常用墙体隔声性能的影响因素及改进措施.pdf

第 42 卷第 4 期2023 年 8 月Vol.42,No.4Aug.,2023声学技术Technical Acoustics常用墙体隔声性能的影响因素及改进措施谢 东1，谢小利1，杨 阳2，卢凌寰2(1.广西建设职业技术学院土木工程学院，广西南宁 530007；2.广西壮族自治区建筑科学研究设计院，广西南宁 540005)摘要：墙体空气声隔声性能对室内声环境的舒适程度具有决定性的影响，如何对常用墙体构造进行隔声性能优化，是高品质建筑室内声环境设计的重要工作。文中采用现场测试和COMSOL Multiphysics 5.5计算软件模拟的方法，研究了常用墙体在不同频段下的空气声隔声性能。结果表明，墙体隔声性能的变化趋势符合墙体的质量定律分析，隔声量与墙厚度、面密度之间具有较好的线性关系，计权隔声量随厚度、面密度的增加而增大；墙体隔声性能的优化不宜盲目增加墙体厚度，而是要根据墙体构造的特点和所处的噪声频段进行优化，在混凝土墙体中添加0.3%的聚丙烯纤维和0.5%的聚氨酯吸声材料后，墙体计权表观隔声量可提高12 dB，在多孔砖或砌块类的孔洞中填充密度为31.5 kgm-3的岩棉，墙体计权表观隔声量可提高4 dB，将轻钢龙骨的单位长度质量从0.82 kgm-1增加至1.23 kgm-1，石膏板的厚度从12 mm增至15 mm时，墙体计权表观隔声量可提高23 dB。关键词：墙体；厚度；面密度；空气声隔声中图分类号：TU112 文献标志码：A 文章编号：1000-3630(2023)-04-0515-09Influence factors of sound insulation performance of common wall and improvement measuresXIE Dong1,XIE Xiaoli1,YANG Yang2,LU Linghuan2(1.College of Civil Engineering,Guangxi Polytechnic of Construction,Nanning 530007,Guangxi,China;2.Guangxi Institute of Building Research and Design,Nanning 540005,Guangxi,China)Abstract:he air acoustic insulation performance of the wall has a decisive influence on the comfort degree of indoor acoustic environment.How to optimize the sound insulation performances of common wall structures is an important work in the design of indoor acoustic environment for high-quality buildings.The air sound insulation performance of common wall in different frequency bands is studied by field test method and COMSOL Multiphysics 5.5 simulation in this paper.The results show that the variation trend of sound insulation performance of the wall conforms to the mass law analysis of the wall.The sound insulation variation of the wall has a good linear relationship with its thickness and surface density,and the weighted sound insulation of the wall increases with the increases of its thickness and surface density.Blind increase of thickness is not a way to optimize the sound insulation performance of the wall,which should be optimized according to the characteristics of the structure of the wall and the noise frequency.The weighted apparent sound insulation of the wall can be improved by 12 dB,when 0.3%polypropylene fiber and 0.5%polyurethane sound absorbing material are added in the concrete wall.The weighted apparent sound insulation of the wall can be improved by 4 dB,when 31.5 kgm-3 rock wool is filled into the holes of porous brick or block.The weighted apparent sound insulation of the wall can be improved by 23 dB,when the mass per unit length of the light steel keel is increased from 0.82 kgm-1 to 1.23 kgm-1,and the thickness of the plasterboard is increased from 12 mm to 15 mm.Key words:wall;thickness;areal density;air sound insulation0引 言墙体在围护结构中占据面积最大，其隔声性能对室内声环境具有决定性的影响，常用的墙体包括混凝土墙、烧结页岩多孔砖或多孔砌块墙、混凝土空心砌块墙、轻钢龙骨石膏板等，常见的墙体构造基本能满足现行国家标准民用建筑隔声设计规范：GB 501182010对一般房间的空气声隔声性能的要求1，但对有特殊要求的房间和高品质建筑的房间，仍需进一步提高其隔声性能2。