建筑結構設計中的聲學和隔音設計研究

張 會 劉寶風

京金寶聲學環保顧問（北京）有限公司 北京 100102

建筑結構設計中，聲學和隔音設計是一個重要的組成部分，涉及建筑物的使用功能、舒適性和安全性。聲學設計主要研究建筑空間的音質問題，包括如何降低噪音、提高語音清晰度和增強音樂欣賞效果等。隔音設計則關注建筑空間內的聲音傳播和隔離，以滿足不同功能區域的使用需求。建筑聲學和隔音設計需要綜合考慮建筑物的結構特點、功能需求、環境條件和材料性能等因素。因此，對建筑結構設計中的聲學和隔音設計進行深入研究具有重要意義。

1 聲學和隔音設計在建筑結構設計中的重要性

聲學設計旨在創造出舒適、愉悅的聲音環境，提高人們的生活質量；而隔音設計則關注于減少噪音污染，提高人們的睡眠質量和工作效率。

建筑物的聲學環境直接影響著人們的生活質量，良好的聲學設計可以提高室內的語音清晰度，降低噪音干擾，為人們提供一個舒適、愉悅的生活和工作空間。例如，在住宅設計中，聲學設計可以確保家庭成員之間的正常交流，避免因噪音干擾而影響生活質量。在商業建筑設計中，聲學設計有助于創造出獨特的氛圍，吸引顧客光顧。在劇院、音樂廳等娛樂場所，聲學設計更是至關重要，它能夠確保舞臺表演的聲音效果得到充分發揮，為觀眾帶來愉悅的視聽體驗[1]。隔音設計能夠有效地降低噪音污染，提高人們的生活和工作質量。例如，在住宅設計中，隔音設計可以降低外部噪音對室內生活的影響，使居民能夠享受安靜、舒適的居住環境。在辦公建筑設計中，隔音設計能夠減少噪音干擾，提高員工的辦公效率。此外，在醫院、學校等特殊場所，隔音設計也有助于創造安靜、舒適的環境，滿足人們的特定需求。

2 建筑噪音來源及結構設計中的聲學和隔音設計要點

2.1 噪音來源

建筑噪音來源主要有：第一，交通噪音。這是最常見的噪音來源之一。交通噪音主要包括汽車、火車、飛機等交通工具的運行聲音，以及行人走路、跑步等產生的聲音。在建筑物設計中，應該盡量遠離交通干線，或者采取相應的隔音措施，如設置隔音墻、窗戶等[2]。第二，設備噪音。建筑物內部的設備運行也會產生噪音，如空調、電梯、發電機等。在設計中，應該選擇噪音較小的設備，或者采取隔音措施，如設置隔音罩、墻壁等。第三，環境噪音。環境噪音包括自然界中的聲音，如風聲、雨聲、鳥鳴等，以及周圍建筑物、街道等產生的聲音。設計中，應該合理布局建筑物，避免直面噪音源，或者采取隔音措施，如設置綠化帶、圍墻等。第四，人為噪音。人為噪音主要指人們在建筑物內的生活、工作、娛樂等活動中產生的聲音。在設計中，應該考慮噪音的傳播路徑，避免噪音影響到其他區域，或者采取隔音措施，如設置隔音門、隔音窗等。

2.2 設計要點

建筑結構設計中聲學設計方面，需要考慮：（1）確保室內音質。音質是建筑環境質量優劣的一個重要組成部分。在設計過程中，應充分考慮室內音質的要求，以滿足不同功能區域的使用需求。（2）控制噪音傳播。噪音的傳播是影響建筑物聲學環境的主要因素。在設計過程中，應采取有效地隔音措施，降低噪音對室內環境的影響。（3）合理布局空間。合理利用建筑空間，避免聲音在空間內產生反射、折射等現象，從而降低噪音的傳播和影響。（4）選用合適的材料。建筑材料的選用對室內音質和隔音效果有直接影響。應根據不同功能區域的需求，選擇具有良好聲學性能的材料。

而在隔音設計時，則需要考慮：（1）隔音降噪。隔音設計的首要目標是降低噪音對建筑物內部的影響。應根據建筑物的功能和使用需求，采取相應的隔音措施。（2）隔音分區。合理劃分隔音區域，避免噪音在建筑物內部傳播。在設計過程中，應充分考慮建筑物的空間布局和功能分區，實現隔音分區。（3）選用隔音材料。選擇具有良好隔音性能的材料是實現隔音設計目標的關鍵。應根據建筑物的功能和使用需求，選擇合適的隔音材料[3]。（4）隔音設計細節。在隔音設計過程中，應注意細節的處理，如隔音門窗、隔音墻體、隔音吊頂等，以提高隔音效果。

