Повышение звукоизоляции ограждающих конструкций зданий в Западной Африке

В республике Мали население предпочитает однои двухэтажные индивидуальные жилые дома. В практике строительства таких типов жилых зданий наблюдается быстрое распространение застроек на больших территориях. В результате чего плотность жилого фонда оказалась существенно заниженной. Кроме того потребовались огромные затраты на прокладки всех видов инженерных сетей и на строительство городских инфраструктур. Поэтому было решено руководством страны перейти к строительству жилых зданий четырех и более этажей для массового пользования. Однако переход от горизонтального домостроения к вертикальному способствует накоплению большого количества людей в домах. Для их благоприятного проживания должны быть созданы все виды комфорта в жилищах, включая акустический. Как правило последний нарушается из-за повышенного уровня шума, проникающего извне или возникающего и распространяющегося внутри здания. Человек тогда подвергается постоянному воздействию этих различных шумовых нагрузок (транспортных, внутриквартирных и т. д.), что может существенно ухудшить состояние его здоровья и ослабить его работоспособность. Все это говорит о том, что большое внимание должно быть уделено проблеме борьбы с шумом, среди проблем, связанных с охраной и улучшением окружающей среды. Кроме того известно, что стоимость работ при вынужденных (в процессе эксплуатации) мероприятиях по шумозащите в 4−7,2 раза выше стоимости мероприятий, предусмотренных при проектировании. Поэтому необходимо знать заранее характер акустической эффективности (с точки зрения звукоизоляции) применяемых при строительстве гражданских зданий, ограждающих конструкций из традиционных для стран Западной Африки строительных материалов, таких как мелкоштучные блоки. Это позволяет своевременно оценить качество акустического климата в помещениях, и уже на стадии проектирования принять меры, чтобы были обеспечены требования санитарных норм.

Целью диссертационной работы является исследование звукоизоляционных свойств ограждающих конструкций из мелкоштучных блоков, а также разработка мер по повышению их акустической эффективности.

В диссертационной работе решаются следующие задачи:

1 — дать оценку звукоизоляционных свойств традиционных для стран Западной Африки ограждающих конструкций (стен и перекрытий);

2 — на основе более точной теории звукоизоляции провести анализ механизма прохождения звука через данные ограждения с учетом их конечных размеров;

3 — провести комплекс экспериментальных исследований влияния на звукоизоляцию физико-механических и геометрических параметров конструкций из мелкоштучных блоков, а также характера их структуры;

4 — исследовать в натурных условиях изоляцию шума перекрытиями;

5 — провести экспериментальные исследования изоляции шума современными окнами;

6 — разработать инженерный способ расчета звукоизоляции помещений зданий в странах Западной Африки;

7 — разработать рекомендации и мероприятия по повышению изоляции от шума помещений в зданиях, строящихся в странах Западной Африки.

Методы исследования. В работе использовались как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. Теоретический анализ механизма прохождения звука через исследуемые ограждения из мелкоштучных блоков проведен на основе теории самосогласования звуковых и вибрационных полей М. С. Седова.

Пределы прочности мелкоштучных блоков и растворных кубиков были определены экспериментальным путем с применением соответственно пресса марки ПСУ-125 и пресса марки ИП-100. В зависимости от полученных их значений был найден модуль упругости конструкции из этих материалов по методикам изложенным в СНиПП-22−81 и пособии к нему.

Экспериментальные исследования звукоизоляции конструкции проводились в больших реверберационных камерах ННГАСУ и во вновь построенном жилом доме по стандартной методике с помощью электроакустической установки, рекомендуемой для аналогового способа измерения. Полученные результаты обрабатывались статистическими методами.

Научная новизна работы.

1 — проведен анализ и определены звукоизолирующие свойства конструкций перекрытий и стен из традиционных (для стран Западной Африки) строительных материалов;

2 — выявлен механизм прохождения звука через однослойные ограждения из мелкоштучных блоков, что дало возможность получить аналитические выражения для определения звукоизоляции с учетом их конечных размеров;

3 — в области низких частот найдено локальное снижение звукоизоляции не только на основной частоте резонанса всего двухкамерного стеклопакета, но и на первой собственной частоте колебаний системы из соседних стекол и воздушной прослойки между ними;

4 — решена задача о звукоизоляции помещений зданий в странах Западной Африки, часть или все ограждения которых находятся под воздействием шумовых нагрузок.

