轻型木结构建筑楼盖隔声技术的研究进展∗

苏 峻 赵心悦 王 正 李敏敏

（1.南京林业大学理学院，南京 210037；2.南京林业大学材料科学与工程学院，南京 210037； 3.同济大学土木工程学院，上海 200092）

随着我国经济的快速发展，生活水平的提高，人们对建筑居住环境的舒适度要求越来越高。居住建筑楼盖隔声问题一直是我国建筑物业管理工作中住户反映最多的问题之一[1]，主要为建筑楼盖上层的脚步声、物体坠落声、桌椅移动、吵闹等日常行为产生的噪声严重影响楼下住户的日常生活，引发住户之间矛盾冲突等[2-3]。在建筑设计中彻底消除或减少噪声对住户的影响已成为建筑行业亟待解决的主要问题之一。轻型木结构建筑是目前欧美和日本应用广泛，在国内主要推广的一种中低层居住式建筑[4-5]。至今，国内外有关轻型木结构建筑楼盖隔声的研究还较少。因此，本文结合混凝土建筑与重型木结构建筑楼盖等隔声技术相关研究，介绍国内外轻型木结构建筑楼盖隔声技术与隔声性能的研究进展，提出提高我国轻型木结构建筑楼盖隔声技术的几点措施，以期为提升木结构建筑行业减振降噪技术和住宅建筑居住舒适度提供参考。

1 国外轻型木结构建筑楼盖隔声技术研究进展

1.1 隔声理论研究

近年来，国外学者对建筑楼盖结构的隔声进行了一系列探索与研究[6-8]，尤其在钢筋混凝土楼盖、木结构楼盖的隔声基础研究方面成果显著。Yoo等[9]采用有限单元（FEM）法和现场测量法，研究了弹性隔振器和粘弹性阻尼材料对降低钢筋混凝土结构的重量级地面撞击声的影响。同时，应用光束传递函数方法测量材料的动态特性以及FEM模拟特性。研究结果表明：阻尼材料提供了比弹性隔振器更高的损耗因子和动态弹性模量特性；对安装阻尼材料的楼盖进行隔声性能测试发现，其在低频时的撞击振动加速度幅值和地面撞击声值均明显降低；而采用弹性隔振器的楼盖在低频时的撞击声压增加。Okano[10]对于重型楼盖的撞击隔声特性进行了研究。基于利用轮胎撞击源的测量结果，研究了利用橡胶球撞击源评估楼盖隔声等级的可能性。通过对现有住宅建筑测量结果进行分析，推导出3 种主要多元回归方程类型。

Churchill等[11]运用统计能量分析方法，对木材-混凝土复合楼盖的空气声隔声进行了预测模型开发和试验验证，分析了混凝土和OSB的复合结构与多类型刚性连接件的组合对楼盖隔声性能的影响。研究结果表明：SEA模型得到的计权噪声降低指数预测值与实际测量值误差在2 dB以内，1/3 倍频程测量值与预测值之间的平均差值为4 dB。SEA模型可用于模拟相对复杂楼盖结构的隔声测算。Caniato等[12]采用现场测量法测试正交胶合木（CLT）建筑楼盖和层板胶合木（GLT）建筑楼盖的撞击噪声，分析了其撞击隔声量的测试结果对常见裸木结构和传统浮筑楼盖结构系统的撞击声压级建模结果的影响。Hirakawa等[13]利用瞬态统计能量分析（TSEA），通过引入反向形式的TSEA（ITSEA），以确定从重型撞击源到浮筑地板的重型底板的瞬态结构声功率输入，通过浮筑楼盖的功率输入差异给出了可用于修改输入到底层功率的校正因子。

1.2 结构设计研究

在建筑楼盖结构设计与试验研究方面，国外专家学者对楼盖隔声的研究成果丰硕[14-16]。早在1978 年，Utley[17]对木框架结构住宅的搁栅楼盖隔声进行研究，讨论了搁栅楼盖设计及其隔声效果的影响因素，研究表明，楼盖的撞击声隔声性能较空气声隔声性能差。Fothergill等[18]分别在实验室和现场开展对木结构浮筑楼盖的隔声研究，分析其弹性层的密度、材料隔声量、搁栅间距等主要参数的影响，为木结构浮筑楼盖结构的优化设计提出了提高材料面密度等建议。Johansson等[19]对轻型木结构搁栅楼盖的结构节点连接进行研究，综合设计了45 种不同构造的组合结构，在实验室测试优选结构后再进行现场测试。结果表明，实验室测试的撞击噪声指数为52 dB，而现场测试值为53～58 dB，说明受现场环境噪声等影响，其现场撞击声测试值与实验室测试值一致，但波动值较大。Ljunggren等[20]对轻型木结构建筑楼盖结构隔声性能的影响因素进行分析，包括应用石膏板、矿棉、弹性胶、分隔板、浮筑地板等对楼盖隔声产生的影响。研究结论表明：应用弹性胶、安装额外板层、应用浮筑地板等可有效改善楼盖隔声。Martins等[21]采用实验室测量法对木结构楼盖和木材-混凝土复合楼盖进行隔声性能测试，通过多通道采集系统测量得到1/3 倍频程隔声曲线图，并评估有无石膏板、矿棉填充材料情况下楼盖的声学特性。研究结果表明：在木结构楼盖中采用混凝土可有效提高建筑楼盖隔声效果，达到建筑居住舒适度要求。

