автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Исследование звукоизоляции ограждающих конструкций с гибкими бескаркасными многослойными облицовками

На правах рукописи

БОГ АНИК АЛЕКСАНДР ГЕНРИЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ С ГИБКИМИ БЕСКАРКАСНЫМИ МНОГОСЛОЙНЫМИ ОБЛИЦОВКАМИ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007 г.

003055740

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте строительной физики РААСН

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Л.А. Борисов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.И. Леденев кандидат технических наук, профессор А.И. Герасимов

Ведущая организация:

Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений ОАО «ЦНИИПромзданий»

Защита состоится 14 февраля 2007 года в 11 часов на

заседании диссертационного совета Д 007.001.01 при Научно-исследовательском институте строительной физики по адресу: 127238, г. Москва, Локомотивный проезд, д.21 (Светотехнический корпус, к.205), тел. 482-40-76, факс 482-40-60.

С диссертацией можно ознакомиться в научном фонде НИИСФ. Автореферат разослан « 12 » января 2007 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

д.т.н., член-корреспондент РААСН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертационной работы. Задача повышения звукоизоляции существующих ограждающих конструкций при строительстве и реконструкции зданий представляется крайне актуальной, особенно в условиях постоянного возрастания фоновых уровней шумов в помещениях. Работа посвящена теме исследования звукоизоляции ограждающих конструкций с гибкими бескаркасными многослойными облицовками. Применяемые в строительстве конструкции дополнительной звукоизоляции на основе каркасно-обшивных облицовок на практике показывают низкую акустическую эффективность вследствие наличия конструктивных недостатков и не могут в полной мере решать поставленные задачи. В работе предложена многослойная бескаркасная конструкция облицовки (сэндвич-панель ЗИПС), в которой устранены или минимизированы причины снижения дополнительной звукоизоляции, характерные для применяемых в практике строительства облицовок. Крепление предложенной конструкции бескаркасной облицовки к ограждению осуществляется посредством точечных связей виброизолирующих узлов. Чередующиеся тонкие звукоизоляционные и более толстые звукопоглощающие слои панели склеены между собой, что обеспечивает дополнительный эффект снижения прохождения звука в области частот волнового совпадения жестких слоев облицовки. Для определения характеристик звукоизоляции разработанных типов многослойных сэндвич-панелей ЗИПС предложена расчетная физическая модель, в которой потери при прохождении звуковых вибраций через узлы крепления учитываются введением коэффициента трения во втулках узлов. При этом рассмотрены различные варианты закрепления жестких слоев многослойных панелей к ограждению. Наиболее эффективные варианты конструкций исследованы экспериментально в лабораторных условиях, где установлена хорошая степень согласования результатов теоретических и экспериментальных исследований. Также выполнена серия натурных измерений характеристик дополнительной звукоизоляции панелей ЗИПС, подтверждающая высокую эффективность предложенных конструкций в условиях реального строительства, в том числе, при наличии косвенных путей распространения шума.

Целью диссертационной работы является разработка конструкций дополнительной звукоизоляции на основе бескаркасных многослойных облицовок, обладающих высокой акустической эффективностью, пригодных для массового внедрения в реальном строительстве. Предложенная конструкция должна сопровождаться

инженерной методикой расчета ее звукоизоляции, позволяющей

прогнозировать результаты применения разработанных

звукоизолирующих облицовок на ограждениях различных типов.

Основные задачи исследований:

- Анализ причин снижения дополнительной звукоизоляции при использовании конструкций каркасных облицовок и влияния звуковых мостиков разного рода на ограничение акустической эффективности последних;

- Разработка конструкций бескаркасных многослойных облицовок с теоретически и экспериментально обоснованным применением акустически эффективных компонентов (в т.ч. конструкций узлов креплений);

- Адаптация предложенных конструкций дополнительной звукоизоляции к требованиям практической применимости в условиях реального строительства. Конструкции должны обладать необходимой прочностью и надежностью, состоять из материалов, допустимых к применению в промышленном и гражданском строительстве с точки зрения экологической и пожарной безопасности, а также иметь высокие эксплуатационные свойства (долгий срок службы, влагостойкость и т.п.);

- Создание физической модели и метода расчета, позволяющих в полной мере исследовать влияние всех основных компонентов бескаркасных многослойных конструкций, включая звуковые мостики различного рода, на величину их дополнительной звукоизоляции, в том числе с учетом собственной звукоизоляции исходного ограждения;

- Проектирование и устройство системы малых реверберационных камер для последующего выполнения в них измерений звукоизоляции фрагментов предложенных конструкций. В разработанной системе камер должны быть исключены косвенные пути распространения звука из помещения высокого уровня (КВУ) в помещение низкого уровня (КНУ), а также выполнено теоретическое обоснование возможности измерений звукоизоляции конструкций в данных камерах;

- Экспериментальные исследования звукоизоляции фрагментов бескаркасных многослойных облицовок в малых реверберационных камерах;

- Натурные измерения звукоизоляции предложенных конструкций бескаркасных многослойных облицовок на объектах реального строительства.

Научная новизна работы. На основе физической модели разработан метод расчета звукоизоляции однослойных и многослойных звукоизолирующих конструкций, в основу которого положен принцип возможной замены значений волнового импеданса при изгибных колебаниях жестких и тонких в волновом отношении слоев конструкции на резонансных и антирезонансных частотах его среднегеометрической величиной. Введено понятие среднего коэффициента возбуждения для мод колебаний жестких слоев ограниченных размеров в полосе частот и предложена формула для его вычисления. Расчет звукоизоляции конструкции производится путем перемножения волновых матриц ее слоев, что позволяет рассчитать частотную характеристику любого заданного количества слоев. Формулы представлены в виде, удобном для программной реализации на электронно-вычислительной технике.

Практическая ценность работы:

- разработана оригинальная конструкция многослойная бескаркасной облицовки, предназначенная для улучшения звукоизоляции ограждающих конструкций зданий в виде готовой сэндвич-панели (ЗИПС). Принципы, реализованные в разработанном изделии, защищены Патентом на изобретение РФ № 2140498;

- Все материалы, применяемые в конструкции сэндвич-панели по эксплуатационным, пожарным и санитарно-биологическим показателями допустимы к применению в массовом строительстве. Разработанная конструкция технологична в изготовлении, проста в применении и пригодна для длительной эксплуатации;

- Создан и реализован в виде программы для ПЭВМ метод расчета характеристик звукоизоляции сэндвич-панелей ЗИПС. Программа позволяет рассчитывать звукоизоляцию конструкций панелей ЗИПС с различными характеристиками слоев, их количества, а также с учетом значения собственной звукоизоляции исходного ограждения.

Методы исследования. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнены на базе волнового матричного метода с усредненными в полосе частот параметрами слоев. Все расчеты произведены на ПЭВМ по специально разработанным программам. Экспериментальные исследования выполнены с использованием прецизионной электроакустической аппаратуры в специально разработанных и реализованных малых реверберационных звукомерных камерах, а также на реальных строительных объектах. Достоверность результатов подтверждена высокой степенью совпадения данных теоретических и экспериментальных исследований.

Реализация результатов работы. Разработанная конструкция многослойных бескаркасных облицовок для дополнительной звукоизоляции (сэндвич-панелей ЗИПС) внедрена в серийное производство. Всего с момента начала производства по настоящее время уполномоченной компанией ЗАО «Акустические Материалы и Технологии» произведено более 100 тыс. квадратных метров панелей ЗИПС различных модификаций. Произведенные панели применены для дополнительной звукоизоляции жилых и общественных помещений, включая квартиры, спортивные залы, залы театров, боулингов и дискотек, а также студии звукозаписи и съемочные павильоны.

Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на X сессии Российского акустического общества (г. Москва, 2000 г.), на научно-практическом семинаре «Энергосбережение и новейшие технологии теплозащиты зданий. МАКСМИР» (г. Москва, 2001 г.), на серии научно-практических семинаров «Новые технологии звукоизоляции» в Москве, Санкт-Петербурге, Саратове, Ярославле в 2005 году.

Публикации по теме работы. По теме диссертации автором лично и в соавторстве получен патент на изобретение, опубликовано 6 статей, из них 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 54 наименований и приложений. Объем диссертации составляет 175 страниц машинописного текста, включая 51 рисунок, 5 таблиц. Объем приложений - 17 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертации, указана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе дан обзор существующих конструкций для дополнительной звукоизоляции ограждений, а также выполнен анализ теоретических и инженерных методов ее расчета, наиболее близких к теме диссертационной работы.

Рассмотрены типовые конструкции дополнительной звукоизоляции, применяемые в современном строительстве. Проанализированы возможные причины, ограничивающие их акустическую эффективность. Показаны основные пути прохождения шума в конструкциях, отмечено нарушение принципа послойного

прохождения звука в рассматриваемых типовых конструкциях дополнительной звукоизоляции.

Помимо общего обзора вопросов теории звукоизоляции однослойных ограждений, рассмотренных в работах Рэлея, Кремера, Рейснера, Хекла, Гёзеле, Лайона, Майданика и др. в первой главе более подробно рассмотрены теории и инженерные методики наиболее близкие к теме настоящей работы. Выполнен анализ основных аспектов теории самосогласования волновых полей М.С. Седова и указано на сложность практического применения данной теории для расчета звукоизоляции конструкций, состоящих из более чем двух слоев. Рассмотрены основные моменты теории звукоизоляции В.И. Заборова. Показано, что предложенная им инженерная методика расчета величины дополнительной звукоизоляции гибкой плиты на относе не учитывает роли звукопоглощающего материала, расположенного внутри конструкции. Данное обстоятельство не вполне согласуется с экспериментальными результатами, полученными различными авторами. При этом методика, предложенная В.И. Заборовым, также не позволяет рассчитывать звукоизоляцию многослойных конструкций.

В целом в главе показано, что на сегодняшний момент, крайне актуальна разработка более совершенных практических строительных конструкций для дополнительной звукоизоляции, в которых будут устранены или минимизированы рассмотренные причины, ограничивающие их акустическую эффективность. Отмечено, что существует необходимость создания расчетно-физической модели, позволяющей в полной мере исследовать влияние всех основных компонентов многослойных конструкций, включая звуковые мостики различного рода, на величину их дополнительной звукоизоляции. При этом созданная расчетная модель должна быть проста в применении для возможности ее использования в качестве инженерного метода расчета звукоизоляции предложенных многослойных конструкций. В качестве важной особенности исследований указано требование практической применимости и массового внедрения разрабатываемых конструкций дополнительной звукоизоляции в условиях реального строительства. Это обуславливает проведение исследований с пр1менением материалов, допустимых к применению в промышленном и гражданском строительстве.

Полученные в главе результаты определяют основные направления исследований и задачи работы.

Во второй главе экспериментально установлено, что прямые и косвенные звуковые мостики оказывают значительное влияние на снижение дополнительной звукоизоляции каркасно-обшивных облицовок

из ГКЛ. При этом одними из наиболее значимых являются монтажные связи по торцам конструкции дополнительной звукоизоляции, по которым звуковые вибрации передаются на лицевой слой материала облицовки.

На основе проведенного анализа недостатков существующих конструкций предложна оригинальная многослойная бескаркасная конструкция для дополнительной звукоизоляции (сэндвич-панели ЗИПС, рис.1), на которую получен Патент на изобретение РФ №2140498.

1 - лист пазогребневый гипсоволоккистый толщиной 20 мм;

2 - звукопоглощающие слои из стекловолокна толщиной 20 мм;

3 - лист гипсоволокнистый толщиной 10 мм;

4 - виброизолирующий узел крепления панели к стене;

5 - стена

6 - перекрытие пола

7 - виброизолирующая прокладка

В разработанной конструкции минимизированы причины снижения дополнительной звукоизоляции, характерные для существующих строительных конструкций, применяемых для аналогичных целей. Крепление бескаркасной облицовки к ограждению осуществляется посредством точечных связей виброизолирующих узлов. К прилегающим поверхностям (пол, боковые стены, потолок) торцы панелей ЗИПС

примыкают через виброизолирующие прокладки. Чередующиеся тонкие звукоизоляционные и более толстые звукопоглощающие слои панелей склеены между собой, что обеспечивает дополнительный эффект снижения прохождения звука в области частот волнового совпадения жестких слоев облицовки.

В главе обосновано применение в конструкции панелей ЗИПС материалов «мягких» звукопоглощающих слоев, определены их основные физико-механические характеристики, необходимые для построения расчетной модели. Экспериментально установлено, что для звукоизоляционных целей применение листов ГВЛ предпочтительнее ГКЛ, вследствие более высоких значений коэффициентов внутренних потерь в материале ГВЛ.

Выполнен эксперимент по измерению скорости продольных волн в листах ГВЛ и ГКЛ, достоверная величина которой необходима, в частности, при расчете граничной частоты волнового совпадения. Уточненное значение скорости продольных волн в данных материалах

{С1 ~ 1650 м/с) отличается от справочных значений (С1спр ~ 2500 м/с) в

полтора раза. Также установлены особенности изменения скорости распространения продольных волн в слоистых конструкциях в зависимости от материалов слоев и способа их связи между собой. Выполнена серия измерений виброакустических характеристик герметиков различных типов. Выбраны наиболее эффективные силиконовые герметики (с динамическим модулем упругости не более

Ед =2 МПа) для устройства виброизолирующих узлов в конструкции

многослойных бескаркасных панелей ЗИПС. Экспериментально определен диапазон принимаемых значений коэффициентов трения в конструкции виброизолирующих узлов в панелях ЗИПС, необходимый для создания расчетной модели.

В третьей главе изложен разработанный метод расчета величины звукоизоляции многослойных конструкций ограниченных размеров. В основу метода положен матричный способ расчета прохождения звука через многослойные структуры. Данный метод базируется на решении волновой задачи о прохождении звуковой волны через плоский слой, заключенный между двумя полупространствами. Результатом решения задачи является переходная матрица коэффициентов, связывающая величину полного звукового давления и колебательной скорости на входной и выходной границах слоя. Также предложена физическая модель, в соответствии с которой в качестве волнового импеданса при изгибных колебаниях жестких и тонких в волновом отношении слоев звукоизолирующей конструкции принимается среднегеометрическая

величина от его резонансного и антирезонансного значений. Показано, что данное приближение описывает величину импеданса при усреднении в полосах частот, а также в средне- и высокочастотных областях соответствует характеристическому импедансу пластины.

Связь звукового давления и скорости на входной и выходной границах п - слойной структуры (см. рис. 2) задается матричным соотношением, полученным в результате перемножения переходных матриц всех слоев, входящих в структуру:

л)

Гр

-'и+1,1

V

V п+1,2; у

где а и /? - параметры переходных матриц слоев.

(1)

П

Гог

го

р

01.

Т.п+1

Рп+1,Т

Рис. 2. К расчету прохождения звука через и — слойную структуру

Учитывая, что ' = > можно получить выражения для

^п+1,1

входного импеданса структуры и коэффициентов передачи давления и скорости:

_I_> (3)

^п+1,2 1

Г01 $?>(/!<*)+^(¿а^ '

Здесь 2л+1 = 2игп - волновой импеданс, нагружающий тыльную сторону л-слойной структуры. Используя соотношения (1 - 4), получены выражения для коэффициентов прохождения £)р и отражения Яр давления, скорости (, ) и энергии (ВЕ , ЯЕ), необходимые для расчета величины звукоизоляции конструкции (ЗИ):

£> = _ _ __, (5)

£) _ _ _ ^_, (6)

1>£ = |, (7) ЗЯ = ~101ё1)£ . (8)

Измерения звукоизоляции конструкций, как правило, производятся в полосе частот. Поэтому в качестве волнового импеданса при изгибных колебаниях жестких и тонких слоев конструкции принимается среднегеометрическая величина:

zк -7 . пг Л1-= > V)

4л/2 ■усока>к+1

где М = рк - полная поверхностная масса слоя, 1 - частота резонанса &-ой, либо к+1-ой моды.

