建筑隔聲預(yù)測(cè)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(xiàng)重要指標(biāo)，它直接影響房間聲質(zhì)量的好壞，同時(shí)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(cè)，這種預(yù)測(cè)理論精度較低。所謂建筑隔聲預(yù)測(cè)的含義就是根據(jù)設(shè)計(jì)方案或現(xiàn)有的房間或構(gòu)造對(duì)其進(jìn)行隔聲量的計(jì)算，即通過具體的設(shè)計(jì)方案來(lái)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(cè)方法還包括有統(tǒng)計(jì)能量分析(StatisticalEnergyAnalysis，簡(jiǎn)稱SEA，全文同)、有限元法(FiniteE

2、lementMethod，簡(jiǎn)稱FEM)、邊界元(BoundaryElementMethod，簡(jiǎn)稱BEM)和縮尺模型(ScaleModel)法等。本文應(yīng)用統(tǒng)計(jì)能量分析理論探討針對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行隔聲預(yù)測(cè)的方法?！　≡诖罅康睦碚撗芯亢凸こ虘?yīng)用實(shí)踐中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，僅僅依靠已有的設(shè)計(jì)來(lái)確定隔聲量，未能達(dá)到根據(jù)隔聲量來(lái)調(diào)節(jié)建筑設(shè)計(jì)之目的。即沒有按照隔聲要求有針對(duì)性地進(jìn)行隔聲設(shè)計(jì)。只是設(shè)計(jì)或施工完畢后，才驗(yàn)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(cè)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(jì)方案或返工，使之逐漸達(dá)到隔聲要求。這種盲目性會(huì)增加開支和浪費(fèi)時(shí)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(lái)確定建筑設(shè)計(jì)方案，預(yù)測(cè)房間及墻體的特性。這就是建筑隔聲的反向預(yù)測(cè)(InversedSoundInsulationPrediction，簡(jiǎn)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(shí)，人們對(duì)建筑聲環(huán)境質(zhì)量的要求卻

4、越來(lái)越高，有必要采取各項(xiàng)措施改善建筑聲環(huán)境。如果城市規(guī)劃或建筑設(shè)計(jì)人員在規(guī)劃設(shè)計(jì)的初步階段就能根據(jù)實(shí)際聲環(huán)境，在滿足隔聲要求的前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)，將會(huì)節(jié)省時(shí)間和開支，因此具有實(shí)際工程意義?！　”疚膽?yīng)用統(tǒng)計(jì)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(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明：統(tǒng)計(jì)能量分析預(yù)測(cè)模型能夠準(zhǔn)確計(jì)算墻的隔聲、吻合效應(yīng)等，對(duì)雙層分立墻體的計(jì)算和實(shí)測(cè)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(cè)(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(gè)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(shí)測(cè)。本論文采用帶有振動(dòng)傳感器的塑料錘敲擊結(jié)構(gòu)作為聲源，通過示波器來(lái)測(cè)量其振動(dòng)縱向聲波在結(jié)構(gòu)中的傳遞速度，即縱波速度cL，來(lái)得到楊氏模量E的方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該測(cè)試方法簡(jiǎn)便實(shí)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(jì)能量分析法進(jìn)行建筑隔聲預(yù)測(cè)的基

6、礎(chǔ)上，采用人工免疫算法建立了隔聲反向計(jì)算模型，在已知期望隔聲量的情況下，成功地對(duì)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(cè)，從而可以確定墻體材料和厚度甚至構(gòu)造。許多建筑對(duì)建筑隔聲有較高的要求，如要求計(jì)權(quán)隔聲量為55dB以上，此時(shí)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(jì)能量分析對(duì)雙層墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)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(cè)模型，準(zhǔn)確地對(duì)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(jì)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(jì)算的隔聲量與實(shí)測(cè)值符合。(3)針對(duì)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(cè)來(lái)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(duì)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(jì)的關(guān)鍵問題。本文在已知隔聲要求的情況下，分別計(jì)算了各構(gòu)件的計(jì)權(quán)隔聲量和面積；也可以同時(shí)反向求算出計(jì)權(quán)隔聲量和面積。(5)對(duì)于帶有縫隙的墻體，根據(jù)隔聲要求，反算確定墻體(無(wú)縫隙)的隔聲量和當(dāng)縫隙面積的最大值為多少時(shí)，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(duì)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(cè)模型，并通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明了其正確性。實(shí)驗(yàn)和理論預(yù)測(cè)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(cè)的目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用人工免疫算法分別通過對(duì)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(cè)，其結(jié)果可以用來(lái)調(diào)整設(shè)計(jì)方案中房間的各個(gè)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(jì)方案。(7)在本文的附錄中，給出了通過編程計(jì)算不同墻體、樓板構(gòu)造的計(jì)權(quán)隔聲量的方法，其目的是為了在墻體的反向預(yù)測(cè)時(shí)，將各個(gè)頻帶的隔聲量轉(zhuǎn)換為單一評(píng)價(jià)值。通過

10、大量計(jì)算和對(duì)比發(fā)現(xiàn)：其計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的曲線對(duì)比法(推圖法)相比：精度高、簡(jiǎn)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(jì)能量分析(SEA)理論等對(duì)多種形式墻體及構(gòu)造進(jìn)行隔聲預(yù)測(cè)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(cè)方法：對(duì)勻質(zhì)單層和雙層墻體的反向隔聲預(yù)測(cè)；對(duì)帶有門窗組合墻體的反向隔聲預(yù)測(cè)；對(duì)帶附屬房間的反向隔聲預(yù)測(cè)。并且將以上墻體及構(gòu)件通過反向預(yù)測(cè)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