Автореферат Нурумова Р.Б.


 ВВЕДЕНИЕ

УДК 628.517.2:728                                                                      На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

НУРУМОВ РАШИД БАЯНОВИЧ

 

 

 

 

 

 

 

Прогнозирование шумозащитных свойств

строительных ограждающих конструкций

 

 

 

 

 

 

 

05.26.01 – охрана труда

 

 

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2009

Работа выполнена на кафедре Общей и теоретической физики Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева

 

 

 

Научный руководитель:

доктор технических наук Омаров С.С.

 

 

 

 

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Долгов П.В.

 

кандидат технических наук Сыздыкова А.Н.

 

 

Ведущая организация:

Алматинский институт энергетики и связи

 

 

Защита состоится «25» сентября 2009 г. в 16-30 часов на заседании диссертационного совета Д 14.61.25 при Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, корпус НК, 1 этаж, конференц-зал.

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева.

 

 

Автореферат разослан «24» августа 2009 г.

 

 

 

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета  Д 14.61.25  

доктор технических наук, профессор                             Жараспаев М.Т.         

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Актуальность проблемы. Вредные звуки – шумы возникают в угрожающих масштабах исключительно благодаря деятельности человека. Постоянное насыщение быстродействующими машинами промышленности, транспорта, сельского хозяйства и быта стало приводить к росту шума до уровня опасного для человека, нередко даже превосходя этот уровень. Результат – заметное ухудшение здоровья людей и снижение производительности их труда. Поэтому защита от повышенных уровней шума – важнейшая задача по охране труда и улучшению условий жизнедеятельности человека.

В связи с вышеизложенным, актуальное значение приобрел вопрос прогнозирования шумозащитных параметров ограждающих конструкций и их соответствие требованиям нормативных документов Республики Казахстан еще на стадии проектирования здания. Прогнозирование шумозащитных свойств ограждающих конструкций зданий и сооружений зависит от точности метода используемого при расчете звукоизолирующей способности ограждающих конструкций.

В работах Боголепова И.И., Борисова Л.А., Заборова В.И., Клюкина И.И., Ковригина С.Д., Крейтана В.Г., Осипова Г.Л., Седова М.С., Юдина Е.Я. и др. представлены методы прогнозирования и расчета шумозащитных (звукоизоляционных) характеристик ограждающих конструкций зданий и сооружений, а также основные приемы их проектирования. Однако до сих пор остаются малоизученными вопросы достижения предельных значений звукоизоляции реальными ограждающими конструкциями, влияние на звукоизоляционные характеристики ограждающих конструкций структурной передачи звука по узлам, соединениям зданий и акустическим мостикам конструкций. Расчеты звукоизолирующей способности ограждающих конструкций выполненные с помощью существующих методов, либо слишком сложны и не могут быть использованы в повседневной инженерной практике проектировщика, либо слишком приближенны и представляют результирующую кривую частотной характеристики звукоизоляции, сильно отличающуюся от кривой, измеренной в натурных условиях. Кроме того, практически отсутствуют аналитические методы расчета звукоизолирующей способности широко распространенных в настоящее время многослойных ограждающих конструкций типа «сэндвич».

Таким образом, решение задач прогнозирования шумозащитных свойств строительных ограждающих конструкций и разработка инженерных методов расчета звукоизолирующей способности этих конструкций, являются весьма актуальными, определяющими успех при проектировании зданий и сооружений.

Целью диссертационной работы является установление закономерностей изменения звукоизоляционных характеристик ограждающих конструкций в нормируемом частотном диапазоне, вызванной варьирующимися конструктивными параметрами этих конструкций для прогнозирования их шумозащитных свойств.

Основная идея работы заключается в разработке новых методик расчета звукоизоляции от воздушного шума однослойными и многослойными ограждающими конструкциями основанными на теории звукоизоляции.

Для реализации этой цели в работе решались следующие основные задачи:

- установление зависимости влияния конструктивных параметров ограждающих конструкций на их звукоизолирующую способность во всем частотном диапазоне;

- установление зависимости влияния передачи структурного шума по узлам и конструкциям здания на комплексную звукоизолирующую способность конструкции;

- экспериментальное и теоретическое исследования звукоизолирующей способности однослойных и многослойных ограждающих конструкций с учетом влияния структурного шума, передающегося через узлы, соединения и акустические мостики;

- разработка инженерных методов расчета звукоизолирующей способности однослойных и многослойных ограждающих конструкций и технологии повышения их звукоизоляционных характеристик.

Объект исследований. Строительные ограждающие конструкции жилых, общественных и производственных зданий и сооружений. 

Предмет исследований. Создание нормальных условий труда людей путем обеспечения требуемых шумозащитных качеств однослойных и многослойных ограждающих конструкций.

Методы исследования. В работе использовались как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. Теоретические методы исследования сводились к определению степени воздействия изменяющихся конструктивных  параметров конструкции и параметров падающего на конструкцию звука, на звукоизолирующую способность этих конструкций, а также получению результирующих формул для расчета звукоизолирующей способности однослойных и многослойных ограждающих конструкций с учетом передачи структурного шума по узлам и соединениям здания. Основная задача, решению которой посвящена представленная работа – создание инженерных методик расчета звукоизолирующей способности ограждающих конструкций, которыми могут пользоваться в своей повседневной деятельности инженеры - проектировщики. Экспериментальные исследования, послужившие основой для теоретических исследований характеристик ограждающих конструкций, проводились в акустических лабораториях Казахской головной архитектурно – строительной академии (КазГАСА, г. Алматы)  и  Научно – исследовательского института строительной физики (НИИ СФ, г. Москва).

