建筑概況
2 標準依據
1. 《綠色建筑評價(jià)標準》GB/T50378-2014
2. 《福建省綠色建筑設計標準》DBJ 13-197-2017
3. 《綠色建筑評價(jià)技術(shù)細則》
4. 《民用建筑隔聲設計規范》GB50118-2010
5. 《建筑隔聲評價(jià)標準》GB/T 50121-2005
6. 《建筑聲學(xué)設計手冊》
7. 《建筑隔聲設計—空氣聲隔聲技術(shù)》
8. 《聲學(xué)手冊》
9. 《噪聲與振動(dòng)控制工程手冊 》
10. 《建筑聲學(xué)設計原理》
11. 《建筑設計資料集》(第二版)第2集
1 評價(jià)要求
■《福建省綠色建筑設計標準》DBJ 13-197-2017第5.1.6條規定:建筑主要功能房間圍護結構構件的隔聲性能設計應符合下列要求:
1 外墻、隔墻、樓板和門(mén)窗的空氣聲隔聲性能應符合本標準附錄F的規定;
2 樓板撞擊聲隔聲性能應符合本標準附錄G中一星級設計要求,樓板撞擊聲隔聲性能設計可參考本標準附錄H選用。
■《福建省綠色建筑設計標準》DBJ 13-197-2017第5.4.8條規定:應采取合理的隔聲措施提高樓板撞擊聲的隔聲性能,并應符合本標準附錄G中三星級要求的規定(3分)。
聲音通過(guò)圍護結構的傳播,按傳播規律有兩種途徑。由此可將聲音分為:
1)空氣聲:聲源經(jīng)過(guò)空氣向四周傳播的噪聲,如室外交通噪聲。
2)撞擊聲:兩物體相互撞擊產(chǎn)生的噪聲,通過(guò)固體來(lái)傳播,如樓板上行走的腳步聲。
圖4-1 空氣聲和撞擊聲
通常將隔聲分為兩類(lèi):空氣聲隔聲和撞擊聲隔聲。墻、板、門(mén)、窗和屏障等構件及其組成材料常稱(chēng)為建筑隔聲材料,對于入射聲波具有較強的反射,使透射聲波大大減小,從而起到隔聲作用。
1.1 空氣聲隔聲
為了表示材料及構件的空氣聲隔聲性能,常采用隔聲量R這一指標來(lái)體現。
(4.1.1-1)
式中:τ—為構件的透射系數,透射聲能與入射聲能之比。
構件的透射系數越大,則隔聲量越小,隔聲性能越差;反之,透射系數越小,則隔聲量越大,隔聲性能越好。對于高聲阻、剛性、勻質(zhì)密實(shí)的圍護結構,通常越密實(shí)的材料對應結構的隔聲性能越好。
1.1.1 質(zhì)量定律
1)理論公式
如果把墻看成是無(wú)勁度、無(wú)阻尼的柔順質(zhì)量、且忽略墻的邊界條件,則在聲波垂直入射時(shí),可從理論上得到墻的隔聲量的計算式:
(4.1.1-2)
式中:——墻單位面積的質(zhì)量,或稱(chēng)面密度,kg/m2
——空氣密度,kg/m3
——空氣中的聲速,一般取344 m/s
——入射聲波的頻率,Hz
一般情況下,πmf>ρ0c,即πmf/ρ0c>1,上式便可簡(jiǎn)化為:
(4.1.1-3)
如果聲波并非垂直入射,而是無(wú)規入射時(shí),則墻的隔聲量為:
(4.1.1-4)
上述公式證明,墻的單位面積質(zhì)量越大,則隔聲效果越好,這一規律稱(chēng)為“質(zhì)量定律”,單位面積質(zhì)量每增加一倍,隔聲量可增加6 dB。從上式還可以看出,入射聲波的頻率每增加一倍,隔聲量也可以增加6 dB。下圖表示了質(zhì)量定律直線(xiàn):
