轻钢龙骨隔墙隔声性能的研究与应用

叶卫华

（北新集团建材股份有限公司，上海 201707）

0 引言

研究人员通过实践发现，隔墙的隔声性能方面存在一个“质量定理”：墙体厚度越高、单位面积质量越大，其自身隔声性能就越好。这也意味着单一材质的轻质隔墙，如加气混凝土板、膨胀珍珠岩、陶粒混凝土等，均存在隔声性能不足的问题。而石膏板隔墙因其空腔式的内部构造，使得声音在其内部传播时会经历多次的反射与透射，最终被墙体所吸收，使其得以不受“质量定理”的束缚，因而具备较强的隔声性能，逐渐受到了各大施工单位的认可与青睐。

基于此，本文以轻钢龙骨石膏板隔墙为研究对象，阐释了隔墙的隔声规律，分析了影响隔墙隔声性能的关键因素，并以具体施工案例探讨了隔声处理方案。

1 隔墙隔声规律

目前通用的轻钢龙骨石膏板隔墙一般为双层石膏板结构，也就是“石膏板－空腔龙骨结构－石膏板”式的层级结构，两层石膏板均固定于龙骨之上。为进一步提升隔声性能，龙骨结构的空腔中通常会填充玻璃棉或是岩棉板。单层式的石膏板在隔声表现上效果不佳，以厚度为12mm、密度为10kg/m2的单层石膏板为例，其标准计算隔声量为29dB，四层同样规格的石膏板叠加起来，其理论隔声量也无法超过41dB。而通过运用“石膏板－空腔龙骨结构－石膏板”式的结构设计思路，将四张石膏板与壁厚75mm 的空腔式轻钢龙骨制作为隔墙，则能够达到不低于44 分贝的隔声量；如果在空腔中填充玻璃棉或是岩棉板，则能够达到50dB 的隔声量。

隔墙的隔声性能遵循4 种规律，下文将分别介绍。

1.1 质量定理

隔墙的隔声性能遵循质量定理，也就是墙体厚度越高、自重越大，其隔声性能越好。该定理主要内容为：隔墙单位面积质量每增加100%，墙体隔声量则增加6dB；隔墙墙体密度每增加100%，墙体隔声量则增加近12.5%。理论上说，隔墙的质量越高、厚度越大，其隔声性能就越好，但在实际施工过程中，墙体自重过大，会导致建筑整体荷载的大幅提升[1]。因此，综合实际情况来看，轻质材料成为隔墙施工的首选，而要提升轻质隔墙的隔声性能，便只能在其墙体内部做文章。通过多层墙板结合隔音材料的方式，能够有效地提升轻质隔墙的隔声性能。以壁厚75mm 的轻钢龙骨石膏板隔墙为例，其墙体密度仅为60kg/m2，但通过运用上述的内部结构设计，能够保证其隔声量达到50dB，而密度同为60kg/m2、壁厚90mm 的砖混隔墙的隔声量仅为36dB，足以看出轻钢龙骨石膏板隔墙内部结构的优异性。

1.2 共振频率

所有类型的隔墙均具有一个固定的共振频率，当声音频率与隔墙自身频率相同时，便会出现共振现象，使得隔墙的隔声性能大幅降低。通常来说，隔墙自身厚度越高、自重越大，其共振频率越低[2]。若频率低于最低参考值100Hz，人耳对如此低的频率不敏感，从而使得共振频率对于隔墙隔声性能的影响性也随之下降。一次，在设计轻钢龙骨石膏板隔墙时，应当保证墙体的共振频率不超过100Hz。

值得一提的是，对于石膏板而言，其厚度的差异性也会导致共振频率的差异性。例如，一块壁厚15mm、墙体密度12kg/m2的石膏板与一块壁厚12mm、墙体密度10kg/m2的石膏板。前者共振频率低于100Hz，那么共振频率对于板材隔声性能的影响性较低；而后者的共振频率处于100Hz 附近，却会对自身隔声性能产生较高的影响，使得隔墙的隔声量在100Hz、125Hz、200Hz 等低频处遭到大幅的削减。究其原因，是由于阻尼控制原理所致。

1.3 吻合效应

声波自声源处传播至隔墙的墙板上时，整个版面除了会产生垂直方向的受迫振动外，还会产生沿着版面方向的弯曲振动。在特定的频率数值上，这种受迫性的弯曲振动会与墙体自身自由弯曲振动相契合，此时整个墙板便会随着声波进行弯曲，使得声波能够穿透墙板进入墙体内部，从而使得整个墙体的隔声吸能出现较深的曲线走势，这便是所谓的“吻合效应”，而与墙板材质相关的特定频率便是吻合频率[3]。

