Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Повышение звукоизоляции двустенных конструкций в зданиях

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Повышение звукоизоляции двустенных конструкций в зданиях"

> > О од

10 ФЕВ тв

На правах рукописи

ЮФЕРЕВ Аркадий Петрович

ПОВЫШЕНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ДВУСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В ЗДАНИЯХ

11.00.11—Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород — 1997

Работа выполнена в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Седов М. С. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Борисов Л. А., кандидат технических наук, доцент Герасимов А. И.

Ведущая организация —

НИЖЕ ГОРОД ГРАЖДАННИИП РОЕ КТ

г. Нижний Новгород.

в__часов на заседании диссертационного Совета

Д.064.09.05 при Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан « ^ » ^^¿¿/¿^_1992г.

Защита состоится

Ученый секретарь диссертационного Совета Д.064.09.05, д. т. п., профессор

В. И. БОДРОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Согласно данным ежегодного государственного доклада "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации", несмотря на спад промышленного производства, адекватного снижения загрязнения окружающей среды не наблюдается. При этом территории мегалополиеов являются очагами наиболее интенсивного влияния человека на окружающую среду, что связано с эксплуатацией транспорта, мощных теплоустановок, электрооборудования, коммуникаций и т.п. Одной из важнейших характеристик окружающей среды является шум. Рассматривая деятельность человека, можно сказать, что практически целые сутки его организм находится под воздействием различных видов шумов: производственных, внешних, внутренних и т.д. Это оказывает существенное влияние на психическое и эмоциональное самочувствие человека, на его здоровье, профессиональную пригодность, затрудняет восстановление организма после работы.

Решение проблемы борьбы с шумом во многом определяется возможностями уменьшения проникающего шума методами звукоизоляции. Одним из эффективных способов повышения звукоизоляции ограждений является применение двустенных конструкций. Наиболее распространенным примером таких ограждений в отапливаемых зданиях служат окна с двойным остеклением. Практически в каждой серии жилых зданий существуют конструктивные решения с применением двойных ограждений. Так в жилых домах с продольными несущими стенами из кирпича такие конструкции из легкого бетона применяются в качестве пенесущих межквартирных стен и перегородок, разделяющих санитарный узел и жилую комнату (серия 86); в зданиях серии 121 двустенная конструкция из железобетонных панелей выполняет функцию деформационного шва; двустенные конструкции из легких бетонов с различными толщинами панелей и воздушных промежутков применяются в качестве стеновых ограждений в жилых домах серий 1-335, 1-463, 1-468, 1-480, 1-515 и др. Более сложная конструктивная схема используется в зданиях серий 121 и Э-600, где двойное ограждение, разделяющее санитарный узел и жилую комнату, выполнено в сочетании плоского и объемного элементов: железобетонная кабина типа" холлах'' и ппкобетонная панель.

Вышеперечисленные примеры составляют далеко не полный перечень конструктивных решений с двойными ограждениями, подчеркивая широкий спектр их применения в практике строительства. Однако часто инженер-проектировщик использует простые и сложные двустенные конструкции чисто интуитивно, не имея простых аналитических зависимостей звукоизоляции, подробно не учитывая факторы и физико-механические свойства, влияющие на звукоизоляцию таких конструкций, отчего резко падает эффективность их

применения. В первую очередь это относится к двойным ограждениям с усложненной конструктивной схемой.

В связи с этим исследование звукоизоляции двойных ограждений в реальных конструктивных схемах является в настоящее время актуальным направлением в проблеме создания акустического комфорта и получения оптимальных конструктивных решений.

Цель работы. Целью работы является разработка комплекса способов и методов исследования, расчета и проектирования звукоизоляции двойных ограждений в реальных конструктивных решениях. Опираясь на проведенные исследования, средствами повышения звукоизоляции помещений ограждающими конструкциями, применяемыми в различных конструктивных схемах, решшъ эколотическую проблему снижения вредного воздействия шума на людей. С помощью полученных аналитических зависимостей осуществлять рациональный выбор физико-механических характеристик, влияющих на звукоизоляцию.

Методы исследований. В работе использовались как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. Теоретическая модель исследования базируется на волновом представлении прохождения звука через твердые слои и воздушный промежуток двойных ограждений с использованием метода локального самосогаасовадая волновых полей и с учетом схемы решения задач по собственным функциям Экспериментальные исследования, выполненные в больших звукомерных камерах НАСА и в натурных условиях в зданиях г . Дзержинска и г. Краснодара, подтвердили правомерность полученных аналитических зависимостей звукоизоляции двойных ограждений в простых и сложных конструктивных схемах строительства зданий.

Научная новизна работы. В работе раскрыт механизм передачи звука через двойные ограждения реальных размеров с различными конструктивными схемами: дая двух плоских параллельных ограждений и сочетания плоского ограждения и объемного элемента. Определено влияние волновых процессов в воздушном промежутке на звукоизоляцию таких конструкций. Получены аналитические зависимости дая расчета звукоизоляции двойных ограждений реальных размеров с различными конструктивными схемами. Разработана методика экспериментальных исследований звукоизоляции двустенных конструкций при сочетании плоского и объемного элементов для проверки соответствия выбранной теоретической модели.

