隔声垫楼板构造对撞击声隔声性能的影响

谢小利，杨阳，卢凌寰

（1.广西建设职业技术学院，广西 南宁 530007；2.广西壮族自治区建筑科学研究设计院，广西 南宁 540005）

0 前言

楼板隔声性能差引起的环境噪声投诉逐年增多，各国政府为应对这一问题，纷纷对楼板的隔声性能提出了相应要求[1-2]，现行国家标准GB 50118—2010《民用建筑隔声设计规范》和GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》对楼板的隔声性能也作了明确的规定。楼板的隔声性能包括空气声和撞击声隔声性能，通常采用的钢筋混凝土楼板具有较好的空气声隔声性能[3]，能符合GB 50118—2010、GB/T 50378—2019要求，如120 mm厚的钢筋混凝土楼板空气声隔声量一般大于48 dB，能满足一般建筑各星级的空气声隔声性能要求，如果加上其它构造措施，如在钢筋混凝土表面铺装20 mm厚水泥砂浆，再进行20 mm厚水泥砂浆结合层和瓷砖或木地板等铺设，楼板的空气声隔声性能将更好，基本上能达到有特殊隔声要求的房间的空气声隔声性能[3]。然而楼板的撞击声隔声性能则明显不足，120 mm厚钢筋混凝土楼板的撞击声压级一般超过80 dB，远远达不到GB 50118—2010、GB/T 50378—2019的最低要求[4]，因此对楼板主要集中在撞击声的改进，主要通过在钢筋混凝土楼板上增加弹性垫层或减振板材等方式，包括隔声垫、隔声砂浆、隔声涂料、地毯、木地板等的铺设，其中隔声垫的铺设较为广泛[2，5-9]。目前对隔声垫在楼板上的应用研究主要集中在铺装施工方法和楼板构造做法方面[10]，对于隔声薄弱环节和不同频段下的声强特性的系统分析较少，使得楼板的隔声性能较难根据所处的噪声环境特性进行改善。为此，本研究通过COMSOL Multiphysics 5.5计算软件和现场测试，全面分析楼板撞击声隔声的薄弱环节和不同频段下的隔声性能，可为隔声垫楼板的改善措施提供参考方法和依据。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

本研究现场测试的钢筋混凝土楼板尺寸为5000 mm×3500 mm×120 mm，采用的隔声垫为橡胶颗粒隔声垫，厚度为5 mm，密度432 kg/m3，拉伸强度为43 kPa，导热系数为0.12 W/（m·K），断裂延伸率为125%，燃烧性能为B2级，性能符合GB 50210—2018《建筑装饰装修工程质量验收标准》要求。细石混凝土强度等级为C20，配合比为m（水泥）∶m（细骨料）∶m（粗骨料）∶m（水）=1∶1.5∶2.8∶0.51，其中水泥采用广西海螺水泥有限公司产，P·O42.5水泥；细骨料采用粒径不大于4.75 mm的机制砂，细度模数为2.25；粗骨料为5～10 mm的碎石；水为市政用水。干硬性水泥砂浆的配合比为m（水泥）∶m（砂）∶m（水）=1∶3∶0.5，其中水泥和砂取自上述细石混凝土的同一批次材料，水为市政用水。饰面瓷砖采用广东东鹏控股股份有限公司的尺寸为800 mm×800 mm的瓷砖，厚度为10 mm。

1.2 试验方法

为探究楼板撞击声隔声的薄弱环节和不同频段下的隔声性能，采用振动——声分析有限元计算软件COMSOL Multiphysics 5.5对其进行隔声性能进行仿真分析，从而获得楼板不同位置的声强，同时通过间接边界元流体模型和有限元结构模型之间的耦合，获得不同楼板构造的五阶结构模态和隔声曲线，再进行现场试验测试进行结果验证。现场测试采用的建筑声学测量系统、设备和方法符合GB/T 19889.7—2005《声学建筑和建筑构件隔声测量》要求。

2 楼板隔声性能的模拟研究

2.1 楼板隔声性能模拟的构造及参数

分别模拟了3种构造下的楼板的声强分布，包括未采用隔声垫、采用隔声垫和采用隔声垫的同时对楼板与墙体、梁、柱连接处采用踢脚线特殊构造的楼板。仿真时选取的楼板平面简图、构造图及参数分别见图1、图2和表1所示。

2.2 楼板的透射声强模拟研究

根据以上的模拟参数分别拟合了1000 Hz频率下3种楼板构造的声强等值线，结果见图3。

从图3（a）可见，未采用隔声垫的钢筋混凝土楼板构造的透射声强在楼板的分布相对较均匀且透射声强相对其它楼板构造的更高。通过隔声垫平铺处理后[见图3（b）]，透射声强较未采用隔声垫的明显减弱，且透射声强在楼板上分布的均匀性降低，在楼板与墙、柱、梁连接的四周的声强较内部高。对楼板采用隔声垫并在踢脚线处采用特殊构造时[见图3（c）]，透射声强在楼板的分布均匀性提高，说明采用踢脚线特殊构造后，阻断了楼板与墙、柱、梁之间的声桥，在楼板与墙、柱、梁连接的四周的漏声明显减弱，使该部分的声强与楼板中间区域的声强较接近，且均较低，从而使透射声强得到了进一步的减弱，显著提高了隔声垫楼板的隔声性能。

