CC BY
25Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Structural calculations
УДК 625:53.082
И.Е. ЦУКЕРНИКОВ1, д-р техн. наук, Л.А. ТИХОМИРОВ1, инженер, Е.О. СОЛОМАТИН2, инженер, И.П. САЛТЫКОВ3, инженер, Н.А. КОЧКИН4, инженер
1 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Москва, Локомотивный пр., 21) 2 Тамбовский государственный технический университет (392000, Тамбов, ул. Советская, 106) 3 Московский государственный строительный университет (129337, Москва, Ярославское ш., 26) 4 Вологодский государственный университет (160000, Вологда, ул. Ленина, 15)
Решение задач строительной акустики как фактора, обеспечивающего безопасность и комфортность
проживания в зданиях
Приведены результаты более чем десятилетней работы коллектива авторов по комплексному решению проблемы защиты жилых территорий от шума, обеспечению акустической безопасности и комфортности в жилых зданиях. Рассмотрены особенности разработанной методики мониторинга шума и уточненных методов определения шумовых характеристик и прогнозирования распространения звука от основных источников шума в городах, обеспечивающих получение достоверной информации о распределении шума на городской территории. Даны результаты исследований по повышению звукоизолирующих свойств ограждающих конструкций зданий с использованием вибродемпфирования и предложены методики оценки комфортности внутренней среды обитания. Описаны специфика комбинированного метода оценки шума, распространяющегося по крупногабаритным воздушным каналам встроенных систем отопления, вентиляции и кондиционирования, и метод расчета уровней структурного шума от воздействия ветровых потоков на строительные конструкции, расположенные на кровле здания.
Ключевые слова: защита от шума, оценка, мониторинг, распространение шума.
I.E. TSUKERNIKOV1, Doctor of Sciences (Engineering), L.A. TIKHOMIROV1, engineer, E.O. SOLOMATIN2, engineer, I P. SALTYKOV3, engineer, N.A. KOCHKIN4, engineer 1 Scientific and Research Institute of Building Physics of RAACS (21, Lokomotivny Passage, 127238, Moscow, Russian Federation) 2 Tambov State Technical University(106, Sovetskaya Street, 392000 Tambov, Russian Federation) 3 Moscow State University of Civil Engineering(26, Yaroslavskoye Hwy, 129337, Moscow, Russian Federation) 4 Vologda State University(15, Lenina Street, 160000, Vologda, Russian Federation)
Solution of Building Acoustic Problems as a Factor Ensuring Safety and Comfort of Habitation in Buildings
Results of the over ten years work of the collective of authors aimed at the complex solution of the problem of protection of residential territories against the noise, ensuring the acoustic safety and comfort in residential buildings are presented. Peculiarities of the developed methods for noise monitoring and more accurate methods for determining noise characteristics and forecasting the sound distribution from the main noise sources in the cities are considered. These methods ensure obtaining of reliable information about noise distribution on the urban territory. Data on research in improving sound-insulating properties of enveloping structures of buildings with the use of vibration damping are presented; methods for assessment of comfort of internal living environment are offered. The specificity of the combined method for assessment of the noise spreading in large-size air-vents of in-built systems of heating, ventilation, and conditioning and the method for calculating the levels of structural noise caused by wind flows impact on the building structures located on the building roof are described.
Keywords: protection against noise, assessment, monitoring, noise.
В настоящее время в различных регионах Российской Федерации под действием сверхнормативного акустического воздействия находится от 30 до 50% (в крупных городах и более) населения, что значительно влияет на продолжительность жизни горожан. Около 45% населения постоянно испытывают чувство дискомфорта от действия повышенного шума. В результате весьма острой проблемой является защита жителей городов от шума различных источников. Это прежде всего шум автомобильного и железнодорожного транспорта, а также шум строительной техники.
В данной работе отражены результаты совместных исследований коллектива авторов, направленных на комплексное решение задачи защиты жилых территорий от
6'2014 ^^^^^^^^^^^^^
шума, обеспечения акустической безопасности и комфортности в жилых зданиях. Рассмотрены основные задачи градостроительной акустики, включающие:
- получение достоверной информации о существующем распределении шума на городской территории;
- повышение звукоизолирующих свойств наружных и внутренних ограждающих конструкций зданий;
- совершенствование оценки шума, распространяющегося по воздушным каналам встроенных систем отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК);
- создание методики оценки комфортности внутренней среды обитания;
- определение уровней структурного шума, возбуждаемого в объемах верхних этажей здания от воздействия ве-
- И9
Расчет конструкций
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
тровых потоков на строительные конструкции, расположенные на крыше.
