綠色建筑樓板聲學性能優化研究

王軍強

綠色建筑樓板聲學性能優化研究

王軍強

(江蘇建筑職業技術學院，江蘇徐州 221116)

綠色建筑對建筑健康性、舒適性和環境性提出了更高要求，滿足樓板隔聲性能要求是其基本的功能要求，但現實設計中卻往往不被重視。建筑樓板作為分隔空間的構件，工程中應重視去解決樓板撞擊聲的隔聲問題。以鋼筋混凝土住宅樓板為基準，考慮了彈性材料類型、厚度、質量密度、動態剛度以及浮板質量和厚度等因素，給出了不同系列浮筑樓板做法，通過理論分析和試驗，研究了其隔聲性能的變化。研究結果對于建筑樓板的隔聲降噪設計提供了技術支撐和案例經驗，對于優化改善建筑隔聲性能有積極意義。

浮筑樓板；動態剛度；彈性材料；浮板；撞擊聲壓改善量

0 引言

隨著人們生活水平的提高，對于住宅居住的健康性能、環境性能、隔聲性能提出了更高的要求，重視建筑聲學性能的研究和實踐技術應用研究，特別是室內環境隔聲降噪的理論研究與技術開發十分必要。試驗和現場測定結果表明，100～140 mm厚的鋼筋混凝土樓板，加上40 mm作業的砂漿面層，其計權標準化撞擊聲壓級卻在80 dB左右，甚至現場測試超過80 dB，而《民用建筑綠色設計規范》(JGJ/T229-2010)、《健康住宅建設技術規程》(CECS 179-2009)、《民用建筑隔聲設計規范》(GB50118-2010)、《住宅設計規范》(GB 50096-2011)中規定了高要求住宅分戶樓板[1-4]，包括臥室、起居室(廳)分戶樓板計權標準化撞擊聲壓標準值≤65 dB，空氣聲計權隔聲量加粉紅噪聲頻譜修正量≥50 dB。結構傳聲與振動是建筑聲學最關鍵的問題之一，噪聲與振動傳播影響的范圍比較廣[5-7]，在使用或居住活動過程中會產生噪聲與振動，如設備運行噪聲(空調噪聲、電梯運行振動與噪聲、機電設備運行噪聲等)、洗浴生活用水產生的噪聲與振動、樓上的腳步聲、拖動桌椅等摩擦噪聲、家用電器運行噪聲等[8]。居住與民用建筑的樓板大多采用鋼筋混凝土樓板，具有較好的空氣聲隔聲性能，但對于結構傳聲，其隔聲性能就比較差。因而在工程設計中，應重視樓板隔聲降噪的設計，特別應重視解決樓板撞擊聲問題。

1 理論分析

1.1 浮筑隔聲樓板構造與計算模型

圖1 浮筑隔聲樓板結構構造

圖2 浮筑樓板隔聲減振機理簡圖

1.2 浮筑樓板結構傳聲

式(1)為試驗和理論分析樓板撞擊聲壓改善量提供了依據。

1.3 樓板撞擊聲壓改善量的確定

目前國內浮筑隔聲減振樓板應用還比較少，特別是在住宅樓板中應用還非常稀缺，加大隔聲樓板體系的理論分析和試驗研究，重視樓板隔聲降噪設計，改善樓板聲學性能指標，對于設計施工有重要意義。

