Научная статья на тему 'Практическое решение проблемы передачи звука и вибрации вдоль перекрытий бетонной конструкции'

Практическое решение проблемы передачи звука и вибрации вдоль перекрытий бетонной конструкции Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
622
129
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СТРОИТЕЛЬНАЯ АКУСТИКА / БЕТОННАЯ КОНСТРУКЦИЯ / КОЭФФИЦИЕНТ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ / ВИБРАЦИЯ / БИТУМ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Прокофьева Елена Юрьевна, Маккензи Родерик Кеннет, Николс Остин Ли, Смит Шон Роберт

Типичные конструкции, используемые в строительстве перекрытий между квартирами-«ячейками», демонстрируют сколь угодно высокий коэффициент звукопоглощения прямых воздушных и ударных нагрузок, однако в полевых условиях количество звука и вибраций, проходящих из одной ячейки в другую, будет существенно зависеть от вторичных звуковых волн, передающихся непрямым путем. Чтобы сократить количество непрямых путей передачи звука и вибраций между ячейками, авторами предложено использовать тонкие изоляторы, располагающиеся по периметру стен конструкции. Эти изоляторы, сделанные на основе битума, улучшают не только звукоизоляционные качества полой блочной конструкции, но и влияют на теплопередачу между соседними ячейками.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PRACTICAL SOLUTION OF THE PROBLEM OF SOUND AND VIBRATION TRANSMISSION ALONG THE CONCRETE PARTITIONS

Typical constructions used for building partitions between flats − «cells» demonstrate as high as feasible absorption coefficient for both airborne and impact tests in the laboratory conditions. However, in field testing, the amount of noise and vibrations passing through one cell to another within the building structure will significantly depend on the intensity of a nondirect sound and vibration propagation coming through twelve flanking paths. To reduce the number of flanking paths between the cells it was suggested to use thin perimeter isolators placed along the walls of each separating partition. These isolators, consisted of bitumen, help to improve not only the sound insulation performance of cavity concrete constructions, but also affect on the thermal isolation between adjacent cells.

Текст научной работы на тему «Практическое решение проблемы передачи звука и вибрации вдоль перекрытий бетонной конструкции»

Общая и прикладная механика Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (2), с. 290-292

УДК 699.844:628.517

ПРАКТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЗВУКА И ВИБРАЦИИ ВДОЛЬ ПЕРЕКРЫТИЙ БЕТОННОЙ КОНСТРУКЦИИ

© 2011 г. Е.Ю. Прокофьева1, РК. Маккензи1, О.Л. Николс2, Ш.Р. Смит1

Университет им. Дж. Нэпера, Эдинбург (Великобритания)

2Icopal Ltd, Манчестер (Великобритания)

e.prokofieva@btopenworld.com

Поступила в редакцию 16.05.2011

Типичные конструкции, используемые в строительстве перекрытий между квартирами-«ячейками», демонстрируют сколь угодно высокий коэффициент звукопоглощения прямых воздушных и ударных нагрузок, однако в полевых условиях количество звука и вибраций, проходящих из одной ячейки в другую, будет существенно зависеть от вторичных звуковых волн, передающихся непрямым путем. Чтобы сократить количество непрямых путей передачи звука и вибраций между ячейками, авторами предложено использовать тонкие изоляторы, располагающиеся по периметру стен конструкции. Эти изоляторы, сделанные на основе битума, улучшают не только звукоизоляционные качества полой блочной конструкции, но и влияют на теплопередачу между соседними ячейками.

Ключевые слова: строительная акустика, бетонная конструкция, коэффициент звукопоглощения, вибрация, битум.

Строительную бетонно-блочную конструкцию можно рассматривать упрощенно как замкнутую систему, состоящую из трехмерных «ячеек», которые ограничены несущими стенами здания и межквартирными перекрытиями. Такие ячейки располагаются одна над другой и имеют, как минимум, одну общую поверхность с другими ячейками.

Нагрузки на произвольно выбранную ячейку такой конструкции, могут быть разделены на постоянные (давление окружающих ячеек, распределенное по площади соприкосновения, собственный вес конструкции) и переменные (вибрации стенок конструкции от ударного или воздушного шума, возникшего внутри ячейки).

Лабораторные тесты показывают, что некоторые многослойные конструкции, используемые в строительстве перекрытий между квартирами, демонстрируют сколь угодно высокий коэффициент звукопоглощения прямых воздушных и ударных Ьп№ нагрузок. Однако во время возведения этих конструкций количество звука, проходящего из одной ячейки в другую, выраженное коэффициентом ЬпТМ, , будет существенно зависеть от качества дизайна и строительства этих конструкций, а особенно от узлов соединения конструкций друг с другом. Таблица 1 демонстрирует разницу между измерениями в лабораторных и полевых условиях самых популярных строительных конструкций.

Таблица 1

Типичные строительные конструкции

Коэффициент звукопоглощения, дБ

Тип конструкции

Результаты теста в лаборатории: Я№ (для всех конструкций)

DnTw (для всех конструкций)

Ьп„ (только для пола)

56

57

56

58

61

63

56

Результаты теста в лаборатории: ОпТ„ (для всех конструкций)

ИпТ„ (только для пола)

59

54

51

51

Как видно из таблицы, иногда разница между лабораторными и полевыми замерами может составить 10-12 дБ.