Практическая ценность работы. Предложен практический метод расчета звукоизоляции двойных ограждений с различными конструктивными схемами, с заданными размерами в произвольными физико-механическими свойствами. Влияние волновых процессов в воздушном промежутке учтено в виде поправки к звукоизоляции двустенных конст-

рукций. Наделение размеров конструкций в плаке, а также ширины воздушного промежутка, выбор соответствующей конструктивной схемы и физико-механических свойств панелей или объемных элементов, соспищязощих ограждение, позволяет прогнозировать и регулировать звукоизоляцию двустенных конструкций.

Создана методика определения эффективности использования того или иного варианта конструкции ограждения, <ш чего предлагается метод экспертных оценок.

Совместное рассмотрение результатов натурных и лабораторных исследований звукоизоляции ограждений с расчетными частотными характеристиками звукоизоляции, построенными по полученным аналитическим зависимостям, легли в основу анализа существующих конструктивных решений ограждений и рекомендаций по повышению акустического комфорта изолируемых помещений в зданиях.

Внедрение результатов работы. На основании результатов исследований разработаны и внедрены 7ри типа окон с повышенной звукоизоляцией на машиноремонтном заводе и в помещении криогенной станции Института химии в г. Нижнем Новгороде, что позволило снизить уровни шумя, воздействующие на обслуживающий персонал, s среднем на 20 дБ. Расчеты звукоизоляции двустенных конструкций по разработанной методике положены в основу проектов ограждающих конструкций производственных зданий, разработанных институтом ЦНИИЭП учебных зданий г. Москва и институтом "Теплоэлектропроект" г.Н.Новгород. Для улучшения условий занятий и работы рассчитаны, запроектированы и возведены двустенные перегородки между классами в Нижегородской государственной консерватории. Натурные измерения звукоизоляции ограждающих конструкций жилых зданий в городах Нижегородской области легли в основу рекомендаций по повышению акустического комфорта квартир.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались:

• на Всесоюзной научно-технической конференции "Борьба с шумом и вибрацией на железнодорожном транспорте" (г.Ленинград, 1977 г.);

• на третьей научко-пракшческой конференции "Проблемы шумозащигы" (г.Днепропетровск, 19S0 г.);

• на секции Совета Научно-исследовательского института строительной физики (НИИСФ) I г.Москва, 1938 г.):

• на научных конференциях молодых ученых Волго-Вятского региона (г.Горький, 1981.1983 гг.);

• на семинаре Волго-Вятского региона по строительной акустике при Горьковском инженерно-строительном институте им.В .П.Чкалова (1988 г.);

♦ на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Нижегородской государственной архитектурно-строительной академии (НГАСА) (1976... 1996, 1997 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоят из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 95 наименований работ отечественных и зарубежных авторов, приложений. Работа изложена на 142 страницах, из них 101 страница текста, 5 таблиц, 65 рисунков.

Рабата выполнена по Межвузовской научно-технической программе "Архитектура н строительство", № гос.регистрации 01940006186.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении в качестве одной из важнейших социальных задач улучшения условий труда и быта населения выделена проблема борьбы с шумом, решение которой определяется возможностями повышения звукоизоляции ограждений. В связи с этим сформулирована цель и поставлены основные задачи исследования. Отмечены научная новизна и практические результаты работы.

В первой главе на основании анализа шумового режима на улицах и магистралях городов Поволжья и в ж алых помещениях квартир обосновывается актуальность исследований вопросов, связанных с повышением звукоизоляции ограждений, и актуальность выбранной темы диссертации. В городах с развитой индустриальной базой - при нормативном значении равном 65 дБ А - эквивалентные уровни шума на территориях, прилегающих к жилым домам, составляют в среднем 70...75 дБА; в жилых комнатах эквивалентные уровни шума выше нормативного значения для дневного времени суток на 10...15 дБА. Кроме установления факта неблагоприятного шумового режима внутри и вне изолируемых помещений, на основании натурных исследований определено влияние существующих конструктивных решений ограждений в жилых зданиях на изоляцию помещений. В современной застройке городов Нижегородской области имеют преимущество крупнопанельные дома серии 121 и дома с киршннымн сгенами серии 86, разработанные ЦНИГОП жилища. Отмечено, что далеко не все внутренние и наружные ограждения имеют индекс изоляции воздушного шума, соответствующий нормативным значениям.

, При значительном количестве вариантов конструктивных решений ограждений перед инженером-проектировщиком встает задача выбора, и, в первую очередь, проблема определения критериев или таких показателей, которые наиболее полно удовлетворяют требо-

ванням к данному ограждению. Далее, при сравнении количественных или качественных характеристик этих показателей, можно сделать выбор оптимального варианта конструкции ограждения. Для получения наиболее полной информации об эффективности использования того или иного варианта предлагается метод экспертных опенок..

