CC BY
20Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
УДК 699.844
П.А. ГРЕБНЕВ, магистр техники и технологии, Д.В. МОНИЧ, канд. техн. наук, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
Исследование звукоизолирующих свойств многослойных ограждений с жестким заполнителем
Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований звукоизоляции многослойных ограждающих конструкций с жестким заполнителем. Предложен новый тип ограждающей конструкции со средним слоем из массивного материала. Показано, что разработанный новый тип многослойных ограждающих конструкций обладает значительными резервами повышения звукоизоляции.
Ключевые слова: звукоизоляция, сэндвич-панель, многослойные панели, изгибные волны.
Одной из основных задач современного строительства является создание ограждающих конструкций с высокими звукоизоляционными свойствами, которые обеспечивают требуемую защиту от шума в помещениях гражданских и промышленных зданий. При этом одним из важнейших критериев является снижение массы и толщины ограждений. Данную задачу позволяет решить применение многослойных конструкций (рис. 1), имеющих внешние облицовки и слой жесткого заполнителя между ними (заполнитель и облицовки жестко соединены между собой, например склеены). Применение жесткого заполнителя позволяет обеспечить выполнение требований по прочности и устойчивости конструкций без устройства внутреннего каркаса. Ранее на кафедре архитектуры ННГАСУ была исследована звукоизоляция трехслойных ограждений [1].
Кроме широко известных в строительной практике типов сэнвич-панелей с относительно массивными облицовками (металлические листы, древесно-стружечные плиты и т. п.) и легким средним слоем (пенополиуретан, пенополи-стирол и т. п.) в данной работе предложен новый тип ограждений с массивным средним слоем из материалов, широко применяемых в строительстве (гипс, цементно-песчаный раствор и т. п.). Данные ограждения обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными сэндвич-панелями по таким важным параметрам, как пожарная безопасность, прочность и устойчивость, технологичность изготовления и монтажа, в том числе непосредственно на строительной площадке.
Для предложенного нового типа многослойных ограждающих конструкций необходимо определить оптимальные физико-механические параметры с учетом современных нормативных требований по звукоизоляции для объектов гражданского и промышленного строительства.
Рассмотрим трехслойное ограждение (панель), на которое действует диффузное звуковое поле. Для этого уравнение свободных колебаний трехслойной панели запишем в виде [1, 2]:
си6с52+ВД - С2ЛС\ - с;с34=0, (1)
где
C,=Vör
(F TLh3
N ; C2=Vm;
(F+T)
ц
Сз=717
скорости изгибных волн в однослойных пластинах с ци-
ТЩ
/- -
линдрическими жесткостями
F —
венно ля
cs=.l— -
N
-А F+T, N соответст-
скорость сдвиговых волн заполните-
нагруженного массами внешних облицовочных слоев; Си - скорость изгибных волн в трехслойной панели; F, T, L, N, S - жесткостные параметры панели; |j - поверхностная плотность панели; СО = 2llf- круговая частота колебаний.
На рис. 2, 3 представлены дисперсионные кривые для сэндвич-панелей с различными типами среднего слоя - легким и массивным соответственно. На рисунках использованы следующие обозначения: ш,, ш2 - граничные частоты, соответствующие диапазонам изменения характера кривой CS; frmn - граничная частота области полных пространственных резонансов трехслойной панели [1].
Анализируя дисперсионные кривые для сэндвич-панели с легким заполнителем из пенополистирола (рис. 2), можно заключить, что в диапазоне низких и средних частот (f = 80800 Гц) Cu*CS, на высоких частотах (выше частоты ш2) колебания пластины в основном определяются изгибными колебаниями облицовок, нагруженных массой среднего слоя.
Для ограждения с массивным заполнителем на основе гипса (рис. 3) в диапазоне низких и средних частот (f = 50-800 Гц), вплоть до частоты ш,, дисперсионная кривая асимптотически приближается к кривой С3, а на частотах выше ш, - к кривой CS.
Для проверки результатов теоретических исследований в малых реверберационных камерах лаборатории акустики ННГАСУ проведены экспериментальные исследования звукоизоляции трехслойных ограждающих конструкций с облицовками из стальных листов толщиной по ,,3 мм и заполнителем из пенопо-листирола и гипса толщиной 30 мм и 22 мм соответственно. Полученные частотные характеристики звукоизоляции приведены на рис. 4 и 5.
