弹性横槽与隔音毡对轻型木结构墙体隔声性能的影响研究*

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弹性横槽与隔音毡对轻型木结构墙体
隔声性能的影响研究*

李 威1罗翔亚1高 颖1**倪 竣2朱旭东1丁青锋2

（1.北京林业大学材料科学与技术学院，木质材料科学与应用教育部重点实验室，木材科学与工程北京市重点实验室，北京 100083；2.苏州昆仑绿建木结构科技股份有限公司，江苏 苏州 215105）

基于墙体空气声隔声现场测量方法，对不同构造的轻型木结构内墙进行了隔声试验研究，研究内容为弹性横槽和隔音毡对墙体隔声性能的影响，以及其与墙骨柱规格的关系。结果表明，弹性横槽对墙体隔声性能提升显著，对墙骨柱尺寸较大的墙体效果更明显；隔音毡在高频段的隔声性能良好，对不同规格的墙体效果无明显差别。

弹性横槽；隔音毡；墙骨；隔声性能；木结构

隔声性能是建筑墙体最重要的性能之一，其性能的优劣直接影响着建筑物的舒适宜居性。轻型木结构墙体作为轻质墙体，其是否具有良好的隔声性能是该建筑产品类别能否得以推广应用的关键，也是用户最关心的一项性能指标。因此，研究如何提高墙体的隔声性能，对轻型木结构在国内的应用与发展有着重要意义。

轻型木结构墙体隔声性能主要受到墙骨柱和其他墙体构件的共同影响。上个世纪，国外就有对双层墙体等理想模型的理论公式研究，但是轻型木结构墙体构造情况复杂，模型参数难以确定，需实测数据的支持和完善[1-2]。墙骨柱一直是轻型木结构墙体隔声研究中的重要内容，墙骨柱尺寸的改变会影响墙体的空气层厚度，空气层对隔声性能的影响在研究与测量中都有表现[3]，而墙骨柱的声桥效应又使得双层墙体与空气层的隔声理论难以使用[4]。有研究表明，墙骨柱和面板之间弹性横槽等柔性材料的使用对墙体隔声性能影响明显[4-6]，但弹性横槽与墙骨柱规格在墙体隔声中的相互作用在之前的文献里没有被讨论；另一方面，作为面密度极高的隔声材料，隔音毡的安装在工程中有所应用，但并未通过试验证明其在木结构建筑中的隔声效果，对不同规格墙体的隔声性能的影响是否存在差异也没有进行研究。

本试验将采用空气声隔声现场测量的方法，针对弹性横槽、隔音毡和墙骨柱规格对墙体隔声的共同作用，探究不同轻型木结构墙体构造对墙体隔声性能的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料及设备

墙骨柱：SPF规格材（产地：加拿大），规格为38 mm×89 mm和38 mm×140 mm，墙骨柱长度924 mm，含水率12%；

石膏板（GB）：幅面 2 400 mm×1 200 mm，厚度12 mm，面密度为9.3 kg/m2；

玻璃纤维棉（GFB）：容重 12 kg/m3，厚度分别为139 mm和70 mm；

隔音毡：厚度1.2 mm，面密度2.4 kg/m2，材质为PVC和长丝无纺布；

弹性横槽：钢板厚度0.8 mm，龙骨宽度为17 mm。上述材料均为企业提供。

试验设备主要为AWA6290M型双通道建筑声学测量系统，由双通道信号分析仪、计算机、传声器、声功率放大器、12面体声源和声级校准器等组成。

1.2 试验方法

1.2.1 轻型木结构箱体安装

为研究墙体的隔声性能，本试验建造了由墙体围成的箱体，根据国家标准GB 50005-2003《木结构设计规范》[7]进行墙骨柱规格和间距设计，墙骨柱间距为406 mm；弹性横槽安装方法依据加拿大木业协会制订的《中国轻型木结构房屋建筑》[8]要求进行安装，以确保结构安全；隔音毡的铺设参考常用隔音毡铺设方法进行设计尝试。箱体内部空间为1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm；箱体厚度由墙骨柱规格决定。为了减小顶层、底层墙体对测量隔声性能的影响，在顶层、底层铺设三层石膏板，并在石膏板间铺装发泡密封胶以形成空气层。箱体试验结果与前人轻型木结构墙体研究结果有很好的一致性[1-6]。

本试验一共制作了8种内墙墙体（IW，Interior Wall）。其中，IW1-IW4墙骨柱规格为38mm×140mm；IW5-IW8墙骨柱规格为38 mm×89 mm。墙体IW2、IW6安装了隔音毡，墙体IW3、IW7安装了弹性横槽，墙体IW4、IW8同时安装了弹性横槽和隔音毡；所有试验墙体均填充了玻璃纤维棉。具体墙体材料构成见表1。

表1 隔声试验墙体材料

表1中，D-12GB为双层12 mm厚防火石膏板，弹性横槽安装在墙骨柱与外覆面板之间，石膏板与弹性横槽均采用自攻螺钉连接；隔音毡安装在2块石膏板之间，用聚氨酯泡胶粘接；墙骨框架之间使用圆钉连接。弹性横槽、隔音毡的安装布置结构见图1。

