隔聲墊樓板構(gòu)造對撞擊聲隔聲性能的影響

謝小利，楊陽，盧凌寰

（1.廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007；2.廣西壯族自治區(qū)建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 540005）

0 前言

樓板隔聲性能差引起的環(huán)境噪聲投訴逐年增多，各國政府為應(yīng)對這一問題，紛紛對樓板的隔聲性能提出了相應(yīng)要求[1-2]，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》和GB/T 50378—2019《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》對樓板的隔聲性能也作了明確的規(guī)定。樓板的隔聲性能包括空氣聲和撞擊聲隔聲性能，通常采用的鋼筋混凝土樓板具有較好的空氣聲隔聲性能[3]，能符合GB 50118—2010、GB/T 50378—2019要求，如120 mm厚的鋼筋混凝土樓板空氣聲隔聲量一般大于48 dB，能滿足一般建筑各星級的空氣聲隔聲性能要求，如果加上其它構(gòu)造措施，如在鋼筋混凝土表面鋪裝20 mm厚水泥砂漿，再進(jìn)行20 mm厚水泥砂漿結(jié)合層和瓷磚或木地板等鋪設(shè)，樓板的空氣聲隔聲性能將更好，基本上能達(dá)到有特殊隔聲要求的房間的空氣聲隔聲性能[3]。然而樓板的撞擊聲隔聲性能則明顯不足，120 mm厚鋼筋混凝土樓板的撞擊聲壓級一般超過80 dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到GB 50118—2010、GB/T 50378—2019的最低要求[4]，因此對樓板主要集中在撞擊聲的改進(jìn)，主要通過在鋼筋混凝土樓板上增加彈性墊層或減振板材等方式，包括隔聲墊、隔聲砂漿、隔聲涂料、地毯、木地板等的鋪設(shè)，其中隔聲墊的鋪設(shè)較為廣泛[2，5-9]。目前對隔聲墊在樓板上的應(yīng)用研究主要集中在鋪裝施工方法和樓板構(gòu)造做法方面[10]，對于隔聲薄弱環(huán)節(jié)和不同頻段下的聲強(qiáng)特性的系統(tǒng)分析較少，使得樓板的隔聲性能較難根據(jù)所處的噪聲環(huán)境特性進(jìn)行改善。為此，本研究通過COMSOL Multiphysics 5.5計(jì)算軟件和現(xiàn)場測試，全面分析樓板撞擊聲隔聲的薄弱環(huán)節(jié)和不同頻段下的隔聲性能，可為隔聲墊樓板的改善措施提供參考方法和依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究現(xiàn)場測試的鋼筋混凝土樓板尺寸為5000 mm×3500 mm×120 mm，采用的隔聲墊為橡膠顆粒隔聲墊，厚度為5 mm，密度432 kg/m3，拉伸強(qiáng)度為43 kPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.12 W/（m·K），斷裂延伸率為125%，燃燒性能為B2級，性能符合GB 50210—2018《建筑裝飾裝修工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》要求。細(xì)石混凝土強(qiáng)度等級為C20，配合比為m（水泥）∶m（細(xì)骨料）∶m（粗骨料）∶m（水）=1∶1.5∶2.8∶0.51，其中水泥采用廣西海螺水泥有限公司產(chǎn)，P·O42.5水泥；細(xì)骨料采用粒徑不大于4.75 mm的機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為2.25；粗骨料為5～10 mm的碎石；水為市政用水。干硬性水泥砂漿的配合比為m（水泥）∶m（砂）∶m（水）=1∶3∶0.5，其中水泥和砂取自上述細(xì)石混凝土的同一批次材料，水為市政用水。飾面瓷磚采用廣東東鵬控股股份有限公司的尺寸為800 mm×800 mm的瓷磚，厚度為10 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

為探究樓板撞擊聲隔聲的薄弱環(huán)節(jié)和不同頻段下的隔聲性能，采用振動(dòng)——聲分析有限元計(jì)算軟件COMSOL Multiphysics 5.5對其進(jìn)行隔聲性能進(jìn)行仿真分析，從而獲得樓板不同位置的聲強(qiáng)，同時(shí)通過間接邊界元流體模型和有限元結(jié)構(gòu)模型之間的耦合，獲得不同樓板構(gòu)造的五階結(jié)構(gòu)模態(tài)和隔聲曲線，再進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)測試進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證?，F(xiàn)場測試采用的建筑聲學(xué)測量系統(tǒng)、設(shè)備和方法符合GB/T 19889.7—2005《聲學(xué)建筑和建筑構(gòu)件隔聲測量》要求。

2 樓板隔聲性能的模擬研究

2.1 樓板隔聲性能模擬的構(gòu)造及參數(shù)