Для получения достоверной информации о существующем распределении шума на городской территории разработаны методика мониторинга шума в городах и уточненные методы определения шумовых характеристик и расчета уровней шума на селитебной территории от транспортных потоков и строительных площадок.
Методика мониторинга шума разработана на базе действующих в мировой и отечественной практике принципов измерения, прогнозирования и оценки шума с применением современных цифровых измерительных систем, позволяющих проводить круглосуточный контроль, учитывать спектральный и временной характер шума, создаваемого различными источниками, и определять оценочные параметры за долгосрочные периоды воздействия (неделя, месяц, квартал, год). Введено понятие шумового мониторинга как комплексной системы наблюдения за шумом в окружающей среде, оценки и прогноза изменения шумового состояния окружающей среды в связи с хозяйственной деятельностью человека. Применение наряду с измерениями методов расчета позволяет проводить мониторинг больших городских территорий в обозримые промежутки времени и выполнять прогнозирование шумовой обстановки при планировании мероприятий по снижению шума или нового городского строительства [1].
Выделены два вида мониторинга:
1. Мониторинг общего шума, т. е. комплексного воздействия шума различного происхождения, который выполняется с целью исключения, предупреждения или снижения вредного воздействия шума на человека и окружающую среду. Для этого на базе единых методов контроля шума проводят составление шумовых карт на территории города, на основе которых выявляют зоны акустического дискомфорта и разрабатывают организационные, технические и строительные мероприятия по защите населения от шума.
2. Мониторинг отдельных источников шума, проводимый для аналитической оценки обстановки, выявления тенденций и динамики развития ситуации с целью обоснования мероприятий по защите населения от шума. Данный вид мониторинга выполняют в местах, где действует отдельный вид источника шума или шум источника определенного вида заметно (на 10 дБ и более) превышает шум, создаваемый остальными источниками.
В основу методов определения шумовых характеристик и расчета уровней шума на селитебной территории от транспортных потоков положена модель представления железнодорожного состава и автомобильного потока линейным источником звука конечной длины. Показано, что по сравнению с применяемой ранее аппроксимацией распространения звука от транспорта цилиндрическими звуковыми волнами, соответствующей модели линейного источника бесконечной длины, примененная в настоящей работе модель более адекватно описывает процесс распространения транспортного шума. Она позволяет уточнить шумовые характеристики потоков транспорта и прогноз распределения уровней шума вблизи и особенно при удалении от транспортных магистралей внутрь селитебной территории [2].
Введение в качестве шумовой характеристики строительной площадки средних эквивалентных и максималь-
ных уровней звука по сторонам стройплощадки на расстоянии 15 м от ее границ позволяет рассчитать создаваемые ею уровни шума на селитебных территориях, расположенных на разных сторонах площадки, и сопоставить их с допустимыми уровнями. Из практики измерений распределений шума при удалении от стройплощадки следует, что и в данном случае оправданным является применение модели линейного источника звука конечной длины [3]. Принципиально важным является появляющаяся при таком подходе возможность каталогизации шумовых характеристик строительных площадок различного назначения и выполнения прогнозных расчетов распределений шума и при необходимости разработки требуемых шумозащитных мероприятий на стадии проектирования строительства.
Разработанные подходы внедрены в практику в виде национальных стандартов России: ГОСТ Р 53187-2008 «Акустика. Шумовой мониторинг городских территорий», ГОСТ Р 53695-2009 «Шум. Метод определения шумовых характеристик строительных площадок», ГОСТ Р 54933-2012 «Шум. Методы расчета уровней внешнего шума, излучаемого железнодорожным транспортом». Применение этих методов и реализация основанных на них шумозащитных рекомендаций позволят значительно эффективнее решать вопросы защиты от шума. Например, для проекта реконструкции Ярославского шоссе в районе г. Мытищи это позволяет получить социальный эффект по снижению шума в прилегающих жилых домах, составляющий 22-27 дБА [4].
