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9招克服噪音,向健康住宅迈一大步

2017.01.08 | , ,
远洋设计汇 远洋设计汇

作者:赵剑利
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二、噪声控制的方法

光线是直线传播的,怕光的话拉个窗帘就可以解决。而声音是无孔不入的,可以从缝隙、小孔中钻进来,可以绕过障碍物继续前进,还可以利用物体反射过来,总之不达到你的耳朵决不罢休。

建筑物中的噪声有空气传播和固体传播两种来源,通俗的称为空气声和固体撞击声。空气声指室外的飞机声、汽车声、室内的说话声、乐器声等通过空气传播的噪声。固体撞击声指楼上的跑跳声、拖动家具的滑动声、洗衣机震动声、电梯运行声等对楼板墙体的冲击振动而发出的噪声。噪声控制就是针对这两种噪声展开的。

噪声控制的方法简单来讲一是在源头上减小噪声,二是将噪声反射或隔绝开,三是利用吸声材料吸收噪声,四是采用主动降噪技术。

三、建筑设计各阶段的噪声控制措施

噪声控制是一个系统工程,需要从规划设计、景观设计、单体建筑的平面立面设计、结构构造、材料选择以及减小设备的振动和噪声等方面采取措施。

1.规划选址

许多国家的调查研究表明,城市噪声的70%来自交通噪声(公路交通、铁路、飞机、航运)。在我国,公路交通噪声是城市环境噪声的主要来源,许多城市调查后绘出的城市噪声分布图证明最高噪声带都分布在交通线上。绝大部分城市都未处理好沿街居住建筑的防噪问题,至少20%的城市居民受交通噪声的干扰。

在城市规划时按照声环境的发展情况进行合理的声学分区,就可以从宏观上控制噪声。如下图,它决定了城市今后的发展方向。应尽量避免居民区与工业区和繁华商业区的混合,并避免铁路穿越市区,航空港应远离市区。如日本的东京,将主要的工厂集中在飞机场附近而远离居民区,由于工业区内本身的噪声较高,对来自飞机的干扰就感觉不明显了。

当然受种种原因限制,住宅用地也可能被划定在高噪声区。只有新小区在拿地阶段就注意到交通干道、机场附近的噪声风险,在设计开始便树立防噪意识、贯彻防噪布局的原则,从外部防止交通噪声的入侵,内部处理好各种噪声源,才能控制住噪声污染。

2.景观设计

巧妙的利用景观的地形、围墙、绿植,可实现较好的降噪效果。

(1) 利用地形降噪

大地对声波具有反射作用,通过景观地形起伏,控制声波反射方向,可实现一定程度的降噪。

例如阿姆斯特丹史基浦机场建成之初,周围社区饱受噪声之苦。后来通过研究,将机场附近区域改造成山脊和沟壑,使传到周围社区的噪声降低了一半。这个设计包括150个山脊,每个大约10英尺高、36英尺宽,周围是小沟壑。

(2) 利用围墙充当声屏障降噪

声屏障是交通领域常用的降噪手段。声屏障利用了声波的反射原理。当光线受到障碍物遮挡时,在其后面形成一个黑暗的区域,或称阴影区。声音的传播与光线类似,在障碍物后面形成一个声音的“声影区”,在此区域内声音有明显的减小,一般情况下噪声能降低 5~10分贝。

小区的围墙天然地可以起到声屏障的作用。通过声学和景观设计,除了满足声学上的要求外,还可以取得较好的视觉效果。

下图为某铁路沿线小区,按声学设计声屏障高度需要9米,为了降低压迫感,采用了在围墙顶部加装钢化玻璃的解决方案。

围墙面向小区的一侧设置了攀岩区,或附加上铁丝网,用以种植爬墙类植物,巧妙的将声屏障隐没于游乐设施和绿化中。

(3) 利用绿化植被降噪

国内外大量学者开展了利用植被降噪的研究。一般认为,植被的吸声作用是综合性的,当声波入射到植被丛中时,高频范围内的声能被树叶和树干吸收;中频范围内的声能则通过植物枝叶的反射和散射作用而衰减;低频范围内的声能则通过土壤的吸收和地被植物的反射而衰减。

根据相关资料和对不同绿地植物群落减噪效果的比较测定,绿地植物群落的树种组成、结构、年龄、宽度等对减噪效果影响明显。如绿篱+乔灌木+地被的植物配置方式以乔、灌、草多样性植物组成,结构层次多,结构紧密,绿地内没有比较空旷的空间,对噪声的反射和吸收能力高。这类群落组成的绿带,10米宽时降噪水平多在 6~9分贝左右。绿带宽度对绿地降噪能力影响明显,但绿带降噪水平与宽度不是严格的线形关系。一般来说,宽度达到 15~20m 的绿带具有较好减噪效果。树种间的差异对降噪效果的影响也非常明显,通过实验发现叶片面积较大、宽度较大且质地厚的阔叶植物对噪声的衰减作用最强。