Научная новизна работы состоит в том, что

- получены новые формулы аналитической зависимости определения звукоизоляции от воздушного шума однослойными (массивными и тонкими) и многослойными конструкциями, в том числе двухслойными массивными и двухслойными тонкими, а также массивными конструкциями с тонкими плитами на относе в нормируемом частотном диапазоне;

- впервые установлены зависимости и получены формулы снижения частотных характеристик звукоизоляции однослойными и многослойными конструкциями из тонких листовых материалов в диапазоне свыше граничной частоты , обусловленные пространственно-частотными резонансами в конструкциях;

- впервые установлена зависимость влияния на передачу структурного шума конструктивных параметров смежных конструкций и получена формула поправки звукоизоляционной характеристики конструкции, учитывающей влияние передачи структурного шума через узлы и соединения зданий, путем введения этой поправки в результирующие аналитические формулы расчета комплексной звукоизоляции от воздушного шума ограждающих конструкций;

- разработаны методики расчета звукоизолирующей способности однослойных и многослойных ограждающих конструкций.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- получены аналитические выражения по расчету звукоизолирующей способности ограждающих конструкций, позволяющие прогнозировать с достаточно высокой точностью значения звукоизоляции от воздушного шума однослойными и многослойными ограждающими конструкциями с учетом передачи структурного шума по узлам, соединениям и акустическим мостикам конструкций, еще на стадии проектирования здания;

- выполнен большой объем исследований звукоизолирующей способности различных типов ограждающих конструкций, в том числе и многослойных конструкций типа «сэндвич», проведен сравнительный анализ экспериментальных и расчетных частотных характеристик звукоизоляции ограждающими конструкциями;

- разработан пакет прикладных программ по расчету звукоизолирующей способности однослойными и многослойными ограждающими конструкциями.

Обоснованность и достоверность результатов исследований, научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертационной работе, подтверждаются:

- применением теоретических законов физики, акустики, теории упругости;

- корректностью постановки теоретических и практических задач, принятыми допущениями;

- Заключениями и Отчетами на научно-технические работы по исследованию звукоизоляции каркасно-обшивных перегородок и ограждающих  конструкций с дополнительными облицовками на относе, предоставленными НИИ СФ;

- совокупностью и сходимостью результатов аналитических исследований звукоизолирующей способности ограждающих конструкций с лабораторными и натурными испытаниями большого количества конструкций, выполненными в НИИ СФ (коэффициент корреляции находится в пределах от 0,97 до 1,0).

На защиту выносятся следующие научные положения и результаты:

- установленные зависимости звукоизолирующей способности однослойных и многослойных ограждающих конструкций от их конструктивных параметров, установленная зависимость «провала» частотной характеристики звукоизоляции в зоне граничной частоты звукоизолирующей способности тонких (однослойных и многослойных) ограждающих конструкций от их конструктивных параметров;

-  установленная зависимость изменения комплексной звукоизолирующей способности ограждающих конструкций вызываемого передачей структурного шума по узлам и смежным (фланговым) конструкциям здания;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния конструктивных параметров однослойных и многослойных ограждающих конструкций на их звукоизолирующую способность, влияния косвенной передачи структурного шума по узлам, соединениям здания и акустическим мостикам на комплексную звукоизоляцию от воздушного шума указанными конструкциями;

- разработанные методики расчета комплексной звукоизоляции от воздушного шума однослойными (массивными и тонкими) и многослойными (массивными, тонкими и массивными с тонкой плитой на относе) ограждающими конструкциями и методы повышения звукоизолирующей эффективности ограждающих конструкций.

Личный вклад автора заключается в непосредственном выборе направления исследований, теоретическом обосновании задач, подборе методов исследований, непосредственном участии в выполнении экспериментальной части работы, обработке, анализе, интерпретации и обобщении полученных результатов, а также в формулировании выводов работы.      

Практическая значимость работы. Результаты работы были использованы при:

теоретических расчетах звукоизоляции от воздушного и ударного шума ограждающими конструкциями кают буровой 257 Северо-Каспийского проекта компании «Паркер Дриллинг»;

разработке узлов крепления звукоизолирующих оболочек к ограждающим конструкциям в рамках реализации мероприятий по корректировке звукоизолирующей способности ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, осуществленных ТОО «Тепло – Звуко – Технологии».

выполнении акустических расчетов по коррекции звукоизолирующей способности ограждающих конструкций помещений объектов общественного назначения, в рамках реализации мероприятий по установке акустической аппаратуры системы «Dolby», осуществленных ТОО «КазКультПроект»;

выполнении расчетов уровней звукового давления и звукоизоляции ограждающими конструкциями музыкального салона и ресторана клуба для ТОО «Ди Ван»» с использованием методик расчета и прогнозирования звукоизоляции ограждающими конструкциями представленными в настоящей работе.

выполнении акустических расчетов по коррекции акустического поля в помещениях АСК «Хабар» г. Астана и автосалона «Меркур Авто» г. Атырау для ТОО «Меркур Строй». В соответствии с разработанной методикой определены звукоизолирующие характеристики ограждающих конструкций помещений.

