木结构建筑隔声技术研究进展∗

刘芯彤 席 飞 杨晓林 孙友富

近几年，木结构建筑发展迅猛，并因为其独特的建筑风格，以及绿色环保、保温节能、防火防潮、抗风抗震、施工周期短等特点受到越来越多的关注。然而，由于木材较钢筋混凝土等其他建筑材料质量轻，因此，受“质量定律”的控制，很难实现较好的隔声性能[1]。隔声主要包括空气隔声和撞击隔声，空气隔声是指阻隔空间声场的声能，如听到的说话声；撞击隔声是指减弱撞击的能量辐射到建筑空间中的声能，如楼上的脚步声、擦地声等[2]。在GB 50118—2010《民用建筑隔声设计规范》中对住宅中的声环境制定严格的噪声标准[3]。要求住宅的卧室容许噪声级(A声级)昼间应小于或等于45 dB,夜间应小于或等于37 dB,分户墙与楼板的空气声的计权隔声量应大于或等于50 dB,高要求的住宅楼板的计权标准化撞击声压级宜小于或等于75 dB[4]。所以，若想大力发展木结构产业，改善木结构建筑的声环境尤为关键。

1 木结构墙体的隔声

墙体是木结构建筑体系的三大结构之一。墙体分为内墙和外墙，其功能和构造都不尽相同。轻型木结构的墙体主要包括墙骨柱、覆面板和填充材料等，影响其隔声的要素是覆面板密度、墙骨的规格和间距、填充材料的容重和厚度[5]。有实验证明在结构允许的情况下，考虑到经济性和隔声性能，木墙骨间距应尽可能选用600 mm[6]。在设计墙体的内部构造时，可使各构件之间相互隔离。例如，将墙骨柱交错安装在两面墙上，每一根墙骨柱只与一面墙相连，从而降低构件之间的传声[7]。木结构墙体隔声除了受“质量定律”的控制外，还在一定程度上受吻合效应的影响[8]。木结构双层墙体之间的空腔厚度是影响吻合效应的因素之一。有实验表明，随着空腔厚度的增加，吻合效应逐渐减弱，隔声量逐渐增加，但超过某一值后，这种效果就越来越差[9]。实验发现双层墙之间的空腔厚度为100 mm左右时，对减轻吻合效应来说是最有效的，而且密度和厚度越大的构件受吻合效应的影响越小[10]。然而，只靠提高构件的密度和厚度来提高隔声量效果是不明显的，而且还占用建筑空间，增加了成本。对于双层墙体的木结构来说，选用不同材料和不同厚度的墙体两侧的板材同样有利于隔音量的提升[11]。墙体内填充的保温材料可有效地减少高低频声源的通过[12]。有实验表明，不加保温棉的木结构墙体计权隔声量基本在40 dB以下，而加了保温棉的计权隔声量在40 dB以上。此外，周统建等人发现空心刨花板复合墙体的隔声能力优于填充岩棉等材料的墙体结构，符合住宅隔声标准要求[13]，所以可以根据需要考虑用其代替填充保温材料的墙体结构。另外，墙体上的缝隙也有利于噪声的传递，所以在施工时应尽量避免缝隙的产生，例如，将插座和管道的周围密封严实等。在安装木结构外墙饰面板时，将木结构构件和饰面材料之间留设弹性缝隙则有助于缓冲墙面板的振动以达到降低噪音的目的。

近几年一些新型的隔声技术亦可用于木结构墙体的隔音设计。黄险峰[14]运用逆预测的方法来确定实体墙的最小隔音量和最大尺寸的开口或缝隙。可以用此措施，在满足隔音要求的情况下，获得安装管道和墙上插座的许用面积。T·E· Vigran[15]完善了基于矩阵转移技术预测双层墙隔声量有限的结构连接，并且考虑了墙上钉子的灵活性。这种技术主要测量的是有石膏板的轻质双层墙的隔声指数，以便于更好隔声的设计。除了以上提到的提高墙体隔声量的方法以外，使用新型的建筑材料也可以在一定程度上解决木结构墙体的隔声问题。周梦平[16]分析了新型声子晶体隔声材料的隔声性能，发现这种隔声材料的隔声量要比同面密度的其余匀质材料高6.62 dB，在100～500 Hz内平均隔声量相差高达8.272 dB，这说明在低频部分，隔声量的提高完全能够打破质量定律。

