Звукоизоляция междуэтажных перекрытий гражданских зданий: для строительства в Йеменской Республике

Актуальность проблемы. Создание акустически комфортной среды в зданиях представляет собой важную и трудную задачу, решить которую невозможно без комплекса специальных конструктивных мероприятий, направленных на улучшение звукоизоляции ограждающих конструкций и, в первую очередь, междуэтажных перекрытий. Широкое распространение в строительной практике Российской Федерации и в других развитых странах получили конструкции междуэтажных перекрытий с полами по упругим прокладкам. Обычно в качестве упругих прокладок применяются «легкие» волокнистые или вспененные материалы плотностью до 250 кг/м. Полы в жилых зданиях, в основном, выполняются из деревянных элементов, укладываемых на разделительную стяжку из легкого бетона. В качестве несущих настилов в конструкциях перекрытий применяются сборные или монолитные л железобетонные плиты поверхностной плотностью 300−350 кг/м .

В практике строительства гражданских зданий в Йеменской Республике нашли применение конструкции междуэтажных перекрытий с полами по упругому прокладочному слою из песка плотностью 1400−1600 кг/м. Несущая часть таких перекрытий выполнена из монолитных плоских сплошных плит или ребристых плит с керамическими вкладышами. Пол из мелкоразмерных или мозаично-бетонных плиток устраивается по стяжке из цементно-песчаного раствора. «Тяжелый» упругий слой песка, уложенный по несущим железобетонным плитам перекрытий, применяется, в основном, как выравнивающий слой под стяжку. В настоящее время в Йемене отсутствуют нормативные требования к звукоизоляции ограждающих конструкций, отсутствуют и методы оценки звукоизоляции таких перекрытий.

За последнее время сделан значительный вклад в теорию и практику борьбы с шумом методами звукоизоляции [2, 7, 10, 28, 30, 31, 35, 37, 41, 51, 52, 57, 74]. В работах С. П. Алексеева, И. И. Боголепова, JI.A. Борисова, В. И. Заборова, Н. И. Иванова, A.A. Климухина, И. И. Клюкина, С. Д. Ковригина, В. Г. Крейтана, С. Н. Овсянникова, Г. Л. Осипова, М. С. Седова, Б. Д. Тартаковского, Э. В. Ретлинга, Е. Я. Юдина разработаны методики расчета и проектирования различных типов звукоизолирующих ограждений. Однако до сих пор остается малоизученным вопрос звукоизоляции междуэтажных перекрытий с «тяжелыми» прокладочными звукоизоляционными материалами, например из упругого слоя песка. Отсутствуют сведения о зависимости динамических характеристиках природного песка и песка из отсевов дробления от частоты колебаний, крупности зернового состава и толщины слоя при различных статических нагрузках. В связи с этим, разработка практических методов оценки звукоизоляции междуэтажных перекрытий с песчаным упругим слоем и конструктивных мероприятий по улучшению их звукоизоляции является актуальным направлением научных исследований в области строительной акустики.

Целью диссертационной работы является разработка теоретических положений и практических рекомендаций, способствующих улучшению звукоизоляции междуэтажных перекрытий с упругим слоем из песка.

Основные задачи, решаемые в работе. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— выполнить теоретические исследования изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с упругим слоем из песка, разработать инженерные формулы для расчета и оценки звукоизоляции;

— разработать методику измерения динамических характеристик опытных образцов из песка в широком диапазоне частот и определить значения этих характеристик в зависимости от частоты колебаний, крупности зернового состава и высоты образцов при различных статических нагрузках;

— разработать и изготовить прибор для определения осадки образца из сыпучего материала под нагрузкой и получить зависимости относительного сжатия образцов песка от их высоты, поверхностной нагрузки и крупности зернового состава;

— провести экспериментальные исследования изоляции ударного шума перекрытиями в малых реверберационных камерах и выполнить сравнительный анализ результатов, полученных по расчетным формулам с данными эксперимента;

— выполнить экспериментальные исследования звукоизоляции междуэтажных перекрытий с упругим слоем из песка и выявить закономерности изоляции воздушного шума от основных параметров перекрытий;

— на основе полученных в работе формул разработать практический метод расчета изоляции ударного шума перекрытиями с упругим слоем из песка и рекомендации по улучшению звукоизоляции.

