楼板重击撞击声噪声降低方法研究

2019-11-21薛小艳

中国环保产业 2019年10期

薛小艳

（清华大学，北京 100084）

1 撞击声重击法测量研究

撞击声隔声是建筑隔声的重要组成部分，对于撞击声隔声性能的测试及评价方法的研究一直备受重视。目前国内测试标准中规定的声源为轻质撞击标准打击器，该方法的声源模拟人穿鞋步行等状态，对楼板施加较轻的硬撞击。但由于此标准采用的轻质撞击声打击器所激发出的撞击声主要集中在中高频段，对于楼板隔绝儿童跳跃或跑动等低频分量大的物体撞击的性能，不能做出正确的评价。在现实中，经常出现轻击法测试合格的楼板，但仍然能听到楼上儿童跑跳声。这是因为在实际生活中，既存在轻击法所模拟的穿鞋敲击噪声，也存在轻击法不能模拟的重撞击中低频噪声。随着对住宅声环境的要求越来越高，仅用轻质撞击法来评价楼板撞击声的隔声性能已不能满足人们的需求。国际上撞击声测量方法不断成熟和发展，目前已形成了标准打击器法与轮胎重击法、橡胶球重击法等测试方法。

目前，在《民用建筑隔声设计规范》（GB 50118—2010）以及《住宅设计规范》（GB 50096—2011）等标准中，均规定了楼板撞击声隔声限值，目的是保证设计选用的楼板构件能够满足对上层房间内冲击噪声源（如脚步声、拖拽家具声等）的隔声需求。近年来，随着绿色建筑、健康住宅等评定工作的推广和深入，作为重要的室内环境保障因素，楼板撞击声隔声性能越来越受到关注与重视。

我国现行的楼板撞击声隔声评价指标和测量方法既包括楼板构件，也包括了建筑现场。在实验室测量得到的楼板构件撞击声隔声指标被称为计权规范化撞击声压级，计量符号是Ln,w；建筑现场测量的房间与房间之间的撞击声隔声指标被称为计权标准化撞击声压级，计量符号是L,

nT,w、Ln,w和L,nT,w的测量方法和计算取值与国际ISO的相关标准是完全一致的，均是采用标准撞击器作为声源撞击楼板，在下层空间测量各频带声压级，并按标准撞击声参考折线计权计算得到单一的评价值。标准撞击器是一种人穿硬质鞋子行走的冲击模拟装置，类似于一位60kg体重的女士穿高跟鞋正常步态行走时所产生的撞击力。与儿童蹦跳、拍打皮球、快步跑等重冲击力相比，标准撞击器所产生的冲击力相对较小，因此Ln,w和L,

nT,w亦被称为轻击法撞击声隔声评价指标，重点用于评价楼板对脚步声、托拽家具等撞击声的隔绝能力。

在我国民用建筑中，大量设计采用厚度100～150mm的光裸楼板，其Ln,w和L,nT,w的测量值一般在80～85dB，不能达到《民用建筑隔声设计规范》（GB 50118—2010）、《住宅建筑规范》（GB 50368—2005）、《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378—2014）、《健康住宅建设技术规程》（CES179:2017）等标准的要求。近年来，随着人们对居住环境品质要求的提高，以及标准法规的推动，浮筑楼板技术、保温夹层减振楼板处理、楼板弹性面层处理、楼板下层弹性吊顶处理等技术和方法迅速发展并大规模推广应用，对提高楼板撞击声隔声性能起到了极大的促进作用。

但实践中发现，即使采用楼板撞击声隔声处理后达到了相关标准，仍有居住者感觉楼板存在隔声不良的问题，其根本原因在于，使用轻击法评价的楼板撞击声隔声指标与人们在重击源情况下的主观感受之间仍存在着较大差距。轻击法起源于欧美等国家，在这些国家的设计建筑规范中，混凝土楼板的厚度一般要求在200mm左右，楼板非常厚重，重击声源的低频声难于起振，隔声效果尚可，反倒是对于高频分量较多的轻击声源，由于固体传播高频声音损失较小，楼下房间受到的影响更大一些。因此。欧美国家对楼板撞击声隔声评价主要采用轻击声源，而且多年来评价效果是令人满意的。我国住宅设计建造采用的楼板厚度大多是100～150mm，相对轻一些、薄一些，当楼上存在重击声源时，对楼下的干扰是较大的。另外，一些住宅房间的地板面积设计的较大，在重击声源的作用下，象击鼓一样的鼓振效应更加明显，因此采用轻击声源达标的楼板，在重击声源条件下，不能令人满意。

2 提高撞击声隔声性能的方法和途径

轻质撞击声隔声测量方法在国内已经相对普及，对此测量方法下获得的数据和对隔绝轻质撞击声产生的噪声也有很多研究，并形成了相对成熟的治理措施。

常用的轻质撞击声的隔绝措施主要有：1）在楼板面层上铺设弹性垫层（见图1），使得振动源撞击楼板所引起的振动能够减弱；2）在楼板面层和承重结构之间设置浮筑层（见图2），以达到阻隔振动在楼层结构中传播的目的；3）在楼板下面的空间安装隔声吊顶（见图3），便于阻隔振动结构向接收空间辐射的空气声，使得听闻者感受声音减弱。

图1 楼板面层的几种做法

图2 两种浮筑式楼板的构造方案

图3 两种浮筑式楼板的构造方案[2]