Для совершенствования звукоизолирующих свойств ограждающих конструкций выполнены исследования по суммарному влиянию воздушного и ударного шума на звукоизоляцию междуэтажных перекрытий. Выявлена и теоретически обоснована взаимосвязь между уровнем приведенного ударного шума под перекрытием и звукоизоляцией от воздушного шума [Герасимов А.И., Салтыков И.П. Создание и оценка комфортности внутренней жилой среды обитания // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2012. № 4. С. 50-52]. Полученные результаты использованы при разработке и реализации методики определения уровня комфортности условий в помещениях жилых зданий, создаваемых за счет строительных методов. В этой методике определены основные факторы внутренней среды, влияющие на уровень комфортности. К таким факторам относятся: индекс воздушного шума Rw, индекс приведенного уровня ударного шума для перекрытий Lnw, коэффициент звукопроводности от транспортного шума тт=10-0,1Вл, где - звукоизоляция оконного заполнения в дБА; коэффициент светопропускания т0 и коэффициент теплопотерь Онк. На основании относительного значения комфортности по каждому из пяти перечисленных факторов был введен интегральный коэффициент комфортности Кк, чье значение равно произведению долей участия в создании комфортных условий каждого из пяти факторов. В идеальных условиях Кк=1.
В результате экспериментальных исследований звукоизоляции слоистых вибродемпфированных элементов установлено, что звукоизоляция конструкции зависит от толщины листов, динамических характеристик материала листов, толщины и коэффициента потерь вибродемпфиру-ющего слоя, от количества слоев листового материала в элементе [5]. Показано, что путем соответствующего подбора указанных параметров можно обеспечить значительное повышение звукоизоляции, в том числе за счет сме-
Научно-технический и производственный журнал
Structural calculations
щения граничной частоты волнового совпадения в область высоких частот и даже за пределы нормируемого диапазона частот. Использование ограждающих конструкций из слоистых вибродемпфированных элементов на строительных объектах обеспечивает требуемое снижение шума и дает заметный экономический эффект. Новизна и оригинальность звукоизолирующих конструкций с вибродемп-фирующими слоями защищена двумя патентами, полученными в 2011 г.: патент РФ 24088823 «Экономайзер оконного блока» и патент РФ 108057 «Двойная звукоизолирующая конструкция с обшивками из слоистых вибродемпфи-рованных панелей».
На основе исследований по оценке шума от систем ОВК с используемыми в жилых зданиях магистральными крупногабаритными каналами (воздуховодами) разработан новый комбинированный метод расчета распространения шума в каналах [6, 7]. При оценке распространения звуковой энергии в обычных (малых и средних) вентиляционных каналах, имеющих небольшие поперечные сечения, применяют приближенные формулы, основанные на принципах волновой акустики. Воздуховод при этом рассматривается как волновод определенного размера. При больших габаритах каналов применение такого подхода ограничивается диапазоном низких частот. В разработанном методе применен энергетический подход, при котором интенсивность звукового поля в канале следует определять как сумму интенсивностей прямого и отраженного звуковых полей, распространение которых рассматривается раздельно. При этом распределение отраженной звуковой энергии в крупногабаритных каналах имеет свои характерные особенности и зависит от формы, сечения канала, соотношения его размеров, звукопоглощения ограждений, а также характера отражения звука от них. Учет указанных факторов позволяет получить достаточно точное представление о распространении звуковой энергии в области средних и высоких частот. Кроме того, сравнение результатов расчетов в каналах, выполненных из различных материалов, с экспериментальными данными выявило необходимость определения реальных соотношений между зеркально и диффузно отраженными частями при смешанной модели отражения. Установлено, что доля зеркально отражаемой энергии для каналов из бетона и кирпичной кладки составляет 70-85%, для каналов из металла - 90-95%. Для практической реализации комбинированного метода расчета разработана компьютерная программа, на которую получено свидетельство о регистрации (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012613166).
