建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的聲學(xué)和隔音設(shè)計(jì)研究

張 會(huì) 劉寶風(fēng)

京金寶聲學(xué)環(huán)保顧問（北京）有限公司 北京 100102

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，聲學(xué)和隔音設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的組成部分，涉及建筑物的使用功能、舒適性和安全性。聲學(xué)設(shè)計(jì)主要研究建筑空間的音質(zhì)問題，包括如何降低噪音、提高語音清晰度和增強(qiáng)音樂欣賞效果等。隔音設(shè)計(jì)則關(guān)注建筑空間內(nèi)的聲音傳播和隔離，以滿足不同功能區(qū)域的使用需求。建筑聲學(xué)和隔音設(shè)計(jì)需要綜合考慮建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能需求、環(huán)境條件和材料性能等因素。因此，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的聲學(xué)和隔音設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究具有重要意義。

1 聲學(xué)和隔音設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性

聲學(xué)設(shè)計(jì)旨在創(chuàng)造出舒適、愉悅的聲音環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量；而隔音設(shè)計(jì)則關(guān)注于減少噪音污染，提高人們的睡眠質(zhì)量和工作效率。

建筑物的聲學(xué)環(huán)境直接影響著人們的生活質(zhì)量，良好的聲學(xué)設(shè)計(jì)可以提高室內(nèi)的語音清晰度，降低噪音干擾，為人們提供一個(gè)舒適、愉悅的生活和工作空間。例如，在住宅設(shè)計(jì)中，聲學(xué)設(shè)計(jì)可以確保家庭成員之間的正常交流，避免因噪音干擾而影響生活質(zhì)量。在商業(yè)建筑設(shè)計(jì)中，聲學(xué)設(shè)計(jì)有助于創(chuàng)造出獨(dú)特的氛圍，吸引顧客光顧。在劇院、音樂廳等娛樂場所，聲學(xué)設(shè)計(jì)更是至關(guān)重要，它能夠確保舞臺(tái)表演的聲音效果得到充分發(fā)揮，為觀眾帶來愉悅的視聽體驗(yàn)[1]。隔音設(shè)計(jì)能夠有效地降低噪音污染，提高人們的生活和工作質(zhì)量。例如，在住宅設(shè)計(jì)中，隔音設(shè)計(jì)可以降低外部噪音對室內(nèi)生活的影響，使居民能夠享受安靜、舒適的居住環(huán)境。在辦公建筑設(shè)計(jì)中，隔音設(shè)計(jì)能夠減少噪音干擾，提高員工的辦公效率。此外，在醫(yī)院、學(xué)校等特殊場所，隔音設(shè)計(jì)也有助于創(chuàng)造安靜、舒適的環(huán)境，滿足人們的特定需求。

2 建筑噪音來源及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的聲學(xué)和隔音設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 噪音來源

建筑噪音來源主要有：第一，交通噪音。這是最常見的噪音來源之一。交通噪音主要包括汽車、火車、飛機(jī)等交通工具的運(yùn)行聲音，以及行人走路、跑步等產(chǎn)生的聲音。在建筑物設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離交通干線，或者采取相應(yīng)的隔音措施，如設(shè)置隔音墻、窗戶等[2]。第二，設(shè)備噪音。建筑物內(nèi)部的設(shè)備運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生噪音，如空調(diào)、電梯、發(fā)電機(jī)等。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該選擇噪音較小的設(shè)備，或者采取隔音措施，如設(shè)置隔音罩、墻壁等。第三，環(huán)境噪音。環(huán)境噪音包括自然界中的聲音，如風(fēng)聲、雨聲、鳥鳴等，以及周圍建筑物、街道等產(chǎn)生的聲音。設(shè)計(jì)中，應(yīng)該合理布局建筑物，避免直面噪音源，或者采取隔音措施，如設(shè)置綠化帶、圍墻等。第四，人為噪音。人為噪音主要指人們在建筑物內(nèi)的生活、工作、娛樂等活動(dòng)中產(chǎn)生的聲音。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮噪音的傳播路徑，避免噪音影響到其他區(qū)域，或者采取隔音措施，如設(shè)置隔音門、隔音窗等。

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中聲學(xué)設(shè)計(jì)方面，需要考慮：（1）確保室內(nèi)音質(zhì)。音質(zhì)是建筑環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣的一個(gè)重要組成部分。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮室內(nèi)音質(zhì)的要求，以滿足不同功能區(qū)域的使用需求。（2）控制噪音傳播。噪音的傳播是影響建筑物聲學(xué)環(huán)境的主要因素。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)采取有效地隔音措施，降低噪音對室內(nèi)環(huán)境的影響。（3）合理布局空間。合理利用建筑空間，避免聲音在空間內(nèi)產(chǎn)生反射、折射等現(xiàn)象，從而降低噪音的傳播和影響。（4）選用合適的材料。建筑材料的選用對室內(nèi)音質(zhì)和隔音效果有直接影響。應(yīng)根據(jù)不同功能區(qū)域的需求，選擇具有良好聲學(xué)性能的材料。