研究人员通过大量实验证明，材质自重越小、厚度越低、柔性越低的隔墙，其自身吻合频率越高；反之则越低。同样以一块壁厚15mm、墙体密度12kg/m2的石膏板与一块壁厚12mm、墙体密度10kg/m2的石膏板为例，前者的吻合频率约为3.15kHz，后者的吻合频率约为2kHz。这也就是说，在频率3.15kHz 附近，前者的隔声性能将出现降低；在频率2kHz 附近，后者的隔声性能将出现更大幅度地降低，整个效应的影响性甚至超过质量定理的影响性。将两块壁厚相同、密度相同的石膏板相贴合，其吻合频率与单层石膏板基本一致，但其吻合效应对于石膏板隔声性能的影响性将更强，所形成的吻合谷走势更为显著；但如果将两块壁厚不同的石膏板间隔相贴合，就能够使两块墙板各自产生的吻合谷走势相互错开，从而有效地减弱吻合效应。

1.4 声桥效应

石膏板与龙骨结构相连后，临近声源侧石膏板的声波震动将会借助龙骨结构传递至另一块石膏板之上，这一过程被称为声桥。声波的接触面越大、刚性连接越强，声桥效应就越强，从而导致隔墙的隔声性能降低。通过在双层石膏板与龙骨结构之间加设一个弹性垫的方式，缓解声桥效应，在一定程度上提升隔声量（可提升约3dB）[4]。

由于轻钢材质的龙骨结构自身刚度系数较低，声效效应的影响性较低，因此，轻钢龙骨石膏板隔墙的隔声性能要明显优于木质龙骨隔墙与石膏质龙骨隔墙。而为了进一步降低声桥效应的影响，可将轻钢龙骨制作成双层式的龙骨结构或是错列式的龙骨结构。其中，前者的隔声量可提升3dB 左右，后者则可提升8dB 左右。

2 隔墙隔声性能的影响因素

2.1 龙骨结构

对于轻钢龙骨石膏板隔墙而言，其龙骨结构的刚度系数越低，则隔声量越大。由于轻钢材质的刚度系数低于其他材质，选用轻钢材质的龙骨结构在隔声量方面比木质结构高3dB 左右。此外，结构的形态也会影响到结构的隔声量：Z 字形龙骨结构，其隔声量能够提升约1dB；S 字形龙骨结构则可提升约2dB；双层分离式的龙骨结构，其隔声性能也能够得到有效提升（提升隔声量约7dB）；龙骨结构的宽度越大（空腔内空间越大），其隔声性能也会得到提升。此外，通过固定石膏板的螺钉之间的距离越大，隔墙的隔声性能也会有一定的提升，这也因为螺钉间距扩大后，石膏板与龙骨结构之间的刚性连接则出现了减弱。螺钉间距不宜过大，以免隔墙强度无法满足建设项目的实际需求。

2.2 墙板

实践证明，墙板密度越高、壁厚越小，墙体的隔声性能越强。主要是由于墙板密度越高，墙体的隔声量也会越大；墙板壁厚越小，墙板之间的吻合效应便会朝着更高的频次范围中偏移。而与石膏材质的墙板相比，GRC 材质的墙板、硅酸钙材质的墙板因其材料本身密度高于石膏板，且壁厚低于石膏板，使得其具备更为优异的隔声性能。

2.3 内填棉

在龙骨结构的空腔填充玻璃棉，能够有效提升隔墙的隔声性能。玻璃棉的厚度越大、密度越高，其自身对于声波的吸收效果就越理想。声波会在龙骨结构的空腔之中反复反射直至消耗殆尽，因此，虽然玻璃棉对于声波的单次吸收量有效，但在反复吸收的过程中，其对于声波的吸收总量是相当可观的。通常来说，厚度为5cm、密度达到24kg/m3的玻璃棉便鞥能够满足隔墙建设的实际需要，再往上提升厚度与密度，其对于隔声性能的提升则变得微乎其微（提升量不超过1dB）。但如果玻璃棉的厚度低于2.5cm、密度低于16kg/m3，则会因厚度、密度过低的问题，出现隔声性能的衰减（下降2~3dB）。理论上来说，岩棉的整体密度高于玻璃棉，所以其隔声性能更佳，但实际上其对于隔声性能的提升量通常不超过1dB。

2.4 板缝和孔洞

若石膏板上产生了板缝或是孔洞，也会导致墙体隔声性能的下降。例如：某隔墙自身隔声量为50dB，当墙体出现了面积占比仅0.01%的板缝或是孔洞，那么隔墙的隔声量将会下降20%。基于此，为杜绝板缝或是孔洞的产生，应当在龙骨结构的安装步骤中，加设塑料材质的弹性胶条[5]。此外，若是存在双层石膏板的情况，应当进行错落式的布置，使得石膏板外层相互勾缝而内层不勾缝；若是单层石膏板的情况，必须进行内层的勾缝，否则会导致墙体隔声性能的大幅降低（隔声量降低近17dB）。

