автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Звукоизоляция легких ограждающих конструкций зданий из элементов с вибродемпфирующими слоями

На правах рукописи КОЧКИН АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ ЛЕГКИХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ С ВИБРОДЕМПФИРУЮЩИМИ СЛОЯМИ

Специальность: 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 5 АПР 2013

Вологда-2013 г.

005057744

005057744

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Вологодский государственный технический университет».

Официальные оппоненты: Леденев Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Городское строительство и автомобильные дороги» ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

Овсянников Сергей Николаевич доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Архитектура гражданских и промышленных зданий» ФГБОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Клюева Наталия Витальевна

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Промышленное и гражданское строительство» ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО "Московский государственный

строительный университет" Национальный исследовательский университет

Защита состоится 19 июня 2013 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 007.001.01 при ФГБУ «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук» по адресу: 127238 г. Москва, Локомотивный проезд, д. 21, светотехнический корпус, к. 205, тел. (495) 482-40-76, факс (495) 482-40-60.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-методическом фонде НИИ строительной физики РААСН.

Автореферат разослан апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Умнякова Нина Павловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.

Снижение шума и обеспечение акустического комфорта в зданиях является актуальной проблемой, решение которой имеет важное экологическое и социально-экономическое значение. Для снижения шума в настоящее время разработаны эффективные строительно-акустические методы, в том числе и метод звукоизоляции. Звукоизоляция ограждений является наиболее рациональным способом снижения шума, проникающего в помещения как из смежных объемов, так и снаружи здания. В то же время использование традиционных методов звукоизоляции связано с увеличением массы ограждения и, соответственно, с необходимостью увеличения несущей способности конструкций зданий. Последнее ведет к удорожанию их строительства. Требуется разработка новых конструкций, обладающих необходимой звукоизоляцией и имеющих при этом небольшую поверхностную массу. К таким конструкциям относятся легкие ограждения из слоистых элементов. Более высокая акустическая эффективность таких конструкций может быть обеспечена за счет использования в их составе элементов со слоями из вибродемпфирую-щих материалов, повышающих конструктивные коэффициенты потерь в этих элементах.

Для разработки акустически эффективных легких ограждений с вибро-демпфирующими элементами, обладающих требуемой звукоизолирующей способностью, необходимы надежные методы оценки влияния параметров элементов и материалов слоистых конструкций на их звукоизоляцию, теоретическое и методологическое обеспечение их проектирования, а также достаточный объем экспериментальных исследований звукоизоляции отдельных слоистых элементов и легких ограждений в целом. В этой связи развиваемое в работе направление исследований звукоизолирующих конструкций является актуальным в области строительной акустики, создающим условия для проектирования и внедрения в практику строительства эффективных звукоизолирующих конструкций с использованием современных строительных материалов и технологий.

Целью работы является развитие теоретических и методологических основ для разработки легких звукоизолирующих конструкций из элементов с

вибродемпфирующими слоями, обеспечивающих высокую акустическую и технико-экономическую эффективность.

Основные задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- разработать новые типы легких свегопрозрачных и непрозрачных ограждающих конструкций из элементов с вибродемпфирующими слоями;

- исследовать на основе теории самосогласования звуковых полей помещений и вибрационных полей пластин прохождение и излучение звука в слоистых элементах с вибродемпфирующими слоями и разработать математическую модель для оценки их звукоизоляции;

- создать метод построения частотных характеристик звукоизоляции слоистых элементов конечных размеров с вибродемпфирующими слоями;

- исследовать на основе теории самосогласования звуковых полей помещения и вибрационных полей пластин прохождение и излучение звука в ограждающих конструкциях, состоящих из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями;

- разработать метод расчета звукоизоляции двойного ограждения с воздушным промежутком из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями;

- создать экспериментальную установку и разработать методику исследований ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями в условиях реверберационных звуковых полей;

- исследовать экспериментально влияние физико-механических характеристик прозрачных и непрозрачных слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями на их собственную звукоизоляцию и звукоизоляцию ограждающих конструкций в целом;

- разработать с использованием теоретических и экспериментальных данных работы методику проектирования легких ограждений с комплексным учетом всех влияющих на звукоизоляцию конструктивных параметров и свойств материалов слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями.

Научную новизну работы составляют:

- новые легкие ограждающие конструкции из элементов с вибродемпфирующими слоями, обеспечивающие по сравнению с традиционными звукоизолирующими конструкциями более высокую акустическую и технико-экономическую эффективность;

- теоретическая модель, описывающая прохождение и излучение звука в слоистых элементах конечных размеров с вибродемпфирующими слоями;

- теоретическая модель, описывающая прохождение и излучение звука в двойном ограждении с воздушным промежутком, состоящем из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями;

- методы расчета звукоизоляции одинарных и двойных ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями;

- результаты исследований влияния на звукоизоляцию слоистых элементов конечных размеров с вибродемпфирующими слоями: массы элементов, изгибной жесткости, внутренних потерь и других факторов в нормируемом диапазоне частот;

- результаты исследований влияния на звукоизоляцию ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями физико-механических характеристик отдельных элементов и ограждающих конструкций в целом;

- разработанные рекомендации по проектированию легких ограждающих конструкций с учетом обеспечения требуемой звукоизоляции при эксплуатации.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

- предложена и теоретически обоснована методология проектирования новых слоистых элементов конечных размеров с вибродемпфирующими слоями и конструкций из этих элементов, позволяющая разрабатывать акустически эффективные и экономически целесообразные звукоизолирующие ограждения;

- разработан метод расчета звукоизоляции конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями, и создана программа для его реализации на ЭВМ, позволяющая производить выбор легких звукоизолирующих конструкций на основе их многофакторного проектирования.

Научная методология решения задач и методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические исследования выполнены на основе теории М.С. Седова о самосогласовании звуковых полей помещения и вибрационного поля пластины применительно к слоистым элементам с вибродемпфирующими слоями. Экспериментальные исследования выполнены по специально разрабо-

тайной методике в больших реверберационных камерах с использованием электроакустической аппаратуры фирмы «Брюль и Къер».

Положения, выносимые на защиту:

- новые легкие ограждающие конструкции из элементов с вибродемп-фирующими слоями, предназначенные для использования в качестве звукоизолирующих конструкций в зданиях;

- теоретические модели, описывающие прохождение и излучение звука в слоистых элементах конечных размеров с вибродемпфирующими слоями и в двойных ограждающих конструкциях с воздушным промежутком, состоящих из этих элементов;

- методы расчета звукоизоляции одинарных и двойных ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями;

- результаты исследований влияния на звукоизоляцию элементов с вибродемпфирующими слоями и на звукоизоляцию конструкций, выполненных из этих элементов, физико-механических характеристик отдельных элементов и ограждающих конструкций в целом;

- метод расчета звукоизоляции легких ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями и разработанная программа для его реализации на ЭВМ;

- рекомендации по проектированию легких ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями и технологии его изготовления с учетом обеспечения требуемых звукоизоляционных качеств в процессе эксплуатации.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждена на основе сравнительного анализа расчетных и экспериментальных данных, полученных в больших реверберационных камерах для слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями при различных физико-механических характеристиках слоев, а также для легких ограждающих конструкций, состоящих из этих элементов. Все необходимые расчеты при сравнительном анализе теоретических и экспериментальных исследований производились на ЭВМ по специально разработанной программе.

Материалы диссертации обсуждались на: II - IV научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов (Вологда, 1983, 1984, 1986 г.); научных конференциях молодых ученых Волго-Вятского региона (Горький, 1983, 1984 г.); семинаре ЛДНТП «Акустическая изоляция помеще-

ний и оборудования в промышленности и на транспорте» (Ленинград, 1985 г.); научно-техническом семинаре «Механика и технология полимерных и композиционных материалов и конструкций» (Санкт-Петербург, 1992 г.); международной практической конференции «Проблемы инженерного обеспечения экологии городов» (Пенза, 1999 г.); международной практической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2002 г.); V международной конференции «Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте (Череповец, 2002 г.); международной практической конференции «Реконструкция - Санкт-Петербург» (Санкт-Петербург, 2003 г.); научно-технических семинарах «Защита от шума и акустическое благоустройство зданий и населенных пунктов» (Москва, НИИСФ РААСН, 2003-2007, 2012 г.); всероссийских научно-технических конференциях «Вузовская наука - региону» (Вологда, 2002, 2004-2006, 2010 г.); XV и XVIII сессиях Российского акустического общества «Архитектурная и строительная акустика. Шумы и вибрации» (Москва, 2004, 2006 г.); IV международной практической конференции «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (Пенза, 2005 г.); научно-технической конференции с международным участием «Строительная физика в XXI веке» (Москва, НИИСФ РААСН, 2006 г.); научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия» (Санкт-Петербург, 2006 г.); международной научно-технической конференции «Гармонизация европейских и российских нормативных документов по защите населения от повышенного шума» (Москва - София - Кавала, НИИСФ РААСН, 2009 г.); девятой международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития жилищного хозяйства городов и населенных пунктов» (Москва - София - Кавала, 2010 г.); международной научно-практической конференции «Энергосбережение и экология в строительстве и ЖКХ, транспортная и промышленная экология» (Москва - Будва, НИИСФ РААСН, 2010 г.); XV международной научно-практической конференции «Проблемы и пути развития энергосбережения и защиты от шума в строительстве и ЖКХ» (Москва - Будва, НИИСФ РААСН, 2011 г.); научной конференции - П-ГУ академические чтения, посвященные памяти академика Г.Л. Осипова (Москва, 2010-2012 гг.).

Внедрение результатов работы. Результаты работы переданы департаменту строительства Вологодской области и внедряются в практику строи-

тельства подрядных организаций области. Расчетные зависимости и методы использованы при разработке легких ограждающих конструкций с вибродемпфированием для снижения шума в жилых комнатах, смежных с автоматической телефонной станцией ОАО «Северо-Западный Телеком»; в жилых комнатах, смежных с пристроенным боулингом торговой фирмы «Золотой ключик»; в ремонтно-механическом цехе ОАО «Вологодский завод железобетонных изделий и конструкций», а также при оценке снижения шума на объектах, запроектированных проектно-производственной мастерской «Перспектива». Программное обеспечение используется в ОАО «ПИИ Промлес-проект» при выполнении проектных работ и в учебном процессе ВоГТУ при подготовке специалистов, бакалавров и магистров по направлениям «Строительство» и «Архитектура». Новизна и полезность результатов работы подтверждена пятью патентами.

Публикации. По теме диссертации опубликована 61 работа, в т.ч. 14 из них в изданиях по списку ВАК, 5 патентов, зарегистрирована программа для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 349 наименований и 15 приложений. Основной материал, включая рисунки и таблицы, изложен на 283 страницах, объем приложений - 37 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрена актуальность работы, сформированы цель и задачи исследований, показана новизна и практическая значимость работы, дана общая характеристика работы.

В первой главе приведена классификация конструктивных решений легких звукоизолирующих ограждений, определены факторы, влияющие на звукоизоляционные характеристики конструкций из элементов с вибродемп-фирующими слоями, выполнена оценка современных теоретических расчетов и методик в области звукоизоляции легких ограждающих конструкций с позиции возможности их использования для оценки звукоизоляции слоистых элементов с промежуточным вибродемпфирующим слоем, определены основные направления исследований.

Выполненный в работе анализ возможных путей повышения звукоизоляции ограждающих конструкций зданий показал, что одним из эффектив-

8

ных направлений разработки таких конструкций является создание легких ограждающих конструкций, состоящих из слоистых элементов и содержащих в своем составе слои из вибродемпфирующих материалов. В главе рассмотрены и предложены легкие ограждающие конструкции, состоящие из слоистых вибродемпфированных элементов (СВДЭ), представляющие два и более жестких листа (стекла, металла, гипсокартона, гипсоволокна, фанеры, ЦСП и др.), соединенных между собой промежуточными вибродемпфирующими материалами (ВДМ). Показано, что в отличие от конструкций для снижения вибрации, где ВДМ имеет очень высокий коэффициент потерь, для звукоизолирующих СВДЭ может использоваться ВДМ с меньшим коэффициентом потерь. Это связано с тем, что в области неполных пространственных резо-нансов и простых пространственных резонансов существует граничная величина эффективного коэффициента потерь СВДЭ, превышение которой не ведет к увеличению звукоизоляции.

Целенаправленное проектирование звукоизолирующих конструкций с вибродемпфирующими слоями требует надежных методов оценки влияния на их звукоизоляцию различных параметров отдельных слоев и целых элементов, входящих в состав слоистых конструкций. В главе выполнен анализ возможных методов оценки звукоизоляции предлагаемых конструкций. Анализ показал следующее.

Прохождение звука через слоистые ограждения исследовано достаточно подробно и описано в работах Л.М. Бреховских, Л.М. Лямшева, В.И. Заборо-ва, Л. Беранека, С. Нарайнана, В. Томсона. Отмечается, что, когда слоистая система состоит из параллельных твердых пластин бесконечной протяженности без жидких слоев между ними, задача не может быть сведена к случаю одиночной однослойной пластины.