В ограниченной пластине могут возбуждаться изгибные, продольные и сдвиговые моды колебания. Выполненный анализ показывает, что импедансные характеристики жестких слоев по отношению к падающей звуковой волне определяются, в основном,

изгибными колебаниями. При этом для прямоугольной пластины площадью Б и толщиной 11 показано, что с учетом количества резонансов

изгибных мод колебаний Ии, попадающих в полосу частот возбуждения 8со со средней частотой сот и относительной шириной А = ,

величина интервала между смежными частотами резонансов составляет:

<®Л 4 пС.к ®к+1-®*=—^ = —(10) * К 5л/12

Средняя по частоте скорость колебания жесткого слоя конструкции р

Ук определяется как Ук = -=£-, причем Рк =акРг, где Рг - полное

звуковое давление у внешней стороны преграды, ак - коэффициент

возбуждения к-ой моды колебания.

Показано, что величина коэффициента возбуждения, средняя в полосе частот для пластины с линейными размерами Ь, В составляет:

8 С,И 4 1 71 --агсвш 2 (*} ■ ( * — - агсвт - [ш) и^л

лгтп ,— Б-Мсо соэ2 атсэт - 1 1 1я) Ш)

С учетом этого и соотношения (10) выражение для усредненного импеданса пластины принимает вид:

,рНат42

2[ . Л \ ( Л \

СОБ агсБт— -I-I

ЬЯ.

ВЯ)

16

Л . ( Л Л

--агсБЩ — -агсэт

2 )

' л ^

, (12)

где

Я =

т

Ж

я

Сф

и, по своей сути величина 2(со)/5 является

волновым параметром а жесткого слоя.

Предложенная модель позволяет рассчитать прохождение звука через конструкцию в прямом и обратном направлениях. Также рассматривается расчетная модель, учитывающая трение, возникающее во втулках виброгоолирующих узлов при относительном перемещении жестких слоев 3 и 5 и стены 1 при прохождении звуковой волны (рис. 3). При этом тип возникающего трения полагается вязким, характеризуемым

для всей панели в целом коэффициентом трения Л , с величиной коэффициента потерь 77 соотношением:

н-сек

связанным

Я — тоз01],

(13)

где о)0 - резонансная частота массы т жесткого слоя,

заключающего в себе втулку, на упругости подстилающего звукопоглощающего материала.

Рассмотрены случаи «параллельного» (рис.За) и «последовательного» (рис.3б) крепления жестких слоев сэндвич-панелей к защищаемой стене. Расчеты характеристик звукоизоляции конструкций выполнены в операционной среде МаЙгСас!. Расчетные графики звукоизоляции получены при различных параметрах приведенного коэффициента потерь Т] во втулках виброизолирующих узлов (кфт. на графиках).

на трение во втулках монтажных виброизолирующих узлов

На рис. 4 показаны расчетные графики дополнительной звукоизоляции четырехслойных сэндвич-панелей ЗИПС-7-4 толщиной 70 мм для параллельного и последовательного способа закрепления, а также без закрепления жестких слоев к ограждающей конструкции. При этом для двух случаев задано одно и то же значение коэффициента потерь во втулках Т] равное кфт.=0,02. Основываясь на результатах, полученных в главе 2, данное значение коэффициента потерь соответствует применению «мягких» узлов с высокой виброизоляцией. На графиках видно, что способ закрепления жестких слоев панелей существенно влияет на величину их дополнительной звукоизоляции в области частот выше 630 Гц. При этом для случая последовательного закрепления данная величина потерь во втулках практически не снижает дополнительную звукоизоляцию панели по сравнению с «идеальным вариантом» без узлов крепления.

Рис. 4. Дэпалнигельная звукоизоляция панелей ЗИГЮ-7-4 с параллельным и последовательным закреплением слоев при значащи коэффициента потерь 0,02

1— к,

к ч

I аст та ;гх

1 1 (

25 50 100 200 400 800 1600 3150 6300

■ Дзп ЗИ пах ели ЗИПС-7-4 без узлэв крегпеии —Дп ЗИ тжли ЗИПС-7-4 с узлами крспгюнвд тролл. связь кфг.0.02 ♦ Дэт ЗИ гибли ЗИГЮ-7-4 с узлами крепления пхлед. связь кфг.0.02

В главе также дан анализ звукоизолирующих свойств двухслойных конструкций сэндвич-панелей (ЗИПС-4-2 и ЗИПС-7-2) при различных значениях коэффициента потерь во втулках виброизолирующих узлов, а также описано влияние связей по периметру конструкции на величину ее дополнительной звукоизоляции.

В четвертой главе приведено описание экспериментальной установки для измерения звукоизоляции фрагментов звукоизолирующих конструкций. Описано устройство системы малых реверберационных звукомерных камер (см. рис. 5) и дано обоснование корректности измерений звукоизоляции в них в диапазоне частот от 315 до 8000 Гц. В указанном диапазоне получено хорошее совпадение результатов измерений звукоизоляции тестовых однослойных конструкций со

значениями, полученными в больших реверберационных камерах сертифицированных лабораторий. Существенным достоинством данной системы малых камер является практически полное отсутствие влияния косвенных путей распространения шума на величину звукоизоляции тестируемых фрагментов.

Использование системы звукомерных камер позволило выполнить серию экспериментов по исследованию дополнительной звукоизоляции предложенных конструкций многослойных бескаркасных облицовок типа ЗИПС. Выявлены закономерности влияния виброизолирующих узлов крепления, количества слоев на величину дополнительной звукоизоляции

Рис. 5. Схема устройства малых реверберационных камер

1 - камера низкого уровня (КНУ); 2 - камера высокого уровня (КВУ); 3 - акустическая система; 4 - двухконтурное уплотнение; 5 - испытуемая перегородка (кирпичная стена); 6 - двери; 7 - независимые фундаменты; 8 - виброизолирующий слой; 9 - тележка КНУ на роликах; 10 -направляющие рельсы КНУ; 11 - грунт

панелей, а также зависимость их акустической эффективности от типа закрепления жестких слоев панелей к исходной стене.

На рис. 6 показаны графики звукоизоляции системы «кирпичная стена 120 мм + панель ЗИПС-7-4», где ЗИПС-7-4 - четырехслойная бескаркасная сэндвич-панель толщиной 70 мм с «параллельным» типом

крепления, когда внутренний и внешний жесткие слои через виброизолирующие узлы связаны с исходной стеной.

Рш.6. Звукоизоляции панелей ЗИПС-7-4 толгщнэй 70 мм с различными варшнгами узлов крепления

250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 —П—Базовая кирпичная сякна 120 мм

—&—Панели ЗИГЮ-7-4 с жесткими связями к кирпичной стене 120 мм —ф—ГЪнели ЗИГЮ-7-4 с типовыми виброузтми г и гацэпич! юй ста ю 120 мм -~~ - ГЪнели ЗИГЮ-7-4 с мягкими Еиброузлами на кирпичной скис 120мм Панели ЗИГЮ-7-4 без узлэв креплепия ш кирпичной стене 120 мм

Показано, что использование даже самого «мягкого» узла, не пригодного для строительного использования, но обладающего максимальной виброизоляцией, при подобном типе закрепления не позволяет приблизиться к случаю крепления «без узлов». При этом для двухслойных панелей типа ЗИПС-7-2 толщиной 70 мм, применение более «мягкого» виброизолирующего узла крепления, пригодного для использования в строительстве, обеспечивает рост звукоизолирующей

способности системы «стена + панель ЗИПС-7-2» практически до величины состояния «без узлов» (см. рис.7).