墙体声能的传播途径主要包括两个方面，一方面是声能在空气层的传播，另一方面是声能通过声引用格式：谢东,谢小利,杨阳,等.常用墙体隔声性能的影响因素及改进措施J.声学技术,2023,42(4):515-523.XIE Dong,XIE Xiaoli,YANG Yang,et al.Influence factors of sound insulation performance of common wall and improvement measuresJ.Technical Acoustics,2023,42(4):515-523.DOI:10.16300/ki.1000-3630.2023.04.016收稿日期:2022-07-20;修回日期:2022-10-11基金项目:广西重点研发计划(桂科AB22035051、桂科AB 18050007)。作者简介:谢东(1968),男,广西钦州人,硕士,高级工程师,研究方向为绿色建筑保温隔声技术。通信作者:谢小利,E-mail:2023 年声学技术桥进行传播3-4。对于单层墙体隔声，通常可通过增加墙体的刚度和阻尼的方法来提高声能在传播过程中的损耗，从而提高墙体的隔声性能5-6，如增加墙体的纤维、聚苯乙烯泡沫颗粒、玻璃泡沫颗粒、沸石等成分7-9。对于双层或多层墙体的隔声，因层间压力波的振动耦合作用，使声波的传输更为复杂，声能的传播不仅受刚度、阻尼材料的影响，同时还受层间声腔共振的影响10，因此对于双层或多层墙体，尤其是针对低频段的噪声11-13还可通过在层间填充吸声材料如聚合物泡沫、吸声棉等来提高声能的消耗和削弱吻合效应。其中钢龙骨轻质隔墙还可采用弹性钢垫条连接，板材、龙骨、腔厚及填充组分、构造形式等来改变间壁的隔声性能14-16。如Vigran17、Nguyen等18的研究表明，不同刚度的轻钢龙骨在各频率下对隔声量的影响具有明显的区别，并将有效刚度作为刚性声桥间壁隔声量预估的参量。Antonio等19采用一侧为单层面板，另一侧为双层面板的轻质隔墙构造形式来改善墙体的隔声性能，使墙体系统在低频段未出现共振现象。近年来，这些研究为墙体隔声性能的改善提供了有效的方法，但针对不同的墙体构造和不同噪声频段的隔声性能的改善措施和效果的综合研究还较少。因此本 文 对 常 用 的 墙 体 进 行 现 场 测 试，并 结 合COMSOL Multiphysics 5.5计算软件模拟分析了墙体的不同参数和构造对隔声性能的影响，提出了不同噪声频段下常用墙体隔声性能的改善措施，从而对墙体隔声构造技术在各频段噪声环境下的噪声控制工程中的应用进行指导，为高品质建筑隔声墙体的推广应用提供技术支持及保障。1实验方法和墙体构造1.1研究方法本文对常用墙体的空气声隔声性能进行现场测试，现场测试采用的建筑声学测量系统、设备和方法，符合现行国家标准声学 建筑和建筑构件隔声测量 第4部分：房间之间空气声隔声的现场测量：GB/T19889.4规定的要求20。计权隔声量的计算采用1/3倍频程中心频率在1005 000 Hz范围的频段。同时采用振动声分析有限元计算软件COMSOL Multiphysics 5.5对不同墙体的隔声性能进行仿真分析，通过有限元结构模型和间接边界元流体模型之间的耦合，获得常用的墙体构造的五阶结构模态和隔声曲线，用于分析不同频段下墙体的隔声特性。1.2墙体构造仿真分析的墙体分别为混凝土墙体、烧结页岩多孔砖墙体和轻钢龙骨石膏板墙体，墙体构造图如图1所示。模拟计算采用的墙体材料的参数如表1所示。2常用墙体参数对隔声性能的影响2.1常用墙体厚度、面密度与隔声量的关系大量的研究结果表明，墙体的隔声性能受墙体图1 三种不同墙体的构造Fig.1 Structures of three different walls表1墙体模拟计算的参数Table 1Parameters for wall simulation calculations墙体材料混凝土水泥砂浆烧结页岩多孔砖玻璃棉轻钢龙骨密度/(kgm-3)2 2751 9001 0001202 700杨氏模量/Pa3.110105.01079.01098.01066.51010泊松比0.200.150.200.130.30损耗因子0.010.010.010.010.01516第 4 期谢东等：常用墙体隔声性能的影响因素及改进措施厚度及墙体面密度的影响21-,22，为进一步探讨二者与隔声量之间的关系。本文根据建筑隔声与吸声构造：GJBT1041标准23及实验测试结果，建立了轻骨料混凝土砌块类、石膏砌块类及增强水泥轻质条板类墙体的厚度、面密度与隔声量之间的关系，拟合结果如图2和图3所示。由图2可见，墙体的隔声量与墙厚度有较好的线性关系，线性拟合相关系数R分别为0.818 1和0.895 7。总体而言，墙体越厚，隔声量越大。除此之外，隔声量还与墙体常用的材料的特性有关，当墙体采用刚性、高声阻及匀质密实材料时，可提高质量、惰性抗力，减小振动、传声，从而提高隔声性能。从图2也可看出，相同厚度的轻骨料混凝土砌块和增强水泥轻质条板，前者的隔声性能相对较好。由图3可见，轻骨料混凝土砌块类、增强水泥轻质条板类和石膏砌块类的计权隔声量与墙