Апробация результатов работы. Научные положения и основные результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на следующих Международных научно-практических и научно-методических конференциях:

«Вопросы прикладной физики и математики» 2003 г., Алматы, КазГАСА;

«Теоретические и экспериментальные исследования строительных конструкций», 2004 г., Алматы, КазГАСА;

«Актуальные проблемы естественнонаучных дисциплин» 2007 г., Алматы, КазГАСА;

«Новое в безопасности жизнедеятельности (охрана труда, экология, защита человека в ЧС, экономические и правовые аспекты БЖД, логистика)» 2009 г., Алматы, КазНТУ.

Публикации по теме диссертации. Основное содержание работы опубликовано в 15 статьях, из которых 8 в Вестниках, входящих в перечень научных журналов, рекомендованных Комитетом по надзору и аттестации в сфере образования и науки МОиН РК, и 7 в сборниках международных научно-практических и научно-методических конференций. Публикации охватывают период с 2003 по 2009 гг.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и приложения. Объем работы составляет 133 страниц, содержащих 4 таблицы, 91 рисунок, список использованных источников, включающий 102 наименований и 5 приложений.

 

Основная часть

 

Во введении обоснован выбор направления исследований, показана актуальность темы исследований, определены цели и задачи диссертации. Отражены научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе диссертации рассмотрены механизмы прохождения звука через однослойные и многослойные ограждающие конструкции, представлен аналитический обзор исследований, проведенных другими авторами, по прогнозированию и расчету звукоизолирующей способности ограждающих конструкций. Изложены предлагаемые ими инженерные методы расчета звукоизоляции от воздушного шума ограждающими конструкциями.

Анализ существующих методов расчета звукоизолирующей способности ограждающих конструкций показал, что расчетные частотные характеристики звукоизоляции значительно отличаются от измеренных характеристик звукоизоляции этих же конструкций. Тем самым, применение этих методов, при прогнозировании шумозащитных свойств проектируемых ограждающих конструкций, обуславливает возможные ошибки в оценке звукоизоляционных характеристик рассматриваемых конструкций. Кроме того, некоторые из предложенных методов расчета отличаются высокой сложностью и не находят широкого применения на практике.

Во втором разделе представлены результаты экспериментальных испытаний и теоретических исследований звукоизолирующей способности однослойных ограждающих конструкций.

Измерения звукоизоляции от воздушного шума однослойными конструкциями проводились в акустических камерах КазГАСА и НИИ СФ по методике, изложенной в ГОСТ 27296 – 87. Испытуемая конструкция монтировалась в проем между камерами высокого (КВУ) и низкого уровня (КНУ). В КВУ, при проведении измерений, воспроизводился «белый шум» в третьоктавных полосах частот с помощью передающего тракта. Измерения уровней звукового давления в третьоктавных полосах частот в КВУ и КНУ проводились с помощью измерительного тракта.

Схема измерительной установки представлена на рисунке 1.

1 – камера низкого уровня (КНУ); 2 – камера высокого уровня (КВУ); 3 – громкоговорители – звуковые колонки; 4 – двухконтурное уплотнение; 5 – испытуемая ограждающая конструкция (на схеме - кирпичная стена); 6 – двери; 7 – независимые фундаменты; 8 – виброизолирующий слой; 9 – виброизоляторы в виде резиновых кубиков;  11 – грунт.

 

Рисунок 1Схема устройства для измерений звукоизолирующей способности ограждающих конструкций

 

Установлена следующая закономерность – звукоизоляция  от воздушного шума массивными однослойными конструкциями в диапазоне низких частот до граничной частоты (), не зависит от частоты и определяется только поверхностной плотностью ограждающей конструкции и ее толщиной:

 

,                                                                                                (1)

 

где  - поверхностная плотность ограждающей конструкции, ;  - поправочный коэффициент, зависящий от толщины  ограждающей конструкции.  .

В области граничной частоты  значение звукоизоляции от воздушного шума определяется с поправкой (-5 ) на резонансное прохождение звука, по формуле

 

.                                                                                            (2)

 

В области частот выше граничной  звукоизоляция от воздушного шума определяется по формулам:

- для массивных конструкций толщиной более 120 мм

 

,                                                          (3)

 

- для конструкций толщиной менее 100 мм

 

,                                                     (4)

 

где  - граничная частота конструкции, ;  - акустический импеданс воздуха;  - коэффициент потерь в конструкции (), где  - время реверберации на собственной частоте, ;  - собственная частота, .

Значение звукоизоляции  тонкими однослойными конструкциями в низкочастотном диапазоне (), зависит от частоты и определяется законом массы.

Особенностью в поведении частотной характеристики звукоизоляции тонкими листовыми ограждающими конструкциями по сравнению с массивными, является «провал» характеристики в диапазоне частот 1000 – 2000 Гц.

Впервые предложен алгоритм описания «провала» частотной характеристики звукоизоляции тонкими ограждающими конструкциями в области граничной частоты, на основе пространственно – частотных резонансов. Величина данного «провала» определяется по формуле

 

,                                                     (5)

 

с последующим понижением числового коэффициента 50 у слагаемого   на число 5 для каждой среднегеометрической частоты последующих третьоктавных диапазонов частот, вплоть до частоты .

В частотном диапазоне  величина звукоизоляции от воздушного шума резко возрастает и определяется по формуле (5).

Разработаны методики расчета звукоизоляции от воздушного шума однослойными массивными и тонкими ограждающими конструкциями по результатам теоретических исследований их звукоизолирующих способностей.

