高架復(fù)合道路周邊既有住宅建筑降噪隔聲改造設(shè)計及應(yīng)用研究

陸玨，陳洋，謝薿

?

高架復(fù)合道路周邊既有住宅建筑降噪隔聲改造設(shè)計及應(yīng)用研究

陸玨，陳洋，謝薿

(上海市房地產(chǎn)科學(xué)研究院，上海 200031)

針對高架復(fù)合道路周邊既有住宅建筑及其聲環(huán)境的特點，結(jié)合既有住宅室內(nèi)聲環(huán)境及建筑安全性等要求，以實際工程案例為示范工程，總結(jié)高架復(fù)合道路周邊既有住宅建筑降噪隔聲改造的關(guān)鍵技術(shù)?；诂F(xiàn)場噪聲監(jiān)測及門窗隔聲性能試驗的結(jié)果，給出門窗進行選型表及陽臺加固方法，對小區(qū)環(huán)境提出綜合改善措施。經(jīng)噪聲實測分析表明，改造后住宅室內(nèi)聲環(huán)境已經(jīng)達標(biāo)，居民的居住舒適度得到提高，對今后既有住宅建筑降噪隔聲改造提供技術(shù)支撐。

高架復(fù)合道路；既有住宅；聲環(huán)境；隔聲改造；后評估

0 引言

我國城市交通近年來發(fā)展迅速，隨著車流量的不斷增加，為緩解交通壓力，在城市中心區(qū)域建設(shè)高架復(fù)合道路成為了諸多城市的選擇。高架復(fù)合道路是由上層高架道路與下層地面道路共同組成的立體交通道路系統(tǒng)，它一方面增加了交通流量，提高了通行速度，有效緩解了交通堵塞；另一方面，由于車流量急劇增加、車速加快(設(shè)計車速通常不低于60 km·h-1)，使得道路空間水平聲場和垂直聲場的聲壓級比普通道路要高，再加上中心城區(qū)道路兩側(cè)建筑林立，噪聲敏感點眾多，由此造成的噪聲污染問題十分突出。

對高架復(fù)合道路的噪聲治理，除了主動控制方法，還應(yīng)考慮針對敏感建筑物的被動防護措施，即通過對建筑進行隔聲降噪改造，使其室內(nèi)符合聲環(huán)境的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。目前在被動防護方面的研究成果較少，且由于建設(shè)周期長，改造費用高，居民協(xié)調(diào)難度大，因此實際案例較少。針對高架復(fù)合道路的噪聲特點，選擇具有針對性、經(jīng)濟性的隔聲改造技術(shù)，是急需解決的問題之一。

1 高架復(fù)合道路周邊既有住宅及其聲環(huán)境特征分析

1.1 高架復(fù)合道路周邊敏感住宅分析

1994年年底，上海市第一條內(nèi)環(huán)高架建成通車，之后貫穿市區(qū)的南北高架和延安路高架相繼通車，形成了上海市“申”字形的高架道路格局。2000年，上海第一條高架軌道交通線路—輕軌明珠線的建成通車，提高了土地和城市的空間利用效率，加快了上海立體化的交通組織建設(shè)。城市不斷發(fā)展，道路建設(shè)不斷完善，2014年上海市道路總長17 797 km，其中，公路長12 945 km，高速公路長825 km[2]。隨著道路建設(shè)量加大，建設(shè)速度加快，高架道路周圍受噪聲污染嚴重的住宅區(qū)域面積逐漸變大。

以上海市中心城區(qū)高架復(fù)合道路周圍住宅為例，目前受交通噪聲影響的住宅主要以高層塔樓、高層板樓及多層板樓為主。其中，在敏感區(qū)域，如醫(yī)院、學(xué)校、住區(qū)等附近，高架道路都設(shè)置了聲屏障，已經(jīng)考慮到噪聲污染問題。但那些在高架道路建設(shè)初期就已經(jīng)建設(shè)完工的多層單元式板樓，由于建設(shè)年代久，未考慮隔聲問題，住宅損壞嚴重，聲屏障對其的保護作用較弱，所以成為高架復(fù)合道路周圍需重點考慮的降噪隔聲改造對象。

