彈性橫槽與隔音氈對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)墻體隔聲性能的影響研究*

李 威羅翔亞高 穎**倪 竣朱旭東丁青鋒

彈性橫槽與隔音氈對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)墻體
隔聲性能的影響研究*

李 威1羅翔亞1高 穎1**倪 竣2朱旭東1丁青鋒2

（1.北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，木質(zhì)材料科學(xué)與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，木材科學(xué)與工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.蘇州昆侖綠建木結(jié)構(gòu)科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215105）

基于墻體空氣聲隔聲現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法，對(duì)不同構(gòu)造的輕型木結(jié)構(gòu)內(nèi)墻進(jìn)行了隔聲試驗(yàn)研究，研究?jī)?nèi)容為彈性橫槽和隔音氈對(duì)墻體隔聲性能的影響，以及其與墻骨柱規(guī)格的關(guān)系。結(jié)果表明，彈性橫槽對(duì)墻體隔聲性能提升顯著，對(duì)墻骨柱尺寸較大的墻體效果更明顯；隔音氈在高頻段的隔聲性能良好，對(duì)不同規(guī)格的墻體效果無(wú)明顯差別。

彈性橫槽；隔音氈；墻骨；隔聲性能；木結(jié)構(gòu)

隔聲性能是建筑墻體最重要的性能之一，其性能的優(yōu)劣直接影響著建筑物的舒適宜居性。輕型木結(jié)構(gòu)墻體作為輕質(zhì)墻體，其是否具有良好的隔聲性能是該建筑產(chǎn)品類(lèi)別能否得以推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，也是用戶(hù)最關(guān)心的一項(xiàng)性能指標(biāo)。因此，研究如何提高墻體的隔聲性能，對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展有著重要意義。

輕型木結(jié)構(gòu)墻體隔聲性能主要受到墻骨柱和其他墻體構(gòu)件的共同影響。上個(gè)世紀(jì)，國(guó)外就有對(duì)雙層墻體等理想模型的理論公式研究，但是輕型木結(jié)構(gòu)墻體構(gòu)造情況復(fù)雜，模型參數(shù)難以確定，需實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的支持和完善[1-2]。墻骨柱一直是輕型木結(jié)構(gòu)墻體隔聲研究中的重要內(nèi)容，墻骨柱尺寸的改變會(huì)影響墻體的空氣層厚度，空氣層對(duì)隔聲性能的影響在研究與測(cè)量中都有表現(xiàn)[3]，而墻骨柱的聲橋效應(yīng)又使得雙層墻體與空氣層的隔聲理論難以使用[4]。有研究表明，墻骨柱和面板之間彈性橫槽等柔性材料的使用對(duì)墻體隔聲性能影響明顯[4-6]，但彈性橫槽與墻骨柱規(guī)格在墻體隔聲中的相互作用在之前的文獻(xiàn)里沒(méi)有被討論；另一方面，作為面密度極高的隔聲材料，隔音氈的安裝在工程中有所應(yīng)用，但并未通過(guò)試驗(yàn)證明其在木結(jié)構(gòu)建筑中的隔聲效果，對(duì)不同規(guī)格墻體的隔聲性能的影響是否存在差異也沒(méi)有進(jìn)行研究。

本試驗(yàn)將采用空氣聲隔聲現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法，針對(duì)彈性橫槽、隔音氈和墻骨柱規(guī)格對(duì)墻體隔聲的共同作用，探究不同輕型木結(jié)構(gòu)墻體構(gòu)造對(duì)墻體隔聲性能的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

墻骨柱：SPF規(guī)格材（產(chǎn)地：加拿大），規(guī)格為38 mm×89 mm和38 mm×140 mm，墻骨柱長(zhǎng)度924 mm，含水率12%；