上述措施对于隔绝轻质撞击声的隔声效果明显。对于现在的材料和楼板构造来讲都不是难事，而且施工工艺相对简单的“三明治”式楼板结构均已普及化，在很多绿色建筑中都已经大范围应用。

上述三点所提到的隔绝措施中，第二点浮筑层的隔绝方式大致可分为两种类型：一种是弹性垫层，另一种是阻尼垫层。汉阳大学的Jin Yong JEON教授于2015年在清华大学建筑物理实验室“Issues on Architectural Acoustic”的讲座中，提到了关于弹性垫层和阻尼垫层的降噪特性（见表1）。

弹性材料的刚度要远远小于光裸楼板的弯曲刚度，铺设弹性材料后，浮筑楼板的固有频率要小于光裸楼板的固有频率，这种情况下，会导致轻质撞击声的效果有所降低，而重击撞击声会提高。如果楼板构造中的夹心部分为阻尼材料的话，其阻尼特性会将上层楼板黏结使得整体楼板厚度增加，变厚后的楼板构造的刚度大大提高，使其自身的固有频率要大于光裸楼板自身的固有频率。图4中的曲线图描述了这一过程，可直观了解这一特性。在这种情况下，楼板阻尼材料会改善其自身的阻尼特性，使重击撞击声得到改善，改善程度取决于阻尼材料附着上层楼板后其整体的刚度参数。对于设计满足一定撞击声要求的楼板构造有指导作用（见图4）。

表1 弹性垫层和阻尼垫层的降噪特性

图4 阻尼结构降噪特性—固有频率位移示例图[1]

3 楼板重击测试与研究

将典型的楼板构造进行归类分析，并给出相应的重击测试频谱数据。一种是“三明治”的浮筑楼板结构，基层楼板为实验室预制楼板，中间层为各种类型的减振垫层或减振块、弹簧类减振材料，面层再铺设混凝土类型的楼板构造；另外一种是在基层楼板上铺设各种地面装修装饰材料，如地毯、地砖或地板等类型的面层材料。

“三明治”类型的浮筑楼板构造一般应用在公建场所，很少应用于住宅类建筑，因这种类型的楼板构造本身的厚度较厚，占用的空间较大，并会增加建筑荷载，因而很少有设计师会把浮筑楼板设计在居住建筑中。但随着绿色建筑的推广，开发商和建筑师们也都在考虑如何提高住宅楼板的隔声性能，所以这种“三明治”类型的浮筑楼板也逐渐应用到住宅建筑中。另一种在基层楼板上铺设各种装修装饰材料是最普遍的。但不管是在轻质撞击下还是在重质撞击下，浮筑楼板在撞击声隔声性能方面都有优势，最大的优势在于其构造可以任意变化，尤其是中间的减振层，其在选材上较丰富，效果也较显著。

表2中列出的典型示例都是非常规楼板构造，也是目前为止测试过的楼板构造中，重击效果非常好的典型代表。除了楼板构造中不一样的减振垫层，其共同的特点就是面层铺设的混凝土厚度都在100mm以上，整体楼板的厚度对最终的重击效果有至关重要的影响。通过实际测试发现，弹簧减振器是效果最明显最好的一种减振材料。测试所关注的频带范围内的单频峰值均值都明显偏低，其结果达到了韩国《撞击声隔声重击标准》的1级标准，该列表中的构造结果均可满足2级和3级标准。这些楼板构造在63Hz这一频带的峰值均值均在70dB，弹簧构造在50～60dB。这个频率上的撞击声隔声无论是轻击法还是重击法，都是最难隔绝的频率，对建筑设计中特殊需要处理隔绝低频噪音的场地，可提供有价值的参考依据。

表2 特殊减振垫层数据列表（测试声源打击仪器：轮胎重击器）

相对减振器或减振块更普遍的减振垫来说，其重击效果要比表3提供的数据相对差一些。近年来普遍采用相对较薄的减振垫材。表3中的第一组和第二组数据中的楼板构造，因其性能和价格都堪称物美价廉，故在大部分绿色建筑设计中是常用的构造。其重击效果虽未能达到韩国撞击声隔声的最低要求标准，但相对于仅铺设面层装饰装修材料的楼板构造来说，重击效果是不能忽视的。在表3中后面几组列出的浮筑楼板构造的面层铺设的混凝土层厚度均大于等于100mm，虽然厚度相对前两组数据增加了很多，但还是有一组数据未达到韩国撞击声隔声标准的最低限要求，说明除了混凝土厚度是影响重击效果的因素外，复合在中间的减振垫层也起着较大的作用。这也从另外的角度验证了阻尼特性的理论事实，看中间的减振垫层材质是起到弹性作用还是起到阻尼作用，看其是否能改变整个楼板的固有频率，看其固有频率是否向着有利的方向发展。这些都可以作为有价值的设计依据。

表4列出的楼板构造均为现在建筑楼层中最常用也是最普及的构造做法，有的在预制楼板上铺装地板、地砖类材料，有应用在特殊场合的防静电架空地板，这类构造的重击效果均未达到韩国撞击声隔声标准的最低限要求。由此得出，要得到好的重击隔声效果，只在面层铺设装饰装修材料是不可行的，尽管这种构造安装起来相对便捷，对房屋内的空间也不会造成太多损失。建议在一定的场合，可以结合浮筑楼板的构造再在面层铺设装饰装修材料。