1.2.2 测定方法

图1 （a）弹性横槽、（b）隔音毡安装示意图

本试验采用了空气声隔声的现场测量方法，将表观隔声量作为评价指标。通过测量不同墙体构造的箱体表观隔声量来比较不同墙体结构体对墙体隔声性能的影响。将箱体作为接受室、外部为声源室，具体设备布置见图2（此为380 mm×140 mm墙骨柱箱体框架）。

图2 墙体构造及测点、仪器布置

根据国家标准GBT19889-2005《声学建筑与建筑构件隔声》[9]进行隔声测试，以1/3倍频程测量，包括100～5000Hz的18个中心频率。AWA6290M型建筑声学测量系统通过12面体扬声器发出白噪声，信号声级高于背景噪声级15dB以上；传声器接收测量声源室和接受室的声压级，声压级测量每次15 s，共3次，取平均值。然后将扬声器放置在接受室内发出噪声，测得接收室内的声压级衰减曲线，采用公式（1）计算混响时间，混响时间测量6次，取平均值。按公式（2）计算表观隔声量，并与计权隔声量参考曲线相比较求得计权隔声量。最后将频谱修正量C加入到评价值中。

式中：A——吸声量（m2）；

V——接受室体积(m3)；

R——表观隔声量（dB）；

L1——声源室内平均声压级（dB）；

L2——接受室内平均声压级（dB）；

T——接受室混响时间（s）；

S——隔墙的面积（m2）。

2 试验结果与分析

试验测得的各种墙体计权表观隔声量见表2。

表2 墙体计权隔声量

2.1 弹性横槽对隔声性能的影响

2.1.1 影响机理

弹性横槽对轻型木结构墙体隔声性能影响的测试结果（图3）表明，在安装了墙骨柱规格为38 mm×89 mm的墙体中，采用弹性横槽的IW7墙体比不安装的IW5墙体隔声量提高了9 dB；在墙骨柱规格为38 mm×140 mm的墙体IW1和IW3中，弹性横槽的使用提高了墙体的隔声量13 dB，显示出了优异的隔声特性。

图3 弹性横槽对隔声性能的影响

从图3中可以看出，无论是在低频声波段还是在高频声波段，弹性横槽均能显著提高轻型木结构墙体的隔声性能。这是由于声音经由石膏板传递至墙骨柱的过程中，弹性横槽的使用大大减少了石膏板与墙骨柱的接触面积，减少了声桥，在石膏板与墙骨柱间形成了空气层，减弱了声音的传递，同时也改变了声音的传递路径；再者，由于弹性横槽本身的弹性，也可以提高墙体的隔声性能；另外，安装了弹性横槽的墙体吻合效应减弱，这也可能是墙体隔声量提升的原因之一。

2.1.2 隔声效果与墙骨柱规格的关系

对比两组不同墙骨柱规格的墙体，IW1墙体比IW5墙体计权隔声量提高了1 dB，而IW3墙体比IW7墙体提高了5 dB。两组墙骨柱尺寸均相差51 mm。墙骨柱尺寸的大小也反映到空气层的厚度上，理论上讲，当空气层增加51 mm时，双层墙体的隔声量会增加5 dB[4]。

对于IW1和IW5墙体，墙骨柱在声音传递过程中为声音在墙体中提供了另外一条传递路径，造成声波辐射的增强，减弱了墙体中空气层的作用，因此，空气层的变化对其影响较小。另外，由于玻璃纤维棉填充厚度不一样，IW5墙体有近20 mm厚的空气层，而IW1墙体内部已无空气层，全部被玻璃纤维棉填充。玻璃纤维棉一方面作为多孔吸声材料提高了吸声效果，另一方面过密的保温棉铺设可能增加声音传播通路，这也可能是两面墙体隔声量相差不大的原因。IW3和IW7是安装了弹性横槽的墙体，在声桥作用减弱以后，木结构墙体更接近于完全分离的两面GB墙体，接近于双层墙体的试验结果。

可以看出，大规格墙体使用弹性横槽的效果更显著，因此，对于隔声性能要求较高的轻型木结构建筑，可在墙体中安装弹性横槽并配合以较大规格的墙骨柱。

2.2 隔音毡对隔声性能的影响

隔音毡对38 mm×140 mm墙骨柱墙体隔声性能的影响见图4（a）。可以看出，设置隔音毡使轻型木结构墙体计权隔声量提高3 dB。在不同的声波频段上，隔音毡的隔声能力不同，在500 Hz以后的中高频段，墙体的隔声量有所提高；在高频段的隔声效果显著，但在100～500 Hz频率范围内的改善效果不明显。

