劉芯彤 席 飛 楊曉林 孫友富

近幾年，木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展迅猛，并因?yàn)槠洫?dú)特的建筑風(fēng)格，以及綠色環(huán)保、保溫節(jié)能、防火防潮、抗風(fēng)抗震、施工周期短等特點(diǎn)受到越來(lái)越多的關(guān)注。然而，由于木材較鋼筋混凝土等其他建筑材料質(zhì)量輕，因此，受“質(zhì)量定律”的控制，很難實(shí)現(xiàn)較好的隔聲性能[1]。隔聲主要包括空氣隔聲和撞擊隔聲，空氣隔聲是指阻隔空間聲場(chǎng)的聲能，如聽到的說(shuō)話聲；撞擊隔聲是指減弱撞擊的能量輻射到建筑空間中的聲能，如樓上的腳步聲、擦地聲等[2]。在GB 50118—2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)住宅中的聲環(huán)境制定嚴(yán)格的噪聲標(biāo)準(zhǔn)[3]。要求住宅的臥室容許噪聲級(jí)(A聲級(jí))晝間應(yīng)小于或等于45 dB,夜間應(yīng)小于或等于37 dB,分戶墻與樓板的空氣聲的計(jì)權(quán)隔聲量應(yīng)大于或等于50 dB,高要求的住宅樓板的計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級(jí)宜小于或等于75 dB[4]。所以，若想大力發(fā)展木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)，改善木結(jié)構(gòu)建筑的聲環(huán)境尤為關(guān)鍵。

1 木結(jié)構(gòu)墻體的隔聲

墻體是木結(jié)構(gòu)建筑體系的三大結(jié)構(gòu)之一。墻體分為內(nèi)墻和外墻，其功能和構(gòu)造都不盡相同。輕型木結(jié)構(gòu)的墻體主要包括墻骨柱、覆面板和填充材料等，影響其隔聲的要素是覆面板密度、墻骨的規(guī)格和間距、填充材料的容重和厚度[5]。有實(shí)驗(yàn)證明在結(jié)構(gòu)允許的情況下，考慮到經(jīng)濟(jì)性和隔聲性能，木墻骨間距應(yīng)盡可能選用600 mm[6]。在設(shè)計(jì)墻體的內(nèi)部構(gòu)造時(shí)，可使各構(gòu)件之間相互隔離。例如，將墻骨柱交錯(cuò)安裝在兩面墻上，每一根墻骨柱只與一面墻相連，從而降低構(gòu)件之間的傳聲[7]。木結(jié)構(gòu)墻體隔聲除了受“質(zhì)量定律”的控制外，還在一定程度上受吻合效應(yīng)的影響[8]。木結(jié)構(gòu)雙層墻體之間的空腔厚度是影響吻合效應(yīng)的因素之一。有實(shí)驗(yàn)表明，隨著空腔厚度的增加，吻合效應(yīng)逐漸減弱，隔聲量逐漸增加，但超過(guò)某一值后，這種效果就越來(lái)越差[9]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雙層墻之間的空腔厚度為100 mm左右時(shí)，對(duì)減輕吻合效應(yīng)來(lái)說(shuō)是最有效的，而且密度和厚度越大的構(gòu)件受吻合效應(yīng)的影響越小[10]。然而，只靠提高構(gòu)件的密度和厚度來(lái)提高隔聲量效果是不明顯的，而且還占用建筑空間，增加了成本。對(duì)于雙層墻體的木結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，選用不同材料和不同厚度的墻體兩側(cè)的板材同樣有利于隔音量的提升[11]。墻體內(nèi)填充的保溫材料可有效地減少高低頻聲源的通過(guò)[12]。有實(shí)驗(yàn)表明，不加保溫棉的木結(jié)構(gòu)墻體計(jì)權(quán)隔聲量基本在40 dB以下，而加了保溫棉的計(jì)權(quán)隔聲量在40 dB以上。此外，周統(tǒng)建等人發(fā)現(xiàn)空心刨花板復(fù)合墻體的隔聲能力優(yōu)于填充巖棉等材料的墻體結(jié)構(gòu)，符合住宅隔聲標(biāo)準(zhǔn)要求[13]，所以可以根據(jù)需要考慮用其代替填充保溫材料的墻體結(jié)構(gòu)。另外，墻體上的縫隙也有利于噪聲的傳遞，所以在施工時(shí)應(yīng)盡量避免縫隙的產(chǎn)生，例如，將插座和管道的周圍密封嚴(yán)實(shí)等。在安裝木結(jié)構(gòu)外墻飾面板時(shí)，將木結(jié)構(gòu)構(gòu)件和飾面材料之間留設(shè)彈性縫隙則有助于緩沖墻面板的振動(dòng)以達(dá)到降低噪音的目的。