С целью конкретизации задача для исследования принягш ограждения, разделяющие сашггарко-гехштчесгаг блоки и жилые комнаты. Рассматривалось б возможных вариантов таких ограждений В качестве процедуры получения экспертной информации была принята комачексная схема. На первом этапе эксперты составили перечень важнейших показателей, которые можно разделить на несколько групп: к первой группе относятся показатели, характеризующие акустические свойства конструкций, вторая груши отражает эксплуатационные и производственные показатели, третья группа - экономические. На втором этапе было проведено ранжирование показателей - процедура упорядочения показателей экспертами, которые располагают их в порядке предпочтения. Следующий третий этап -непосредственная оценка конструктивных решений - представляет собой процедуру приписывания показателям числовых значений в шкале интервалов. После агрегации результатов получены итоговые суждения экспертов. Вместе с традиционными массивными конструкциями были отмечены и двустенные, которые, по мнению экспертов, имеют ряд преимуществ перед одностенными.

Далее в главе приводится анализ существующих методов определения звукоизоляции одиостенньгх и даустеетдах конструкций неограниченных и реальных размеров. Сравнение результатов измерений звукоизоляции однослойных конструкций показывает, что ход экспериментальных частотных характеристик не соответствует расчетным, полученным из теоретических представлений, в основу которых положена идея взаимодействия давления в звуковой волне и инерционных сил конструкции, предложенная Рэлеем и использованная в исследованиях Г.Ягером, Р.Бергером, Е.Вшггергерстом и другими. Чтобы исключить эта противоречия, привлекались различные предпосылки. Так рассматривалось влияние краевых напряжений, излтбной жесткости, А.Шох вводит корректирующий фактор ]г] - затухание, Х.Рейснер исследует движенце пластины ограждения при произвольном угле падения звуковой волны. Л.Кремер рассматривает иной механизм прохождения звука, учитывающий явление волнового совпадения. (

Важной задачей явился анализ предпосылок теоретического решения для ограждений реальных размеров. Отмечено влияние на решение этой задачи работ А.Лондона, М.Хекяя, Р.Жосса, К.Лямюра, Г.Л.Осшюва. ВЛ.Заборова, И И.Бопллеповз, В.Г.Крейтана. Выделены исследования механизма ггролождеяия звука и звукоизоляции однослойными и

двустенными ограждениями реальных размеров, проведенные М.С.Седовым. Интересным является ею предложение о разделении движения на резонансное и инерционное.

Получение соответствия расчетных значений звукоизоляции экспериментальным остается сложным особенно для двустенных конструкций реальных размеров с воздушным промежутком. Существует несколько методик анализа звукоизолящш, позволяющих уменьшить расхождение экспериментальных и теоретических кривых. В этой области исследований отмечаются работы А .Лондона, Р.Жосса, К.Гезеле, М.Мёзера. Перспективными с точки зрения исследования звукоизоляции многослойных конструкций реальных размеров названы публикации А.Прайса и М.Крокера. Подробно ошгсапы результаты теоретических исследований В.И Заборова и И.И.Боголенова.

Существующие теоретические зависимости, хак и графоаналитический метод, не учитывают сложность конструктивных схем двустенных ограждений. Поэтому есть необходимость в нахождении новых теоретических и инженерных методов расчета звукоизоляция двойных ограждений для различных конструктивных схем, позволяющих получать надежные результаты.

Вторая глава начинается с описания существующих методов расчета звуковых полей замкнутых воздушных объемов, основанных на использовании волновых законов распространения энергии, геометрических приближениях, статистических наблюдениях, статистических энергетических зависимостях. Применение того шш иного метода требует выполнения ряда определенных условий, разработанных и заложенных в гипотезе данной теории. Поэтому расчет звуковых полей малых воздушных объемов или объёмов, у которых один размер много меньше двух других (так называемые плоские объёмы), является, в ряде случаев, затруднительным. Далее приводится обоснование применения для анализа звуковых полей воздушного промежутка двустенных конструкций положений волновой теории.

Особой задачей для анализа звуковых полей воздушного промежутка двустенных конструкций стоит оценка даффузности и изотропности звуковых полей этих объемов. Отмечаются аналитические методы описания звуковых полей несоразмерных воздушных объемов. Предлагается определять влияние волновых процессов в воздушном промежутке на звукоизоляцию двустенных конструкций исходя из следующих положений. Ухудшение звукоизоляции двустенных конструкций при передаче звуковой энергии из воздушного промежутка небольшой ширины (< 0,2 м) в исследуемое помещение объясняется преобладающим вкладом энергии звуковых волн, падающих под большим углом на основные плоскости конструкции. При этом значение коэффициента звукопередачи конструкции для минимальной ширины воздушного промежутка приближается к некоторому значению тт „ < при ко-

тором наблюдается мшшмалыия звукоизоляция. С увеличением ширины происходит рост числа собственных частот объёма, заключенного между платежами ограждения, повшна-егся степень изотропности звукового поля и становится возможным применение усредненного коэффициента звукопередачи для диффузного падения звуковых волн. При этом величина коэффициента звукопередачи уменьшается до значения V¿щфф » а звукоизоляция возрастает до значений звукоизоляции ограждений при диффузном падении звука.