На рисунке 2 представлен сравнительный анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований частотных характеристик звукоизоляции одной из десяти исследуемых в работе однослойных конструкций, вычисленных различными методами.

 

4

 

1

 

2

 

3

 

Кривая 1измеренная частотная характеристика звукоизоляции; Кривая 2расчетная (по разработанной методике расчета) частотная характеристика звукоизоляции; Кривая 3 - расчетная (по методу Заборова В.И.) частотная характеристика звукоизоляции; Кривая 4 - расчетная (по методу Крейтана В.Г.) частотная характеристика.

 

Рисунок 2Частотные характеристики звукоизоляции от воздушного шума конструкцией, состоящей из силикатного кирпича, оштукатуренной с обеих сторон, общей толщиной 145 мм

 

Анализ рисунка 2 показывает, что измеренная и расчетная, по методике описанной в представленной работе, частотные характеристики звукоизоляции от воздушного шума рассматриваемой однослойной конструкцией, имеют хорошую сходимость во всем нормируемом диапазоне частот. Следовательно, разработанная методика расчета может успешно применяться при прогнозировании шумозащитных свойств ограждающих конструкций.

Особое внимание при проведении исследований звукоизоляции однослойными конструкциями было уделено влиянию передачи структурного шума через узлы и соединения здания на комплексную (общую) звукоизолирующую способность этих конструкции. Установлено, что основное влияние на косвенную передачу структурного шума по смежным конструкциям через узлы и соединения здания, оказывают конструктивные параметры смежных конструкций – их поверхностные плотности и геометрические размеры.

По результатам исследований разработана методика расчета поправки , определяющей снижение звукоизолирующей способности ограждающей конструкции за счет косвенной передачи структурного шума по узлам и соединениям здания.

 

,                                                  (6)

 

где  - площадь разделяющей ограждающей конструкции, ;  - наибольшее из всех значений площадей смежных ограждающих конструкций, ;  - звукоизоляция от воздушного шума ограждающей конструкцией, разделяющей «шумное» и «изолируемое» помещения, без учета косвенной передачи звука, ;  - наименьшее из значений звукоизоляции смежными ограждающими конструкциями, ;  - звукоизоляция от структурного шума узлом или соединением, .

 

,                                                                                              (7)

 

где  - поверхностная плотность ограждающей конструкции помещения с источником шума, ;  - поверхностная плотность ограждающей конструкции изолируемого помещения, .

В третьем разделе описаны основные типы многослойных ограждающих конструкций и представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований их частотных характеристик звукоизоляции от воздушного шума.

Экспериментальные исследования проводились в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 27296 – 87, в акустической лаборатории НИИ СФ на установке, схема которой приведена на рисунке 1. 

По результатам исследований разработаны методики расчета звукоизоляции от воздушного шума многослойными конструкциями, состоящими из:

а) массивных твердых слоев с промежуточным упругим слоем.

Расчет звукоизоляции  от воздушного шума такой конструкцией, в соответствии с предложенной методикой, выполнялся по формуле

 

,                                                                                                          (8)

 

и сводился к определению величины звукоизоляции одного (как правило основного) твердого слоя  и величины поправки , обусловленной  устройством дополнительного твердого слоя через упругую прослойку.

Величина  вычислялась как для однослойной ограждающей конструкции по формулам (1 – 4).

Величина поправки  частотно зависима и вычислялась:

1) для диапазона частот  по формуле   

 

,                                                                                                       (9)

 

где  - частота собственных колебаний дополнительного элемента (дополнительного твердого слоя) на упругом основании жесткостью   многослойной (двухмассовой) конструкции;

2)     для диапазона частот  по формулам 

 

 - при разных твердых слоях,                    (10)      

 

где  - поверхностные плотности твердых слоев многослойной конструкции, ;  - цилиндрические жесткости твердых слоев многослойной конструкции, .

б) тонких твердых слоев с промежуточным упругим слоем (каркасно-обшивные перегородки).

Расчет звукоизоляции от воздушного шума такой конструкцией выполнялся по формуле (8). Особенностью поведения измеренных частотных характеристик звукоизоляции конструкциями каркасно-обшивных перегородок, служил «провал» характеристики в районе граничных частот обшивок, который не описывался ранее известными методами прогнозирования и расчета звукоизолирующей способности многослойными конструкциями.

В представленной работе предложен алгоритм расчета частотной характеристики звукоизоляции от воздушного шума каркасно-обшивными перегородками и звукоизолирующими облицовками в зоне граничной частоты.

Последовательность расчета звукоизоляции от воздушного шума каркасно-обшивной перегородкой:

1) расчет звукоизоляция первым слоем конструкции  по формуле закона массы;

2) расчет поправки на добавление второго слоя через упругую прослойку  - по формуле (5), с последующим понижением числового коэффициента 50 у слагаемого   на число 5 для среднегеометрической частоты каждого следующего третьоктавного диапазона частоты, вплоть до частоты .

В диапазоне частот  кривая частотной характеристики звукоизоляции листовых (тонких) конструкций определяется по формуле

 

.                                                  (11)  

 

В работе отражены результаты сравнительного анализа расчетных (с помощью различных методов расчета) и измеренных частотных характеристик звукоизоляции от воздушного шума основными типами наиболее распространенных в строительной практике конструкциями  каркасно-обшивных перегородок. Анализ показал, что измеренные и расчетные по методике представленной в работе, частотные характеристики звукоизоляции от воздушного шума многослойными конструкциями каркасно-обшивных перегородок имеют хорошую сходимость во всем нормируемом диапазоне частот.