Имеются работы по анализу звукоизоляции трехслойных панелей с заполнением между металлическими листами материалом типа пенопласта. Г. Куртце изучил вклад изгибных и сдвиговых волн в суммарное движение таких панелей. Установлено, что на высоких частотах определяющей является жесткость внешних листов. Влияние потерь на внутреннее трение учитывается на высоких частотах - в области граничной частоты волнового совпадения и выше. Вопросы звукоизоляции слоистых ограждений с заполнением материалом типа пенопласта рассматривали также Е.Г. Голоскоков, В .П. Ольшанский, С.И. Бешенков, В.И. Юлин, С.С. Коробка, А. Майер.

Оптимизация СВДЭ, используемых для виброизоляции, рассматривалась в работах Г.М. Авиловой, Б.Д. Тартаковского, Н.И. Наумкиной, Р.З. Ша-кировой, В.А. Гуляева. Ими установлены оптимальные параметры трехслойных вибропоглощающих конструкций с учетом толщины слоев, комплексного модуля упругости и частоты. Работы по испытанию и применению слоистых вибродемпфирующих материалов и конструкций для борьбы с шумом и вибрацией в промышленности и на транспорте выполнены JI.C. Бородицким, И.И. Боголеповым, Н.И. Ивановьм, И.И. Клюкиным, A.C. Никифоровым, А.Г. Позамонтиром, Л.С. Фрумкиным, JI. Кремером, X. Оберстом, А. Шом-мером, X. Браунишем, Д. Меада, А. Лэвисом и др.

Прохождение звука через двойные ограждения с воздушным промежутком рассмотрено в работах Е. Винтергерста, К. Гезеле, Л. Кремера, А. Лондона, Л. Беранека. Установлено, что в диапазоне действия резонансов типа «масса - упругость - масса» звукоизоляция двойного ограждения с воздушным промежутком может быть ниже звукоизоляции однослойного ограждения равной поверхностной массы. В работах И.И. Боголепова, М.С. Седова и А.П. Юферева показано, что на самых низких частотах звукоизоляция двойной конструкции с воздушным промежутком равна звукоизоляции панели с массой, равной массе обеих пластин. На более высоких, но тоже низких частотах, звукоизоляция двойных конструкций имеет минимум в районе резонансной частоты системы «масса - упругость - масса». В области средних и высоких частот двойная конструкция имеет явное преимущество перед панелью равной массы.

В целом анализ существующих результатов исследований звукоизоляции слоистых ограждений показал следующее.

Звукоизоляция легких конструкций с вибродемпфирующими слоями зависит от физико-механических характеристик материалов, конструктивных решений, условий соединения с соседними ограждениями и др. В этой связи процесс проектирования звукоизоляции является многофакторным процессом, требующим комплексного учета всех факторов. Достоверные сведения о звукоизоляции легких конструкций можно получить при наличии надежной теоретической модели, описывающей прохождение и излучение звуковой энергии в этих конструкциях с учетом конечности размеров, условий закрепления, физико-механических характеристик материалов и др. Обоснование достоверности теоретической модели, а также исследование влияния отдель-

ных факторов и параметров конструкций на их звукоизоляцию возможно на основе экспериментальных данных, получаемых на экспериментальных установках, позволяющих иметь надежную информацию о действующих факторах и параметрах конструкций.

Основными направлениями исследований, исходя из этого, являются:

- разработка на основе теории М.С. Седова математической модели для описания волновых процессов в конструкциях ограниченных размеров с виб-родемпфирующим слоем;

- разработка экспериментальной установки и выполнение на ней исследований влияния различных факторов на звукоизоляцию СВДЭ с целью выявления оптимальных параметров конструкций;

- разработка метода расчета звукоизоляции легких ограждений, позволяющего проектировать конструкции с требуемыми звукоизолирующими характеристиками.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы прохождения и излучения звука в слоистых элементах конечных размеров с вибродемпфирую-щим слоем с шарнирным опиранием по контуру в проеме акустически жесткого бесконечного экрана. Считая, что при звуковых колебаниях элемента условия непрерывности движения на границах наружных листов и вибродемпфи-рующего слоя выполняются, на основе теории М.С. Седова о самосогласовании звукового поля пространства и вибрационного поля элемента исследован процесс прохождения звука в наиболее практически важных частотных областях: полных пространственных резонансов (Ш1Р), неполных пространственных резонансов (НПР), простых пространственных резонансов (ПрПР).

В случае воздействия на трехслойный элемент плоских волн диффузного звукового поля результирующее звуковое давление представится в виде бесконечного двойного ряда

. т'лх . п'лу ПЧ

P=X2>oi»vsin-sin—Г~ К)

т'=0п'=0 а "

Свободная изгибная волна fV0i, возникшая в результате воздействия на элемент звуковых волн, падает на границу у = О под некоторым углом а , и смещение для элемента записывается как

с _ л i(ax+kxsiaa+kyœsa) <")\

SOI — л\е ' '

где А\ = Ае"Р - амплитуда волны; (р - начальный фазовый угол. Для отраженных свободных изгибных волн выражение ^ы имеет вид

2 _ л ¡(ах+кхзша-кусояа),

Ъ02 — 2 » К5)

й _ л ¡(ая-кхьта+куооьа). ...

ЬОЗ — лЪе '

е — Л ,Аох-кх$та-ку««а)

Ь04 ~ л4е • ^

Последующее распространение волны приводит к образованию новых волн, характеристики которых полностью совпадают с характеристиками ранее образованных. Следовательно, волновое движение является замкнутым, и собственные колебания трёхслойного элемента формируются четырьмя волнами

При условии, когда падающая волна имеет начальную фазу —л,

итоговое смещение пластины в действительной форме записывается как е е . т.лх . п,лу

£ = £08ш—вш-^-со $ах, ^

где = 4 А

Соотношение (6) является собственной функцией трехслойного шар-нирно опёртого элемента с промежуточным вибродемпфирующим слоем.

Анализ выражения для амплитуды вынужденных колебаний элемента указывает, что ее отклик различен для разных областей частот. В области частот ниже граничной частоты волнового совпадения наибольший отклик существует тогда, когда согласование звуковых полей (1) и собственного поля элемента (6) характеризуется состоянием неполных пространственных резонансов (т*т, п = п, т=т,пФп) или простых пространственных резонансов (тФт, пФп). На частотах выше граничной частоты волнового совпадения наибольший отклик происходит на полных пространственных резонансах ( т = т, п = п).

При исследовании условий прохождения звука через элемент с учетом его конечных размеров установлено, что степень прохождения звука наибольшая при ППР, меньшая при НПР и еще более низкая в области ПрПР.

Величина излучаемой акустической мощности согласно соотношению, связывающему величину колебательной скорости элемента и давления про-

шедших звуковых волн по всей площади элемента, для области ППР определяется как

=^а-в¥28, (7)

где V2 - усредненный квадрат колебательной скорости;

^ =-^г(/2 сое02В1С2 -/, совб^). (8)

Для области средних частот, где преимущественный вклад дают НПР, излучаемая мощность определяется зависимостью

^ = 4 2":\22+Рт\-пв (9)

2 2 л2 АГ в (п2„-п'2)2

Для области ПрПР излучаемая мощность определяется как

2 2

шР - Р0С0 Т7 аа 16 дд, "ср__тср

2 - 2 4 2 2 2 2 2 2 X

л- (пСр-пср) (тср-тср)

1 (10)

Х А/- (-/ш0П02 со5 0то"О2 с051 в™ о"01 ''

а/т„л0

гдеДЛГ = -^(<-<). (11)

4л"

Суммарная мощность, излучаемая слоистым элементом, складывается из собственных волн колебания и излучения чисто вынужденных волн. Вынужденные колебания и излучаемая при этом звуковая энергия определенным образом связаны с законом массы. Изменения излучаемой мощности за счет излучения при вынужденных колебаниях учтены в методе расчета путем введения понятия эффективного коэффициента потерь. В выражениях (9) и (10) характеристики излучения т2р и п2р определяются как:

_ 4а2/;* пва2 4Ьг/Д т.Ъг П2)

где тв =-, „__./«_

со с0

Из дифференциального уравнения движения трехслойного элемента определена величина скорости распространения упругих волн

4с1 +суг-с14с1 -сУъ = 0. (13)

Установлено, что вибродемпфирующий слой изменяет характер скорости распространения упругих волн вдоль элемента принципиально так же,

13

как и жесткий пластмассовый заполнитель с малым коэффициентом потерь в известных сэндвичевых панелях у Г. Куртце и В.И. Юлина.

Полученные в работе выражения для колебательных скоростей и излучаемой акустической мощности позволили получить формулы звукоизоляции для слоистых элементов. В области ППР звукоизоляция определяется как

ю4 $(со*2в€-сои2вн) ^ ^

Для области НПР звукоизоляция определяется зависимостью

ю4 N(¿/,0)8 к

Видно, что в этой области частот звукоизоляция зависит от размеров элемента. С их увеличением звукоизоляция повышается.

В области ПрПР выражение для звукоизоляции имеет вид

Я = тЫ* * (16)

Ю [1-(/ср//)2]Я

В работе определены граничные частоты расчетных областей. При рассмотрении зависимости скорости распространения бегущей волны от частоты в СВДЭ установлено, что граничная частота волнового совпадения за счет существенного вклада сдвиговых деформаций расположена в высокой области частот, где спектр частот собственных колебаний элемента плотный. Поэтому граничный ППР можно считать с достаточной точностью равным граничной частоте волнового совпадения

= _Со_ Ыт'ср -(/•" + Т)5 + тДлТк'Со2 - (Р + Г)5]2 + - ТЦц) ^

** 2(т-Т1Л3)

Граничная частота НПР определяется по формулам

, _ кгтлу

У 1'тг:

™'№2ГтПа +5)

2 я

а" 2л- У + «

где Г- жесткостные параметры слоистого элемента, зависящие от геометрических и механических характеристик слоев;

п = п" + Оп {/'гтщ );

2 2 Л

п

а

в

За значение частоты НПР принимается наименьшее из значений, определенных по формулам (18), (19).

Резонансные частоты, на которых выполняются условия максимального прохождения звука, определяются при рассмотрении картины согласования

Граничные частоты определяют частотные участки, в пределах которых звукоизоляция управляется массой, частотой звука, коэффициентом потерь, зависит от размеров элемента и его жесткостных параметров.

Пример расчета частотных характеристик звукоизоляции слоистых элементов по формулам (14), (15), (16) дан на рис. 2.

В целом получены следующие результаты. На основе рассмотрения процессов образования волнового движения найдены волновые числа и определены собственные функции колеблющегося трехслойного шарнирно-опертого элемента с вибродемпфирующим слоем. Собственные функции позволили перейти к определению амплитудных значений скорости, что в свою очередь дало возможность решить вопрос об излучении трехслойного элемента. Используя подход к оценке собственных колебаний как о замкнутом волновом движении, определены собственные числа и найдены фазовые соотношения бегущих однородных и неоднородных волн. Суммарное волновое движение трехслойного элемента для дискретного ряда частот позволяет перейти к рассмотрению процесса согласования вибро- и звуковых полей для произвольного диапазона частот. Распространение методики решения задач излучения при вынужденных колебаниях пластин на случай трехслойных элементов дало возможность определить звукоизоляцию рассматриваемых элементов с учетом их конструктивных особенностей и конечности размеров. Предлагаемый волновой подход к решению задач о колебаниях трехслойных элементов и их излучению показал, что механизм прохождения звука различен для областей простых, неполных и полных пространственных резонан-сов. Поэтому при рассмотрении звукоизоляции необходимо учитывать деление нормируемого диапазона частот на соответствующие области. Впервые отмечено явление, что в области НПР звукоизоляция СВДЭ управляется

звуковых и вибрационных полей /тп = с0/4а .

массой, частотой звука и, в отличие от закона массы, коэффициентом потерь каждого конструктивного слоя, жесткостью и размерами элементов.

В третьей главе рассмотрено прохождение и излучение звука в конструкциях из двух трехслойных элементов с внутренним вибродемпфирующим слоем, разделенных воздушным промежутком (рис. 1).

Р' Ґ , Р'

пр 1 "Р2 г прЪ

; т

d

Wt

Рис. 1. Схема прохождения звука через двойное ограждение

При внешних шумовых воздействиях в ограждающей конструкции возникают собственные колебания, определяемые свойствами ограждения. Колеблющееся ограждение в этом случае излучает звуковую мощность в режиме собственных колебаний. Излучаемая акустическая мощность в рассматриваемом диапазоне частот определяется соотношением

рйс0?Ітп АІ ^ (20)

р 8 eos в eos вгр

где Á2 - характеристика самосогласования, определяющая связь волн звукового поля и поля собственных колебаний конструкций

Я"ь . т2лх . л2лу • тогт . п02лу sin —-— sin ¿ sin ~ -— sin ш ' ax dy a b a b

-~b-■ (21)

rrin2/no2^sin2»mgLfrjy

oo a b

Суммарная амплитуда звукового давления нижнего полупространства в действительной форме имеет вид

_ ?j0[cos(2 kd cos M 2-2T +т2-2{і-т )cos(2kd cos 0)' V '

где t - коэффициент проницаемости ограждения, который для случая резонансного прохождения звука находится из выражения

г =__:__(23)

р 2,3лт'2 ft] cos ecpcoseip + (раса )2 Л4 Из (23) видно, что регулировать звукоизоляцию в этом случае можно

16

изменением коэффициента потерь Т].