2.5 施工及其他因素

除上述影响因素之外，部分因素也可能导致隔墙整体隔声性能的降低，主要包括以下3 个方面。

（1）龙骨结构空腔中的玻璃棉/岩棉填充不达标、螺钉稳固性不足，这会导致在墙体施工结束后，玻璃棉/岩棉逐渐脱落下坠的现象，进而导致隔墙板缝或是孔洞的产生，使得隔声性能受到影响。

（2）隔墙外框与建筑进行刚性连接时，未严格按照施工标准与要求，加设弹性垫条，使得外框结构受到载荷影响出现形变，导致板缝的产生，使得隔声性能严重下降。

（3）穿过隔墙的管道未按照施工标准与要求进行密封，使得墙板施工处出现了板缝或是孔洞；安装于隔墙上的开关面板为进行隔声处理，导致隔声薄弱位置的产生。

3 案例分析

本文拟通过具体的案例分析，探讨轻钢龙骨石膏板隔墙的具体操作方法，以期为相关的研究与实践工作提供一定的参考与借鉴。

3.1 项目概况

该项目为某艺术中心二层的建设工程，工程总占地面积为6000m2，声学容积达到了8000m3，整个艺术中心二层的建筑功能定位为多功能、多空间的演艺厅。项目要求在不同的空间之间建设多个隔墙，且符合《电影院建筑设计规范》（JGJ 58—2008）中对于隔声的技术标准，即低频隔声量≥50dB，中、高频隔声量≥60dB，且空间与空间之间不能出现相互影响、相互干扰的现象。由于传统的混凝土砌块－玻璃棉－空气层－混凝土砌块的内部结构在此处存在施工难度过高、占地面积过大、自重过大等问题，因此根据施工现场的具体情况，进行了项目的优化设计，采用了“石膏板－空腔龙骨结构－石膏板”式的轻钢龙骨石膏板隔墙。

3.2 隔墙隔声处理方法

由于施工隔声量的要求，因此在墙体隔声方面采用了厚度为200mm 的加气混凝土砌块，在砌体工程完成后，仔细检查了隔墙上是否存在板缝与孔洞，并将板缝与孔洞进行了密封。采用厚度为20mm 的混凝土砂浆进行抹灰处理；而另一面墙体则采用了100CH 型双层石膏板式的轻钢龙骨隔墙，与砌筑完成的混凝土砌块墙体的间距保持在100mm 左右（这一步的目的是为空气层预留了空间）。随后，将轻钢龙骨石膏板隔墙与建筑顶板、地板进行了固定，采用100 型轻钢龙骨加工成L 型连接件，并通过该连接件将轻钢龙骨石膏板隔墙与混凝土砌块墙体进行了刚性连接，连接处加设了200mm×200mm×10mm 橡胶材质的隔声垫。

3.3 细节处理

建筑内的装饰部分与主体结构之间刚性连接的部位应当做好柔性处理，二者之间不会出现缝隙或孔洞，完善密封处理与填充处理；施工现场中需要穿过隔墙的施工项目，如消防管道、线路管道、电缆桥架等，应当做好隔声处理，在施工的洞口处或是管道内填充密度为80kg/m3的玻璃棉或是岩棉，并用专用密封膏、密封圈对缝隙与孔洞进行密封处理，从而进一步提升隔墙的隔声性能与耐火性能。

3.4 检测结果

通过对施工现场的隔墙开展隔声量的检测工作，发现其计算隔声量为Rw（C；Ctr）=56（-2；-5）dB，计算记权标准化声压级差为Dnt′w（C；Ctr）=62（-2；-5）dB，根据《建筑隔声评价标准》（GB/T 50121—2005），项目内隔墙的隔声等级达到了9 级，隔声效果良好。通过分析检测结果能够看到，艺术中心二层项目中隔墙的隔声处理与施工工艺均达到了预期效果。

4 结语

综上所述，轻质隔墙在施工项目中的重要性逐步提升，优化轻质隔墙的隔声性能已成为优化用户体验，提升建筑整体质量的重要途径。基于此，施工单位与人员应当深入了解质量定理、共振频率、吻合效应、声桥效应的具体内容及实际价值，从而保证自身能够充分掌握、熟练运用隔墙的隔声规律；还应当对隔声性能的影响因素形成一个全面的认知，熟练掌握隔墙的龙骨结构、墙板、内填棉、板缝等部分对于隔墙的影响性，形成一套全面化、深入化、专业化的施工标准，从而实现隔墙隔声效果的有效提升，进而推进我国建设事业的长期稳步发展。