而在隔音設(shè)計(jì)時(shí)，則需要考慮：（1）隔音降噪。隔音設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是降低噪音對建筑物內(nèi)部的影響。應(yīng)根據(jù)建筑物的功能和使用需求，采取相應(yīng)的隔音措施。（2）隔音分區(qū)。合理劃分隔音區(qū)域，避免噪音在建筑物內(nèi)部傳播。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮建筑物的空間布局和功能分區(qū)，實(shí)現(xiàn)隔音分區(qū)。（3）選用隔音材料。選擇具有良好隔音性能的材料是實(shí)現(xiàn)隔音設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵。應(yīng)根據(jù)建筑物的功能和使用需求，選擇合適的隔音材料[3]。（4）隔音設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。在隔音設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意細(xì)節(jié)的處理，如隔音門窗、隔音墻體、隔音吊頂?shù)龋蕴岣吒粢粜Ч?/p>

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的聲學(xué)和隔音設(shè)計(jì)策略

3.1 辦公區(qū)隔墻設(shè)計(jì)

辦公區(qū)隔墻設(shè)計(jì)中可采用雙重墻體，即在兩面墻體之間留有空氣層，以降低聲波的傳播?？諝鈱涌梢允强諝飧魧踊虻V棉等隔熱材料隔層。研究表明，空氣層厚度為100mm時(shí)，隔音效果可達(dá)到25dB；空氣層厚度為200mm時(shí)，隔音效果可達(dá)到30dB。因此，在設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)隔音需求選擇合適的空氣層厚度。以中國中化大廈項(xiàng)目為例，為了保證室內(nèi)環(huán)境的私密性，降低外界聲音的影響，辦公室之間隔墻隔聲量須滿足52dB以上，由此辦公墻體采用雙層輕鋼龍骨隔墻做法（內(nèi)填巖棉），避免龍骨之間產(chǎn)生聲橋效應(yīng)，兩龍骨之間保留15mm空隙；同時(shí)為了避免輕鋼龍骨與結(jié)構(gòu)樓板、墻體產(chǎn)生共振，在天地龍骨之間安裝了5mm隔振墊，可以充分保證相鄰辦公間的隔聲效果及私密性。

隔聲材料的選擇也是辦公區(qū)隔墻設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。在選擇隔聲材料時(shí)，需要考慮：①隔音性能。隔聲材料的選擇應(yīng)根據(jù)隔音需求進(jìn)行，例如，對于一般辦公區(qū)，可以選擇吸音系數(shù)較高的材料；對于對隔音要求較高的辦公區(qū)，可以選擇隔音系數(shù)較高的材料。②防火性能。在選擇隔聲材料時(shí)，需要考慮其防火性能。對于公共場所，應(yīng)選擇防火性能較好的材料[4]。③環(huán)保性能。在選擇隔聲材料時(shí)，還需要考慮其環(huán)保性能。一些隔聲材料在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，對人體健康造成危害。因此，應(yīng)選擇環(huán)保性能較好的材料。

3.2 地面隔振地臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地面隔振地臺(tái)系統(tǒng)通過在地面結(jié)構(gòu)與上層結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一層隔振層，利用隔振層的彈性特性來衰減地面振動(dòng)。當(dāng)外部振動(dòng)作用于地面時(shí)，隔振層發(fā)生形變，消耗振動(dòng)能量，從而減小振動(dòng)傳遞到上層結(jié)構(gòu)的幅度。這種原理類似于彈簧減震器，可以有效降低噪音傳播。