石膏板（GB）：幅面 2 400 mm×1 200 mm，厚度12 mm，面密度為9.3 kg/m2；

玻璃纖維棉（GFB）：容重 12 kg/m3，厚度分別為139 mm和70 mm；

隔音氈：厚度1.2 mm，面密度2.4 kg/m2，材質(zhì)為PVC和長(zhǎng)絲無(wú)紡布；

彈性橫槽：鋼板厚度0.8 mm，龍骨寬度為17 mm。上述材料均為企業(yè)提供。

試驗(yàn)設(shè)備主要為AWA6290M型雙通道建筑聲學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，由雙通道信號(hào)分析儀、計(jì)算機(jī)、傳聲器、聲功率放大器、12面體聲源和聲級(jí)校準(zhǔn)器等組成。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 輕型木結(jié)構(gòu)箱體安裝

為研究墻體的隔聲性能，本試驗(yàn)建造了由墻體圍成的箱體，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50005-2003《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]進(jìn)行墻骨柱規(guī)格和間距設(shè)計(jì)，墻骨柱間距為406 mm；彈性橫槽安裝方法依據(jù)加拿大木業(yè)協(xié)會(huì)制訂的《中國(guó)輕型木結(jié)構(gòu)房屋建筑》[8]要求進(jìn)行安裝，以確保結(jié)構(gòu)安全；隔音氈的鋪設(shè)參考常用隔音氈鋪設(shè)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)嘗試。箱體內(nèi)部空間為1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm；箱體厚度由墻骨柱規(guī)格決定。為了減小頂層、底層墻體對(duì)測(cè)量隔聲性能的影響，在頂層、底層鋪設(shè)三層石膏板，并在石膏板間鋪裝發(fā)泡密封膠以形成空氣層。箱體試驗(yàn)結(jié)果與前人輕型木結(jié)構(gòu)墻體研究結(jié)果有很好的一致性[1-6]。

本試驗(yàn)一共制作了8種內(nèi)墻墻體（IW，Interior Wall）。其中，IW1-IW4墻骨柱規(guī)格為38mm×140mm；IW5-IW8墻骨柱規(guī)格為38 mm×89 mm。墻體IW2、IW6安裝了隔音氈，墻體IW3、IW7安裝了彈性橫槽，墻體IW4、IW8同時(shí)安裝了彈性橫槽和隔音氈；所有試驗(yàn)墻體均填充了玻璃纖維棉。具體墻體材料構(gòu)成見(jiàn)表1。

表1 隔聲試驗(yàn)墻體材料

表1中，D-12GB為雙層12 mm厚防火石膏板，彈性橫槽安裝在墻骨柱與外覆面板之間，石膏板與彈性橫槽均采用自攻螺釘連接；隔音氈安裝在2塊石膏板之間，用聚氨酯泡膠粘接；墻骨框架之間使用圓釘連接。彈性橫槽、隔音氈的安裝布置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.2.2 測(cè)定方法

圖1 （a）彈性橫槽、（b）隔音氈安裝示意圖

本試驗(yàn)采用了空氣聲隔聲的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法，將表觀隔聲量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)測(cè)量不同墻體構(gòu)造的箱體表觀隔聲量來(lái)比較不同墻體結(jié)構(gòu)體對(duì)墻體隔聲性能的影響。將箱體作為接受室、外部為聲源室，具體設(shè)備布置見(jiàn)圖2（此為380 mm×140 mm墻骨柱箱體框架）。

圖2 墻體構(gòu)造及測(cè)點(diǎn)、儀器布置

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT19889-2005《聲學(xué)建筑與建筑構(gòu)件隔聲》[9]進(jìn)行隔聲測(cè)試，以1/3倍頻程測(cè)量，包括100～5000Hz的18個(gè)中心頻率。AWA6290M型建筑聲學(xué)測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)12面體揚(yáng)聲器發(fā)出白噪聲，信號(hào)聲級(jí)高于背景噪聲級(jí)15dB以上；傳聲器接收測(cè)量聲源室和接受室的聲壓級(jí)，聲壓級(jí)測(cè)量每次15 s，共3次，取平均值。然后將揚(yáng)聲器放置在接受室內(nèi)發(fā)出噪聲，測(cè)得接收室內(nèi)的聲壓級(jí)衰減曲線(xiàn)，采用公式（1）計(jì)算混響時(shí)間，混響時(shí)間測(cè)量6次，取平均值。按公式（2）計(jì)算表觀隔聲量，并與計(jì)權(quán)隔聲量參考曲線(xiàn)相比較求得計(jì)權(quán)隔聲量。最后將頻譜修正量C加入到評(píng)價(jià)值中。

