羅璐昕

貴州民族大學(xué)人文科技學(xué)院 貴州 貴陽 550025

引言

杉木具有較強的力學(xué)性能，在建筑結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出較高穩(wěn)定性，是常用的建筑結(jié)構(gòu)材料。貴州侗寨結(jié)合發(fā)展現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，選擇磚混作為承重結(jié)構(gòu)，杉木等木材僅用作隔墻或飾面?？梢?，傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)存在適用性偏低的問題，需做好優(yōu)化改造工作，創(chuàng)設(shè)良好建筑聲環(huán)境。

1 貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑聲環(huán)境現(xiàn)狀

貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑是貴州地區(qū)古村落的重要文化符號，在貴州旅游事業(yè)發(fā)展和現(xiàn)代建筑技術(shù)發(fā)展等因素的影響下，傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)建筑表現(xiàn)出諸多問題，最為顯著的是建筑聲環(huán)境問題[1]。以肇興侗寨為例，在旅游事業(yè)發(fā)展推動下，肇興侗寨沿河的街道處建造諸多商業(yè)建筑，如酒吧、商鋪、餐廳等，部分侗寨居民為增加收入，將住房的一層租售給商戶，上層用作住宅（見圖1）。貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)建筑的墻體或樓板等構(gòu)件以單層木板為主，在減噪隔聲方面性能薄弱，且貴州地區(qū)多雨，傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)吸水后隔聲性能進(jìn)一步下降。（見圖2）建筑周圍游客來往不絕，噪聲污染嚴(yán)重，影響侗寨居民的正常生活[2]。

圖1 肇興侗寨沿河建筑群

圖2 侗寨典型木質(zhì)民居

目前，關(guān)于建筑聲環(huán)境優(yōu)化的研究集中于輕型木結(jié)構(gòu)，專家學(xué)者針對輕型木結(jié)構(gòu)特點，提出多種增強建筑隔聲性能的措施建議，如應(yīng)用浮筑地板、增加彈性連接等[3]。對于貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)建筑而言，上述措施建議在落實中存在諸多缺陷，不僅會破壞建筑外形，顯著削弱侗寨顯著的文化特色，還會因施工技術(shù)要求高，施工難度高，影響措施建議落實效果，反而增加貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑噪聲污染，進(jìn)一步破壞建筑聲環(huán)境，影響貴州古村落的保護(hù)與發(fā)展[4]。就此，探究一種適用于貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑的聲環(huán)境改善方案具有鮮明現(xiàn)實意義。

2 改善貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑聲環(huán)境措施

考慮到貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑的文化特色，在建筑聲環(huán)境改善中，不能引進(jìn)隔聲材料改變建筑外形，建議相關(guān)人員以吸聲結(jié)構(gòu)為切入點，改進(jìn)杉木結(jié)構(gòu)，增強其隔聲性能。結(jié)合前人研究成果，本文提出創(chuàng)新杉木結(jié)構(gòu)、改進(jìn)現(xiàn)有杉木結(jié)構(gòu)的改造方案，為貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑發(fā)展提供幫助。

2.1 吸聲結(jié)構(gòu)

2.1.1 共振吸聲結(jié)構(gòu)。在建筑聲環(huán)境中，共振吸聲結(jié)構(gòu)是指于聲源區(qū)域設(shè)置激勵，使建筑墻板在聲能作用下出現(xiàn)整體振動，進(jìn)而將部分聲能轉(zhuǎn)變成機械能，部分聲傳遞至墻板內(nèi)部，和墻板內(nèi)的空氣產(chǎn)生摩擦，再將機械能轉(zhuǎn)變成熱能。由質(zhì)量守恒定律可知，在聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能繼而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎?，聲能發(fā)生顯著下降，起到減弱聲音的效果。