Распространение вибраций, возбужденных на одной поверхности ячейки, передаются в соседнюю с ней ячейку по 13 различным путям: 1 прямому и по 3 на каждое соединение стенки и пола (рис. 1). Вибрации, передающиеся через соединения со стенками соседних ячеек, считаются вторичными по отношению к «прямому» пути передачи вибрации непосредственно через возбуждаемую поверхность. В случае если при строительстве возникают проблемы, а соединения между ячейками выполнены с техническими погрешностями, непрямые пути прохождения вибраций из ячейки в ячейку могут доминировать над прямыми, что отражается на коэффициенте звукопоглощения всей конструкции.

Ячейка 1| Прямой путь

Вторичные пути

Ячейка 2|

Рис. 1. Некоторые пути передачи вибрации между ячейками

В настоящее время основным способом уменьшения влияния непрямых вибраций является введение добавочной изоляции внутри ячейки. Это могут быть независимые внутренние стены, подвесные потолки, наливные полы с изоляционной подложкой и т.д. Введение изоляции на этапе строительства увеличивает стоимость проекта, время строительства, а в случае неправильной установки эффект может оказаться минимальным и даже отрицательным. На рис. 2 показаны результаты замеров двух идентичных конструкций пола (бетонная плита, наливной пол, подвесной потолок) с правильно и неправильно установленной изоляционной подложкой. В случае правильно установленной подложки коэффициент поглощения ударного звука составляет 52 дБ, а в случае неправильной установки достигает 66 дБ.

В университете им. Дж. Нэпера с 2006 по 2008 год был проведен ряд исследований [1], по результатам которых была предложена новая методика, позволяющая уменьшить влияние непрямых путей прохождения звука и вибраций на общую звукоизоляцию ячеистой конструкции. По периметру каждой ячейки (вдоль соединений стен и пола) размещаются трехмиллиметровые так называемые «периметрические изоляторы», закрепленные скобками для сохранения структурной устойчивости конструкции. Размещенные таким образом изоляторы перерезают пути передачи звука и вибраций через узловые соединения, уменьшая количество непрямых путей с двенадцати до четырех. Было изучено два типа периметрических изоляторов: для размещения в основании стены и для размещения наверху стены, непосредственно под плитой, разделяющей ячейки. Эксперименты также показали, что в случае, если используются оба типа изоляторов на одном и том же участке стены, система становится структурно менее устойчивой и в ней начинают возникать резонансы на средних частотах. Для изоляторов был выбран материал на битумной основе, произ-

70

8

£

т

60

50

40

30

50 100 200 400 800 2000 4000 / Гц

Рис. 2. Коэффициент ударной изоляции пола с установленной подложкой

водимый компанией «Икопал» (1сора1). Многократные эксперименты в лабораторных и полевых условиях продемонстрировали общее улучшение звукоизоляции между ячейками в случаях передачи звука ударным и воздушным путем, особенно на средних частотах (0,5-5 кГц).

Университет прикладных наук г. Штутгарта (Германия) опубликовал в 2009 году независимое исследование [2], продемонстрировав в ряде экспериментальных замеров, что наилучший эффект виброизоляции стены от пола дают материалы, сделанные на основе битума. Обзор результатов экспериментов с подложками из разных материалов представлен в табл. 2.

Таблица 2

Подложка из разных материалов (лабораторные замеры)

Отсутствие материала Пробковое дерево Полиэтилен Битум

Коэффициент звукопоглощения , дБ 38 38 40 42

Кроме звуко- и виброизоляции, одной из главных задач современного строительства является улучшение терморегуляции между ячейками строительных конструкций. В случае когда стены ячеек построены полыми внутри (два слоя бетонных блоков с воздушной прослойкой между ними), тепло, сгенерированное в одной из ячеек, проходя через стену, остается внутри полости (так называемый каминный эффект) и поднимается на уровень крыши, где излучается в атмосферу. В обычной ситуации потери теплоэнергии являются невозвратными. Если при строительстве такой полой стены ее закрыть сверху периметрическим изолятором, теплоэнергия остается внутри полости, снижая расход тепла на этом уровне. Таким образом,

новые изоляторы не только улучшают изоляцию между ячейками, но и делают вклад в циркуляцию теплоэнергии внутри ячеистой конструкции.

Работа выполнена при поддержке Шотландского инвестиционного агентства Scottish Enterprise.

Список литературы

1. Mackenzie R.K., Smith R.S., Nichols L., Prokofieva E. Improving sound insulation between dwellings using perimeter isolation technology to reduce flanking transmission // Euronoise. Edinburgh. 2009. SIB12.

2. Ruff A., Fischer H.-M. Direct sound insulation of lightweight solid walls // Euronoise. Edinburgh. 2009. SIB6.

PRACTICAL SOLUTION OF THE PROBLEM OF SOUND AND VIBRATION TRANSMISSION ALONG THE CONCRETE PARTITIONS

E. Yu Prokofieva, R.K. MacKenzie, O.L. Nichols, Sh.R. Smith

Typical constructions used for building partitions between flats - «cells» demonstrate as high as feasible absorption coefficient for both airborne and impact tests in the laboratory conditions. However, in field testing, the amount of noise and vibrations passing through one cell to another within the building structure will significantly depend on the intensity of a non-direct sound and vibration propagation coming through twelve flanking paths. To reduce the number of flanking paths between the cells it was suggested to use thin perimeter isolators placed along the walls of each separating partition. These isolators, consisted of bitumen, help to improve not only the sound insulation performance of cavity concrete constructions, but also affect on the thermal isolation between adjacent cells.

Keywords: building acoustics, concrete construction, absorption coefficient, vibration, bitumen.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.