輕鋼龍骨隔墻隔聲性能的研究與應用

葉衛華

（北新集團建材股份有限公司，上海 201707）

0 引言

研究人員通過實踐發現，隔墻的隔聲性能方面存在一個“質量定理”：墻體厚度越高、單位面積質量越大，其自身隔聲性能就越好。這也意味著單一材質的輕質隔墻，如加氣混凝土板、膨脹珍珠巖、陶粒混凝土等，均存在隔聲性能不足的問題。而石膏板隔墻因其空腔式的內部構造，使得聲音在其內部傳播時會經歷多次的反射與透射，最終被墻體所吸收，使其得以不受“質量定理”的束縛，因而具備較強的隔聲性能，逐漸受到了各大施工單位的認可與青睞。

基于此，本文以輕鋼龍骨石膏板隔墻為研究對象，闡釋了隔墻的隔聲規律，分析了影響隔墻隔聲性能的關鍵因素，并以具體施工案例探討了隔聲處理方案。

1 隔墻隔聲規律

目前通用的輕鋼龍骨石膏板隔墻一般為雙層石膏板結構，也就是“石膏板－空腔龍骨結構－石膏板”式的層級結構，兩層石膏板均固定于龍骨之上。為進一步提升隔聲性能，龍骨結構的空腔中通常會填充玻璃棉或是巖棉板。單層式的石膏板在隔聲表現上效果不佳，以厚度為12mm、密度為10kg/m2的單層石膏板為例，其標準計算隔聲量為29dB，四層同樣規格的石膏板疊加起來，其理論隔聲量也無法超過41dB。而通過運用“石膏板－空腔龍骨結構－石膏板”式的結構設計思路，將四張石膏板與壁厚75mm 的空腔式輕鋼龍骨制作為隔墻，則能夠達到不低于44 分貝的隔聲量；如果在空腔中填充玻璃棉或是巖棉板，則能夠達到50dB 的隔聲量。

隔墻的隔聲性能遵循4 種規律，下文將分別介紹。

1.1 質量定理

隔墻的隔聲性能遵循質量定理，也就是墻體厚度越高、自重越大，其隔聲性能越好。該定理主要內容為：隔墻單位面積質量每增加100%，墻體隔聲量則增加6dB；隔墻墻體密度每增加100%，墻體隔聲量則增加近12.5%。理論上說，隔墻的質量越高、厚度越大，其隔聲性能就越好，但在實際施工過程中，墻體自重過大，會導致建筑整體荷載的大幅提升[1]。因此，綜合實際情況來看，輕質材料成為隔墻施工的首選，而要提升輕質隔墻的隔聲性能，便只能在其墻體內部做文章。通過多層墻板結合隔音材料的方式，能夠有效地提升輕質隔墻的隔聲性能。以壁厚75mm 的輕鋼龍骨石膏板隔墻為例，其墻體密度僅為60kg/m2，但通過運用上述的內部結構設計，能夠保證其隔聲量達到50dB，而密度同為60kg/m2、壁厚90mm 的磚混隔墻的隔聲量僅為36dB，足以看出輕鋼龍骨石膏板隔墻內部結構的優異性。

1.2 共振頻率

所有類型的隔墻均具有一個固定的共振頻率，當聲音頻率與隔墻自身頻率相同時，便會出現共振現象，使得隔墻的隔聲性能大幅降低。通常來說，隔墻自身厚度越高、自重越大，其共振頻率越低[2]。若頻率低于最低參考值100Hz，人耳對如此低的頻率不敏感，從而使得共振頻率對于隔墻隔聲性能的影響性也隨之下降。一次，在設計輕鋼龍骨石膏板隔墻時，應當保證墻體的共振頻率不超過100Hz。

值得一提的是，對于石膏板而言，其厚度的差異性也會導致共振頻率的差異性。例如，一塊壁厚15mm、墻體密度12kg/m2的石膏板與一塊壁厚12mm、墻體密度10kg/m2的石膏板。前者共振頻率低于100Hz，那么共振頻率對于板材隔聲性能的影響性較低；而后者的共振頻率處于100Hz 附近，卻會對自身隔聲性能產生較高的影響，使得隔墻的隔聲量在100Hz、125Hz、200Hz 等低頻處遭到大幅的削減。究其原因，是由于阻尼控制原理所致。

1.3 吻合效應

聲波自聲源處傳播至隔墻的墻板上時，整個版面除了會產生垂直方向的受迫振動外，還會產生沿著版面方向的彎曲振動。在特定的頻率數值上，這種受迫性的彎曲振動會與墻體自身自由彎曲振動相契合，此時整個墻板便會隨著聲波進行彎曲，使得聲波能夠穿透墻板進入墻體內部，從而使得整個墻體的隔聲吸能出現較深的曲線走勢，這便是所謂的“吻合效應”，而與墻板材質相關的特定頻率便是吻合頻率[3]。