Методы исследования. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования дополнительной изоляции ударного шума сводились к определению колебательных скоростей однослойного перекрытия и несущей плиты перекрытия с полом на упругом песчаном основании при работе стандартной ударной машины. Экспериментальные исследования звукоизоляции конструкций междуэтажных перекрытий проводились в малых реверберационных камерах лаборатории акустики кафедры архитектуры КубГТУ с помощью современной электроакустической аппаратуры. Научная новизна работы:

— в результате решения задачи нахождения колебательной скорости перекрытия при действии на него стандартной ударной машины получены аналитические выражения для определения дополнительной изоляции ударного шума перекрытием за счет устройства пола на упругом песчаном основании;

— установлен характер распределения частот собственных колебаний перекрытий с полами по упругому слою из «легких» звукоизоляционных материалов плотностью 75−250 кг/м и «тяжелых» звукоизоляционных материалов (например, из песка) плотностью 1300−1600 кг/м и построены графики этих частот для различных конструкций перекрытий;

— разработан и изготовлен прибор для определения осадки образцов из сыпучих материалов под нагрузкой;

— для образцов из природного песка и песка из отсевов дробления получены зависимости относительной деформации от величины напряжения, высоты образца и крупности зернового состава;

— разработана методика измерения динамических характеристик песков и получены значения этих характеристик для условий, близких к эксплуатации в конструкциях междуэтажных перекрытий;

— в результате экспериментальных исследований выявлена качественная зависимость изоляции ударного шума от основных параметров междуэтажных перекрытий с упругим песчаным слоем;

Достоверность теоретических результатов подтверждена на основе сравнительного анализа расчетных данных с экспериментальными результатами, полученными при испытании моделей междуэтажных перекрытий в малых реверберационных камерах КубГТУ и другими результатами, известными из научной и справочной литературы.

Практическая ценность работы. Разработанный метод расчета изоляции ударного шума конструкциями междуэтажных перекрытий со звукоизоляционным слоем из песка позволяет, по сравнению с существующими методами, более точно определять величину снижения уровня ударного шума полами этих перекрытий. В расчете учитывается влияние на звукоизоляцию поверхностной плотности элементов пола и жесткости упругого слоя песка, что позволяет рационально проектировать перекрытия.

Разработаны рекомендации по улучшению звукоизоляции междуэтажных перекрытий с полами по упругому слою из песка, применяемыми в настоящее время в Йеменской Республике. Даны варианты конструктивных решений перекрытий, удовлетворяющих требованиям СНиП 23−03−2003. Они могут применяться для всех видов гражданских зданий, при новом строительстве и капитальном ремонте.

Реализация результатов исследования. Разработанный метод расчета изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с упругим слоем из песка и рекомендации по улучшению звукоизоляции этих перекрытий внедрены в практику проектирования внутренних ограждающих конструкций гражданских зданий Территориального института по гражданскому строительству «Краснодаргражданпроект» и ЗАО «Проект-1» .

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедре архитектуры гражданских и промышленных зданий для студентов направления 270 100 «Строительство». Составлены и апробированы задания расчета звукоизоляции перекрытий с упругим слоем из песка для практических занятий и лабораторных работ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на:

— научно-техническом семинаре «Экология, акустика, светотехника и защита от шума», г. Севастополь, 2001 г.;

— V Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии», г. Пенза, 2003 г.;

— научно-техническом семинаре «Защита от шума и акустическое благоустройство зданий и населенных пунктов», г. Севастополь, 2003 г.;

— XVI сессии Российского акустического общества. Секция «Архитектурная и строительная акустика. Шумы и вибрации», г. Москва, 2005 г.;

— научно-техническом семинаре «Экология, акустика и защита от шума» г. Севастополь, 2005 г.;

— научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия», г. Санкт-Петербург, 2006 г.

