Исследование звукоизоляции ограждающих конструкций с гибкими бескаркасными многослойными облицовками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Боганик, Александр Генриевич

• Боганик, Александр Генриевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Боганик, Александр Генриевич

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы дополнительной звукоизоляции ограждающих конструкций.

1.1 Существующие конструкции для дополнительной звукоизоляции.

1.2 Теоретические вопросы расчета звукоизоляции.

1.2.1 Прохождение звука через однослойные и многослойные ограждающие конструкции.

1.2.2 Краткий анализ основных моментов теории самосогласования волновых полей (СВП).

1.2.3 Повышение звукоизоляции однослойных конструкций путем установки дополнительных гибких плит на относе.

1.3 Цели диссертационной работы и постановка задачи.

Глава 2. Разработка эффективных конструкций для дополнительной звукоизоляции однослойных ограждений.

2.1 Исследование влияния звуковых мостиков на звукоизоляцию каркасных конструкций.

2.2 Предлагаемая конструкция для дополнительной звукоизоляции и основные принципы ее устройства.

2.3 Выбор материалов для применения их в конструкции сэндвич-панели ЗИПС.

2.3.1 Материалы звукопоглощающих слоев панели ЗИПС.

2.3.2 Материалы звукоизолирующих слоев панели ЗИПС.

2.3.3 Материалы для устройства виброизолирующих узлов в панелях ЗИПС.

2.4 Определение коэффициента потерь в виброизолирующих узлах сэндвич-панелей ЗИПС.

2.5 Устройство различных типов сэндвич-панелей ЗИПС.

2.6 Выводы к главе 2.

Глава 3. Разработка модели для инженерного расчета звукоизоляции многослойных конструкций.

3.1 Теоретические основы создания расчетной модели.

3.2 Расчетная модель звукоизолирующей сэндвич-панели ЗИПС.

3.2.1 Расчет звукоизоляции панели ЗИПС без учета влияния узлов крепления.

3.2.2 Расчет звукоизоляции панели ЗИПС с учетом влияния узлов крепления.

3.3 Результаты расчетов на основе созданной модели в программной среде MathCad.

3.3.1 Результаты расчетов звукоизоляции однослойных конструкций.

3.3.2 Результаты расчетов звукоизоляции многослойных конструкций.

3.4 Оценка влияния способов заделки стыков по периметру на снижение дополнительной звукоизоляции панелей ЗИПС.

3.4.1 Расчет влияния заделки по периметру с применением упругого (силиконового или полиуретанового) герметика.

3.4.2 Расчет влияния заделки по периметру с применением неупругого (акрилового) герметика или пластилина.

3.4.3 Влияние материалов упругого и диссипативного типа на величину виброизоляции стыков в конструкции панелей ЗИПС.

3.5 Выводы к главе 3.

Глава 4. Измерения звукоизоляции в малых реверберационных камерах АМТ.

4.1 Устройство малых реверберационных камер АМТ.

4.2 Теоретическое обоснование возможности измерения звукоизоляции в малых реверберационных камерах АМТ.

4.3 Измерения звукоизоляции тестовых конструкций в малых реверберационных камерах АМТ и больших реверберационных камерах НИИСФ и ННГАСУ.

4.4 Измерения дополнительной звукоизоляции сэндвич-панелей ЗИПС.

4.4.1 Измерения собственной звукоизоляции базовой кирпичной стены толщиной 120 мм.

4.4.2 Измерения звукоизоляции разных типов сэндвич-панелей ЗИПС.

4.4.3 Влияние узлов крепления на звукоизолирующую способность панелей ЗИПС.

4.4.4 Влияние граничной частоты волнового совпадения на звукоизоляцию панелей ЗИПС.

4.4.5 Влияние модернизации узлов крепления на звукоизолирующую способность панелей ЗИПС.

4.4.6 Четырехслойная панель ЗИПС с последовательным креплением.

4.4.7 Влияние заделки стыков по периметру на звукоизоляцию панелей ЗИПС.

4.5 Выводы к главе 4.

