浮筑地坪在高層建筑中的應(yīng)用

李少華

【摘要】中國目前超高層項(xiàng)目越來越多，為了避免生活管網(wǎng)壓力過大，也為了節(jié)能，在避難層和設(shè)備層設(shè)置生活給水泵房是通常的做法。但由于泵組運(yùn)行過程中有較大的噪音和振動，對泵房上下層，以及毗鄰的居住辦公用房產(chǎn)生極大的干擾，屢被業(yè)主投訴，因此2019版GB 50015-2019《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中3.8.11條和GB 50788-2012《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》中3.6.6 條都規(guī)定，給水加壓、循環(huán)冷卻等設(shè)備不得設(shè)置在居住用房的上層、下層和毗鄰的房間內(nèi)。特別是GB 50788-2012《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》把給水泵房不得設(shè)置在居住用房的上、下層和毗鄰房間內(nèi)作為國家強(qiáng)制性條文。讓建筑給排水設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中感覺非常棘手。

【關(guān)鍵詞】噪聲限值; 振動級別; 隔振降噪; 浮筑地板

【中國分類號】TU976+.4【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

1 國家規(guī)范要求

（1）2019年6月國家新的GB 50015-2019《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布，其中3.9.1.5條規(guī)定，水泵噪聲和振動應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。規(guī)范條文解釋是這樣的，“生活給水系統(tǒng)選用的加壓水泵應(yīng)控制產(chǎn)品自身的噪聲和振動?，F(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T29529-2013《泵的噪聲測量與評價(jià)方法》與GB/T29531-2013《泵的振動測量與評價(jià)方法》分別將水泵運(yùn)行的噪聲和振動從小至大分為A、B、C、D四個級別，其中D級為不合格水泵?，F(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ140-2010《二次供水工程技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，居住建筑生活給水系統(tǒng)選用水泵的噪聲和振動應(yīng)分別滿足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T29529-2013《泵的噪聲測量與評價(jià)方法》與GB/T29531-2013《泵的振動測量與評價(jià)方法》中的B級要求，公共建筑給水系統(tǒng)選用水泵的噪聲和振動應(yīng)分別滿足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T29529-2013《泵的噪聲測量與評價(jià)方法》與GB/T29531-2013《泵的振動測量與評價(jià)方法》中的C級要求?！?/p>

（2）GB 50788-2012《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》中3.6.6條給水加壓、循環(huán)冷卻等設(shè)備不得設(shè)置在居住用房的上層、下層和毗鄰的房間內(nèi)，不得污染居住環(huán)境。另根據(jù)GB 50015-2019《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中3.9.9條民用建筑物內(nèi)設(shè)置的生活給水泵房不應(yīng)毗鄰居住用房或在其上層或下層，水泵機(jī)組宜設(shè)在水池（箱）的側(cè)面、下方，其運(yùn)行噪聲應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50118-2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。

（3）GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中 5.5.10 消防水泵不宜設(shè)在有防振或有安靜要求房間的上一層、下一層和毗鄰位置，當(dāng)必須時，應(yīng)采取下列降噪減振措施：①消防水泵應(yīng)采用低噪聲水泵;②消防水泵機(jī)組應(yīng)設(shè)隔振裝置;③消防水泵吸水管和出水管上應(yīng)設(shè)隔振裝置;④消防水泵房內(nèi)管道支架和管道穿墻和穿樓板處，應(yīng)采取防止固體傳聲的措施 ;⑤在消防水泵房內(nèi)墻應(yīng)采取隔聲吸音的技術(shù)措施。