圖4.1.1-1 由質(zhì)量控制的柔性板的隔聲量
由于本式是建立在理論上的許多假定條件下導出的,計算值普遍比實(shí)測大,并不符合現場(chǎng)實(shí)際情況,所以一般隔聲設計中采用經(jīng)驗公式進(jìn)行隔聲量計算。
2)經(jīng)驗公式
所有經(jīng)驗公式隔聲量計算值,普遍小于理論公式計算值,并不同程度地接近現場(chǎng)實(shí)際情況,接近實(shí)測,所以經(jīng)驗公式比理論公式有實(shí)用價(jià)值。
經(jīng)驗公式都是加進(jìn)了實(shí)踐的因素,即包括實(shí)驗室測定、現場(chǎng)測定、主觀(guān)評估、判斷等研究成果,它比理論公式接近實(shí)際,已不再是完全符合質(zhì)量定律中的假定條件。但這些經(jīng)驗公式的基本變量還是質(zhì)量m,質(zhì)量大小控制隔聲量,所以這類(lèi)公式還是以質(zhì)量定律為基本理論的隔聲量經(jīng)驗計算式,是理論上的質(zhì)量定律向實(shí)踐的延伸。
1.1.2 單層勻質(zhì)密實(shí)墻體的空氣聲隔聲
單層勻質(zhì)密實(shí)墻的隔聲性能和入射聲波的頻率有關(guān),并取決于墻本身的面密度、勁度、材料的內阻尼,以及墻的邊界條件等因素。按照質(zhì)量定律,一定面密度m的構件,其隔聲量是隨入射聲波的頻率的提高而提高。但構件的隔聲不是在全部聲頻范圍內都按質(zhì)量定律控制,還受共振和吻合效應的影響,從而分為三個(gè)頻率控制區,如圖4.1.2-1所示:
圖4.1.2-1 單層勻質(zhì)墻典型隔聲頻率特性曲線(xiàn)
從圖上可知,在不同頻率時(shí)(低頻、中頻、高頻),影響隔聲性能的勁度、阻尼、質(zhì)量控制現象。在很低的頻率時(shí),勁度起主要控制作用,隔聲量頻率的降低而增大。隨著(zhù)頻率的增高,質(zhì)量效應增大,在某些頻率處,可能出現勁度和質(zhì)量效應相抵消而產(chǎn)生的構件共振現象。
1.1.3 多層復合板的隔聲性能
現在的節能建筑一般采取多層復合墻板達到節能保溫的效果,這同時(shí)也可以增加墻體的隔聲性能。多層復合板的隔聲設計要點(diǎn)如下:
(1)多層復合板一般3~5層,在構造合理的條件下,相鄰層間的材料盡量做成軟硬結合形式。
(2)提高薄板的阻尼有助于改善隔聲量。如在薄鋼板上粘貼超過(guò)板厚三倍左右的瀝青玻璃纖維或麻絲之類(lèi)材料,對消弱共振頻率和吻合效應有顯著(zhù)作用。
(3)多孔材料本身的隔聲能力差,但當這些材料和堅實(shí)材料組成多層復合板時(shí),在它的表面抹一層不透氣的粉刷層或粘一層輕薄的材料時(shí),則可提高它的隔聲性能。如5 mm厚的木絲板僅有的18分貝左右的隔聲量,單面粉刷后,隔聲量提高到24分貝左右,雙面粉刷后隔聲量可提高到30分貝左右。幾種隔聲結構隔聲性能的實(shí)測結果如下圖所示:
圖4.1.3-1 改善多孔材料的隔聲特性實(shí)例
1.2 撞擊聲隔聲
樓板要承載各種荷載,按照結構強度的要求,自身必須有一定的厚度和重量。根據隔聲的質(zhì)量定律,樓板必然具有一定的隔絕空氣聲的能力,但是由于樓板與四周墻體為剛性連接,將使振動(dòng)能量沿著(zhù)建筑結構傳播。