Используя принципы Остроградского - Гамильтона и учитывая, что

изучаемая мощность ограждающей конструкции определяется соотношением

(аЬ

^ = —Яе| 2

\\Pvdxdy коо

(24)

получено выражение для излучаемой мощности ограждения за счет инерционных колебаний элемента. Излучаемая инерционными волнами акустическая мощность согласно теории М.С. Седова определяется как

А,с0 аЬ (25)

и коэффициент инерционного прохождения звука определяется выражением

т =_^и РосР_

и л2та /2 соьвсо5в2и+Р£<р1с1' V '

Подставив (26) в (22) имеем

5 Т„р0^(2кс1 со5в)-(\ - ти)] (27)

{р) 2-2ги+^-2(1-ги)со5(2Ысо8<9)' В области частот выше граничной выражение для излучаемой энергии, соответственно для каждого типа волн, при (Ы)т = шг+ 2,25 имеет вид

. КотйК™ , (28)

к.

где Ут - усредненный квадрат колебательной скорости для выбранного интервала частот. Пронумеровав квадратами колебательной скорости ^т в заданном интервале частот можно записать

^нм=£о£оайр25) (29)

2

где 5 - коэффициент излучения, определяемый как

А/

Рассматривая квадрат звукового давления как сумму давлений падающих на элемент волн в пределах телесного угла между конусами, образующие которых наклонены к нормали под углами внивв, можно записать

р] = 2рг \cosdsmede = р2{со&10, -со%2вн\ (30)

в.

где р - звуковое давление диффузного поля. Тогда для V2 при (к1)т = тп + 2,225 имеем

р_ (0,424¥Р1а?__(т

Для {И)т = тк

=2 = 4/г р2 (соз 2#я - сод 20„). (32)

2{иТй)тА(от}

Выражение для суммарной излучаемой мощности с учетом найденных значений Ут определяется как

где Б=±

_{р0с0)аЬЗ лр2{соъ2вв-со52вн) 4 2(отА(от) Г I-Г- I-7~'\

1 0,022

[м]2 Ы

О],

'<!< (33)

^'л"~/иГ Л"

Д, - некоторая добавка, зависящая от изменения величины звукового давления в воздушном промежутке.

Д, = соъ{2М соэ в).

Найденные выражения колебательных скоростей и излучаемой акустической мощности позволили получить формулы для определения звукоизоляции двойных ограждений из СВДЭ.

В результате звукоизоляция в области ППР находится как

Л -7353«^^ (34)

(росо)25л-(со520в-со82^)

где А = - добавка к звукоизоляции двойной конструкции, учиты-

вающая волновые процессы в воздушном промежутке.

Звукоизоляция в области НПР определяется как

¿ = 1018 (35)

При расчетах звукоизоляции в третьоктавных полосах частот формула (35) имеет вид

103 5

где 5 = 0,07

™ь

Полученные выражения (34) и (35) дают возможность определить звукоизоляцию двойных ограждений из трехслойных элементов конечных размеров в диапазоне частот /Гтп0 -/-/Гтп •

Звукоизоляция в области ПрПР определяется как

1Д4т'2 /А/Т]

Л = 101ё

•-И2 я-л?

[ Ш]

(37)

При расчетах в третьоктавных полосах частот формула (37) имеет вид

(38)

где 5 = 0,027Ш

2 2 ™ср ^ср

10л

/2 >2\2, 2 /2 \2 ' (Пср-Пср) (тср~тср)

ав , 2 „г

АЫ = -—(1<пв -Кпн) - число резонансов в рассматриваемой полосе частот.

4 к

Из полученных выражений видно, что при расчете звукоизоляции двойного ограждения с трехслойными элементами необходимо производить расчеты отдельно в каждом частотном диапазоне, учитывая механизм самосогласования звукового поля воздушного пространства и волнового поля собственных колебаний выбранной конструкции. Полученные формулы для оценки звукоизоляции двойных ограждений из слоистых элементов позволяют решать задачи по целенаправленному проектированию конструкций. Методика расчета и проектирования звукоизоляции двойных ограждений из слоистых элементов при наличии воздушного промежутка рассмотрена в главе 7 работы.

В четвертой главе приведена методика экспериментальных исследований звукоизоляции легких ограждающих конструкций в больших ревербера-ционных камерах ВоГТУ.

Для экспериментальных исследований влияния различных факторов на звукоизолирующую способность СВДЭ и конструкций из них в ВоГТУ построены большие реверберационные камеры. Исследования звукоизоляции в камерах производились по стандартной методике с использованием двухка-нального анализатора 2260 фирмы «Брюль и Къер» в реальном масштабе

19

времени со встроенным генератором шума. Точность измерений оценивалась методами математической статистики.

На основании анализа существующих способов заделки установлено, что наиболее приемлемой является заделка конструкций в проемах на гипсовом растворе. Она с достаточным приближением моделирует шарнирное опирание, принятое в теоретической модели (глава 2), и не дает значительного демпфирования по краям ограждений.

При расчетах звукоизолирующей способности конструкций необходимы сведения о динамических характеристиках материалов наружных и вибро-демпфирующих слоев: динамическом модуле упругости и коэффициенте потерь. Для их определения использован резонансный метод.

Для оценки точности теоретической модели и разработанных на ее основе формул измерения производились на отдельных слоистых элементах и конструкциях, состоящих из слоистых элементов с воздушным промежутком между ними. Исследования производились на СВДЭ, состоящих из листов фанеры, стали, стекла, ГКЛ, ГВЛ, ЦСП, соединенных между собой ВДМ из бутвела, нафталана, эпоксидной смолы, силикона и из наплавляемых гидроизоляционных материалов (бикрост, линокром, техноэласт и др.). На рис. 2 и 3 в качестве примера приведены полученные теоретически и экспериментально характеристики звукоизоляции СВДЭ и конструкций, изготовленных из них. Видно согласование расчетных и экспериментальных данных.

ЯдВ 50

40 35

20 15 10

-о 9 «и" ■ ^ 3.

+ * // /

ч /

V/ V \ \ X 1

X» \ ч\ 2

и

1 - /г™. =18^ гч Ггш =3868А III

«•» * 1 —!—1— к- 1

8 3 8 8 Я

О «О

Я й

ц^ Й Й Й

й й

1. Гц

Рис. 2. Частотные характеристики звукоизоляции СВДЭ, состоящего из двух стекол толщиной по 3 мм и прослойки из нафталана толщиной 1 мм: 1 - экспериментальная кривая; 2 - расчетная кривая; 3 - закон массы

КдБ

70 -

65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 30 -25 -20 -15 -

(оеоомиаей^-Оеле^-цэщсмиэютгюоодо

ч-1-*-С^СМ<О'<*ЮС0ОО СМ (О

т-" о" ^ Гц

Рис. 3. Частотные характеристики звукоизоляции двойного светопрозрачного ограждения из слоистых элементов, состоящих из двух листов ГВЛ толщиной по 10 мм, склеенных слоем техноэласта толщиной 3 мм, установленных с воздушным промежутком 25 мм: 1 - экспериментальная кривая; 2 - расчетная кривая

В целом установлено, что большие реверберационные камеры ВоГТУ и разработанная методика экспериментальной оценки звукоизоляционных качеств слоистых элементов и ограждений из них позволяют производить целенаправленные исследования с целью определения оптимальных конструктивных решений, обеспечивающих требуемую звукоизоляцию в заданном при проектировании диапазоне частот.

В пятой главе произведено исследование влияния параметров и физико-механических характеристик светопрозрачных СВДЭ на их звукоизоляцию и звукоизоляцию выполненных из них светопрозрачных конструкций.

Выполненный в работе предварительный анализ светопрозрачных СВДЭ и конструкций, изготавливаемых из них, показал резервы повышения их звукоизоляции за счет целенаправленного проектирования путем соответствующего подбора параметров слоистых элементов и физико-механических характеристик материалов, входящих в их состав. С этих позиций в главе 6 разработана программа многофакторных экспериментальных исследований параметров и физико-механических характеристик светопрозрачных СВДЭ и ограждений из них. Исследовалось влияние на звукоизолирующую способность: коэффициента потерь и динамического модуля упругости вибродемп-

фирующего слоя элемента; толщины вибродемпфирующего слоя; соотношения толщин стекол в симметричных и ассиметричных трехслойных элементах; увеличения количества слоев в элементах. Произведена оценка роста звукоизоляции ограждений с трехслойными элементами при разной толщине листов по сравнению с ростом звукоизоляции ограждений из однослойных элементов такой же толщины. Дана оценка влияния толщины воздушного промежутка между СВДЭ на звукоизоляцию свегопрозрачного ограждения из двух СВДЭ. В главе приведен также ряд других исследований, результаты которых способствуют целенаправленному проектированию свегопрозрачных СВДЭ и конструкций, выполняемых из них.

Установлено, что динамические характеристики СВДЭ в значительной мере определяются коэффициентом потерь и динамическим модулем упругости вибродемпфирующего слоя. Степень влияния во многом определяется их соотношением с характеристиками стекол. Стекла имеют коэффициент потерь на порядок ниже, но при этом модуль упругости его значительно выше. Сравнение частотных характеристик звукоизоляции стекла и СВДЭ (рис. 4) показывает, что наличие ВДМ в составе элемента повышает звукоизоляцию в области граничной частоты волнового совпадения и выше на 5^10 дБ. Наибольшее повышение наблюдается на граничной частоте волнового совпадения.

Рис. 4. Частотные характеристики звукоизоляции ограждения, состоящего из двух стекол толщиной по 3 мм и прослойки из нафталана толщиной 1,0 мм: 1 - измеренные в 2005 году, Я\у=34 дБ; 2 - измеренные в 2010 году, Я\у=ЗЗдБ; 3 - стекло толщиной 6 мм, Кму=28 дБ; 4 - закон массы

Коэффициент потерь и динамический модуль упругости В ДМ при эксплуатации могут изменять свойства под воздействием ультрафиолета. Для оценки этого влияния проведен эксперимент на элементах, состоящих из двух листов стекла и прослойки из нафталана. Измерения звукоизоляции производились с разницей во времени в 5 лет (2005 и 2010 годы). В этот период элементы подвергались воздействию природного ультрафиолета. Коэффициент потерь за этот период времени уменьшился, а модуль упругости возрос. За 5 лет динамический модуль упругости нафталана увеличился с 3,3х10711а до 6,7х107Па, а граничная частота волнового совпадения элемента снизилась с 3777 Гц до 3508 Гц. В результате этого звукоизоляция снизилась всего лишь на 1 дБ. Следовательно, светопрозрачные СВДЭ могут эксплуатироваться при воздействии природного ультрафиолета без существенного снижения их звукоизоляции (рис. 4).

Оценено влияние толщины вибродемпфирующего слоя на звукоизоляцию СВДЭ. Установлено, что изменение толщины слоя не дает существенных преимуществ по сравнению с толщиной слоя, определяемой конструктивным решением элементов и равной 0,6-^1,0мм. Увеличение толщины нафталана с 1 до 4 мм в СВДЭ со стеклами толщиной по 4 мм приводит к росту звукоизоляции всего лишь на 1дБ. Следовательно, увеличение толщины ВДМ в СВДЭ выше величин, определяемых конструктивным решением СВДЭ, технически и экономически нецелесообразно.

Оценено влияния толщин стекол в симметричном трехслойном элементе на его звукоизоляцию при постоянной толщине прослойки из ВДМ. Примеры частотных характеристик звукоизоляции СВДЭ при разных толщинах стекол приведены на графиках рис. 5 и 6. На графиках приведены также характеристики звукоизоляции сплошных элементов из стекла, с толщиной равной толщине двух слоев стекла. Видно, что разница в звукоизоляции элементов из стекла и СВДЭ существенна и достигает 8 дБ для тонких стекол с толщиной 2 мм. При увеличении толщины стекла эффект влияния вибродемпфирующего слоя снижается и составляет, например, при толщине стекла СВДЭ 5 мм 3 дБ. Следовательно, наиболее эффективными являются светопрозрачные СВДЭ из тонких листов. При увеличении толщины, что необходимо при больших проемах, эффективность СВДЭ по сравнению со сплошными стеклами снижается и, тем не менее, составляет величину не ниже 3 дБ. Это в ряде случаев оказывается существенным для светопрозрачных ограждений.

