绿色建筑楼板声学性能优化研究

王军强

绿色建筑楼板声学性能优化研究

王军强

(江苏建筑职业技术学院，江苏徐州 221116)

绿色建筑对建筑健康性、舒适性和环境性提出了更高要求，满足楼板隔声性能要求是其基本的功能要求，但现实设计中却往往不被重视。建筑楼板作为分隔空间的构件，工程中应重视去解决楼板撞击声的隔声问题。以钢筋混凝土住宅楼板为基准，考虑了弹性材料类型、厚度、质量密度、动态刚度以及浮板质量和厚度等因素，给出了不同系列浮筑楼板做法，通过理论分析和试验，研究了其隔声性能的变化。研究结果对于建筑楼板的隔声降噪设计提供了技术支撑和案例经验，对于优化改善建筑隔声性能有积极意义。

浮筑楼板；动态刚度；弹性材料；浮板；撞击声压改善量

0 引言

随着人们生活水平的提高，对于住宅居住的健康性能、环境性能、隔声性能提出了更高的要求，重视建筑声学性能的研究和实践技术应用研究，特别是室内环境隔声降噪的理论研究与技术开发十分必要。试验和现场测定结果表明，100～140 mm厚的钢筋混凝土楼板，加上40 mm作业的砂浆面层，其计权标准化撞击声压级却在80 dB左右，甚至现场测试超过80 dB，而《民用建筑绿色设计规范》(JGJ/T229-2010)、《健康住宅建设技术规程》(CECS 179-2009)、《民用建筑隔声设计规范》(GB50118-2010)、《住宅设计规范》(GB 50096-2011)中规定了高要求住宅分户楼板[1-4]，包括卧室、起居室(厅)分户楼板计权标准化撞击声压标准值≤65 dB，空气声计权隔声量加粉红噪声频谱修正量≥50 dB。结构传声与振动是建筑声学最关键的问题之一，噪声与振动传播影响的范围比较广[5-7]，在使用或居住活动过程中会产生噪声与振动，如设备运行噪声(空调噪声、电梯运行振动与噪声、机电设备运行噪声等)、洗浴生活用水产生的噪声与振动、楼上的脚步声、拖动桌椅等摩擦噪声、家用电器运行噪声等[8]。居住与民用建筑的楼板大多采用钢筋混凝土楼板，具有较好的空气声隔声性能，但对于结构传声，其隔声性能就比较差。因而在工程设计中，应重视楼板隔声降噪的设计，特别应重视解决楼板撞击声问题。

1 理论分析

1.1 浮筑隔声楼板构造与计算模型

图1 浮筑隔声楼板结构构造

图2 浮筑楼板隔声减振机理简图

1.2 浮筑楼板结构传声

式(1)为试验和理论分析楼板撞击声压改善量提供了依据。

1.3 楼板撞击声压改善量的确定

目前国内浮筑隔声减振楼板应用还比较少，特别是在住宅楼板中应用还非常稀缺，加大隔声楼板体系的理论分析和试验研究，重视楼板隔声降噪设计，改善楼板声学性能指标，对于设计施工有重要意义。

2 试验方法与试验材料

2.1 弹性减振材料性能参数测试

2.2 楼板隔声性能测试

2.3 试验材料

(1)住宅楼板选择钢筋混凝土现浇楼板结构，楼板厚度120 mm，为2型实心现浇钢筋混凝土楼板，上面采用浮筑隔声楼板做法。

(2) 弹性减振垫层，弹性垫板采用样品TR1-TR5，材料厚度、质量密度、孔隙特征情况、谐振频率、动态刚度等参数如表1所示。

(3) 浮板质量层采用带钢丝网的细石混凝土层，厚度为40～60 mm，质量密度为100～150 kg·m-2。

(4) 成型不小于10 m2的浮筑隔声楼板，弹性减振层与结构楼板可靠粘结，其上浇筑细石混凝土，表面平整规则，养护28 d后进行声学性能测试。

表1给出了试验中采用的弹性材料的相关性能参数。试验中测试了弹性材料在不同加载条件下的厚度，特别是测试200 kg·m-2荷载作用下的厚度。在选择弹性材料时需要注意其在荷载作用下的变形，特别是厚度的变形，其对动态刚度的变化有重要影响。