图4 隔音毡对隔声性能的影响

安装38mm×89mm墙骨柱的墙体中隔音毡对隔声性能的影响见图4（b）。结果显示，同样在低频段，隔音毡对轻型木结构墙体的隔声量影响并不明显，但在1 600 Hz以后的频段隔声效果有显著提高，IW6墙体计权隔声量比IW5也提高了3 dB。IW5墙体在入射声频高于1 600 Hz时进入临界频率控制区，墙体质量效应和弯曲劲度效应相抵消，隔声量下降，在2 500 Hz形成明显的吻合谷。IW6墙体在2 500 Hz的吻合频率上隔声量的下降较少，说明在轻型木结构墙体一侧铺设隔音毡可以减弱吻合效应，这是由于隔音毡的铺设使得墙体的内外面板不再对称排列，面板的质量与厚度产生了差别，使入射波与弯曲波的叠加频率不同，减少了声波透射。在图4（a）中没有观察到这种现象，可能是由于IW1墙体建造过程中由于误差产生不对称性，导致本身的吻合效应不明显。

综上所述，隔音毡可以通过自身对中高频声波的良好隔声性，以及减弱吻合效应来提升墙体的隔声性能，并且隔音毡对安装不同规格墙骨柱的墙体隔声性能提高效果相近。对比IW2和IW6可以看到，安装了隔音毡后，空气层的作用依然不明显。

2.3 弹性横槽与隔音毡组合使用对墙体隔声性能的影响

为了探究高隔声性能的墙体构造，试验分别设计了只安装弹性横槽的墙体IW3、IW7，与同时安装弹性横槽和隔音毡的墙体IW4、IW8。弹性横槽与隔音毡组合使用对轻型木结构墙体隔声性能的影响见图5。对比IW3和IW4的试验结果发现，在100～1 000 Hz范围内，隔音毡的增加并未明显提高墙体的隔声量；在1 000 Hz以上频段，隔音毡的安装提高了墙体的隔声性能；安装隔音毡使墙体计权隔声量增加了1 dB；IW7和IW8的对比也发现了相似的情况。这说明，隔音毡对于采用了弹性横槽的墙体的高频段隔声性能仍有改善，但总体效果不如未安装弹性横槽组明显。

图5 弹性横槽+隔音毡组合对墙体隔声性能的影响

与单独安装弹性横槽类似，该隔声构件的组合对于大尺寸墙骨的墙体隔声性能影响更为显著。

3 结论

3.1 弹性横槽能提高轻型木结构墙体的隔声量9～13 dB，对安装38 mm×140 mm墙骨柱的墙体比安装38 mm×89 mm墙骨柱的墙体，隔声性能的改善更明显。

3.2 安装隔音毡对所有墙体的中高频隔声效果都十分显著，对于2种规格的墙体隔声性能都增加了3 dB，并且隔音毡对不同墙骨柱规格的墙体效果相似。

3.3 只增加改变墙骨柱规格的方法对木结构墙体隔声性能影响不大，需要和弹性横槽等减小声桥作用的方法配合使用，才能获得较好的隔声效果。

［1］ 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.

［2］ 葛克宇.木骨架墙体隔声性能的研究［D］.南京：南京林业大学,2011.

［3］ 崔承勋.双层轻质板结构隔声量的实验研究［J］.建筑科学,2011(10)∶63-69.

［4］ 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.

［5］ 王季卿.提高轻板隔墙隔声性能的实验研究［J］.同济大学学报,1981(2)∶79-91.

［6］ A.C.C.Warnock and J.D.Quirt.Control ofSound Transmission through Gypsum Boar Walls［R］.National Research Council of Canada,January1997.

［7］ 国家质量监督检验检疫总局.GB50361-2005木骨架组合墙体技术规范［S］.北京：中国标准出版社，2005.

［8］ 加拿大木业协会.中国轻型木结构房屋建筑（ISBN：0-97345 20-2）［M］.渥太华：加拿大木业协会，2012.

［9］ 国家质量监督检验检疫总局.GB T 19889-5-2006声学建筑和建筑构件隔声测量［S］.北京：中国标准出版社，2005.

Effect Ofresilient Channeland Deadening Felt on Sound Insulation of Wood Frame Walls

LI Wei
（College of Material Science and Technology,Beijing Forestry University,MOE Key Laboratory of Wooden Material Science and Application,Beijing Key Laboratory of Wood Science and Engineering,Beijing 100083）

In this paper,field measurement of airborne sound insulation was carried out on the interior walls of wood frame construction with different structures.Resilient channel and deadening feltwere mainly studied on sound insulation performance of the wall with different studs.The results showed that the increase in STC wassignificantfrom the installation ofresilient channel,especially of larger wall.Deadening felt showed great sound insulation performance in high sound frequencies of the walls without obvious difference.

Resilient channel;Deadening felt;Studs;Sound insulation;Wood frame

TU759.4,TU112.5

B

1001-9499（2017） 06-0047-05

* 北京林业大学热点追踪项目“木结构建筑新型墙体及连接技术研究”（2016BLRD03）；北京市支持中央在京高校共建项目“户外木结构景观建筑材料特性及应用研究”（2015GJ-01）

第1作者简介：李威（1994-），男，北京林业大学在读研究生，研究方向：木结构性能研究。

高颖，副教授，博士。

2017-08-14

（责任编辑：潘启英）