在木结构墙体的隔声性能方面已经有了相当可观的研究进展。墙体的隔声性能不能简单的依赖于单一的因素，而是要考虑“质量定律”、墙骨柱规格、阻尼性、填充材料等多方面因素的影响。另外，墙骨柱交错安装以减弱构件之间传声的方法以及新型隔音材料的使用，理论上是可行的，但还要通过缜密的实验验证其力学性能等是否符合要求，才可考虑是否可以进行实际应用。

2 木结构楼盖的隔声

木结构住宅的楼板由于其刚度和密度都低于钢筋混凝土住宅的楼板，同样因为“质量定律”，楼板的隔音比较困难，一般要比混凝土楼板低 10 dB左右[17]。加之楼板中会埋有大量管线，空洞增多，质量减小，楼板隔声问题尤为突出。楼板的隔声一般包括空气隔声和撞击隔声两大类。由于楼板自身的结构，空气隔声的防治往往局限于噪声源附近，而楼板撞击噪声的控制相对来说比较困难[18-19]。改善木楼板隔声性能可采取如下措施：

1）铺设弹性面层。在楼板上铺设一层弹性面层，如地毯、软木砖、橡胶等，能有效改善楼板中、高频的撞击隔声，若材料弹性好、厚度大，对低频也有所改善。如用两层不同材料作为弹性面层，隔音效果会更好[20]。

2）加设吊顶。在楼板下加设吊顶也可改善楼板的隔音性能。施工时要注意吊顶与周围墙壁之间不能有缝隙；在确保安全的前提下尽可能减少吊点数量；且吊顶不宜用刚性连接[21]；可以在吊顶中铺设吸音材料，如玻璃棉，岩棉等，吸收部分噪声。另外，将吊顶用弹性连接直接固定于承重墙上，或者在此基础上进一步在下层增设独立侧墙，对不同音域下的平均隔音改善量可达到10 dB左右[22]。然而，采用吊顶结构也存在一定的局限性：减少了建筑空间；成本高，施工复杂；隔音效果一般。

3）构造浮筑楼板。浮筑楼板的构造是在楼板与硬质地面之间铺一层弹性垫层，可削弱楼板的撞击噪声。施工时应注意面层与基层之间或面层与其四周墙面之间不能有刚性连接，尤其应注意湿作业对弹性垫层材料弹性产生的影响。此外，戚建强发现，地暖系统由于特殊构造，与浮筑楼板的施工工艺十分相似，因而不难推断，地暖装置不仅可以采暖，还可在一定程度上提高楼板的隔音量[23]。

4）提高楼板阻尼性。将阻尼材料夹于地板与楼板之间，可提高地板的隔声量。大岛[24]等人曾做过类似的实验，并取得了成功。李贤钟对常用的地板胶黏剂的阻尼性对楼板隔音性能的影响进行了研究[25]，发现使用环氧树脂类胶黏剂降低了楼板的隔音能力，而使用阻尼性能高于木材的聚氨酯类胶黏剂可使楼板的隔音性能有所提高。

除了上述提到的措施之外，一些先进的测量技术也有利于楼板隔音的设计。Shi Wanqing[26]通过实验发现，一个沙球从一定的高度落下与真实的脚步声非常一致，比起IOS标准中用攻丝机作为的噪音源，此方法是一个测量低频声源隔声的更好办法。Andrea Prato[27]研究了低频阶段（50～100 Hz）实验室测量建筑声学的模态方法，发现该方法适用于撞击隔音的测量，并使低至50 Hz的声学测量成为可能。