表1 弹性减振材料性能

3 结果分析

以钢筋混凝土住宅楼板为楼板基层，制作了样品JS0-JS7。JS0为钢筋混凝土楼板加装饰面层，厚度为160 mm，作为基准对比楼板。JS1-JS5以基准楼板为基地，依次铺设了发泡橡胶减振垫板、聚氨酯泡沫板、再生橡胶、玻璃棉、岩棉作为弹性材料，其上浇筑带钢丝网的细石混凝土形成浮筑楼板结构；JS6-JS7为多层弹线材料在浮筑楼板中的应用。具体试验组合见表2，主要考虑了弹性材料性能参数变化，包括弹性材料类型、厚度、动态刚度、谐振频率的变化，以及浮板层厚度、质量变化等因素，通过理论分析和试验，研究了重质楼板和浮筑隔声楼板体系的隔声性能。

表2 浮筑隔声楼板结构做法

3.1 浮筑楼板结构体系做法对楼板声学性能的影响

图3 不同浮筑楼板的撞击声压级

图4 不同浮筑楼板相对于JS0楼板的撞击声压改善量

3.2 弹性材料性能变化和浮板厚度对楼板隔声性能的影响

浮板质量和厚度变化对楼板隔声性能的影响见图6。浮板的质量和厚度，特别是质量密度与弹性材料的性能参数应匹配，这点在楼板隔声降噪设计中需要引起重视。因为在生活实践中，楼板上要有装饰层，还有居住者的使用活动产生的可变荷载，研究弹性材料在荷载作用下的变形、动态刚度变化、谐振频率变化等对隔声性能的影响是十分必要的。

图5 单层与多层弹性材料对隔声性能的影响

图6 浮板厚度和质量对隔声性能的影响

3.3 楼板隔声性能理论值和试验值的对比

图7中给出了不同做法情况下，楼板撞击声压理论值与试验值的对比图，可以看出，理论值比试验测试值要大2～10 dB。这与测试条件、测试空间大小、测试温湿度、实际做法与理论做法的偏差以及弹性材料的性能参数变化等有关。但理论分析值和试验值的基本趋势比较吻合，这给楼板隔声降噪设计提供了依据。图8中给出了浮筑楼板体系厚度变化对其隔声性能的影响，其影响程度由强变弱的因素排序为：弹性材料→浮板厚度→楼板厚度。

试验研究和理论分析进一步表明，浮筑隔声楼板体系对于改善楼板隔声性能，特别是结构传声的影响效果显著。有关浮筑楼板体系的设计，关键是弹性材料的选型与性能参数的确定以及浮板质量厚度的确定。而有关弹性材料的长期性能、荷载作用下的变形性能，以及其测试厚度、动态刚度、谐振频率的变化等，对准确预测弹性材料在浮筑楼板隔声性能中的作用有积极意义，这些还需要进一步做理论分析与试验研究。

图7 不同浮筑楼板的撞击声压理论值和试验测试值的对比

图8 浮筑楼板体系厚度对撞击声压的影响

4 结论

本文通过理论分析和试验，得到以下结论：

(1) 以住宅结构中现浇钢筋混凝土楼板为对象，构建了浮筑隔声楼板的做法，将浮筑隔声楼板简化为单自由弹簧阻尼系统，给出了其隔声减振的机理，分析了以质量密度和动态刚度为参数的浮筑隔声楼板的隔声性能。

(2) 以钢筋混凝土2型分隔楼板为例，试验研究了JS0-JS8系列楼板隔声性能，考虑因素包括单层弹性材料、多层弹性材料、浮板厚度和质量等。

(3) 对比分析了楼板撞击声压理论值与试验值的差异，结果表明，理论值比试验测试值大2～10 dB。

(4) 浮筑隔声楼板对楼板撞击声的声压改善效果明显，其技术关键是弹性材料和浮板的性能匹配，弹性材料对于楼板撞击声声压的改善量明显优于通过增加楼板厚度和质量的技术措施，合理选择弹性材料极其重要。

(5) 有关弹性材料的长期性能、荷载作用下的变形性能，以及其测试厚度、动态刚度、谐振频率的变化等，对准确预测弹性材料在浮筑楼板隔声性能中的作用有积极意义，这些还要做进一步的理论分析和试验研究。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. JGJ/T229-2010《民用建筑绿色设计规范》[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010.

