基于貴州傳統杉木結構侗寨建筑聲環境研究*

羅璐昕

貴州民族大學人文科技學院 貴州 貴陽 550025

引言

杉木具有較強的力學性能，在建筑結構中表現出較高穩定性，是常用的建筑結構材料。貴州侗寨結合發展現狀，對傳統杉木結構進行改造，選擇磚混作為承重結構，杉木等木材僅用作隔墻或飾面。可見，傳統杉木結構存在適用性偏低的問題，需做好優化改造工作，創設良好建筑聲環境。

1 貴州傳統杉木結構侗寨建筑聲環境現狀

貴州傳統杉木結構侗寨建筑是貴州地區古村落的重要文化符號，在貴州旅游事業發展和現代建筑技術發展等因素的影響下，傳統杉木結構建筑表現出諸多問題，最為顯著的是建筑聲環境問題[1]。以肇興侗寨為例，在旅游事業發展推動下，肇興侗寨沿河的街道處建造諸多商業建筑，如酒吧、商鋪、餐廳等，部分侗寨居民為增加收入，將住房的一層租售給商戶，上層用作住宅（見圖1）。貴州傳統杉木結構建筑的墻體或樓板等構件以單層木板為主，在減噪隔聲方面性能薄弱，且貴州地區多雨，傳統杉木結構吸水后隔聲性能進一步下降。（見圖2）建筑周圍游客來往不絕，噪聲污染嚴重，影響侗寨居民的正常生活[2]。

圖1 肇興侗寨沿河建筑群

圖2 侗寨典型木質民居

目前，關于建筑聲環境優化的研究集中于輕型木結構，專家學者針對輕型木結構特點，提出多種增強建筑隔聲性能的措施建議，如應用浮筑地板、增加彈性連接等[3]。對于貴州傳統杉木結構建筑而言，上述措施建議在落實中存在諸多缺陷，不僅會破壞建筑外形，顯著削弱侗寨顯著的文化特色，還會因施工技術要求高，施工難度高，影響措施建議落實效果，反而增加貴州傳統杉木結構侗寨建筑噪聲污染，進一步破壞建筑聲環境，影響貴州古村落的保護與發展[4]。就此，探究一種適用于貴州傳統杉木結構侗寨建筑的聲環境改善方案具有鮮明現實意義。

2 改善貴州傳統杉木結構侗寨建筑聲環境措施

考慮到貴州傳統杉木結構侗寨建筑的文化特色，在建筑聲環境改善中，不能引進隔聲材料改變建筑外形，建議相關人員以吸聲結構為切入點，改進杉木結構，增強其隔聲性能。結合前人研究成果，本文提出創新杉木結構、改進現有杉木結構的改造方案，為貴州傳統杉木結構侗寨建筑發展提供幫助。

2.1 吸聲結構

2.1.1 共振吸聲結構。在建筑聲環境中，共振吸聲結構是指于聲源區域設置激勵，使建筑墻板在聲能作用下出現整體振動，進而將部分聲能轉變成機械能，部分聲傳遞至墻板內部，和墻板內的空氣產生摩擦，再將機械能轉變成熱能。由質量守恒定律可知，在聲能轉變為機械能繼而轉變為熱能后，聲能發生顯著下降，起到減弱聲音的效果。

結合目前研究成果，可用以下兩類共振吸聲結構[5]：①空腔共振吸聲結構，設計人員可在建筑墻體的穿孔板、狹縫板等具備吸聲性能的材料背面設置空氣層，將其與吸聲材料共同組成共振吸聲結構，提升吸聲材料的吸聲性能；②薄板或薄膜吸聲結構，設計人員在固定膠合板或石膏板等墻體板材后，在密封板后設置空氣層，共同組成共振吸聲結構，以封閉振動方式吸聲。

2.1.2 特殊吸聲結構。特殊吸聲結構是指利用吸聲材料或特殊結構（具備吸聲功能），形成吸聲結構，滿足建筑聲環境控制要求。就目前研究而言，特殊吸聲結構包括以下三類：①空間吸聲體，根據建筑結構特點，將吸聲材料設計為不同幾何形體，置于建筑結構內，擴大吸聲材料與聲波的接觸，增強吸聲材料的吸聲效果；②強吸聲結構，該吸聲結構中，玻璃棉為結構內層，多用氈狀材料為結構中層，塑料紗窗為結構外層，通過三者協調配合，可有效吸收空間傳遞的聲波；③微穿孔板吸聲結構，將傳統板材的厚度與孔徑減小，形成微穿孔板，有效吸收聲波，該結構的穿孔率控制在1%～3%之間，孔徑應低于3mm。

