2241

Направахрукописи

ГОЙТА Ибрехима

ПОВЫШЕНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ

ОГРАЖДАЮЩИХКОНСТРУКЦИЙЗДАНИЙВ ЗАПАДНОЙ АФРИКЕ

Специальность: 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2000

3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В республике Мали население предпочитает одно- и двухэтажные индивидуальные жилые дома. В практике строительства таких типов жилых зданий наблюдается быстрое распространение застроек на больших территориях. В результате плотность жилого фонда оказалась существенно заниженной. Кроме того потребовались огромные затраты на прокладки всех видов инженерных сетей и на строительство городских инфраструктур. Поэтому руководством страны было решено перейти к строительству жилых зданий четырех и более этажей для массового пользования. Однако переход от горизонтального домостроения к вертикальному способствует накоплению большого количества людей в домах. Для их благоприятного проживания должны быть созданы все виды комфорта в жилищах, включая акустический. Как правило, последний нарушается из-за повышенного уровня шума, проникающего извне или возникающего и распространяющегося внутри здания. Человек подвергается постоянному воздействию различных шумовых нагрузок (транспортных, внутриквартирных и т.д.), что может существенно ухудшить состояние его здоровья и ослабить его работоспособность. Все это говорит о том, что большое внимание должно быть уделено борьбе с шумом, как одной из проблем, связанных с охраной и улучшением окружающей среды. Кроме того известно, что стоимость работ при вынужденных (в процессе эксплуатации) мероприятиях по шумозащите в 4-7,2 раза выше стоимости мероприятий, предусмотренных при проектировании. Поэтому необходимо заранее знать характер акустической эффективности (с точки зрения звукоизоляции) применяемых при строительстве гражданских зданий ограждающих конструкций из традиционных для стран Западной

Африки строительных материалов, таких как мелкоштучные блоки. Это позволяет своевременно оценитькачествоакустического климата в помещениях

4 и уже на стадии проектирования принять меры по обеспечению требований санитарных норм.

Цель работы. Целью работы является исследование звукоизоляционных свойств ограждающих конструкций из мелкоштучных блоков, а также разработка мер по повышению их акустической эффективности.

Основные задачи. В диссертационной работе решаются следующие задачи: 1 - дать оценку звукоизоляционных свойств традиционных для стран

Западной Африки ограждающих конструкций (стен и перекрытий); 2 - на основе более точной теории звукоизоляции провести анализ

механизма прохождения звука через данные ограждения с учетом их конечных размеров;

3 - провести комплекс экспериментальных исследований влияния на звукоизоляцию физико-механических и геометрических параметров конструкций (из мелкоштучных блоков), а также характера их структуры;

4 - исследовать в натурных условиях изоляцию шума некоторыми перекрытиями;

5 - провести экспериментальные исследования изоляции шума современными окнами;

6 - разработать инженерный способ расчета звукоизоляции помещений зданий в странах Западной Африки;

7 - разработать рекомендации и мероприятия по повышению изоляции от шума помещений в зданиях, строящихся в странах Западной Африки.

Методы исследования. В работе использовались как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. Теоретический анализ механизма прохождения звука через исследуемые ограждения из мелкоштучных блоков проведен на основе теории самосогласования звуковых и вибрационных полей М.С.Седова.

5 Пределы прочности на сжатие мелкоштучных блоков и растворных

кубиков были определены экспериментальным путем с применением соответственно пресса марки ПСУ-125 и пресса марки ИП-100. В зависимости от полученных значений был найден модуль упругости конструкции из этих материалов по методикам, изложенным в СНиП 11-22-81 и пособии к нему.

Экспериментальные исследования звукоизоляции конструкции проводились в больших реверберационных камерах ННГАСУ и во вновь построенном жилом доме по стандартной методике с помощью электроакустической установки, рекомендуемой для аналогового способа измерения. Полученные результаты обрабатывались статистическими методами.

Научная новизна работы.

1 - проведен анализ и определены звукоизолирующие свойства конструкций перекрытий и стен из традиционных (для стран Западной Африки) строительных материалов;

2 - выявлен механизм прохождения звука через однослойные ограждения из мелкоштучных блоков, что дало возможность получить аналитические выражения для определения звукоизоляции с учетом их конечных размеров;

3 - в области низких частот найдено локальное снижение звукоизоляции не только на основной частоте резонанса всего двухкамерного стеклопакета, но и на первой собственной частоте колебаний системы из соседних стекол и воздушной прослойки между ними;

4 - решена задача о звукоизоляции помещений зданий в странах Западной Африки, часть или все ограждения которых находятся под воздействием шумовых нагрузок.

Практическая ценность работы. Приведены формулы для расчета звукоизоляции однослойных ограждений из мелкоштучных блоков, справедливые во всем нормируемом диапазоне частот. Приведенные

зависимости позволяют управлять звукоизоляцией путем изменения поверхностной массы, размеров и изгибной жесткости. Для конструкции из мелкоштучных элементов последняя варьируется в зависимости от предела прочности кладки. Предложены практические рекомендации по повышению звукоизоляции традиционных ограждающих конструкций, применяемых в странах Западной Африки.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов "Строительный комплекс" / Г.Н.Новгород, 1997, 1998 г.г.,

-на 52-ой международной научно-технической конференции молодых ученых и студентов / г.Санкт-Петербург, 1998 г.,

-на заседаниях кафедры архитектуры инженерно-строительного института ННГАСУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять научных работ, перечень которых представлен в конце автореферата.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка литературы, включающего 64 наименования.

Работа содержит 153 страницы печатного текста, включая 53 рисунка, 16 таблиц.