2 試驗方法與試驗材料

2.1 彈性減振材料性能參數測試

2.2 樓板隔聲性能測試

2.3 試驗材料

(1)住宅樓板選擇鋼筋混凝土現澆樓板結構，樓板厚度120 mm，為2型實心現澆鋼筋混凝土樓板，上面采用浮筑隔聲樓板做法。

(2) 彈性減振墊層，彈性墊板采用樣品TR1-TR5，材料厚度、質量密度、孔隙特征情況、諧振頻率、動態剛度等參數如表1所示。

(3) 浮板質量層采用帶鋼絲網的細石混凝土層，厚度為40～60 mm，質量密度為100～150 kg·m-2。

(4) 成型不小于10 m2的浮筑隔聲樓板，彈性減振層與結構樓板可靠粘結，其上澆筑細石混凝土，表面平整規則，養護28 d后進行聲學性能測試。

表1給出了試驗中采用的彈性材料的相關性能參數。試驗中測試了彈性材料在不同加載條件下的厚度，特別是測試200 kg·m-2荷載作用下的厚度。在選擇彈性材料時需要注意其在荷載作用下的變形，特別是厚度的變形，其對動態剛度的變化有重要影響。

表1 彈性減振材料性能

3 結果分析

以鋼筋混凝土住宅樓板為樓板基層，制作了樣品JS0-JS7。JS0為鋼筋混凝土樓板加裝飾面層，厚度為160 mm，作為基準對比樓板。JS1-JS5以基準樓板為基地，依次鋪設了發泡橡膠減振墊板、聚氨酯泡沫板、再生橡膠、玻璃棉、巖棉作為彈性材料，其上澆筑帶鋼絲網的細石混凝土形成浮筑樓板結構；JS6-JS7為多層彈線材料在浮筑樓板中的應用。具體試驗組合見表2，主要考慮了彈性材料性能參數變化，包括彈性材料類型、厚度、動態剛度、諧振頻率的變化，以及浮板層厚度、質量變化等因素，通過理論分析和試驗，研究了重質樓板和浮筑隔聲樓板體系的隔聲性能。

表2 浮筑隔聲樓板結構做法

3.1 浮筑樓板結構體系做法對樓板聲學性能的影響

圖3 不同浮筑樓板的撞擊聲壓級

圖4 不同浮筑樓板相對于JS0樓板的撞擊聲壓改善量

3.2 彈性材料性能變化和浮板厚度對樓板隔聲性能的影響

浮板質量和厚度變化對樓板隔聲性能的影響見圖6。浮板的質量和厚度，特別是質量密度與彈性材料的性能參數應匹配，這點在樓板隔聲降噪設計中需要引起重視。因為在生活實踐中，樓板上要有裝飾層，還有居住者的使用活動產生的可變荷載，研究彈性材料在荷載作用下的變形、動態剛度變化、諧振頻率變化等對隔聲性能的影響是十分必要的。

圖5 單層與多層彈性材料對隔聲性能的影響

圖6 浮板厚度和質量對隔聲性能的影響

3.3 樓板隔聲性能理論值和試驗值的對比

圖7中給出了不同做法情況下，樓板撞擊聲壓理論值與試驗值的對比圖，可以看出，理論值比試驗測試值要大2～10 dB。這與測試條件、測試空間大小、測試溫濕度、實際做法與理論做法的偏差以及彈性材料的性能參數變化等有關。但理論分析值和試驗值的基本趨勢比較吻合，這給樓板隔聲降噪設計提供了依據。圖8中給出了浮筑樓板體系厚度變化對其隔聲性能的影響，其影響程度由強變弱的因素排序為：彈性材料→浮板厚度→樓板厚度。

試驗研究和理論分析進一步表明，浮筑隔聲樓板體系對于改善樓板隔聲性能，特別是結構傳聲的影響效果顯著。有關浮筑樓板體系的設計，關鍵是彈性材料的選型與性能參數的確定以及浮板質量厚度的確定。而有關彈性材料的長期性能、荷載作用下的變形性能，以及其測試厚度、動態剛度、諧振頻率的變化等，對準確預測彈性材料在浮筑樓板隔聲性能中的作用有積極意義，這些還需要進一步做理論分析與試驗研究。