研究人員通過大量實驗證明，材質自重越小、厚度越低、柔性越低的隔墻，其自身吻合頻率越高；反之則越低。同樣以一塊壁厚15mm、墻體密度12kg/m2的石膏板與一塊壁厚12mm、墻體密度10kg/m2的石膏板為例，前者的吻合頻率約為3.15kHz，后者的吻合頻率約為2kHz。這也就是說，在頻率3.15kHz 附近，前者的隔聲性能將出現降低；在頻率2kHz 附近，后者的隔聲性能將出現更大幅度地降低，整個效應的影響性甚至超過質量定理的影響性。將兩塊壁厚相同、密度相同的石膏板相貼合，其吻合頻率與單層石膏板基本一致，但其吻合效應對于石膏板隔聲性能的影響性將更強，所形成的吻合谷走勢更為顯著；但如果將兩塊壁厚不同的石膏板間隔相貼合，就能夠使兩塊墻板各自產生的吻合谷走勢相互錯開，從而有效地減弱吻合效應。

1.4 聲橋效應

石膏板與龍骨結構相連后，臨近聲源側石膏板的聲波震動將會借助龍骨結構傳遞至另一塊石膏板之上，這一過程被稱為聲橋。聲波的接觸面越大、剛性連接越強，聲橋效應就越強，從而導致隔墻的隔聲性能降低。通過在雙層石膏板與龍骨結構之間加設一個彈性墊的方式，緩解聲橋效應，在一定程度上提升隔聲量（可提升約3dB）[4]。

由于輕鋼材質的龍骨結構自身剛度系數較低，聲效效應的影響性較低，因此，輕鋼龍骨石膏板隔墻的隔聲性能要明顯優于木質龍骨隔墻與石膏質龍骨隔墻。而為了進一步降低聲橋效應的影響，可將輕鋼龍骨制作成雙層式的龍骨結構或是錯列式的龍骨結構。其中，前者的隔聲量可提升3dB 左右，后者則可提升8dB 左右。

2 隔墻隔聲性能的影響因素

2.1 龍骨結構

對于輕鋼龍骨石膏板隔墻而言，其龍骨結構的剛度系數越低，則隔聲量越大。由于輕鋼材質的剛度系數低于其他材質，選用輕鋼材質的龍骨結構在隔聲量方面比木質結構高3dB 左右。此外，結構的形態也會影響到結構的隔聲量：Z 字形龍骨結構，其隔聲量能夠提升約1dB；S 字形龍骨結構則可提升約2dB；雙層分離式的龍骨結構，其隔聲性能也能夠得到有效提升（提升隔聲量約7dB）；龍骨結構的寬度越大（空腔內空間越大），其隔聲性能也會得到提升。此外，通過固定石膏板的螺釘之間的距離越大，隔墻的隔聲性能也會有一定的提升，這也因為螺釘間距擴大后，石膏板與龍骨結構之間的剛性連接則出現了減弱。螺釘間距不宜過大，以免隔墻強度無法滿足建設項目的實際需求。

2.2 墻板

實踐證明，墻板密度越高、壁厚越小，墻體的隔聲性能越強。主要是由于墻板密度越高，墻體的隔聲量也會越大；墻板壁厚越小，墻板之間的吻合效應便會朝著更高的頻次范圍中偏移。而與石膏材質的墻板相比，GRC 材質的墻板、硅酸鈣材質的墻板因其材料本身密度高于石膏板，且壁厚低于石膏板，使得其具備更為優異的隔聲性能。

2.3 內填棉

在龍骨結構的空腔填充玻璃棉，能夠有效提升隔墻的隔聲性能。玻璃棉的厚度越大、密度越高，其自身對于聲波的吸收效果就越理想。聲波會在龍骨結構的空腔之中反復反射直至消耗殆盡，因此，雖然玻璃棉對于聲波的單次吸收量有效，但在反復吸收的過程中，其對于聲波的吸收總量是相當可觀的。通常來說，厚度為5cm、密度達到24kg/m3的玻璃棉便鞥能夠滿足隔墻建設的實際需要，再往上提升厚度與密度，其對于隔聲性能的提升則變得微乎其微（提升量不超過1dB）。但如果玻璃棉的厚度低于2.5cm、密度低于16kg/m3，則會因厚度、密度過低的問題，出現隔聲性能的衰減（下降2~3dB）。理論上來說，巖棉的整體密度高于玻璃棉，所以其隔聲性能更佳，但實際上其對于隔聲性能的提升量通常不超過1dB。

2.4 板縫和孔洞

若石膏板上產生了板縫或是孔洞，也會導致墻體隔聲性能的下降。例如：某隔墻自身隔聲量為50dB，當墻體出現了面積占比僅0.01%的板縫或是孔洞，那么隔墻的隔聲量將會下降20%。基于此，為杜絕板縫或是孔洞的產生，應當在龍骨結構的安裝步驟中，加設塑料材質的彈性膠條[5]。此外，若是存在雙層石膏板的情況，應當進行錯落式的布置，使得石膏板外層相互勾縫而內層不勾縫；若是單層石膏板的情況，必須進行內層的勾縫，否則會導致墻體隔聲性能的大幅降低（隔聲量降低近17dB）。