Сгеиеш. изотропности звукового поля воздушного промежутка двустенной конструкции определяется т отношения общего числа всех типов волн, суммированных по всем частотам диапазона для расчетной ширины воздушного промежугка (К ■,), к общему числу волн при расстоянии между пластинами 0,2 м (ТМ 20 ). Величины отношений N I /X 20, рассчитанные для каждого сантиметра ширины воздушного промежутка, имеют хорошую сходимость с величинами, рассчитанными то зависимости ящ(5- я ■ Д/ 2), функции, характеризующей распределение звукового давления в воздушном промежутке в направлении, перпендикулярном плоскостям пластин.

Изменение звукоизоляции двустенных конструкций, соответствующее юменешпо степени изотропности звукового поля, вызванному изменением ширины воздушного промежутка Д, определяется в виде поправки к звукоизоляции двустенных конструкций, звуковое поле воздушных промежутка которых считается изотропным (при Д > 0,2 м ), по зависимости

Д ^101фт(5';г-Д/2)]. 1.1)

В третьей главе рассматривается процесс прохождения звука через двустенную конструкцию с воздуппшм промежутком реальных размеров и раскрывается механизм передачи звуковой энерпш через ограждения подобного типа, в результате чего были получены аналтпческие зависимости звукоизоляции. При этом учитывается влияние волновых процессов в воздушном промежутке, описанных в I лаве 2.

Для определения звукоизоляции двойных отражденяй используется выражш!е

+ И\)] (.2)

где Я^ -а-Ь-Р"^ /{Ар с ) - суммарная звуковая мощность в среде перед ограждением

IР -суммарное амплитудное звуковое давление на первую пластину двойного ограждения); Ж, - звуковая мощность, излучаемая колеблющейся конструкцией реальных размеров в

виде прямоугольных пластин, величина которой зависит от условий согласования звуковых

полей перед и за ограждением и упругих волн волновых полей пластин.

- звуковая мощность, излучаемая колеблющейся конструкцией в виде сосредоточенных

масс, соединенных упругой связью.

В общем виде излучаемая звуковая мощность определяв!ся по зависимости

И1",,, =и\с /2)-а-Ь-V2 (3)

где v - колебательная скорость излучающей пластины, * коэффициент звукоголучения.

Расчетная модель двустенной конструкции принимается в виде ограждения, составленного из двух различных шарнирш опертых прямоугольных пластин с цилиндрическими жесткостями при изгибе £>, и £>„ я размерами е плане ах-Ь, разделенных воздушным промежутком шириной Д. В направлении отрицательных г под углом в на первую пластину падают звуковые волны. След падающей, отраженной и прошедшей волн в плоскости пластины составляет с нормалью к стороне «угол а0.

Смещения точек пластин найдем из системы дифференциальных уравнений движения +/у,(/г52М', /¿12)-Р

Д. (.1 + ¡Т)„ + //„ н>„ /'^12) = Р' Здесь м'( и - смещения 1и 2 пластин,

и М/1 - массы единицы площади пластин, ц, и г]!: - коэффициенты потерь пластин. Форма распределения звукового давления от исходных звуковых волн в плоскости первой пластины запишется в виде

Р = РЛ • зт(т ях/а)-зт(п к V'/ /Л (5)

топо Отопо 0 0 '

Величины та>п0 имеют непрерывные численные значения, которые определяются из соотношений

к 'И-ятО-вта ~т л. о о о

(6)

к -Ь-ътв соаа -п я. о о о

Звуковые волны, возникающие в воздушном промежутке, являются производными и вызваны изгибными колебаниями первой плаепшы. Звуковое давление в них можно выразить аначопмно

P' -PJL. sin(m /rx/a)-s'in(n яу/Ъ). (7)

mo"o Отопо о w

Под воздействием звуковых волн в пластинах возникают и распространяются свободные

упругие волны. Условия образования собственных колебаний будут выполняться при со-

к-а-ша-тя, т- 1Д,...

ГО-)

k-b-cosa-пл, /7=1,2,...

Смещение каждой точки пластин в каждый момент времени определяется из выражения w = Ámn •sinínizxlá)-sin{nху 1 b)-cosiot. (9)

В результате взаимодействия звуковых и упругих волн в каждый момент времени создаются

определенные условия пространственного соотношения характеристик их полей. В условиях

замкнутого волнового движения (стационарного состояния) взаимодействие звуковых и

вибрационных полей наиболее полно характеризуют системы уравнений (б) и (8), решая

которые совместно получим условия согласования полей

k-a-ú¡xa = N -(к -a-siaa -siné?)