Практическая ценность работы. Приведены формулы для расчета звукоизоляции однослойных ограждений из мелкоштучных блоков, справедливые во всем нормируемом диапазоне частот. Приведенные зависимости позволяют управлять звукоизоляцией путем изменения поверхностной массы, размеров и изгибной жесткости. Для конструкции из мелкоштучных элементов последняя варьируется в зависимости от предела прочности кладки. Предложены практические указания для повышения звукоизоляции традиционных ограждающих конструкций, применяемых в странах Западной Африки.

На защиту выносятся:

— физико-математическая модель процесса прохождения звука через плоские (однослойные) ограждающий конструкции (из мелкоштучных блоков) конечных размероврезультаты экспериментально-теоретических исследований звукоизоляции стеновых конструкций из мелкоштучных блоков;

— результаты натурных исследований звукоизоляции помещения вновь построенного здания, в котором применены монолитные железобетонные плиты перекрытия;

— результаты лабораторных исследований звукоизоляции современного оконного блока из ПВХ профилей со стеклопакетом;

— разработанный инженерный способ проектирования звукоизоляции помещений зданий, строящихся в странах Западной Африки;

— предложенные практические указания по повышению изоляции от шума ограждающими конструкциями зданий, строящихся в странах Западной Африки.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Осуществлен анализ ограждающих конструкций, традиционно применяемых в республике Мали (относящейся к странам Западной Африки) при строительстве зданий, и дана их оценка с позиции изоляции шума. Получено, что перекрытия с рулонным материалом могут удовлетворять нормативным требованиям, а стеновые конструкции — нет (за счет меньшей поверхностной плотности).

2. На основе теории М. С. Седова доказано и экспериментально подтверждено, что звукоизоляция ограждения из мелкоштучных блоков зависит, как у однородной панели, от частоты звука, от его поверхностной плотности, геометрических параметров и жесткости. Последняя зависит от модуля упругости кладки.

3. Обнаружено, что звукоизоляция ограждения из мелкоштучных блоков может снижаться на частотах резонансов воздуха в пустотах блоков. Данные резонансы не проявляются при заполнении пустот блоков легким звукопоглощающим материалом.

4. Получено, что звукоизоляция ограждения из мелкоштучных блоков зависит от способа расположения в нем блоков. Например для ограждения из легкобетонных блоков (39×19×19 см) с вертикальными пустотами индекс звукоизоляции /д=50 дб, а для ограждений той же массы из легкобетонных блоков (39×19×19 см) с горизонтальными пустотами (открытыми с одной стороны) 1в=39 дб (см. табл. 3.12).

5. Показано, что ограждение исследуемое в звукомерных камерах следует установить в проеме на опору (см. рис. 3.10) камеры высокого уровня. Таким образом можно избежать косвенной передачи звука в камеру низкого уровня. При такой установке в проеме ограждения из легкобетонных блоков (39×19×19 см) звукоизоляция повысилась, в среднем, на 3−4 дб.

6. Во вновь построенном жилом доме определена звукоизоляция железобетонной конструкции (толщиной 16 см), применяемой в качестве междуквартирной и межкомнатной перегородок. За счет косвенной передачи шума через двери и окна (см. рис. 3.36) звукоизоляция межкомнатной перегородки снизилась на 10−20 дб.

7. Исследована в лабораторных условиях звукоизоляция оконного блока из ПВХ профилей «GEALAN» с двухкамерным стеклопакетом, обладающим одинаковыми стеклами (толщины 4 мм), воздушный промежуток между которыми составлял 8, 10 или 12 мм (при этом di+df=20 мм). Найдено, что на низких частотах локальное снижение звукоизоляции связано не только с резонансом двухкамерного стеклопакета как общей системы масс и упругостей, но и с резонансом системы из соседних стекол и воздушной прослойки между ними.

8. Получено теоретическое решение задачи о звукоизоляции помещений зданий, строящихся в странах Западной Африки, часть или все ограждения которых подвержены воздействию шумовых нагрузок. Найдено, что изменится звукоизоляция помещения с изменением физико-механических характеристик или геометрических параметров любой из его ограждающих конструкций.

9. Из разделов 3.6−3.9, 3.11−3.13 даны практические указания по повышению звукоизоляции ограждающих конструкций, применяемых в странах Западной Африки с целью создания благоприятного акустического климата в помещениях зданий. Для стеновых конструкций необходимо повысить плотность существующих блоков (например, как у легкобетонных блоков «BESSER»),.