3.建筑布局

由于建筑物对声波有反射作用,好的建筑布局会将大部分噪声反射出去,为小区内创造一个安静的环境;相反,不好的建筑布局会使噪声在小区内反复反射叠加,加剧噪声污染。

所以,新建小区临近交通干线、铁路线时,宜将对噪声不敏感的建筑物(如商业、娱乐、物业配套等)作为声屏障,排列在小区外围;对日照不敏感的地区,宜将外围建筑作为声屏障平行于街道布置并加强其隔声措施。经过声学设计的建筑布局,可为小区内部创造一个低噪声环境。

小区内部的行车、人员活动同样是比较主要的噪声源。成本允许的条件下应尽量实现人车分流、地下停车。建筑布局必须考虑到空间环境的动静结合,将相对嘈杂的活动场地远离住宅楼,合理的分布健身和运动场所,同时要充分利用植物降噪的原理,达到更大的降噪效果。

4.建筑平面设计

合理的单体建筑平面布局会使噪声污染得到一定程度的缓解,其布置形式应遵循下列原则:

(1)靠噪声的一面布置走道、厨房、洗衣房或其它一些不怕噪声的房间,对噪声敏感的房间如卧室、工作或学习室等用房布置在安静的一面。根据实测案例,当卧室背向噪声一侧时,其室内噪声低于面向噪声一侧的卧室大约20分贝。

(2)沿街的一侧设置阳台,连通的阳台更好。外廊在高层建筑中较多,是有利于防噪的。

(3) 封闭阳台等于又加了一层窗,能降噪 l0分贝左右。

例如,在俄罗列宁格勒的49号街坊内有一幢防噪住宅,层数为 13 层,是按照实验性设计方案建造的。只把三居室的厨房和公用住房以及走廊、楼梯、电梯间、公共用房布置到朝向主干道的一面。所有的卧室以及一居室、两居室的全部房间都朝向街坊的内部空间。这幢楼房本身长度为 345 米,它对整个街坊起了防噪作用。住宅楼内侧采用的是装有三层专门防噪玻璃,并经过了实验检验。

国内有学者以深圳典型高层住宅为例,分析了建筑朝向与道路夹角对噪声的影响。

结果显示当住宅与道路呈平行,住宅临街一侧直接面向噪声的接触面最大;当住宅与道路成45°夹角时,住宅整体受噪声影响最小。

同时依据噪声分布给出了户型调整建议,减小主要房间受噪声的影响程度。例如将主卧与次卧调换,将主卧室设置于噪声较小的区域内。

5.建筑立面设计

人们常常认为楼层越高就会离道路越远,噪音应该越小。而事实上,在隔墙、植被的声屏障作用下,底层并不是噪声最大的地方。下图是不同建筑朝向时,立面各高度的噪声分布情况,表明高层建筑的6~15层一般是噪声最大的楼层。

立面开窗的设计对噪声影响也起到关键作用,建筑应尽量减少正对道路一侧墙面上的可开启窗以减小室内噪声。采用通风隔声窗也是不错的选择。

高层住宅合理的阳台设计对降噪有明显作用,具有对外界环境和噪声的缓冲和过渡作用。阳台对噪声传播的影响是复杂的。阳台底板和栏板可以阻挡噪声传入室内,起到声屏障的作用;而阳台顶板可将噪声反射至室内,起到增大噪声的作用。

有研究表明,若阳台设置镂空栏杆而不设置栏板,室内会受到直达噪声和阳台顶板反射噪声的双重影响,噪音水平反而比不设阳台还要大。

阳台设置实体栏板后,噪声的主要来源是阳台顶板的一次反射声。适当提高栏板高度、在阳台顶板上布置吸声材料等措施都可以提高阳台的降噪作用。

6.建筑楼板隔声

楼板的隔声包括对空气和撞击声两种声的隔绝性能。一般来说,达到楼板的空气隔声标准不难,如住宅中常用的120mm厚钢筋混凝土加装修层空气声隔声量在48~50分贝,再加上其他构造措施,基本能满足空气声隔声要求。但钢筋混凝土楼板对撞击声的隔绝声却很差,声音在楼板中传递时,衰减很小,厚度100mm、120mm厚钢筋混凝土楼板的计权标准化撞击声压级都在80分贝以上,均不能满足规范对住宅分户楼板撞击声隔声要求。所以楼板的隔声更多的是针对于撞击声进行隔绝的。