X v о о '

k-b-cosa-N -(к 'b-cosa -sinff), ^^

y o o

kQ -волновое число среды, к -волновое число пластин, коэффициенты согласования

N =т!т ,N =п!п . (11)

X о' у о % J

Значения амплитуд нормальных колебаний пластин, характеризующие степень прохождения звука через двойное ограждение, определяются из уравнений (4) по коэффициентам согласования (11). Колебательную скорость пластин ограждения можно найти через амплшуду колебаний из выражения

v =i-<o-A (12) тп тп

Первый случай полного согласования волновых характеристик полей получил название полного пространственного резонанса. Коэффициенты согласования равны единице (Nx = 1 ,N = 1), соотношение индексов т-то,п=пд. Частоту полного пространственного резонанса можно определить из любого уравнения системы (10)

/ =с2 • -////Z> / (2* • sin2 0 ). (13)

Jгтп о 1 4 тп' v '

Выражение усредненного квадрата колебательной скорости пластины 2 запишется в виде

vi = (я / 2) ■ F2 / (//,? - Дш • щ • атп11), (14)

а выражение усредненного коэффициента звукоизлучения

' Для второго случая - неполных пространственных резоиансов - коэффициенты согласования будут равны -- - 2я,2и/ 3,2м / 5..., а индексы имеют соотношение

от = м , я п^. Граничная частота этой области определяется из выражения усредненного квадрата колебательной скорости пластины 2 из зависимости

(17)

усредненного коэффициента звукоизлучения из зависимости

5 = 0,933-А/ -М1 /(А/2 -А/2' >2, (18)

в ср. ср. оср.

2

т п \т ,п ,т ,п оср. оср. ср ср. оср. оср.

М =.т +п ,М~ = 1т2 ■п2 ,М2 в в в ер. ^ ср. ср. оср.

соответствуют частоте = /н

Для третьего случая - простых пространственных резонавсов - коэффициенты согласования будут равны А'^. - 2т,2т/3,2т/ 5,...;^ - 2п,2п! 3,2л/5,..., а соотношение индексов запишется т г т^, п т п^. Граничная частота этой области определяется из выра-

Гг(п,)(п)-со1(МХ (19)

усредненного квадрата колебательной скорости пластины 2 из зависимости

I* = (к/32)-Г2 /(//,? • АЙ>• щ ■ ®,мХя>/), (20)

усредненного коэффициента звукоизлучения из зависимости

¡ -0,379- Ш п2 т2 /(п2 -п2 )2'(т2 - т2 )2, (21) . Ср. ср. ср. йср. 4 ср. оср.

АЛ/ - - а-Ы (2^1)/ - число резонанеов в полосе ДЛ

Подсгандяя выражения усредненных квадратов колебательной скорости (14), (17), (20) и выражения усредненных коэффициентов звукоизлучения (15), (18), (21) в выра-

жешзе (3), получим значения первого слагаемого в знаменателе зависимости (2) (+'„ для трех расчетных областей.

В области первой частоты собственных колебаний двойного ограждения двустенную конструкцию, составленную из двух цлит с воздушным промежутком между ними, представим как колебательную систему: масса первой шиты - упругая связь - масса второй плиты. Уравнения движения для системы плит будут иметь вид

//,(<г?2и'( /Л2) + кЫ>, + и',,)-- Р

(22)

Л/<//2 ! <?1г)~ к (и-, - н>;/ ) = 0.

Переходя к амплитудным значениям смещений и звуковою да меняя и> ~ А ■ е,ап, Р~ Р ■ с'с0', запишем выражения амплитуд нормальных колебашш плит, с учетом (!2) -квадрата колебательной скорости второй плиты. Акустическую мощность, излучаемую колеблющейся конструкцией в виде двух сосредоточенных масс, соединенных упругой связью, получим, подставляя в зависимость (3) значение квадрага колебательной скорости,

Г, ^{росо >2)-Р2 а-Ь/ы2Си, + /I,,)2 -(со2 /ш2 ■ I)2. (23)

В данном случае коэффициент звукоизлучения принимаем равным единице, т.к. движение подобной конструкции на низких частотах в районе первой резонансной часгош соответствует движению ограждения при нормальных поршневых колебаниях. Первую частоту собственных колебаний двустенной консгрух'вш определим из выражения

л»2 - к-{IIу, И///„■).

Если между пластинами находится воздух, то к - р с^ / Д и /р (24)

Далее, используя зависимость (2), с учетом значений излучаемых акустических мощностей для различных расчетных областей получим выражения звукоизоляции двойных ограждений реальных размеров. Поскольку атастшгы, составляющие ограждения, имеют различные физико-механические характеристики, их расчетные области могут или совпадать или нет. Обозначив действие расчетных зависимостей граничными частотами расчетных областей, запишем выражения звукоизоляции двустенных конструкций.

J J гтп'

-1-1 125)

К "tu- fmn, / iß} ' A? • t), ■ t)u ■ f2 ■ Д Л + А, } + Д 2 - 39r5

Д1 = 1/(д;+//„)2.(/2//2 .1)2

Д2 = \01фп5-х-Д/2),/>/

// V \ £■/</ . . :A' = 1345 - г(т){п)и J J zm(ti)4

/< / , J J гтп1

Ä = 10Igi/-2

1-1

АГч„ /О,2 -n, -rn -A/2) + AjJ } t Д2 -39,5

/ ,.</</ ,-,/?/ : AT=538 J гт(л)> J гтп' J J гтп»

WÄ / «W-W

*г(т){пу zmiri)!;^?(w)(«)" á ^ < /гтя(л)": A'= 8,5

Поскольку теоретические предположения о механизме прохождения звука через двустенные конструкции реальных размеров и расчетная модель в общем случае в той или иной степени идеализированы, для подтверждения их достоверности были проведены экспериментальные исследования звукоизоляции двойных ограждений.