3 建筑結構設計中的聲學和隔音設計策略

3.1 辦公區隔墻設計

辦公區隔墻設計中可采用雙重墻體，即在兩面墻體之間留有空氣層，以降低聲波的傳播。空氣層可以是空氣隔層或礦棉等隔熱材料隔層。研究表明，空氣層厚度為100mm時，隔音效果可達到25dB；空氣層厚度為200mm時，隔音效果可達到30dB。因此，在設計過程中，可以根據隔音需求選擇合適的空氣層厚度。以中國中化大廈項目為例，為了保證室內環境的私密性，降低外界聲音的影響，辦公室之間隔墻隔聲量須滿足52dB以上，由此辦公墻體采用雙層輕鋼龍骨隔墻做法（內填巖棉），避免龍骨之間產生聲橋效應，兩龍骨之間保留15mm空隙；同時為了避免輕鋼龍骨與結構樓板、墻體產生共振，在天地龍骨之間安裝了5mm隔振墊，可以充分保證相鄰辦公間的隔聲效果及私密性。

隔聲材料的選擇也是辦公區隔墻設計的重要環節。在選擇隔聲材料時，需要考慮：①隔音性能。隔聲材料的選擇應根據隔音需求進行，例如，對于一般辦公區，可以選擇吸音系數較高的材料；對于對隔音要求較高的辦公區，可以選擇隔音系數較高的材料。②防火性能。在選擇隔聲材料時，需要考慮其防火性能。對于公共場所，應選擇防火性能較好的材料[4]。③環保性能。在選擇隔聲材料時，還需要考慮其環保性能。一些隔聲材料在燃燒時會產生有毒氣體，對人體健康造成危害。因此，應選擇環保性能較好的材料。

3.2 地面隔振地臺系統設計

地面隔振地臺系統通過在地面結構與上層結構之間設置一層隔振層，利用隔振層的彈性特性來衰減地面振動。當外部振動作用于地面時，隔振層發生形變，消耗振動能量，從而減小振動傳遞到上層結構的幅度。這種原理類似于彈簧減震器，可以有效降低噪音傳播。

地面隔振地臺系統主要分為以下類型：①彈性隔振地臺：采用彈性材料制作，如聚氨酯泡沫、橡膠等。這類隔振地臺具有較好的彈性、耐磨性和抗老化性能，適用于各種類型的建筑。②阻尼隔振地臺：在彈性隔振地臺的基礎上，增加阻尼材料以提高隔振效果。阻尼材料能夠消耗振動能量，減少振動傳遞，從而提高隔音效果。③空氣隔振地臺：利用空氣層的彈性特性進行隔振。空氣隔振地臺具有質量輕、隔振效果好、安裝方便等優點，但耐久性較差，適用于對隔音要求較高的建筑。④磁懸浮隔振地臺：通過磁懸浮技術實現地面隔振。磁懸浮隔振地臺具有極高的隔振效果，但結構復雜、成本高，目前主要用于對隔音要求極高的特殊場合。地面隔振地臺系統的設計中，需要根據建筑的使用功能、所在地區的環境噪聲標準和投資預算，選擇合適的隔振材料。隔振層厚度應根據地面振動頻率、隔振目標值和隔振材料的彈性模量等因素綜合確定。地面隔振地臺系統要求地面平整度較高，以保證隔振效果。在設計時，應充分考慮地面的平整度要求。同時，地面隔振地臺系統應設置排水設施，以防積水影響隔振效果。此外，地面隔振地臺系統應與其他隔音措施（如隔墻、隔窗、吸音吊頂等）相結合，以達到最佳的隔音效果。

以中國中化大廈項目為例，工程地面隔振地臺系統設計中，采用了浮動基礎。浮動基礎/隔聲天花應用技術可以通過減小振動的傳播，降低設備噪音對辦公區的影響，提高辦公區的安靜程度。通過這種設計，辦公區的噪音問題得到了有效控制，為用戶創造了舒適的辦公環境。為提高隔振效果，地面隔振地臺系統中設置了彈性隔振器[5]。彈性隔振器能夠有效地減小設備和地面的振動，降低噪音的產生和傳播。這種設計措施保證了辦公區的安靜運行，降低了噪音對工作效率的影響。

3.3 臨近噪聲敏感區的隔墻設計

隔音墻是指具有較高隔音性能的墻體，隔音墻的材料選擇是影響隔音效果的關鍵因素。通常，隔音墻的材料應選擇密度大、質量重的材料，如混凝土、石材等。材料的吸聲性能也是需要考慮的因素，如吸聲材料可以降低聲波的反射和傳播。隔音墻的結構設計也是影響隔音效果的重要因素。隔音墻的結構應盡量簡單，避免過多的凹凸不平，以減少聲波的反射和折射。隔音墻的高度和厚度也是需要考慮的因素，一般來說，隔音墻的高度越高、厚度越厚，隔音效果越好[6]。此外，隔音墻與建筑結構的連接方式也會影響隔音效果。一般來說，隔音墻應與建筑結構進行有效地隔離，以防止聲波通過建筑結構傳播。隔音墻與建筑結構之間的縫隙應采用隔音材料進行填充，以提高隔音效果。

