建筑輕質(zhì)隔墻隔聲性能分析研究

王 巖

（中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030000）

在高密度居住區(qū)和商業(yè)建筑中，建筑隔聲性能在當(dāng)今城市化進(jìn)程中非常重要。輕質(zhì)隔墻作為建筑結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分，其隔聲性能直接關(guān)系到居住者和工作者的舒適度。城市中心的高層建筑中，噪聲污染問(wèn)題較為突出，因此對(duì)隔聲性能的要求也更為嚴(yán)格[1]。針對(duì)隔聲高標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)隔墻構(gòu)造進(jìn)行分析和性能提升設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)輕質(zhì)隔墻結(jié)構(gòu)、吸音材料位置和隔墻構(gòu)造等因素的研究，提出一種有效的提升隔聲性能的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)理論分析和試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方式，全面評(píng)估輕質(zhì)隔墻的隔聲性能，驗(yàn)證所提出的設(shè)計(jì)方案對(duì)隔聲性能的實(shí)際提升效果，為建筑輕質(zhì)隔墻隔聲性能的設(shè)計(jì)提供新的視角，為城市建設(shè)和居民生活質(zhì)量的改善提供有力支持。

1 工程概況

某高層住宅小區(qū)項(xiàng)目，總建筑面積為96 500 m2，共有13棟住宅建筑，建筑樓層數(shù)為30～33層，建筑高度為92～97 m，主要戶(hù)型為2梯4戶(hù)結(jié)構(gòu)。住宅小區(qū)所處的地理位置較為特殊，住宅小區(qū)南面3 km有一條高鐵線路通過(guò)，住宅小區(qū)東面緊鄰城市快速路，住宅小區(qū)北面15 km左右，有一個(gè)特殊用途的機(jī)場(chǎng)，飛機(jī)起降較為頻繁。為了滿(mǎn)足業(yè)主的居住舒適性要求，必須降低周邊高鐵線路、城市快速路以及飛機(jī)起降時(shí)的噪聲對(duì)小區(qū)的影響。為此，建設(shè)方要求對(duì)住宅建筑的隔聲性能進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)，建筑隔墻在頻率≥500 Hz的中高頻噪聲隔音量超過(guò)50 dB，有效隔絕噪聲。

2 建筑輕質(zhì)隔墻性能提升設(shè)計(jì)

為了滿(mǎn)足中高頻噪聲隔音量的性能指標(biāo)，對(duì)住宅小區(qū)建筑的隔墻性能進(jìn)行提升設(shè)計(jì)，主要從空氣層厚度和吸音材料方面對(duì)隔墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 空氣層厚度

空氣層厚度對(duì)于隔聲性能的影響非常重要。在現(xiàn)代隔墻結(jié)構(gòu)中，空氣層能夠起到良好的隔音效果，并且隔音效果隨著厚度的增加而增加。當(dāng)空氣層厚度達(dá)到100 mm時(shí)，隔音量可以達(dá)到最大值12 dB[2]。隨后，隨著空氣層厚度的繼續(xù)增加，隔音效果逐漸穩(wěn)定，隔音效果不再進(jìn)一步提高，如圖1所示。

圖1 空氣層厚度與隔聲性能的關(guān)系

通過(guò)分析可知，對(duì)于隔墻結(jié)構(gòu)，空氣層厚度超過(guò)100 mm后，對(duì)于隔聲性能的提升效果微弱，一直增加空氣層厚度會(huì)減小建筑內(nèi)部的實(shí)用空間，因此，空氣層厚度最大值取100 mm[3]。實(shí)際工程的隔墻結(jié)構(gòu)，空氣層厚度是由雙層板之間的龍骨寬度決定的。工程常用的龍骨寬度為90 mm，所以高層住宅項(xiàng)目的空氣層厚度取為90 mm。

2.2 吸音材料位置

隔墻結(jié)構(gòu)中的吸音材料位置對(duì)隔聲效果至關(guān)重要。常用的無(wú)機(jī)纖維等吸音材料填充在隔墻內(nèi)部，不僅可以有效阻隔噪聲傳播，還能減少空氣振動(dòng)和共振效應(yīng)，提高隔聲效果[4]。同時(shí)，合理安排空氣層和吸音材料的空間比例，有助于結(jié)構(gòu)內(nèi)聲波更好地耗散，對(duì)提升隔聲效果有積極作用。吸音材料的具體擺放位置直接影響隔聲效果。當(dāng)吸音材料放置在輕質(zhì)隔板的一側(cè)時(shí)，它顯著提高了中高頻噪音的隔離效果[5]。這是因?yàn)槲舨牧喜粌H具有吸收聲波的特性，而且還會(huì)對(duì)隔板施加一定的壓力，從而使薄板與隔板更緊密地貼合在一起。這種貼合減少了振動(dòng)，有效提升了隔聲結(jié)構(gòu)的隔音性能，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 吸音材料位置