Четвертая глава содержит вопросы планирования эксперимента, описание методики, экспериментальных установок и аппаратуры для экспериментальных исследований, а также результаты измерений звукоизоляции двустенных конструкций в натурных и лабораторных условиях и их сравнение со значениями, полученными по аналитическим зависимостям, приведенным в главе 3. Измерения проводились в больших реверберационных камерах HACA по стандартной методике. Приводится оценка надежности и точности измерений, характеризующаяся предельной погрешностью 1...2 дБ при доверительной вероятности 0,95. Измерения: в натурных условиях проводились в жилых домах серий 121, 86 и Э-600,

используемых да строительства в Нижегородской облает, р, жилых домах из объемных блоков в г.Краснодаре, на промышленных объектах.

Основной целью эксперимента ставилось изучение влияния на звукоизоляцию физико-механических свойств материалов, для чего исследовались двустенные конструкции ш таких материалов как силикатное ссекло, асбестоцемент. ДСП, метай, железобетон, гипсобетон и др. при различной толщине слоев. Кроме этого, изучалось влияете ширины воздушного промежутка, размеров гшаеттт в плане и месторасположение их. влияние вибродемпфирования пластал 01раждешм и звукопоглощающего материала в воздушном щюме-жутке на звукоизоляцию двустенных конструкций.

В результате измерений получен ряд выводов, имеющих практическую ценность. Сравнение значений, рассчитанных по зависимостям из главы 3, с экспериментальными данными, полученными в лабораторных условиях (рис П и при натурных измерениях (ркс.21 показали ич хорошую сходимость.

В пятой главе приводится описание вочможноетей практического применения ре-зультчтсв исследований, которые рассмотрены в главах 2, 3, 4. В первую очередь эн> каса-ося решения задачи прохождения звука через двойное ограждение с более сложной конструктивной схемой, в качестве одного из ограждений которой используется призматическая оболочка, в качестве другого - плоский элемент. Примером такой конструктивной схемы можег служить ограждение между сашпарко-техническим узлом и жилой комнатой, применяемое в сериях 121 и Э-600 и подробно описанное в главе 1.

Рассмотрены два случая распространения я излучения зкукивой энергии, первый -кош звуковые волш воздействуют на перегородку, а излучающими якляются стенки призматической оболочки; второй - когда звуковые волны воздействуют на внутренние поверхности стенок призматической оболочки, а излучающей является плоская перегородка. Выедены расчетные зависимости звукоизоляции двойных" ограждений с комбпнл]х>8анноЙ конструктивной схемой для обоих случаев; - для первого

4 ,

К -- 10 И А' • • ц2-м-/4 . :\/.'(/:тп ■ V ф] * д. (26')

]-1

Дчя прзпматичесхой оболочки рассматривается область частот выше граничной часто ы пространственных резонаисов / > . для плоской перегородки, как и в главе 3. учтены

все гри степени согласования звуковых и вибрационных шлей. Поэтому' дая области

Рис.1. Частотные характеристики звукоизоляции ограждения из двух силикатных стекол толциной 3 им при ширине воздушного

промежутка 20 им. Кривая 1'эксперимент, кривая 2 -расчет

Рис.2. Частотные характеристики звукоизоляции двустенной конструкции ив гипсобетонных панелей толщиной 8Оки с воздушный промежутком 60мм /кежквартирная перегородка серии 86/.Кривая 1-натурнне измерения,кривая 2-гасчет

Рис.3. Частотные характеристики звукоизоляции двустенной конструкции из призматической оболочки и асбестоцементной перегородки при ширине воздушного промежутка 40мм для случая, когда излучающими являются стенки оболочки. Кривая 1-эксперияент, кривая 2-расчет

Рис.4. Частотные характеристики ввукоиооляции двустенной конструкции из призматической оболочки и асбестоцементной пере городки при ширине воздушного промежутка 20яя для случая, когдл излучающей является плоская перегородка. Кривая 1-эксперимент, кривая 2-расчет

•'гяги гт{п) J J гтп 'J г{м\п) ' •гт(п)

- доя второю

R ~ 101g{[X • fi'Z .л/2-n-rj'f4 •Д//С/аи-?)]ЧА'1бй11шхМ4Д. (27)

/2/"' А'^=53 ИГ10,/' ,</</"' К - 2-10" 8, Г, v ,<f<f . .Л'85'10 9. ^ 'гтп ,Jет\п) - - гтп г(т\п) • гщп)

В указанных зависимостях звукоизоляции введены обозначения: /гт>/1тг1 ~ граничные

частоты области полных пространственных резонансен ахгтветствснно стенки призматической оболочки, ихчучатощей в воздушный промежуток, и плоской перегородки; f!,m{r¡^