楼板主要是由面层、垫层、结构层等组成。楼板的隔声构造原理也是围绕楼板的各个组成而进行,目前隔声构造主要有三种:弹性面层、弹性垫层及弹性吊顶棚。

(1) 采用铺设弹性楼面层的做法

即在住宅楼面上铺设富有弹性的饰面材料,减小撞击楼面时所产生的声能,减弱楼板的振动,如铺设地毯、实木或塑料地面等。采用弹性面层的楼板,撞击声改善量可达15~30分贝,具有一定的隔声效果,但面层材料对隔声量影响较大。

在工程中采用弹性面层构造处理隔声时,措施构造简单,只需要在主体工程结束后,装修楼面时铺设弹性材料的面层即可满足一定的降噪要求,因此是采用最为广泛的一种方法。弹性面层对摩擦楼面的隔声最为明显,比如地面与鞋底产生的步履音、推挪桌、椅声等,但对较大的楼板撞击而引起楼板共振的噪音隔声效果较差。另外,弹性地面通常为多孔或纤维材料,其隔热的能力也较好,用于低温地面辐射采暖方式的住宅时,会阻碍地暖热量的传递,影响室内温度。所以采用此隔声构造时,应视采暖方式而选用。

(2) 采用浮筑式楼板的做法

浮筑式楼板隔声构造是在楼面与结构板之间铺设由片状、条状或块状的松散弹性材料构成的垫层,上面再浇保护层,形成浮筑式楼板,这种构造是通过一定厚度的弹性组织来减弱由楼板传来的固体声能。

近几年,从国内外工程实践来看,浮筑式楼板是解决隔音问题的最佳方案。其一、铺设的弹性垫将楼板构造隔离为上下两部分,可以有效的阻止噪音在固体中连续传递,大大缓解了固体传声。其二、加铺的弹性垫层较好的减缓撞击声引起的楼板共振,高效吸收了声能。根据清华大学建筑物理实验室检测结论,铺设弹性隔声垫的楼板比混凝土楼板的撞击声隔声量可改善达15~35分贝(与隔声垫的材料有关)。

浮筑式楼板施工时应注意,隔声垫铺到与四周墙面结合的阴角处要沿墙面向上卷起,即在地面与墙面形成垂直弹性层,高度以保证被压入混凝土保护层为准,并用建筑密封膏密封做收头处理。其目的是要避免楼板上下部分通过墙体形成刚性连接,防止形成“声桥”,避免撞击声沿着楼板、梁、墙和基础等系统传透各个房间。另外应注意垫层中的各种管道应用橡胶套管或用毛毡处理,避免浮筑层与结构板产生刚性联通。

浮筑楼板结合材料和施工要求,增加了一定的建造成本,如果整体建筑使用的话,增加在50~100元/㎡。

(3) 采用隔声吊顶的做法

隔声吊顶构造应注意:其一、吊顶层必须是封闭的,并且要密封处理好顶棚缝隙。其二、顶棚整体与结构板应该采用非刚性连接,避免形成“声桥”,所以要采用弹性吊钩。此外,棚内可铺玻璃棉、岩棉等吸声材料,提高隔声效果。

采用吸声吊顶棚构造也存在一定的局限性:

首先,使用隔声顶棚后会降低房间净高,需考虑住宅层高的要求,隔声顶棚较适合于层高不小于3.0米的住宅使用。

其次,隔声吊顶的施工复杂、造价高。一般为了能够达到改善楼板隔音效果,造价一般不会低于300元/㎡,效果好的甚至会超过近1000元/㎡, 这样的成本对于一般的住户难以接受。

再次,隔音效果不显著。吊顶层的设置虽然为楼板增加了一个隔音层,阻止噪声通过楼板下传,但是噪声还会通过四周刚性连接的墙体、框架绕过吊顶传到楼下。上述原因导致吊顶棚吸收的构造措施较少采用,还需验证其在住宅中的可推广性。

7.建筑墙体隔声

对于单层均匀密实墙体来说,隔声量与墙体单位面积的重量(面密度)成正比。随着高层住宅大量出现,其维护结构大量采用轻质建材,因此需格外注重隔墙的隔声效果。

(1) 外墙

目前常用的住宅外墙材料主要有两大类,它们的隔声状况大体如下:

1) 混凝土墙

200mm以上厚度的现浇实心钢筋混凝土墙的隔声量与240mm厚粘土砖墙的隔声量接近。150~180mm厚混凝土墙的隔声量约为47~48分贝。但面密度200kg/㎡的钢筋混凝土多孔板,隔声量在45分贝以下。