樓板撞擊聲的隔聲性能可以采用規范化撞擊聲壓級Ln來(lái)評價(jià),依據《聲學(xué) 建筑和建筑構件隔聲測量 第6部分:樓板撞擊聲隔聲的實(shí)驗室測量》 GB/T 19889.6-2005測量得到規范化撞擊聲壓級,用下式表示:
(4.2)
式中:—規范化撞擊聲壓級,單位dB;
—接受室內平均撞擊聲壓級,單位dB;
A— 接受室內吸聲量,單位m2;
—參考吸聲量,單位m2。
撞擊聲的隔聲性能測量時(shí),采用國際標準化組織ISO 140規定的標準撞擊器撞擊樓板,樓板下房間測得的聲壓級越低,則表示樓板撞擊聲隔聲性能越好;反之,則表示樓板撞擊聲隔聲性能越差。
2 構件空氣聲隔聲量計算過(guò)程
先計算構件在倍頻程下的空氣聲有效隔聲量,再通過(guò)公式法計算獲取空氣聲隔聲計權單值評價(jià)量,進(jìn)而獲得空氣聲頻譜修正量,最終求得構件空氣聲隔聲性能,如下圖:
圖5-1 構件空氣聲隔聲量計算過(guò)程
根據以上流程,并結合墻板與門(mén)窗不同的情況,分別對墻板和門(mén)窗進(jìn)行空氣聲隔聲量的計算,并將每一步的計算結果和最終結果整理在5.5節中,而分步計算過(guò)程將會(huì )在后面小節中闡述。
1.1 計算條件
建筑聲學(xué)相關(guān)標準中對建筑內外圍護結構中各類(lèi)門(mén)窗、墻體、樓板、屋頂及地面的隔聲性能做出了明確要求。構件隔聲性能與構造的材料和做法息息相關(guān),例如,勻質(zhì)墻體的工程材料和構造做法會(huì )影響其面密度,從而決定墻體的隔聲性能。
本項目中建筑圍護結構詳細信息可見(jiàn)下表:
表5.1-1 建筑圍護結構構造與材料清單
SEDU提供墻板和門(mén)窗在各頻率下的隔聲和吸聲參數供選擇,如下:
表5.1-2 建筑聲學(xué)性能及數據來(lái)源
1.2 構件在倍頻程下的空氣聲隔聲量
1.2.1 墻板各頻程下空氣聲隔聲量
本項目墻板的各頻程下空氣聲隔聲量可以通過(guò)質(zhì)量定律計算,或者直接通過(guò)構造數據庫中給出的構造隔聲參數選取合適的空氣聲隔聲量;門(mén)窗的空氣聲隔聲量直接參考相關(guān)聲學(xué)資料,可從門(mén)窗隔聲參數庫中選取。
符合質(zhì)量定律構件的空氣聲隔聲量按下列公式計算:
(5.2.1-1)
式中:R—構件的空氣聲隔聲量,dB;
m—構件的面密度,kg/m2;
f —入射聲波的頻率,Hz;
當采用構件質(zhì)量定律計算時(shí),將構件面密度代入上述構件空氣聲隔聲量計算公式,即可得墻體各頻率下空氣聲隔聲量;當從構造數據庫中自定義構造隔聲量參數時(shí),將直接給出該構件各頻率下空氣聲隔聲量信息,列入表5.5-1中。
1.2.2 門(mén)窗各頻程下空氣聲隔聲量
由于門(mén)窗隔聲特性復雜,不適宜參照勻質(zhì)墻體進(jìn)行公式計算各頻率下隔聲量,本項目參考相關(guān)聲學(xué)資料中相近構造的門(mén)窗的空氣聲隔聲量進(jìn)行計算,詳見(jiàn)表5.5-2。
1.3 構件計權隔聲量
1.3.1 墻板計權隔聲量
獲取在各頻率下的隔聲量之后,還需進(jìn)一步求解其計權單值評價(jià)量,本項目依據 《建筑隔聲評價(jià)標準》GB/T 50121-2005,采用公式法計算計權單值評價(jià)量,以下為計算過(guò)程:
現假設隔聲量為X,且Xi為倍頻程的隔聲量,即對應上述有效隔聲量,將上述所得倍頻程下空氣聲有效隔聲量代入公式(5.3.1-1)中,同時(shí)參考表5.3.1各頻帶基準值,先給定一個(gè)計權單值評價(jià)量的初始值Xw,按公式(5.3.1-1)進(jìn)行試算得出不利偏差Pi,并判定Pi是否滿(mǎn)足公式(5.3.1-2)小于等于10的要求,在滿(mǎn)足要求的值中取最.大值即為空氣聲隔聲計權單值評價(jià)量,本章節計算所得組合墻空氣聲隔聲計權單值評價(jià)量結果列于表5.5-1中。
圖5-2 空氣聲隔聲計權單值評價(jià)量計算流程
不利偏差
的計算公式如下:
(5.3.1-1)
式中:—空氣聲隔聲計權單值評價(jià)量;
表5.3.1中第i個(gè)頻帶的基準值;
— 第i個(gè)頻帶的隔聲量,精.確到0.1dB。
通過(guò)上述公式試算所得計權單值評價(jià)量Xw必須為滿(mǎn)足下式的最.大值,精.確到1dB
(5.3.1-2)
式中:i—頻帶的序號,i=1~5,代表125~2000Hz范圍內的5個(gè)中心頻率;
表5.3.1 各頻帶基準值 單位:dB
1.3.2 門(mén)窗計權隔聲量
門(mén)窗的計權隔聲量計算與墻板計權隔聲量(5.3.1節)計算原理相同,公式法計算計權單值評價(jià)量,計算結果列于表5.5-2中。
1.4 構件空氣聲隔聲頻譜修正量
在得到門(mén)或者窗的計權隔聲量之后需要對頻譜修正量進(jìn)行計算,頻譜修正量是空氣聲隔聲單值評價(jià)量的修正值。
頻譜修正量Cj按下式計算:
(5.4.1)
式中:j— 頻譜序號,j=1或2,1為計算C的頻譜1,2為計算Ctr的頻譜2;
XW— 空氣聲隔聲計權單值評價(jià)量;
— 100~3150Hz的1/3倍頻程或125~2000Hz的倍頻程序號;
Lij —第j號頻譜的第i個(gè)頻帶的聲壓級;
Xi — 第i個(gè)頻帶的隔聲量,精.確到0.1dB。
頻譜修正量在計算時(shí)應精.確到0.1dB,得出的結果應修約為整數。根據所用的頻譜,其頻譜修正量:
— C用于頻譜1(A計權粉紅噪聲);
— Ctr用于頻譜2(A計權交通噪聲)。
表5.4 計算頻譜修正量的聲壓級頻譜
根據《民用建筑隔聲設計規范》GB50118-2010中構件空氣聲隔聲量頻譜修正的要求,選擇交通噪聲頻譜修正量或粉紅噪聲頻譜修正量,將墻板或門(mén)窗在倍頻程下有效隔聲量、計權單值評價(jià)量以及上表中各頻率/頻譜對應聲壓級代入公式(5.4.1)中,即可得頻譜修正量,計算結果分別列于表5.5-1和表5.5-2中。
1.5 構件空氣聲隔聲性能
構件的空氣聲隔聲量由單值評價(jià)量和頻譜修正量的結果體現,即將前述構件計權隔聲量與頻譜修正量進(jìn)行加和之后獲得,數據詳見(jiàn)表5.5-1和表5.5-2中。
表5.5-1 墻板空氣聲隔聲性能計算詳表 單位:dB
表5.5-2 門(mén)窗空氣聲隔聲性能計算詳表 單位:dB
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李經(jīng)理:18963003578
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