談輕質墻體之薄板復合墻的隔音

王日恒

(廣州市輝固技術服務有限公司，廣東 廣州 511442)

大部分國家20世紀80年代及以前的建筑，隔墻大多采用粘土磚結構。粘土磚的隔聲效果非常好，如厚度為240 mm，密度為2400 kg/m3的粘土磚，其隔聲量可以高達58 dB。但是隨著城市化進程的推進，人口密度的不斷增大，土地資源變得愈發珍貴。現在的建筑已禁止使用粘土磚，一方面是因為制作粘土磚會破壞土地資源，另一方面，隨著建筑結構的發展，在民用建筑及多層、高層工業建筑中，普遍采用鋼筋混凝土框架結構及鋼結構，使大量的輕質墻體材料應用于建筑的圍護墻和隔墻結構。輕質墻體材料的應用，不但減輕了結構荷載，節省了鋼材、水泥，降低了工程造價，且加快了施工進度。所謂輕質墻體，是相對于容重大、面密度大的重墻而言。輕質墻體按材料大致可分為4類，即微孔塊狀材料輕墻、大孔塊狀材料輕墻、薄板板狀材料輕墻、輕薄簾幕材料輕墻。本文主要講述薄板板狀材料。

1 薄板復合墻

薄板材料構筑的輕墻，指的是用輕薄的板構成的建筑圍護結構，實際上輕薄板本身的容重并不一定很低，只不過它們在使用中都是以很薄的薄板出現在圍護結構中，故其面密度比較輕。薄板因為很薄，所以常不當作單板，而是做成薄板復合墻。

薄板復合墻是在施工現場將薄板固定在龍骨的兩側而構成的輕質墻體，又或是使用機器將其壓成兩面薄板中間夾棉或其他材料的一體板材組成的復合墻。組成復合墻面層板的薄板厚度一般為零點幾毫米到一二厘米不等，墻龍骨之間填充巖棉或玻璃棉。薄板板材種類很多，有薄鋼材、彩色鋼板、鍍鋅薄鋼板、不銹鋼板、塑料板、玻璃板、硅酸鈣板、密度板、木膠合板、石膏板、紙面石膏板等等。其連接龍骨有輕鋼龍骨、薄壁形龍骨、木龍骨、石膏龍骨等等。薄板本身隔聲量并不高，例如1.2 cm+1.2 cm厚雙層石膏板單墻的平均隔聲量僅約為29 dB，而分成1.2 cm兩面單板中空用7.5 cm系列輕鋼龍骨連接，隔聲量可增高到35 dB。增加薄板層數，墻的隔聲量可大于50 dB。

2 薄板復合板隔聲性能分析

2.1 隔聲質量定律

對空氣聲的隔聲理論，長期以來一直遵循質量定律，簡單來說就是構建面密度增加一倍或頻率增加一倍，即提高一個倍頻程，隔聲量就會相應增加6 dB。因此，重墻比輕墻隔聲好，高頻比低頻隔聲好。

無論從其對結構的荷載或是經濟上考慮，不可能單靠提高板材的容重來增加隔聲效果，而應該選用雙層或多層復合構造。

2.2 提高雙層或多層復合墻板隔聲性能的方法

2.2.1 使用板材

盡量使用面密度大的板材做面板，以提高隔聲量。如兩面為1.0 mm厚的鋼板，中空填充80 mm厚的玻璃棉，計權隔聲量為51 dB;而兩面的鋼板增加到1.5 mm厚，計權隔聲量則可以達到54 dB。

2.2.2 設置空氣層

在兩層墻之間留置一定的空氣層間隙，則入射聲能經由第一層穿透后，必須經過空氣層的傳遞再傳到第二層墻，這時空氣層起著彈性層的作用，從而消耗聲能。同時聲波依次透過截然不同的媒質表面時，就要產生反射，聲波多次的反射也能使聲能逐漸衰減。實踐證明，中間夾有一定厚度空氣層的雙層結構，要比沒有空氣層的單層結構隔聲量大得多。例如，3 mm厚的鋼板隔聲量只有33 dB，而1.5 mm+1.5 mm 兩片，中空8 cm，隔聲量可達46 dB。理論上，同樣結構的隔聲板，空氣層距離大的隔聲量較高，并應存在一個最佳空氣層厚度。如圖1所示，25 mm雙層墻板的計權隔聲量為32 dB，30 mm板的隔聲量為36 dB，50 mm板的隔聲量為35 dB。

2.2.3 應用吸聲材料

一般地說，空氣層內填充吸聲材料，隔聲量可提高5 dB～8 dB。輕質復合墻空氣層中放置吸聲材料比在重質的雙層墻中放置吸聲材料，效果更為顯著。如圖2所示，結構1為25 mm厚的薄板復合板+25 mm空氣層+25 mm厚的薄板復合板，隔聲量為49 dB;而結構2與結構1的區別是，將結構1中的25 mm空氣層填滿密度為80 kg/m3的巖棉，隔聲量卻達到54 dB，提高了5 dB。

