建筑隔聲預(yù)測及隔聲構(gòu)件參數(shù)選擇.pdf

1、隔聲是建筑及環(huán)境質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，它直接影響房間聲質(zhì)量的好壞，同時也是降噪的重要措施之一。通常采用質(zhì)量定律(MassLaw)進(jìn)行隔聲預(yù)測，這種預(yù)測理論精度較低。所謂建筑隔聲預(yù)測的含義就是根據(jù)設(shè)計方案或現(xiàn)有的房間或構(gòu)造對其進(jìn)行隔聲量的計算，即通過具體的設(shè)計方案來確定其隔聲量，這是目前建筑隔聲研究的主要方向。隔聲預(yù)測方法還包括有統(tǒng)計能量分析(StatisticalEnergyAnalysis，簡稱SEA，全文同)、有限元法(FiniteE

2、lementMethod，簡稱FEM)、邊界元(BoundaryElementMethod，簡稱BEM)和縮尺模型(ScaleModel)法等。本文應(yīng)用統(tǒng)計能量分析理論探討針對設(shè)計方案進(jìn)行隔聲預(yù)測的方法。　　在大量的理論研究和工程應(yīng)用實踐中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，僅僅依靠已有的設(shè)計來確定隔聲量，未能達(dá)到根據(jù)隔聲量來調(diào)節(jié)建筑設(shè)計之目的。即沒有按照隔聲要求有針對性地進(jìn)行隔聲設(shè)計。只是設(shè)計或施工完畢后，才驗算一下其隔聲是否達(dá)到要求，這樣做比較盲目，

3、如果預(yù)測結(jié)果達(dá)不到隔聲標(biāo)準(zhǔn)，則要反復(fù)修改或調(diào)整設(shè)計方案或返工，使之逐漸達(dá)到隔聲要求。這種盲目性會增加開支和浪費時間。因此有必要根據(jù)現(xiàn)有建筑的噪聲環(huán)境，建筑(房間)的允許噪聲標(biāo)準(zhǔn)，在保證隔聲滿足要求的情況下，來確定建筑設(shè)計方案，預(yù)測房間及墻體的特性。這就是建筑隔聲的反向預(yù)測(InversedSoundInsulationPrediction，簡稱ISIP)。當(dāng)今，隨著新的噪聲源不斷出現(xiàn)，在聲環(huán)境日益惡化的同時，人們對建筑聲環(huán)境質(zhì)量的要求卻

4、越來越高，有必要采取各項措施改善建筑聲環(huán)境。如果城市規(guī)劃或建筑設(shè)計人員在規(guī)劃設(shè)計的初步階段就能根據(jù)實際聲環(huán)境，在滿足隔聲要求的前提下進(jìn)行設(shè)計，將會節(jié)省時間和開支，因此具有實際工程意義?！　”疚膽?yīng)用統(tǒng)計能量分析理論比較和分析了單層勻質(zhì)墻體、雙層分立墻體等的隔聲量的計算和實驗結(jié)果。結(jié)果表明：統(tǒng)計能量分析預(yù)測模型能夠準(zhǔn)確計算墻的隔聲、吻合效應(yīng)等，對雙層分立墻體的計算和實測結(jié)果說明其具有良好的隔聲性能。本文的大部分工作則在于嘗試探討建筑隔聲反

5、向預(yù)測(反算)的方法，以下列出的是本論文的主要工作。(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲性能取決于結(jié)構(gòu)的三個物理量：材料的密度、楊氏模量和阻尼。密度一般較為容易獲得，而具體材料的楊氏模量、阻尼需要實測。本論文采用帶有振動傳感器的塑料錘敲擊結(jié)構(gòu)作為聲源，通過示波器來測量其振動縱向聲波在結(jié)構(gòu)中的傳遞速度，即縱波速度cL，來得到楊氏模量E的方法，實驗結(jié)果表明：該測試方法簡便實用、精度高、而且不損傷結(jié)構(gòu)和表面裝飾。(2)在應(yīng)用統(tǒng)計能量分析法進(jìn)行建筑隔聲預(yù)測的基

