Влияние параметров междуэтажных перекрытий на изоляцию ударного шума

Передача звука через перекрытие при ударных воздействиях на него исследована теоретически Л.Кремером, В.И. Заборовым, С.Д. Ковригиным и др.

Согласно данным В.И. Заборова [5], приведенный уровень ударного звука под несущей частью перекрытия в общем случае определяется выражением

а для элементов сплошного сечения —

где q — поверхностная плотность плиты, кг/м²;
D — изгибная жесткость сечения, Па·м4;
? — коэффициент потерь;
? — плотность материала плиты, кг/м³;
Е — модуль упругости, Па, материала плиты;
h — толщина плиты, м.

Из формул (33) и (34) следует, что приведенный уровень ударного шума под однородной плитой зависит от частоты звука только в той мере, в какой изменяются с частотой параметры материала — модуль упругости и коэффициент потерь. У бетона частотная зависимость этих параметров незначительна, поэтому частотная характеристика приведенного уровня ударного шума должна приближаться к горизонтальной прямой. Местное смятие материала под молотком ударной машины приводит к увеличению времени контакта между молотком и конструкцией, что учитывается в теории. В частности, теоретическая модель, которая дает формулу (33), действительна на частотах, удовлетворяющих условию

где f'₀ — низшая собственная частота системы "молоток ударной машины — плита";
К — постоянная величина;
?_у — время контакта молотка ударной машины с конструкцией при ударе (продолжительность удара), с.

С.Д. Ковригин, А.А. Маслов, В.М. Осадчиев установили [13], что формула (33) действительна только в диапазоне частот выше граничной частоты плиты f_гр. Ими выведены зависимости для области частот fгр:

где ? — принимают равным от 2 до 5, а ? — от 2,5 до 8,5 в зависимости от принятой модели соударения молотка ударной машины с поверхностью плиты;
L^н.ч_п.1 — величина, подсчитываемая по формуле (33).

Согласно изложенному, на частотах меньше f_гр уровень ударного шума под перекрытием должен увеличиваться с темпом 3 дБ/окт, а на частотах, больших 4f'₀ — уменьшаться (при увеличении частоты) с темпом 6—15 дБ/окт.

Частотные характеристики приведенного уровня ударного шума L_п однородных несущих элементов перекрытия различной конструкции (рис. 9), измеренные в жилых домах и на испытательном стенде ЦНИИЭП жилища (по данным автора), качественно согласуются с изложенными теоретическими представлениями. Однако величины L_п, вычисленные по формулам (33) и (34) при средних значениях параметров материала ?, Е и ?), значительно (почти на 10 дБ) Превышают экспериментальные. Сказывается то, что коэффициент потерь материала не отражает полного демпфирования плиты, обусловленного также потерями на границах конструкции. Частота f'₀, после которой начинается уменьшение L_п, оказывается зависимой не только от материала плиты [13], но и от ее сечения. Объясняется это тем, что при тонкостенных элементах на Продолжительность удара заметное влияние оказывает прогиб тонкой плиты при ударе наряду с местным смятием. Рост L_п в нижней части нормируемого диапазона во многих случаях продолжается на частотах, значительно превышающих f_гр.

Таким образом, непосредственное использование формул (33)—(37) для построения расчетных частотных характеристик приведенного уровня ударного шума не дает удовлетворительной сходимости с результатами эксперимента. Для более корректного построения такой характеристики необходимо учитывать фактическое демпфирование плиты в доме и влияние формы ее поперечного сечения на зависимость L_п от частоты.

Частотная характеристика приведенного уровня ударного шума — промежуточный этап при определении индекса I_у. Проектировщику полезно иметь непосредственную зависимость индекса приведенного уровня ударного шума I_уо акустически однородных несущих элементов перекрытия от их поверхностной плотности q.

Экрпериментальная зависимость (рис. 10), полученная в результате испытаний на испытательном стенде ЦНИИЭП жилища и в натурных условиях [19], аппроксимирована формулой

Эта зависимость оказывается общей для плит сплошного и ребристого сечений из тяжелого и легкого бетонов [19]. Индексы плит с пустотами несколько большие, чем рассчитанные по формуле (38). Основной причиной, вызывающей повышение уровня ударного шума под пустотными плитами, можно считать резонансы воздуха в пустотах.

При укладке на бетонную несущую часть мягких покрытий пола (линолеумов на теплозвукоизолирующей подоснове, ковровых покрытий и т.д.) происходит значительная амортизация удара, связанная со смятием покрытия под молотком ударной машины и увеличением продолжительности удара. Теоретическое рассмотрение этого явления [5] позволяет получить следующее выражение для определения снижения уровня ударного шума при укладке на несущую часть перекрытия мягкого покрытия пола:

где f'₀ — низшая собственная частота системы "молоток ударной машины — покрытие пола", зависящая от продолжительности удара:

Продолжительность удара ?_у нужно определять для каждого материала покрытия пола экспериментально. Использование связи между ?_у и глубиной вдавливания в покрытие штампа, находящегося под статической нагрузкой [11, 36], упрощает экспериментальное определение этой величины.