（4）在超高層項(xiàng)目中，設(shè)備層需要設(shè)高區(qū)生活泵和高區(qū)消防泵，在酒店和公寓的項(xiàng)目中，轉(zhuǎn)輸機(jī)房要避開上下層的居住用房難度較大，如果取消泵房上下層的居住用房，無論是公寓還是酒店客房，對建設(shè)方來說都是很大的損失。就此問題，上海華東建筑設(shè)計(jì)研究院在2019年向《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》編制組發(fā)過一個咨詢函，詢問在超高層建筑避難層設(shè)有給水加壓、循環(huán)冷卻等設(shè)備的機(jī)房內(nèi)，采取浮筑地坪及機(jī)房內(nèi)的四周和頂板采用隔聲處理，且機(jī)房內(nèi)的管道均采用一定靜撓度的鋼制彈簧支吊架，作為減振降噪措施，是否能滿足GB50788-2012《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》其中第3.6.6條規(guī)定《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》編制組回復(fù)說如避難層上層及下層均為居住用房，也可采用在避難層內(nèi)設(shè)置浮動地坪隔振隔音系統(tǒng)，機(jī)房內(nèi)四周及頂板采用隔聲處理，機(jī)房內(nèi)的管道采用隔振支吊架。管道穿越頂板、浮動地坪及墻體時，應(yīng)采取隔聲處理。規(guī)范組認(rèn)可采用浮筑地板技術(shù)解決毗鄰居住用房的泵房降噪隔振問題。

2 振動及噪聲的形成

要解決水泵機(jī)組的噪聲和振動問題，首先要清楚這個噪聲和振動是如何產(chǎn)生和傳遞的。聲波與振動是緊密相關(guān)的，機(jī)械振動常常引起聲輻射，物體振動時激勵著它周圍的空氣質(zhì)點(diǎn)振動，由于空氣具有慣性和彈性，在空氣質(zhì)點(diǎn)的相互作用下，振動物體四周的空氣就交替地產(chǎn)生壓縮與膨脹，并且逐漸向外傳播而形成聲波。人能聽到的聲的頻率范圍大約為20～20 000 Hz，其強(qiáng)度范圍大約為0～130 dB。水泵噪聲屬于物理性質(zhì)上的噪聲，綜合來講，水泵噪聲就是水泵在運(yùn)行時產(chǎn)生的不規(guī)則的、間歇的、連續(xù)的或隨機(jī)的噪聲。水泵噪聲與日常生活接觸的工業(yè)噪聲、交通噪聲不相同，它的噪聲頻譜呈中低頻性，其高頻噪聲較小，在低頻段常有一個噪聲峰值，其總聲級一般在85～95 dBA。低頻噪聲的特點(diǎn)就是衰減緩慢、聲波較長、其衍射波能輕易繞過障礙物，所以低頻噪聲不易處理。

水泵房的噪聲是由水泵運(yùn)行時的機(jī)械噪聲，水泵基礎(chǔ)及支撐與地面相連接，管道與墻壁及天花板剛性連接產(chǎn)生以固體形式傳遞的噪聲，管道內(nèi)水輸送流動產(chǎn)生的綜合噪聲源。水泵運(yùn)行時的機(jī)械噪音為水泵系統(tǒng)運(yùn)行時對聲環(huán)境的影響，主要是水泵和管路系統(tǒng)產(chǎn)生的空氣噪聲輻射和結(jié)構(gòu)噪聲傳導(dǎo)。 具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）水泵運(yùn)行過程中，泵殼及驅(qū)動水泵的電機(jī)均向周圍輻射空氣聲。

（2）水泵的振動和噪聲以彈性波的形式通過設(shè)備基礎(chǔ)、管道支架等傳遞至建筑結(jié)構(gòu)，并經(jīng)建筑結(jié)構(gòu)傳遞出去，迫使建筑結(jié)構(gòu)或建筑結(jié)構(gòu)上的附著物振動發(fā)聲，固體聲隨距離的衰減很小，通常能影響整個樓層。

（3）水泵的噪聲在空氣中傳播，并能通過窗戶、樓板等傳播至室內(nèi)。

3 噪聲評定與振動控制

水泵房隔振降噪，首先要滿足水泵自身的隔振降噪要求，即根據(jù)GB/T29529-2013《泵的噪聲測量與評價(jià)方法》與GB/T29531-2013《泵的振動測量與評價(jià)方法》的要求，水泵運(yùn)行的噪聲和振動都不能低于C級。