提高木楼板的隔声性能一直以来就是发展木结构建筑的难题之一，虽然在这方面已经有很多研究成果，但是还未找到真正有效且实用的解决方案。许多影响木结构楼板隔音性能的因素还未探索，比如木格栅的材料、规格、间距，格栅与格栅之间有无剪力撑或横撑，有无填充材料，填充材料的类型等。总的来说，研究的隔声构造在使楼板的隔声等级达到规范要求的前提下，还要尽可能具备实用性、材料易购、施工简便、造价低廉等特点，适合大面积推广使用。

3 门窗的隔声

在一栋建筑的声环境中，门窗是隔绝噪音最薄软的环节,室内90%的噪声都是由门窗进入[28]。门窗隔声性能的好坏主要取决于门窗的密封性和本身材料的隔音性能。密封性包括玻璃与边框的密封，关闭门窗后边框与框架的密封，以及安装后窗户与墙体的密封。施工时选用高质量的五金件，或在门窗与墙体的缝隙间加橡胶压条可增强门窗的密封性，改善隔声效果[29]。

对于窗户来说，玻璃的厚度和层数也是影响隔声性能的关键因素。一般来说，玻璃厚度越厚，中间空隙越大，隔音效果就越好。有实验表明单片玻璃厚度加倍，隔声量约增加6.1 dB[30]。但仅靠增加玻璃的层数和厚度对窗户隔声效果的改善并不明显，并且也非经济适用办法。有资料显示，日本Sekisui[31]公司开发的一种新型叠层玻璃——SAF膜，比常见的PVC膜胶合玻璃的阻尼要大得多，对窗户的隔音性能有明显的改善。D·Takahashi[32]等发明了一种新的提高双层玻璃窗隔音性能的方法，这种技术使用黏弹性材料作为两个玻璃面板之间的连接器，并验证了模型的有效性。此外，结果还表明，最有效的隔音因素是阻尼，阻尼越大，隔音性能就越好。Cinzia Buratti[33]开发一种人工神经网络（ANN）模型来估测木窗的计权隔声量，可以容易地估测木窗的声学性能，而不用在原型上做实验，节省了成本和时间。

对于木门来说，门板内的填充物是决定木门隔音效果的关键，现在市场上多数的门都是气腔中有吸音和防火材料的双层板结构[34]。有实验表明，内芯填充纸基的模压隔音门，可实现29 dB的隔音效果；内芯使用优质刨花板的门，隔音效果最好，隔音量可达到32 dB[35]。此外，密度越高，质量越大，门板越厚，表面越粗糙的门隔声效果越好。目前，国内市场上推广的一种德式木质门有较好的隔声效果。德式门又称“T型口门”，其特点是门扇与门框之间运用双曲尺结构，结合严密，有着良好的隔音性和密闭性。隔音效果可达到 40 dB，而一般的门只有20 dB 左右。

想要拥有健康的住宅环境，开窗通风是必须的。然而开窗后噪声的分贝会放大10～15 dB，通风与隔声的矛盾就会显得尤为突出。近几年有很多学者致力于自然通风消声窗的设计，2005年我国设计出的一款通风消声窗的隔声量可达到10 dB左右。另外通风器的使用也可以解决通风与隔音的矛盾。Michael Barclaya[36]等用有限元模型的方法来量化噪音与自然通风之间的相互作用，这项研究说明了在城市建筑中噪声暴露和通风性能方面集成方法的重要性。需要注意的是，现在市场上许多通风消声窗往往只注重隔声性能，而忽略了窗户本身通风作用。如果因通风换气不畅，达不到一定的舒适感要求，必将影响它的实用性和推广。通风器的使用虽然解决了通风与噪音的矛盾，但要注意是否会存在屋内热量损失，在雨雪天气下是否存在漏水的情况，这是设计、生产部门必需及时考虑的。另外，安装隔音门窗无疑增加了成本，隔音效果越好的门窗则成本也就越高，在装修时，要根据实际情况，不要盲目安装具有过高隔音性能的门窗，在保证隔音性能的同时也能降低成本，减少资源的浪费。