結(jié)合目前研究成果，可用以下兩類共振吸聲結(jié)構(gòu)[5]：①空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員可在建筑墻體的穿孔板、狹縫板等具備吸聲性能的材料背面設(shè)置空氣層，將其與吸聲材料共同組成共振吸聲結(jié)構(gòu)，提升吸聲材料的吸聲性能；②薄板或薄膜吸聲結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員在固定膠合板或石膏板等墻體板材后，在密封板后設(shè)置空氣層，共同組成共振吸聲結(jié)構(gòu)，以封閉振動方式吸聲。

2.1.2 特殊吸聲結(jié)構(gòu)。特殊吸聲結(jié)構(gòu)是指利用吸聲材料或特殊結(jié)構(gòu)（具備吸聲功能），形成吸聲結(jié)構(gòu)，滿足建筑聲環(huán)境控制要求。就目前研究而言，特殊吸聲結(jié)構(gòu)包括以下三類：①空間吸聲體，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點，將吸聲材料設(shè)計為不同幾何形體，置于建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)，擴(kuò)大吸聲材料與聲波的接觸，增強吸聲材料的吸聲效果；②強吸聲結(jié)構(gòu)，該吸聲結(jié)構(gòu)中，玻璃棉為結(jié)構(gòu)內(nèi)層，多用氈狀材料為結(jié)構(gòu)中層，塑料紗窗為結(jié)構(gòu)外層，通過三者協(xié)調(diào)配合，可有效吸收空間傳遞的聲波；③微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)板材的厚度與孔徑減小，形成微穿孔板，有效吸收聲波，該結(jié)構(gòu)的穿孔率控制在1%～3%之間，孔徑應(yīng)低于3mm。

2.2 應(yīng)用杉 木雙層墻

2.2.1 設(shè)計方案。在創(chuàng)新傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)時，建議相關(guān)人員應(yīng)用杉木雙層墻，考慮到貴州侗寨的建筑聲環(huán)境特點，相關(guān)人員可改進(jìn)傳統(tǒng)雙層墻的中間層做法，優(yōu)化傳統(tǒng)龍骨搭配方案，增強杉木雙層墻的隔聲性能，優(yōu)化建筑聲環(huán)境。在本文的設(shè)計中，杉木結(jié)構(gòu)雙層墻的內(nèi)層和外層均選擇杉木板，保留貴州侗寨傳統(tǒng)建筑的特色，在雙層杉木板結(jié)構(gòu)的中間夾層，設(shè)置空氣層用于吸聲，或放置吸聲材料，如玻璃棉等，打造共振吸聲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)增強隔聲性能的目的。

2.2.2 設(shè)計要點。在杉木雙層墻設(shè)計中，如果雙層墻夾層的純空氣間層設(shè)置不同厚度，或在雙層墻夾層中設(shè)置不同厚度的玻璃棉，共振吸聲結(jié)構(gòu)在共振時，形成的固有頻率有所差異，影響杉木雙層墻的隔聲性能。同時，在杉木雙層墻結(jié)構(gòu)中，龍骨的規(guī)格及龍骨間的距離，會對杉木雙層墻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同聲橋作用，影響聲波輻射效果，進(jìn)而影響隔聲效果。就此，杉木結(jié)構(gòu)雙層墻設(shè)計時，設(shè)計人員在設(shè)置空氣間層的雙層墻結(jié)構(gòu)中，需按照如下公式計算共振形成的固有振動頻率：

分析上述公式可知，在貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑中，和混凝土、磚砌體相比，杉木結(jié)構(gòu)使用的杉木板密度更低，使得杉木雙層墻結(jié)構(gòu)在共振時，形成的共振頻率更高。考慮到共振吸聲結(jié)構(gòu)受入射聲波影響，易降低其隔聲性能。本文在進(jìn)行杉木雙層墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在雙層墻中間夾層設(shè)置空氣間層的同時，根據(jù)空氣間層的厚度，添加不同厚度的玻璃棉；再控制杉木雙層墻的測試面密度一致，對比不同中間夾層設(shè)計方案的隔聲量，選出最優(yōu)中間夾層方案。在明確杉木雙層墻中間夾層結(jié)構(gòu)的同時，調(diào)整龍骨的規(guī)格尺寸和間距，完成杉木雙層墻的設(shè)計。在上述過程中，隔聲量的準(zhǔn)確測定，是評估杉木雙層墻隔聲性能的關(guān)鍵。

