
100% vorliegt. Berechnen Sie, ähnlich wie
in der Tauperiode, welche Wassermengen nach innen und nach außen
aus dem Bauteil ausdiffundieren.
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Wasserdampfsättigungsdruck im Temperaturbereich von 30,9°C bis
-10,9°C