Оценено влияние соотношения толщин стекол на звукоизоляцию асим-

метричных трехслойных элементов. Установлено, что разница в толщинах стекол СВДЭ практически не влияет на их звукоизоляцию, по сравнению со звукоизоляцией при равных толщинах листов. Таким образом, в СВДЭ целесообразно использовать стекла одинаковой толщины.

RjB 50

45 40 35 30 25 20 15 10

3 /

««» * / /

✓ * / у /

1

»* * S S А S \ 2

/ \ \ < / \ X X *

г \ / \ V / Jn = 3164 Ги J*p = 4720Гц

\ / / г 1— Tin

(Ч N П

Л Ю Ю

СП СО сч in ю

Ю СП со о

'.Гц

Рис. 5. Частотные характеристики звукоизоляции ограждений: 1 - трехслойное, состоящее из двух стекол толщиной по 2 мм и прослойки из нафталана толщиной 1 мм, (1=12 кг/м2, 11у/=ЗЗдБ; 2 - стекло толщиной 4 мм, (1=11,6 кг/м2, Я\у=25дБ; 3 - закон массы

адв 60

55 50 45 40 35 30 25 20

и»

✓ ✓ *

у Л Vi

✓ У \ _2

/ V / \ \ / /

О \ \ ф ч N. У /

\ \ / / \ \ / у' f3 -1 1 Л 1 Гт - flP =1246Л^ 1 1 1 1-

# «к» Mill' —

f. Гц

Рис. 6. Частотные характеристики звукоизоляции ограждений: 1 - трехслойное, состоящее из" двух наружных листов силикатного стекла толщиной по 5 мм и прослойки из нафталана толщиной 1 мм, |_1=25,6 кг/м2, 11у/=37дБ; 2 - силикатное стекло толщиной 10 мм, (1=24,4 кг/м2,11\у=34дБ; 3 - закон массы

Исследовано влияние увеличения количества слоев СВДЭ на его звукоизоляцию. Выполнен анализ звукоизоляции 5- и 3-х слойных СВДЭ с равной поверхностной плотностью. Установлено, что увеличение количества слоев несущественно влияет на изменение звукоизоляции, а в ряде случаев приводит к ее снижению за счет возникновения дополнительных резонансов. Увеличение количества слоев свегопрозрачных СВДЭ более трех является нецелесообразным.

Свегопрозрачные СВДЭ входят в состав двойных свегопрозрачных ограждений. Произведена оценка изменения звукоизоляции двойных ограждений с трехслойными СВДЭ при разной толщине листов по сравнению со звукоизоляцией двойных ограждений с однослойными элементами такой же толщины. Установлено, что конструкции с СВДЭ имеют более высокую звукоизоляцию во всем нормируемом диапазоне частот. Звукоизоляция при СВДЭ в целом выше на 4 дБ (рис. 7). Следовательно, конструкции свегопрозрачных ограждений со слоистыми элементами имеют преимущества по звукоизоляции по сравнению с конструкциями, заполнение проемов которых выполнено из сплошного стекла.

ю <о 00

Рис. 7. Частотные характеристики звукоизоляции ограждений: 1 - два СВДЭ из двух листов спгекла толщиной по 3 мм и прослойки из нафталана толщиной 1 мм, установленные с воздушным промежутком 50 мм, 11\у=44 дБ; 2 - два стекла толщиной по 6 мм, установленные с воздушным промежутком 50мм, 11\у=39 дБ; 3 - слоистый элемент, состоящий из двух листов стекла толщиной по 3 мм и прослойки из нафталана толщиной 1 мм, ц=15,3 кг/м2,11\у=34дБ; 4 - стекло толщиной 6 мм, ц=15 кг/м2,11\у=28дБ; 5 - закон массы образцов 3 и 4

Оценено влияние толщины воздушного промежутка на звукоизоляцию светопрозрачного ограждения из двух СВДЭ. Рассматривались конструкции из двух СВДЭ без воздушного промежутка и с воздушными промежутками 10, 20, 30, 50, 100,125, 150, 200 мм. Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 8 и 9. Установлено, что повышение звукоизоляции за счет промежутка составляет примерно 3^5 дБ при толщине воздушного промежутка 50 мм и 7-40 дБ при толщине 100 мм. Повышение также зависит от собственной звукоизоляции СВДЭ. Например, при СВДЭ со стеклами по 2 мм и по 5 мм разница в дополнительной звукоизоляции составляет 3 дБ при толщине промежутка 50 мм и 5 дБ при толщине 100 мм.

КдБ 75,0

70,0

65,0

60,0

55,0

50,0

45,0

40,0

35,0

30,0

25,0

20,0

15,0

2 -- ~ 5 ».Гц

Рис. 8. Частотные характеристики звукоизоляции двойного светопрозрачного ограждения из СВДЭ, состоящих из двух стекол толщиной по 4 мм и прослойки из нафталана толщиной 1 мм, установленных с воздушным промежутком: 1 - 10 мм, К\у=44 дБ; 2 - 20 мм, 1^=47 дБ; 3-30 мм, 11\у=49 дБ; 4 - 50 мм, Я\у=51 дБ; 5 - 100 мм, Яуу=55 дБ; 6 - 125 мм, 11^56 дБ; 7 - 150 мм, Ы,у=57 дБ; 8 - 200 мм, 11ш=58 дБ

Д^ДБ 25

20

15

10

5

0 10 20 30 40 50 100 150 200

<3, мм

Рис. 9. Зависимость от толщины воздушного промежутка дополнительной звукоизоляции двойного ограждения из СВДЭ, состоящих из двух стекол толщиной по 4 мм с прослойкой из нафталана толщиной 1 мм

В шестой главе приведены результаты исследования влияния физико-механических характеристик СВДЭ и их параметров на звукоизоляцию непрозрачных ограждающих конструкций. Рассматривались конструкции из различных листовых материалов (металла, ГВЛ, ГКЛ, фанеры, ЦСП и др.). СВДЭ из этих материалов применимы в составе многослойных конструкций, например, в качестве облицовок, в каркасных перегородках фирмы ТИГИ КНАУФ. В таких перегородках облицовки в настоящее время устраиваются в виде двух листов ГВЛ или ГКЛ, соединенных между собой (насухо) саморе-зами. Повышение звукоизоляции конструкций за счет применения СВДЭ может быть обеспечено путем целенаправленного проектирования конструкций с соответствующим подбором параметров слоистых элементов и физико-механических характеристик материалов, входящих в их состав. Ниже приводятся результаты исследований параметров СВДЭ и физико-механических характеристик их материалов на звукоизолирующую способность элементов и ограждений, запроектированных из этих элементов.

В настоящее время в конструкциях слоистых элементов из листов ГВЛ и ГКЛ в качестве вибродемпфирующего слоя могут применяться материалы из наплавляемых гидроизоляционных материалов, герметиков, материалов на основе переработанных отходов полимеров и т.п. В отличие от слоистых конструкций, используемых для снижения вибрации, где вибропоглощающий материал должен иметь высокий коэффициент потерь, для ограждающих элементов с листами из ГВЛ в качестве вибродемпфирующего слоя могут применяться обычные материалы с меньшим коэффициентом потерь. В области НПР и в области ПрПР существует предельная величина коэффициента потерь, дальнейшее повышение которой не ведет к увеличению звукоизоляции.

27

У легких СВДЭ с поверхностной плотностью менее 100 кг/м2 граничная частота волнового совпадения, как правило, находится в нормируемом диапазоне частот. Поэтому для повышения звукоизоляции конструкций из таких элементов необходимо смещать граничную частоту волнового совпадения в область более высоких частот за пределы нормируемого частотного диапазона. Это возможно путем регулирования величиной динамического модуля упругости вибродемпфирующего слоя.

Ниже рассмотрено влияние коэффициента потерь и динамического модуля упругости вибродемпфирующего слоя на звукоизоляцию СВДЭ. На рис. 10 даны частотные характеристики звукоизоляции слоистого элемента, состоящего из двух слоев ГВЛ, склеенных ВДМ с различными значениями динамического модуля упругости и коэффициента потерь. Видно, что использование ВДМ из техноэласта (77 = 0,03 и Ед=2,1107 Па) по сравнению с

ВДМ из эпоксидной смолы (77 = 0,01 и Ед=3,3 108 Па) приводит к повышению звукоизоляции за счет более высокого коэффициента потерь и смещения граничной частоты волнового совпадения в область более высоких частот за счет уменьшения динамического модуля упругости.

35

8 13 § 8 й

8 8 ё

У А ^ 5 // / /

\ * ч // ґ ) / 1

/ * \ \ / \ * ■лґ- > К з_

/ л\ V, / Л' \ •и / ( ! \ V- У *__ / "Ч / \ \ 2_

чл Ч А 1 / і - / / 1 4_

✓ \ > / / - /¿=1665Гц\ -1-к-1-1— 1— 1 4 =3255Л, —1—1—1—1—

й ю <4 .Г--

Г Гц

Рис. 10. Частотные характеристики звукоизоляции СВДЭ, состоящего из двух листов ГВЛ толщиной по 10 мм: 1 - склеенных техноэластом толщиной 3 мм, /1 = 28 кг/м2, дБ; 2 - склеенных эпоксидной смолой,

// = 24,3 кг/м2, 1^=33 дБ; 3 - склеенных элабитом, ¡1 = 26,6 кг/м2, Я\¥=40 дБ; 4 - без склеивания, ц = 23,4 кг/м2, Я\у=37 дБ; 5 - закон массы

Определенное влияние на звукоизоляцию трехслойного элемента с ГКЛ и ГВЛ оказывает толщина ВДМ. Например, изменение толщины ВДМ от 3 до 12 мм смещает граничную частоту волнового совпадения с 3255 Гц до 4135 Гц (примерно на 1/3 октавы) и обеспечивает рост звукоизоляции в зоне до граничной частоты волнового совпадения до значений по «закону массы». Рост толщин уменьшает глубину провала и тем самым повышает звукоизоляцию конструкции в зоне, близкой к граничной частоте волнового совпадения и выше ее на 6+9 дБ. Таким образом, изменением толщины ВДМ возможно в определенной мере влиять на частотную характеристику звукоизоляции. Это влияние существенно при более высоком коэффициенте потерь и меньшем динамическом модуле упругости вибродемпфирующего слоя, то есть для проектирования эффективных звукоизолирующих конструкций из СВДЭ необходимо иметь механизм регулирования характеристик ВДМ.

Изменение толщины листов в трехслойных конструкциях с ГВЛ, ЦСП и фанерой так же, как и в конструкциях из тонких листовых материалов, оказывает существенное влияние на звукоизоляцию элементов с ВДМ. При увеличении толщины листов растет изгибная жесткость, и происходит перемещение граничной частоты волнового совпадения в более низкий диапазон частот. Такое смещение граничной частоты волнового совпадения при росте общей поверхностной плотности практически нивелирует эффект повышения звукоизоляции от роста массы конструкции. Это явление менее существенно проявляется в более тяжелых и жестких конструкциях. Например, в СВДЭ из ЦСП также имеется смещение граничной частоты волнового совпадения, но при этом наблюдается общий рост звукоизоляции за счет прироста поверхностной плотности конструкции. Следовательно, при проектировании необходимо целенаправленно подбирать толщину конструкции исходя из объемной плотности и динамического модуля упругости материала листов.

Повышение звукоизоляции слоистых элементов из ГВЛ можно достигать путем увеличения количества листов и вибродемпфирующих слоев. Для оценки эффекта повышения звукоизоляции за счет увеличения количества листов и ВДМ проведены исследования звукоизоляции многослойных элементов, результаты которых приведены на рис. 11. Анализ частотных характеристик показывает, что увеличение количества слоев конструкции при одной и той же их толщине ведет к увеличению звукоизоляции за счет увеличения поверхностной плотности элемента. При этом проявляется положитель-

ный эффект снижения величины провала звукоизоляции на граничной частоте волнового совпадения. Видно, что положение граничной частоты волнового совпадения при увеличении количества листов не изменяется. Это косвенно свидетельствует о том, что положение граничной частоты волнового совпадения в основном определяется изгибной жесткостью одного листа. Таким образом, при проектировании многослойных элементов из ГВЛ следует стремиться, если это возможно конструктивно выполнить, к большему количеству слоев при минимальной толщине отдельного листа. В этом случае граничная частота волнового совпадения будет перемещаться в зону высоких частот и звукоизоляция, соответственно, в большем диапазоне частот будет подчиняться закону массы. 60 55 50 45 40 35 30 25 20

Шс00с>1ю0и>;-0е>£э0,_10<осч110тт1-10<0с00 .-<-1-СЧС*Р>'Ч-1П<ОСО СМ см"-- «о

<о f, гц

Рис. 11. Сравнение частотных характеристик звукоизоляции многослойных элементов: 1-1 слой ГВЛ толщиной 10 мм, // = 11,9 кг/м2, Я\у=33 дБ; 2 - трехслойный элемент, состоящие из двух листов ГВЛ толщиной по 10 мм, склеенных одним слоем техноэласта толщиной 3 мм, // = 27 кг/м2, Яуг=41 дБ; 3 - пятислойный элемент, состоящий из трех листов ГВЛ, склеенных двумя слоями техноэласта, // = 42 кг/м2, Кду=44 дБ; 4 - семислойный элемент, состоящий из четырех листов ГВЛ, склеенных тремя слоями техноэласта, // = 57,1 кг/м2, 11\у=47дБ; 5 - девятислойный элемент, состоящий из пяти листов ГВЛ, склеенных четырьмя слоями техноэласта, // = 72,2 кг/м2, 49дБ

Наиболее широкое распространение в практике строительства с листовыми элементами из ГВЛ и ГКЛ имеют двойные ограждающие конструкции с воздушным промежутком. Звукоизоляция их существенно зависит от собственной звукоизоляции трехслойных элементов с листами из ГКЛ и ГВЛ и

<*

■ - _ -- У

•- —■. -.. X <

/ -- * 4

V < к к* N А л .. - V \ 3,

л 'Л V N р* * л V 2

ф *' ■ ■ # \ 1

1 / "

толщины воздушного промежутка. В главе исследовано влияние этих факторов на звукоизоляцию. Полученные частотные характеристики звукоизолирующих конструкций из листов ГВЛ и ГКЛ приведены на рис. 12. В настоящее время используются в основном двойные ограждающие конструкции с листами ГВЛ и ГКЛ, соединенными «насухо», например, перегородки по типовым решениям фирмы ТИГИ КНАУФ. Как видно из рис. 12, имеется резерв существенного повышения звукоизоляции легких ограждающих конструкций за счет замены конструкции с панелями, соединенными «насухо», на панели из СВДЭ.