4 隔音要注意的其他事项

除了上述提到的几点之外，在隔音方面还应注意：

1）住宅的卫生间中有各类阀门和水龙头以及管道，其中的击水声会产生噪音。对此可以采取的方法是采用低噪声阀门和低噪声管道，如内螺旋的双层排水管道；在洗面盆、马桶、管道等与地面和墙面连接处采用柔性连接，如加硅胶垫；另外各种管道应纳入管道井，管井每层之间应用隔音材料封堵，管道与固定支架之间应加入柔性材料。

2）从室外传入室内的噪音有一部分来自于阳台顶棚的反射，特别是木结构建筑多是低楼层，反射效果更为明显。针对这一问题,可采取在顶棚上铺设吸声材料的方法。另外，阳台的栏板对噪声的传入也有影响。有资料显示，高栏板比低栏板，实体栏板比镂空栏板更能有效地阻隔外界的噪音[37]。

3）住宅区的合理规划可有效避免一些噪音。在规划阶段，主体建筑位置、功能区的分布、交通道路网的分布、噪声源的位置、绿化区分布等均应考虑在内，符合防躁设计的要求。在竣工验收阶段，可以请专门的部门监测住宅的隔声性能是否达标，在督促设计和施工的同时，使住宅声环境品质得到真正的提高。

5 结语

综上所述，木结构产业由于其绿色环保、低碳节能等特点正逐步进入我国建筑市场，发展前景广阔，但同时也面临着巨大的挑战。隔音技术的研究是发展木结构产业的一大重点，虽然在此方面已经有了一定的研究进展，但不可否认的是在木结构隔音领域仍存在一些技术空白值得探索，尤其是在楼板的隔音技术方面，应引起高度的重视。另外，一些隔声技术的使用虽然会在一定程度上提高建筑的隔声量，但可能会存在成本较高、占用空间大、资源浪费等缺陷，所以应根据建筑本身的用途和需求进行合理选择。笔者认为，隔声技术的研究越来越趋向于技术预测，尤其是在西方国家更为普遍，这种技术是在建造之前对建筑构件的隔声性能进行预估，从而节省了时间和金钱，这也是未来隔声研究的一大趋势，相信在不久的将来，木结构建筑产业的发展定会迎来崭新的篇章。

[1]郭万江,张松,杜国峰,等.新型墙体材料空气声隔声性能检测与分析[J].天津城建大学学报,2014(1):41-43,63.

[2]戴广慧.住宅的隔音设计[J].山西建筑,2010,36(8):50-51.

[3]赵莹.住宅建筑墙体隔声设计探析——解读新《民用建筑隔声设计规范》之住宅部分[J].价值工程,2015,15:233-236.

[4]GB 50118—2010 民用建筑隔声设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[5]周海宾,江泽慧,费本华.木结构墙体建造细节对其隔声性能的影响[J].北京林业大学学报,2007(3):159-163.

[6]周海宾.木结构墙体隔声和楼板减振设计方法研究[D].北京:中国林业科学研究院,2006.

[7]孙崇咪.现代木结构建筑之墙体构造研究[D].南京:南京林业大学,2007.

[8]Leimer H-P,Harting A.Ergänzende Untersuchungen zur Schalldämmung von Fachwerkwänden/ Complementary study on sound insulation of frame work walls[J].Restoration of Buildings and Monuments,1999,5(2):163-176.

[9]Huang Xian Feng,Liu Jun,Yang Yan.Prediction on Coincidence Effect of Sound Insulation of a Wall[J].Applied Mechanics and Materials,2011,1449(99):354-357.

[10]刘君.建筑墙体隔声中吻合效应的研究[D].南宁:广西大学,2012.

[11]丁允.传统木构干栏民居室内声环境的改造研究[D].昆明:昆明理工大学,2014.

[12]王红梅.浅谈建筑隔声[J]. 山西建筑,2009,11:50-51.