近幾年一些新型的隔聲技術(shù)亦可用于木結(jié)構(gòu)墻體的隔音設(shè)計(jì)。黃險(xiǎn)峰[14]運(yùn)用逆預(yù)測(cè)的方法來(lái)確定實(shí)體墻的最小隔音量和最大尺寸的開口或縫隙。可以用此措施，在滿足隔音要求的情況下，獲得安裝管道和墻上插座的許用面積。T·E· Vigran[15]完善了基于矩陣轉(zhuǎn)移技術(shù)預(yù)測(cè)雙層墻隔聲量有限的結(jié)構(gòu)連接，并且考慮了墻上釘子的靈活性。這種技術(shù)主要測(cè)量的是有石膏板的輕質(zhì)雙層墻的隔聲指數(shù)，以便于更好隔聲的設(shè)計(jì)。除了以上提到的提高墻體隔聲量的方法以外，使用新型的建筑材料也可以在一定程度上解決木結(jié)構(gòu)墻體的隔聲問題。周夢(mèng)平[16]分析了新型聲子晶體隔聲材料的隔聲性能，發(fā)現(xiàn)這種隔聲材料的隔聲量要比同面密度的其余勻質(zhì)材料高6.62 dB，在100～500 Hz內(nèi)平均隔聲量相差高達(dá)8.272 dB，這說(shuō)明在低頻部分，隔聲量的提高完全能夠打破質(zhì)量定律。

在木結(jié)構(gòu)墻體的隔聲性能方面已經(jīng)有了相當(dāng)可觀的研究進(jìn)展。墻體的隔聲性能不能簡(jiǎn)單的依賴于單一的因素，而是要考慮“質(zhì)量定律”、墻骨柱規(guī)格、阻尼性、填充材料等多方面因素的影響。另外，墻骨柱交錯(cuò)安裝以減弱構(gòu)件之間傳聲的方法以及新型隔音材料的使用，理論上是可行的，但還要通過(guò)縝密的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其力學(xué)性能等是否符合要求，才可考慮是否可以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

2 木結(jié)構(gòu)樓蓋的隔聲

木結(jié)構(gòu)住宅的樓板由于其剛度和密度都低于鋼筋混凝土住宅的樓板，同樣因?yàn)椤百|(zhì)量定律”，樓板的隔音比較困難，一般要比混凝土樓板低 10 dB左右[17]。加之樓板中會(huì)埋有大量管線，空洞增多，質(zhì)量減小，樓板隔聲問題尤為突出。樓板的隔聲一般包括空氣隔聲和撞擊隔聲兩大類。由于樓板自身的結(jié)構(gòu)，空氣隔聲的防治往往局限于噪聲源附近，而樓板撞擊噪聲的控制相對(duì)來(lái)說(shuō)比較困難[18-19]。改善木樓板隔聲性能可采取如下措施：

1）鋪設(shè)彈性面層。在樓板上鋪設(shè)一層彈性面層，如地毯、軟木磚、橡膠等，能有效改善樓板中、高頻的撞擊隔聲，若材料彈性好、厚度大，對(duì)低頻也有所改善。如用兩層不同材料作為彈性面層，隔音效果會(huì)更好[20]。