ЯдБ

Рис. 12. Частотные характеристики звукоизоляции двойного ограждения: 1-2 трехслойных элемента, состоящие из двух листов ГВЛ толщиной по 10 мм, склеенных техноэластом с воздушным промежутом 50 мм, 1^=56 дБ; 2 - по два листа ГВЛ толщиной по 10 мм без склеивания с воздушным промежутом 50 мм, 1^=50 дБ; 3 - 4 листа ГВЛ толщиной по 10 мм без склеивания, К\у=40дБ

Анализ частотных характеристик показывает, что двойные ограждающие конструкции из слоистых элементов с ГВЛ и ГКЛ имеют характеристики звукоизоляции по частотам, подобные частотным характеристикам звукоизоляции отдельных элементов, увеличенных на величину дополнительной звукоизоляции за счет воздушного промежутка. Видно, что провалы в звукоизоляции двойных ограждений соответствуют граничным частотам волнового совпадения отдельных слоистых элементов. На графиках рис. 13 видно, что эффективность СВДЭ двойных ограждений зависит от ВДМ слоев. За счет соответствующего выбора ВДМ можно повысить звукоизоляцию до 12 дБ и более.

31

70 -65 60 55 50 45 40 35 30 25 20

т-*-т-СМСЧСО^Г1Л<ОСО СЧ СМ-*- «О

со Гц

Рис. 13. Частотные характеристики звукоизоляции двойного ограждения с воздушным промежутком 50 мм из трехслойных элементов, состоящих из двух листов ГВЛ толщиной по 10 мм, склеенных: 1 - эпоксидной смолой, Я\у=43 дБ; 2 - силиконом, Я\у=49 дБ; 3 - элабитом, 11у/=53 дБ; 4 - линокро-мом, Яи/=55 дБ

При исследовании влияния толщины воздушного промежутка на звукоизоляцию двойных ограждений установлено, что увеличение воздушного промежутка приводит к росту звукоизоляции (рис. 14). При этом провал в звукоизоляции наблюдается на граничной частоте волнового совпадения, который соответствует граничной частоте волнового совпадения отдельных элементов. Расположение этих провалов в звукоизоляции в частотном диапазоне находится в одних и тех же местах, независимо от того, соединены листы «насухо» или склеены вибродемпфирующим слоем.

Величина дополнительной звукоизоляции мало зависит от того, как устроены элементы двойного ограждения (соединены «насухо» или склеены), однако общая звукоизоляция за счет более высокой собственной звукоизоляции слоистых элементов является значительно большей по сравнению с элементами, соединенными «насухо».

Следует отметить тот факт, что в настоящее время в практике устройства легких ограждающих конструкций используются конструкции с воздушным промежутком толщиной не более 60-^80 мм. В таких конструкциях не полностью используется резерв звукоизоляции за счет толщины воздушного промежутка. На основании выполненных исследований рекомендуется принимать толщину воздушного промежутка, равную 100 мм. За счет изменения

воздушного промежутка от 50 до 100 мм звукоизоляция увеличивается как минимум на 3-6 дБ (рис. 15), что практически равносильно такому росту звукоизоляции за счет увеличения их массы в два раза.

ЯдБ

Рис. 14. Частотные характеристики звукоизоляции ограждений: 1 — трехслойный элемент, состоящий из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм, склеенных техноэластом толщиной 6 мм, // = 21,6кг/м2; 11\у=39 дБ, 2 - двойное ограждение из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм без склеивания, с воздушным промежутком 50 мм, 11ш=48 дБ; 2 трехслойных элемента, состоящие из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм, склеенных техноэластом с воздушным промежутком: 3 — 00 мм, 1^=44 дБ; 4-25 мм, Яш=50 дБ; 5-50 мм, 1^=54 дБ; 6 - 75 мм, 11,^=57 дБ; 7 - 100 мм, Яч/=60 дБ; 8 - 125 мм, 1^=61 дБ; 9 - 150 мм, Яш=61 дБ

ЛЯ, дБ 25 1

20

10

19 22 , ■п 22

?1 22 22

■"18

13 15 \\

\_2

50

125

й, мм

Рис. 15. Дополнительная звукоизоляция двойных ограждений, состоящих из двух листов ГВЛ (1) или ГКЛ (2) толщиной по 10 мм, склеенных техноэластом толщиной 6 мм, в зависимости от толщины воздушного промежутка

В седьмой главе рассмотрена методика решения задач по расчету и проектированию ограждающих конструкций из легких СВДЭ.

На основании теоретических исследований звукоизоляции отдельных слоистых элементов и ограждающих конструкций из СВДЭ получены расчетные формулы, позволяющие производить расчет слоистых элементов и ограждений из них и проектировать эти конструкции, варьируя различными их параметрами. Например, для СВДЭ изменение звукоизоляции можно достигать за счет изменения характеристик динамического модуля упругости несущих слоев и за счет изменения динамического модуля упругости и коэффициента потерь В ДМ. В ограждающих конструкциях из этих элементов дополнительное регулирование звукоизоляции можно обеспечить за счет изменения толщины воздушного промежутка.

В главе даны методы практического расчета звукоизоляции СВДЭ и двойных ограждении из них. Для их реализации разработаны компьютерные программы.

Для оценки в реальных условиях эксплуатации акустической эффективности предлагаемых в работе легких ограждающих конструкций с СВДЭ разработан и внедрен в практику ряд легких ограждающих конструкций для различных практических случаев снижения шума. Показаны техническая возможность и акустическая эффективность применения таких конструкций.

Произведена оценка экономической эффективности применения звукоизолирующих ограждающих конструкций из СВДЭ. Выполненный пример расчета экономической эффективности этих конструкций показал целесообразность их разработки и внедрения в практику строительной отрасли Вологодской области. Согласно расчетам экономический эффект от замены обычных перегородок из листов ГВЛ, установленных на металлическом каркасе, на перегородки с СВДЭ будет составлять для Вологодской области 49 млн. рублей в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований получены следующие выводы и рекомендации:

1. Создание звукоизолирующих конструкций, обладающих высокой акустической и технико-экономической эффективностью, возможно на основе легких ограждающих конструкций, состоящих из элементов с вибродемпфи-

34

рующими слоями, конструктивные решения которых теоретически и экспериментально обоснованы в работе.

2. На основе анализа существующих теоретических исследований в области оценки звукоизоляции легких ограждающих конструкций и практики их применения для обеспечения звукоизоляции в гражданских и промышленных зданиях установлено, что существуют резервы повышения звукоизоляции этих конструкций за счет применения в их составе СВДЭ.

3. При теоретическом рассмотрении физических процессов образования волнового движения в элементах ограниченных размеров найдены волновые числа и определены собственные функции шарнирно опертого по контуру колеблющегося СВДЭ. Полученные собственные функции позволяют определить амплитудные значения скоростей и тем самым дают возможность выполнять расчеты звукоизлучения СВДЭ. Собственные функции позволяют определять на предварительной стадии расчета и проектирования элемента частотные области с повышенными амплитудами вибрационных колебаний.

4. В процессе теоретических исследований на основе волнового подхода к решению задачи о колебаниях слоистых ограждений и их излучении установлено, что механизм прохождения звука различен для областей простых, неполных и полных пространственных резонансов. В этой связи при оценке звукоизоляции необходимо производить деление нормируемого диапазона частот на соответствующие указанным резонансам области.

5. Впервые установлено, что в области НПР звукоизоляция СВДЭ управляется массой, частотой звука и, в отличие от известного закона массы для звукоизоляции, коэффициентом потерь каждого конструктивного слоя элемента, его жесткостью и размерами.

6. На основе теории самосогласования звуковых полей и вибрационного поля СВДЭ показана возможность регулирования их звукоизоляции за счет изменения коэффициента потерь элемента, его изгибной жесткости и размеров в плане. Найдены зависимости для оценки звукоизоляции СВДЭ в нормируемом диапазоне частот от поверхностной плотности, изгибной жесткости, размеров элемента и коэффициента потерь их конструктивных слоев.

7. На основе данных теоретических исследований и полученных формул для оценки звукоизоляции СВДЭ разработана методика расчета звукоизоляции слоистых элементов и компьютерные программы для ее реализации. Предложенная методика дает возможность производить анализ зависи-

мости звукоизоляции слоистых элементов от различных факторов и тем самым выполнять их целенаправленное проектирование путем варьирования, например, величинами динамических модулей упругости и коэффициентом потерь материалов элемента.

8. Произведено теоретическое исследование звукоизоляции двойного ограждения с воздушным промежутком, выполненного из СВДЭ. На основе исследований получены формулы для оценки звукоизоляции двойных ограждений из слоистых элементов с воздушным промежутком между ними. Формулы позволяют производить целенаправленное проектирование звукоизоляции таких ограждений. На основе полученных формул предложена методика расчета и проектирования двойных ограждений из СВДЭ. Для реализации методики разработана компьютерная программа.

9. Для проведения экспериментальных исследований звукоизоляции СВДЭ и выполняемых из них конструкций в ВоГТУ разработаны и созданы большие реверберационные камеры. Камеры и разработанная методика экспериментальной оценки звукоизоляционных качеств слоистых элементов и выполняемых из них ограждений позволили производить целенаправленные экспериментальные исследования параметров элементов и ограждений для разработки их оптимальных конструктивных решений, обеспечивающих в заданном при проектировании диапазоне частот звукоизоляцию, соответствующую нормативным требованиям.

10. Выполненный сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных показал, что теоретическая модель формирования вибрационных полей в слоистых элементах и расчетные формулы, полученные на ее основе, обеспечивают достаточную точность расчета и адекватно реагируют на изменение физико-механических характеристик материалов и параметров слоистых элементов, а также на изменение параметров ограждающих конструкций, состоящих из этих элементов. Расчетные формулы могут быть использованы для эффективного проектирования звукоизоляции ограждений из предлагаемых в работе слоистых элементов.

11. Проведенный в реверберационных камерах ВоГТУ комплекс экспериментальных исследований свегопрозрачных слоистых элементов дает возможность оценить влияние различных факторов на звукоизоляцию этих элементов. Установлено, что звукоизоляция свегопрозрачных слоистых элементов существенно зависит от соотношения динамического модуля упруго-

ста стекол и В ДМ и коэффициента потерь ВДМ. Влияние этих факторов существенно зависит от толщины склеиваемых стекол. Выявлено, что в свегопрозрачных слоистых элементах достаточно использовать ВДМ с толщиной в пределах 1,0 мм. Дальнейшее ее увеличение малоэффективно и нецелесообразно конструктивно. Установлено, что применение слоистых элементов с асимметричными по толщине слоями стекол нецелесообразно. Определено, что при равной поверхностной плотности элемента увеличение количества листов в конструкции несущественно влияет на рост звукоизоляции и в этой связи рекомендуется применять слоистые светопрозрачные ограждения из двух листов с ВДМ между ними. Установлено, что звукоизоляция свегопрозрачных ограждений из СВДЭ существенно зависит от толщины воздушного промежутка. Выявлено, что с точки зрения обеспечения эффективной звукоизоляции толщина воздушного промежутка должна быть в пределах 100 мм. Данное обстоятельство не учитывается в настоящее время при проектировании наружных свегопрозрачных ограждений. Ограждения проектируются в основном по условию теплозащиты.

