浮筑地坪在高層建筑中的應用

李少華

【摘要】中國目前超高層項目越來越多，為了避免生活管網壓力過大，也為了節能，在避難層和設備層設置生活給水泵房是通常的做法。但由于泵組運行過程中有較大的噪音和振動，對泵房上下層，以及毗鄰的居住辦公用房產生極大的干擾，屢被業主投訴，因此2019版GB 50015-2019《建筑給水排水設計標準》中3.8.11條和GB 50788-2012《城鎮給水排水技術規范》中3.6.6 條都規定，給水加壓、循環冷卻等設備不得設置在居住用房的上層、下層和毗鄰的房間內。特別是GB 50788-2012《城鎮給水排水技術規范》把給水泵房不得設置在居住用房的上、下層和毗鄰房間內作為國家強制性條文。讓建筑給排水設計師在設計過程中感覺非常棘手。

【關鍵詞】噪聲限值; 振動級別; 隔振降噪; 浮筑地板

【中國分類號】TU976+.4【文獻標志碼】A

1 國家規范要求

（1）2019年6月國家新的GB 50015-2019《建筑給水排水設計標準》發布，其中3.9.1.5條規定，水泵噪聲和振動應符合國家現行的有關標準的規定。規范條文解釋是這樣的，“生活給水系統選用的加壓水泵應控制產品自身的噪聲和振動。現行行業標準GB/T29529-2013《泵的噪聲測量與評價方法》與GB/T29531-2013《泵的振動測量與評價方法》分別將水泵運行的噪聲和振動從小至大分為A、B、C、D四個級別，其中D級為不合格水泵。現行行業標準CJJ140-2010《二次供水工程技術規程》中規定，居住建筑生活給水系統選用水泵的噪聲和振動應分別滿足現行行業標準GB/T29529-2013《泵的噪聲測量與評價方法》與GB/T29531-2013《泵的振動測量與評價方法》中的B級要求，公共建筑給水系統選用水泵的噪聲和振動應分別滿足現行行業標準GB/T29529-2013《泵的噪聲測量與評價方法》與GB/T29531-2013《泵的振動測量與評價方法》中的C級要求。”

（2）GB 50788-2012《城鎮給水排水技術規范》中3.6.6條給水加壓、循環冷卻等設備不得設置在居住用房的上層、下層和毗鄰的房間內，不得污染居住環境。另根據GB 50015-2019《建筑給水排水設計標準》中3.9.9條民用建筑物內設置的生活給水泵房不應毗鄰居住用房或在其上層或下層，水泵機組宜設在水池（箱）的側面、下方，其運行噪聲應符合現行國家標準GB 50118-2010《民用建筑隔聲設計規范》的規定。

（3）GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統技術規范》中 5.5.10 消防水泵不宜設在有防振或有安靜要求房間的上一層、下一層和毗鄰位置，當必須時，應采取下列降噪減振措施：①消防水泵應采用低噪聲水泵;②消防水泵機組應設隔振裝置;③消防水泵吸水管和出水管上應設隔振裝置;④消防水泵房內管道支架和管道穿墻和穿樓板處，應采取防止固體傳聲的措施 ;⑤在消防水泵房內墻應采取隔聲吸音的技術措施。

（4）在超高層項目中，設備層需要設高區生活泵和高區消防泵，在酒店和公寓的項目中，轉輸機房要避開上下層的居住用房難度較大，如果取消泵房上下層的居住用房，無論是公寓還是酒店客房，對建設方來說都是很大的損失。就此問題，上海華東建筑設計研究院在2019年向《城鎮給水排水技術規范》編制組發過一個咨詢函，詢問在超高層建筑避難層設有給水加壓、循環冷卻等設備的機房內，采取浮筑地坪及機房內的四周和頂板采用隔聲處理，且機房內的管道均采用一定靜撓度的鋼制彈簧支吊架，作為減振降噪措施，是否能滿足GB50788-2012《城鎮給水排水技術規范》其中第3.6.6條規定《城鎮給水排水技術規范》編制組回復說如避難層上層及下層均為居住用房，也可采用在避難層內設置浮動地坪隔振隔音系統，機房內四周及頂板采用隔聲處理，機房內的管道采用隔振支吊架。管道穿越頂板、浮動地坪及墻體時，應采取隔聲處理。規范組認可采用浮筑地板技術解決毗鄰居住用房的泵房降噪隔振問題。