Рж.7. Звукоюоляцщ гашлей ЗИПС-7-2 толгвдшй 70 мм с различными вариантами узлов крепления

105 95 85

Г

! 75 ! 65 " 55 45 35

25

!

-- К- .

■ —1 -А ^ —<

г 1

* -"" --- Г-—г г" ^

и у

V/ г 1—

/ - г-, I

/ I

к J к

И 1

Ч! истота С Гц

250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 —II—Базовая кирпичная стена 120 мм

—А—ГЬнели ЗИГЮ-7-2 с жесткими связями к кирпичной стене 120 мм —•— ГЬнели ЗИПЗ-7-2 с типовыми виброузпами на кирпичной стене 120 мм ~ ГЬнели ЗИГЮ-7-2 с мягкими виброузлами на кирпичной скш 120 мм ГЬнели ЗИГЮ-7-2 без узтов креплгния на кирпичной стене 120 мм

Таким образом, четырехслойная бескаркасная облицовка при «параллельном» типе закрепления в полной мере не реализует свои потенциальные возможности, являясь при этом более сложной и дорогостоящей в изготовлении.

Как следует из теоретических расчетов и подтверждается выполненными экспериментами полноценная реализация звукоизолирующих возможностей четырехслойных панелей, к числу которых относятся панели ЗИПС-7-4, возможна только при

«последовательном» закреплении их жестких слоев по схеме: внутренний слой - к стене, внешний слой - к внутреннему.

В малых реверберационных камерах был поставлен эксперимент, когда к базовой кирпичной стене 120 мм последовательно были смонтированы две сэндвич-панели: двухслойная, толщиной 40 мм (ЗИПС-4-2), а затем к ней была закреплена двухслойная, толщиной 30 мм (ЗИПС-З-2). После этого для придания конструкции требуемой ровности поверх них был смонтирован финишный лист ГКЛ толщиной 10 мм, жестко связанный с панелями ЗИПС-З-2. Общая толщина получившейся четырехслойной конструкции равна 80 мм. На рис.8 приведены графики звукоизоляции данной конструкции с «последовательным» типом закрепления в сравнении с панелями ЗИПС-7-4 с «параллельным» типом монтажа.

Рж. 8. Звукоизоляция панелей ЗИПС на кирпичюй стене с последовательным и параллельным типами крепления жестких слоев панелей

115

105

95

85

55

45

35

Í ¡

1

У] t

у L-^

j i 1 i-i

К т Ьг—1 ; i

i i i 1

! Ж/ ¡г" ¿S

S? К -a-Hf

ъ Л

\

i

Е-— _______L

L1JLTJ11111 ц 1 ■

250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000

-й- Базовая кирпичная стена 120 мм

■ А Панели ЗЖЮ-74 с паралл. типом крепления на кирп. стене 120 мм —ф— Пшели ЗИП&4-2+ЗИПО-З-2+ПОТ Юммнакирпхтене 120 мм

Показано, что конструкция с последовательным типом креплений при практически равной толщине существенно более эффективна на частотах выше 1250 Гц, что хорошо согласуется с результатами теоретического анализа.

Выполненные измерения показали хорошую степень совпадения экспериментальных значений дополнительной звукоизоляции панелей ЗИПС с расчетными значениями. На рис. 9 приведены графики дополнительной звукоизоляции панелей ЗИПС-7-4, полученные расчетным и экспериментальным методами в отношении дополнительной звукоизоляции кирпичной стены толщиной 120 мм.

45

35

25

Ри2. 9. Расчетные и экстркменгалыьЕ зшчеган дсжглншетьнжзвуксшсгаЕришнвжй ЗИПС-7-4 на крутизной стеж 120 мм

15

1

1

А к

> N

1 А/ \ / 1/

\/ & 1

4

— 1—1- - ! 1 -1- С Гц

250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000

—А— РАСЧЕТ доп. ЗИ панели ЗИГЮ-7-4 горашлип крепл. кфп 0.02 —О— ЭКСПЕРИМЕНТ доп. ЗИ панелей ЗИГЮ-7-4 в камере паралл. тип крепл. —В— РАСЧЕТ доп. ЗИ панели ЗИГЮ-7-4 паралл. тип крепл. кфг. 0.12 —ЭКСПЕРИМЕНТ дои ЗИ панелей ЗИГЮ-7-4 в камере, жесткие связи в узлах

Хорошая сходимость экспериментальных и расчетных данных позволяет применять построенную теоретическую модель для прогнозирования результатов применения разработанных конструкций дополнительной звукоизоляции на ограждающих конструкциях различных типов.

В пятой главе рассматриваются вопросы практического применения разработанных конструкций для улучшения звукоизоляции ограждений на строительных объектах. Накопленный опыт в применении панелей ЗИПС в качестве средства дополнительной звукоизоляции позволяет условно разделить все выполненные с их помощью объекты на три основных группы: по степени достижения требуемых акустических результатов и сложности произведенных работ.

К первой, самой многочисленной группе относится применение панелей ЗИПС для звукоизоляции помещений квартир и загородных домов, где основными источники шума являются так называемые «бытовые шумы». Это воздушный шум, возникающий при разговорах, работе теле-радио аппаратуры и прочей бытовой техники, а также ударный и структурный шум в здании. В данных случаях наиболее часто применяются панели ЗИПС-4-2 и ЗИПС-7-4 толщиной от 40 до 70 мм. При этом дополнительная изоляция, как правило, выполняется только на одной или двух поверхностях жилого помещения: межквартирной стене и торцом примыкающей к ней межкомнатной перегородке; потолочном перекрытии и примыкающей к нему перегородке из гипсолитовых пазогребневых блоков.

Вторая группа объектов, на которых успешно применяются панели ЗИПС - помещения общественного назначения. В их число входят: помещения дискотек и караоке, зрительные залы театров и кинотеатров, залы обслуживания ресторанов и кафе и т.п. Здесь основной источник шума - звуковоспроизводящее оборудование, включающее в себя низкочастотные излучатели (сабвуферы). Поэтому на данных объектах, как правило, применяются панели ЗИПС-СУПЕР толщиной 130 мм, дополнительная звукоизоляция которых на частоте 100 Гц составляет уже 10 дБ.

Третья, отдельная группа - это помещения специального назначения: студии звукозаписи, съемочные павильоны, помещения прослушивания высококачественной аппаратуры и домашних кинотеатров, комнаты приватных переговоров. Отличительная черта объектов данной группы - комплексное применение звукоизолирующих материалов и конструкций на всех поверхностях помещения. Панели ЗИПС здесь входят в число конструкций, с помощью которых решаются вопросы дополнительной звукоизоляции поверхности стен и потолков.

В главе отмечено существенное влияние косвенной передачи шума на величину фактической дополнительной звукоизоляции панелей ЗИПС. В реальных условиях выполнить полную звукоизоляцию всех поверхностей, как правило, не представляется возможным. При этом, в зависимости от количества «незакрытых» поверхностей, их площади и интенсивности излучаемого ими шума, эффективность применения

панелей ЗИПС может быть ограничена на уровне от 2 до 10 дБ по индексу изоляции воздушного шума. Экспериментально установлен факт, что косвенная передача шума в большей степени влияет на снижение дополнительной звукоизоляции в области средних - высоких частот. На низких частотах (до 250 Гц) ее влияние менее существенно. На рис. 10 приведены графики звукоизоляции потолочного перекрытия в помещении спальной комнаты в квартире на Матвеевской улице (г. Москва). В ходе комплексного увеличения звукоизоляции на перекрытии были смонтированы панели ЗИПС-7-4 толщиной 70 мм.

