談輕質(zhì)墻體之薄板復(fù)合墻的隔音

王日恒

(廣州市輝固技術(shù)服務(wù)有限公司，廣東 廣州 511442)

大部分國家20世紀(jì)80年代及以前的建筑，隔墻大多采用粘土磚結(jié)構(gòu)。粘土磚的隔聲效果非常好，如厚度為240 mm，密度為2400 kg/m3的粘土磚，其隔聲量可以高達(dá)58 dB。但是隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，人口密度的不斷增大，土地資源變得愈發(fā)珍貴?，F(xiàn)在的建筑已禁止使用粘土磚，一方面是因?yàn)橹谱髡惩链u會(huì)破壞土地資源，另一方面，隨著建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展，在民用建筑及多層、高層工業(yè)建筑中，普遍采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)，使大量的輕質(zhì)墻體材料應(yīng)用于建筑的圍護(hù)墻和隔墻結(jié)構(gòu)。輕質(zhì)墻體材料的應(yīng)用，不但減輕了結(jié)構(gòu)荷載，節(jié)省了鋼材、水泥，降低了工程造價(jià)，且加快了施工進(jìn)度。所謂輕質(zhì)墻體，是相對于容重大、面密度大的重墻而言。輕質(zhì)墻體按材料大致可分為4類，即微孔塊狀材料輕墻、大孔塊狀材料輕墻、薄板板狀材料輕墻、輕薄簾幕材料輕墻。本文主要講述薄板板狀材料。

1 薄板復(fù)合墻

薄板材料構(gòu)筑的輕墻，指的是用輕薄的板構(gòu)成的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，實(shí)際上輕薄板本身的容重并不一定很低，只不過它們在使用中都是以很薄的薄板出現(xiàn)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，故其面密度比較輕。薄板因?yàn)楹鼙。猿２划?dāng)作單板，而是做成薄板復(fù)合墻。

薄板復(fù)合墻是在施工現(xiàn)場將薄板固定在龍骨的兩側(cè)而構(gòu)成的輕質(zhì)墻體，又或是使用機(jī)器將其壓成兩面薄板中間夾棉或其他材料的一體板材組成的復(fù)合墻。組成復(fù)合墻面層板的薄板厚度一般為零點(diǎn)幾毫米到一二厘米不等，墻龍骨之間填充巖棉或玻璃棉。薄板板材種類很多，有薄鋼材、彩色鋼板、鍍鋅薄鋼板、不銹鋼板、塑料板、玻璃板、硅酸鈣板、密度板、木膠合板、石膏板、紙面石膏板等等。其連接龍骨有輕鋼龍骨、薄壁形龍骨、木龍骨、石膏龍骨等等。薄板本身隔聲量并不高，例如1.2 cm+1.2 cm厚雙層石膏板單墻的平均隔聲量僅約為29 dB，而分成1.2 cm兩面單板中空用7.5 cm系列輕鋼龍骨連接，隔聲量可增高到35 dB。增加薄板層數(shù)，墻的隔聲量可大于50 dB。

2 薄板復(fù)合板隔聲性能分析

2.1 隔聲質(zhì)量定律

對空氣聲的隔聲理論，長期以來一直遵循質(zhì)量定律，簡單來說就是構(gòu)建面密度增加一倍或頻率增加一倍，即提高一個(gè)倍頻程，隔聲量就會(huì)相應(yīng)增加6 dB。因此，重墻比輕墻隔聲好，高頻比低頻隔聲好。

無論從其對結(jié)構(gòu)的荷載或是經(jīng)濟(jì)上考慮，不可能單靠提高板材的容重來增加隔聲效果，而應(yīng)該選用雙層或多層復(fù)合構(gòu)造。

2.2 提高雙層或多層復(fù)合墻板隔聲性能的方法

2.2.1 使用板材

盡量使用面密度大的板材做面板，以提高隔聲量。如兩面為1.0 mm厚的鋼板，中空填充80 mm厚的玻璃棉，計(jì)權(quán)隔聲量為51 dB;而兩面的鋼板增加到1.5 mm厚，計(jì)權(quán)隔聲量則可以達(dá)到54 dB。