С учетом возрастающей роли высотного строительства разработан метод расчета уровней структурного шума от воздействия ветровых потоков на строительные конструкции, расположенные на крыше здания. Метод основан на энергетическом подходе и использует аналитическое решение начально-граничной задачи. Он позволяет получить упрощенную оценку уровней шума для сопоставления с нормативами в звуковом и инфразвуковом диапазонах частот. С его помощью удается определить предельные значения ветровой нагрузки, при которых не будет превышения нормативов и при необходимости разработать меры по повышению виброизоляции узлов крепления строительных конструкций к кровле здания или соединений кровли с помещениями верхних этажей здания. Метод применен при
6'2014 ^^^^^^^^^^^^^
разработке проекта здания Меркурий-Тауэр делового комплекса Москва-Сити [8].
Полученные в работе результаты имеют важное значение для развития отечественной проектно-строительной отрасли. При их внедрении появляется возможность проектировать более качественные, комфортные и в то же время выигрывающие по экономическим параметрам объекты массовой жилой застройки.
Список литературы
1. Цукерников И.Е., Шубин И.Л. Шумовой мониторинг городских территорий // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 94-100.
2. Цукерников И.Е., Шубин И.Л. Расчет уровней прямого шума протяженных источников. Материалы международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность и энергосбережение в строительстве». Москва-Кавала, 2013. С. 176-187.
3. Цукерников И.Е., Шубин И.Л., Иванов Н.И., Минина Н.Н. Шумовые характеристики строительных площадок и метод их определения // Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 140-144.
4. Шубин И.Л., Цукерников И.Е., Тихомиров Л.А., Невенчанная Т.О. Возрастание шума в жилой застройке в связи с реконструкцией автодороги // Жилищное строительство. 2014. № 6. С. 27-30.
5. Кочкин, А.А., Кочкин, Н.А. Проектирование звукоизоляции легких ограждающих конструкций зданий из элементов с вибродемпфирующими слоями. Материалы международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность и энергосбережение в строительстве». Москва-Кавала. 2013. С. 11-117.
6. Гусев В.П., Леденев В.И., Солодова М.А., Соломатин Е.О. Комбинированный метод расчета уровней шума в крупногабаритных газовоздушных каналах // Вестник Московского государственного строительного университета. 2011. № 3. Т. 1. С. 33-38.
7. Гусев В.П., Жоголева О.А., Леденев В.И., Соломатин Е.О. Метод оценки распространения шума по воздушным каналам систем отопления, вентиляции и кондиционирования // Жилищное строительство. 2012. № 6. С. 52-54.
8. Цукерников И.Е., Шубин И.Л., Щурова Н.Е., Невенчанная Т.О. Оценка уровней структурного шума, создаваемого в помещениях верхнего этажа высотного здания колебаниями установленного на кровле шпиля // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 231-236.
References
1. Tsukernikov I.E., Choubin I.L. Noise monitoring of urban areas. Academia. Arhitektura i stroitefstvo. 2009. No. 5, pp. 94-100. (In Russian).
2. Tsukernikov I.E., Choubin I.L. Calculation of levels of direct noise of extended sources. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Jekologicheskaja bezopasnost ijenergosberezhenie vstroitel'stve». [Materials of the international scientific and practical conference «Ecological Safety and Energy Saving in Construction»]. Moscow-Kavala, 2013, pp. 176-187. (In Russian).
- l51
Расчет конструкций
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
©БЕЛГОРОДСКАЯ
ТОРГОВО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПАЛАТА
Ь БЕЛЭКСПОЦЕНТР
6-8 2014 К" 'М августа
X БЕЛГОРОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФОРУМ
XI межрегиональная специализированная выставка
СОВРЕМЕННЫЙ ГОРОД
Т/ф.: (4722) 58-29-40, 58-29-48, 58-29^1 E-mail: bel ex ро@ ma il. г и; www.belexpocentr.ru г. Белгород, ул. Победы, 147-а
3. Tsukernikov I.E., Choubin I.L., Ivanov N.I., Minina N.N. Noise characteristics of building sites and method of their definition. Academia. Arhitektura i stroitefstvo. 2010. No. 3, pp. 140-144. (In Russian).
4. Choubin I.L., Tsukernikov I.E., Tikhomirov L.A., Nevenchan-naya T.O. Noise increase in a housing estate in connection with highway reconstruction. Zhilishchnoe stroitefstvo [Housing construction]. 2014. No. 6, pp. 27-30. (In Russian).