[13]周统建,王志强,徐才峰,等.银杏木空心刨花板复合墙体隔声性能[J].林产工业,2012(6):11-13.

[14]Huang Xian Feng.Inverse Prediction of Sound Insulation to a Wall with Apertures[J].Procedia Environmental Sciences,2011,11:1441-1446.

[15]Vigran T E.Sound insulation of double-leaf walls—Allowing for studs of finite stiffness in a transfer matrix scheme[J].Applied Acoustics,2010,71:616-621.

[16]周梦平.声子晶体理论在建筑隔声板材中的应用性研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2008.

[17][日]中尾哲也.楼板构造和撞击声[J].木材工业,1986,41(11):3-6.

[18]Yeon Jun Oh,Kim Kyoung Woo,Yang Kwan Seop,et al.Characteristic Evaluation of Impact Sound Reduction by Floor Coverings Using Floor Impact Sound in a Test Building[J].Applied Mechanics and Materials,2015,752-753:800-803.

[19]Yeon Jun Oh,Shin Hye Kyung,Yang Kwan Seop,et al.Evaluation of Reduction Performance of Floor Impact Sound on Floor Covering in the Reverberation Chamber[J].Applied Mechanics and Materials,2016,851:685-689.

[20]刘培杰,时宇,潘瑜芬.改善撞击声隔声性能的住宅楼板构造设计[J].华中建筑,2014(9):69-72.

[21]Amir Saedi Daryan,Mohammadreza Sadri,Hamid Saberi,et al.Behavior of semi‐rigid connections and semi‐rigid frames[J].Struct.Design Tall Spec.Build.,2014,23(3):310-328.

[22]宋蛰存.日本改善住宅楼板隔音的研究进展[J].木材工业,2000(2):21-23.

[23]戚建强,蒋荃,林文,等.建筑隔声与地面辐射供暖[J].中国建材科技,2010(1):1-6.

[24][日]大岛.音乐教室噪声对策中的固体声对策方法[C].日本噪音控制学会技术发表讲演论文集,平成3年9月,129-132.

[25]李贤钟.木材/高分子复合系的阻尼特性(1)[J].(日)木材学会志,1994,40(10):1027-1035.

[26]Shi Wan qing,Carin Johansson,Ulrik Sundbäck.Assessment of the sound insulation of a wood joist construction due to different types of impact sources[J].Applied Acoustics,1996,48:195-203.

[27]Andrea Prato,Alessandro Schiavi.Sound insulation of building elements at low frequency: a modal approach[J].Energy Procedia,2015,78:128-133.

[28]Dusan Dlhý.Types of Doors and its Impact on Airborne Sound Insulation[J].Advanced Materials Research,2013,855:225-228.

[29]王珊.建筑隔声减振与建筑材料[J].中国新技术新产品,2012,20:248-249.

[30]庞堃.建筑玻璃隔声性能及检测方法研究[D].北京:中国建筑材料科学研究总院,2007.

[31]王季卿.建筑隔声研究的进展[J].噪声与振动控制,2007(5):1-8.

[32]Takahashi D,Sawaki S,Mu R L.Improvement of sound insulation performance of double-glazed windows by using viscoelastic connectors[J].Journal of Sound and Vibration,2016,371:56-66.

[33]Cinzia Buratti,Linda Barelli,Elisa Moretti.Wooden windows: Sound insulation evaluation by means of artificial neural networks[J].Applied Acoustics,2013,74:740-745.

[34]Valtteri Hongisto.Sound insulation of doors-Part 1:Prediction models for structural and leak transmission[J].Journal of Sound and Vibration,2000,230(1):133-148.

[35]雷吉.门窗产品的隔音与选择[J].建筑装饰材料世界,2008(7):78-81.

[36]Michael Barclaya,Jian Kanga,Steve Sharplesb.Combining noise mapping and ventilation performance for non-domestic buildings in an urban area[J].Building and Environment,2012,52:68-76.

[37]黄榜彪.住房隔音降噪措施的研究[J].广西物理,1998(2):46-48.