12. Произведенный в реверберационных камерах ВоГТУ комплекс экспериментальных исследований непрозрачных слоистых элементов из тонких листов позволяет оценить влияние различных факторов на звукоизоляцию этих элементов. Установлено, что звукоизоляция элементов зависит от толщины листов, динамических характеристик материала листов, толщины и коэффициента потерь вибродемпфирующего слоя, от количества слоев листового материала в элементе и от других менее значимых факторов. Особенно существенное влияние на звукоизоляцию слоистых элементов с тонкими листами оказывают коэффициент потерь ВДМ и динамический модуль упругости материала листов. Путем их соответствующего подбора возможно обеспечить значительное повышение звукоизоляции, в том числе за счет смещения граничной частоты волнового совпадения в область высоких частот и даже за пределы нормируемого диапазона частот.

13. Выполненный в реверберационных камерах ВоГТУ комплекс экспериментальных исследований слоистых элементов с листами из ГВЛ, ГКЛ показал, что большое влияние на звукоизоляцию этих элементов оказывает выбор ВДМ по величине коэффициента потерь и динамического модуля упругости. Звукоизоляция слоистых элементов зависит также от толщины ВДМ и толщины склеиваемых листов. При проектировании таких элементов необ-

ходимо целенаправленно подбирать толщину листов и В ДМ с учетом их динамических модулей упругости и коэффициента потерь. Установлено, что звукоизоляция легких конструкций из слоистых элементов существенно зависит от толщины воздушного промежутка. Наиболее эффективными с точки зрения звукоизоляции являются конструкции с воздушным промежутком, равным 100 мм.

14. Применение на строительных объектах разработанных легких конструкций из слоистых элементов показало, что их акустическая эффективность соответствует расчетным данным и данным экспериментов, полученным в реверберационных камерах ВоГГУ. Звукоизолирующая способность предложенных для практического использования конструкций обеспечила требуемое снижение шума. Предлагаемые ограждающие конструкции из СВДЭ имеют большую экономическую эффективность. Например, применение легких ограждающих перегородок из слоистых элементов вместо традиционных легких ограждающих конструкций равной звукоизолирующей способности даст в условиях Вологодского строительного комплекса годовую экономию в 49 млн. руб.

15. В целом результаты теоретических исследований и обобщенные экспериментальные результаты диссертации определили возможности проектирования эффективных легких ограждающих конструкций из СВДЭ при заранее заданных параметрах звукоизоляции этих элементов. Достижение требований звукоизоляции может обеспечиться путем варьирования различными характеристиками проектируемых элементов с использованием предложенных в работе расчетных формул и методик.

16. Полученные в работе результаты позволяют определить дальнейшие перспективы разработки исследуемой темы. Разработке подлежат многослойные конструкции из слоистых элементов с двумя и более воздушными промежутками при заполнении их различными звукопоглощающими и инертными материалами. Использовать данный подход возможно и необходимо при проектировании широко применяемых в настоящее время каркасных звукоизолирующих перегородок типа ТИГИ КНАУФ. В этом случае анализу подлежат величины продольных и поперечных шагов элементов каркаса, количество слоев СВДЭ, их материал и другие параметры, влияющие на звукоизоляцию. Отдельные специальные исследования на основе полученных в работе теоретических результатов следует произвести на многослой-

ных конструкциях с вибродемпфирующими элементами при изменении их изгибной жесткости. Результаты этих исследований дадут возможность более эффективно использовать резерв повышения звукоизоляции за счет учета инерционного прохождения звука. Все указанные исследования могут быть выполнены на основе теоретических результатов работы с конкретизацией их для перечисленных выше и других новых конструкций. Исследования позволят определить частотные области дальнейшего повышения звукоизоляции легких ограждающих конструкций с элементами из вибродемпфирующих слоев, тем самым обеспечив их целенаправленное проектирование.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации

(* работы в изданиях из перечня ВАК):

1. Кочкин, А. А. О влиянии коэффициента потерь вибродемпфирован-ного слоистого ограждения на его звукоизоляцию /А. А. Кочкин // Реферативный журнал / ВНИИИС Госстроя СССР. - Горький, 1983. - №8. -7 с.

2. Седов, М. С. Изоляция воздушного шума кожухом со стенками из слоистых панелей с промежуточным вибродемпфирующим слоем /М. С. Седов, В. Н. Бобылев, А. А. Кочкин: информ. листок № 357-83 / Горьковский межотраслевой Центр НТИ. — Горький, 1983. - 4 с.

3. Кочкин, А. А. Исследование звукоизоляции слоистых вибродемп-фированных ограждений / А. А. Кочкин // Реферативный журнал / ВНИИИС Госстроя СССР. - Горький, 1984. - № 1. - 5 с.

4. Кочкин, А. А. Звукоизоляция слоистых пластин ограниченных размеров с промежуточным вибродемпфирующим слоем: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А. А. Кочкин; Московский институт инженеров ж/д транспорта. — М., 1984 .-24 с.

5. Седов, М.С. О звукоизоляции слоистых вибродемпфированных панелей и их применении в условиях эксплуатации / М.С. Седов, A.A. Кочкин //Акустическая изоляция помещений и оборудования в промышленности и на транспорте: материалы семинара / ЛДНТП. - Л., 1985.- С. 13-17.

6. Седов, М.С. Расчет звукоизоляции облегченных ограждающих конструкций: учеб. пособие / М.С. Седов, В.И. Юлин, A.A. Кочкин. - Горький: ГИСИ, 1985.-55 с.

7. *Седов, М.С. О звукоизоляции слоистых вибродемпфированных панелей ограниченных размеров / М.С. Седов, A.A. Кочкин //Известия вузов. Строительство и архитектура. - 1987. - № 8. - С. 55-58.

8. Кочкин, A.A. О звукоизоляции облегченных демпфированных ограждений при продолжительной их эксплуатации / A.A. Кочкин, Ю.Я. Машьянов //Длительное сопротивление конструкционных материалов и

вопросы расчета элементов конструкций: межвуз. сб. - Ленинград - Вологда, 1991.- С. 70-71.

9. Гречишкин, А. В. Методы контроля и пути повышения звукоизоляционных качеств оребренных ограждений / А. В. Гречишкин, Ю. Я. Машьянов, А. А. Кочкин // Механика и технология полимерных материалов и конструкций: тезисы докл. науч.-техн. семинара / ВИТО. - СПб., 1992. - С. 89-90.

10. Кочкин, A.A. Звукоизоляция слоистых вибродемпфированных панелей / A.A. Кочкин, ЮЛ. Машьянов // Механика и технология полимерных и композиционных материалов и конструкций: тезисы докладов науч.-техн. семинара/ВНТО.-СПб., 1992.- С.91-92.

11. Машьянов, ЮЛ. Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий: учеб. пособие / Ю.Я. Машьянов, A.B. Гречишкин, A.A. Кочкин. - Вологда: ВоПИ, 1994. - 64 с.

12. Кочкин, A.A. О повышении звукоизоляции ограждений в условиях реконструкции зданий/ A.A. Кочкин, Ю.Я. Машьянов // Проблемы инженерного обеспечения и экологии городов: междунар. науч.-практ. конф. - Пенза, 1999.- С.58-61.

13. Кочкин, A.A. О звукоизоляции слоистых вибродемпфированных ограждений / A.A. Кочкин // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: сб. науч. тр. международной науч.-техн. конференции. -Пенза, 2002,- С. 198-201.

14. Кочкин, A.A. О способе повышения звукоизоляции ограждений на транспорте /A.A. Кочкин // Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте: V междунар. конференция: материалы конференции. - Череповец, 2002,- С.50-53.

15. Кочкин, A.A. О повышении звукоизоляции ограждающих конструкций зданий /A.A. Кочкин // Реконструкция Санкт-Петербург-2003: междунар. науч.-практ. конф.: сб. докладов. — СПб., 2002. - С. 130-132.

16. Кочкин, A.A. Об эффективности звукоизоляции многослойных ограждений с вибропоглощающим промежуточным слоем /A.A. Кочкин // Защита от шума и акустическое благоустройство зданий и населенных пунктов: материалы науч.-техн. семинара / НИИСФ РААСН. - М., 2003. -С. 101-102.

17. Кочкин, A.A. Исследование звукоизоляции ограждающих конструкций в реверберационных камерах ВоГТУ /A.A. Кочкин // Вузовская наука - региону: вторая всероссийская науч.-практ. конф. - Вологда, 2004. -С. 432-435.

18. Кочкин, A.A. К оценке погрешности измерений звукоизоляции ограждений /A.A. Кочкин, Н.М.Дементьев, Л.Э. Быкова // Вузовская наука - региону: вторая Всероссийская науч.-практ. конф. - Вологда, 2004. - С. 435436.

19. Кочкин, A.A. О способе повышения звукоизоляции ограждений /

A.A. Кочкин // Обеспечение защиты от вредных и опасных физических факторов среды обитания человека в зданиях и на территории застроек: материалы науч.-техн. семинара/НИИСФ РААСН. - Севастополь, 2004. - С. 89-91.

20. Кочкин, A.A. К вопросу о звуковом давлении в воздушном промежутке между двумя ограждениями // Сб. тр. 15-й сессии Российского акустического общества / ГЕОС. - М„ 2004. - С. 180-182.

21. Кочкин, A.A. Создание акустического комфорта в жилом здании конструктивным способом / A.A. Кочкин, Л.Э. Быкова //Экология, акустика и защита от шума: материалы науч.-техн. семинара. — Севастополь, 2005. — С. 32-34.

22. Кочкин, A.A. К вопросу о звукоизоляции слоистых вибродемпфи-рованных ограждений с использованием гипсоволокнистых листов /A.A. Кочкин, Л.Э. Быкова // Вузовская наука - региону: материалы третьей всероссийская науч.-техн. конф. / ВоГТУ: в 3 т. — Вологда, 2005. — Т.1. — С. 34-36.

23. Кочкин, A.A. Исследование звуковых полей в реверберационных камерах ВоГТУ / A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова //Эффективные строительные конструкции: теория и практика: материалы 6-й междунар. науч.-техн. конф. - Пенза, 2005. - С. 215-218.

24. Кочкин, A.A. О влиянии вибропоглощающей прослойки на звукоизоляцию слоистых ограждений /A.A. Кочкин // Защита населения от повышенного шумового воздействия: науч.-техн. конф. с международным участием /Балтийский гос. техн. университет. - СПб., 2006. — С. 265-269.

25. Кочкин, A.A. Исследование волнового поля воздушного промежутка в составе двойной ограждающей конструкции /A.A. Кочкин //Акустика речи. Медицинская и биологическая акустика. Архитектурная и строительная акустика. Шумы и вибрации: сборник трудов 18-й сессии Российского акустического общества / ГЕОС. - М„ 2006,- Т.З. - С. 160-163.

26. Кочкин, A.A. Процесс самосогласования волнового поля воздушного промежутка /A.A. Кочкин // Актуальные проблемы акустической экологии и защиты от шума: материалы науч.-техн. семинара / НИИСФ РААСН. Севастополь, 2006. - С.41-44.

27. Кочкин, A.A. О регулировании звукоизоляции ограждающих конструкций / A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова // Вузовская наука - региону: материалы четвертой всероссийская науч.-техн. конф. / ВоГТУ: в 2 т. - Вологда, 2006. -Т.1.- С. 330-331.

28. Кочкин A.A. Снижение шума газовой котельной ВоГТУ с использованием слоистых вибродемпфированных ограждений. /A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова // Актуальные проблемы акустической экологии и защиты от шума: материалы науч.-техн. семинара /НИИСФ РААСН. - Севастополь, 2006.- С.48-50.

29. Кочкин, A.A. О звукоизоляции легких ограждающих конструкций с вибродемфирующими слоями /A.A. Кочкин // Строительная физика в XXI веке: материалы науч.-техн. конференции / НИИСФ РААСН. - М.: 2006. -С. 267-269.

30. * Кочкин, A.A. О звукоизоляции ограждающих конструкций с вибропоглощением /A.A. Кочкин // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2006. - № 10. - С.20-21.

31. * Кочкин, A.A. Влияние технологии вклеивания вибропоглощаю-щей прослойки на звукоизоляцию слоистой панели /A.A. Кочкин // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2006. - № 11. -С.12-13.

32. * Кочкин, A.A. Исследование изоляции ограждающих конструкций от воздушного шума в реверберационных камерах / A.A. Кочкин, Н.М. Дементьев // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2006. № 12,- С.43.

33. Кочкин, A.A. Исследование звукоизоляции установленных окон и пути ее повышения /A.A. Кочкин, Н.М. Дементьев // Актуальные проблемы защиты от шума зданий и территорий застройки: материалы науч.-техн. семинара / НИИСФ РААСН. - Севастополь, 2007.-С.42-45.

34. Кочкин, A.A. Расчет звукоизоляции многослойной конструкции /A.A. Кочкин //Гармонизация европейских и российских нормативных документов по защите населения от повышенного шума: материалы международной науч.-практ. конф. - Москва - София - Кавала, 2009. - С. 75-77.