Глава 5. Практическое применение панелей дополнительной звукоизоляции ЗИПС.

5.1 Звукоизоляция жилых помещений.

5.2 Звукоизоляция общественных помещений.

5.3 Звукоизоляция помещений специального назначения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование звукоизоляции ограждающих конструкций с гибкими бескаркасными многослойными облицовками»

Проблема недостаточной звукоизоляции в гражданском строительстве возникла одновременно с появлением самого понятия «массовое строительство». Как известно, величина изоляции воздушного шума однослойными конструкциями (стенами или межэтажными перекрытиями) определяется, прежде всего, их толщиной и массивностью. Для внутренних перегородок и перекрытий здания - конструкций не решающих вопросы теплоизоляции, увеличение толщины с целью обеспечения надлежащей звукоизоляции влечет за собой много других негативных моментов. Прежде всего - это существенно повышает общую стоимость проекта и увеличивает нагрузку на фундамент. Поэтому толщина внутренних стен и перекрытий при проектировании принималась минимально достаточной для соблюдения действующих строительных норм в области защиты от шума. Необходимый «запас акустической прочности» в конструкциях практически всегда отсутствует, вследствие чего в реальном строительстве достаточно сложно обнаружить межквартирную стену или перекрытие, звукоизоляция которых превышает каталожные значения. С учетом же неизбежных потерь звукоизоляции из-за некачественно заделанных швов и технологических отверстий, реальная величина изоляции воздушного шума оказывается ниже заявленной на величину от 2 до 10 дБ.

Несмотря на введение с 1997 года в Москве, а с 2003 года на территории всей Российской Федерации новых строительных норм с повышенными требованиями к звукоизоляции межквартирных стен и перекрытий (в зависимости от степени комфортности здания), общая ситуации с недостаточной звукоизоляцией в массовом строительстве практически не изменилась со времен существования СССР.

Наоборот, местами произошло ухудшение ситуации. Это обусловлено тем, что выполнение необходимого перечня звукоизоляционных мероприятий всегда вызывает увеличение общей стоимости строительства. В случае, когда деньги в строительство вкладывает частный инвестор, у последнего присутствует интерес сэкономить на «скрытых» работах, не видимых глазу покупателя при продаже жилья. Звукоизоляционные мероприятия относятся именно к их числу. Не прибегая к акустическим измерениям, оценить качество звукоизоляции между квартирами невозможно до полного заселения дома, что в реальных условиях происходит в течение нескольких лет после сдачи объекта.

Отсутствие какой-либо финансовой ответственности перед покупателем по факту нарушений в области звукоизоляции приводит к тому, что нормы по защите от шума просто игнорируются и решение задачи дополнительной звукоизоляции квартиры тем самым полностью перекладываются на плечи собственника нового жилья.

Помимо этого, количество бытовой и мощной звуковоспроизводящей техники в квартирах за последнее десятилетие существенно увеличилось. Широкое распространение получили системы многоканального звуковоспроизведения с отдельным каналом воспроизведения сверх-низких частот (домашние кинотеатры, системы прослушивания Hi-Fi и Hi-End). В таком случае, даже при полном удовлетворении требованиям строительных норм, существующие строительные конструкции не позволяют сделать комфортным и удовлетворяющим требованиям санитарных норм проживание в помещениях, расположенных вблизи источников столь интенсивного шума.

Именно поэтому задача обеспечения дополнительной звукоизоляции в жилых помещениях на сегодняшний день является крайне актуальной и востребованной. При этом к применяемым для данных целей конструкциям, помимо требований высокой акустической эффективности, предъявляются не менее жесткие требования наименьшей толщины, гигиеничности, пожаробезопасности и простоты монтажа. Отдельным вопросом стоит требование невысокой стоимости конструкций дополнительной звукоизоляции. Последнее, в сочетании с требованием наименьшей толщины, в корне отличает данные звукоизоляционные конструкции от толстых, сложных высокоэффективных конструкций, применяемых для звукоизоляции специальных помещений, таких как студии звукозаписи или коммерческие кинотеатры.