Как следует из формулы (39), снижение уровня ударного шума ?L_п должно равномерно расти с увеличением частоты с темпом 12 дБ/окт. Фактическое изменение ?L_п для линолеума на мягкой подоснове имеет более сложный характер, чем это следует из формулы (40), и только на отдельных участках может быть с достаточной точностью аппроксимировано этой формулой [14].

Практический метод расчета [9, 19, 39, 54] индекса I_у основан на использовании величин I_уо, подсчитанных по формуле (38), и ?I_у, определенных экспериментально для каждого вида покрытия пола. Изменение несущей части пола сравнительно мало влияет на частотную характеристику ?L_п, поэтому с достаточной точностью можно величины ?I_у, измеренные на одной конструкции несущей части, применять при расчете перекрытий с другими несущими частями. Используя их для расчета, необходимо учитывать снижение величины ?I_у при эксплуатации (см. п.4), а также при колебаниях характеристик материалов в процессе массового производства.

При теоретическом рассмотрении передачи ударного шума через перекрытие с раздельным полом [5] приняты две модели, в которых несущая часть перекрытия представлена в виде шарнирно-опертой по контуру прямоугольной плиты, а пол — в виде несвязанных между собой равномерно распределенных масс или в виде второй шарнирно-опертой по контуру прямоугольной плиты. Между полом и несущей частью перекрытия непрерывно и равномерно расположены безынерционные упругие поперечные связи. Первая модель принята для пола из мелкоразмерных слабосвязанных между собой элементов, вторая — для пола из крупных достаточно жестких элементов.

Согласно первой модели, снижение уровня ударного шума тем больше, чем больше отношение поверхностных плотностей пола и несущей части q₂/q₁ и чем ниже собственная частота пола f₀, т.е. чем меньше жесткость звукоизоляционной прослойки. На достаточном удалении от f₀ величина ?L_п растет при повышении частоты с темпом 12 дБ/окт. Для второй модели сохраняется та же закономерность, но она несколько усложнена влиянием отношения граничных частот несущей части и пола, которое зависит от отношения их поверхностных плотностей и жесткостей. Увеличение жесткости пола при прочих равных условиях приводит к уменьшению ?L_п.

Рассмотренные модели справедливы в области частот

где q_c — поверхностная плотность упругого слоя (звукоизоляционной прослойки).

При более высоких частотах нельзя пренебрегать инерционностью упругого слоя. В этом диапазоне ?L_п растет при увеличении частоты с темпом 6 дБ/окт [5].

На приведенных результатах основан метод построения расчетной частотной характеристики ?L_п [50], которая состоит из двух отрезков прямой, имеющих уклоны 12—15 и 6 дБ/окт. Положение частотной характеристики в нормируемом диапазоне зависит от низшей собственной частоты пола и отношения поверхностных плотностей его и звукоизоляционной прослойки. Если низшая собственная частота пола попадает в нормируемый диапазон, то очертание кривой в непосредственной близости от нее принимают в зависимости от отношения поверхностных плотностей несущей части и пола. Этот метод [50] дает удовлетворительную сходимость с результатами натурных измерений, если основание пола выполнено из того же материала, что и несущая часть перекрытия (из бетона) . В случае деревянных полов расхождение между расчетными и измеренными индексами звукоизоляции достигает 6—16 дБ, причем при расчете получаются завышенные значения I_у. Это указывает на серьезные различия между параметрами теоретической модели, положенной в основу расчета, и реального пола на лагах.

Одним из факторов, обеспечивающих лучшую фактическую изоляцию ударного шума при деревянных полах, является значительная их податливость при ударе молотка ударной машины, что приводит к увеличению продолжительности удара. М.С. Терзибашьянц показал также [56], что при определении ?L_п в случае дощатого пола по лагам необходимо учитывать прохождение звука через лаги и через воздушный промежуток между ними.

Практический метод расчета [9, 19, 39] изменения индекса приведенного уровня ударного шума ?I_у в результате устройства пола, предложенный автором, основан на экспериментальной зависимости этой величины от конструктивных параметров пола:

Величина ?_у2 учитывает материал и конструкцию пола. При полах из досок или из паркета по дощатому основанию принимают ?_у2=3 дБ; при полах из паркета, линолеума, релина, твердых древесноволокнистых плит, уложенных по монолитной стяжке или мелкоразмерным бетонным плитам основания пола, ?_у2=0; при тех же покрытиях, уложенных по сборным крупноразмерным бетонным основаниям пола, ?_у2=—ЗдБ.

Величина ?_у3 учитывает влияние звукоизоляционной прослойки на демпфирование перекрытия. В случае применения засыпок из песка, шлака и т.д. принимают ?_у3=1,5 дБ, в других случаях — ?_у3=0.