2）加設(shè)吊頂。在樓板下加設(shè)吊頂也可改善樓板的隔音性能。施工時(shí)要注意吊頂與周圍墻壁之間不能有縫隙；在確保安全的前提下盡可能減少吊點(diǎn)數(shù)量；且吊頂不宜用剛性連接[21]；可以在吊頂中鋪設(shè)吸音材料，如玻璃棉，巖棉等，吸收部分噪聲。另外，將吊頂用彈性連接直接固定于承重墻上，或者在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步在下層增設(shè)獨(dú)立側(cè)墻，對(duì)不同音域下的平均隔音改善量可達(dá)到10 dB左右[22]。然而，采用吊頂結(jié)構(gòu)也存在一定的局限性：減少了建筑空間；成本高，施工復(fù)雜；隔音效果一般。

3）構(gòu)造浮筑樓板。浮筑樓板的構(gòu)造是在樓板與硬質(zhì)地面之間鋪一層彈性墊層，可削弱樓板的撞擊噪聲。施工時(shí)應(yīng)注意面層與基層之間或面層與其四周墻面之間不能有剛性連接，尤其應(yīng)注意濕作業(yè)對(duì)彈性墊層材料彈性產(chǎn)生的影響。此外，戚建強(qiáng)發(fā)現(xiàn)，地暖系統(tǒng)由于特殊構(gòu)造，與浮筑樓板的施工工藝十分相似，因而不難推斷，地暖裝置不僅可以采暖，還可在一定程度上提高樓板的隔音量[23]。

4）提高樓板阻尼性。將阻尼材料夾于地板與樓板之間，可提高地板的隔聲量。大島[24]等人曾做過(guò)類似的實(shí)驗(yàn)，并取得了成功。李賢鐘對(duì)常用的地板膠黏劑的阻尼性對(duì)樓板隔音性能的影響進(jìn)行了研究[25]，發(fā)現(xiàn)使用環(huán)氧樹脂類膠黏劑降低了樓板的隔音能力，而使用阻尼性能高于木材的聚氨酯類膠黏劑可使樓板的隔音性能有所提高。

除了上述提到的措施之外，一些先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)也有利于樓板隔音的設(shè)計(jì)。Shi Wanqing[26]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)沙球從一定的高度落下與真實(shí)的腳步聲非常一致，比起IOS標(biāo)準(zhǔn)中用攻絲機(jī)作為的噪音源，此方法是一個(gè)測(cè)量低頻聲源隔聲的更好辦法。Andrea Prato[27]研究了低頻階段（50～100 Hz）實(shí)驗(yàn)室測(cè)量建筑聲學(xué)的模態(tài)方法，發(fā)現(xiàn)該方法適用于撞擊隔音的測(cè)量，并使低至50 Hz的聲學(xué)測(cè)量成為可能。

提高木樓板的隔聲性能一直以來(lái)就是發(fā)展木結(jié)構(gòu)建筑的難題之一，雖然在這方面已經(jīng)有很多研究成果，但是還未找到真正有效且實(shí)用的解決方案。許多影響木結(jié)構(gòu)樓板隔音性能的因素還未探索，比如木格柵的材料、規(guī)格、間距，格柵與格柵之間有無(wú)剪力撐或橫撐，有無(wú)填充材料，填充材料的類型等。總的來(lái)說(shuō)，研究的隔聲構(gòu)造在使樓板的隔聲等級(jí)達(dá)到規(guī)范要求的前提下，還要盡可能具備實(shí)用性、材料易購(gòu)、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，適合大面積推廣使用。