分別模擬了3種構(gòu)造下的樓板的聲強(qiáng)分布，包括未采用隔聲墊、采用隔聲墊和采用隔聲墊的同時(shí)對樓板與墻體、梁、柱連接處采用踢腳線特殊構(gòu)造的樓板。仿真時(shí)選取的樓板平面簡圖、構(gòu)造圖及參數(shù)分別見圖1、圖2和表1所示。

2.2 樓板的透射聲強(qiáng)模擬研究

根據(jù)以上的模擬參數(shù)分別擬合了1000 Hz頻率下3種樓板構(gòu)造的聲強(qiáng)等值線，結(jié)果見圖3。

從圖3（a）可見，未采用隔聲墊的鋼筋混凝土樓板構(gòu)造的透射聲強(qiáng)在樓板的分布相對較均勻且透射聲強(qiáng)相對其它樓板構(gòu)造的更高。通過隔聲墊平鋪處理后[見圖3（b）]，透射聲強(qiáng)較未采用隔聲墊的明顯減弱，且透射聲強(qiáng)在樓板上分布的均勻性降低，在樓板與墻、柱、梁連接的四周的聲強(qiáng)較內(nèi)部高。對樓板采用隔聲墊并在踢腳線處采用特殊構(gòu)造時(shí)[見圖3（c）]，透射聲強(qiáng)在樓板的分布均勻性提高，說明采用踢腳線特殊構(gòu)造后，阻斷了樓板與墻、柱、梁之間的聲橋，在樓板與墻、柱、梁連接的四周的漏聲明顯減弱，使該部分的聲強(qiáng)與樓板中間區(qū)域的聲強(qiáng)較接近，且均較低，從而使透射聲強(qiáng)得到了進(jìn)一步的減弱，顯著提高了隔聲墊樓板的隔聲性能。

2.3 樓板的振動(dòng)模態(tài)研究

通過2種模型——間接邊界元流體模型和有限元結(jié)構(gòu)模型的耦合，獲得不同樓板構(gòu)造的五階結(jié)構(gòu)模態(tài)和隔聲曲線，見圖4。

通過對上述3種樓板構(gòu)造的振動(dòng)模態(tài)仿真結(jié)果可見：采用隔聲墊后樓板的聲壓級在各個(gè)頻段均明顯降低，尤其是在大于250 Hz的頻段；此外采用踢腳線細(xì)部構(gòu)造的特殊處理后，能夠進(jìn)一步提高其隔聲性能，這與樓板的透射聲強(qiáng)模擬的結(jié)果是一致的。由此可見，在鋼筋混凝土樓板上鋪裝隔聲墊，通過隔聲墊彈性層的柔韌性及阻尼特性來減弱向樓下輻射的振動(dòng)聲能。此外，采用踢腳線特殊構(gòu)造處理后，阻斷了鋼筋混凝土樓板與墻、梁、柱之間的聲橋，使得隔聲效果得到了進(jìn)一步的提高。因此，鋼筋混凝土樓板與墻、梁、柱之間的連接處是樓板隔聲的薄弱環(huán)節(jié)，在采用彈性墊層時(shí)，應(yīng)阻斷鋼筋混凝土樓板與墻、梁、柱之間的聲橋，并在鋪裝過程中避免形成新的聲橋。

3 樓板隔聲性能的現(xiàn)場測試研究

通過上述模擬分析表明，隔聲墊的鋪裝方法及細(xì)部構(gòu)造處理對鋼筋混凝土樓板的撞擊聲隔聲性能的影響較大。本研究現(xiàn)場測試房間的樓板尺寸為5000 mm×3500 mm×120 mm，分別采用120 mm厚裸露的鋼筋混凝土樓板和圖2所示的3種樓板構(gòu)造方式進(jìn)行了現(xiàn)場鋪裝，其中踢腳線的細(xì)部構(gòu)造做法如下：將樓面的灰、污漬等清理干凈，并對表面進(jìn)行平整處理；隨后鋪設(shè)隔聲護(hù)角和隔聲墊，并防止隔聲墊漏鋪；用細(xì)石混凝土澆筑，再進(jìn)行干硬性水泥砂漿和瓷磚的鋪設(shè)，并以瓷磚作為裝飾面層，且裝飾面與踢腳線之間預(yù)留5 mm的縫隙；最后切割隔聲護(hù)角并確保外露的護(hù)角不小于5 mm，同時(shí)用防水密封膠灌注裝飾面和踢腳線之間的縫隙。3種不同構(gòu)造的樓板和120 mm厚裸露鋼筋混凝土樓板的撞擊聲隔聲性能測試結(jié)果見圖5和表2。