2) 砌块墙

常用砌块主要有陶粒、粉煤灰、炉渣、砂石等混凝土空心和实心砌块,以及石膏、硅酸钙等砌块。砌块墙的隔声量随着墙体的重量厚度的不同而不同。面密度大的,其隔声性能较高,反之则较低。页岩多孔砖是一种新型材料,它的密度接近粘土砖,具有较好的隔声性能在住宅中应用于外墙和分户墙,使用效果很好,且施工相对简单,是较好的选择。

(2) 内隔墙

目前我国大量使用的轻质隔墙隔声性能较差,单层墙的隔声量满足不了分户墙的最低隔声要求,仅能用于套内隔墙。当采用轻质隔墙作为分户墙时,可采用以下两种方式满足隔声要求:

1) 双墙+空气间层

轻质隔墙采用双层墙构造,并在两层墙之间留一定空气层间隙,由于空气层的弹性层作用,可使总墙体的隔声量增加。

2) 双墙+吸声材料

轻质隔墙采用双层墙构造,在双层墙的空气层中放置岩棉和玻璃棉等吸声性能都比较好的吸声材料,可以提高双层墙的隔声量。并且吸声材料的厚度愈大、吸声材料的吸声性能愈好,隔声量的提高也就愈显著。

8.建筑内部噪声源控制

(1) 通风系统噪声控制

空调、通风系统的噪声源主要有两部分:一是风机的噪声,二是空气运动产生的噪声。降低通风系统的噪声的措施主要包括:

1)采用减振、隔声和消声措施

风机安装在减振器或弹性垫片上,对管道支架、吊架、托架等进行隔振处理。在风机和进风、回风管路上装消声器,在噪声要求严格的房间进风管上消声器或消声软管。风管表面敷设阻尼消振材料。

2)降低系统风速

降低风管内空气流速有利于减少风管内空气动力噪声。风管主管流速设计低于13m/s,噪声可被较好控制。

3)优化风管设计

在层高允许的条件下,尽量采用圆截面风管。在相同流量条件下,矩形风管比圆风管噪声高20~30分贝。对风管的接头、弯头尽量做成流线型、渐变型或设置导流叶片。风机出口最好有长度为出口边长1.5~2.5倍的直管段,以避免涡流。如果空间受限,出口管的转弯方向应顺着风机叶轮转动的方向,或在弯管中设导流叶片。

4)采用低噪声风机

(2) 给排水系统噪声控制

给排水系统主要噪声源是水泵噪声、阀门噪声和流体噪声。其中,水泵噪声为主要噪声源,阀门噪声和流体噪声只在特定的情况下影响周围的环境。

针对给排水系统噪声通常采用的解决方案是:在设备底部安装隔振装置;管道采用柔性接管;并对管道支架、吊架、托架等进行隔振处理。

(3) 电梯噪声控制

电梯噪声主要包括电梯运行中各部件产生的机械噪声和轿厢高速运行产生的空气流动噪声。

电梯井和机房周围采用隔声墙板,电梯机械下加装减振装置都是常用的电梯降噪措施。

为避免电梯安装后产生气动噪声,需在设计阶段核算和评估井道尺寸与选定电梯的匹配情况,确保轿厢与井道壁见留有合适的间隙距离,以及根据井道通风面积要求,预留好井道通风井。

9.主动降噪技术

主动降噪功能就是通过降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波,将噪音中和,从而实现降噪的效果。这一技术实际上是“以毒攻毒”。

主动降噪在汽车中运用较早,例如2013年一季度在国内上市的凯迪拉克XTS豪华轿车,其BOSE 5.1环绕声高级音响系统具备主动降噪静音系统,用车内麦克风采集噪音样本,经系统分析处理之后,由车载音响的扬声器播放相反的音频,以抵消噪音波,营造更安静的车内氛围。

现在主动降噪技术已逐步应用于建筑领域。美国一支名为Celestial Tribe的创业团队开发出了一款可以将噪音分解并吸收的神器—Muzo,这是可以吸附在任何光滑壁面上的消音器,你只需要像下面这样按一下Muzo即可大大降低噪音。

Muzo 的内部有一个音频感知器还有一个频率干扰器,当噪音来袭时,Muzo 首先会感知外界噪音的波形组成,然后会产生一种反向的干扰波形,这样两种相反的波形重叠后就会完全抵消。

四、结语

我国社会的可持续发展战略意味着健康住宅必然成为未来的发展趋势。健康住宅对噪声控制提出了很高的要求,单纯依靠某一方面进行降噪或控制,并不能达到很好的效果,必须对降噪技术进行综合设计,将其作为一系统工程来考虑。设计人员应以人为本,将降噪思想贯穿于设计始终,努力为人民提供安静、和谐、安居乐业的生活家园。同时,健康住宅声环境的改善是综合性的,不仅包含降噪技术,还关系到土地开发、城市规划、政策法规、经济条件等多方面因素,需要全社会共同参与。


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