2.3 楼板的振动模态研究

通过2种模型——间接边界元流体模型和有限元结构模型的耦合，获得不同楼板构造的五阶结构模态和隔声曲线，见图4。

通过对上述3种楼板构造的振动模态仿真结果可见：采用隔声垫后楼板的声压级在各个频段均明显降低，尤其是在大于250 Hz的频段；此外采用踢脚线细部构造的特殊处理后，能够进一步提高其隔声性能，这与楼板的透射声强模拟的结果是一致的。由此可见，在钢筋混凝土楼板上铺装隔声垫，通过隔声垫弹性层的柔韧性及阻尼特性来减弱向楼下辐射的振动声能。此外，采用踢脚线特殊构造处理后，阻断了钢筋混凝土楼板与墙、梁、柱之间的声桥，使得隔声效果得到了进一步的提高。因此，钢筋混凝土楼板与墙、梁、柱之间的连接处是楼板隔声的薄弱环节，在采用弹性垫层时，应阻断钢筋混凝土楼板与墙、梁、柱之间的声桥，并在铺装过程中避免形成新的声桥。

3 楼板隔声性能的现场测试研究

通过上述模拟分析表明，隔声垫的铺装方法及细部构造处理对钢筋混凝土楼板的撞击声隔声性能的影响较大。本研究现场测试房间的楼板尺寸为5000 mm×3500 mm×120 mm，分别采用120 mm厚裸露的钢筋混凝土楼板和图2所示的3种楼板构造方式进行了现场铺装，其中踢脚线的细部构造做法如下：将楼面的灰、污渍等清理干净，并对表面进行平整处理；随后铺设隔声护角和隔声垫，并防止隔声垫漏铺；用细石混凝土浇筑，再进行干硬性水泥砂浆和瓷砖的铺设，并以瓷砖作为装饰面层，且装饰面与踢脚线之间预留5 mm的缝隙；最后切割隔声护角并确保外露的护角不小于5 mm，同时用防水密封胶灌注装饰面和踢脚线之间的缝隙。3种不同构造的楼板和120 mm厚裸露钢筋混凝土楼板的撞击声隔声性能测试结果见图5和表2。

表2 4种不同楼板的隔声性能测试结果

从图5和表2可见，不同楼板构造的撞击声隔声性能的变化趋势与模拟结果基本一致。在钢筋混凝土楼板上增加细石混凝土、干硬性水泥砂浆和瓷砖，其计权标准化撞击声压级只减小了2 dB，说明增加楼板的厚度对楼板撞击声隔声性能的改善作用并不明显，此外还影响了建筑层高和结构荷载；采用隔声垫后，大于250 Hz频段的楼板的隔声性能均得到了明显的改善，较未采用隔声垫的楼板的计权标准化撞击声压级降低12 dB；对楼板和踢脚线之间采用特殊的细部处理后，楼板的声压级得到进一步降低，尤其是在1250～3150 Hz频段，计权标准化撞击声压级可达63 dB，能符合GB/T 50378—2019对三星级绿色居住建筑楼板隔声性能的限值（≤65 dB）要求。主要是由于橡胶隔声垫的弹性层具有较好的柔韧性和阻尼特性，对撞击楼板的振动声能具有很好的减弱效果，使楼板的撞击声隔声性能得到明显改善，此外对踢脚线进行细部处理后，阻断了钢筋混凝土楼板与墙、梁、柱之间的声桥，使楼板的撞击声隔声性能得到进一步提高。因此，在隔声材料和构造的选择时，应根据噪声源的振动频段来选取，隔声垫浮筑楼板构造不适用于主要针对低于250 Hz频段的噪声源，隔声垫浮筑楼板的细部构造对楼板隔声性能具有明显的影响，在隔声垫铺设过程中，应阻断楼板与墙、梁、柱之间的声桥，尤其是针对1250～3150 Hz频段的噪声源，此外，在隔声垫施工过程也应避免隔声垫被绑扎钢筋网片的铁丝刺破而形成新的声桥。

4 结论

（1）采用振动——声分析的有限元计算软件COMSOL Multiphysics 5.5对楼板的隔声性能进行仿真分析，来获得楼板不同位置的声强，同时通过间接边界元流体模型和有限元结构模型之间的耦合，获得不同楼板构造五阶结构模态和隔声曲线。结果表明，未采用隔声垫的钢筋混凝土楼板构造的透射声强较高且在楼板上的分布相对较均匀；楼板采用隔声垫后，透射声强明显减弱且在楼板与墙、柱、梁连接的四周的声强较楼板内部高；对楼板采用隔声垫并在踢脚线处采用特殊构造后，透射声强明显减弱且在楼板上分布的均匀性提高，说明采用隔声垫并对踢脚线采用特殊构造后，可明显提高隔声性能。

（2）在居住建筑常用的120 mm厚的钢筋混凝土楼板上增加细石混凝土、水泥砂浆和瓷砖的铺设，对撞击声隔声性能的改善作用并不明显，其撞击声隔声性能仍不能符合GB/T 50378—2019要求，但通过铺设具有柔韧性和阻尼特性的隔声垫，可明显减弱大于250 Hz噪声频率下的振动声能，从而使楼板的计权标准化撞击声压级降低12 dB。

（3）钢筋混凝土楼板与墙、梁、柱之间的连接部位是楼板撞击声隔声性能的薄弱环节，因此在钢筋混凝土上铺装隔声垫时，应对踢脚线进行细部处理，阻断钢筋混凝土楼板与墙、梁、柱之间的声桥，可进一步提高楼板的隔声性能，尤其是对1250～3150 Hz频段的噪声的隔绝能力，同时通过隔声垫的弹性层具有的柔韧性和阻尼特性，可明显减小撞击楼板的振动声能，使楼板的撞击声隔声性能符合GB/T 50378—2019对三星级居住建筑楼板隔声性能的要求（≤65 dB）。