2.5 施工及其他因素

除上述影響因素之外，部分因素也可能導致隔墻整體隔聲性能的降低，主要包括以下3 個方面。

（1）龍骨結構空腔中的玻璃棉/巖棉填充不達標、螺釘穩固性不足，這會導致在墻體施工結束后，玻璃棉/巖棉逐漸脫落下墜的現象，進而導致隔墻板縫或是孔洞的產生，使得隔聲性能受到影響。

（2）隔墻外框與建筑進行剛性連接時，未嚴格按照施工標準與要求，加設彈性墊條，使得外框結構受到載荷影響出現形變，導致板縫的產生，使得隔聲性能嚴重下降。

（3）穿過隔墻的管道未按照施工標準與要求進行密封，使得墻板施工處出現了板縫或是孔洞；安裝于隔墻上的開關面板為進行隔聲處理，導致隔聲薄弱位置的產生。

3 案例分析

本文擬通過具體的案例分析，探討輕鋼龍骨石膏板隔墻的具體操作方法，以期為相關的研究與實踐工作提供一定的參考與借鑒。

3.1 項目概況

該項目為某藝術中心二層的建設工程，工程總占地面積為6000m2，聲學容積達到了8000m3，整個藝術中心二層的建筑功能定位為多功能、多空間的演藝廳。項目要求在不同的空間之間建設多個隔墻，且符合《電影院建筑設計規范》（JGJ 58—2008）中對于隔聲的技術標準，即低頻隔聲量≥50dB，中、高頻隔聲量≥60dB，且空間與空間之間不能出現相互影響、相互干擾的現象。由于傳統的混凝土砌塊－玻璃棉－空氣層－混凝土砌塊的內部結構在此處存在施工難度過高、占地面積過大、自重過大等問題，因此根據施工現場的具體情況，進行了項目的優化設計，采用了“石膏板－空腔龍骨結構－石膏板”式的輕鋼龍骨石膏板隔墻。

3.2 隔墻隔聲處理方法

由于施工隔聲量的要求，因此在墻體隔聲方面采用了厚度為200mm 的加氣混凝土砌塊，在砌體工程完成后，仔細檢查了隔墻上是否存在板縫與孔洞，并將板縫與孔洞進行了密封。采用厚度為20mm 的混凝土砂漿進行抹灰處理；而另一面墻體則采用了100CH 型雙層石膏板式的輕鋼龍骨隔墻，與砌筑完成的混凝土砌塊墻體的間距保持在100mm 左右（這一步的目的是為空氣層預留了空間）。隨后，將輕鋼龍骨石膏板隔墻與建筑頂板、地板進行了固定，采用100 型輕鋼龍骨加工成L 型連接件，并通過該連接件將輕鋼龍骨石膏板隔墻與混凝土砌塊墻體進行了剛性連接，連接處加設了200mm×200mm×10mm 橡膠材質的隔聲墊。

3.3 細節處理

建筑內的裝飾部分與主體結構之間剛性連接的部位應當做好柔性處理，二者之間不會出現縫隙或孔洞，完善密封處理與填充處理；施工現場中需要穿過隔墻的施工項目，如消防管道、線路管道、電纜橋架等，應當做好隔聲處理，在施工的洞口處或是管道內填充密度為80kg/m3的玻璃棉或是巖棉，并用專用密封膏、密封圈對縫隙與孔洞進行密封處理，從而進一步提升隔墻的隔聲性能與耐火性能。

3.4 檢測結果

通過對施工現場的隔墻開展隔聲量的檢測工作，發現其計算隔聲量為Rw（C；Ctr）=56（-2；-5）dB，計算記權標準化聲壓級差為Dnt′w（C；Ctr）=62（-2；-5）dB，根據《建筑隔聲評價標準》（GB/T 50121—2005），項目內隔墻的隔聲等級達到了9 級，隔聲效果良好。通過分析檢測結果能夠看到，藝術中心二層項目中隔墻的隔聲處理與施工工藝均達到了預期效果。

4 結語

綜上所述，輕質隔墻在施工項目中的重要性逐步提升，優化輕質隔墻的隔聲性能已成為優化用戶體驗，提升建筑整體質量的重要途徑。基于此，施工單位與人員應當深入了解質量定理、共振頻率、吻合效應、聲橋效應的具體內容及實際價值，從而保證自身能夠充分掌握、熟練運用隔墻的隔聲規律；還應當對隔聲性能的影響因素形成一個全面的認知，熟練掌握隔墻的龍骨結構、墻板、內填棉、板縫等部分對于隔墻的影響性，形成一套全面化、深入化、專業化的施工標準，從而實現隔墻隔聲效果的有效提升，進而推進我國建設事業的長期穩步發展。