Конструкции дополнительной звукоизоляции на основе карасно-обшивных облицовок показывают низкую акустическую эффективность вследствие наличия конструктивных недостатков и не могут в полной мере решать поставленные задачи. Теоретически и экспериментально обоснованные предпосылки их высокой эффективности при переходе от идеальной модели к реальным строительным конструкциям теряют свой смысл. Таим образом, акустические показатели каркасных конструкций в соотношении «толщина конструкции/дополнительная звукоизоляция» оказываются недостаточными.

Научная новизна данной работы состоит в исследовании механизмов дополнительной звукоизоляции многослойными конструкциями, оценке влияния «звуковых мостиков» разного рода на снижение акустической эффективности данных конструкций и разработке более эффективных практических решений с учетом виброакустических характеристик каждого из применяемых в многослойных конструкциях слоев или узлов крепления.

В данной работе предложен принципиально новый, запатентованный тип звукоизоляционных конструкций для дополнительной звукоизоляции массивных однослойных строительных конструкций. Это - полностью готовые к применению, серийно выпускаемые многослойные сэндвич-панели дополнительной звукоизоляции ЗИПС с конструктивно выполненными в них узлами крепления к защищаемым конструкциям (стенам или перекрытиям). Разработанные решения в существенной мере лишены недостатков известных строительных конструкций и позволяют получить высокие значения акустической эффективности при аналогичных показателях толщины, стоимости и перечне применяемых в конструкции панели материалов.

В работе развита расчетно-физическая модель и предложен метод инженерного расчета дополнительной звукоизоляции многослойных конструкций (в том числе при использовании сэндвич-панелей ЗИПС), который с высокой степенью точности позволяет анализировать и прогнозировать акустическую эффективность проектируемых конструкций.

На базе исследовательской лаборатории компании «Акустические Материалы и Технологии» спроектирована и построена система малых реверберационных камер. Теоретически доказана и на примере однослойных конструкций подтверждена экспериментально возможность измерения в них звукоизоляции фрагментов реальных строительных конструкций в диапазоне частот от 315 Гц. Это позволяет минимизировать финансовые затраты на измерения звукоизолирующих конструкций в процессе их модификации значительно сократив объем исследований в больших реверберационных камерах сертифицированных лабораторий.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке и апробации новой конструкции дополнительной звукоизоляции пригодной для практического применения с полноценным научно-техническим сопровождением, необходимым для ее успешного массового внедрения в промышленном и гражданском строительстве.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Боганик, Александр Генриевич

Основные результаты и выводы работы

1. Проведенный анализ литературных источников показал, что известные способы увеличения звукоизоляции реально существующих ограждающих конструкций зданий с использованием легких звукоизолирующих облицовок на жестком каркасе обладают весьма ограниченными возможностями улучшения звукоизоляции ограждений. Значительная часть эффекта дополнительной звукоизоляции, создаваемой облицовкой, теряется из-за наличия многочисленных жестких контактов дополнительной облицовки с ограждением, что приводит к увеличению передачи звука по косвенным путям и тем самым к существенному снижению эффекта увеличения звукоизоляции устанавливаемой облицовкой.

2. Анализ существующих конструктивных решений применяемых на практике облицовок, предназначенных для увеличения звукоизоляции ограждений, позволил предложить новую многослойную бескаркасную конструкцию облицовки (сэндвич-панель ЗИПС), в которой устранены или минимизированы причины снижения дополнительной звукоизоляции, характерные для применяемых в практике строительства облицовок. Крепление бескаркасной облицовки к ограждению осуществляется посредством точечных связей виброизолирующих узлов. Чередующиеся тонкие звукоизоляционные и более толстые звукопоглощающие слои панели склеены между собой.

3. Для определения характеристик звукоизоляции разработанных типов многослойных сэндвич-панелей ЗИПС предложена расчетная физическая модель, в которой потери при прохождении звуковых вибраций через узлы крепления учитываются введением коэффициента трения во втулках узлов. При этом рассмотрены варианты «последовательного» и «параллельного» закрепления жестких слоев многослойных панелей к ограждению.