1.2 高架復(fù)合道路周邊聲環(huán)境特征分析

高架復(fù)合道路的車流量通常遠大于普通地面道路，且由于道路結(jié)構(gòu)的原因，下層道路的噪聲經(jīng)上層以及路面建筑的多次反射，傳播情況較為復(fù)雜，上層道路的行車速度較快，噪聲級也較高，兩層路面的交通噪聲的疊加影響使得噪聲污染比一般道路更為嚴重[3]。經(jīng)調(diào)查，高架復(fù)合道路具有以下特點：(1) 高架復(fù)合道路由上層高架道路與下層地面道路組成，高架道路下兩側(cè)均有12～18 m寬的輔路，供公共汽車和轉(zhuǎn)彎機動車行駛；(2) 高架復(fù)合道路的車流量明顯高于一般道路，且車型以中小型車為主；(3) 高架復(fù)合道路沿線兩側(cè)建筑物密度大、樓層高，人口分布密度也較大[4]。(4) 由于高架道路具有較大的振動，會產(chǎn)生噪聲疊加，因此，高架路段交通噪聲高于同等類型地面道路。有研究者對高架路段與相應(yīng)地面路段分別進行交通噪聲測量，結(jié)果表明，高架路段交通噪聲高出同等類型地面道路交通噪聲2.5 dB(A)左右[5]。

研究表明，在對高架復(fù)合道路周邊住宅設(shè)置聲屏障后，高度3 m左右、單邊的聲屏障對于9層以下的住宅有一定的降噪效果，對10層以上的住宅效果不明顯。聲屏障的降噪效果是由地面道路噪聲值和聲屏障的高度共同決定的。由于地面道路的噪聲會掩蓋聲屏障的降噪效果，因此，在高架復(fù)合道路上層設(shè)置聲屏障，對低層和高層住宅的降噪效果都不理想[6]。

對監(jiān)測結(jié)果進行分析，可知：

(1) 各樓層室外晝間等效聲級均能達到4a類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)要求，夜間等效聲級各層均超標(biāo)。(監(jiān)測區(qū)域按聲環(huán)境功能區(qū)類別應(yīng)為4a類，據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-2008)[7]中4a類聲功能區(qū)噪聲限值規(guī)定：晝間等效聲級≤70 dB(A)，夜間等效聲級≤55 dB(A))。

圖1 上海某高架復(fù)合道路附近既有住宅樓噪聲監(jiān)測環(huán)境及儀器布置圖

圖2 上海某高架復(fù)合道路附近既有住宅樓噪聲監(jiān)測頻譜圖

表1 上海某高架復(fù)合道路附近既有住宅樓噪聲監(jiān)測小時等效連續(xù)A聲級Leq(dB)

注：表中數(shù)據(jù)是改造后住宅朝南室外測試結(jié)果

(2) 高架復(fù)合道路周邊噪聲以中低頻為主，頻率大于1 000 Hz后，噪聲急劇減?。辉?25～1 000 Hz頻段，噪聲值基本相同；最大噪聲值出現(xiàn)在16～125 Hz頻段。

(3) 不同建筑高度噪聲值變化較小，且頻譜變化規(guī)律基本一致。原因分析：監(jiān)測住宅樓臨近匝道、跨線橋和高架橋，各樓層位置均受噪聲源影響。

2 隔聲改造措施

既有住宅建筑隔聲的改造應(yīng)重點聚焦于建筑墻體、門窗、陽臺的降噪改造。本文以實際降噪隔聲改造工程為例，總結(jié)門、窗、陽臺、小區(qū)綜合環(huán)境的降噪隔聲改造措施。