На защиту выносятся:

- физико-математическая модель процесса прохождения звука через плоские однослойные ограждающие конструкции из мелкоштучных блоков конечных размеров;

результаты экспериментально-теоретических исследований

звукоизоляции стеновых конструкций из мелкоштучных блоков;

-результаты натурных исследований звукоизоляции помещения вновь построенного здания, в котором применены монолитные железобетонные плитыперекрытия;

-результаты лабораторных исследований звукоизоляции современного оконного блока из ПВХ профилей со стеклопакетом;

-разработанный инженерный способ проектирования звукоизоляции помещений зданий, строящихся в странах Западной Африки;

-предложенные практические рекомендации по повышению изоляции от шума ограждающими конструкциями зданий, строящихся в странах Западной Африки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи, отмечены новизна и практическая ценность.

В первой главе дается обзор основных теорий о прохождении звука через ограждения бесконечных или ограниченных размеров, излагаются конструктивные особенности ограждающих конструкций, применяемых в современных зданиях стран Западной Африки, а также указывается показатель изоляции шума ими.

В процессе развития науки о звукоизоляции были открыты следующие основные закономерности: закон массы, теория волнового совпадения Л.Кремера, теория статистического и энергетического анализа, теория самосогласования звуковых и вибрационных полей М.С.Седова.

Были рассмотрены работы Рэлея, Л.Кремера, А.Шоха, М.Хекля, М.С.Седова, В.И.Заборова, Р.Лиона, Г.Майданика, М.Дж.Крокера, А.Дж.

8 Прайса, С.Н.Овсянникова. Э.В.Ретлинга и др., посвященные решениям проблем звукоизоляции.

Отмечается, что закон массы основан на анализе взаимодействия давления в звуковой волне воздушной среды и инерционных сил, возникающих в конструкции. Но при этом не принимается во внимание действие упругих сил, обусловленных жесткостью ограждения. Этим объясняется наблюдаемое в некоторых работах большое расхождение между законом массы и измеренными значениями звукоизоляции.

Указание Л.Кремера, в созданной им теории, на необходимость учитывать явление волнового совпадения позволило объяснить в эксперименте заметное снижение звукоизоляции в области высоких частот. Однако, он сам сделал вывод о том, что использовать теорию волнового совпадения в практике проектирования звукоизоляции пластин произвольных размеров можно только в том случае, если пластина обладает достаточно высоким значением коэффициента потерь (η>0,04). Подавляющее же большинство ограждений из традиционных материалов имеют меньший коэффициент потерь (бетон

Механизм прохождения звука через однослойные ограждения реальных размеров подробно исследован М.С.Седовым. В основу его исследования положен анализ состояний волновых полей (в конструкции и окружающей ее воздушной среде), их возможного согласования. Им установлено, что решающим для колебательного движения пластин является определенное и различное в отдельных областях частот согласование совокупностей звуковых волн в среде и волн в пластине. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных Седовым, указали на возможность превышения звукоизоляции пластины конечных размеров над законом массы. Поэтому предположение M. Дж. Крокера, А. Дж. Прайса и др. в теории статистического и энергетического анализа (СЭА) о том, что предельными значениями

9 звукоизоляции является закон массы можно считать неправомерным.

С.Н.Овсянников предлагает более полную модель СЭА. В этой модели учитывается не только звуковая мощность, излученная изгибными волнами конструкции, но и энергетический вклад продольных и сдвиговых волн. Однако, как С.Н.Овсянников отметил, и эта модель не обеспечивает необходимую точность на низких частотах из-за малости модальных. плотностей.

Теория самосогласования звуковых и вибрационных полей применена для исследования процесса прохождения звука через стены и перегородки из мелкоштучных блоков, используемых в странах Западной Африки. Необходимость в этом исходила из результатов оценки звукоизоляции ограждающих конструкций. Было получено, что только междуэтажные перекрытия, покрытые рулонным материалом (с величиной Δly не меньше 20 дб) удовлетворяют требованиям СНиП П-12-77.

В республике Мали, относящейся к этим странам, но с сухим жарким климатом, основным направлением гражданского строительства является монолитное домостроение. Климатические условия позволяют такое строительство в любое время года. Причем широко применяется каркасная система. Перекрестный рамный каркас возводится из монолитного железобетона. Стены, как правило, играют только ограждающие функции и состоят из легкобетонных блоков. Перекрытия представляют собой однослойные или двухслойные конструкции. В качестве однослойных конструкций применяются сплошные монолитные плиты из железобетона, толщиной не более 140 мм, а двухслойные конструкции - часторебристые монолитные перекрытия с заполнением из пустотелых легкобетонных блоков - вкладышей. В общественных зданиях имеются случаи применения монолитных ребристых перекрытий, состоящих из плит толщиной от 60 до 140 мм и системы балок - второстепенных и главных.

10 Полы данных перекрытий являются плиточными или монолитными

(мозаичными). В качестве покрытия этих полов в основном используют рулонные материалы типа линолеума и ворсолина (нетканого покрытия).

Решению вышепоставленных задач посвящены следующие главы диссертационной работы.

Во второй главе теоретически исследуется механизм прохождения звука через однослойное ограждение из мелкоштучных блоков как у однородной панели. Рассмотрение основывается на представлении волнового переноса энергии из шумного помещения в изолируемое, с учетом явления самосогласования звуковых и вибрационных полей, выявленного М.С.Седовым.

Приведены параметры колебаний, излученной мощности и звукоизоляции рассматриваемого ограждения, находящегося под воздействием диффузного

звука.

Сначала было определено состояние звукового и вибрационных полей ограждения из мелкоштучных блоков. А по характеру взаимодействия между этими полями были выявлены два пути прохождения звука через ограждение: резонансный и инерционный. При этом величина отклика конструкции на воздействие звука оценена амплитудой ее смещения. Акустическая мощность, излученная конструкцией в резонансном и инерционном режимах, получена соответственно