建筑结构设计中的声学和隔音设计研究

张 会 刘宝风

京金宝声学环保顾问（北京）有限公司 北京 100102

建筑结构设计中，声学和隔音设计是一个重要的组成部分，涉及建筑物的使用功能、舒适性和安全性。声学设计主要研究建筑空间的音质问题，包括如何降低噪音、提高语音清晰度和增强音乐欣赏效果等。隔音设计则关注建筑空间内的声音传播和隔离，以满足不同功能区域的使用需求。建筑声学和隔音设计需要综合考虑建筑物的结构特点、功能需求、环境条件和材料性能等因素。因此，对建筑结构设计中的声学和隔音设计进行深入研究具有重要意义。

1 声学和隔音设计在建筑结构设计中的重要性

声学设计旨在创造出舒适、愉悦的声音环境，提高人们的生活质量；而隔音设计则关注于减少噪音污染，提高人们的睡眠质量和工作效率。

建筑物的声学环境直接影响着人们的生活质量，良好的声学设计可以提高室内的语音清晰度，降低噪音干扰，为人们提供一个舒适、愉悦的生活和工作空间。例如，在住宅设计中，声学设计可以确保家庭成员之间的正常交流，避免因噪音干扰而影响生活质量。在商业建筑设计中，声学设计有助于创造出独特的氛围，吸引顾客光顾。在剧院、音乐厅等娱乐场所，声学设计更是至关重要，它能够确保舞台表演的声音效果得到充分发挥，为观众带来愉悦的视听体验[1]。隔音设计能够有效地降低噪音污染，提高人们的生活和工作质量。例如，在住宅设计中，隔音设计可以降低外部噪音对室内生活的影响，使居民能够享受安静、舒适的居住环境。在办公建筑设计中，隔音设计能够减少噪音干扰，提高员工的办公效率。此外，在医院、学校等特殊场所，隔音设计也有助于创造安静、舒适的环境，满足人们的特定需求。

2 建筑噪音来源及结构设计中的声学和隔音设计要点

2.1 噪音来源

建筑噪音来源主要有：第一，交通噪音。这是最常见的噪音来源之一。交通噪音主要包括汽车、火车、飞机等交通工具的运行声音，以及行人走路、跑步等产生的声音。在建筑物设计中，应该尽量远离交通干线，或者采取相应的隔音措施，如设置隔音墙、窗户等[2]。第二，设备噪音。建筑物内部的设备运行也会产生噪音，如空调、电梯、发电机等。在设计中，应该选择噪音较小的设备，或者采取隔音措施，如设置隔音罩、墙壁等。第三，环境噪音。环境噪音包括自然界中的声音，如风声、雨声、鸟鸣等，以及周围建筑物、街道等产生的声音。设计中，应该合理布局建筑物，避免直面噪音源，或者采取隔音措施，如设置绿化带、围墙等。第四，人为噪音。人为噪音主要指人们在建筑物内的生活、工作、娱乐等活动中产生的声音。在设计中，应该考虑噪音的传播路径，避免噪音影响到其他区域，或者采取隔音措施，如设置隔音门、隔音窗等。

2.2 设计要点

建筑结构设计中声学设计方面，需要考虑：（1）确保室内音质。音质是建筑环境质量优劣的一个重要组成部分。在设计过程中，应充分考虑室内音质的要求，以满足不同功能区域的使用需求。（2）控制噪音传播。噪音的传播是影响建筑物声学环境的主要因素。在设计过程中，应采取有效地隔音措施，降低噪音对室内环境的影响。（3）合理布局空间。合理利用建筑空间，避免声音在空间内产生反射、折射等现象，从而降低噪音的传播和影响。（4）选用合适的材料。建筑材料的选用对室内音质和隔音效果有直接影响。应根据不同功能区域的需求，选择具有良好声学性能的材料。

而在隔音设计时，则需要考虑：（1）隔音降噪。隔音设计的首要目标是降低噪音对建筑物内部的影响。应根据建筑物的功能和使用需求，采取相应的隔音措施。（2）隔音分区。合理划分隔音区域，避免噪音在建筑物内部传播。在设计过程中，应充分考虑建筑物的空间布局和功能分区，实现隔音分区。（3）选用隔音材料。选择具有良好隔音性能的材料是实现隔音设计目标的关键。应根据建筑物的功能和使用需求，选择合适的隔音材料[3]。（4）隔音设计细节。在隔音设计过程中，应注意细节的处理，如隔音门窗、隔音墙体、隔音吊顶等，以提高隔音效果。