2.2 應用杉 木雙層墻

2.2.1 設計方案。在創新傳統杉木結構時，建議相關人員應用杉木雙層墻，考慮到貴州侗寨的建筑聲環境特點，相關人員可改進傳統雙層墻的中間層做法，優化傳統龍骨搭配方案，增強杉木雙層墻的隔聲性能，優化建筑聲環境。在本文的設計中，杉木結構雙層墻的內層和外層均選擇杉木板，保留貴州侗寨傳統建筑的特色，在雙層杉木板結構的中間夾層，設置空氣層用于吸聲，或放置吸聲材料，如玻璃棉等，打造共振吸聲結構，實現增強隔聲性能的目的。

2.2.2 設計要點。在杉木雙層墻設計中，如果雙層墻夾層的純空氣間層設置不同厚度，或在雙層墻夾層中設置不同厚度的玻璃棉，共振吸聲結構在共振時，形成的固有頻率有所差異，影響杉木雙層墻的隔聲性能。同時，在杉木雙層墻結構中，龍骨的規格及龍骨間的距離，會對杉木雙層墻結構產生不同聲橋作用，影響聲波輻射效果，進而影響隔聲效果。就此，杉木結構雙層墻設計時，設計人員在設置空氣間層的雙層墻結構中，需按照如下公式計算共振形成的固有振動頻率：

分析上述公式可知，在貴州傳統杉木結構侗寨建筑中，和混凝土、磚砌體相比，杉木結構使用的杉木板密度更低，使得杉木雙層墻結構在共振時，形成的共振頻率更高。考慮到共振吸聲結構受入射聲波影響，易降低其隔聲性能。本文在進行杉木雙層墻結構設計時，在雙層墻中間夾層設置空氣間層的同時，根據空氣間層的厚度，添加不同厚度的玻璃棉；再控制杉木雙層墻的測試面密度一致，對比不同中間夾層設計方案的隔聲量，選出最優中間夾層方案。在明確杉木雙層墻中間夾層結構的同時，調整龍骨的規格尺寸和間距，完成杉木雙層墻的設計。在上述過程中，隔聲量的準確測定，是評估杉木雙層墻隔聲性能的關鍵。

2.2.3 仿真模擬分析

可將杉木雙層墻結構的隔聲性能視為杉木雙層墻結構隔絕外部傳入聲音的能力，建造小型隔墻模擬真實環境，開展仿真模擬分析，檢驗杉木雙層墻是否具備隔聲性能，滿足優化貴州侗寨建筑聲環境的要求。在實際仿真模擬分析中，以噪聲發生器作為噪聲來源，通過傳聲器傳遞噪聲，由聲級記錄儀記錄杉木雙層墻結構傳遞的聲音，以此計算杉木雙層墻結構的隔聲量，最后選擇較優的墻體各項參數。

2.3 改造杉木單層墻

2.3.1 設計方案。在貴州傳統杉木結構侗寨建筑聲環境改善后，為保護侗寨建筑的文化特征，相關人員可在保留原本杉木結構外形的基礎上，在杉木結構中增設吸聲體，提升單層杉木板的吸聲性能，為貴州侗寨居民提供舒適生活環境。本文結合貴州傳統杉木結構侗寨建筑實際狀況，對杉木單層墻進行改造，制定兩類改造方案。方案一：在杉木單層墻體的內墻設置杉木基薄板吸聲結構；方案二：設置杉木基穿孔板結構。

2.3.2 設計要點。在杉木單層墻改造中，方案一設置杉木基薄板作為吸聲體，屬于特殊吸聲結構；方案二以杉木基穿孔板結構吸聲，屬于共振吸聲結構。基于上述吸聲結構特點分析，在杉木單層墻改造中，兩種設計方案的隔聲性能均受薄板與穿孔板的彈性與彎曲波傳播性能影響。可結合亥姆霍茲共振原理與彈性理論，開展杉木單層墻設計。和金屬板相比，以杉木為原料，制造的薄板為木質纖維板。在降雨受潮后，杉木薄板的含水率提升，降低杉木單層墻的高頻聲吸聲系數，影響隔聲性能發揮。針對該問題，設計還可依照空腔共振理論和多孔材料吸聲頻響特性等相關研究理論，優化調整杉木單層墻的參數，包括薄板厚度、穿孔比率與穿孔直徑、墻與板材間的空氣層厚度等，盡最大限度提升杉木單層墻隔聲性能。

2.3.3 仿真模擬分析。為探究最終杉木單層墻兩種改造方案的隔聲性能，可應用EASE和SOUNDPLAN軟件分別構建兩種方案對應的吸聲體模型，開展真實結構仿真模擬測試，測定兩種吸聲體的隔聲性能，比較兩者的測試特性，最終擇其一應用到實際結構中。

3 結束語

綜上所述，貴州傳統杉木結構侗寨建筑聲環境存在建筑隔聲性能薄弱，影響居民生活的問題。通過本文的分析，建議相關人員在侗寨建筑中應用杉木雙層墻體結構，或改進杉木單層墻參數，仿真模擬分析結果顯示，杉木雙層墻和改造后杉木單層墻吸聲性能較高，可在貴州傳統杉木結構侗寨建筑改造中推廣應用。