2.2.2 設(shè)置空氣層

在兩層墻之間留置一定的空氣層間隙，則入射聲能經(jīng)由第一層穿透后，必須經(jīng)過空氣層的傳遞再傳到第二層墻，這時(shí)空氣層起著彈性層的作用，從而消耗聲能。同時(shí)聲波依次透過截然不同的媒質(zhì)表面時(shí)，就要產(chǎn)生反射，聲波多次的反射也能使聲能逐漸衰減。實(shí)踐證明，中間夾有一定厚度空氣層的雙層結(jié)構(gòu)，要比沒有空氣層的單層結(jié)構(gòu)隔聲量大得多。例如，3 mm厚的鋼板隔聲量只有33 dB，而1.5 mm+1.5 mm 兩片，中空8 cm，隔聲量可達(dá)46 dB。理論上，同樣結(jié)構(gòu)的隔聲板，空氣層距離大的隔聲量較高，并應(yīng)存在一個(gè)最佳空氣層厚度。如圖1所示，25 mm雙層墻板的計(jì)權(quán)隔聲量為32 dB，30 mm板的隔聲量為36 dB，50 mm板的隔聲量為35 dB。

2.2.3 應(yīng)用吸聲材料

一般地說，空氣層內(nèi)填充吸聲材料，隔聲量可提高5 dB～8 dB。輕質(zhì)復(fù)合墻空氣層中放置吸聲材料比在重質(zhì)的雙層墻中放置吸聲材料，效果更為顯著。如圖2所示，結(jié)構(gòu)1為25 mm厚的薄板復(fù)合板+25 mm空氣層+25 mm厚的薄板復(fù)合板，隔聲量為49 dB;而結(jié)構(gòu)2與結(jié)構(gòu)1的區(qū)別是，將結(jié)構(gòu)1中的25 mm空氣層填滿密度為80 kg/m3的巖棉，隔聲量卻達(dá)到54 dB，提高了5 dB。

2.2.4 應(yīng)注意聲橋的產(chǎn)生

雙層墻的空氣層之間應(yīng)盡量避免固體的剛性連接——聲橋，因?yàn)槿粲新晿虼嬖?，將?huì)破壞空氣層的彈性層作用，導(dǎo)致隔聲量下降。

同樣的復(fù)合板，同厚的空氣層，而用不同龍骨連接，對隔聲量值有一定的影響，鋼龍骨比木龍骨的聲橋作用小，因而可提高隔聲量3 dB～4 dB。無論用何種龍骨，若在龍骨與薄板間墊以柔性材料，可減弱聲橋的影響。

2.2.5 應(yīng)避免吻合效應(yīng)

當(dāng)入射聲波以θ角向墻面入射時(shí)，板在聲波作用下產(chǎn)生沿板面?zhèn)鞑サ膹澢?。如果板在斜入射聲波激發(fā)下產(chǎn)生的受迫彎曲波的傳播速度與板固有的自由彎曲波傳播速度相等時(shí)，則稱為發(fā)生了“吻合”。這時(shí)墻體的彎曲振動(dòng)達(dá)到了極大值，墻體的隔聲量將大大降低，把這種因聲波入射角度造成的聲波作用與隔墻中彎曲波傳播速度相吻合而使隔聲量降低的現(xiàn)象稱為“吻合效應(yīng)”。因而，在薄板構(gòu)件設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量減少吻合效應(yīng)帶來的隔聲損失。

出現(xiàn)吻合效應(yīng)的最低頻率(即當(dāng)θ=π/2時(shí)，聲波掠入射時(shí))稱為臨界頻率，可由下式計(jì)算:

其中，c為聲速，m/s;M為板的面密度，kg/m2;B為板的勁度;E為彈性模量，N/m2;ρ為板的密度，kg/m3。

如圖1中板的隔聲量在頻率3150 Hz時(shí)出現(xiàn)了低谷，影響了整個(gè)板的隔聲量。那么如何避免或改善這種吻合效應(yīng)。

首先，吻合效應(yīng)的范圍是較寬的，約占3個(gè)倍頻程。要減少吻合效應(yīng)的影響除加大板的阻尼外，在臨界頻率落于中高頻時(shí)，可采用減小板的厚度和勁度B，使板的臨界頻率移到不重要的甚高頻上。其次，對于雙層薄板復(fù)合墻，選用兩種不同材質(zhì)或不同厚度的板材作為面板，可防止兩板同時(shí)發(fā)生吻合現(xiàn)象，預(yù)防吻合效應(yīng)隔聲低谷加深，相互錯(cuò)開吻合谷，從而改善墻體的隔聲性能。最后，在雙層薄板間填充吸聲棉，同樣起到減弱吻合效應(yīng)影響，從而改善墻體隔聲性能的作用。

3 評價(jià)薄板復(fù)合墻隔聲效果的方法

雖然構(gòu)件的隔聲性能可以通過理論分析和理論公式計(jì)算求得，但由于在分析推導(dǎo)中做了許多的假設(shè)，所以計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有一定的差異。要想獲得構(gòu)件的真實(shí)隔聲性能，還得靠對實(shí)際構(gòu)件進(jìn)行測試。另外，在不同的場合或采用不同的測試方法，所得的隔聲效果也會(huì)不同。只有在符合測試標(biāo)準(zhǔn)要求的實(shí)驗(yàn)室中按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測試才能確定材料和構(gòu)件的隔聲性能。

目前，使用最多的方法是混響室法測定隔聲量。常用的最新現(xiàn)行測試標(biāo)準(zhǔn)有 ISO 101401 ～5∶2010，ASTM E90-09，GB/T 19889-3∶2005等。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)測試所得的數(shù)據(jù)為測試頻率1/3倍頻程或倍頻程下對應(yīng)的薄板復(fù)合墻的隔聲量。為了方便構(gòu)件間隔聲量易于比較，對每個(gè)構(gòu)件簡潔地以一個(gè)值表示其隔聲性能，稱為計(jì)權(quán)隔聲量。根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)ISO 717-1，ASTM E413或GB/T 50121中的方法，將測試所獲得的16個(gè)中心頻率的隔聲量，繪制成一條曲線，與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較所得。

但是，實(shí)驗(yàn)室測試是比較理想的狀態(tài)下的測量，而在現(xiàn)場安裝中，情形就復(fù)雜得多。如板墻需要鉆孔安裝燈具、插座，安裝管線等開孔開槽措施不當(dāng)，會(huì)對墻面造成影響，而又不注意修補(bǔ)，則對隔聲量造成影響。一個(gè)孔的出現(xiàn)會(huì)使隔聲量降低9 dB以上。因此，要想得到這些板墻實(shí)際安裝后的效果就得進(jìn)行現(xiàn)場測試。兩房間空氣聲隔聲現(xiàn)場測試的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有ISO 140-4∶1998，ASTM E336-2011，GB/T 19889-4∶2005 等。

4 結(jié)語

隨著輕質(zhì)隔墻的廣泛使用，其隔聲要求也越發(fā)被重視。改善薄板復(fù)合墻的隔聲量可以采取以下的對策:1)使用復(fù)合結(jié)構(gòu)，在造價(jià)允許的前提下盡量使用面密度大的板材作為面板;2)在雙層板間的空氣層中填充吸聲材料;3)避免聲橋的產(chǎn)生;4)雙層墻兩面墻板使用不同材質(zhì)或厚度的板材降低吻合效應(yīng)的影響;5)加強(qiáng)現(xiàn)場施工影響，提高工程質(zhì)量保證墻體的隔聲性能。

[1]康玉成.建筑隔聲設(shè)計(jì)——空氣聲隔聲技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]馬大猷，孫家麒，程明昆，等.噪聲與振動(dòng)控制工程手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.