式中：A——吸聲量（m2）；

V——接受室體積(m3)；

R——表觀隔聲量（dB）；

L1——聲源室內(nèi)平均聲壓級(jí)（dB）；

L2——接受室內(nèi)平均聲壓級(jí)（dB）；

T——接受室混響時(shí)間（s）；

S——隔墻的面積（m2）。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)測(cè)得的各種墻體計(jì)權(quán)表觀隔聲量見(jiàn)表2。

表2 墻體計(jì)權(quán)隔聲量

2.1 彈性橫槽對(duì)隔聲性能的影響

2.1.1 影響機(jī)理

彈性橫槽對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)墻體隔聲性能影響的測(cè)試結(jié)果（圖3）表明，在安裝了墻骨柱規(guī)格為38 mm×89 mm的墻體中，采用彈性橫槽的IW7墻體比不安裝的IW5墻體隔聲量提高了9 dB；在墻骨柱規(guī)格為38 mm×140 mm的墻體IW1和IW3中，彈性橫槽的使用提高了墻體的隔聲量13 dB，顯示出了優(yōu)異的隔聲特性。

圖3 彈性橫槽對(duì)隔聲性能的影響

從圖3中可以看出，無(wú)論是在低頻聲波段還是在高頻聲波段，彈性橫槽均能顯著提高輕型木結(jié)構(gòu)墻體的隔聲性能。這是由于聲音經(jīng)由石膏板傳遞至墻骨柱的過(guò)程中，彈性橫槽的使用大大減少了石膏板與墻骨柱的接觸面積，減少了聲橋，在石膏板與墻骨柱間形成了空氣層，減弱了聲音的傳遞，同時(shí)也改變了聲音的傳遞路徑；再者，由于彈性橫槽本身的彈性，也可以提高墻體的隔聲性能；另外，安裝了彈性橫槽的墻體吻合效應(yīng)減弱，這也可能是墻體隔聲量提升的原因之一。

2.1.2 隔聲效果與墻骨柱規(guī)格的關(guān)系

對(duì)比兩組不同墻骨柱規(guī)格的墻體，IW1墻體比IW5墻體計(jì)權(quán)隔聲量提高了1 dB，而IW3墻體比IW7墻體提高了5 dB。兩組墻骨柱尺寸均相差51 mm。墻骨柱尺寸的大小也反映到空氣層的厚度上，理論上講，當(dāng)空氣層增加51 mm時(shí)，雙層墻體的隔聲量會(huì)增加5 dB[4]。

對(duì)于IW1和IW5墻體，墻骨柱在聲音傳遞過(guò)程中為聲音在墻體中提供了另外一條傳遞路徑，造成聲波輻射的增強(qiáng)，減弱了墻體中空氣層的作用，因此，空氣層的變化對(duì)其影響較小。另外，由于玻璃纖維棉填充厚度不一樣，IW5墻體有近20 mm厚的空氣層，而IW1墻體內(nèi)部已無(wú)空氣層，全部被玻璃纖維棉填充。玻璃纖維棉一方面作為多孔吸聲材料提高了吸聲效果，另一方面過(guò)密的保溫棉鋪設(shè)可能增加聲音傳播通路，這也可能是兩面墻體隔聲量相差不大的原因。IW3和IW7是安裝了彈性橫槽的墻體，在聲橋作用減弱以后，木結(jié)構(gòu)墻體更接近于完全分離的兩面GB墻體，接近于雙層墻體的試驗(yàn)結(jié)果。