Рж. 10. НатурньЕ гамгренит: ж/б герекрыше 140 мм+ЗИПС-7-4

80

70

60

50

40

30

20

1

1

/ 1 ! ^г I

1 I Час* -1-- пота ;гц —

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150

0 Звукоизоляция системы, ж/б перекрытие 180 мм + ЗИГЮ-7-4 в

Матвеевском, Rw= 57 ,nf> А Звукоизоляция перекрытия 140 мм в Мивеепском, Rw=48

Кроме того, в помещении были проведены работы по устройству дополнительной звукоизоляции на всех поверхностях стен, включая откосы, а также на полу комнаты. Однако, оконный блок, жестко закрепленный в оконном проеме здания, оказался источником косвенного шума, что было установлено во время проведения измерений. Тем не

менее, измеренное значение индекса изоляции воздушного шума плитой перекрытия толщиной 140 мм, составлявшее до проведения работ по увеличению изоляции = 48 дБ, после создания системы «плита перекрытия + ЗИПС-7-4» достигло значения 11\у = 57 дБ. Таким образом, индекс фактической дополнительной изоляции воздушного шума конструкцией ЗИПС оказался равным ДИлу = 9 дБ.

Всего с момента начала производства в 1999 году по настоящее время (2006 год) уполномоченной компанией ЗАО «Акустические Материалы и Технологии» произведено более 100 тыс. квадратных метров панелей ЗИПС различных модификаций. Результаты и выводы исследований, выполненных в рамках настоящей диссертационной работы, были успешно внедрены при модернизации модельного рада панелей дополнительной звукоизоляции ЗИПС. С июля 2006 года компанией ЗАО «Акустические Материалы и Технологии» выпускается три модификации панельной системы ЗИПС: ЗИПС-ВЕКТОР, ЗИПС-МОДУЛЬ и ЗИПС-СИНЕМА.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ литературных источников показал, что известные способы увеличения звукоизоляции реально существующих ограждающих конструкций зданий с использованием легких звукоизолирующих облицовок на жестком каркасе обладают весьма ограниченными возможностями улучшения звукоизоляции ограждений. Значительная часть эффекта дополнительной звукоизоляции, создаваемой облицовкой, теряется из-за наличия многочисленных жестких контактов дополнительной облицовки с ограждением, что приводит к увеличению передачи звука по косвенным путям и тем самым к существенному снижению эффекта увеличения звукоизоляции устанавливаемой облицовкой.

2. Анализ существующих конструктивных решений применяемых на практике облицовок, предназначенных для увеличения звукоизоляции ограждений, позволил предложить оригинальную многослойную бескаркасную конструкцию облицовки (сэндвич-панель ЗИПС), в которой устранены или минимизированы причины снижения дополнительной звукоизоляции, характерные для применяемых в практике строительства облицовок. Крепление бескаркасной облицовки к ограждению осуществляется посредством точечных связей виброизолирующих узлов. К прилегающим поверхностям (пол, боковые стены, потолок) торцы панелей ЗИПС примыкают через виброизолирующие прокладки. Чередующиеся тонкие звукоизоляционные и более толстые звукопоглощающие слои панели склеены между собой.

3. Для определения характеристик звукоизоляции разработанных типов многослойных сэндвич-панелей ЗИПС предложена расчетная физическая модель, в которой потери при прохождении звуковых вибраций через узлы крепления учитываются введением коэффициента трения во втулках узлов. При этом рассмотрены варианты «последовательного» и «параллельного» закрепления жестких слоев многослойных панелей к ограждению.

4. На основе физической модели разработан метод расчета звукоизоляции однослойных и многослойных звукоизолирующих конструкций, в основу которого положен принцип возможной замены значений волнового импеданса при изгибных колебаниях жестких и тонких в волновом отношении слоев конструкции на резонансных и антирезонансных частотах его среднегеометрической величиной. Введено понятие среднего коэффициента возбуждения для мод колебаний жестких слоев ограниченных размеров в полосе частот и предложена формула для его вычисления. Расчет звукоизоляции конструкций производится путем перемножения волновых матриц слоев конструкции, что позволяет рассчитать частотную характеристику любого заданного количества слоев.

5. Разработана и реализована на практике экспериментальная установка малых реверберационных звукомерных камер, позволившая провести в условиях лаборатории многочисленные измерения фрагментов разработанных конструкций сэндвич-панелей ЗИПС в диапазоне частот от 315 до 8000 Гц. При исследованиях указанных конструкций получена хорошая сходимость результатов теоретических расчетов с результатами, полученными экспериментально.

6. Теоретически и экспериментально исследовано влияние монтажных связей с различными значениями коэффициентов потерь в многослойных конструкциях панелей на величину ожидаемой дополнительной звукоизоляции. Установлено, что в многослойных конструкциях, в случае закрепления последних по «параллельному» принципу, когда внутренние и лицевые жесткие слои панели через общие узлы крепления связаны с ограждением, влияние связей становится столь большим, что эффективность многослойной панели не превышает эффективности двухслойной конструкции.

7. Изучено влияние материалов, используемых при заделке стыков по периметру между торцами сэндвич-панелей и примыкающими к ним конструкциями, на снижение величины дополнительной звукоизоляции ЗИПС. Показано, что для заделки швов следует применять силиконовые герметики с динамическими модулями упругости не более 2 МПа и коэффициентами потерь, лежащими в пределах от 0,2 до 0,4.

8. Разработана установка и выполнен эксперимент по измерению скорости продольных волн в гипсоволокнистых (ГВЛ) и гипсокартонных (ГКЛ) листах. Показано, что наиболее достоверным значением величины скорости звука в указанных материалах является значение, значительно меньшее указанного в справочной литературе. Это позволило увеличить точность расчета граничной частоты волнового совпадения, а также установить зависимость изменения скорости распространения продольных волн в слоистых конструкциях от выбора материала слоя и способа связи отдельных слоев между собой.

9. Разработанная и практически реализованная, многослойная бескаркасная конструкция, предназначенная для увеличения звукоизоляции ограждающих конструкций зданий (сэндвич-панель ЗИПС), защищена полученным Патентом на изобретение РФ № 2140498.

10. Практическое внедрение панелей для дополнительной звукоизоляции ЗИПС осуществлено в помещениях общественных и жилых зданий, а также в помещениях специального назначения. Общая площадь поверхностей, изолированных при помощи сэндвич-панелей ЗИПС, составляет более 100 тыс. квадратных метров.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Устройство для снижения энергии акустических колебаний, исходящих от твердой поверхности пат. 2140498 Рос. Федерация: МПК 6 Е 04 В 1/82, Е 04 В 1/84 Лившиц А.Я., Боганик А.Г., заявители и патентообладатели Лившиц А.Я., Боганик А.Г., ЗАО «Акустические материалы»; заявл. 29.04.99.

2. Боганик, А.Г. Эффективные конструкции для дополнительной звукоизоляции помещений // Строительные материалы. -2004,- №10. - С.18-19.

3. Боганик, А.Г. Новые конструкции для увеличения звукоизоляции существующих стен и перегородок / А.Г. Боганик, А.Я. Лившиц // Архитектурная и строительная акустика. Шумы и вибрации. Сб. тр. X сес. Рос. акуст. об-ва. -М.: НИИСФ, 2000.-Т.З-С.57-59

4. Боганик, А.Г. Новые конструкции для дополнительной звукоизоляции / А.Г. Боганик, А.Я. Лившиц, // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века.-2002.-№14,- С.20-24.

5. Боганик, А.Г. Повышение звукоизоляционных характеристик перегородок // Технологии строительства - 2002.-№4.-С.26-29.

6. Боганик, А.Г. Улучшение звукоизоляционных характеристик перекрытий между жилыми и общественными зданиями // Технологии строительства.-2002.-№6.-С.86-88.

7. Боганик, А.Г. Проблемы звукоизоляции элитного жилья и пути их решения // Технологии строительства.-2003.-№4.-С.18-19.