2 振動及噪聲的形成

要解決水泵機組的噪聲和振動問題，首先要清楚這個噪聲和振動是如何產生和傳遞的。聲波與振動是緊密相關的，機械振動常常引起聲輻射，物體振動時激勵著它周圍的空氣質點振動，由于空氣具有慣性和彈性，在空氣質點的相互作用下，振動物體四周的空氣就交替地產生壓縮與膨脹，并且逐漸向外傳播而形成聲波。人能聽到的聲的頻率范圍大約為20～20 000 Hz，其強度范圍大約為0～130 dB。水泵噪聲屬于物理性質上的噪聲，綜合來講，水泵噪聲就是水泵在運行時產生的不規則的、間歇的、連續的或隨機的噪聲。水泵噪聲與日常生活接觸的工業噪聲、交通噪聲不相同，它的噪聲頻譜呈中低頻性，其高頻噪聲較小，在低頻段常有一個噪聲峰值，其總聲級一般在85～95 dBA。低頻噪聲的特點就是衰減緩慢、聲波較長、其衍射波能輕易繞過障礙物，所以低頻噪聲不易處理。

水泵房的噪聲是由水泵運行時的機械噪聲，水泵基礎及支撐與地面相連接，管道與墻壁及天花板剛性連接產生以固體形式傳遞的噪聲，管道內水輸送流動產生的綜合噪聲源。水泵運行時的機械噪音為水泵系統運行時對聲環境的影響，主要是水泵和管路系統產生的空氣噪聲輻射和結構噪聲傳導。 具體表現在以下幾個方面：

（1）水泵運行過程中，泵殼及驅動水泵的電機均向周圍輻射空氣聲。

（2）水泵的振動和噪聲以彈性波的形式通過設備基礎、管道支架等傳遞至建筑結構，并經建筑結構傳遞出去，迫使建筑結構或建筑結構上的附著物振動發聲，固體聲隨距離的衰減很小，通常能影響整個樓層。

（3）水泵的噪聲在空氣中傳播，并能通過窗戶、樓板等傳播至室內。

3 噪聲評定與振動控制

水泵房隔振降噪，首先要滿足水泵自身的隔振降噪要求，即根據GB/T29529-2013《泵的噪聲測量與評價方法》與GB/T29531-2013《泵的振動測量與評價方法》的要求，水泵運行的噪聲和振動都不能低于C級。

3.1 水泵噪聲評定

（1）水泵輸出功率Pu：

Pu =ρgQH/1000 kW

式中：ρ為液體密度（kg/m3）;g為重力加速度（m/s2）;Q為流量（m3/h）;H為揚程（m）。

（2）水泵A、B、C三個等級的噪聲限值：

LA =30+9.7 lg（pun），

LB =36+9.7 lg（pun），

LC =42+9.7 lg（pun）

式中：Pu為泵的輸出功率（kW）; n為泵的規定轉速（r/min）。

（3）評價表面的半徑R：

式中：l1，l2分別為基準體（恰好包絡聲源且終止于一個或多個反射面上的最小矩形平行六面體假想表面）的長和寬（m）; h為與泵的中心高有關（m）。

（4）半徑為R的評價表面上的聲壓級LPA：

式中：LpA為半徑為R的評價表面上的聲壓級（dB）; LWA為泵聲源的聲功率級 （dB）; R為規定的評價表面的半徑（m）; R0為基準半徑（1m）。

（5）泵的噪聲評價：

當LpA≤LA 的泵噪聲評價為 A 級; 當LA<LpA或LpA≤LB的泵噪聲評價為B級;當 LB<LpA或LpA≤LC 的泵噪聲評價為C級; 當LpA>LC 的泵噪聲評價為 D級。

