基于贵州传统杉木结构侗寨建筑声环境研究*

2021-10-25罗璐昕

建筑与装饰 2021年26期

罗璐昕

贵州民族大学人文科技学院贵州贵阳 550025

引言

杉木具有较强的力学性能，在建筑结构中表现出较高稳定性，是常用的建筑结构材料。贵州侗寨结合发展现状，对传统杉木结构进行改造，选择砖混作为承重结构，杉木等木材仅用作隔墙或饰面。可见，传统杉木结构存在适用性偏低的问题，需做好优化改造工作，创设良好建筑声环境。

1 贵州传统杉木结构侗寨建筑声环境现状

贵州传统杉木结构侗寨建筑是贵州地区古村落的重要文化符号，在贵州旅游事业发展和现代建筑技术发展等因素的影响下，传统杉木结构建筑表现出诸多问题，最为显著的是建筑声环境问题[1]。以肇兴侗寨为例，在旅游事业发展推动下，肇兴侗寨沿河的街道处建造诸多商业建筑，如酒吧、商铺、餐厅等，部分侗寨居民为增加收入，将住房的一层租售给商户，上层用作住宅（见图1）。贵州传统杉木结构建筑的墙体或楼板等构件以单层木板为主，在减噪隔声方面性能薄弱，且贵州地区多雨，传统杉木结构吸水后隔声性能进一步下降。（见图2）建筑周围游客来往不绝，噪声污染严重，影响侗寨居民的正常生活[2]。

图1 肇兴侗寨沿河建筑群

图2 侗寨典型木质民居

目前，关于建筑声环境优化的研究集中于轻型木结构，专家学者针对轻型木结构特点，提出多种增强建筑隔声性能的措施建议，如应用浮筑地板、增加弹性连接等[3]。对于贵州传统杉木结构建筑而言，上述措施建议在落实中存在诸多缺陷，不仅会破坏建筑外形，显著削弱侗寨显著的文化特色，还会因施工技术要求高，施工难度高，影响措施建议落实效果，反而增加贵州传统杉木结构侗寨建筑噪声污染，进一步破坏建筑声环境，影响贵州古村落的保护与发展[4]。就此，探究一种适用于贵州传统杉木结构侗寨建筑的声环境改善方案具有鲜明现实意义。

2 改善贵州传统杉木结构侗寨建筑声环境措施

考虑到贵州传统杉木结构侗寨建筑的文化特色，在建筑声环境改善中，不能引进隔声材料改变建筑外形，建议相关人员以吸声结构为切入点，改进杉木结构，增强其隔声性能。结合前人研究成果，本文提出创新杉木结构、改进现有杉木结构的改造方案，为贵州传统杉木结构侗寨建筑发展提供帮助。

2.1 吸声结构

2.1.1 共振吸声结构。在建筑声环境中，共振吸声结构是指于声源区域设置激励，使建筑墙板在声能作用下出现整体振动，进而将部分声能转变成机械能，部分声传递至墙板内部，和墙板内的空气产生摩擦，再将机械能转变成热能。由质量守恒定律可知，在声能转变为机械能继而转变为热能后，声能发生显著下降，起到减弱声音的效果。

结合目前研究成果，可用以下两类共振吸声结构[5]：①空腔共振吸声结构，设计人员可在建筑墙体的穿孔板、狭缝板等具备吸声性能的材料背面设置空气层，将其与吸声材料共同组成共振吸声结构，提升吸声材料的吸声性能；②薄板或薄膜吸声结构，设计人员在固定胶合板或石膏板等墙体板材后，在密封板后设置空气层，共同组成共振吸声结构，以封闭振动方式吸声。

2.1.2 特殊吸声结构。特殊吸声结构是指利用吸声材料或特殊结构（具备吸声功能），形成吸声结构，满足建筑声环境控制要求。就目前研究而言，特殊吸声结构包括以下三类：①空间吸声体，根据建筑结构特点，将吸声材料设计为不同几何形体，置于建筑结构内，扩大吸声材料与声波的接触，增强吸声材料的吸声效果；②强吸声结构，该吸声结构中，玻璃棉为结构内层，多用毡状材料为结构中层，塑料纱窗为结构外层，通过三者协调配合，可有效吸收空间传递的声波；③微穿孔板吸声结构，将传统板材的厚度与孔径减小，形成微穿孔板，有效吸收声波，该结构的穿孔率控制在1%～3%之间，孔径应低于3mm。