На защиту выносятся:

— метод расчета изоляции ударного шума конструкциями междуэтажных перекрытий с полами по звукоизоляционному слою из песка, применяемыми при строительстве гражданских зданий в Йеменской Республике;

— методика измерения динамических характеристик прокладочного звукоизоляционного слоя песка, позволяющая определять эти характеристики в достаточно широком диапазоне частот, в условиях близких к эксплуатационным;

— экспериментальные исследования по установлению зависимости динамического модуля упругости и коэффициента потерь природного песка и песка из отсевов дробления от крупности зернового состава, частоты колебаний и толщины упругого слоя при различных поверхностных нагрузках;

— разработанный прибор для определения относительного сжатия образца из сыпучего материала под нагрузкой и экспериментальные кривые зависимости относительного сжатия образцов песка от их высоты, поверхностной нагрузки и крупности зернового состава;

— результаты экспериментальных исследований звукоизоляции от основных параметров перекрытий с упругим слоем из песка;

— практический метод расчета изоляции ударного шума перекрытиями с полом на упругом песчаном основании и рекомендации по улучшению звукоизоляции этих перекрытий.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Общий объем работы составляет 140 страниц, в том числе 37 рисунков, 10 таблиц, библиографический список, включающий 93 наименования.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

1. Разработан метод расчета изоляции ударного шума конструкциями междуэтажных перекрытий с полами по звукоизоляционному слою песка, применяемыми при строительстве гражданских зданий в Йеменской Республике. В расчете учитывается влияние на звукоизоляцию поверхностной плотности элементов пола и жесткости упругого слоя песка, что позволяет рационально проектировать перекрытия.

Основные теоретические выводы подтверждаются экспериментами в малых реверберационных камерах на моделях перекрытий.

2. Разработана методика измерений динамических характеристик прокладочного слоя из песка, позволяющая определять их в достаточно широком диапазоне частот, в условиях близких к эксплуатационным.

Полученные зависимости динамического модуля упругости и коэффициента потерь природного песка и песка из отсевов дробления от крупности зернового состава, частоты колебаний и толщины упругого слоя при различных поверхностных нагрузках учтены при разработке конструкций междуэтажных перекрытий.

3. Разработан и изготовлен прибор для определения осадки образца из сыпучего материала под нагрузкой. Установлены зависимости относительного сжатия образцов песка от их высоты, поверхностной нагрузки и крупности зернового состава. Полученные значения коэффициента Пуассона и коэффициента формы цилиндрических образцов из природного песка и песка из отсевов дробления учтены при оценке изоляции ударного шума конструкциями перекрытий с полами на упругом песчаном основании. .

4. Установлено, что в области низких частот, на частотах ниже первой частоты собственных колебаний пола//, на величину АЬ снижения приведенного уровня ударного шума, оказывает влияние поверхностная плотность пола т/ и упругого слоя песка т2. Чем больше т/ и т2, тем выше звукоизоляционные свойства перекрытия. В области средних и высоких частот, при о, 7уV т,//я2, плавающий пол обладает достаточно высокими звукоизоляционными свойствами и приводит к снижению уровня ударного шума под перекрытием на 6 дБ при каждом удвоении частоты.

5. В результате экспериментальных исследований выявлена качественная зависимость изоляции воздушного шума от основных параметров перекрытий с упругим слоем из песка. Установлено, что с уменьшением крупности зернового состава звукоизоляционного слоя из природного песка и песка из отсевов дробления повышается изоляция воздушного шума перекрытиями. Увеличение толщины упругого слоя песка от 40 мм до 80 мм, также повышает изоляцию воздушного шума перекрытиями.

6. Разработан практический метод расчета изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями со звукоизоляционным слоем из песка, позволяющий с точностью до 2 дБ определять величину снижения уровня ударного шума полами этих перекрытий.

7. Выполнена оценка изоляции ударного шума конструкциями междуэтажных перекрытий, применяемыми в Йеменской Республике. Установлено, что они не удовлетворяют требованиям СНиП 23−03−2003. Расчетные значения индексов приведенного уровня ударного шума этих перекрытий ниже нормативного значения в жилых домах категории В на 3−7 дБ.

8. Разработаны практические рекомендации по улучшению звукоизоляции междуэтажных перекрытий с полами по упругому слою из песка, применяемых в настоящее время в Йеменской Республике. Даны варианты конструктивных решений перекрытий, удовлетворяющих требованиям СНиП 23−32 003.