木结构建筑墙体隔声性能研究发展

Design and Research

设计与研究

木结构建筑墙体隔声性能研究发展*

Progress in researches on sound insulation performance of timber structure wall

刘中洋 李甲第 王雪婷 王泽琦 杨思倩 王 正（南京林业大学材料科学与工程学院 南 京 210037）

摘 要：中国传统木结构建筑历史悠久，文明世界。近年来随着国外轻型等现代木结构建筑进入我国市

场，因其施工周期短，耐久性高等特点而受到国内的广泛关注。轻型木结构墙体隔声性能是该建筑的一项重要物理特性，为了制造出隔声性能好的墙体，本文通过对国内外轻型木结构建筑隔声性能的研究成果进行概述与分析，以期为促进我国木结构基础应用研究工作，提高我国木结构建筑行业的综合水平提供借鉴。

关键词：木结构；墙体；隔声；发展中图分类号：TU759

木材作为生态、可持续发展的再生材料资源被广泛应用于各行各业中。木材在结构上和美学上优越的性能以及在我们越来越关心的生态效益上有着特殊的价值,至今仍是建筑师们所钟爱的建筑材料。随着经济的发展,国外生态、舒适、美观的木结构住宅进入了人们的视野，其中轻型木结构以其施建筑综合能耗低、建筑材料环境亲和力强、抗震性能好等突出等优点，满足了我国业主对环保和舒适的要求，建筑逐年增多，得到了国家建设部住宅产业发展中心的大力支持和推广[1]。

木结构房屋是指以木材为主要受力体系的工程结构。轻型木结构体系，是将小截面构件按一定的间距等距离平行排列形成框架，然后在框架外根据受力需要，包上结构面板，形成建筑物的墙体，楼盖和屋盖等基本构件。整个结构体系就是由这些墙体，楼盖和屋盖构成的箱形建筑体系。作为一种高次超静定的结构体系，轻型木结构的结构强度通过主要结构构件（框架）和次要结构构件（墙面板，楼面板和屋面板）的共同作用所得到。其中，轻型木结构墙体的作用不仅体现在承受竖向荷载，将屋盖和楼盖荷载传至房屋基础，并承担由地震和风荷载引起的侧向力等力学性能方面；而且其隔音、导热等物理性能也倍受用户关注。

1 国外木结构建筑的隔声性能研究

早在1950年，Albert London通过对单面墙体的抗阻度Zw计算和实际试验相结合来得出双层墙体的声音传输损耗。他们的实验结果表明，提高单面墙体的声音内部扩散性能可以大幅的提高双层墙体的隔声性能[2]。

1996年，Shi Wanqing、Carin Johansson等人对木结构在不同冲击源作用下的隔声性能作出了研究，他们以ISO标准攻丝机作为为冲击源，对木楼板的隔声性能做出测试，结果表明：用由攻丝机产生的噪声频谱与环境频谱一致；攻丝机产生的噪声频谱没有产生足够的频率分量，并精确的反映出施工低频噪声分量。同时得出，在木结构建筑中，同时施加不同的冲击源的实际频率与攻丝机产生的频率有很大差异。结果还显示出了其木龙骨产生的频率

和磨砂球从一定高度落下产生的频率之间相吻合[3]。

2000年，V. Hongisto等人对木门的隔声性能做出研究，他们认为木门的声波传递有两个独立的传输路径，这两个传输路径适用于大多数类型的木门。在测试不同类型的木门时，