3 建筑结构设计中的声学和隔音设计策略

3.1 办公区隔墙设计

办公区隔墙设计中可采用双重墙体，即在两面墙体之间留有空气层，以降低声波的传播。空气层可以是空气隔层或矿棉等隔热材料隔层。研究表明，空气层厚度为100mm时，隔音效果可达到25dB；空气层厚度为200mm时，隔音效果可达到30dB。因此，在设计过程中，可以根据隔音需求选择合适的空气层厚度。以中国中化大厦项目为例，为了保证室内环境的私密性，降低外界声音的影响，办公室之间隔墙隔声量须满足52dB以上，由此办公墙体采用双层轻钢龙骨隔墙做法（内填岩棉），避免龙骨之间产生声桥效应，两龙骨之间保留15mm空隙；同时为了避免轻钢龙骨与结构楼板、墙体产生共振，在天地龙骨之间安装了5mm隔振垫，可以充分保证相邻办公间的隔声效果及私密性。

隔声材料的选择也是办公区隔墙设计的重要环节。在选择隔声材料时，需要考虑：①隔音性能。隔声材料的选择应根据隔音需求进行，例如，对于一般办公区，可以选择吸音系数较高的材料；对于对隔音要求较高的办公区，可以选择隔音系数较高的材料。②防火性能。在选择隔声材料时，需要考虑其防火性能。对于公共场所，应选择防火性能较好的材料[4]。③环保性能。在选择隔声材料时，还需要考虑其环保性能。一些隔声材料在燃烧时会产生有毒气体，对人体健康造成危害。因此，应选择环保性能较好的材料。

3.2 地面隔振地台系统设计

地面隔振地台系统通过在地面结构与上层结构之间设置一层隔振层，利用隔振层的弹性特性来衰减地面振动。当外部振动作用于地面时，隔振层发生形变，消耗振动能量，从而减小振动传递到上层结构的幅度。这种原理类似于弹簧减震器，可以有效降低噪音传播。

地面隔振地台系统主要分为以下类型：①弹性隔振地台：采用弹性材料制作，如聚氨酯泡沫、橡胶等。这类隔振地台具有较好的弹性、耐磨性和抗老化性能，适用于各种类型的建筑。②阻尼隔振地台：在弹性隔振地台的基础上，增加阻尼材料以提高隔振效果。阻尼材料能够消耗振动能量，减少振动传递，从而提高隔音效果。③空气隔振地台：利用空气层的弹性特性进行隔振。空气隔振地台具有质量轻、隔振效果好、安装方便等优点，但耐久性较差，适用于对隔音要求较高的建筑。④磁悬浮隔振地台：通过磁悬浮技术实现地面隔振。磁悬浮隔振地台具有极高的隔振效果，但结构复杂、成本高，目前主要用于对隔音要求极高的特殊场合。地面隔振地台系统的设计中，需要根据建筑的使用功能、所在地区的环境噪声标准和投资预算，选择合适的隔振材料。隔振层厚度应根据地面振动频率、隔振目标值和隔振材料的弹性模量等因素综合确定。地面隔振地台系统要求地面平整度较高，以保证隔振效果。在设计时，应充分考虑地面的平整度要求。同时，地面隔振地台系统应设置排水设施，以防积水影响隔振效果。此外，地面隔振地台系统应与其他隔音措施（如隔墙、隔窗、吸音吊顶等）相结合，以达到最佳的隔音效果。

以中国中化大厦项目为例，工程地面隔振地台系统设计中，采用了浮动基础。浮动基础/隔声天花应用技术可以通过减小振动的传播，降低设备噪音对办公区的影响，提高办公区的安静程度。通过这种设计，办公区的噪音问题得到了有效控制，为用户创造了舒适的办公环境。为提高隔振效果，地面隔振地台系统中设置了弹性隔振器[5]。弹性隔振器能够有效地减小设备和地面的振动，降低噪音的产生和传播。这种设计措施保证了办公区的安静运行，降低了噪音对工作效率的影响。

3.3 临近噪声敏感区的隔墙设计

隔音墙是指具有较高隔音性能的墙体，隔音墙的材料选择是影响隔音效果的关键因素。通常，隔音墙的材料应选择密度大、质量重的材料，如混凝土、石材等。材料的吸声性能也是需要考虑的因素，如吸声材料可以降低声波的反射和传播。隔音墙的结构设计也是影响隔音效果的重要因素。隔音墙的结构应尽量简单，避免过多的凹凸不平，以减少声波的反射和折射。隔音墙的高度和厚度也是需要考虑的因素，一般来说，隔音墙的高度越高、厚度越厚，隔音效果越好[6]。此外，隔音墙与建筑结构的连接方式也会影响隔音效果。一般来说，隔音墙应与建筑结构进行有效地隔离，以防止声波通过建筑结构传播。隔音墙与建筑结构之间的缝隙应采用隔音材料进行填充，以提高隔音效果。