3.1 水泵噪聲評定

（1）水泵輸出功率Pu：

Pu =ρgQH/1000 kW

式中：ρ為液體密度（kg/m3）;g為重力加速度（m/s2）;Q為流量（m3/h）;H為揚(yáng)程（m）。

（2）水泵A、B、C三個等級的噪聲限值：

LA =30+9.7 lg（pun），

LB =36+9.7 lg（pun），

LC =42+9.7 lg（pun）

式中：Pu為泵的輸出功率（kW）; n為泵的規(guī)定轉(zhuǎn)速（r/min）。

（3）評價(jià)表面的半徑R：

式中：l1，l2分別為基準(zhǔn)體（恰好包絡(luò)聲源且終止于一個或多個反射面上的最小矩形平行六面體假想表面）的長和寬（m）; h為與泵的中心高有關(guān)（m）。

（4）半徑為R的評價(jià)表面上的聲壓級LPA：

式中：LpA為半徑為R的評價(jià)表面上的聲壓級（dB）; LWA為泵聲源的聲功率級 （dB）; R為規(guī)定的評價(jià)表面的半徑（m）; R0為基準(zhǔn)半徑（1m）。

（5）泵的噪聲評價(jià)：

當(dāng)LpA≤LA 的泵噪聲評價(jià)為 A 級; 當(dāng)LA<LpA或LpA≤LB的泵噪聲評價(jià)為B級;當(dāng) LB<LpA或LpA≤LC 的泵噪聲評價(jià)為C級; 當(dāng)LpA>LC 的泵噪聲評價(jià)為 D級。

3.2 水泵振動的確定

對于振動的確定，根據(jù)泵的中心高度和轉(zhuǎn)速，以及GB/T29531-2013《泵的振動測量與評價(jià)方法》中6.1條和6.2.1條（表1）的規(guī)定，首先確定泵的類別，再通過專業(yè)儀器測量后，根據(jù)（表2）確定泵的振動級別。設(shè)備運(yùn)動狀態(tài)在優(yōu)選工作范圍內(nèi)就近啟用機(jī)器的為A級;在允許工作范圍內(nèi)非限制長期運(yùn)行為B級;界限運(yùn)行為C級;振動烈度很強(qiáng)，長期運(yùn)行容易損壞機(jī)器為D級。有同樣的要求泵的振動級別不能低于C級。

3.3 水泵振動的控制

在滿足泵自身的噪聲和振動要求以后，還需要滿足設(shè)備層上、下層建筑用房的使用要求。根據(jù)GB 50868-2013《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》中表6.0.1來確定建筑物內(nèi)人體舒適性的容許振動計(jì)權(quán)加速度級（表3）。在通過實(shí)測設(shè)備的振動加速度有效值后，通過公式VAL=20 lg（a/a0）算出設(shè)備的振動加速度級是否滿足建筑房間性質(zhì)的要求，對泵的振動是否滿足要求作出評判。式中：VAL為振動加速度級（dB）; a0為基準(zhǔn)加速度，取a0=10-6 m/s2;a為實(shí)測或計(jì)算的振動加速度有效值（m/s2）。在超高層建筑設(shè)備層的生活給水泵大多采用低轉(zhuǎn)速的變頻泵，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速大多不高于1 450 r/min運(yùn)行。

頻率大概為24.2 Hz，噪音在60～80 dB之間，振動的控制主要根據(jù)GB 50463-2019《工程隔振設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的4.2.7條， 壓縮機(jī)、離心機(jī)、風(fēng)機(jī)和水泵介質(zhì)出入口的連接管道應(yīng)采用柔性連接;連接風(fēng)機(jī)、水泵的管道進(jìn)行隔振時，宜采用懸掛式或地面支承式（圖1～圖3），不宜采用墻和柱側(cè)向挑出的懸臂結(jié)構(gòu)支承（圖4）。根據(jù)3.2.8條，隔振體系的固有圓頻率，不宜大于干擾圓頻率的0.4倍，即水泵轉(zhuǎn)速是1 450 r/min的話，隔振降噪系統(tǒng)的固有圓頻率不應(yīng)大于9.68 Hz。橡膠隔振墊的固有頻率一般是5～15 Hz;彈簧減振器的固有頻率為2～6 Hz，產(chǎn)品頻率越低，減振效果越好。這里需要注意的是彈簧隔振器支承結(jié)構(gòu)的變形不應(yīng)大于彈簧壓縮量的 1/10，當(dāng)不能滿足要求時，應(yīng)計(jì)入支承結(jié)構(gòu)與隔振系統(tǒng)的耦合作用。