- граничная частота области неполных пространственных резонансов плоской перегородки; " граничная частота области простых пространственных резонансов плоской

перегородки; !-t,/i' - массы единицы площади стенки оболочки, излучающей в воздушный промежуток, и тоской перегородки; r¡, - коэффициенты потерь материала призматической оболочки и плоской перегородки; М- - квадрат числа, показывающего, во сколько 4

раз £ А ■ больше массы единицы площади стенки оболочки ц, излучающей в воздуш-3

ный промежуток; s' -усредненный коэффициент звукоизлучения плоской перегородки;

£ sj - сумма усредненных коэффициентов звукоизяучеши стенками призматической обо}-'

лочки, Д - поправка, учитывающая волновые процессы в воздушном промежзтке ш зависимости (1), - отношение тол1цины стенки призматической ободочки, излучающей

в воздушный промежуток, к максимальной толщине из примыкающих стенок.

Для подтверждения правильности выведенных закономерностей в больших ревербе-рацпошшх камерах HACA были проведены экспериментальные исследования звукоизоляции двойных ограждений при сочетании объемного и плоского элементов. Результаты,измерений звукоизоляции показали хорошую сходимость с расчетными значениями, полученными по вышеназванным зависимостям (рис.З, 4).

Доя упрощения расчетов звукоизоляции двустенных конструкций разработана про-

грамма для персональных компьютеров тала IBM PC AT/XT. Приводятся блок-схема и последовательность работы с программой.

Обоснование использования двустенных конструкций в качестве звукоизолирующих преград даны с точки зрения экономики и практики. Названы примеры практического использования теоретических и экспериментальных, в том числе натурных, исследований, результаты которых лети в основу данной работы.

ВЫВОДЫ

На основании вышеизложенного материала исследований звукоизоляции двойных ограждений с традиционной и комбинированной конструктивными схемами можно сделать следующие выводы:

1. Выполненные исследования процесса прохождения звука через двустенные конструкции с учетом их конечных размеров позволили создать инженерный метод расчета звукоизоляции с выделением влияния волновых процессов в воздушном промежутке, в виде поправки

2. Инженерный метод расчета позволяет строить частотные характеристики звукоизоляции двустенных ограждений с заданными размерами и произвольными физико-механическими свойствами для различных конструктивных схем. Изменением размеров ограждения в плане можно повышать его звукоизоляцию на 6...S дБ на средних частотах. Увеличение воздушного промежутка с 2 до 10 см повышает звукоизоляцию в среднем на 7 дБ.

3. Использование двустенных конструкций в качестве звукоизолирующих преград экономически целесообразно, таг как их звукоизоляция дм определенных типов конструктивных решений не хуже одностенных, но при этом вес и расход материала, себестоимость производства и монтажа, заметно ниже.

4. Эффективность применения в качестве звукоизолирующих преград двустенных конструкций в сравнении с одностенными выше в случае использования сравнительно более тонких ограждений, составляющих конструкцию. С датой стороны, на низких частотах, ниже первой резонансной частоты конструкции, преимущество имеют двустенные конструкции из более толстых ограждений.

5. На низких частотах уменьшение размеров ограждений двустенных конструкций в плаве расширяет область повышенных значений звукоизоляции.

Увеличение ширины воздушных промежутков свыше 20 см не оказывает существенного влияния на звукоизоляцию двустенных конструкций. При ширине воздушного промежутка до 10 см, темп роста звукоизоляции двойных ограждений

при удвоении ширины составляет 3 дБ.

6. За счет волновых процессов в воздушном промежутке звукоизоляция двустенных конструкций реальных размеров выше их звукоизоляции по "закону масс":

• При установке двустенных конструкций, состоящих из стен разной толщины, более тонкое ограждение следует располагать со стороны изолируемого помещения. Эффективность такой установки зависит от отношений изгибных жесткостей применяемых ограждений. Она особенно заметна при использовании тонких ограждений, когда ири каждом увеличении толщины первой пластины в 1,5 раза эффект составляет в среднем 1,5 дБ при изменении отношения изгибных жесткостей пластан в пределах 1:30. Что касается стеновых, сравнительно более толстых ограждений, этот эффект заметен при установке перегородок двустенной конструкции из разных материалов и достигает в среднем 2 ..3 дБ.

• Подтвержден известный вывод о том, что введение по контуру воздушного зазора звукопоглощающего материала повышает звукоизоляцию двойного ограждения. На средних и высоких частотах это повышение равно 2...3 дБ.

» Установка ограждений двустенной конструкции непараллельно друг другу повышает её звукоизоляцию в среднем на 2 дБ.

• Применение в двустенных конструкциях из топких металлических листов вибро-поглощающего покрыли, обладающего антикоррозийными свойствами, толщиной, примерно равной толщине листа, повышает звукоизоляцию ограждения на х..6дБ.