以中国中化大厦项目为例，设备机房临近噪声敏感区的隔墙采用了双重墙体设计。双重墙体之间留有空气间隙，以减小噪声的传播。内外墙体均采用具有较好隔声性能的材料，如岩棉、玻璃棉等，提高隔墙的隔声效果。同时，采用了专业隔声门。专业隔声门采用了密封性能良好的设计，并结合优质隔声材料，有效隔离噪声的传播。门扇与门框之间的缝隙采用隔声胶条进行密封，进一步提高门的隔声效果。此外，为防止管道噪声的传播，设计中针对管道穿越墙体和楼板的位置，采用了隔声处理措施。主要包括在管道与墙体、楼板之间填充隔声材料，如玻璃棉、岩棉等，以及在管道穿越楼板的位置设置隔声套管，减小噪声的传播。

3.4 设备层机房的隔墙设计

设备层机房通常包含各种机械设备和电气设备，如空调、水泵、发电机等。这些设备在运行过程中会产生大量的噪声，对周围环境和建筑物内部造成影响。

为了降低噪声传播，设备层机房的隔墙设计时需要注意：①隔墙材料选择。隔墙材料的选择对隔音效果至关重要。应选择具有较高隔音性能的材料，如石膏板、岩棉板、玻璃棉板等。这些材料可以有效吸收噪声，降低噪声传播。②隔墙厚度。隔墙厚度也是影响隔音效果的重要因素。一般来说，隔墙厚度越大，隔音效果越好。但在实际设计中，还需考虑建筑物的空间限制和成本因素，因此需要在隔音效果和可行性之间寻求平衡。③隔墙结构设计。隔墙结构设计应尽量简化，避免出现缝隙、孔洞等噪声传播途径。同时，隔墙的施工工艺也要保证质量，确保隔墙的完整性。④隔墙与顶部和地面的连接。隔墙与顶部和地面的连接处容易产生噪声传播。因此，在设计时应确保隔墙与顶部和地面之间的连接紧密，采用隔音材料进行填充，以降低噪声传播。⑤设备布局。合理布局设备也是降低噪声的有效措施。应将噪声较大的设备远离生活和工作区域，尽量将噪声较小的设备放置在靠近隔墙的位置，以减轻隔墙的隔音负担。

以中国中化大厦项目为例，工程设备层机房隔墙设计中采用了针对性的隔声、消声、减振和吸声技术手段。设计中充分考虑了设备层机房的特性，实施了一系列有效的隔声措施。选择了高级隔声材料，如岩棉、玻璃棉等。这些材料具有良好的隔声性能，能有效隔离噪声的传播。在隔墙构造中，将这些材料填充在墙体内部，形成一道坚实地隔声屏障[7]。在机房内墙面采用了吸音隔墙设计，天花采用了吸音天花设计，内部填充玻璃棉、岩棉等。吸音隔墙设计结合高级隔声材料，使隔墙/天花在承受设备噪声的同时，保持较高的隔声性能。在噪声较大的机房内采用隔声天花系统，天花橡胶挂码，连接结构楼板及隔声天花龙骨，使结构和系统固定端不存在刚性连接，有效杜绝声桥的产生，使噪音不会通过刚性连接传到建筑结构；隔声吊顶内铺设50毫米厚岩棉或玻璃棉，采用双层12毫米厚石膏板封板，隔声吊顶特别适合对隔声要求非常严格的敏感区域。此外，针对管道穿越墙体的位置，采用了隔声处理措施。主要包括在管道与墙体之间填充隔声材料，如玻璃棉、岩棉等，以及在管道穿越墙体的位置设置隔声套管，减小噪声的传播。

3.5 空调、风机、电梯隔声消声处理

建筑工程中一般安装了大量的功率强大的风机、空调机组、水泵等机械设备及管道，设备运行所发出的噪声强度较高。空调机组运行时产生的噪音常常会影响到人们的休息和工作。以中国中化大厦项目为例，为了减少空调机组/风机的噪音，必须安装在外置式弹簧减振器上，并安装进出风消声器，有效地减少空调机组/风机运行时产生的噪音。裙楼屋面的风机设置专业隔声罩，可以阻挡噪音的传播，从而减少对人们的影响;为了减少电梯噪音，可对电梯曳引机进行隔振处理，减少电梯运行时产生的噪音。或是在电梯周围设置隔音墙，这样可以阻挡噪音的传播，从而减少对人们的影响。

4 结语

综上所述，随着城市化进程的加速和人口的增加，建筑物的密度和高度将不断增加，这将导致更多的噪音污染和声学问题。声学和隔音设计是建筑结构设计的重要组成部分，可以提高居住者的舒适度和听力健康。通过合理的声学设计和隔音设计，可以降低噪音污染，提高建筑物的能源效率，并创造一个舒适的居住环境。在设计过程中，需要综合考虑声学、隔音、建筑美学和功能需求，以实现最佳的声学和隔音效果。