2.1 工程概況

示范工程位于上海某高架復(fù)合道路周邊，重點改造對象為靠近高架路的第一排居民住宅樓。該批住宅樓建造于1980～1990年間，共涉及房屋7幢，其中，6幢為6層建筑、1幢為5層建筑，房型共7種，總建筑面積近1.7萬m2。改造前，入戶門多為夾板滿固門，窗戶多為單層玻璃鋼窗，小區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量較差，其中室外噪聲晝間為67～77 dB(A)，夜間為64～72 dB(A)，不滿足規(guī)范要求。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范分析

對于構(gòu)件，據(jù)研究既有住宅建筑隔聲薄弱環(huán)節(jié)主要為外立面門窗。經(jīng)對比，上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(DGJ08-20-2013、J10090-2013)[8]對構(gòu)件隔聲性能的要求較《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》(GB50118-2010)[9]更嚴格?？紤]隔聲改造多針對入戶門、外窗、外墻等構(gòu)件實施改造，因此既有住宅降噪隔聲改造選用隔聲構(gòu)件的隔聲性能要求可參照表2。

表2 既有住宅建筑降噪隔聲改造構(gòu)件隔聲性能要求(dB)

2.3 隔聲門窗設(shè)計及選型

住宅建筑的隔聲應(yīng)遵守“等傳聲”原則，一般墻體的隔聲量較高，而門窗是隔聲的薄弱環(huán)節(jié)。參照《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》(GB50118-2010)[7]及表2，計算各部位門窗所需隔聲量。

在隔聲窗的研究中，通過影響隔聲性能的典型參數(shù)的選取(包括玻璃形式與規(guī)格、窗框型材、開啟方式與密封形式、雙層窗間距等)，定制30樘單層隔聲窗和27樘雙層隔聲窗，通過實驗數(shù)據(jù)分析各參數(shù)對隔聲性能的影響規(guī)律。表3、表4列舉了有代表性的七樘和五樘實驗數(shù)據(jù)結(jié)果。

由表3及表4的結(jié)果可見：①玻璃形式方面：真空玻璃、夾膠中空玻璃隔聲性能最好；②窗框型材方面：塑鋼和斷橋鋁型材顯著好于普通鋁合金，窗框型材厚度增大可有效提升隔聲性能；③開啟方式方面：平開優(yōu)于推拉，尤其在中高頻段受吻合效應(yīng)影響的嚴重程度方面；④密封條方面：包覆式密封條可有效提升隔聲效果；⑤雙層窗間距方面：間距大于90 mm時，計權(quán)隔聲量基本相近，隔聲性能優(yōu)于間距為80 mm的雙層窗。

本次擬改造房屋原外窗多為鋼窗，由于使用年限較長，已出現(xiàn)老化、銹蝕等情況，不符合隔聲降噪標(biāo)準(zhǔn)要求。且環(huán)境噪聲對建筑迎聲面與背聲面影響差異較大。從數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場踏勘情況來看，住宅樓東面為迎聲面，噪聲影響較大；居民樓西面為背聲面，噪聲影響較小。因此窗戶的改造方案如表5所示。

表3 部分單層隔聲窗參數(shù)設(shè)計及試驗結(jié)果

注：A代表中空，pvb代表夾層，v代表真空

表4 部分雙層隔聲窗設(shè)計及試驗結(jié)果

表5 上海某高架復(fù)合道路附近既有住宅樓隔聲窗方案匯總表

隔聲門設(shè)計時重點考慮門扇重量、厚度、內(nèi)填充物與門框間密封等[10]。原入戶門形式各異，有木門加鐵門形式、防盜門等，均不符合此次隔聲降噪標(biāo)準(zhǔn)要求。擬將其改為密封性能較好的鋼質(zhì)隔聲防盜門(有門檻)。隔聲門窗改造匯總表詳見表5。