2.3 隔墻構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，高層住宅小區(qū)項(xiàng)目擬采用3層隔音材料構(gòu)造的復(fù)合隔墻結(jié)構(gòu)。面層選用高隔聲水泥類(lèi)板材，保證隔墻具有較高的表面密度；內(nèi)層則由空氣層和吸音材料構(gòu)成，發(fā)揮吸聲和減振作用[6]。通過(guò)龍骨將這些材料連接起來(lái)，形成完整的隔墻結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)能充分發(fā)揮隔聲和吸聲效果，同時(shí)減少結(jié)構(gòu)占用空間，降低對(duì)空間的影響，提高利用率。

針對(duì)輕質(zhì)隔墻隔聲性能的提升，采用在隔聲薄板內(nèi)部填充巖棉層的構(gòu)造方式。然后在外表面層進(jìn)一步添加薄板隔音材料，增加了面板的表面密度。同時(shí)，如圖3所示，使用高阻尼黏合材料將兩塊薄板黏合在一起。

圖3 隔墻結(jié)構(gòu)

輕質(zhì)隔墻結(jié)構(gòu)的主材包括厚度為8 mm的碳酸鈣板、寬度90 mm的金屬框架、厚度為50 mm的巖棉板以及彈性填充材料。金屬框架連接碳酸鈣板的兩側(cè)，中間填充巖棉板，放置在靠近隔墻附近的薄板附近。為了解決金屬框架的聲音傳播問(wèn)題，應(yīng)在金屬框架和薄板之間的接觸點(diǎn)鋪設(shè)彈性填充材料，防止碳酸鈣板和金屬框架之間形成剛性連接，從而減少固體聲音傳播途徑的形成。在靠近空間的一側(cè)，增加一層8 mm厚的碳酸鈣板，并在兩層板之間涂上高阻尼黏合材料，將它們黏合在一起，增加了外薄板的厚度，進(jìn)而提高輕質(zhì)隔墻結(jié)構(gòu)的隔音性能。

3 輕質(zhì)隔墻構(gòu)造效率提升設(shè)計(jì)

為了使輕質(zhì)隔墻更適應(yīng)住宅小區(qū)項(xiàng)目的施工需求，對(duì)其施工進(jìn)行工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。常用的硅酸鈣薄板原材料的平面尺寸為2 400 mm×1 200 mm，板材厚度為8 mm，平面尺寸較大，在安裝過(guò)程中容易出現(xiàn)對(duì)接縫隙時(shí)的積累誤差。

3.1 預(yù)制裝配化設(shè)計(jì)

框架和隔音材料分體設(shè)計(jì)，框架主要用于支撐隔音結(jié)構(gòu)，而隔音材料則根據(jù)其特性被加工成隔音盒。這些隔音盒通過(guò)互鎖機(jī)制連接到肋條，最后使用黏合材料密封連接縫隙。預(yù)制裝配要點(diǎn)如下：

（1）基于基本建筑模數(shù)對(duì)硅酸鈣薄板尺寸進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)住宅建筑的特征，將碳酸鈣板尺寸調(diào)整為1 200 mm×600 mm，隔音盒的設(shè)計(jì)尺寸應(yīng)為1 200 mm×600 mm×90 mm。

（2）隔音盒由碳酸鈣板制成，內(nèi)填巖棉。四個(gè)角都有金屬扣，包裹在彈性材料中，與肋條上的槽對(duì)應(yīng)，確保隔音盒牢固地附著在肋條上。

（3）確定隔音盒的尺寸后，在內(nèi)部填充巖棉，確保巖棉與隔音盒內(nèi)GRC多孔條板附近的硅酸鈣薄板緊密黏合。標(biāo)記并區(qū)分內(nèi)部和外部，使用黏合材料將巖棉牢牢地粘在硅酸鈣薄板上。

（4）隔音盒安裝后，用相應(yīng)的彈性材料填充框架和隔音盒之間的空間，以確保彈性連接，減少振動(dòng)傳遞。在框架的外露側(cè)鋪設(shè)一條碳酸鈣板，并涂上黏合材料，以防止固體聲音傳播影響隔音性能。碳酸鈣板條的寬度應(yīng)超過(guò)金屬框架的寬度，并與隔音盒有一定的重疊區(qū)域，以防止聲音漏失。隔音盒的預(yù)制裝配如圖4所示。