Тираж 100 экз. Заказ N2 2745

Отпечатано в ФГУП ЦПП

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы дополнительной звукоизоляции ограждающих конструкций.

1.1 Существующие конструкции для дополнительной звукоизоляции.

1.2 Теоретические вопросы расчета звукоизоляции.

1.2.1 Прохождение звука через однослойные и многослойные ограждающие конструкции.

1.2.2 Краткий анализ основных моментов теории самосогласования волновых полей (СВП).

1.2.3 Повышение звукоизоляции однослойных конструкций путем установки дополнительных гибких плит на относе.

1.3 Цели диссертационной работы и постановка задачи.

Глава 2. Разработка эффективных конструкций для дополнительной звукоизоляции однослойных ограждений.

2.1 Исследование влияния звуковых мостиков на звукоизоляцию каркасных конструкций.

2.2 Предлагаемая конструкция для дополнительной звукоизоляции и основные принципы ее устройства.

2.3 Выбор материалов для применения их в конструкции сэндвич-панели ЗИПС.

2.3.1 Материалы звукопоглощающих слоев панели ЗИПС.

2.3.2 Материалы звукоизолирующих слоев панели ЗИПС.

2.3.3 Материалы для устройства виброизолирующих узлов в панелях ЗИПС.

2.4 Определение коэффициента потерь в виброизолирующих узлах сэндвич-панелей ЗИПС.

2.5 Устройство различных типов сэндвич-панелей ЗИПС.

2.6 Выводы к главе 2.

Глава 3. Разработка модели для инженерного расчета звукоизоляции многослойных конструкций.

3.1 Теоретические основы создания расчетной модели.

3.2 Расчетная модель звукоизолирующей сэндвич-панели ЗИПС.

3.2.1 Расчет звукоизоляции панели ЗИПС без учета влияния узлов крепления.

3.2.2 Расчет звукоизоляции панели ЗИПС с учетом влияния узлов крепления.

3.3 Результаты расчетов на основе созданной модели в программной среде MathCad.

3.3.1 Результаты расчетов звукоизоляции однослойных конструкций.

3.3.2 Результаты расчетов звукоизоляции многослойных конструкций.

3.4 Оценка влияния способов заделки стыков по периметру на снижение дополнительной звукоизоляции панелей ЗИПС.

3.4.1 Расчет влияния заделки по периметру с применением упругого (силиконового или полиуретанового) герметика.

3.4.2 Расчет влияния заделки по периметру с применением неупругого (акрилового) герметика или пластилина.

3.4.3 Влияние материалов упругого и диссипативного типа на величину виброизоляции стыков в конструкции панелей ЗИПС.

3.5 Выводы к главе 3.

Глава 4. Измерения звукоизоляции в малых реверберационных камерах АМТ.

4.1 Устройство малых реверберационных камер АМТ.

4.2 Теоретическое обоснование возможности измерения звукоизоляции в малых реверберационных камерах АМТ.

4.3 Измерения звукоизоляции тестовых конструкций в малых реверберационных камерах АМТ и больших реверберационных камерах НИИСФ и ННГАСУ.

4.4 Измерения дополнительной звукоизоляции сэндвич-панелей ЗИПС.

4.4.1 Измерения собственной звукоизоляции базовой кирпичной стены толщиной 120 мм.

4.4.2 Измерения звукоизоляции разных типов сэндвич-панелей ЗИПС.

4.4.3 Влияние узлов крепления на звукоизолирующую способность панелей ЗИПС.

4.4.4 Влияние граничной частоты волнового совпадения на звукоизоляцию панелей ЗИПС.

4.4.5 Влияние модернизации узлов крепления на звукоизолирующую способность панелей ЗИПС.

4.4.6 Четырехслойная панель ЗИПС с последовательным креплением.

4.4.7 Влияние заделки стыков по периметру на звукоизоляцию панелей ЗИПС.

4.5 Выводы к главе 4.

Глава 5. Практическое применение панелей дополнительной звукоизоляции ЗИПС.

5.1 Звукоизоляция жилых помещений.

5.2 Звукоизоляция общественных помещений.

5.3 Звукоизоляция помещений специального назначения.

Проблема недостаточной звукоизоляции в гражданском строительстве возникла одновременно с появлением самого понятия «массовое строительство». Как известно, величина изоляции воздушного шума однослойными конструкциями (стенами или межэтажными перекрытиями) определяется, прежде всего, их толщиной и массивностью. Для внутренних перегородок и перекрытий здания - конструкций не решающих вопросы теплоизоляции, увеличение толщины с целью обеспечения надлежащей звукоизоляции влечет за собой много других негативных моментов. Прежде всего - это существенно повышает общую стоимость проекта и увеличивает нагрузку на фундамент. Поэтому толщина внутренних стен и перекрытий при проектировании принималась минимально достаточной для соблюдения действующих строительных норм в области защиты от шума. Необходимый «запас акустической прочности» в конструкциях практически всегда отсутствует, вследствие чего в реальном строительстве достаточно сложно обнаружить межквартирную стену или перекрытие, звукоизоляция которых превышает каталожные значения. С учетом же неизбежных потерь звукоизоляции из-за некачественно заделанных швов и технологических отверстий, реальная величина изоляции воздушного шума оказывается ниже заявленной на величину от 2 до 10 дБ.

Несмотря на введение с 1997 года в Москве, а с 2003 года на территории всей Российской Федерации новых строительных норм с повышенными требованиями к звукоизоляции межквартирных стен и перекрытий (в зависимости от степени комфортности здания), общая ситуации с недостаточной звукоизоляцией в массовом строительстве практически не изменилась со времен существования СССР.

Наоборот, местами произошло ухудшение ситуации. Это обусловлено тем, что выполнение необходимого перечня звукоизоляционных мероприятий всегда вызывает увеличение общей стоимости строительства. В случае, когда деньги в строительство вкладывает частный инвестор, у последнего присутствует интерес сэкономить на «скрытых» работах, не видимых глазу покупателя при продаже жилья. Звукоизоляционные мероприятия относятся именно к их числу. Не прибегая к акустическим измерениям, оценить качество звукоизоляции между квартирами невозможно до полного заселения дома, что в реальных условиях происходит в течение нескольких лет после сдачи объекта.

Отсутствие какой-либо финансовой ответственности перед покупателем по факту нарушений в области звукоизоляции приводит к тому, что нормы по защите от шума просто игнорируются и решение задачи дополнительной звукоизоляции квартиры тем самым полностью перекладываются на плечи собственника нового жилья.

Помимо этого, количество бытовой и мощной звуковоспроизводящей техники в квартирах за последнее десятилетие существенно увеличилось. Широкое распространение получили системы многоканального звуковоспроизведения с отдельным каналом воспроизведения сверх-низких частот (домашние кинотеатры, системы прослушивания Hi-Fi и Hi-End). В таком случае, даже при полном удовлетворении требованиям строительных норм, существующие строительные конструкции не позволяют сделать комфортным и удовлетворяющим требованиям санитарных норм проживание в помещениях, расположенных вблизи источников столь интенсивного шума.

Именно поэтому задача обеспечения дополнительной звукоизоляции в жилых помещениях на сегодняшний день является крайне актуальной и востребованной. При этом к применяемым для данных целей конструкциям, помимо требований высокой акустической эффективности, предъявляются не менее жесткие требования наименьшей толщины, гигиеничности, пожаробезопасности и простоты монтажа. Отдельным вопросом стоит требование невысокой стоимости конструкций дополнительной звукоизоляции. Последнее, в сочетании с требованием наименьшей толщины, в корне отличает данные звукоизоляционные конструкции от толстых, сложных высокоэффективных конструкций, применяемых для звукоизоляции специальных помещений, таких как студии звукозаписи или коммерческие кинотеатры.