2.4 陽臺加固設(shè)計

由于需要考慮隔聲窗所帶來的增加荷載對原有結(jié)構(gòu)的影響，因此需計算判斷是否對陽臺實施加固，以確保安全性。

示范工程的陽臺為板式陽臺，樓板厚度80～120 mm，欄板厚度60～80 mm。針對其特點，提出改造方案：①對需安裝雙排窗的南面陽臺實施加固處理，具體措施為新增構(gòu)造柱及薄腹梁加固，以滿足安裝雙排窗的承載力；陽臺欄板板厚改為140 mm厚的鋼筋混凝土墻；②安裝單排窗的西面陽臺，僅以修繕為主，具體措施為保留原陽臺欄板，外刷水泥砂漿面層。

2.5 小區(qū)綜合環(huán)境設(shè)計

小區(qū)總體整治主要包括：公共綠化補充、公共道路修復(fù)、附屬設(shè)施修繕等，主要包括：重新布置外墻PVC雨水管；外墻空調(diào)滴水管進行調(diào)整，重新布置。建筑單體包括公共部位和門窗修繕、外立面修繕。

3 隔聲改造效果分析

3.1 改造成效分析

由于長期以來受到汽車及路面噪聲的困擾，改造前，住宅室外聲環(huán)境不滿足規(guī)范要求。為對比改造前后的隔聲降噪效果，選取改造之前進行噪聲監(jiān)測的3個測點在改造后亦開展室內(nèi)外噪聲監(jiān)測，即測點位置在離高架復(fù)合道路最近的一排建筑，分別位于2層、4層和6層(頂層)的房間室外，室內(nèi)測點均置于迎聲面(朝東)臥室室內(nèi)，并在關(guān)閉門窗條件下測試，結(jié)果如表6所示。改造后聲環(huán)境及小區(qū)整體環(huán)境均有較大改善，改造前后窗戶及外立面對比分別如圖3、4所示。

表6 改造前后各測點晝夜間平均LAeq結(jié)果比較(dB)

分析表6結(jié)果可知，改造前的門、窗、墻等構(gòu)件以及室內(nèi)現(xiàn)有布置情況下，隔聲效果不理想，室內(nèi)噪聲超標(biāo)。晝間噪聲級在51.2～52.2 dB，夜間噪聲級在42.7～44.8 dB。

圖3 改造前后窗戶對比

改造后房間降噪效果大大增強，室內(nèi)外聲級差在28.3～38.6 dB之間，比改造前的室內(nèi)外聲級差提高了5.4～13.7 dB；改造后測試室內(nèi)噪聲，晝間為32.9～39.1 dB，夜間為25.0～34.3 dB，均低于國家規(guī)范規(guī)定的室內(nèi)晝間噪聲＜45 dB(A)、夜間噪聲＜37 dB(A)的限值要求，聲環(huán)境全面達標(biāo)，居民的居住舒適度得到一定程度的提升。

4 結(jié)語

隨著城市建設(shè)的快速推進，由地面道路、高架道路等組成的高架復(fù)合道路交通系統(tǒng)引起的噪聲污染問題日益嚴峻，周邊既有住宅的隔聲降噪改造工作亟待深入研究和推進。當(dāng)高架復(fù)合道路周邊既有住宅室內(nèi)噪聲不滿足規(guī)范規(guī)定的限值要求，且難以改善環(huán)境噪聲的情況下，應(yīng)從建筑降噪隔聲改造的噪聲被動控制角度出發(fā)，采取經(jīng)濟、適用的隔聲降噪改造方法。

本文針對高架復(fù)合道路周邊聲環(huán)境特征，以及住宅建筑特點，給出經(jīng)濟、適用的隔聲降噪改造措施，并以實際工程為例，提出門窗設(shè)計及選型、陽臺加固、小區(qū)綜合環(huán)境治理等方案，通過降噪隔聲改造，聲環(huán)境得以改善并滿足規(guī)范要求，同時提升了小區(qū)的綜合品質(zhì)。本文所提出的隔聲改造方案達到了改善居民生活質(zhì)量以及技術(shù)經(jīng)濟合理的目標(biāo)，可為高架復(fù)合道路周邊既有住宅降噪隔聲改造提供技術(shù)參考。

[1] 陸玨. 既有住宅建筑隔聲窗研究[J]. 噪聲與振動控制, 2018, 38(Z1): 315-318.