3 門窗的隔聲

在一棟建筑的聲環(huán)境中，門窗是隔絕噪音最薄軟的環(huán)節(jié),室內(nèi)90%的噪聲都是由門窗進(jìn)入[28]。門窗隔聲性能的好壞主要取決于門窗的密封性和本身材料的隔音性能。密封性包括玻璃與邊框的密封，關(guān)閉門窗后邊框與框架的密封，以及安裝后窗戶與墻體的密封。施工時(shí)選用高質(zhì)量的五金件，或在門窗與墻體的縫隙間加橡膠壓條可增強(qiáng)門窗的密封性，改善隔聲效果[29]。

對(duì)于窗戶來(lái)說(shuō)，玻璃的厚度和層數(shù)也是影響隔聲性能的關(guān)鍵因素。一般來(lái)說(shuō)，玻璃厚度越厚，中間空隙越大，隔音效果就越好。有實(shí)驗(yàn)表明單片玻璃厚度加倍，隔聲量約增加6.1 dB[30]。但僅靠增加玻璃的層數(shù)和厚度對(duì)窗戶隔聲效果的改善并不明顯，并且也非經(jīng)濟(jì)適用辦法。有資料顯示，日本Sekisui[31]公司開發(fā)的一種新型疊層玻璃——SAF膜，比常見的PVC膜膠合玻璃的阻尼要大得多，對(duì)窗戶的隔音性能有明顯的改善。D·Takahashi[32]等發(fā)明了一種新的提高雙層玻璃窗隔音性能的方法，這種技術(shù)使用黏彈性材料作為兩個(gè)玻璃面板之間的連接器，并驗(yàn)證了模型的有效性。此外，結(jié)果還表明，最有效的隔音因素是阻尼，阻尼越大，隔音性能就越好。Cinzia Buratti[33]開發(fā)一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模型來(lái)估測(cè)木窗的計(jì)權(quán)隔聲量，可以容易地估測(cè)木窗的聲學(xué)性能，而不用在原型上做實(shí)驗(yàn)，節(jié)省了成本和時(shí)間。

對(duì)于木門來(lái)說(shuō)，門板內(nèi)的填充物是決定木門隔音效果的關(guān)鍵，現(xiàn)在市場(chǎng)上多數(shù)的門都是氣腔中有吸音和防火材料的雙層板結(jié)構(gòu)[34]。有實(shí)驗(yàn)表明，內(nèi)芯填充紙基的模壓隔音門，可實(shí)現(xiàn)29 dB的隔音效果；內(nèi)芯使用優(yōu)質(zhì)刨花板的門，隔音效果最好，隔音量可達(dá)到32 dB[35]。此外，密度越高，質(zhì)量越大，門板越厚，表面越粗糙的門隔聲效果越好。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上推廣的一種德式木質(zhì)門有較好的隔聲效果。德式門又稱“T型口門”，其特點(diǎn)是門扇與門框之間運(yùn)用雙曲尺結(jié)構(gòu)，結(jié)合嚴(yán)密，有著良好的隔音性和密閉性。隔音效果可達(dá)到 40 dB，而一般的門只有20 dB 左右。

想要擁有健康的住宅環(huán)境，開窗通風(fēng)是必須的。然而開窗后噪聲的分貝會(huì)放大10～15 dB，通風(fēng)與隔聲的矛盾就會(huì)顯得尤為突出。近幾年有很多學(xué)者致力于自然通風(fēng)消聲窗的設(shè)計(jì)，2005年我國(guó)設(shè)計(jì)出的一款通風(fēng)消聲窗的隔聲量可達(dá)到10 dB左右。另外通風(fēng)器的使用也可以解決通風(fēng)與隔音的矛盾。Michael Barclaya[36]等用有限元模型的方法來(lái)量化噪音與自然通風(fēng)之間的相互作用，這項(xiàng)研究說(shuō)明了在城市建筑中噪聲暴露和通風(fēng)性能方面集成方法的重要性。需要注意的是，現(xiàn)在市場(chǎng)上許多通風(fēng)消聲窗往往只注重隔聲性能，而忽略了窗戶本身通風(fēng)作用。如果因通風(fēng)換氣不暢，達(dá)不到一定的舒適感要求，必將影響它的實(shí)用性和推廣。通風(fēng)器的使用雖然解決了通風(fēng)與噪音的矛盾，但要注意是否會(huì)存在屋內(nèi)熱量損失，在雨雪天氣下是否存在漏水的情況，這是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)部門必需及時(shí)考慮的。另外，安裝隔音門窗無(wú)疑增加了成本，隔音效果越好的門窗則成本也就越高，在裝修時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，不要盲目安裝具有過(guò)高隔音性能的門窗，在保證隔音性能的同時(shí)也能降低成本，減少資源的浪費(fèi)。