[2] 中国工程建设标准化协会. CECS 179-2009《健康住宅建设技术规程》[S]. 北京: 中国计划出版社, 2009.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB50118-2010《民用建筑隔声设计规范》[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50096-2011《住宅设计规范》[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2011.

[5] KIM C, HONG Y K, LEE J Y. Long-term dynamic stiffness of resilient materials in floating floor systems[J]. Constr Build Mater 2017, 133(1): 27-38.

[6] CREMER L, HECKL M. Structure-borne sound: structural vibrations and sound radiation at audio frequencies[M]. Berlin and New York: Springer-Verlag, 1988.

[7] 王军强, 黄新. 健康住宅声环境要求与隔声施工技术[J]. 施工技术, 2012, 41(12): 110-112+120.

WANG Junqiang, HUANG Xin. Sound environment requirements and sound insulation construction technology of healthy house residence[J]. construction technology, 2012, 41(12): 110-112+120.

[8] SCHIAVI A, PRATO A, BARBARESI L, et al. The effect of damping in resilient materials used in floating floors on impact sound insulation[C]//Proc ICSV22, Florence, 2015.

[9] EN 12354-2:2017(E). Building acoustics-estimation of acoustic performance of buildings from the performance of elements-Part 2: Impact sound insulation between rooms. CEN2017.

[10] BS EN12431:2013 Thermal insulating products for building applications-determination of thickness for floating floor insulating products.BRITISH STANDARD, EN 12431:2013: EISO7626-2: 2015(EN).

[11] ISO9052-1-1989Acoustics.Determination of dynamic stiffness.

[12] BSISO7626-2-2015.Mechanical vibration and shock. Experimental determination of mechanical mobility.

[13] ISO 10140-3. Acoustics-laboratory measurement of sound insulation of building elements-Part 3: Measurement of impact sound insulation. ISO; 2010.

[14] 中国标准化委员会. GB/T 19889.6-2005《声学建筑和建筑构件隔声测量-第6部分: 楼板撞击声隔声的实验室测量》[S]. 北京: 中国质检出版社, 2005.

[15] 中国标准化委员会. GBT 19889.14-2010《声学建筑和建筑构件隔声测量—第14部分特殊现场测量导则》[S]. 北京: 中国质检出版社, 2010.

Research on the acoustic performance optimization of green building floor

WANG Jun-qiang

(Jiangsu Institute of Architectural Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu, China)

The green building puts forward higher requirements for the health, comfort and environment of the building, and the sound insulation performance of floor is the basic functional requirement, but it is often ignored in the practical design. As a construction component of separating space, the building slabs must be seriously considered in order to solve the sound insulation problem caused by floor impact. Based on reinforced concrete residential floor, by taking into account the relevant factors such as resilient material type, thickness, mass density, dynamic stiffness and the quality and thickness of floating slab, different series of floating floor structure are developed. The theoretical analysis and experimental study on the sound insulation performance of different floating floor structures are carried out in this paper, and the results can provide technical support and case experience for the noise reduction design of building floor, and have positive significance for optimizing and improving the sound insulation performance of buildings.

floating floor; dynamic stiffness; resilient material; floating slab; weighted reduction of impact sound pressure level

文献标识码：A 文章编号：1000-3630(2019)-06-0665-05

10.16300/j.cnki.1000-3630.2019.06.011

2018-06-15;

2018-07-26

江苏省高等学校自然科学研究重大课题(17KJA560002)、江苏省优秀科技创新团队项目

王军强(1973－), 男, 陕西渭南人, 教授, 研究员级高工, 研究方向为绿色建筑保温隔声技术。

王军强,E-mail: 1249166850@qq.com