35. Кочкин, A.A. Исследование звукоизоляции окон в натурных условиях и ее повышение / A.A. Кочкин, Н.М. Дементьев // Гармонизация европейских и российских нормативных документов по защите населения от повышенного шума: материалы международной науч.-практ. конф. — Москва -София - Кавала, 2009. - С. 78-81.

36. Кочкин, A.A. Защита жилья от шума технологического оборудования методами звукоизоляции. /A.A. Кочкин, Л.Э. Шаппсова //Гармонизация европейских и российских нормативных документов по защите населения от повышенного шума: материалы международной науч.-практ. конф. — Москва -София-Кавала, 2009,- С. 147-149.

37. Кочкин, A.A. О влиянии энергии потерь на прохождение звука /A.A. Кочкин // Вузовская наука - региону: материалы восьмой всерос. науч.-техн. конф. /ВоГТУ: в 2 т. - Вологда, 2010. - T.I. - С.333-335 .

38. Кочкин, A.A. О повышении звукоизоляции существующей перегородки в жилом доме /A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова // Вузовская наука - региону: материалы восьмой всерос. науч.-техн. конф. / ВоГТУ: в 2 т. - Вологда, 2010.- T.I.- С.335-336.

39. Бобылев, В.Н. О звукоизоляции легких ограждений с вибродемпфирующими слоями /В.Н. Бобылев, A.A. Кочкин // Актуальные проблемы

развития жилищно-коммунального хозяйства городов и населенных пунктов: материалы 9-й международной науч.-практ. конференции. - Москва - София

- Кавала, 2010. - С. 49-52.

40. Кочкин, A.A., К вопросу о проблеме снижения уровней шума в жилых комнатах квартир / A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова // Актуальные проблемы развития жилищно-коммунального хозяйства городов и населенных пунктов: материалы IX международной науч.-практ. конференции. - Москва - София

- Кавала, 2010. - С. 221-223.

41. * Кочкин, A.A. О проектировании звукоизоляции легких ограждений с промежуточным вибродемпфирующим слоем /A.A. Кочкин // Academia. Архитектура и строительство. - 2010. - №3. - С. 191-193.

42. * Кочкин, A.A. О повышении звукоизоляции ограждающих конструкций / A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова // Academia. Архитектура и строительство. - 2010,- №3.- С. 198-199.

43. Кочкин, A.A. Проектирование звукоизоляции легких ограждений из слоистых панелей с промежуточным вибродемпфирующим слоем. /A.A. Кочкин //Энергосбережение и экология в строительстве и ЖКХ, транспортная и промышленная экология: материалы межд. науч.-практ. конф. /НИИСФ РААСН. - Москва-Будва, 2010,- С. 142-150.

44. Кочкин, A.A. О точности и достоверности измерения звукоизоляции в реверберационных камерах ВоГТУ /A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова // Энергосбережение и экология в строительстве и ЖКХ, транспортная и промышленная экология: материалы междунар. науч.-практ. конф. / НИИСФ РААСН.-Москва-Будва,2010.- С. 181-183.

45. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011610940. Расчет звукоизоляции трехслойных панелей с промежуточным вибродемпфирующим слоем /А. А. Кочкин. - Заявка № 2010617526; дата поступл. 30.11.2010; зарег. 25.01.2011.

46. Пат. 24088823 Российская Федерация, МПК F24F 7/00 (2006/01). Экономайзер оконного блока /А. А. Плеханов, А. А. Кочкин, Ю.Г.Лосев, А.В.Коняхин, H.A. Кочкин; заявитель и патентообладатель Вологодский гос. технический университет. - № 2009125889/06; заявл. 06.07.2009; опубл. 10.01.2011.-Б.и. № 1. - 4 с.

47. * Кочкин, A.A. Проектирование звукоизоляции слоистых вибро-демпфированных панелей на основе гипсоволокнистых листов /A.A. Кочкин // Вестник МГСУ: научно-технический журнал. - 2011. — Т.1, № 3. - С. 93-96.

48. * Кочкин, A.A. Исследование коэффициента потерь материалов и конструкций легких ограждений /A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова // Вестник МГСУ: научно-технический журнал. Периодическое издание - 2011. - Т.1, №3.- С. 366-370.

49. Пат. 106269 Российская Федерация: Звукоизолирующая панель с

вибродемпфирующими слоями / A.A. Кочкин; патентообладатель Вологодский гос. технический университет. № 2010148952; заявл. 30.11.2010; опубл. 10.07.2011,- Б. и. № 19. - 2 с.

50. Пат. 107802 Российская Федерация: Звукоизолирующая вибро-демпфированная слоистая панель с измененной изгибной жесткостью / A.A. Кочкин, Л.Э.Шашкова: патентообладатель Вологодский гос. технический университет. - № 2010150067; заявл. 06.12.2010; опубл. 27.08.2011. - Б. и. № 24. - 2 с.

51. Пат. 108057 Российская Федерация: Двойная звукоизолирующая конструкция с обшивками из слоистых вибродемпфированных панелей / А.А.Кочкин, Н.А.Кочкин; патентообладатель Вологодский гос. технический университет. - № 2011116574; заявл. 26.04.2011; опубл. 10.09.2011. - Б. и. № 25. - 2 с.

52. Пат. 114472 Российская Федерация: Двойная звукоизолирующая конструкция с обшивками из слоистых вибродемпфированных панелей с измененной изгибной жесткостью / А.А.Кочкин, Л.Э. Шашкова; патентообладатель Вологодский гос. технический университет. - № 2011117882/03; заяв. 04.05.2011, опубл. 27.03.2012. - Б. и. №9.-2 с.

53. Кочкин, A.A. К вопросу о прохождении звука через слоистые виб-родемпфированные панели конечных размеров /A.A. Кочкин //Проблемы и пути развития энергосбережения и защиты от шума в строительстве и ЖКХ: XV международная науч.-практ. конференция / НИИСФ РААСН. - Москва -Будва, 2011.- С. 154-159.

54. Кочкин, A.A. Влияние измененной изгибной жесткости вибродемпфи-рованного слоистого ограждения на его звукоизоляцию / A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова //Проблемы и пути развития энергосбережения и защиты от шума в строительстве и ЖКХ: XV международная науч.-практ. конференция/ НИИСФ РААСН.- Москва-Будва, 2011.-С. 189-191.

55. * Кочкин, A.A. Создание экологичной звуковой среды в зданиях с использованием звукоизолирующих слоистых ограждений с вибропоглощением / A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова // Известия Самарского научного центра РАН. - 2011. -Т. 13, № 1 (8). - С. 2098-2101.

56. * Кочкин, A.A. Легкие звукоизолирующие ограждающие конструкции из элементов с вибропоглощающими слоями / A.A. Кочкин // Известия Юго-Западного государственного университета. - Курск, 2011.- №5(38).-4.2. - С. 152-156.

57. * Кочкин, A.A. Повышение звукоизоляции слоистых вибродемпфированных ограждений путем уменьшения их изгибной жесткости /A.A. Кочкин, Л.Э. Шашкова // Известия Юго-Западного государственного университета. - Курск, 2011.-№5(38).- 4.2. - С. 159-162.

58. * Кочкин, A.A. Звукоизоляция слоистых вибродемпфированных элементов светопрозрачных ограждающих конструкций /А. А. Кочкин

//Строительные материалы. — 2012.- №6.- С. 40-41.

59. Кочкин, A.A. Анализ существующих методик и выполненных экспериментальных исследований звукоизоляции легких ограждающих конструкций с вибродемпфированием /А. А. Кочкин //Актуальные проблемы снижения акустического загрязнения для обеспечения экологической безопасности населения: материалы российско-украинского научно-технического семинара/НИИСФ РААСН. - Симферополь, 2012.-С. 11-19.

60. *Кочкин, A.A. Исследование влияния физико-механических характеристик слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями на звукоизоляцию непрозрачных ограждающих конструкций /А. А. Кочкин // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. -Томск.-2012,- № 3. - С. 111-116.

61. *Бобылев, В.Н. Исследование звукоизоляции слоистых вибро-демпфированных элементов непрозрачных ограждающих конструкций / В.Н. Бобылев, А. А. Кочкин // Приволжский научный журнал. - 2012. -№ 3. - С. 27-33.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1. Из латинского алфавита

A,,Bj - амплитуды прямой и обратной изгибных «бегущих» волн.

а,Ь - длина и ширина ограждения.

с0 - скорость звука в воздухе.

си - скорость волн в слоистом элементе.

с - скорость сдвиговых волн вибродемпфирующего слоя, нагруженного массами внешних слоев.

сис2,с3 - скорости изгибных волн некоторых условных однослойных

пластин с различными жесткостями.

d - толщина воздушного промежутка.

/гр =cül27r^nlD - граничная частота волнового совпадения.

/Гтп - граничный полный пространственный резонанс (ПНР).

/Гтч - граничный неполный пространственный резонанс (НПР).

/Гтл - граничный простой пространственный резонанс (ПрПР).

Л/Гтп - частотные поправки к граничной или текущей частоте за

счет конечности размеров.

/п - крайняя нижняя частота полосы.

fg - крайняя верхняя частота полосы.

/<р = /г/2 [ индексы. 2 и 1 относятся к верхней и нижней частотам

А/=/2-Л ] полосы Д/.

С - модуль сдвига.

й,,/^ - толщины верхнего и нижнего наружных слоев трехслойно-

го ограждения.

2Л3 - толщина промежуточного вибродемпфирующего слоя.

= <5)/с„ - волновое число.

М0 - разность волновых чисел среды, соответствующих край-

ним частотам полосы.

Ак0тл,Акотл - волновые числа среды, соответствующие крайним частотам /т,п,'/т2п2, на которых вклад резонанса остается решающим.

т,п - номера форм собственных колебаний пластины.

т',п - номера форм распределения звукового давления в плоско-

сти пластины.

ти0,п0 - числа, характеризующие звуковое поле в плоскости

ограждения.

т^щ - числа полуволн изгиба пластины вдоль ее сторон а ив.

тср>"ср\ - номера резонансов, соответствующих среднегеометриче-

т'ср,п'ср\ ской частоте /ср полосы д/.

ти>пи - наинизший номер резонанса в интервале.

тв,пв - наивысший номер резонанса в том же интервале.

Nв=m,+nв - число неполных пространственных резонансов в полосе ¿у.

усредненный номер неполного пространственного резонанса, соответствующего среднегеометрической частоте полосы А/.

дм - число резонансов пластины в полосе дг.

Рп.Рот'Рпр . звуковое давление в падающей, отраженной и прошедшей

звуковых волнах.

р=Рп+Рот - суммарное звуковое давление в падающей и отраженной звуковых волнах.

5 - коэффициент звукоизлучения.

- коэффициент излучения ограждения, усредненный в

полосе д/.

у(хуг) - колебательная скорость пластины.

ж .

*т>утп - амплитуда колебательной скорости пластины.

р^ - усредненное значение квадрата колебательной скорости

пластины в интервале д/^. мощность падающих звуковых волн.

- излучаемая (прошедшая через ограждение) акустическая мощность.

с - мощность, излучаемая упругими волнами.

- мощность, излучаемая инерционными волнами. х, у - текущие координаты.

/\7\ - жесткостные параметры ограждения.

2. Из греческого алфавита

а - угол падения изгибной волны на прямолинейную границу.

а' - вещественная часть мнимого угла падения изгибной волны.

атп<Ртп - углы совпадения звукового и вибрационного полей.

д,Уг - углы падения (излучения) звуковой волны по отношению к

координатным плоскостям г = 0,у=0,х = 0. т - круговая частота.

- среднегеометрическая величина между круговыми частотами наинизшего и наивысшего резонансов в том же интервале.

Д со^, - частотный интервал, в котором определяющий вклад в

результирующее движение пластин принадлежит тп -му резонансу.

Л.Яъ - длина изгибной волны без учета и с учетом сдвигов и

инерции вращения. Ла - длина звуковой волны.

М - поверхностная плотность ограждения.

£ - смещение полосы в изгибной волне.

р - плотность материала пластины.

р0 - плотность среды (воздуха).

Т - коэффициент звукопередачи ограждения.

Та - коэффициент инерционного прохождения звука.

<р,у/,в - начальные фазовые углы.

вх - угол падения звуковой волны.