6、礎(chǔ)上，采用人工免疫算法建立了隔聲反向計算模型，在已知期望隔聲量的情況下，成功地對單層墻的面密度ρs、厚度h和楊氏模量E(或聲波的縱波速度cL)等參數(shù)進(jìn)行了反向預(yù)測，從而可以確定墻體材料和厚度甚至構(gòu)造。許多建筑對建筑隔聲有較高的要求，如要求計權(quán)隔聲量為55dB以上，此時可以考慮雙層墻結(jié)構(gòu)或隔聲附屬房間，在應(yīng)用統(tǒng)計能量分析對雙層墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測的基礎(chǔ)上，同樣可以應(yīng)用人工免疫算法建立反向預(yù)測模型，準(zhǔn)確地對雙層墻結(jié)構(gòu)的各層墻的面密度ρs、厚度h、

7、彈性模量E和空腔的厚度等參量進(jìn)行計算，由這些參數(shù)決定分立雙層墻隔聲結(jié)構(gòu)的材料及構(gòu)造形式。根據(jù)反算結(jié)果計算的隔聲量與實測值符合。(3)針對室外噪聲(交通噪聲)的頻譜特征、房間中所允許的噪聲標(biāo)準(zhǔn)及房間的用途，通過反向預(yù)測來獲得滿足相應(yīng)隔聲要求的建筑墻體或構(gòu)件，通過篩選可以獲得較適合的墻體構(gòu)造。(4)由于組合墻廣泛存在于建筑中，有必要對組合墻的隔聲進(jìn)行研究，組合墻的隔聲好壞往往在很大程度上取決于隔聲的薄弱構(gòu)件。所以如何選擇組合墻各隔聲構(gòu)件是隔

8、聲設(shè)計的關(guān)鍵問題。本文在已知隔聲要求的情況下，分別計算了各構(gòu)件的計權(quán)隔聲量和面積；也可以同時反向求算出計權(quán)隔聲量和面積。(5)對于帶有縫隙的墻體，根據(jù)隔聲要求，反算確定墻體(無縫隙)的隔聲量和當(dāng)縫隙面積的最大值為多少時，仍能達(dá)到隔聲要求。這些為在墻上管道開洞的大小或安裝插座提供了指導(dǎo)。(6)對帶有附屬房間的隔聲結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討，首先應(yīng)用聲學(xué)理論建立相應(yīng)的隔聲預(yù)測模型，并通過實驗測試證明了其正確性。實驗和理論預(yù)測都表明：帶有附屬房間的隔聲結(jié)構(gòu)

9、具有良好的隔聲效果。在此基礎(chǔ)上，確定帶有附屬房間的隔聲結(jié)構(gòu)的反向預(yù)測的目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用人工免疫算法分別通過對附屬房間隔墻的各構(gòu)件(元素)的隔聲量、面積和附屬房間的吸聲量進(jìn)行反向預(yù)測，其結(jié)果可以用來調(diào)整設(shè)計方案中房間的各個構(gòu)件元素，確定合適的墻體構(gòu)造，滿足相應(yīng)的建筑隔聲降噪要求，確定設(shè)計方案。(7)在本文的附錄中，給出了通過編程計算不同墻體、樓板構(gòu)造的計權(quán)隔聲量的方法，其目的是為了在墻體的反向預(yù)測時，將各個頻帶的隔聲量轉(zhuǎn)換為單一評價值。通過

10、大量計算和對比發(fā)現(xiàn)：其計算結(jié)果與傳統(tǒng)的曲線對比法(推圖法)相比：精度高、簡便直觀，通用性好?！　”疚难芯抗ぷ鞯膭?chuàng)新性在于：在根據(jù)統(tǒng)計能量分析(SEA)理論等對多種形式墻體及構(gòu)造進(jìn)行隔聲預(yù)測的基礎(chǔ)上，應(yīng)用人工免疫算法提出了建筑隔聲的反向預(yù)測方法：對勻質(zhì)單層和雙層墻體的反向隔聲預(yù)測；對帶有門窗組合墻體的反向隔聲預(yù)測；對帶附屬房間的反向隔聲預(yù)測。并且將以上墻體及構(gòu)件通過反向預(yù)測求出的結(jié)構(gòu)參數(shù)：面密度ρs、厚度h和楊氏模量E(或聲波的縱波速度