地面隔振地臺(tái)系統(tǒng)主要分為以下類型：①彈性隔振地臺(tái)：采用彈性材料制作，如聚氨酯泡沫、橡膠等。這類隔振地臺(tái)具有較好的彈性、耐磨性和抗老化性能，適用于各種類型的建筑。②阻尼隔振地臺(tái)：在彈性隔振地臺(tái)的基礎(chǔ)上，增加阻尼材料以提高隔振效果。阻尼材料能夠消耗振動(dòng)能量，減少振動(dòng)傳遞，從而提高隔音效果。③空氣隔振地臺(tái)：利用空氣層的彈性特性進(jìn)行隔振?？諝飧粽竦嘏_(tái)具有質(zhì)量輕、隔振效果好、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但耐久性較差，適用于對隔音要求較高的建筑。④磁懸浮隔振地臺(tái)：通過磁懸浮技術(shù)實(shí)現(xiàn)地面隔振。磁懸浮隔振地臺(tái)具有極高的隔振效果，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，目前主要用于對隔音要求極高的特殊場合。地面隔振地臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)建筑的使用功能、所在地區(qū)的環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)和投資預(yù)算，選擇合適的隔振材料。隔振層厚度應(yīng)根據(jù)地面振動(dòng)頻率、隔振目標(biāo)值和隔振材料的彈性模量等因素綜合確定。地面隔振地臺(tái)系統(tǒng)要求地面平整度較高，以保證隔振效果。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮地面的平整度要求。同時(shí)，地面隔振地臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施，以防積水影響隔振效果。此外，地面隔振地臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)與其他隔音措施（如隔墻、隔窗、吸音吊頂?shù)龋┫嘟Y(jié)合，以達(dá)到最佳的隔音效果。

以中國中化大廈項(xiàng)目為例，工程地面隔振地臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了浮動(dòng)基礎(chǔ)。浮動(dòng)基礎(chǔ)/隔聲天花應(yīng)用技術(shù)可以通過減小振動(dòng)的傳播，降低設(shè)備噪音對辦公區(qū)的影響，提高辦公區(qū)的安靜程度。通過這種設(shè)計(jì)，辦公區(qū)的噪音問題得到了有效控制，為用戶創(chuàng)造了舒適的辦公環(huán)境。為提高隔振效果，地面隔振地臺(tái)系統(tǒng)中設(shè)置了彈性隔振器[5]。彈性隔振器能夠有效地減小設(shè)備和地面的振動(dòng)，降低噪音的產(chǎn)生和傳播。這種設(shè)計(jì)措施保證了辦公區(qū)的安靜運(yùn)行，降低了噪音對工作效率的影響。

3.3 臨近噪聲敏感區(qū)的隔墻設(shè)計(jì)

隔音墻是指具有較高隔音性能的墻體，隔音墻的材料選擇是影響隔音效果的關(guān)鍵因素。通常，隔音墻的材料應(yīng)選擇密度大、質(zhì)量重的材料，如混凝土、石材等。材料的吸聲性能也是需要考慮的因素，如吸聲材料可以降低聲波的反射和傳播。隔音墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是影響隔音效果的重要因素。隔音墻的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，避免過多的凹凸不平，以減少聲波的反射和折射。隔音墻的高度和厚度也是需要考慮的因素，一般來說，隔音墻的高度越高、厚度越厚，隔音效果越好[6]。此外，隔音墻與建筑結(jié)構(gòu)的連接方式也會(huì)影響隔音效果。一般來說，隔音墻應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效地隔離，以防止聲波通過建筑結(jié)構(gòu)傳播。隔音墻與建筑結(jié)構(gòu)之間的縫隙應(yīng)采用隔音材料進(jìn)行填充，以提高隔音效果。

以中國中化大廈項(xiàng)目為例，設(shè)備機(jī)房臨近噪聲敏感區(qū)的隔墻采用了雙重墻體設(shè)計(jì)。雙重墻體之間留有空氣間隙，以減小噪聲的傳播。內(nèi)外墻體均采用具有較好隔聲性能的材料，如巖棉、玻璃棉等，提高隔墻的隔聲效果。同時(shí)，采用了專業(yè)隔聲門。專業(yè)隔聲門采用了密封性能良好的設(shè)計(jì)，并結(jié)合優(yōu)質(zhì)隔聲材料，有效隔離噪聲的傳播。門扇與門框之間的縫隙采用隔聲膠條進(jìn)行密封，進(jìn)一步提高門的隔聲效果。此外，為防止管道噪聲的傳播，設(shè)計(jì)中針對管道穿越墻體和樓板的位置，采用了隔聲處理措施。主要包括在管道與墻體、樓板之間填充隔聲材料，如玻璃棉、巖棉等，以及在管道穿越樓板的位置設(shè)置隔聲套管，減小噪聲的傳播。

3.4 設(shè)備層機(jī)房的隔墻設(shè)計(jì)

設(shè)備層機(jī)房通常包含各種機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備，如空調(diào)、水泵、發(fā)電機(jī)等。這些設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲，對周圍環(huán)境和建筑物內(nèi)部造成影響。