5. Kochkin A.A., Kochkin, N.A. Design of sound insulation of easy protecting designs of buildings from elements with vibrodamping layers. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Jekologicheskaja bezopasnost i jenergosberezhenie v stroitel'stve». [Materials of the international scientific and practical conference «Ecological Safety and Energy Saving in Construction»]. Moscow-Kavala. 2013, pp. 111-117. (In Russian).
6. Gusev V.P., Ledenev V.I., Solodova M.A., Solomatin E.O. The combined method of calculation of noise levels in large-size air-gas channels. Vestnik MGSU. 2011. V. 1. No. 3, pp. 33-38. (In Russian).
7. Gusev V.P., Zhogoleva O.A., Ledenev V.I., Solomatin E.O. Metod of an assessment of distribution of noise on air channels of systems of heating, ventilation and conditioning. Zhilishchnoe stroitefstvo. [Housing construction]. 2012. No. 6, pp. 52-54. (In Russian).
8. Tsukernikov I.E., Choubin I.L., Shchurova N.E., Nevenchan-naya T.O. Estimate of levels of the structural noise created in rooms of the top floor of the high-rise building by fluctuations of a spike established on a roof. Academia. Arhitektura i stroitefstvo. 2009. No. 5, pp. 231-236. (In Russian).
Левин Е.В., Окунев А.Ю., Умнякова Н.П., Шубин И.Л.
Основы современной строительной термографии
М.: НИИСФ РААСН, 2012. 176 с.
Книга содержит результаты теоретических и практических исследований по применению тепловизоров для термографического обследования объектов с акцентом на повышение точности тепловизионных методов. Рассмотрены общие физические закономерности теплового излучения тел и их основные оптические характеристики. Детально изложены такие важные вопросы при термографировании, как испускание и отражение излучения различными поверхностями, а также влияние земной атмосферы на прохождение излучения. Рассмотрены базовые принципы измерения температуры тепловизионным методом, которые включают новые приближенные способы решения уравнения энергетического баланса для приемника излучения. Второй раздел книги полностью посвящен анализу причин неточности термограмм и способам их устранения в приложении к термографированию в строительстве.
Книга предназначена для научных, инженерно-технических работников, преподавателей, аспирантов и студентов, а также для специалистов в области строительной термографии.
Книга издается при участии Фонда поддержки и развития энергоэффективных технологий Артура Розенфельда.
Гусев В.П., Леденев В.И., Лешко М.Ю.
Расчет и проектирование шумоглушения систем вентиляции, кондиционирования воздуха и воздушного отопления.
Справочное пособие к актуализированной редакции СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» (СП 51.13330.2011)
М.: НИИСФ РААСН, 2013. 80 с.
В книге приведены методические рекомендации по выполнению акустических расчетов оборудования систем ОВК и отсутствующие в указанном документе расчетные формулы. В справочном пособии представлена энергосберегающая технология защиты от шума систем вентиляции, кондиционирования воздуха и воздушного отопления (систем ОВК). Эта технология устанавливает последовательность действий включающую: выявление источников шума (элементов систем) и определение их шумовых характеристик, расчет уровней шума систем в местах обитания человека, определение требуемого снижения шума в расчетных точках, выбор состава и объема средств и методов снижения шума, выполнение поверочного расчета.
Предназначено дляпрактической деятельности проектных, научно-исследовательских организаций и санитарно-экологических органов при оценке и прогнозировании шумового режима в помещениях жилых, общественных и административных зданий и при выборе оптимальных комплексов строительно-акустических мероприятий.
Рекомендовано техническим комитетом ТК 465 «Строительство» РГ.2.3 «Внутренний климат и защита от вредных воздействий». Печатается по решению Ученого совета РААСН.
Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук
(НИИСФ РААСН)
Тел,: +7(495)482^0-76 Факс: +7(495)482-40-60 E-mail: niisf@niisf.rij Сайт: www.niisf.ru
Ад рес : 12 723 8, Москва, Л око моти вн ы й проезд, д. 21, Светотехнич ее кий корпус, НИИСФРААСH