4 隔音要注意的其他事項(xiàng)

除了上述提到的幾點(diǎn)之外，在隔音方面還應(yīng)注意：

1）住宅的衛(wèi)生間中有各類閥門和水龍頭以及管道，其中的擊水聲會(huì)產(chǎn)生噪音。對(duì)此可以采取的方法是采用低噪聲閥門和低噪聲管道，如內(nèi)螺旋的雙層排水管道；在洗面盆、馬桶、管道等與地面和墻面連接處采用柔性連接，如加硅膠墊；另外各種管道應(yīng)納入管道井，管井每層之間應(yīng)用隔音材料封堵，管道與固定支架之間應(yīng)加入柔性材料。

2）從室外傳入室內(nèi)的噪音有一部分來(lái)自于陽(yáng)臺(tái)頂棚的反射，特別是木結(jié)構(gòu)建筑多是低樓層，反射效果更為明顯。針對(duì)這一問題,可采取在頂棚上鋪設(shè)吸聲材料的方法。另外，陽(yáng)臺(tái)的欄板對(duì)噪聲的傳入也有影響。有資料顯示，高欄板比低欄板，實(shí)體欄板比鏤空欄板更能有效地阻隔外界的噪音[37]。

3）住宅區(qū)的合理規(guī)劃可有效避免一些噪音。在規(guī)劃階段，主體建筑位置、功能區(qū)的分布、交通道路網(wǎng)的分布、噪聲源的位置、綠化區(qū)分布等均應(yīng)考慮在內(nèi)，符合防躁設(shè)計(jì)的要求。在竣工驗(yàn)收階段，可以請(qǐng)專門的部門監(jiān)測(cè)住宅的隔聲性能是否達(dá)標(biāo)，在督促設(shè)計(jì)和施工的同時(shí)，使住宅聲環(huán)境品質(zhì)得到真正的提高。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)由于其綠色環(huán)保、低碳節(jié)能等特點(diǎn)正逐步進(jìn)入我國(guó)建筑市場(chǎng)，發(fā)展前景廣闊，但同時(shí)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。隔音技術(shù)的研究是發(fā)展木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的一大重點(diǎn)，雖然在此方面已經(jīng)有了一定的研究進(jìn)展，但不可否認(rèn)的是在木結(jié)構(gòu)隔音領(lǐng)域仍存在一些技術(shù)空白值得探索，尤其是在樓板的隔音技術(shù)方面，應(yīng)引起高度的重視。另外，一些隔聲技術(shù)的使用雖然會(huì)在一定程度上提高建筑的隔聲量，但可能會(huì)存在成本較高、占用空間大、資源浪費(fèi)等缺陷，所以應(yīng)根據(jù)建筑本身的用途和需求進(jìn)行合理選擇。筆者認(rèn)為，隔聲技術(shù)的研究越來(lái)越趨向于技術(shù)預(yù)測(cè)，尤其是在西方國(guó)家更為普遍，這種技術(shù)是在建造之前對(duì)建筑構(gòu)件的隔聲性能進(jìn)行預(yù)估，從而節(jié)省了時(shí)間和金錢，這也是未來(lái)隔聲研究的一大趨勢(shì)，相信在不久的將來(lái)，木結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展定會(huì)迎來(lái)嶄新的篇章。

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