4 振動及噪聲的處理

（1）根據(jù)GB 50118-2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》中4.1條，7.1條和8.1條規(guī)定，住宅臥室夜間允許噪聲級最低限要求為37 dB，旅館客房夜間允許噪聲級最低限要求為40 dB。辦公室允許噪聲級最低限要求為45 dB。而變頻機(jī)組正常噪音在60～80 dB這個范圍，設(shè)備層的消防泵一般功率不超過90 kW，噪音在80 dB左右，因此，從規(guī)范來說降噪是有量化標(biāo)準(zhǔn)的，工程中可以通過下述的各種措施，把振動和噪聲控制在規(guī)范規(guī)定值之下。

（2）目前聲學(xué)原理上治理噪聲往往是很困難的，早期用于支撐浮筑板的是礦渣棉、泡沫聚苯乙烯、多孔泡沫體或橡膠墊材料制成的墊板，這種隔振降噪系統(tǒng)的固有頻率范圍較高，為10～20 Hz，與水泵運(yùn)行的頻率24 Hz較為接近，隔振效率很低，且更新維修困難。近幾年浮筑地板技術(shù)也有了大的發(fā)展，由阻尼鋼彈簧減振器（圖1～圖3）、管道彈性托架、各種橡膠減振件，不銹鋼金屬軟管、波紋補(bǔ)償器、橡膠撓性接管、抗震支架、浮筑地板隔振系統(tǒng)等，組成了新一代的浮筑地板產(chǎn)品。隔振降噪系統(tǒng)更為完善，隔振降噪效果更為明顯。

（3）從泵房整套設(shè)施產(chǎn)生的噪聲主要為機(jī)械噪聲，目前聲學(xué)原理上治理噪聲的方法較常使用的是控制噪聲的傳播途徑，主要有隔聲、吸聲、消聲、減振等。隔聲是利用隔聲結(jié)構(gòu)將聲源與受聲點(diǎn)隔開，浮筑地板系統(tǒng)中的減振器（橡膠減振墊或彈簧減振器）（圖5、圖7）、浮筑混凝土板（100 mm厚度或以上）很好的把聲源與傳遞介質(zhì)（樓板，梁）隔離開，杜絕結(jié)構(gòu)傳聲;吸聲是利用吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的粘滯性和內(nèi)摩擦作用，對聲波的質(zhì)點(diǎn)振動起到阻礙作用，從而使聲能不斷轉(zhuǎn)化為熱能，降低噪聲，一般是在龍骨內(nèi)填吸音棉，最外面覆蓋有吸聲結(jié)構(gòu)的穿孔板（穿孔石膏板、穿孔鋁板、穿孔鍍鋅板等）（圖6）;消聲是利用阻性、抗性等原理，降低噪聲聲量值;其中阻性消聲利用消聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲作用，使沿管道傳播的噪聲隨距離而衰減，從而達(dá)到消聲目的。常用吸聲材料有玻璃纖維絲、低碳鋼絲網(wǎng)、毛氈等。這類消聲器對高頻噪聲具有良好的消聲效果，而低頻消聲性能較差?？剐韵暺鹘柚诠艿澜孛娴耐蝗粩U(kuò)張（或收縮）或旁接共振腔，使沿管道傳播的某些頻率的聲波在突變處向聲源方向反射回去，從而達(dá)到消聲目的。它比較適用于消除低中頻噪聲，而對高頻噪聲的消聲作用較差。在設(shè)備機(jī)房里，盡量考慮浮筑地板滿鋪設(shè)置，雖然局部減振和滿鋪減振效果差距不大，但兩者的隔聲量是有區(qū)別的，在雙層板中聲波傳播的過程見圖8，當(dāng)空間I中的聲波投射到板a上時，部分聲能在板中消耗，部分被反射到空間I中。透射到空間II的聲波經(jīng)空氣衰減后又投射到b板上。同樣，投射到b板上的聲波又部分被反射，部分在板中損耗，余下的部分透射到空間III中，這就是聲波通過雙層板結(jié)構(gòu)時的過程。由于經(jīng)過再次反射和損耗，聲波從空間I傳到空間III是有較大的衰減，隔聲性能得以提高。