选择一个合适的模型很重要。如今大多数木门是空腔填充吸声和耐火材料的双层版结构，其连接

*基金项目：2015年江苏省大学生创新训练计划项目（[1**********]6H）

木工机床 2015 No.2

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处通常在木门的边缘，运用双面板预测模型，找到合适造型的单面板和双面板木门，假设声波完美穿过孔隙的情况下运用狭缝折射率不同的差别来估算隔声性能。运用冈珀茨模型可以精确的测量其隔声性能。运用结构传输的加权面积和狭缝透射的面积加权求出木门的整个声衰减指数。他们提出运用合理的声学和气密性结构可以获得最佳性能的木们[4]。2001年，J. S. Bradleya和J. A. Birta对轻型木结构建筑的木螺栓外墙隔声性能进行了测试。其试验方法是建立两个混响室，通过测量结果分析，他们找到了影响传声消耗值的关键参数，并对木螺栓外墙的设计提出了合理化建议。木螺栓外墙的隔声性能由两种类型的低频共振控制[5]。2005年，Jonas Brunskog为有限隔声腔对双层板木结构建筑的影响作了研究，提出了一种预测模型来测评空腔隔声效果。在实施空间转换时，采取周期性的方法，使腔内部的声场按余弦形式展开。结果表明，其理论值与实验值吻合[6]。2006年，J. D.Quirt和T. R. T. Nightingale等人研究发现，木结构建筑分户墙对噪声音量和频率范围的敏感程度是各不相同的。研究表明，音乐和来自电视机的声音可以穿过STC为45的墙体，但是如果墙体的STC是50，就只会听到较低的拍打声。通过对一些住户的隔声舒适度调查，多户住宅达到的隔声效果为：对单元之间的墙体和楼面STC>50；对单元内的“硬”楼面IIC>55；对单元间铺有地毯的楼面IIC>65[7]。2010年，Fredrik Ljunggren和 Anders Ågren 对改善轻型多层木结构隔声性能作了研究。他们认为轻型多层木结构建筑的隔音差会影响整个系统的隔音效果，尤其是在低频区。他们运用了一个现代化的基于轻型木结构的理念。为了应对隔声性能要求，轻型木结构的整体施工迎来了新的机遇和挑战。他们的主要研究目的是探讨在木结构建筑工如何应对地板、纸面石膏板、胶黏剂、隔板、楼板等不同区域的隔声[8]。

2 我国木结构建筑的隔声性能研究

2006年，徐兰英等人对落叶松胶合板复合墙体的隔声性能做了测试研究，结果表明：其隔声指数为39.2，接近分户墙空气隔声标准的三级（标准三级为40）。同时他们提出了几种改善隔声性能的

几种有效途径[9] 。同年，周海滨对木结构墙体歌声和楼板减震设计方法做了系统研究。他认为一些现代木结构建筑墙体隔声和楼板振动大等问题不一定与建筑技术和材料有关，有时是由设计规范、设计方法而造成的。该文以统计能量分析法为基础，首先给出了单层墙板隔声性能表达式，进而又提出了双层墙板隔声性能的计算方法，通过分析声桥和吸声层对墙体隔声性能的影响对双层墙体隔声表达式进行了修正，提出了木结构墙体隔声性能的计算式。通过其实测值与计算值比较，证明二者有较好的一致性，实测计权隔声量和理论计权隔声量相差在3dB以内。在试验基础上，他初步提出了线连接木墙骨的内腔体隔声量R-w的表达式 [10] 。2007年，周海滨、江泽慧等人对木结构墙体建造细节对其隔声性能的影响作出了分析，得出影响木结构墙体隔声的因素有墙板密度、墙骨柱的规格和间距、玻璃纤维棉的容量和厚度，并求得木结构墙体的第一共振频率一般都在100Hz以上，建议选择600mm作为木结构墙骨柱间距，最后得到了在测试频率范围内木结构墙体隔声的变化曲线[11]。2011年，葛振宇对木骨架墙体隔声性能作出了研究，以轻型木结构的木骨架墙体为研究对象，对其进行了木骨架墙体隔声性能的测量及评价、影响木骨架隔声性能因素的研究、提高木骨架墙体隔声性能的设计要点，以及缩尺模型和计算机模拟在木骨架墙体隔声中的应用的研究。结果表明：墙骨柱规格为40mm×90mm、间距为400mm的木骨架墙体构件的空气声隔声满足GB/T50121-2005《建筑隔声评价标准》的2级标准要求；两室间的空气声隔声满足GB 50118-2010《民用建筑隔声设计规范》中住宅建筑、医院建筑和学校建筑的三级标准要求,满足旅馆建筑的二级标准要求。木骨架墙体的隔声性能除了受“质量定律”控制外,还在125-200Hz频段受共振效应影响；在2000Hz时受吻合效应影响,使得隔声曲线在这些频段产生波谷。木骨架墙体上的实木门大约会降低墙体5dB的隔声量,墙体上1%大小的孔洞大约会降低墙体30dB的隔声量,墙体上1‰大小的孔洞大约会降低墙体20dB的隔声量。对木骨架墙体进行隔声设计时,必须使每个隔声构件的声透射能尽量接近。 该文通过缩尺模型隔声测量，所得结果为：在低频段内和实