Конструкции дополнительной звукоизоляции на основе карасно-обшивных облицовок показывают низкую акустическую эффективность вследствие наличия конструктивных недостатков и не могут в полной мере решать поставленные задачи. Теоретически и экспериментально обоснованные предпосылки их высокой эффективности при переходе от идеальной модели к реальным строительным конструкциям теряют свой смысл. Таим образом, акустические показатели каркасных конструкций в соотношении «толщина конструкции/дополнительная звукоизоляция» оказываются недостаточными.

Научная новизна данной работы состоит в исследовании механизмов дополнительной звукоизоляции многослойными конструкциями, оценке влияния «звуковых мостиков» разного рода на снижение акустической эффективности данных конструкций и разработке более эффективных практических решений с учетом виброакустических характеристик каждого из применяемых в многослойных конструкциях слоев или узлов крепления.

В данной работе предложен принципиально новый, запатентованный тип звукоизоляционных конструкций для дополнительной звукоизоляции массивных однослойных строительных конструкций. Это - полностью готовые к применению, серийно выпускаемые многослойные сэндвич-панели дополнительной звукоизоляции ЗИПС с конструктивно выполненными в них узлами крепления к защищаемым конструкциям (стенам или перекрытиям). Разработанные решения в существенной мере лишены недостатков известных строительных конструкций и позволяют получить высокие значения акустической эффективности при аналогичных показателях толщины, стоимости и перечне применяемых в конструкции панели материалов.

В работе развита расчетно-физическая модель и предложен метод инженерного расчета дополнительной звукоизоляции многослойных конструкций (в том числе при использовании сэндвич-панелей ЗИПС), который с высокой степенью точности позволяет анализировать и прогнозировать акустическую эффективность проектируемых конструкций.

На базе исследовательской лаборатории компании «Акустические Материалы и Технологии» спроектирована и построена система малых реверберационных камер. Теоретически доказана и на примере однослойных конструкций подтверждена экспериментально возможность измерения в них звукоизоляции фрагментов реальных строительных конструкций в диапазоне частот от 315 Гц. Это позволяет минимизировать финансовые затраты на измерения звукоизолирующих конструкций в процессе их модификации значительно сократив объем исследований в больших реверберационных камерах сертифицированных лабораторий.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке и апробации новой конструкции дополнительной звукоизоляции пригодной для практического применения с полноценным научно-техническим сопровождением, необходимым для ее успешного массового внедрения в промышленном и гражданском строительстве.

Основные результаты и выводы работы

1. Проведенный анализ литературных источников показал, что известные способы увеличения звукоизоляции реально существующих ограждающих конструкций зданий с использованием легких звукоизолирующих облицовок на жестком каркасе обладают весьма ограниченными возможностями улучшения звукоизоляции ограждений. Значительная часть эффекта дополнительной звукоизоляции, создаваемой облицовкой, теряется из-за наличия многочисленных жестких контактов дополнительной облицовки с ограждением, что приводит к увеличению передачи звука по косвенным путям и тем самым к существенному снижению эффекта увеличения звукоизоляции устанавливаемой облицовкой.

2. Анализ существующих конструктивных решений применяемых на практике облицовок, предназначенных для увеличения звукоизоляции ограждений, позволил предложить новую многослойную бескаркасную конструкцию облицовки (сэндвич-панель ЗИПС), в которой устранены или минимизированы причины снижения дополнительной звукоизоляции, характерные для применяемых в практике строительства облицовок. Крепление бескаркасной облицовки к ограждению осуществляется посредством точечных связей виброизолирующих узлов. Чередующиеся тонкие звукоизоляционные и более толстые звукопоглощающие слои панели склеены между собой.

3. Для определения характеристик звукоизоляции разработанных типов многослойных сэндвич-панелей ЗИПС предложена расчетная физическая модель, в которой потери при прохождении звуковых вибраций через узлы крепления учитываются введением коэффициента трения во втулках узлов. При этом рассмотрены варианты «последовательного» и «параллельного» закрепления жестких слоев многослойных панелей к ограждению.

4. На основе физической модели разработан метод расчета звукоизоляции однослойных и многослойных звукоизолирующих конструкций, в основу которого положен принцип возможной замены значений волнового импеданса при изгибных колебаниях тонких и жестких в волновом отношении слоев конструкции на резонансных и антирезонансных частотах его среднегеометрической величиной. Также введено значение среднего коэффициента возбуждения для мод колебаний слоев ограниченных размеров в полосе частот. Расчет производится путем перемножения волновых матриц слоев конструкций, что позволяет рассчитать частотную характеристику любого заданного количества слоев.

5. Разработана и реализована на практике экспериментальная установка малых реверберационных звукомерных камер, позволившая провести в условиях лаборатории многочисленные измерения фрагментов разработанных конструкций сэндвич-панелей ЗИПС в диапазоне частот от 315 до 8000 Гц. При исследованиях указанных конструкций получена хорошая сходимость результатов теоретических расчетов с результатами, полученными экспериментально.

6. Теоретически и экспериментально исследовано влияние монтажных связей с различными значениями коэффициентов потерь в многослойных конструкциях панелей на величину ожидаемой дополнительной звукоизоляции. Установлено, что в многослойных конструкциях, в случае закрепления последних по «параллельному» принципу, когда внутренние и лицевые жесткие слои панели через общие узлы крепления связаны с ограждением, влияние связей становится столь большим, что эффективность многослойной панели не превышает эффективности двухслойной конструкции.

7. Изучено влияние материалов, используемых при заделке стыков по периметру между отдельными панелями на снижение величины дополнительной звукоизоляции конструкции облицовки. Показано, что для заделки швов следует применять силиконовые герметики с динамическими модулями упругости не более 2 МПа и коэффициентами потерь, лежащими в пределах от 0,2 до 0,4.

8. Разработана установка и выполнен эксперимент по измерению скорости продольных волн в гипсоволокнистых (ГВЛ) и гипсокартонных (ГКЛ) листах. Показано, что наиболее достоверным значением величины скорости звука в указанных материалах является значение, значительно меньшее указанного в справочной литературе. Это позволило уточнить точность расчета граничной частоты волнового совпадения, а также установить зависимость изменения скорости распространения продольных волн в слоистых конструкциях от выбора материала слоя и способа связи отдельных слоев между собой.

9. Разработанная и практически реализованная, многослойная бескаркасная конструкция, предназначенная для улучшения звукоизоляции ограждающих конструкций зданий (сэндвич-панели ЗИПС), защищена полученным Патентом на изобретение РФ № 2140498.

10. Практическое внедрение осуществлено в помещениях общественных и жилых зданиях, а также в помещениях специального назначения. Общая площадь поверхностей, изолированных при помощи сэндвич-панелей ЗИПС, составляет более 100 тыс. квадратных метров.

1. Бабаков, И.М. Теория колебаний: монография / И.М. Бабаков. -М.: Гл.ред. физ-мат. литер., 1968. С. 336-342.

2. Боганик, А.Г. Эффективные конструкции для дополнительной звукоизоляции помещений // Строительные материалы. -2004,- №10. -С.18-19.

3. Боганик, А.Г. Изоляция шума полнотелыми железобетонными перекрытиями со сборными основаниями полов Кнауф. / А.Г. Боганик, А.А. Федулов, В.Д. Иващенко // Строительные материалы. 2004 - №10. - С.22-26.

4. Боганик, А.Г. Новые конструкции для увеличения звукоизоляции существующих стен и перегородок. / А.Г. Боганик, А.Я. Лившиц // Архитектурная и строительная акустика. Шумы и вибрации. Сб. тр. X сес. Рос. акуст. об-ва. М.: НИИСФ, 2000.-Т.З-С.57-59

5. Боганик, А.Г. Звукоизоляция межэтажных перекрытий. / А.Г. Боганик // Технологии строительства 2000.-№4 - С. 16-19.

6. Боганик, А.Г. Новые конструкции для дополнительной звукоизоляции / А.Г. Боганик, А.Я. Лившиц // Строительные материалы XXI века-2002.-№12. С.20-23.