4. На основе физической модели разработан метод расчета звукоизоляции однослойных и многослойных звукоизолирующих конструкций, в основу которого положен принцип возможной замены значений волнового импеданса при изгибных колебаниях тонких и жестких в волновом отношении слоев конструкции на резонансных и антирезонансных частотах его среднегеометрической величиной. Также введено значение среднего коэффициента возбуждения для мод колебаний слоев ограниченных размеров в полосе частот. Расчет производится путем перемножения волновых матриц слоев конструкций, что позволяет рассчитать частотную характеристику любого заданного количества слоев.

5. Разработана и реализована на практике экспериментальная установка малых реверберационных звукомерных камер, позволившая провести в условиях лаборатории многочисленные измерения фрагментов разработанных конструкций сэндвич-панелей ЗИПС в диапазоне частот от 315 до 8000 Гц. При исследованиях указанных конструкций получена хорошая сходимость результатов теоретических расчетов с результатами, полученными экспериментально.

6. Теоретически и экспериментально исследовано влияние монтажных связей с различными значениями коэффициентов потерь в многослойных конструкциях панелей на величину ожидаемой дополнительной звукоизоляции. Установлено, что в многослойных конструкциях, в случае закрепления последних по «параллельному» принципу, когда внутренние и лицевые жесткие слои панели через общие узлы крепления связаны с ограждением, влияние связей становится столь большим, что эффективность многослойной панели не превышает эффективности двухслойной конструкции.

7. Изучено влияние материалов, используемых при заделке стыков по периметру между отдельными панелями на снижение величины дополнительной звукоизоляции конструкции облицовки. Показано, что для заделки швов следует применять силиконовые герметики с динамическими модулями упругости не более 2 МПа и коэффициентами потерь, лежащими в пределах от 0,2 до 0,4.

8. Разработана установка и выполнен эксперимент по измерению скорости продольных волн в гипсоволокнистых (ГВЛ) и гипсокартонных (ГКЛ) листах. Показано, что наиболее достоверным значением величины скорости звука в указанных материалах является значение, значительно меньшее указанного в справочной литературе. Это позволило уточнить точность расчета граничной частоты волнового совпадения, а также установить зависимость изменения скорости распространения продольных волн в слоистых конструкциях от выбора материала слоя и способа связи отдельных слоев между собой.

9. Разработанная и практически реализованная, многослойная бескаркасная конструкция, предназначенная для улучшения звукоизоляции ограждающих конструкций зданий (сэндвич-панели ЗИПС), защищена полученным Патентом на изобретение РФ № 2140498.

10. Практическое внедрение осуществлено в помещениях общественных и жилых зданиях, а также в помещениях специального назначения. Общая площадь поверхностей, изолированных при помощи сэндвич-панелей ЗИПС, составляет более 100 тыс. квадратных метров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Боганик, Александр Генриевич, 2007 год

1. Бабаков, И.М. Теория колебаний: монография / И.М. Бабаков. -М.: Гл.ред. физ-мат. литер., 1968. С. 336-342.

2. Боганик, А.Г. Эффективные конструкции для дополнительной звукоизоляции помещений // Строительные материалы. -2004,- №10. -С.18-19.

3. Боганик, А.Г. Изоляция шума полнотелыми железобетонными перекрытиями со сборными основаниями полов Кнауф. / А.Г. Боганик, А.А. Федулов, В.Д. Иващенко // Строительные материалы. 2004 - №10. - С.22-26.

4. Боганик, А.Г. Новые конструкции для увеличения звукоизоляции существующих стен и перегородок. / А.Г. Боганик, А.Я. Лившиц // Архитектурная и строительная акустика. Шумы и вибрации. Сб. тр. X сес. Рос. акуст. об-ва. М.: НИИСФ, 2000.-Т.З-С.57-59

5. Боганик, А.Г. Звукоизоляция межэтажных перекрытий. / А.Г. Боганик // Технологии строительства 2000.-№4 - С. 16-19.