LU Jue. Research of noise control technology application for the existing residential buildings[J]. Noise and Vibration Control, 2018, 38(Z1): 315-318.

[2] 上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通發(fā)展研究院. 2015年上海市綜合交通年度報告(摘要)[J]. 交通與運輸, 2015, 6(1): 7-11.

2015 annual report on comprehensive transport of Shanghai (Abstract)[J]. Transportation, 2015, 6(1): 7-11.

[3] 童美萍. 城市高架復(fù)合道路交通噪聲分布及對附近人群的煩惱度影響研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2002.

TONG Meiping. Study on the traffic noise distribution of urban elevated road and the influence on the people annoyance nearby[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2002.

[4] 馬春燕. 城市道路交通噪聲分布特性及影響研究[D]. 西安: 長安大學(xué), 2010.

MA Chunyan. Studying the distribution of traffic noise and environmental impact on urban roads[D]. Xi’an: Chang’an University, 2010.

[5] 鄭長聚. 環(huán)境工程手冊-環(huán)境噪聲控制卷[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

ZHENG Changju. Environmental engineering manual-environmental noise control[M]. Beijing: Higher Education Press, 2000.

[6] 蓋磊, 王亞平. 快速高架復(fù)合道路近場交通噪聲垂向分布[J]. 環(huán)境工程學(xué)報, 2014, 8(4): 1687-1692.

GAI Lei, WANG Yaping. Vertical sound field on traffic noise from elevated complex road[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2014, 8(4): 1687-1692.

[7] 環(huán)境保護部. GB3096-2008聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008.

Ministry of Environmental Protection. GB3096-2008 Environmental quality standards for noise[S]. Beijing: Standards Press of China, 2008.

[8] 上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會. DGJ08-20-2013、J10090-2013住宅設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S]. 上海: 同濟大學(xué)出版社, 2013.

Shanghai Housing and Urban-Rural Construction Management Committee. DGJ08-20-2013、J10090-2013 Design standard for residential buidings[S]. Shanghai: Tongji University Press, 2013.

[9] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. GB 50118-2010民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2010.

Ministry of Housing and Urban-Rural Construction of the People's Republic of China. GB 50118-2010 Specification for sound insulation design for civil buildings[S]. Beijing: Standards Press of China, 2010.

[10] 呂玉恒. 噪聲控制與建筑聲學(xué)設(shè)備和材料選用手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2011.

LYU Yuhen. Noise control and architectural acoustics equipment and material selection manual[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2011.

Design and application research of sound-insulation reconstruction for the existing residential buildings along the elevated complex road

LU Jue, CHEN Yang, XIE Ni

(Shanghai Real Estate Science Research Institute, Shanghai 200031, China)

Based on the characteristics of acoustic environment and existing residential buildings along the elevated complex road, the key techniques of sound-insulation reconstruction are analyzed, which consider the requirements of residential indoor acoustic environment and building structure safety. According to the results of field monitoring and the sound insulation performance test of the entrance doors and windows, the key steps including the selection of door and window, the structure reinforcement of balcony and the comprehensive renovation of residential environment are proposed. On the basis of the indoor noise measurement result and the Post Occupancy Evaluation (POE) after the reconstruction, the indoor noise meets the limit requirements and the comfort of living environment is greatly improved. Therefore the proposed sound-insulation reconstruction techniques can provide a reference for the similar projects.

elevated complex road; existing residential building; acoustic environment; sound-insulation reconstruction; post occupancy evaluation

TB556

A

1000-3630(2019)-03-0328-06

10.16300/j.cnki.1000-3630.2019.03.016

2018-01-14;

2018-03-20

上海市科學(xué)技術(shù)委員會基金項目(14231201100)

陸玨(1985－), 女, 江蘇海門人, 博士, 研究方向為建筑聲學(xué)、房屋安全管理。

陸玨, E-mail: lujue1985@126.com