в) основного массивного слоя и тонкой плиты, расположенной на некотором расстоянии от основного слоя, с заполнением промежутка между ними звукопоглощающим материалом (звукоизолирующие облицовки).

Особенностью частотных характеристик звукоизоляции от воздушного шума такими конструкциями, также является «провал» характеристики в районе граничной частоты тонкой плиты. Величина «провала» частотной характеристики звукоизоляции хорошо описывается формулой (5) с последующим изменением числового коэффициента 50 слагаемого .

При изложении методики расчета звукоизоляции от воздушного шума многослойными ограждающими конструкциями с тонкой плитой на относе, предложена формула для вычисления поправки , учитывающая добавление дополнительного элемента многослойной конструкции – тонкой плиты на относе

 

,                                                                     (12)

 

где  - коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально и зависящий от частоты, характеристик материала «тонкой» плиты и материала упругого слоя. Экспериментально установлено, что  изменяется в пределах 1,8 – 2,2;  - коэффициент излучения при точечном или линейном креплении тонкой плиты к основному слою многослойной конструкции;  - количество точек или линий крепления – акустических мостиков.

Результаты сравнительного анализа расчетных (с помощью различных методов расчета) и измеренных частотных характеристик звукоизоляции от воздушного шума многослойными конструкциями с тонкой плитой на относе показали, что измеренные и расчетные, по методике описанной в работе, частотные характеристики звукоизоляции имеют хорошую сходимость во всем нормируемом диапазоне частот.

На рисунке 3 приведены результаты сравнительного анализа экспериментальных и теоретических исследований частотных характеристик звукоизоляции многослойными конструкциями.

 

3

 

2

 

1

 

Кривая 1измеренная частотная характеристика звукоизоляции; Кривая 2 – расчетная (по предложенной методике расчета) частотная характеристика звукоизоляции; Кривая 3 - расчетная (по методу Заборова В.И.) частотная характеристика звукоизоляции.

 

Рисунок 3Частотные характеристики звукоизоляции от воздушного шума конструкцией каркасно-обшивной перегородки, состоящей из двух сдвоенных ГКЛ «Lafarge» толщиной по 12,5 ,  между которыми располагается упругий слой из «URSA GLASSWOOL» толщиной 100 мм.

 

Установлено, что звукоизолирующая способность многослойных ограждающих конструкций в большей мере зависит от наличия жестких связей (акустических мостиков) между ее твердыми слоями по которым звук распространяется от первой плиты конструкции ко второй, минуя промежуточный звукопоглощающий материал. Для повышения звукоизолирующей эффективности многослойной конструкции необходимо уменьшить жесткость мостиков, соединяющих твердые слои конструкции и увеличить массу и жесткость основного элемента конструкции.

В четвертом разделе представленной работы предложены пути повышения звукоизолирующей эффективности ограждающих конструкций конструктивными методами и применением разработанных узлов крепления – виброизолирующих амортизирующих подвесов.

Установлено, что у массивных однослойных ограждающих конструкций повышение звукоизолирующей способности происходит при увеличении жесткости конструкции без изменения ее массы, например, применением дополнительных ребер жесткости.

Для тонких (листовых) однослойных и многослойных ограждающих конструкций повышение звукоизолирующей эффективности достигается уменьшением жесткости тонких слоев конструкций без изменения их массы (поверхностной плотности). Уменьшение жесткости тонких конструкций можно добиться, например, с помощью пропилов в двух взаимно перпендикулярных направлениях, или прикреплением дополнительных отдельных масс.

 

Заключение

 

Основные выводы и результаты представленной работы следующие:

1) Установлены зависимости звукоизолирующей способности однослойных и многослойных ограждающих конструкций от их конструктивных параметров, определено, что основная доля звуковой энергии передается через эти конструкции их изгибными колебаниями зависящими от соотношения между скоростью распространения в конструкции изгибных волн  и скоростью звука в воздухе, а также от значений нижней собственной и граничной частот конструкций. Установлены зависимости изменения частотной характеристики («провала») звукоизолирующей способности тонких однослойных и многослойных ограждающих конструкций в области граничной частоты, обусловленные влиянием пространственно-частотных резонансов, возникающих в этих конструкциях вследствие волнового совпадения. Впервые предложено аналитическое описание «провала» частотной характеристики звукоизоляции такими конструкциями.

2) Установлено влияние косвенной передачи структурного шума через узлы и соединения здания на комплексную (общую) звукоизолирующую способность ограждающей конструкции. Разработана методика расчета поправки, определяющей снижение звукоизоляции ограждающими конструкциями под действием косвенной передачи структурного шума через узлы и соединения здания.

3) Разработаны методики расчета звукоизоляции от воздушного шума однослойными (массивными и тонкими) и многослойными (массивными, тонкими и массивными с тонкой плитой на относе) ограждающими конструкциями, позволяющие с высокой точностью прогнозировать шумозащитные свойства этих конструкций. Получена формула для вычисления поправки , учитывающей добавление к основному массивному элементу многослойной конструкции дополнительного элемента конструкции – тонкой плиты на относе        .  

4) Приведены в сравнении результаты теоретических и экспериментальных исследований частотных характеристик звукоизоляции однослойными и многослойными конструкциями с учетом передачи структурного шума по узлам и соединениям зданий. Предложены пути повышения звукоизолирующей эффективности ограждающих конструкций конструктивными методами с применением разработанных узлов крепления – амортизирующих подвесов.