18WOODWORKING MACHINERY

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际测量值的误差较大,但在200Hz以上的日常生活噪声频段内,具有很高的相关性；还通过一元线性回归可以得出两者的线性回归方程,方程误差为4.22%,在允许范围之内；墙骨柱规格、墙骨柱间距、填充材料和覆面板层数等四个因素对墙体的隔声性能都有影响；填充材料和墙骨柱规格对隔声性能的影响都是显著的；墙骨柱间距在低频段影响较大,但在高频段影响并不显著；覆面板层数对墙体隔声性能有影响,但不如其它三个因素显著；计算机EASE软件模拟木骨架墙体的隔声声量和标准化压级差的数据与实际测量的数值在100-200Hz的低频段内规律性不明显,但在200-3150Hz频段内相关性显著；利用一元线性回归可以求出两者的回归方程,通过回归方程计算得出的数据与实际测量值十分接近,两者误差分别为5.39%和2.46%,并在其允许范围内[12] 。2015年，沈一军、曾志勇等人对设置交错墙骨的高效隔声木结构房屋墙体申请了发明名专利，该发明具体涉及一种设置双排墙骨的高效隔声木结构房屋墙体，由墙骨柱、顶梁板、底梁板、覆面板和吸音材料等部件组成，其特征在于：采用加厚墙体，内部为双排墙骨柱结构，两排墙骨柱之间留有空隙，且两排墙骨柱两两对齐，单排墙骨柱外侧分别与一侧覆面板相连接；在两侧墙骨柱中分别填充吸音材料；使用高密度材质板材作为覆面板。本发明的木结构房屋墙体设置有双排墙骨、选择高效的隔声材料、结构体系合理，具备高效隔声性能，具有良好的推广应用价值。3 结束语

综上所述，随着我国绿色建筑推行的不断深入，市场潜力巨大、前景广阔的木结构建筑必将成为我国建筑节能和绿色环保建筑的理想选择。木结构建筑隔声方面的测试与改良，国外已有较为全面和系统的研究。我国在此方面虽然起步较晚，但通过全新的探索与认识，已经能够通过低频共振、隔音腔声场、原位试验法及高性能隔音材料填充等方法的深入研究与切实应用，给木结构建筑隔声研究启发更多可行的方式方法，使其上升到一个全新的高度。隔声性能研究是木结构设计的一大重点，我国全新的技术理论支持配合合理的结构体系、正确

[13]

的试验方法，正使我国木结构建筑隔声领域的设计水平与创新能力正稳步提高，开启木结构发展的全新角度，隔声性能正逐步作为木结构的新优势，将成为提高木结构建筑应用的有效途径之一。相信在不久的将来，我国在木结构建筑事业的发展会迎来崭新的一页。

参考文献

[1] 郝春荣.从中西木结构建筑发展看中国木结构建筑的前景[D].清华大学,2004

[2] Albert London. Transmission of Reverberant Sound Through Double Walls[J].Acoust.Soc. Am. 22.270-279. 1950

[3] Shi Wanqing; Carin Johansson ,Ulrik Sundbäck.木结构构的隔声由于不同种类的冲击源的评价应用声学,1996, Vol.48 (3), pp.195-203

[4] V. HONGISTO,SOUND INSULATION OF DOORS—PART 1: PREDICTION MODELS FOR STRUCTURAL AND LEAK TRANSMISSION,Volume 230, Issue 1, 10 February 2000, Pages 133-148

[5] J. S. Bradleya and J. A. Birta.木立柱隔音的外墙[J].加拿大国家研究委员会、建设研究所,2001

[6] Jonas Brunskog.有限的隔音腔对双层板结构的影响[J].隆德大学工程声学分部,2005

[7] J. D. Quirt, T.R.T. nightingale, .King,木框架结构隔音的研究[J].加拿大国家研究委员会、NRC建设研究所,2006

[8] Fredrik Ljunggren,Anders Ågren.潜在的解决方案，基于体积轻巧多层建筑木结构改善音质表现[J].Applied Acoustics, Vol.72 (4), pp.231-240, 2010

[9]徐兰英,林利民,唐伟.落叶松胶合板复合墙体隔声性能测定[J].林业科技,2006(5)

[10] 周海滨.木结构墙体隔声和楼板减振设计方法研究[D].中国林业科学研究院,2006

[11] 周海滨,江泽慧,费本华.木结构墙体建造细节对其隔声性能的影响[J].北京林业大学学报，2007

[12] 葛克宇.木骨架墙体隔声性能的研究[D].南京林业大学,2011

[13] 朱赞成,沈一军.高效隔声的木结构房屋楼盖[P].发明专利,2015

作者简介：刘中洋，李甲第，王雪婷，王泽琦，杨思倩为南京林业大学材料科学与工程学院木结构建筑系本科生；指导老师:王正 高工 博士 硕导。

（收稿日期：2015.6.5）

木工机床 2015 No.219