6. Боганик, А.Г. Новые конструкции для дополнительной звукоизоляции / А.Г. Боганик, А.Я. Лившиц // Строительные материалы XXI века-2002.-№12. С.20-23.

7. Боганик, А.Г. Повышение звукоизоляционных характеристик перегородок / А.Г. Боганик // Технологии строительства.- 2002.-№4-С.26-29.

8. Боганик, А.Г. Методы снижения шума. /А.Г. Боганик, А.Я. Лившиц // Технологии строительства.- 2001. -№1. С.22-24.

9. Боганик, А.Г. Звукоизоляция межэтажных перекрытий. / А.Г. Боганик // Технологии строительства 2002.-№5 - С.24-26.

10. Боганик, А.Г. Улучшение звукоизоляционных характеристик перекрытий между жилыми и общественными зданиями. / А.Г. Боганик // Технологии строительства 2002.-№6 - С.86-89.

11. Боганик, А.Г. Проблемы звукоизоляции элитного жилья и пути их решения / А.Г. Боганик // Технологии строительства. 2003. -№4. -С.18-19.

12. Боганик, А.Г. Новые технологии для акустического комфорта / А.Г. Боганик // Кровельные и изоляционные материалы. 2005. -№3. - С.44-47.

13. Боголепов, И.И. Промышленная звукоизоляция: монография / И.И. Боголепов. Л.: Судостроение, 1986. - 368с.

14. Борьба с шумом на производстве: справочник под ред. Юдина Е.Я. -М.: Машиностроение, 1985.-400с.

15. Бреховских, Л.М. Волны в слоистых средах: монография / Л.М. Бреховских. М.: Издательство АН СССР, 1957.

16. Заборов, В.И. Теория звукоизоляции ограждающих конструкций: монография / В.И. Заборов -М.: Стройиздат, 1969. 185 с.

17. Звукоизоляция в жилых и общественных зданиях / В.И.Заборов и др. -М.: Стройиздат, 1979.-254с.

18. Ковригин, С.Д. Архитектурно-строительная акустика: учебн. пособие для вузов / С.Д. Ковригин, С.И. Крышов. -2-ое изд. М.: Высш. шк., 1986.-256с.

19. Крейтан, В.Г. Обеспечение звукоизоляции при конструировании жилых зданий: монография / В.Г. Крейтан. М.: Стройиздат, 1980. - 171 с.

20. Монич, Д. В. Повышение звукоизоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений без увеличения их массы: дис. канд. техн. наук. / Монич Дмитрий Викторович. Нижний Новгород, ННГАСУ, 2002.

21. Морз, Ф. Колебания и звук: монография / Ф. Морз. Л.: Гос. изд-во Т.Т.Л., 1949.

22. Никифоров, А.С. Вибропоглощение на судах: монография / А.С. Никифоров. JL: Судостроение, 1979.

23. Ржевкин, С.Н. Курс лекций по теории звука: учебное пособие / С.Н. Ржевкин. М.: Изд-во МГУ, 1960.

24. Рэлей, (Дж.В. Стретт) Теория звука: в 2-х т. / Дж.В.Стретт Рэлей. Пер. с англ. под ред. С.М. Рытова. М.: Гостехиздат, 1955.

25. Строительно-акустические средства и методы защиты от шума: сборн. труд. НИИСФ / под ред. д.т.н. Л.А.Борисова. М., 1986, с.36-43

26. Седов, М.С. Звуковая динамика зданий и сооружений / М.С. Седов // Изв. вузов. сер.: Строительство. - 1997-№ 8. - С.19-23

27. Седов, М.С. Звукоизоляция / М.С. Седов // Техническая акустика транспортных машин: справочник под ред. д-ра техн. наук профессора Н.И.Иванова. СПб.: Политехника, 1992. - Глава 4 - С.68-106

28. Седов, М.С. Проектирование звукоизоляции: учебное пособие / М.С. Седов. Горький: ГГУ им. Н.И.Лобачевского, 1980. - 54 с.

29. Седов, М.С. Прогнозирование и измерения звуковой среды: Учебное пособие / М.С. Седов, В.Н. Бобылев, В.Н. Большаков. Нижний Новгород: ННГУ, 1991. - 67 с.