Ryu等[22]研究具有低频共振板吸收器的悬浮式天花板对重型楼盖撞击声的影响。该共振面板吸收器包括穿孔顶板的设计，以确保在100 Hz左右低频范围内具有高吸声系数。采用重型楼盖撞击声源（撞击器和橡胶球），对建筑物中安装有最佳共振面板吸收器的吊顶后的楼盖进行撞击声测试，并与具有石膏板的正常吊顶的楼盖测试结果相比较，发现安装共振面板吸收器穿孔顶板的楼盖，在125 Hz倍频带中，撞击声级降低了6 d B。Schiavi[23]强调改善浮筑楼盖撞击声隔声性能的重要性，并提出了一种估算浮筑楼盖撞击声隔声的本构模型。基于力传递理论提出的本构模型可允许通过简单的单一函数精确地估计浮筑楼盖的声学行为。通过理论假设、试验验证以及与Cremer-Vér模型计算，进一步验证了所提出模型的有效性。

2 我国轻型木结构建筑楼盖隔声技术研究进展

2.1 钢筋混凝土建筑楼盖隔声性能研究

我国关于木结构建筑楼盖隔声研究工作进展相对较为缓慢，成果极少。而在钢筋混凝土建筑楼盖隔声性能评估、改善方面成果较多，相关评价标准体系较为完善。早在1982 年，志阳[24]对几种常用混凝土楼盖结构撞击声下的隔声特性进行总结，并对不同复合地毡的楼盖撞击声改善进行试验研究。结果表明：铺设网状聚氯乙烯发泡再生胶复合地毡的楼盖结构隔声效果十分明显，其隔声改善量达到14dB，因此在实际工程中可采用具有一定强度和耐磨性的高效弹性垫层和松软面层复合地毡加铺或粘贴在楼盖结构层上，以有效优化楼盖隔声性能。谢拯民[25]等在浮筑楼盖结构中应用不同的隔振垫材料，分析不同隔振垫对浮筑楼盖撞击声隔声的影响。研究结果表明，在建筑楼盖表面铺设软塑料垫层时，在中高频范围内楼盖撞击声隔声性能具有较大改善；如在楼盖结构中增加隔振垫结构，亦可获得较佳的改善效果。孙启祥等[26]以柞木、西南桦、柏木、杉木、芸香、玉檀、HDF(高密度纤维板)和花岗岩8 种材料制作的地板为试验对象，采用小型车轮胎撞击地板的激励方式，研究了不同地板的重级撞击声的隔声特性。研究结果表明：各种地板实铺方式下的楼盖以及无铺装的裸混凝土楼盖的撞击声频谱特性相似性高；不同地板铺装方式对重级撞击声频谱特性影响较大。

谭华[27]对铺设不同木地板构造的混凝土楼盖的撞击声隔声性能进行对比测试，并对其隔声机理进行定性理论分析，对铺装方法、弹性垫层应用等影响因素进行讨论，研究木地板构造对混凝土楼盖撞击声隔声的作用及影响。结果表明：木地板构造可有效降低建筑楼盖撞击声的辐射。其中，应用浮筑木地板构造的楼盖结构隔声改善效果尤为显著，可使楼盖撞击声隔声性能达到GB/T 50121—2005《建筑隔声评价标准》中的1 级要求。黄险峰[28]运用SEA理论对楼盖结构的撞击声激励进行模拟分析，建立理论模型并进行隔声理论计算，其预测结果与实测值吻合。黄新[29]对3A住宅楼盖的隔声性能进行研究。结果表明：通过在建筑客厅楼盖结构中增加橡胶颗粒垫层与在卧室铺设木地板的方式，可使楼盖撞击声得到有效改善，其建筑楼盖空气声隔声量大于50 dB，计权标准化撞击声压级小于65 dB。