2.2.3 仿真模擬分析

可將杉木雙層墻結(jié)構(gòu)的隔聲性能視為杉木雙層墻結(jié)構(gòu)隔絕外部傳入聲音的能力，建造小型隔墻模擬真實環(huán)境，開展仿真模擬分析，檢驗杉木雙層墻是否具備隔聲性能，滿足優(yōu)化貴州侗寨建筑聲環(huán)境的要求。在實際仿真模擬分析中，以噪聲發(fā)生器作為噪聲來源，通過傳聲器傳遞噪聲，由聲級記錄儀記錄杉木雙層墻結(jié)構(gòu)傳遞的聲音，以此計算杉木雙層墻結(jié)構(gòu)的隔聲量，最后選擇較優(yōu)的墻體各項參數(shù)。

2.3 改造杉木單層墻

2.3.1 設(shè)計方案。在貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑聲環(huán)境改善后，為保護(hù)侗寨建筑的文化特征，相關(guān)人員可在保留原本杉木結(jié)構(gòu)外形的基礎(chǔ)上，在杉木結(jié)構(gòu)中增設(shè)吸聲體，提升單層杉木板的吸聲性能，為貴州侗寨居民提供舒適生活環(huán)境。本文結(jié)合貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑實際狀況，對杉木單層墻進(jìn)行改造，制定兩類改造方案。方案一：在杉木單層墻體的內(nèi)墻設(shè)置杉木基薄板吸聲結(jié)構(gòu)；方案二：設(shè)置杉木基穿孔板結(jié)構(gòu)。

2.3.2 設(shè)計要點。在杉木單層墻改造中，方案一設(shè)置杉木基薄板作為吸聲體，屬于特殊吸聲結(jié)構(gòu)；方案二以杉木基穿孔板結(jié)構(gòu)吸聲，屬于共振吸聲結(jié)構(gòu)?；谏鲜鑫暯Y(jié)構(gòu)特點分析，在杉木單層墻改造中，兩種設(shè)計方案的隔聲性能均受薄板與穿孔板的彈性與彎曲波傳播性能影響?？山Y(jié)合亥姆霍茲共振原理與彈性理論，開展杉木單層墻設(shè)計。和金屬板相比，以杉木為原料，制造的薄板為木質(zhì)纖維板。在降雨受潮后，杉木薄板的含水率提升，降低杉木單層墻的高頻聲吸聲系數(shù)，影響隔聲性能發(fā)揮。針對該問題，設(shè)計還可依照空腔共振理論和多孔材料吸聲頻響特性等相關(guān)研究理論，優(yōu)化調(diào)整杉木單層墻的參數(shù)，包括薄板厚度、穿孔比率與穿孔直徑、墻與板材間的空氣層厚度等，盡最大限度提升杉木單層墻隔聲性能。

2.3.3 仿真模擬分析。為探究最終杉木單層墻兩種改造方案的隔聲性能，可應(yīng)用EASE和SOUNDPLAN軟件分別構(gòu)建兩種方案對應(yīng)的吸聲體模型，開展真實結(jié)構(gòu)仿真模擬測試，測定兩種吸聲體的隔聲性能，比較兩者的測試特性，最終擇其一應(yīng)用到實際結(jié)構(gòu)中。

3 結(jié)束語

綜上所述，貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑聲環(huán)境存在建筑隔聲性能薄弱，影響居民生活的問題。通過本文的分析，建議相關(guān)人員在侗寨建筑中應(yīng)用杉木雙層墻體結(jié)構(gòu)，或改進(jìn)杉木單層墻參數(shù)，仿真模擬分析結(jié)果顯示，杉木雙層墻和改造后杉木單層墻吸聲性能較高，可在貴州傳統(tǒng)杉木結(jié)構(gòu)侗寨建筑改造中推廣應(yīng)用。