?. Повышение звукоизоляции ограждений в зданиях с объемно-блочном и смешав-ной конструктивными схемами можно обеспечить путем сочетания объемного элемента и плоского ограждения. При этом установка дополнительной плоской перегородки В1гутри блока приводит к повышению звукоизоляции разделяющего помещения ограждения на 3...5 дБ, вне блока - на Ю...15 дБ, в зависимости от ширины воздушного зазора в. Повышение звукоизоляции двойных ограждений при комбинированной конструктивной схеме можно прогнозировать, используя приведенные теоретические зависимости и инженерный метод расчета.

Основные положения диссертации изложены в следующих опубликованных работах:

1. Виброизоляпия инженерного оборудования пакетами изоляционных древесноволокнистых шитт: Информ. листок / Алексеев Е.А., Юферев А.П.,-Горький, 1977,- 4 с,-(Горьк. ЦНТИ, № 11-77).

2. Юферев А.Л., Бобылев В Н. Повышение звукоизоляции ограждений путем распределенного вибродемпфирования // Борьба с шумом и вибрацией на железнодорожном транспорте: Тез.докл.Всесоюзной науч.-гехнич.конф./ЛШШ.Т.-Л.,1977.-С.З.').

3. Большаков В.Н., Юферев А.П,, Жариков В И. Звукоизоляция окон с двойным остеклением / Горьк.гос.ун-т.-Горысий, 1979.-8 с.-Деп. в ПИНИС 30 10.79, № 1594.

4. Большаков В.Н., Юферев А.П., Жариков В.И., Костюков В.П. О методике измерения звукоизоляции ограждающих конструкций с учетом их пространственной взаимосвязи / Горьк.гос.уц-т.-Горьгай, 1979.-23 с.-Деп. в ЦПНИС 30.10.79, № 1595.

5. Юферев А.П., Жариков В.И. Об эффекте обходных путей звука в реверберацион-ных камерах при измерении конструкций повышенной звукоизоляции // Проблемы птумо-защшы: Тез.докл.третьей науч.-практнч.конф./ ДНСИ.-Днепропетровск, 19S0.-C. 123-125.

6. Юферев А.П. Звукоизоляция двойных ограждений конечных размеров па частотах выше граничной II Тез.докя.науч.конф. молодых ученых Горькобл./ ПТИ.-Горький, 1981,-

7. Юферев А.П. Влияние обходных путей на звукоизоляцию двустенных конструкций блох-комнат / Горьк. госун-т.-Горький, 1982.-6 с.-Деп. в ВНИИИС,№ 2986.

8. Конкин А.А., Юферев А.П. Исследование влияния потерь энергии промежуточного слоя на звукоизоляцию двустенных конструкций // Тез.дохл.науч.конф. молодых ученых Волго-Вятского региона / ГИСИ.-Горький, 1983.-0.150-181.

9. Седов М.С., Юферев А.П. Расчет звукоизоляции двустенных конструкций: Конспект лекций.-ШСИ, 1983.-40 с.

10. Кожух повышенной звукоизоляции: Информ.лисгок / Бобылев В.Н., Шарихова В.В., Юферев АП.-Горький, 1985.-4 с.-(Горьк.ЦНТИ, № 512-85')

11. Смотровые окна повышенной звукоизоляции: Информ.л исток / Седов М.С., Бобылев В Н., Юферев А.П,-Горький, 1985.-4 с.-(Горьк. ЦНТИ,№ 516-85)

12. Юферев А.П. Влияние волновых процессов в воздушном промежутке на звукоизоляцию двустенных конструкта реальных размеров / ГИСК.-Горький, 1988.-10 с.-Деп. в ВНИПИС 19.07.88, №9307. '

13. Юферев А.П Влияние резонанса двустенной конструкции на ее звукоизоляцию // Звукоизоляция зданий: межвуз.сб.няуч.тр / ГИСИ.-Горький, 1989.-C.S-18.

14. Юферев А.П. Изоляция шума ограждениями крупнопанельных зданий 11 Тез.докл.науч.-техяич.конф.проф.-преп.состява и студентов / ШСИ.-Горький, 1990.-С.78-79.

15. Юферев А.П. Измеренные частотные характеристики звукоизоляции двойных ограждающих конструкций П Прогнозирование и измерения звуковой среды: Учеб.пособ./ ННГУ.-Н.Новгород, 1991.-С.52-57.

16. Юферев А.П. Влияние конструктивных решений па звукоизоляцию ограждений жилых зданий // Тез.докл.науч.-техн.конф.проф.-преисостава, аспирантов и студентов / НАСА.-Н.Новгород, 1994.-Ч.2.-С.51.

17. Юферев А.П. Исследование влияния внешних источников и конструктивных решений оконных блоков та шумовой режим жилых помещений /V Тез.докл.науч,-техн.конф.проф.-преп.сосгава, аспирантов и студентов / ПАСА.-Н.Новгород. 1994.-Ч2.-

С.66-67.

С.52.

Подписано к печати 23.12.97. Бумага газетная. Формат 60 * 90 1/36. Печать офсетная. Объем 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № Нижегородский государственный архитектурно - строительный университет. 603600, Нижний Новгород, Ильинская, 65.

Полиграфцентр НГАСУ, 603600, Нижний Новгород, Ильинская, 65.