圖4 隔音盒的預(yù)制裝配

3.2 預(yù)制裝配施工

將普通碳酸鈣板加工成尺寸為1 200 mm×600 mm×90 mm的隔音盒。根據(jù)隔音盒尺寸布置金屬框架。在碳酸鈣板的拐角處安裝彈性金屬扣，金屬扣外側(cè)需要覆蓋一層彈性填充材料，杜絕剛性連接。然后使用彈性金屬扣將隔音盒整體固定在框架內(nèi)，并用彈性填充材料密封嚴(yán)密。最后在金屬框架的外露側(cè)涂上黏合材料，并貼上一層硅酸鈣隔音板，以防止聲音傳播影響隔音結(jié)構(gòu)性能。全部安裝完成后，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性和密封性檢查，以確保施工期間沒(méi)有縫隙或問(wèn)題。隔墻中若出現(xiàn)縫隙會(huì)對(duì)隔聲效果造成較大影響，因此，輕質(zhì)隔墻結(jié)構(gòu)的預(yù)制裝配化設(shè)計(jì)最重要的是對(duì)連接部位的縫隙進(jìn)行嚴(yán)密處理。

4 輕質(zhì)隔墻隔聲性能測(cè)試

對(duì)于隔墻性能的測(cè)試，直接使用于工程中擬用的3層碳酸鈣板結(jié)構(gòu)，碳酸鈣板的尺寸為2 400 mm×1 200 mm，測(cè)試區(qū)域?yàn)?0 m2，共需要7塊碳酸鈣板。

首先，在測(cè)試孔的上部和下部固定水平肋條，然后安裝帶有垂直肋條的內(nèi)部碳酸鈣板。在碳酸鈣板和垂直肋條之間的錨固點(diǎn)使用彈性填充材料，以減少剛性連接，從而最大限度地減少固體聲音傳播。隨后，將垂直肋條固定到水平肋條上，形成一個(gè)完整的肋框架。在安裝肋條時(shí)也使用了彈性填充材料；所有的框架都是金屬的，尺寸為3 000 mm×75 mm×75 mm，垂直肋間距為600 mm。

安裝框架后，將50 mm厚的巖棉填充到垂直肋之間的空隙中，作為內(nèi)部吸音材料。巖棉板的尺寸為600 mm×600 mm，在與內(nèi)部碳酸鈣板接觸的表面上涂一層黏合劑，以確保緊密配合。安裝完成后，進(jìn)行內(nèi)部檢查，以確保安裝準(zhǔn)確。隨后鋪設(shè)碳酸鈣板的外層，將其與框架的外側(cè)連接起來(lái)，并在錨固點(diǎn)使用彈性填充材料，以確保碳酸鈣板材與框架之間的彈性接觸。最后，用水泥砂漿填充縫隙，防止聲音通過(guò)縫隙傳播并降低隔音結(jié)構(gòu)性能[7]。測(cè)試方案如圖5所示。

圖5 測(cè)試方法

測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。隔聲量曲線如圖6所示。

表1 隔聲性能測(cè)試數(shù)據(jù)

圖6 隔聲量曲線

通過(guò)表1數(shù)據(jù)和圖6的隔聲量曲線可知，頻率較低時(shí)，隔聲性能相對(duì)弱一點(diǎn)，在頻率為500 Hz時(shí)，隔聲量滿(mǎn)足51 dB的高標(biāo)準(zhǔn)要求。此后隨著頻率的進(jìn)一步增加，隔音效果趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定值達(dá)到51 dB的標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了新型隔墻結(jié)構(gòu)的有效性。綜上所述，建筑隔墻在頻率≥500 Hz的中高頻噪聲隔音量超過(guò)50 dB，滿(mǎn)足建設(shè)方提出的隔聲設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合實(shí)際的高層住宅小區(qū)項(xiàng)目，研究輕質(zhì)隔墻的隔聲性能，進(jìn)行性能提升設(shè)計(jì)，得出如下結(jié)論：

（1）空氣層厚度對(duì)隔聲量有顯著影響。吸音材料的位置對(duì)隔聲效果較為重要。吸音材料放置在輕質(zhì)隔墻一側(cè)能顯著提升中高頻噪聲的隔離效果，通過(guò)合理布置空氣層和吸音材料的空間比例，有助于提高隔聲效果。

（2）高層住宅項(xiàng)目采用3層隔音材料結(jié)構(gòu)，通過(guò)預(yù)制裝配化設(shè)計(jì)優(yōu)化施工工藝，對(duì)硅酸鈣薄板尺寸調(diào)整、隔音盒制作等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升隔聲構(gòu)造的密封性。

（3）隔聲性能測(cè)試數(shù)據(jù)表明，3層碳酸鈣板隔聲構(gòu)造的隔聲量達(dá)到51 dB，滿(mǎn)足高標(biāo)準(zhǔn)要求，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，滿(mǎn)足建設(shè)方提出的隔聲設(shè)計(jì)目標(biāo)。