2.2.4 應注意聲橋的產生

雙層墻的空氣層之間應盡量避免固體的剛性連接——聲橋，因為若有聲橋存在，將會破壞空氣層的彈性層作用，導致隔聲量下降。

同樣的復合板，同厚的空氣層，而用不同龍骨連接，對隔聲量值有一定的影響，鋼龍骨比木龍骨的聲橋作用小，因而可提高隔聲量3 dB～4 dB。無論用何種龍骨，若在龍骨與薄板間墊以柔性材料，可減弱聲橋的影響。

2.2.5 應避免吻合效應

當入射聲波以θ角向墻面入射時，板在聲波作用下產生沿板面傳播的彎曲波。如果板在斜入射聲波激發下產生的受迫彎曲波的傳播速度與板固有的自由彎曲波傳播速度相等時，則稱為發生了“吻合”。這時墻體的彎曲振動達到了極大值，墻體的隔聲量將大大降低，把這種因聲波入射角度造成的聲波作用與隔墻中彎曲波傳播速度相吻合而使隔聲量降低的現象稱為“吻合效應”。因而，在薄板構件設計中，應盡量減少吻合效應帶來的隔聲損失。

出現吻合效應的最低頻率(即當θ=π/2時，聲波掠入射時)稱為臨界頻率，可由下式計算:

其中，c為聲速，m/s;M為板的面密度，kg/m2;B為板的勁度;E為彈性模量，N/m2;ρ為板的密度，kg/m3。

如圖1中板的隔聲量在頻率3150 Hz時出現了低谷，影響了整個板的隔聲量。那么如何避免或改善這種吻合效應。

首先，吻合效應的范圍是較寬的，約占3個倍頻程。要減少吻合效應的影響除加大板的阻尼外，在臨界頻率落于中高頻時，可采用減小板的厚度和勁度B，使板的臨界頻率移到不重要的甚高頻上。其次，對于雙層薄板復合墻，選用兩種不同材質或不同厚度的板材作為面板，可防止兩板同時發生吻合現象，預防吻合效應隔聲低谷加深，相互錯開吻合谷，從而改善墻體的隔聲性能。最后，在雙層薄板間填充吸聲棉，同樣起到減弱吻合效應影響，從而改善墻體隔聲性能的作用。

3 評價薄板復合墻隔聲效果的方法

雖然構件的隔聲性能可以通過理論分析和理論公式計算求得，但由于在分析推導中做了許多的假設，所以計算結果與實際情況有一定的差異。要想獲得構件的真實隔聲性能，還得靠對實際構件進行測試。另外，在不同的場合或采用不同的測試方法，所得的隔聲效果也會不同。只有在符合測試標準要求的實驗室中按標準方法進行測試才能確定材料和構件的隔聲性能。

目前，使用最多的方法是混響室法測定隔聲量。常用的最新現行測試標準有 ISO 101401 ～5∶2010，ASTM E90-09，GB/T 19889-3∶2005等。根據這些標準測試所得的數據為測試頻率1/3倍頻程或倍頻程下對應的薄板復合墻的隔聲量。為了方便構件間隔聲量易于比較，對每個構件簡潔地以一個值表示其隔聲性能，稱為計權隔聲量。根據相應的標準ISO 717-1，ASTM E413或GB/T 50121中的方法，將測試所獲得的16個中心頻率的隔聲量，繪制成一條曲線，與標準曲線比較所得。

但是，實驗室測試是比較理想的狀態下的測量，而在現場安裝中，情形就復雜得多。如板墻需要鉆孔安裝燈具、插座，安裝管線等開孔開槽措施不當，會對墻面造成影響，而又不注意修補，則對隔聲量造成影響。一個孔的出現會使隔聲量降低9 dB以上。因此，要想得到這些板墻實際安裝后的效果就得進行現場測試。兩房間空氣聲隔聲現場測試的現行標準有ISO 140-4∶1998，ASTM E336-2011，GB/T 19889-4∶2005 等。

4 結語

隨著輕質隔墻的廣泛使用，其隔聲要求也越發被重視。改善薄板復合墻的隔聲量可以采取以下的對策:1)使用復合結構，在造價允許的前提下盡量使用面密度大的板材作為面板;2)在雙層板間的空氣層中填充吸聲材料;3)避免聲橋的產生;4)雙層墻兩面墻板使用不同材質或厚度的板材降低吻合效應的影響;5)加強現場施工影響，提高工程質量保證墻體的隔聲性能。

[1]康玉成.建筑隔聲設計——空氣聲隔聲技術[M].北京:中國建筑工業出版社，2004.

[2]馬大猷，孫家麒，程明昆，等.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京:機械工業出版社，2002.