為了降低噪聲傳播，設(shè)備層機(jī)房的隔墻設(shè)計(jì)時(shí)需要注意：①隔墻材料選擇。隔墻材料的選擇對隔音效果至關(guān)重要。應(yīng)選擇具有較高隔音性能的材料，如石膏板、巖棉板、玻璃棉板等。這些材料可以有效吸收噪聲，降低噪聲傳播。②隔墻厚度。隔墻厚度也是影響隔音效果的重要因素。一般來說，隔墻厚度越大，隔音效果越好。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需考慮建筑物的空間限制和成本因素，因此需要在隔音效果和可行性之間尋求平衡。③隔墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。隔墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡化，避免出現(xiàn)縫隙、孔洞等噪聲傳播途徑。同時(shí)，隔墻的施工工藝也要保證質(zhì)量，確保隔墻的完整性。④隔墻與頂部和地面的連接。隔墻與頂部和地面的連接處容易產(chǎn)生噪聲傳播。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保隔墻與頂部和地面之間的連接緊密，采用隔音材料進(jìn)行填充，以降低噪聲傳播。⑤設(shè)備布局。合理布局設(shè)備也是降低噪聲的有效措施。應(yīng)將噪聲較大的設(shè)備遠(yuǎn)離生活和工作區(qū)域，盡量將噪聲較小的設(shè)備放置在靠近隔墻的位置，以減輕隔墻的隔音負(fù)擔(dān)。

以中國中化大廈項(xiàng)目為例，工程設(shè)備層機(jī)房隔墻設(shè)計(jì)中采用了針對性的隔聲、消聲、減振和吸聲技術(shù)手段。設(shè)計(jì)中充分考慮了設(shè)備層機(jī)房的特性，實(shí)施了一系列有效的隔聲措施。選擇了高級隔聲材料，如巖棉、玻璃棉等。這些材料具有良好的隔聲性能，能有效隔離噪聲的傳播。在隔墻構(gòu)造中，將這些材料填充在墻體內(nèi)部，形成一道堅(jiān)實(shí)地隔聲屏障[7]。在機(jī)房內(nèi)墻面采用了吸音隔墻設(shè)計(jì)，天花采用了吸音天花設(shè)計(jì)，內(nèi)部填充玻璃棉、巖棉等。吸音隔墻設(shè)計(jì)結(jié)合高級隔聲材料，使隔墻/天花在承受設(shè)備噪聲的同時(shí)，保持較高的隔聲性能。在噪聲較大的機(jī)房內(nèi)采用隔聲天花系統(tǒng)，天花橡膠掛碼，連接結(jié)構(gòu)樓板及隔聲天花龍骨，使結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)固定端不存在剛性連接，有效杜絕聲橋的產(chǎn)生，使噪音不會(huì)通過剛性連接傳到建筑結(jié)構(gòu)；隔聲吊頂內(nèi)鋪設(shè)50毫米厚巖棉或玻璃棉，采用雙層12毫米厚石膏板封板，隔聲吊頂特別適合對隔聲要求非常嚴(yán)格的敏感區(qū)域。此外，針對管道穿越墻體的位置，采用了隔聲處理措施。主要包括在管道與墻體之間填充隔聲材料，如玻璃棉、巖棉等，以及在管道穿越墻體的位置設(shè)置隔聲套管，減小噪聲的傳播。

3.5 空調(diào)、風(fēng)機(jī)、電梯隔聲消聲處理

建筑工程中一般安裝了大量的功率強(qiáng)大的風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)組、水泵等機(jī)械設(shè)備及管道，設(shè)備運(yùn)行所發(fā)出的噪聲強(qiáng)度較高?？照{(diào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音常常會(huì)影響到人們的休息和工作。以中國中化大廈項(xiàng)目為例，為了減少空調(diào)機(jī)組/風(fēng)機(jī)的噪音，必須安裝在外置式彈簧減振器上，并安裝進(jìn)出風(fēng)消聲器，有效地減少空調(diào)機(jī)組/風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音。裙樓屋面的風(fēng)機(jī)設(shè)置專業(yè)隔聲罩，可以阻擋噪音的傳播，從而減少對人們的影響;為了減少電梯噪音，可對電梯曳引機(jī)進(jìn)行隔振處理，減少電梯運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音?；蚴窃陔娞葜車O(shè)置隔音墻，這樣可以阻擋噪音的傳播，從而減少對人們的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著城市化進(jìn)程的加速和人口的增加，建筑物的密度和高度將不斷增加，這將導(dǎo)致更多的噪音污染和聲學(xué)問題。聲學(xué)和隔音設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，可以提高居住者的舒適度和聽力健康。通過合理的聲學(xué)設(shè)計(jì)和隔音設(shè)計(jì)，可以降低噪音污染，提高建筑物的能源效率，并創(chuàng)造一個(gè)舒適的居住環(huán)境。在設(shè)計(jì)過程中，需要綜合考慮聲學(xué)、隔音、建筑美學(xué)和功能需求，以實(shí)現(xiàn)最佳的聲學(xué)和隔音效果。