3.2 水泵振動的確定

對于振動的確定，根據泵的中心高度和轉速，以及GB/T29531-2013《泵的振動測量與評價方法》中6.1條和6.2.1條（表1）的規定，首先確定泵的類別，再通過專業儀器測量后，根據（表2）確定泵的振動級別。設備運動狀態在優選工作范圍內就近啟用機器的為A級;在允許工作范圍內非限制長期運行為B級;界限運行為C級;振動烈度很強，長期運行容易損壞機器為D級。有同樣的要求泵的振動級別不能低于C級。

3.3 水泵振動的控制

在滿足泵自身的噪聲和振動要求以后，還需要滿足設備層上、下層建筑用房的使用要求。根據GB 50868-2013《建筑工程容許振動標準》中表6.0.1來確定建筑物內人體舒適性的容許振動計權加速度級（表3）。在通過實測設備的振動加速度有效值后，通過公式VAL=20 lg（a/a0）算出設備的振動加速度級是否滿足建筑房間性質的要求，對泵的振動是否滿足要求作出評判。式中：VAL為振動加速度級（dB）; a0為基準加速度，取a0=10-6 m/s2;a為實測或計算的振動加速度有效值（m/s2）。在超高層建筑設備層的生活給水泵大多采用低轉速的變頻泵，水泵電機轉速大多不高于1 450 r/min運行。

頻率大概為24.2 Hz，噪音在60～80 dB之間，振動的控制主要根據GB 50463-2019《工程隔振設計標準》的4.2.7條， 壓縮機、離心機、風機和水泵介質出入口的連接管道應采用柔性連接;連接風機、水泵的管道進行隔振時，宜采用懸掛式或地面支承式（圖1～圖3），不宜采用墻和柱側向挑出的懸臂結構支承（圖4）。根據3.2.8條，隔振體系的固有圓頻率，不宜大于干擾圓頻率的0.4倍，即水泵轉速是1 450 r/min的話，隔振降噪系統的固有圓頻率不應大于9.68 Hz。橡膠隔振墊的固有頻率一般是5～15 Hz;彈簧減振器的固有頻率為2～6 Hz，產品頻率越低，減振效果越好。這里需要注意的是彈簧隔振器支承結構的變形不應大于彈簧壓縮量的 1/10，當不能滿足要求時，應計入支承結構與隔振系統的耦合作用。

4 振動及噪聲的處理

（1）根據GB 50118-2010《民用建筑隔聲設計規范》中4.1條，7.1條和8.1條規定，住宅臥室夜間允許噪聲級最低限要求為37 dB，旅館客房夜間允許噪聲級最低限要求為40 dB。辦公室允許噪聲級最低限要求為45 dB。而變頻機組正常噪音在60～80 dB這個范圍，設備層的消防泵一般功率不超過90 kW，噪音在80 dB左右，因此，從規范來說降噪是有量化標準的，工程中可以通過下述的各種措施，把振動和噪聲控制在規范規定值之下。

（2）目前聲學原理上治理噪聲往往是很困難的，早期用于支撐浮筑板的是礦渣棉、泡沫聚苯乙烯、多孔泡沫體或橡膠墊材料制成的墊板，這種隔振降噪系統的固有頻率范圍較高，為10～20 Hz，與水泵運行的頻率24 Hz較為接近，隔振效率很低，且更新維修困難。近幾年浮筑地板技術也有了大的發展，由阻尼鋼彈簧減振器（圖1～圖3）、管道彈性托架、各種橡膠減振件，不銹鋼金屬軟管、波紋補償器、橡膠撓性接管、抗震支架、浮筑地板隔振系統等，組成了新一代的浮筑地板產品。隔振降噪系統更為完善，隔振降噪效果更為明顯。