Анализируя частотные характеристики (рис. 2-5), можно заключить, что для трехслойных панелей с заполнителем из пенопо-листирола и гипса частота полно-
Облицовки
Средний слой1
Рис. 1. Схема многослойного ограждения (сэндвич-панели)
50
6'2012
Научно-технический и производственный журнал
Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
Гц
осоооюоооюооооооооооооооооо
ЮСОСООС^СООЮ-г-ООСОООЮОООЮООООООО
Рис. 2. Дисперсионные кривые сэндвич-панели с облицовками из стальных листов толщиной по 1,3 мм и заполнителем из пенополи-стирола толщиной 30мм
60 55 50 45 40 35 30 25 20 15
R, дБ
Область неполных пространственных резонансов
f, Гц
0 0 0 5 0 0 0 6 0 5 1 0 0 3
т— OJ OJ со ^ ю ©
OJ OJ СО-^ЮСОСО OtN со
С, м/с 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
f, Гц
осоооюоооюооооооооооооооооо
ЮСОСООС^СООЮ-г-ООСОООЮОООЮООООООО
т—т—т— С^С^ П^ЮСОСОСОЛЮОЮт- оо соооюо
сосоос^со
Рис. 3. Дисперсионные кривые сэндвич-панели с облицовками из стальных листов толщиной по 1,3 мм и заполнителем из гипса толщиной 22 мм
60 55 50 45 40 35 30 25 20 15
R, дБ
Для трехслойной панели
_ Область неполных пространственных - резонансов
^п=737 Гц
Область полных пространственных fmn=1755 Гц 1 резонансов я однослойной панели | | | |
f, Гц
6
00
о о о о
ю о о о
oj со о ю
-Г— -Г— OJ OJ
000
- Экспериментально полученная частотная характеристика
звукоизоляции трехслойной панели
----Предельная звукоизоляция для однослойного ограждения
равной поверхностной плотности [3]
......... Закон массы для однослойного ограждения равной
поверхностной плотности
Рис. 4. Частотные характеристики звукоизоляции трехслойной панели размерами 1130 У.580 мм с облицовками из стальных листов толщиной по 1,3 мм и средним слоем из пенополистирола толщиной 30 мм
го пространственного резонанса, полученная в результате расчета, совпадает с экспериментальными данными.
Из сравнения частотных характеристик (рис. 4, 5) можно заключить, что звукоизоляция классических сэндвич-панелей с легким средним слоем сильно снижается в области резонансной частоты системы масса-упругость-масса (/р), которая для таких конструкций находится в области средних частот (/р=1250 Гц). Для нового типа конструкций с массивным средним слоем из гипса резонансная частота !р находится в области низких частот (/р = 125 Гц) и не оказывает значительного негативного эффекта на звукоизоляцию в диапазоне средних частот.
Также можно видеть, что звукоизоляция трехслойной панели со средним слоем из гипса выше звукоизоляции однослойной гипсовой плиты на 5-10 дБ в широком диапазоне частот (500-8000 Гц). Данный эффект вызван не только увеличением поверхностной плотности трехслойного ограждения по сравнению с однослойным, но и повышением эффективности его работы как комплексной звукоизолирующей конструкции.
Таким образом, разработанный новый тип многослойных ограждающих конструкций обладает значительными резервами повышения звукоизоляции. Данные резервы могут использоваться для проектирования эффективных ограждающих конструкций с различным набором облицо-
о о о о о о со о со -t ю со со
—С— Экспериментально полученная частотная характеристика звукоизоляции однослойной панели из гипса
- Экспериментально полученная частотная характеристика
трехслойной панели с облицовкой из стальных листов и среднем слоем из гипса
----Предельная звукоизоляция для однослойного ограждения
равной (по отношению к трехслойной панели) поверхностной плотности
......... Закон массы для однослойного ограждения равной
(по отношению к трехслойной панели) поверхностной площади
Рис. 5. Сравнение частотных характеристик звукоизоляции трехслойной панели с облицовками из стальных листов толщиной по 1,3 мм и средним слоем из гипса толщиной 22 мм и однослойной плиты из гипса толщиной 22мм (размер образцов 1130 У. 580мм)
вок (гипсоволокнистые, гипсокартонные листы и др.) и массивным средним слоем. Подбор элементов панелей должен производиться на основании расчета оптимальных физико-механических параметров с учетом спектра изолируемого шума. Подходы к решению данной задачи для однослойных ограждений рассмотрены в работе [4].
Список литературы
1. Седов М.С., Юлин В.И., Кочкин А.А. Расчет звукоизоляции облегченных ограждающих конструкций. Горький: ГИСИ им. В.П. Чкалова, 1985. 55 с.
2. Кочкин А.А. О проектировании звукоизоляции легких ограждений с промежуточным вибродемпфирующим слоем // ACADEMIA. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 191-193.
3. Балишанская Л.Г., Дроздова Л.Ф., Иванов Н.И., Седов М.С. Техническая акустика транспортных машин: Справочник. СПб: Политехника, 1992. С. 68-105.
4. Бобылев В.Н., Тишков В.А., Монич Д.В. Повышение звукоизоляции ограждающих конструкций зданий при диффузном и направленном падении звука // Приволжский научный журнал. 2007. № 1(1). С. 23-28.
6'2012
51