圖7 不同浮筑樓板的撞擊聲壓理論值和試驗測試值的對比

圖8 浮筑樓板體系厚度對撞擊聲壓的影響

4 結論

本文通過理論分析和試驗，得到以下結論：

(1) 以住宅結構中現澆鋼筋混凝土樓板為對象，構建了浮筑隔聲樓板的做法，將浮筑隔聲樓板簡化為單自由彈簧阻尼系統，給出了其隔聲減振的機理，分析了以質量密度和動態剛度為參數的浮筑隔聲樓板的隔聲性能。

(2) 以鋼筋混凝土2型分隔樓板為例，試驗研究了JS0-JS8系列樓板隔聲性能，考慮因素包括單層彈性材料、多層彈性材料、浮板厚度和質量等。

(3) 對比分析了樓板撞擊聲壓理論值與試驗值的差異，結果表明，理論值比試驗測試值大2～10 dB。

(4) 浮筑隔聲樓板對樓板撞擊聲的聲壓改善效果明顯，其技術關鍵是彈性材料和浮板的性能匹配，彈性材料對于樓板撞擊聲聲壓的改善量明顯優于通過增加樓板厚度和質量的技術措施，合理選擇彈性材料極其重要。

(5) 有關彈性材料的長期性能、荷載作用下的變形性能，以及其測試厚度、動態剛度、諧振頻率的變化等，對準確預測彈性材料在浮筑樓板隔聲性能中的作用有積極意義，這些還要做進一步的理論分析和試驗研究。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. JGJ/T229-2010《民用建筑綠色設計規范》[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2010.

[2] 中國工程建設標準化協會. CECS 179-2009《健康住宅建設技術規程》[S]. 北京: 中國計劃出版社, 2009.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. GB50118-2010《民用建筑隔聲設計規范》[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2010.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. GB 50096-2011《住宅設計規范》[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2011.

[5] KIM C, HONG Y K, LEE J Y. Long-term dynamic stiffness of resilient materials in floating floor systems[J]. Constr Build Mater 2017, 133(1): 27-38.

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[7] 王軍強, 黃新. 健康住宅聲環境要求與隔聲施工技術[J]. 施工技術, 2012, 41(12): 110-112+120.

WANG Junqiang, HUANG Xin. Sound environment requirements and sound insulation construction technology of healthy house residence[J]. construction technology, 2012, 41(12): 110-112+120.

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[11] ISO9052-1-1989Acoustics.Determination of dynamic stiffness.

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[14] 中國標準化委員會. GB/T 19889.6-2005《聲學建筑和建筑構件隔聲測量-第6部分: 樓板撞擊聲隔聲的實驗室測量》[S]. 北京: 中國質檢出版社, 2005.

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Research on the acoustic performance optimization of green building floor

WANG Jun-qiang

(Jiangsu Institute of Architectural Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu, China)

The green building puts forward higher requirements for the health, comfort and environment of the building, and the sound insulation performance of floor is the basic functional requirement, but it is often ignored in the practical design. As a construction component of separating space, the building slabs must be seriously considered in order to solve the sound insulation problem caused by floor impact. Based on reinforced concrete residential floor, by taking into account the relevant factors such as resilient material type, thickness, mass density, dynamic stiffness and the quality and thickness of floating slab, different series of floating floor structure are developed. The theoretical analysis and experimental study on the sound insulation performance of different floating floor structures are carried out in this paper, and the results can provide technical support and case experience for the noise reduction design of building floor, and have positive significance for optimizing and improving the sound insulation performance of buildings.

floating floor; dynamic stiffness; resilient material; floating slab; weighted reduction of impact sound pressure level

文獻標識碼：A 文章編號：1000-3630(2019)-06-0665-05

10.16300/j.cnki.1000-3630.2019.06.011

2018-06-15;

2018-07-26

江蘇省高等學校自然科學研究重大課題(17KJA560002)、江蘇省優秀科技創新團隊項目

王軍強(1973－), 男, 陜西渭南人, 教授, 研究員級高工, 研究方向為綠色建筑保溫隔聲技術。

王軍強,E-mail: 1249166850@qq.com