表2 4種不同樓板的隔聲性能測試結(jié)果

從圖5和表2可見，不同樓板構(gòu)造的撞擊聲隔聲性能的變化趨勢與模擬結(jié)果基本一致。在鋼筋混凝土樓板上增加細(xì)石混凝土、干硬性水泥砂漿和瓷磚，其計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級只減小了2 dB，說明增加樓板的厚度對樓板撞擊聲隔聲性能的改善作用并不明顯，此外還影響了建筑層高和結(jié)構(gòu)荷載；采用隔聲墊后，大于250 Hz頻段的樓板的隔聲性能均得到了明顯的改善，較未采用隔聲墊的樓板的計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級降低12 dB；對樓板和踢腳線之間采用特殊的細(xì)部處理后，樓板的聲壓級得到進(jìn)一步降低，尤其是在1250～3150 Hz頻段，計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級可達(dá)63 dB，能符合GB/T 50378—2019對三星級綠色居住建筑樓板隔聲性能的限值（≤65 dB）要求。主要是由于橡膠隔聲墊的彈性層具有較好的柔韌性和阻尼特性，對撞擊樓板的振動(dòng)聲能具有很好的減弱效果，使樓板的撞擊聲隔聲性能得到明顯改善，此外對踢腳線進(jìn)行細(xì)部處理后，阻斷了鋼筋混凝土樓板與墻、梁、柱之間的聲橋，使樓板的撞擊聲隔聲性能得到進(jìn)一步提高。因此，在隔聲材料和構(gòu)造的選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)噪聲源的振動(dòng)頻段來選取，隔聲墊浮筑樓板構(gòu)造不適用于主要針對低于250 Hz頻段的噪聲源，隔聲墊浮筑樓板的細(xì)部構(gòu)造對樓板隔聲性能具有明顯的影響，在隔聲墊鋪設(shè)過程中，應(yīng)阻斷樓板與墻、梁、柱之間的聲橋，尤其是針對1250～3150 Hz頻段的噪聲源，此外，在隔聲墊施工過程也應(yīng)避免隔聲墊被綁扎鋼筋網(wǎng)片的鐵絲刺破而形成新的聲橋。

4 結(jié)論

（1）采用振動(dòng)——聲分析的有限元計(jì)算軟件COMSOL Multiphysics 5.5對樓板的隔聲性能進(jìn)行仿真分析，來獲得樓板不同位置的聲強(qiáng)，同時(shí)通過間接邊界元流體模型和有限元結(jié)構(gòu)模型之間的耦合，獲得不同樓板構(gòu)造五階結(jié)構(gòu)模態(tài)和隔聲曲線。結(jié)果表明，未采用隔聲墊的鋼筋混凝土樓板構(gòu)造的透射聲強(qiáng)較高且在樓板上的分布相對較均勻；樓板采用隔聲墊后，透射聲強(qiáng)明顯減弱且在樓板與墻、柱、梁連接的四周的聲強(qiáng)較樓板內(nèi)部高；對樓板采用隔聲墊并在踢腳線處采用特殊構(gòu)造后，透射聲強(qiáng)明顯減弱且在樓板上分布的均勻性提高，說明采用隔聲墊并對踢腳線采用特殊構(gòu)造后，可明顯提高隔聲性能。

（2）在居住建筑常用的120 mm厚的鋼筋混凝土樓板上增加細(xì)石混凝土、水泥砂漿和瓷磚的鋪設(shè)，對撞擊聲隔聲性能的改善作用并不明顯，其撞擊聲隔聲性能仍不能符合GB/T 50378—2019要求，但通過鋪設(shè)具有柔韌性和阻尼特性的隔聲墊，可明顯減弱大于250 Hz噪聲頻率下的振動(dòng)聲能，從而使樓板的計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級降低12 dB。

（3）鋼筋混凝土樓板與墻、梁、柱之間的連接部位是樓板撞擊聲隔聲性能的薄弱環(huán)節(jié)，因此在鋼筋混凝土上鋪裝隔聲墊時(shí)，應(yīng)對踢腳線進(jìn)行細(xì)部處理，阻斷鋼筋混凝土樓板與墻、梁、柱之間的聲橋，可進(jìn)一步提高樓板的隔聲性能，尤其是對1250～3150 Hz頻段的噪聲的隔絕能力，同時(shí)通過隔聲墊的彈性層具有的柔韌性和阻尼特性，可明顯減小撞擊樓板的振動(dòng)聲能，使樓板的撞擊聲隔聲性能符合GB/T 50378—2019對三星級居住建筑樓板隔聲性能的要求（≤65 dB）。