Оценка полноты решения поставленных задач. Поставленная цель работы достигнута, задачи исследования решены, результаты исследования доведены до внедрения.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Результаты исследований и разработанные методики расчета звукоизоляции ограждающими конструкциями, представленные в работе, могут быть использованы проектными институтами,  специалистами в области строительной физики, службами санитарно-эпидемиологического контроля (СЭС).

Оценка технико–экономической эффективности внедрения. Достоверная оценка звукоизолирующей способности при прогнозировании шумозащитных свойств ограждающих конструкций позволяет применять оптимальные, с точки зрения материальных затрат, конструкции, отвечающие санитарно-гигиеническим требованиям нормативных документов РК. Стоимость материалов 1 м2 кирпичной стены толщиной 0,5 м составляет: 2575 тенге. Стоимость материалов 1 м2 аналогичной по звукоизолирующим свойствам конструкции из кирпича и ГКЛ с заполнением промежутка плитами из стекловолокна, составляет: 2150 тенге. Экономия затрат на материалы 1 м2 конструкции составляет: 425 тенге. По данным агентства по статистике РК в 2008 г. было сдано в эксплуатацию 10 920 000 м2, в том числе 6 832 000 м2 жилья. Если условно принять площадь ограждающих конструкций зданий, требующих усиления звукоизоляции  равной  площади сданных кв. метров, то годовой экономический эффект составит: 425 тенге х 1 092 000 м.кв.=464 100 000 тенге.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. До настоящего времени в Республике Казахстан прогнозирование шумозащитных свойств ограждающих конструкций осуществляется по методикам, изложенным в соответствующих СНиПах и СП, дающим приблизительную оценку звукоизолирующей способности конструкций. Достоверная оценка звукоизолирующей способности ограждающих конструкций с учетом косвенной передачи структурного шума по узлам и соединениям здания до сегодняшнего дня в Республике Казахстан не проводится.  

 

Список опубликованных работ по теме диссертации

 

1 Омаров С.С., Иркегулов А.Ш., Нурумов Р.Б., Дильмагамбетова Б.М. Расчет звукоизоляции ограждающими конструкциями из стали толщиной 20 мм от воздушного шума в жилых помещениях буровой баржи // Материалы международной научно-практической конференции Вопросы прикладной физики и математики. – Алматы, 2003. – С.348-350.

2 Омаров С.С., Нурумов Р.Б. Исследование влияния звукопоглощающих конструкций Ecophon на акустические характеристики помещений // Материалы международной научно-практической конференции Вопросы прикладной физики и математики. – Алматы, 2003. – С.350-356.

3 Нурумов Р.Б., Омаров С.С., Дильмагамбетова Б.М. Расчет звукоизоляции ограждающими конструкциями из стали толщиной 20 мм от ударного шума межпалубным перекрытием буровой баржи // Материалы международной научно-практической конференции Вопросы прикладной физики и математики. – Алматы, 2003. – С.414-417.

4 Нурумов Р.Б., Омаров С.С. Исследование акустических характеристик многослойных ограждающих конструкций // Вестник КазГАСА. – 2003. № 8. – С.210-213.

5 Омаров С.С., Нурумов Р.Б. Звукоизоляция от воздушного шума подвесными потолками // Вестник КазГАСА. – 2004. – № 11. – С.172-174.

6 Омаров С.С., Нурумов Р.Б., Аймагамбетова З.Т. Расчет изоляции от воздушного шума ограждающими конструкциями с учетом влияния структурного шума // Вестник КазГАСА. – 2004. – № 11. – С.182-185.

7 Нурумов Р.Б., Омаров С.С. Расчет звукоизоляции пустотных конструкций междуэтажных перекрытий // Материалы международной конференции Теоретические и экспериментальные исследования строительных конструкций. – Алматы, 2004. – ч.2. – С.27-30.

8 Омаров С.С., Нурумов Р.Б. Расчет звукоизоляции однослойных ограждающих конструкций, содержащих открытые проемы // Материалы международной конференции Теоретические и экспериментальные исследования строительных конструкций. – Алматы, 2004. – ч.2. – С.30-32.

9 Омаров С.С., Нурумов Р.Б., Бегимов Т.Б. Исследование акустических свойств многослойных ограждающих конструкций с гибкими плитами на относе. //Вестник КазНТУ. – 2005. – № 2(46). – С.71-75.

10 Омаров С.С., Бегимов Т.Б., Нурумов Р.Б. Звукопоглощающая способность от воздушного шума однослойными, однородными конструкциями // Вестник КазНТУ. – 2006. – № 2(52). – С.108-111.

11 Нурумов Р.Б., Омаров С.С. Эффективность звукоизолирующих ограждающих конструкций // Материалы международной научно-методической конференции Актуальные проблемы естественнонаучных дисциплин. – Алматы, 2007. – ч.1, – С.18-21.

12 Нурумов Р.Б., Омаров С.С., Бегимов Т.Б. Подвесной потолок для помещений с повышенной звукоизоляцией // Материалы международной научно-технической конференции Новое в безопасности жизнедеятельности. – Алматы, 2008. – С.323-330.

13 Омаров С.С., Нурумов Р.Б. Расчет звукоизоляции от воздушного шума межкомнатной перегородкой из железобетона толщиной 180 мм // Материалы международной научно-технической конференции Новое в безопасности жизнедеятельности. – Алматы, 2008. – С.405-408.