可以看出，大規(guī)格墻體使用彈性橫槽的效果更顯著，因此，對(duì)于隔聲性能要求較高的輕型木結(jié)構(gòu)建筑，可在墻體中安裝彈性橫槽并配合以較大規(guī)格的墻骨柱。

2.2 隔音氈對(duì)隔聲性能的影響

隔音氈對(duì)38 mm×140 mm墻骨柱墻體隔聲性能的影響見(jiàn)圖4（a）。可以看出，設(shè)置隔音氈使輕型木結(jié)構(gòu)墻體計(jì)權(quán)隔聲量提高3 dB。在不同的聲波頻段上，隔音氈的隔聲能力不同，在500 Hz以后的中高頻段，墻體的隔聲量有所提高；在高頻段的隔聲效果顯著，但在100～500 Hz頻率范圍內(nèi)的改善效果不明顯。

圖4 隔音氈對(duì)隔聲性能的影響

安裝38mm×89mm墻骨柱的墻體中隔音氈對(duì)隔聲性能的影響見(jiàn)圖4（b）。結(jié)果顯示，同樣在低頻段，隔音氈對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)墻體的隔聲量影響并不明顯，但在1 600 Hz以后的頻段隔聲效果有顯著提高，IW6墻體計(jì)權(quán)隔聲量比IW5也提高了3 dB。IW5墻體在入射聲頻高于1 600 Hz時(shí)進(jìn)入臨界頻率控制區(qū)，墻體質(zhì)量效應(yīng)和彎曲勁度效應(yīng)相抵消，隔聲量下降，在2 500 Hz形成明顯的吻合谷。IW6墻體在2 500 Hz的吻合頻率上隔聲量的下降較少，說(shuō)明在輕型木結(jié)構(gòu)墻體一側(cè)鋪設(shè)隔音氈可以減弱吻合效應(yīng)，這是由于隔音氈的鋪設(shè)使得墻體的內(nèi)外面板不再對(duì)稱(chēng)排列，面板的質(zhì)量與厚度產(chǎn)生了差別，使入射波與彎曲波的疊加頻率不同，減少了聲波透射。在圖4（a）中沒(méi)有觀察到這種現(xiàn)象，可能是由于IW1墻體建造過(guò)程中由于誤差產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)性，導(dǎo)致本身的吻合效應(yīng)不明顯。

綜上所述，隔音氈可以通過(guò)自身對(duì)中高頻聲波的良好隔聲性，以及減弱吻合效應(yīng)來(lái)提升墻體的隔聲性能，并且隔音氈對(duì)安裝不同規(guī)格墻骨柱的墻體隔聲性能提高效果相近。對(duì)比IW2和IW6可以看到，安裝了隔音氈后，空氣層的作用依然不明顯。

2.3 彈性橫槽與隔音氈組合使用對(duì)墻體隔聲性能的影響

為了探究高隔聲性能的墻體構(gòu)造，試驗(yàn)分別設(shè)計(jì)了只安裝彈性橫槽的墻體IW3、IW7，與同時(shí)安裝彈性橫槽和隔音氈的墻體IW4、IW8。彈性橫槽與隔音氈組合使用對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)墻體隔聲性能的影響見(jiàn)圖5。對(duì)比IW3和IW4的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在100～1 000 Hz范圍內(nèi)，隔音氈的增加并未明顯提高墻體的隔聲量；在1 000 Hz以上頻段，隔音氈的安裝提高了墻體的隔聲性能；安裝隔音氈使墻體計(jì)權(quán)隔聲量增加了1 dB；IW7和IW8的對(duì)比也發(fā)現(xiàn)了相似的情況。這說(shuō)明，隔音氈對(duì)于采用了彈性橫槽的墻體的高頻段隔聲性能仍有改善，但總體效果不如未安裝彈性橫槽組明顯。