王军强等[30]结合承建项目，在样板间建造了9 种不同建造工艺的混凝土楼盖结构，并进行现场隔声测试。研究结果表明：采取浮筑楼盖结构，通过合理设计、正确施工、减少声桥的措施对改善建筑楼盖的隔声性能具有重要意义。2016 年，华实等[31]对镇江地区4 种不同类型的建筑楼盖的撞击声隔声性能进行现场检测，并对比同楼盖浇筑隔声砂浆前后的撞击声隔声性能变化，得出以下结论：在相同楼盖结构建造的房间里增铺30 mm厚的JNS型无机保温砂浆，可将楼盖的计权标准化撞击声压级由73 dB降低至68 dB，楼盖撞击声隔声性能等级由2 级提升至3 级，同时还降低了室内空调负荷，使楼盖的隔声性能、节能效果均得到提高。李杨等[32]设计了FJK型聚氨酯橡胶隔振隔声垫板，并将不同厚度的垫板材料应用于混凝土浮筑楼盖结构中，进行标准撞击声隔声性能测试。结果表明，该楼盖结构的隔声改善值达到30 dB以上。林潇弘[33]采用现场测量法，通过在混凝土毛坯楼盖结构的表面铺设不同厚度的塑胶地板，验证了应用塑胶地板能较大提高楼盖结构隔声性能。郭雄伟[34]将交联发泡聚乙烯减振垫板应用于混凝土工程项目，使得建筑楼盖等结构隔声效果得到明显改善，并降低了成本。邱威[35]对采用BGL型改性聚苯乙烯发泡板材料保温隔声系统的钢筋混凝土浮筑楼盖进行研究，分析了混凝土保护层上裂缝产生的原因，提出一系列相应防护技术与施工措施，提高了该浮筑楼盖的整体隔声。

2.2 木结构建筑楼盖隔声性能研究

国内在木结构建筑楼盖隔声研究方面成果鲜见。周海宾[36]对木结构建筑的墙体隔声性能和楼盖振动性能进行了研究，通过对墙体构造因素的理论研究，提出了一系列计算表达式，并通过预测与实测结果比较分析，得出两者具有较好的一致性等结论。张三明[37]等结合杭州市的一幢历史保护性木结构建筑进行了修缮与改造研究，对楼盖老旧木材进行替换，增加弹性连接，对浮筑楼面和隔声吊顶等进行改善，并进行隔声测试。结果表明：修复后的木结构建筑楼盖的空气声计权隔声量在35 dB以下，撞击标准化声压级为61 dB，其隔声改善效果明显。

近年来，有研究成果表明，软木材料具有质轻、绝缘、隔热、防潮、难燃、无甲醛、抗震、尺寸稳定性高、耐腐性强、不虫蛀和不易老化特性等优势，应用于室内装饰，不仅实用，能提高舒适度和美感，而且还是一种具有良好减振性能的环保型材料[38-39]。软木板在结构隔声应用方面有很好的发展前景[40-42]。2015 年，国家建筑材料测试中心依据GB/T19889.3—2005《声学建筑和建筑构件隔声测量第3 部分：建筑构件空气声隔声的实验室测量》和GB/T50121—2005《建筑隔声评价标准》，对4 块规格为500 mm×1 000 mm×30 mm的葡萄牙AMORIM软木板进行空气隔声量测定。测试结果表明，软木板的计权隔声量达20 dB。

3 结语

综上所述，国外在木结构建筑楼盖结构隔声优化设计与实测中，采用主动隔声和被动隔声两种形式，并运用建模计算、有限元计算法、空气声隔声和撞击声隔声方式的现场测量法、瞬态统计能量分析法等手段，对木结构建筑楼盖结构隔声性能进行系统研究[43]。将预测模型、理论计算和试验验证相结合，提高楼盖结构隔声测量精度和可靠度。通过对浮筑楼盖弹性层材料密度、阻尼动力特性等主要参数，搁栅楼盖结构节点连接的不同构造组合、搁栅间距等因素的分析研究，提出了改善楼盖撞击声隔声性能的措施等。

我国对木结构楼盖隔声技术研究尚局限于对其结构材料的更换设计、简易模拟分析和现场测量与评价等方面，亟待加大投入力度深入研究。在今后的轻型木结构建筑楼盖隔声技术研究中，可充分借鉴国内外现有混凝土建筑与重型木结构建筑楼盖等隔声技术的研究成果，扬长避短，建议做好以下四点：1）加速行业标准制订工作。如制订木结构建筑楼盖结构振动舒适度技术规范等。2）重视建筑楼盖隔声理论基础性研究和不同激励方式下的试验方法研究。利用专业理论知识开展理论假设等研究，掌握楼盖本构建模的建立与计算、有限元计算、概率模拟、瞬态统计能量分析和新的试验技术，提高现有木结构楼盖的振动、隔声性能。3）运用层板复合材料、动力学和声学理论等进行隔声楼盖结构的优化设计。重视隔声木结构浮筑楼盖、木材-混凝土复合结构楼盖等研发工作,将发泡隔声板弹性垫层材料和软木板弹性垫层材料用于楼盖结构的设计。4）强化楼盖施工工艺技术。做好地面铺装、地板层铺设、独立隔声吊顶施工、填充材料、阻尼减振器安装、节点连接等相关工艺技术的研究与应用。最终实现我国木结构建筑行业隔声技术的整体提升，满足人们对木结构住宅建筑居住舒适度的要求。