30. Седов, М.С. Звукоизоляция и звукопоглощение: учебное пособие для студентов вузов / М.С. Седов; под ред. Г.Л. Осипова, В.Н. Бобылева. -М.: Изд-во ACT: Изд-во Астрель, 2004. Главы 1-7 - С. 11-134.

31. Скучик, Е. Простые и сложные колебательные системы: монография / Е. Скучик.-М.: Мир, 1971.

32. Снижение шума в зданиях и жилых районах / Г.Л. Осипов, Е.Я.Юдин, Г. Хюбнер и др.; под ред. Г.Л.Осипова, Е.Я. Юдина. М.: Стройиздат, 1987, с. 285-289

33. Справочник по защите от шума и вибраций жилых и общественных зданий / под ред. В.И. Заборова. Киев: изд. «Будивэльнык», 1989.

34. Справочник по технической акустике / под ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера. Л.: Судостроение, 1980. С. 301-306.

35. Степанов, В.Б. О возможности расчета звукоизоляции и звукопоглощения слоистой конструкцией на основе энергетической модели. / В.Б. Степанов // Сб. тр. XI сес. Рос. акуст. об-ва. М.: НИИСФ, 2001.-Т. 4.-С. 96-99.

36. Степанов, В.Б. О среднегеометрическом входном импедансе ограниченной конструкции / В.Б. Степанов // Акуст. журн. 1995. -Т.41. - №3 - С.487-489.

37. Тартаковский, Б.Д. Звуковые переходные слои / Б.Д. Тартаковский // Сб. докл. АН СССР. -1950. -Т. 75. С. 29-32.

38. Тартаковский, Б.Д. Волновой метод расчета звуко- и виброизолирующих и поглощающих структур / Б.Д. Тартаковский // Борьба с шумом и звуковой вибрацией, МД НПТ. 1982. - С. 108-126.

39. ГОСТ 27296-87 Звукоизоляция ограждающих конструкций: методы измерения. М.: Издательство стандартов. 1988. 20 с.

40. ГОСТ 16297-80. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие: методы испытаний. М.: Издательство стандартов. 1981.

41. ГОСТ 26417-85 Материалы звукопоглощающие строительные: метод испытания в малой реверберационной камере. М.: Издательство стандартов. 1985. 8 с.

42. СНиП-23-03-2003 Защита от шума и акустика. М.: Издательство стандартов. 2004. 45 с.

43. СП-23-103-2003 Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. С-Пб.: Изд-во ДЕАН, 2004. -80 с.

44. Berger H.W. Die Zuftschalldampfung von Wanden//Forscung aus dem Gebiete des Jugenieuwesens- 1932. B.3. - S.193-202

45. Cremer L., Heckl M. Korpeschall, Berlin, Springer-Verlag, 1968

46. Gosele K. Zur Luftschalldammung von einschaligen Wanden and Decken. Acustica. 1968. - Vol. 20. - № 6.

47. Gremer L. Theorie der Schalldammung dunner Wande bei schra Einfall.Akust.Zeitchrift. 1942. - №7

48. Heckl M. Die Schalldammung von homogenen einfachwanden endlicher Flache. Acustica. 1960. -Vol.10. - № 2.

49. Lyon R., Maidanik G. Power flow between lineary coupled oscillators.// The journal of the Acoustical Society of America. 1962. - Vol. 34. - P.623-635

50. Reissner H. Der senkrechte und schrage Durchtritt einer in einem flussiger Medium ersugten ebenen Dilatations (longitudinal) Welle durch eine in diesem Medium befmdliche planparallelefeste Platte//Helv.Phys.ASTA. -1938.-B.il.-S.140-149

51. Schoch A. Die physicalischen und technischen Grundlagen der Schalldammung im Bauwesen, Leipzig. -1937. S. 147-185

52. Watters B.G. Transmission loss of some masonry walls. The journal of the Acoustical Society of America. 1959. - Vol. 31. - № 7