圖5 彈性橫槽+隔音氈組合對(duì)墻體隔聲性能的影響

與單獨(dú)安裝彈性橫槽類(lèi)似，該隔聲構(gòu)件的組合對(duì)于大尺寸墻骨的墻體隔聲性能影響更為顯著。

3 結(jié)論

3.1 彈性橫槽能提高輕型木結(jié)構(gòu)墻體的隔聲量9～13 dB，對(duì)安裝38 mm×140 mm墻骨柱的墻體比安裝38 mm×89 mm墻骨柱的墻體，隔聲性能的改善更明顯。

3.2 安裝隔音氈對(duì)所有墻體的中高頻隔聲效果都十分顯著，對(duì)于2種規(guī)格的墻體隔聲性能都增加了3 dB，并且隔音氈對(duì)不同墻骨柱規(guī)格的墻體效果相似。

3.3 只增加改變墻骨柱規(guī)格的方法對(duì)木結(jié)構(gòu)墻體隔聲性能影響不大，需要和彈性橫槽等減小聲橋作用的方法配合使用，才能獲得較好的隔聲效果。

［1］ 周海賓.木結(jié)構(gòu)墻體隔聲和樓板減振設(shè)計(jì)方法研究［D］.北京：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院,2006.

［2］ 葛克宇.木骨架墻體隔聲性能的研究［D］.南京：南京林業(yè)大學(xué),2011.

［3］ 崔承勛.雙層輕質(zhì)板結(jié)構(gòu)隔聲量的實(shí)驗(yàn)研究［J］.建筑科學(xué),2011(10)∶63-69.

［4］ 周海賓,江澤慧,費(fèi)本華.木結(jié)構(gòu)墻體建造細(xì)節(jié)對(duì)其隔聲性能的影響［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007(3)∶159-163.

［5］ 王季卿.提高輕板隔墻隔聲性能的實(shí)驗(yàn)研究［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1981(2)∶79-91.

［6］ A.C.C.Warnock and J.D.Quirt.Control ofSound Transmission through Gypsum Boar Walls［R］.National Research Council of Canada,January1997.

［7］ 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50361-2005木骨架組合墻體技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［8］ 加拿大木業(yè)協(xié)會(huì).中國(guó)輕型木結(jié)構(gòu)房屋建筑（ISBN：0-97345 20-2）［M］.渥太華：加拿大木業(yè)協(xié)會(huì)，2012.

［9］ 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB T 19889-5-2006聲學(xué)建筑和建筑構(gòu)件隔聲測(cè)量［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

Effect Ofresilient Channeland Deadening Felt on Sound Insulation of Wood Frame Walls

LI Wei
（College of Material Science and Technology,Beijing Forestry University,MOE Key Laboratory of Wooden Material Science and Application,Beijing Key Laboratory of Wood Science and Engineering,Beijing 100083）

In this paper,field measurement of airborne sound insulation was carried out on the interior walls of wood frame construction with different structures.Resilient channel and deadening feltwere mainly studied on sound insulation performance of the wall with different studs.The results showed that the increase in STC wassignificantfrom the installation ofresilient channel,especially of larger wall.Deadening felt showed great sound insulation performance in high sound frequencies of the walls without obvious difference.

Resilient channel;Deadening felt;Studs;Sound insulation;Wood frame

TU759.4,TU112.5

B

1001-9499（2017） 06-0047-05

* 北京林業(yè)大學(xué)熱點(diǎn)追蹤項(xiàng)目“木結(jié)構(gòu)建筑新型墻體及連接技術(shù)研究”（2016BLRD03）；北京市支持中央在京高校共建項(xiàng)目“戶(hù)外木結(jié)構(gòu)景觀建筑材料特性及應(yīng)用研究”（2015GJ-01）

第1作者簡(jiǎn)介：李威（1994-），男，北京林業(yè)大學(xué)在讀研究生，研究方向：木結(jié)構(gòu)性能研究。

高穎，副教授，博士。

2017-08-14

（責(zé)任編輯：潘啟英）