2.2 应用杉木双层墙

2.2.1 设计方案。在创新传统杉木结构时，建议相关人员应用杉木双层墙，考虑到贵州侗寨的建筑声环境特点，相关人员可改进传统双层墙的中间层做法，优化传统龙骨搭配方案，增强杉木双层墙的隔声性能，优化建筑声环境。在本文的设计中，杉木结构双层墙的内层和外层均选择杉木板，保留贵州侗寨传统建筑的特色，在双层杉木板结构的中间夹层，设置空气层用于吸声，或放置吸声材料，如玻璃棉等，打造共振吸声结构，实现增强隔声性能的目的。

2.2.2 设计要点。在杉木双层墙设计中，如果双层墙夹层的纯空气间层设置不同厚度，或在双层墙夹层中设置不同厚度的玻璃棉，共振吸声结构在共振时，形成的固有频率有所差异，影响杉木双层墙的隔声性能。同时，在杉木双层墙结构中，龙骨的规格及龙骨间的距离，会对杉木双层墙结构产生不同声桥作用，影响声波辐射效果，进而影响隔声效果。就此，杉木结构双层墙设计时，设计人员在设置空气间层的双层墙结构中，需按照如下公式计算共振形成的固有振动频率：

分析上述公式可知，在贵州传统杉木结构侗寨建筑中，和混凝土、砖砌体相比，杉木结构使用的杉木板密度更低，使得杉木双层墙结构在共振时，形成的共振频率更高。考虑到共振吸声结构受入射声波影响，易降低其隔声性能。本文在进行杉木双层墙结构设计时，在双层墙中间夹层设置空气间层的同时，根据空气间层的厚度，添加不同厚度的玻璃棉；再控制杉木双层墙的测试面密度一致，对比不同中间夹层设计方案的隔声量，选出最优中间夹层方案。在明确杉木双层墙中间夹层结构的同时，调整龙骨的规格尺寸和间距，完成杉木双层墙的设计。在上述过程中，隔声量的准确测定，是评估杉木双层墙隔声性能的关键。

2.2.3 仿真模拟分析

可将杉木双层墙结构的隔声性能视为杉木双层墙结构隔绝外部传入声音的能力，建造小型隔墙模拟真实环境，开展仿真模拟分析，检验杉木双层墙是否具备隔声性能，满足优化贵州侗寨建筑声环境的要求。在实际仿真模拟分析中，以噪声发生器作为噪声来源，通过传声器传递噪声，由声级记录仪记录杉木双层墙结构传递的声音，以此计算杉木双层墙结构的隔声量，最后选择较优的墙体各项参数。

2.3 改造杉木单层墙

2.3.1 设计方案。在贵州传统杉木结构侗寨建筑声环境改善后，为保护侗寨建筑的文化特征，相关人员可在保留原本杉木结构外形的基础上，在杉木结构中增设吸声体，提升单层杉木板的吸声性能，为贵州侗寨居民提供舒适生活环境。本文结合贵州传统杉木结构侗寨建筑实际状况，对杉木单层墙进行改造，制定两类改造方案。方案一：在杉木单层墙体的内墙设置杉木基薄板吸声结构；方案二：设置杉木基穿孔板结构。

2.3.2 设计要点。在杉木单层墙改造中，方案一设置杉木基薄板作为吸声体，属于特殊吸声结构；方案二以杉木基穿孔板结构吸声，属于共振吸声结构。基于上述吸声结构特点分析，在杉木单层墙改造中，两种设计方案的隔声性能均受薄板与穿孔板的弹性与弯曲波传播性能影响。可结合亥姆霍兹共振原理与弹性理论，开展杉木单层墙设计。和金属板相比，以杉木为原料，制造的薄板为木质纤维板。在降雨受潮后，杉木薄板的含水率提升，降低杉木单层墙的高频声吸声系数，影响隔声性能发挥。针对该问题，设计还可依照空腔共振理论和多孔材料吸声频响特性等相关研究理论，优化调整杉木单层墙的参数，包括薄板厚度、穿孔比率与穿孔直径、墙与板材间的空气层厚度等，尽最大限度提升杉木单层墙隔声性能。

2.3.3 仿真模拟分析。为探究最终杉木单层墙两种改造方案的隔声性能，可应用EASE和SOUNDPLAN软件分别构建两种方案对应的吸声体模型，开展真实结构仿真模拟测试，测定两种吸声体的隔声性能，比较两者的测试特性，最终择其一应用到实际结构中。