7. Боганик, А.Г. Повышение звукоизоляционных характеристик перегородок / А.Г. Боганик // Технологии строительства.- 2002.-№4-С.26-29.

8. Боганик, А.Г. Методы снижения шума. /А.Г. Боганик, А.Я. Лившиц // Технологии строительства.- 2001. -№1. С.22-24.

9. Боганик, А.Г. Звукоизоляция межэтажных перекрытий. / А.Г. Боганик // Технологии строительства 2002.-№5 - С.24-26.

10. Боганик, А.Г. Улучшение звукоизоляционных характеристик перекрытий между жилыми и общественными зданиями. / А.Г. Боганик // Технологии строительства 2002.-№6 - С.86-89.

11. Боганик, А.Г. Проблемы звукоизоляции элитного жилья и пути их решения / А.Г. Боганик // Технологии строительства. 2003. -№4. -С.18-19.

12. Боганик, А.Г. Новые технологии для акустического комфорта / А.Г. Боганик // Кровельные и изоляционные материалы. 2005. -№3. - С.44-47.

13. Боголепов, И.И. Промышленная звукоизоляция: монография / И.И. Боголепов. Л.: Судостроение, 1986. - 368с.

14. Борьба с шумом на производстве: справочник под ред. Юдина Е.Я. -М.: Машиностроение, 1985.-400с.

15. Бреховских, Л.М. Волны в слоистых средах: монография / Л.М. Бреховских. М.: Издательство АН СССР, 1957.

16. Заборов, В.И. Теория звукоизоляции ограждающих конструкций: монография / В.И. Заборов -М.: Стройиздат, 1969. 185 с.

17. Звукоизоляция в жилых и общественных зданиях / В.И.Заборов и др. -М.: Стройиздат, 1979.-254с.

18. Ковригин, С.Д. Архитектурно-строительная акустика: учебн. пособие для вузов / С.Д. Ковригин, С.И. Крышов. -2-ое изд. М.: Высш. шк., 1986.-256с.

19. Крейтан, В.Г. Обеспечение звукоизоляции при конструировании жилых зданий: монография / В.Г. Крейтан. М.: Стройиздат, 1980. - 171 с.

20. Монич, Д. В. Повышение звукоизоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений без увеличения их массы: дис. канд. техн. наук. / Монич Дмитрий Викторович. Нижний Новгород, ННГАСУ, 2002.

21. Морз, Ф. Колебания и звук: монография / Ф. Морз. Л.: Гос. изд-во Т.Т.Л., 1949.

22. Никифоров, А.С. Вибропоглощение на судах: монография / А.С. Никифоров. JL: Судостроение, 1979.

23. Ржевкин, С.Н. Курс лекций по теории звука: учебное пособие / С.Н. Ржевкин. М.: Изд-во МГУ, 1960.

24. Рэлей, (Дж.В. Стретт) Теория звука: в 2-х т. / Дж.В.Стретт Рэлей. Пер. с англ. под ред. С.М. Рытова. М.: Гостехиздат, 1955.

25. Строительно-акустические средства и методы защиты от шума: сборн. труд. НИИСФ / под ред. д.т.н. Л.А.Борисова. М., 1986, с.36-43

26. Седов, М.С. Звуковая динамика зданий и сооружений / М.С. Седов // Изв. вузов. сер.: Строительство. - 1997-№ 8. - С.19-23

27. Седов, М.С. Звукоизоляция / М.С. Седов // Техническая акустика транспортных машин: справочник под ред. д-ра техн. наук профессора Н.И.Иванова. СПб.: Политехника, 1992. - Глава 4 - С.68-106

28. Седов, М.С. Проектирование звукоизоляции: учебное пособие / М.С. Седов. Горький: ГГУ им. Н.И.Лобачевского, 1980. - 54 с.

29. Седов, М.С. Прогнозирование и измерения звуковой среды: Учебное пособие / М.С. Седов, В.Н. Бобылев, В.Н. Большаков. Нижний Новгород: ННГУ, 1991. - 67 с.

30. Седов, М.С. Звукоизоляция и звукопоглощение: учебное пособие для студентов вузов / М.С. Седов; под ред. Г.Л. Осипова, В.Н. Бобылева. -М.: Изд-во ACT: Изд-во Астрель, 2004. Главы 1-7 - С. 11-134.

31. Скучик, Е. Простые и сложные колебательные системы: монография / Е. Скучик.-М.: Мир, 1971.

32. Снижение шума в зданиях и жилых районах / Г.Л. Осипов, Е.Я.Юдин, Г. Хюбнер и др.; под ред. Г.Л.Осипова, Е.Я. Юдина. М.: Стройиздат, 1987, с. 285-289

33. Справочник по защите от шума и вибраций жилых и общественных зданий / под ред. В.И. Заборова. Киев: изд. «Будивэльнык», 1989.

34. Справочник по технической акустике / под ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера. Л.: Судостроение, 1980. С. 301-306.

35. Степанов, В.Б. О возможности расчета звукоизоляции и звукопоглощения слоистой конструкцией на основе энергетической модели. / В.Б. Степанов // Сб. тр. XI сес. Рос. акуст. об-ва. М.: НИИСФ, 2001.-Т. 4.-С. 96-99.

36. Степанов, В.Б. О среднегеометрическом входном импедансе ограниченной конструкции / В.Б. Степанов // Акуст. журн. 1995. -Т.41. - №3 - С.487-489.

37. Тартаковский, Б.Д. Звуковые переходные слои / Б.Д. Тартаковский // Сб. докл. АН СССР. -1950. -Т. 75. С. 29-32.

38. Тартаковский, Б.Д. Волновой метод расчета звуко- и виброизолирующих и поглощающих структур / Б.Д. Тартаковский // Борьба с шумом и звуковой вибрацией, МД НПТ. 1982. - С. 108-126.

39. ГОСТ 27296-87 Звукоизоляция ограждающих конструкций: методы измерения. М.: Издательство стандартов. 1988. 20 с.

40. ГОСТ 16297-80. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие: методы испытаний. М.: Издательство стандартов. 1981.

41. ГОСТ 26417-85 Материалы звукопоглощающие строительные: метод испытания в малой реверберационной камере. М.: Издательство стандартов. 1985. 8 с.

42. СНиП-23-03-2003 Защита от шума и акустика. М.: Издательство стандартов. 2004. 45 с.

43. СП-23-103-2003 Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. С-Пб.: Изд-во ДЕАН, 2004. -80 с.

44. Berger H.W. Die Zuftschalldampfung von Wanden//Forscung aus dem Gebiete des Jugenieuwesens- 1932. B.3. - S.193-202

45. Cremer L., Heckl M. Korpeschall, Berlin, Springer-Verlag, 1968

46. Gosele K. Zur Luftschalldammung von einschaligen Wanden and Decken. Acustica. 1968. - Vol. 20. - № 6.

47. Gremer L. Theorie der Schalldammung dunner Wande bei schra Einfall.Akust.Zeitchrift. 1942. - №7

48. Heckl M. Die Schalldammung von homogenen einfachwanden endlicher Flache. Acustica. 1960. -Vol.10. - № 2.

49. Lyon R., Maidanik G. Power flow between lineary coupled oscillators.// The journal of the Acoustical Society of America. 1962. - Vol. 34. - P.623-635

50. Reissner H. Der senkrechte und schrage Durchtritt einer in einem flussiger Medium ersugten ebenen Dilatations (longitudinal) Welle durch eine in diesem Medium befmdliche planparallelefeste Platte//Helv.Phys.ASTA. -1938.-B.il.-S.140-149

51. Schoch A. Die physicalischen und technischen Grundlagen der Schalldammung im Bauwesen, Leipzig. -1937. S. 147-185

52. Watters B.G. Transmission loss of some masonry walls. The journal of the Acoustical Society of America. 1959. - Vol. 31. - № 7