（3）從泵房整套設施產生的噪聲主要為機械噪聲，目前聲學原理上治理噪聲的方法較常使用的是控制噪聲的傳播途徑，主要有隔聲、吸聲、消聲、減振等。隔聲是利用隔聲結構將聲源與受聲點隔開，浮筑地板系統中的減振器（橡膠減振墊或彈簧減振器）（圖5、圖7）、浮筑混凝土板（100 mm厚度或以上）很好的把聲源與傳遞介質（樓板，梁）隔離開，杜絕結構傳聲;吸聲是利用吸聲材料或吸聲結構的粘滯性和內摩擦作用，對聲波的質點振動起到阻礙作用，從而使聲能不斷轉化為熱能，降低噪聲，一般是在龍骨內填吸音棉，最外面覆蓋有吸聲結構的穿孔板（穿孔石膏板、穿孔鋁板、穿孔鍍鋅板等）（圖6）;消聲是利用阻性、抗性等原理，降低噪聲聲量值;其中阻性消聲利用消聲材料或吸聲結構的吸聲作用，使沿管道傳播的噪聲隨距離而衰減，從而達到消聲目的。常用吸聲材料有玻璃纖維絲、低碳鋼絲網、毛氈等。這類消聲器對高頻噪聲具有良好的消聲效果，而低頻消聲性能較差。抗性消聲器借助于管道截面的突然擴張（或收縮）或旁接共振腔，使沿管道傳播的某些頻率的聲波在突變處向聲源方向反射回去，從而達到消聲目的。它比較適用于消除低中頻噪聲，而對高頻噪聲的消聲作用較差。在設備機房里，盡量考慮浮筑地板滿鋪設置，雖然局部減振和滿鋪減振效果差距不大，但兩者的隔聲量是有區別的，在雙層板中聲波傳播的過程見圖8，當空間I中的聲波投射到板a上時，部分聲能在板中消耗，部分被反射到空間I中。透射到空間II的聲波經空氣衰減后又投射到b板上。同樣，投射到b板上的聲波又部分被反射，部分在板中損耗，余下的部分透射到空間III中，這就是聲波通過雙層板結構時的過程。由于經過再次反射和損耗，聲波從空間I傳到空間III是有較大的衰減，隔聲性能得以提高。

5 結論

機電設備的振動及噪聲控制是一個系統的工程，需要在多個方面采取配套的措施方能達到要求，新一代的浮筑地板隔振降噪技術主要包括了以下幾個部分：

（1） 隔振降噪浮筑地板處理。

（2） 設備及其管道的隔振、消聲處理。

（3） 機房內部整體隔聲處理及吸聲處理。

（4） 機房內的通風系統消聲處理。

其中水泵盡量采用臥式水泵，降低水泵中心高度;浮筑地板盡量滿鋪設置，雙層板隔聲效果更好。不光是水泵，電氣專業的變配電設備，暖通設備都可以采用相關隔振降噪處理。

廣州富力大廈，34層設備層在做浮筑地坪改造前，下面兩層、上面一層，共3層辦公樓因為生活泵的運行噪音，6年都沒有租出去，按照當時的租賃價格，建設方損失1 400萬元租金。通過水泵管道支架進行減振改造、解決了噪聲的固體傳播，將樓層振動與噪聲測試由原來58.7 dB降至45.8 dB，滿足了客戶使用要求。

廣州標志性項目廣州國際金融中心（西塔）時，了解該項目原來該項目選用某中外合資品牌浮筑地板、減振器后，在7個中間設備轉換層上下兩層受到低頻聲嚴重影響，共14層承租方投訴、撤租，導致多層樓層長期空置，令業主受到不可估計的經濟損失。后由原來供應商等單位改造后均無法達到要求。最后由廣州華僑振動控制科技有限公司全面進行改造方案深化、設計、選型、提供安裝指導、進行管道、機房“一站式”整體改造，改造成本約為2 500元/m2，改造后受影響樓層振動與噪聲測試由原來66 dB降至48 dB，得到了業主的一致認可，成功為項目、業主挽回不可估計的經濟損失。

以上案例說明，在超高層中間設備層的設備機房，采用浮筑地坪系統，加上管道減振降噪及機房內的降噪隔聲處理，是可以滿足上下樓層辦公、住宅、旅館的相關使用要求的。該技術在超高層建筑項目中有重要的實用性和經濟價值。

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