14 Омаров С.С., Нурумов Р.Б., Бегимов Т.Б. Расчет звукоизоляции от воздушного шума многослойными ограждающими конструкциями // Вестник КазНТУ. – 2009. – № 1(71). – С.111-115.

15 Омаров С.С., Нурумов Р.Б., Бегимов Т.Б. Расчет звукоизоляции от воздушного шума однослойными массивными железобетонными и пазогребневыми гипсовыми ограждающими конструкциями // Вестник КазНТУ. – 2009. – № 2(71). – С.100-105.

 

Түйін

 

Нұрумов Рашид Баян ұлы

 

Құрылыстық қоршау конструкцияларының шудан қорғау қасиеттерін болжау

 

05.26.01 – еңбекті қорғау

 

Жұмыстың жалпы сипаттамасы. Құрылыстық қоршау конструкцияларының шудан қорғау қасиеттерін болжау ғимараттар мен құрылғылардың  нақты қоршау конструкцияларының шудан қорғау қабілетін анық бағалауға негізделген. Конструкциялардың шудан қорғау қабілетін бағалаудың негізінде қаралатын конструкциялардың ауа немесе соғу шуынан дыбыс өткізбеу қабілетін есептеу әдістемесі жатыр. Бұл әдістеме осы және осымен шектес конструкциялар арқылы дыбыстың өтуінің тәсілдерін және қоршау конструкцияларының техникалық, монтаждық, эксплуатациялық және тағы да басқа ерекшеліктерін есепке алады.   

Мәселенің өзектігі. Шудың жоғары деңгейлерінен қорғау – еңбекті және қоршаған ортаны қорғау мәселелерін шешудің ең маңызды бағыттарының бірі. Қоршау конструкцияларының дыбыс өткізбеу параметрлерін анықтау және олардың Қазақстан Республикасының нормативтік құжаттарының талаптарына сәйкестігі өте маңызды мәселе болып табылады. Қоршау конструкцияларының шудан қорғау қабілеттерін болжаушы бағалардың дәлдігі конструкциялардың дыбыс өткізбеу қабілетін есептеу әдісінің дәлдігімен анықталады.   

Диссертациялық жұмыстың мақсаты – қоршау конструкцияларының шудан қорғау қабілетін болжаған кезде олардың ауа шуынан дыбыс өткізбеу қабілетін есептеудің әдістерін жасау. Сол мақсатқа жету үшін төмендегі негізгі мәселелер шешілетін болды:

- құраштар, қосқыштар және акустикалық көпірлер арқылы өтетін құрылымдық шудың әсерін ескере отырып, қоршау конструкцияларының дыбыс өткізбеу қабілетін тәжірибелік және теориялық тұрғыдан зерттеу;

- зерттеулер нәтижелерін қоршау конструкцияларының дыбыс өткізбеу қабілетін сынау нәтижелерімен салыстырмалы түрде талдау;

- бір қабатты және көп қабатты қоршау конструкцияларының дыбыс өткізбеу қабілетін есептеудің инженерлік әдістерін жасау;

- Нақты қоршау конструкцияларының дыбыс өткізбеу қабілетін көтерудің технологиясын жасау.

     Зерттеу нысаны. Тұрғын, қоғамдық және өндірістік ғимараттар мен құрылғылардың құрылыстық қоршау конструкциялары. 

     Зерттеу пәні. Бір қабатты және көп қабатты қоршау конструкциялар арқылы ауа шуынан дыбыс өткізбеу.

Зерттеу әдістері. Бұл жұмыста зерттеудің теориялық және тәжірибелік әдістері пайдаланылды. Негізгі мақсат – жобалаушы инженерлер өз күн сайынғы қызметтерінде пайдалана алатын қоршау конструкцияларының дыбыс өткізбеу қабілетін есептеудің инженерлік әдістемелерін жасау.

Жұмыстың ғылыми жаңалығы төмендегілерден тұрады:

-  шекті жиілігінен жоғары жиілік диапазонындағы жіңішке заттардан жасалған конструкциялардың ауа шуынан дыбыс өткізбеу қабілетін төмендетууді есепке алатын аналитикалық байланыстың өткізу формулалары алғашқы рет жасалды.

- құрылымдық шудың ғимараттағы құраштар мен қосқыштар арқылы өтуінің әсерін есепке алатын конструкцияның дыбыс өткізбеу қабілетін түзеудің формуласы алғашқы рет жасалды.

- нормаланған жиілік диапазонындағы бір-қабатты және көп-қабатты конструкциялар мен ауа шуынан дыбыс өткізбеу қабілетін анықтайтын жаңа формулалар ұсынылды.

     Диссертациялық жұмыстағы зерттеулердің нәтижелері, ғылыми ережелер, қорытындылар және ұсыныстардың негізділігі және анықтығы төмендегілермен расталған:

- физика, акустика теориялық заңдарының және серпімділік теориясының пайдаланылуы;

- теориялық және тәжірибелік мәселелерді қоюдың дәлдігі және қабылданған болжамдар;

- Мәскеу қаласындағы Құрылыстық физика жөніндегі ғылыми-зерттеу институты (ҚФ ҒЗИ) ұсынған каркас-көмкеріс қалқаларының және аралықта орнатылған қосымша қаптаулары бар қоршау конструкцияларының дыбыс өткізбеу қабілетін зерттеу жөніндегі ғылыми-техникалық жұмыстарға арналған Қорытындылар және Есептемелер;

- ҚФ ҒЗИ жасаған қоршау конструкцияларының дыбыс өткізбеу қабілетін аналитикалық зерттеу нәтижелерінің көп санды конструкцияларының зертханалық және табиғи сыналуларымен қанағаттанарлық жинақтылығы және жиынтығы.