в2и, в2с - углы излучения звуковых волн соответственно инерцион-

ными и свободными колебаниями. 47

Подписано в печать 26.03.2013 г. Формат 60 х 90/16. Печать ризограф. Бумага офисная Усл. печ. л. 3,0. Тираж 120 экз. Заказ № 154

Отпечатано: РИО ВоГТУ 160000, г. Вологда, ул. Ленина, 15

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО «Вологодский государственный технический университет»

На правах рукописи

05201350861

КОЧКИН АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ ЛЕГКИХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ С ВИБРОДЕМПФИРУЮЩИМИ СЛОЯМИ

Специальность: 05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Вологда 2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................7

ГЛАВА 1. ЛЕГКИЕ ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩИЕ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ИХ ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА........................................15

1.1. Конструктивные решения легких звукоизолирующих ограждений. Область их применения........................................................................15

1.2. Факторы, определяющие и влияющие на звукоизоляционные характеристики легких ограждающих конструкций из элементов с вибро-демпфирующими слоями......................................................................19

1.3. Анализ современных теоретических исследований в области звукоизоляции легких ограждающих конструкций с позиции возможности их использования для оценки звукоизоляции ограждающих конструкций из элементов с вибродемпфирующими слоями..........21

1.4. Анализ существующих методик и выполненных экспериментальных исследований звукоизоляции легких ограждающих конструкций.. 37

Выводы по главе 1 и определение основных направлений исследований .........................................................................................................................48

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОХОЖДЕНИЯ И ИЗЛУЧЕНИЯ ЗВУКА В СЛОИСТЫХ ЭЛЕМЕНТАХ КОНЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ С ВИБРО ДЕМПФИРУЮЩИМ СЛОЕМ....................................................50

2.1. Физические явления, определяющие формы собственных колебаний трехслойного элемента.........................................................................50

2.1.1. Характеристики свободных упругих волн, распространяющихся вдоль элемента...............................................................51

2.1.2. Собственные функции и спектр частот собственных колеба-

ний элементов............................................................................57

2.2. Прохождение и излучение звука в слоистых элементах конечных размеров.................................................................................................60

2.2.1. Отклик элементов конечных размеров на воздействие падаю-

щих звуковых волн....................................................................61

2.2.2. Колебательная скорость элементов конечных размеров в ус-

ловиях различных резонансов.................................................67

2.3. Расчет излучаемой мощности элементов конечных размеров в условиях различных резонансов..................................................................72

2.4. Расчет звукоизоляции слоистых элементов конечных размеров.....80

2.5. Построение характеристик звукоизоляции слоистых элементов конечных размеров....................................................................................83

Выводы по главе 2........................................................................................89

ГЛАВА 3. ПРОХОЖДЕНИЕ И ИЗЛУЧЕНИЕ ЗВУКА В ОГРАЖДАЮЩИХ

КОНСТРУКЦИЯХ ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ С ВНУТРЕННИМ ВИБРОДЕМП-

ФИРУЮЩИМ СЛОЕМ................................................................................91

3.1 Исследование звукового давления в воздушном промежутке двойного ограждения из слоистых элементов................................................91

3.2. Излучение звука слоистыми элементами в составе двойных ограждений в режиме собственных колебаний и инерционного прохождения звука.................................................................................................96

3.3. Влияние потерь звуковой энергии в слоистых элементах на прохождение звука в ограждениях...................................................................99

3.4. Звукоизоляция двойного ограждения с воздушным промежутком из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями...................108

Выводы по главе 3......................................................................................113

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ЛЕГКИХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ В БОЛЬШИХ РЕВЕРБЕРАЦИОННЫХ КАМЕРАХ.............................................114

4.1. Конструктивные решения реверберационных камер и аппаратурное обеспечение эксперимента.................................................................115

4.2. Надежность и точность измерения в реверберационных камерах звукоизоляции легких ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями.........................................121

4.3. Выбор способа заделки легких ограждающих конструкций в стенке камер и оценка его влияния на звукоизоляцию...............................127

4.4. Определение динамического модуля упругости и коэффициента потерь вибродемпфирующих материалов и конструкций..................132

4.5. Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных 136

Выводы по главе 4......................................................................................144

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТОПРОЗРАЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ВИБРОДЕМПФИРУЮЩИМИ СЛОЯМИ НА ЗВУКОИЗОЛЯЦИЮ СВЕТОПРОЗРАЧНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ..................................................................................................146

5.1. Программа исследований факторов, влияющих на звукоизоляцию светопрозрачных слоистых элементов и конструкций, выполненных из них....................................................................................................147

5.2. Исследование звукоизоляции светопрозрачных трехслойных элементов из двух стекол с промежуточным вибродемпфирующим слоем....................................................................................................148

5.2.1. Оценка влияния коэффициента потерь и динамического модуля упругости вибродемпфирующего слоя элемента на его звукоизоляцию.........................................................................149

5.2.2. Оценка влияния толщины вибродемпфирующего слоя на звукоизоляцию элемента........................................................155

5.2.3. Оценка влияния соотношения толщины листов стекол в симметричном трехслойном элементе на его звукоизоляцию ...................................................................................................157

5.2.4. Оценка влияния соотношения толщины листов стекол на звукоизоляцию асимметричных трехслойных элементов.. 159

5.2.5. Оценка влияния увеличения количества слоев конструкции на ее звукоизоляцию...............................................................161

5.3. Исследование звукоизоляции светопрозрачных ограждений из двух

элементов с воздушным промежутком между ними....................163

5.3.1. Оценка роста звукоизоляции двойных ограждений с трехслойными элементами с разной толщиной листов по сравнению со звукоизоляцией двойных ограждений с однослойными элементами такой же толщины........................................163

5.3.2. Оценка влияния толщины воздушного промежутка на звукоизоляцию светопрозрачного ограждения с двумя слоистыми элементами...............................................................................166

Выводы по главе 5

169

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОИСТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ВИБРОДЕМПФИРУЮЩИМИ СЛОЯМИ НА ЗВУКОИЗОЛЯЦИЮ НЕПРОЗРАЧНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ.....................................................................172

6.1. Программа исследования факторов, влияющих на звукоизоляцию легких слоистых элементов и конструкций, выполненных из них 173

6.2. Исследование звукоизоляции элементов из тонких листов с вибро-демпфирующими слоями....................................................................175

6.2.1. Оценка влияния коэффициента потерь и динамического модуля упругости вибродемпфирующего слоя на звукоизоляцию трехслойного элемента из тонких листовых материалов.............................................................................................175

6.2.2. Оценка влияния толщины вибродемпфирующего слоя на звукоизоляцию трехслойного элемента................................184

6.2.3. Оценка влияния толщины листовых материалов в симметричном трехслойном элементе на его звукоизоляцию......188

6.2.4. Оценка влияния соотношения толщины листов на звукоизоляцию асимметричного трехслойного элемента.................193

6.2.5. Оценка влияния количества листов и вибродемпфирующих слоев на звукоизоляцию многослойных элементов из тонких листовых материалов..............................................................196

6.3. Исследование трехслойных и многослойных элементов из гипсокар-тонных и гипсоволокнистых листов, цементно-стружечных плит и фанеры с вибродемпфирующими слоями.........................................199

6.3.1. Оценка влияния коэффициента потерь и динамического модуля упругости вибродемпфирующего слоя трехслойного элемента на его звукоизоляцию.............................................199

6.3.2. Оценка влияния толщины вибродемпфирующего слоя на звукоизоляцию трехслойного элемента................................202

6.3.3. Оценка влияния толщины листов в симметричном трехслойном элементе из ГВЛ, ЦСП и фанеры на его звукоизоляцию........................................................................................204

6.3.4. Оценка влияния количества листов и вибродемпфирующих слоев на звукоизоляцию многослойных элементов из ГВЛ...........................................................................................206

6.4. Исследование звукоизоляции двойных ограждающих конструкций с трехслойными элементами из гипсокартонных и гипсоволокнистых листов с промежуточным вибродемпфирующим слоем.................208

Выводы по главе 6......................................................................................214

ГЛАВА 7. МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЛЕГКИХ ВИБРОДЕМПФИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.................217

7.1. Методы расчета звукоизоляции слоистых элементов с вибро-демпфирующими слоями и двойных ограждений из слоистых элементов.............................................................................................218

7.1.1. Методика расчета звукоизоляции слоистых вибродемпфированных элементов конечных размеров.................................218

7.1.2. Методика расчета звукоизоляции двойного ограждения из слоистых вибродемпфированных элементов конечных размеров.........................................................................................220

7.1.3. Примеры расчета звукоизоляции слоистого элемента с промежуточным вибродемпфирующим слоем и двойного ограждения из СВДЭ......................................................................221

7.2. Практический опыт применения для изоляции воздушного шума ограждающих конструкций из элементов с вибродемпфирующими слоями.......................................................228

7.3. Экономическая эффективность применения легких ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями.......................................................235

Выводы по главе 7......................................................................................236

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................237

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ................................................................243

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................247

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................................284

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности. Снижение шума и обеспечение акустического комфорта в зданиях является актуальной проблемой, решение которой имеет важное экологическое и социально-экономическое значение. Для снижения шума в настоящее время разработаны эффективные строительно-акустические методы, в том числе и метод звукоизоляции. Звукоизоляция ограждений является наиболее рациональным способом снижения шума, проникающего в помещения как из смежных объемов, так и снаружи здания. В то же время использование традиционных методов звукоизоляции связано с увеличением массы ограждения и, соответственно, с необходимостью увеличения несущей способности конструкций зданий. Последнее ведет к удорожанию их строительства. Требуется разработка новых конструкций, обладающих необходимой звукоизоляцией и имеющих при этом небольшую поверхностную массу. К таким конструкциям относятся легкие ограждения из слоистых элементов. Более высокая акустическая эффективность таких конструкций может быть обеспечена за счет использования в их составе элементов со слоями из вибро-демпфирующих материалов, повышающих конструктивные коэффициенты потерь в этих элементах.

Для разработки акустически эффективных легких ограждений с вибро-демпфирующими элементами, обладающих требуемой звукоизолирующей способностью, необходимы надежные методы оценки влияния параметров элементов и материалов слоистых конструкций на их звукоизоляцию, теоретическое и методологическое обеспечение их проектирования, а также достаточный объем экспериментальных исследований звукоизоляции отдельных слоистых элементов и легких ограждений в целом. В этой связи развиваемое в работе направление исследований звукоизолирующих конструкций является актуальным в области строительной акустики, создающим условия для проектирования и внедрения в

практику строительства эффективных звукоизолирующих конструкций с использованием современных строительных материалов и технологий.

Целью работы является развитие теоретических и методологических основ для разработки легких звукоизолирующих конструкций из элементов с вибро-демпфирующими слоями, обеспечивающих высокую акустическую и технико-экономическую эффективность.

Основные задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- разработать новые типы легких светопрозрачных и непрозрачных ограждающих конструкций из элементов с вибродемпфирующими слоями;

- исследовать на основе теории самосогласования звуковых полей помещений и вибрационных полей пластин прохождение и излучение звука в слоистых элементах с вибродемпфирующими слоями и разработать математическую модель для оценки их звукоизоляции;

- создать метод построения частотных характеристик звукоизоляции слоистых элементов конечных размеров с вибродемпфирующими слоями;

- исследовать на основе теории самосогласования звуковых полей помещения и вибрационных полей пластин прохождение и излучение звука в ограждающих конструкциях, состоящих из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями;

- разработать метод расчета звукоизоляции двойного ограждения с воздушным промежутком из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями;

- создать экспериментальную установку и разработать методику исследований ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями в условиях реверберационных звуковых полей;

- исследовать экспериментально влияние физико-механических характеристик прозрачных и непрозрачных слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями на их собственную звукоизоляцию и звукоизоляцию ограждающих конструкций в целом;

- разработать с использованием теоретических и экспериментальных данных

работы методику проектирования легких ограждений с комплексным учетом всех влияющих на звукоизоляцию конструктивных параметров и свойств материалов слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями.

Научную новизну работы составляют:

- новые легкие ограждающие конструкции из элементов с вибродемпфирующими слоями, обеспечивающие по сравнению с традиционными звукоизолирующими конструкциями более высокую акустическую и технико-экономическую эффективность;

- теоретическая модель, описывающая прохождение и излучение звука в слоистых элементах конечных размеров с вибродемпфирующими слоями;

- теоретическая модель, описывающая прохождение и излучение звука в двойном ограждении с воздушным промежутком, состоящем из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями;

- методы расчета звукоизоляции одинарных и двойных ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями;

- результаты исследований влияния на звукоизоляцию слоистых элементов конечных размеров с вибродемпфирующими слоями: массы элементов, изгибной жесткости, внутренних потерь и других факторов в нормируемом диапазоне частот;

- результаты исследований влияния на звукоизоляцию ограждающих конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями физико-механических характеристик отдельных элементов и ограждающих конструкций в целом;

- разработанные рекомендации по проектированию легких ограждающих конструкций с учетом обеспечения требуемой звукоизоляции при эксплуатации.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

- предложена и теоретически обоснована методология проектирования новых слоистых элементов конечных размеров с вибродемпфирующими слоями и кон-

струкций из этих элементов, позволяющая разрабатывать акустически эффективные и экономически целесообразные звукоизолирующие ограждения;

- разработан метод расчета звукоизоляции конструкций из слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями, и создана программа для его реализации на ЭВМ, позволяющая производить выбор легких звукоизолирующих конструкций на основе их многофакторного проектирования.

Научная методология решения задач и методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические исследования выполнены на основе теории М.С. Седова о самосогласовании звуковых полей помещения и вибрационного поля пластины применительно к слоистым элементам с вибродемпфирующими слоями. Экспериментальные исследования выполнены по специально разработанной методике в больших ре-верберационных камерах с использованием электроакустиче