以中國中化大廈項目為例，設備機房臨近噪聲敏感區的隔墻采用了雙重墻體設計。雙重墻體之間留有空氣間隙，以減小噪聲的傳播。內外墻體均采用具有較好隔聲性能的材料，如巖棉、玻璃棉等，提高隔墻的隔聲效果。同時，采用了專業隔聲門。專業隔聲門采用了密封性能良好的設計，并結合優質隔聲材料，有效隔離噪聲的傳播。門扇與門框之間的縫隙采用隔聲膠條進行密封，進一步提高門的隔聲效果。此外，為防止管道噪聲的傳播，設計中針對管道穿越墻體和樓板的位置，采用了隔聲處理措施。主要包括在管道與墻體、樓板之間填充隔聲材料，如玻璃棉、巖棉等，以及在管道穿越樓板的位置設置隔聲套管，減小噪聲的傳播。

3.4 設備層機房的隔墻設計

設備層機房通常包含各種機械設備和電氣設備，如空調、水泵、發電機等。這些設備在運行過程中會產生大量的噪聲，對周圍環境和建筑物內部造成影響。

為了降低噪聲傳播，設備層機房的隔墻設計時需要注意：①隔墻材料選擇。隔墻材料的選擇對隔音效果至關重要。應選擇具有較高隔音性能的材料，如石膏板、巖棉板、玻璃棉板等。這些材料可以有效吸收噪聲，降低噪聲傳播。②隔墻厚度。隔墻厚度也是影響隔音效果的重要因素。一般來說，隔墻厚度越大，隔音效果越好。但在實際設計中，還需考慮建筑物的空間限制和成本因素，因此需要在隔音效果和可行性之間尋求平衡。③隔墻結構設計。隔墻結構設計應盡量簡化，避免出現縫隙、孔洞等噪聲傳播途徑。同時，隔墻的施工工藝也要保證質量，確保隔墻的完整性。④隔墻與頂部和地面的連接。隔墻與頂部和地面的連接處容易產生噪聲傳播。因此，在設計時應確保隔墻與頂部和地面之間的連接緊密，采用隔音材料進行填充，以降低噪聲傳播。⑤設備布局。合理布局設備也是降低噪聲的有效措施。應將噪聲較大的設備遠離生活和工作區域，盡量將噪聲較小的設備放置在靠近隔墻的位置，以減輕隔墻的隔音負擔。

以中國中化大廈項目為例，工程設備層機房隔墻設計中采用了針對性的隔聲、消聲、減振和吸聲技術手段。設計中充分考慮了設備層機房的特性，實施了一系列有效的隔聲措施。選擇了高級隔聲材料，如巖棉、玻璃棉等。這些材料具有良好的隔聲性能，能有效隔離噪聲的傳播。在隔墻構造中，將這些材料填充在墻體內部，形成一道堅實地隔聲屏障[7]。在機房內墻面采用了吸音隔墻設計，天花采用了吸音天花設計，內部填充玻璃棉、巖棉等。吸音隔墻設計結合高級隔聲材料，使隔墻/天花在承受設備噪聲的同時，保持較高的隔聲性能。在噪聲較大的機房內采用隔聲天花系統，天花橡膠掛碼，連接結構樓板及隔聲天花龍骨，使結構和系統固定端不存在剛性連接，有效杜絕聲橋的產生，使噪音不會通過剛性連接傳到建筑結構；隔聲吊頂內鋪設50毫米厚巖棉或玻璃棉，采用雙層12毫米厚石膏板封板，隔聲吊頂特別適合對隔聲要求非常嚴格的敏感區域。此外，針對管道穿越墻體的位置，采用了隔聲處理措施。主要包括在管道與墻體之間填充隔聲材料，如玻璃棉、巖棉等，以及在管道穿越墻體的位置設置隔聲套管，減小噪聲的傳播。

3.5 空調、風機、電梯隔聲消聲處理

建筑工程中一般安裝了大量的功率強大的風機、空調機組、水泵等機械設備及管道，設備運行所發出的噪聲強度較高。空調機組運行時產生的噪音常常會影響到人們的休息和工作。以中國中化大廈項目為例，為了減少空調機組/風機的噪音，必須安裝在外置式彈簧減振器上，并安裝進出風消聲器，有效地減少空調機組/風機運行時產生的噪音。裙樓屋面的風機設置專業隔聲罩，可以阻擋噪音的傳播，從而減少對人們的影響;為了減少電梯噪音，可對電梯曳引機進行隔振處理，減少電梯運行時產生的噪音。或是在電梯周圍設置隔音墻，這樣可以阻擋噪音的傳播，從而減少對人們的影響。

4 結語

綜上所述，隨著城市化進程的加速和人口的增加，建筑物的密度和高度將不斷增加，這將導致更多的噪音污染和聲學問題。聲學和隔音設計是建筑結構設計的重要組成部分，可以提高居住者的舒適度和聽力健康。通過合理的聲學設計和隔音設計，可以降低噪音污染，提高建筑物的能源效率，并創造一個舒適的居住環境。在設計過程中，需要綜合考慮聲學、隔音、建筑美學和功能需求，以實現最佳的聲學和隔音效果。