     Қорғауға төмендегілер ұсынылады:

- қоршау конструкцияларының конструктивтік параметрлерінің олардың дыбыс өткізбеу қабілетіне әсерлерінің теориялық және тәжірибелік тұрғыдан зерттеу нәтижелері;

- құрылымдық шудың конструкциялардың ауа шуынан кешенді дыбыс өткізбеуге жанама өтуінің әсерін зерттеулердің нәтижелері;

- жасалған қоршау конструкцияларының ауа шуынан кешенді дыбыс өткізбеуді есептеудің әдістемелері;

- жасалған қоршау конструкцияларының  дыбыс өткізбеуінің тиімділігін көтеруге арналған әдістер мен конструктивтік элементтер.

     Жұмыс нәтижелерін жүзеге асыру. Жұмыс нәтижелерін және жасалған бекіту құраштарын кәсіпорындар мен  мекемелердің тұрғын және қоғамдық ғимараттарын қоршау бірқатар конструкцияларымен дыбыс өткізбеу жасауды түзету бойынша  жобалар атқарылғанда пайдаланды.

     Жұмыс нәтижелерін мақұлдау. Диссертациялық жұмыстың ғылыми ережелері мен негізгі нәтижелері Халықаралық ғылыми-тәжірибелік және ғылыми-әдістемелік конференцияларда ұсынылып баяндалды.

 

Summary

 

Rashid Bayanovich Nurumov

Forecasting of building enclosure noise control properties

Specialty 05.26.01 – occupational safety

 

General description of the work. Forecasting of building enclosure noise control properties are based on a reliable assessment of the sound insulation capability of real enclosures in buildings and structures. Assessment of the enclosures’ noise insulation capability is based on a method of calculating the air or shock noise insulation of the enclosure under study, allowing for the mechanisms of noise passing though this or other structures adjacent to it, and technical, mounting, operating and other features of the enclosures.

Problem relevancy. Protection against high noise levels is one of the most important directions for solving occupational safety and environmental protection-related issues. The problem of determining the enclosures’ sound insulation parameters and their compliance with the requirements of normative documents of the Republic of Kazakhstan is a pressing one. The precision of the forecast assessments of building enclosure noise control properties is defined by the accuracy of the method of calculating the enclosures’ sound insulation.

The goal of the thesis is to develop methods of calculating sound insulation against air noise by enclosures when forecasting their noise control properties. To reach this goal, the following principal tasks were solved:

- experimental and theoretical investigations of the enclosures’ sound insulation capability, with allowance for the effect of structural noise transmitted through the units, joints and acoustic bridges;

- a comparative analysis of the investigation results with the enclosures’ sound insulation capability test results;

- developing engineering methods of calculating the sound insulation capability of single-layer and multi-layer enclosures;

- developing a technology for improving the sound insulation capability of real enclosures.

Object investigated. Building enclosures of residential, public and industrial buildings and structures. 

Subject investigated. Sound insulation against air noise by single-layer and multi-layer enclosures.

Investigation methods. Both theoretical and experimental investigation methods have been used in this work. The main task is to create engineering methods of calculating the enclosures’ sound insulation capability, which can be used by design engineers in their daily activities.

The scientific novelty of the work consists in the following:

- for the first time, formulas of analytic dependence have been obtained that allow for the reduction of sound insulation against air noise by structures made of thin materials in a frequency range above the limiting frequency ().

- for the first time, a formula has been obtained for correcting the enclosures’ sound insulation, allowing for the effect of structural noise transmission through building units and joints.

- new formulas are proposed by which the sound insulation against air noise by single-layer and multi-layer enclosures is determined in a rated frequency range.

The validity and reliability of the results of the investigations, scientific provisions, conclusions and recommendations set forth in the thesis are confirmed by:

- the application of theoretical laws of physics, acoustics and elasticity theory;

- the correctness of stating theoretical and practical tasks, accepted assumptions;

- Conclusions and Reports on scientific and technical investigations of the sound insulation of framed partitions and enclosures with offset additional coatings, which have been presented by the Research Institute for Construction Physics (RI CPh) , Moscow;

- the totality and satisfactory convergence of the results of analytical investigations of the enclosures’ sound insulation capability with laboratory and full-scale tests of a large number of enclosures carried out by RI CPh.

To be defended:

- the results of theoretical and experimental investigations of the effect of  enclosure design parameters on their sound insulation capability;

- the results of investigations of the effect of indirect structural noise transmission on the overall sound insulation against air noise by enclosures;

- the developed methods of calculating the overall sound insulation against air noise by enclosures;

- the developed methods and structural components for improving the sound insulation effectiveness of enclosures.

Application of the work results. The work results and developed attachment points have been used by a number of enterprises and organizations in implementing a number of projects to correct the sound insulation of residential and public building enclosures.

Approval of the work results. The scientific provisions and principal results of the thesis have been presented and reported at international research and practice and scientific method conferences.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать 19.08.2009. Формат 60х84 1/16.

Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 110 экз. Заказ №244.

 

 

Отпечатано в ТОО «Издательство LEM»

г. Алматы, ул. Байтурсынова, 78а, тел. 242-82-33