5 結(jié)論

機(jī)電設(shè)備的振動及噪聲控制是一個系統(tǒng)的工程，需要在多個方面采取配套的措施方能達(dá)到要求，新一代的浮筑地板隔振降噪技術(shù)主要包括了以下幾個部分：

（1） 隔振降噪浮筑地板處理。

（2） 設(shè)備及其管道的隔振、消聲處理。

（3） 機(jī)房內(nèi)部整體隔聲處理及吸聲處理。

（4） 機(jī)房內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)消聲處理。

其中水泵盡量采用臥式水泵，降低水泵中心高度;浮筑地板盡量滿鋪設(shè)置，雙層板隔聲效果更好。不光是水泵，電氣專業(yè)的變配電設(shè)備，暖通設(shè)備都可以采用相關(guān)隔振降噪處理。

廣州富力大廈，34層設(shè)備層在做浮筑地坪改造前，下面兩層、上面一層，共3層辦公樓因?yàn)樯畋玫倪\(yùn)行噪音，6年都沒有租出去，按照當(dāng)時的租賃價(jià)格，建設(shè)方損失1 400萬元租金。通過水泵管道支架進(jìn)行減振改造、解決了噪聲的固體傳播，將樓層振動與噪聲測試由原來58.7 dB降至45.8 dB，滿足了客戶使用要求。

廣州標(biāo)志性項(xiàng)目廣州國際金融中心（西塔）時，了解該項(xiàng)目原來該項(xiàng)目選用某中外合資品牌浮筑地板、減振器后，在7個中間設(shè)備轉(zhuǎn)換層上下兩層受到低頻聲嚴(yán)重影響，共14層承租方投訴、撤租，導(dǎo)致多層樓層長期空置，令業(yè)主受到不可估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。后由原來供應(yīng)商等單位改造后均無法達(dá)到要求。最后由廣州華僑振動控制科技有限公司全面進(jìn)行改造方案深化、設(shè)計(jì)、選型、提供安裝指導(dǎo)、進(jìn)行管道、機(jī)房“一站式”整體改造，改造成本約為2 500元/m2，改造后受影響樓層振動與噪聲測試由原來66 dB降至48 dB，得到了業(yè)主的一致認(rèn)可，成功為項(xiàng)目、業(yè)主挽回不可估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。

以上案例說明，在超高層中間設(shè)備層的設(shè)備機(jī)房，采用浮筑地坪系統(tǒng)，加上管道減振降噪及機(jī)房內(nèi)的降噪隔聲處理，是可以滿足上下樓層辦公、住宅、旅館的相關(guān)使用要求的。該技術(shù)在超高層建筑項(xiàng)目中有重要的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 噪聲與振動控制工程手冊[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2002.

[2] GB 50015-2019 建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] GB 50788-2012 城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范[S].

[4] GB/T29529-2013 泵的噪聲測量與評價(jià)方法[S].

[5] GB/T29531-2013 泵的振動測量與評價(jià)方法[S].

[6] CJJ140-2010 二次供水工程技術(shù)規(guī)程[S].

[7] GB 50118-2010 民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8] GB 50974-2014 消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].

[9] GB50868-2013 建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)[S].

[10]GB 50463-2019 工程隔振設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].