谈轻质墙体之薄板复合墙的隔音

王日恒

(广州市辉固技术服务有限公司，广东 广州 511442)

大部分国家20世纪80年代及以前的建筑，隔墙大多采用粘土砖结构。粘土砖的隔声效果非常好，如厚度为240 mm，密度为2400 kg/m3的粘土砖，其隔声量可以高达58 dB。但是随着城市化进程的推进，人口密度的不断增大，土地资源变得愈发珍贵。现在的建筑已禁止使用粘土砖，一方面是因为制作粘土砖会破坏土地资源，另一方面，随着建筑结构的发展，在民用建筑及多层、高层工业建筑中，普遍采用钢筋混凝土框架结构及钢结构，使大量的轻质墙体材料应用于建筑的围护墙和隔墙结构。轻质墙体材料的应用，不但减轻了结构荷载，节省了钢材、水泥，降低了工程造价，且加快了施工进度。所谓轻质墙体，是相对于容重大、面密度大的重墙而言。轻质墙体按材料大致可分为4类，即微孔块状材料轻墙、大孔块状材料轻墙、薄板板状材料轻墙、轻薄帘幕材料轻墙。本文主要讲述薄板板状材料。

1 薄板复合墙

薄板材料构筑的轻墙，指的是用轻薄的板构成的建筑围护结构，实际上轻薄板本身的容重并不一定很低，只不过它们在使用中都是以很薄的薄板出现在围护结构中，故其面密度比较轻。薄板因为很薄，所以常不当作单板，而是做成薄板复合墙。

薄板复合墙是在施工现场将薄板固定在龙骨的两侧而构成的轻质墙体，又或是使用机器将其压成两面薄板中间夹棉或其他材料的一体板材组成的复合墙。组成复合墙面层板的薄板厚度一般为零点几毫米到一二厘米不等，墙龙骨之间填充岩棉或玻璃棉。薄板板材种类很多，有薄钢材、彩色钢板、镀锌薄钢板、不锈钢板、塑料板、玻璃板、硅酸钙板、密度板、木胶合板、石膏板、纸面石膏板等等。其连接龙骨有轻钢龙骨、薄壁形龙骨、木龙骨、石膏龙骨等等。薄板本身隔声量并不高，例如1.2 cm+1.2 cm厚双层石膏板单墙的平均隔声量仅约为29 dB，而分成1.2 cm两面单板中空用7.5 cm系列轻钢龙骨连接，隔声量可增高到35 dB。增加薄板层数，墙的隔声量可大于50 dB。

2 薄板复合板隔声性能分析

2.1 隔声质量定律

对空气声的隔声理论，长期以来一直遵循质量定律，简单来说就是构建面密度增加一倍或频率增加一倍，即提高一个倍频程，隔声量就会相应增加6 dB。因此，重墙比轻墙隔声好，高频比低频隔声好。

无论从其对结构的荷载或是经济上考虑，不可能单靠提高板材的容重来增加隔声效果，而应该选用双层或多层复合构造。

2.2 提高双层或多层复合墙板隔声性能的方法

2.2.1 使用板材

尽量使用面密度大的板材做面板，以提高隔声量。如两面为1.0 mm厚的钢板，中空填充80 mm厚的玻璃棉，计权隔声量为51 dB;而两面的钢板增加到1.5 mm厚，计权隔声量则可以达到54 dB。

2.2.2 设置空气层

在两层墙之间留置一定的空气层间隙，则入射声能经由第一层穿透后，必须经过空气层的传递再传到第二层墙，这时空气层起着弹性层的作用，从而消耗声能。同时声波依次透过截然不同的媒质表面时，就要产生反射，声波多次的反射也能使声能逐渐衰减。实践证明，中间夹有一定厚度空气层的双层结构，要比没有空气层的单层结构隔声量大得多。例如，3 mm厚的钢板隔声量只有33 dB，而1.5 mm+1.5 mm 两片，中空8 cm，隔声量可达46 dB。理论上，同样结构的隔声板，空气层距离大的隔声量较高，并应存在一个最佳空气层厚度。如图1所示，25 mm双层墙板的计权隔声量为32 dB，30 mm板的隔声量为36 dB，50 mm板的隔声量为35 dB。

2.2.3 应用吸声材料

一般地说，空气层内填充吸声材料，隔声量可提高5 dB～8 dB。轻质复合墙空气层中放置吸声材料比在重质的双层墙中放置吸声材料，效果更为显著。如图2所示，结构1为25 mm厚的薄板复合板+25 mm空气层+25 mm厚的薄板复合板，隔声量为49 dB;而结构2与结构1的区别是，将结构1中的25 mm空气层填满密度为80 kg/m3的岩棉，隔声量却达到54 dB，提高了5 dB。

2.2.4 应注意声桥的产生

双层墙的空气层之间应尽量避免固体的刚性连接——声桥，因为若有声桥存在，将会破坏空气层的弹性层作用，导致隔声量下降。

同样的复合板，同厚的空气层，而用不同龙骨连接，对隔声量值有一定的影响，钢龙骨比木龙骨的声桥作用小，因而可提高隔声量3 dB～4 dB。无论用何种龙骨，若在龙骨与薄板间垫以柔性材料，可减弱声桥的影响。

2.2.5 应避免吻合效应

当入射声波以θ角向墙面入射时，板在声波作用下产生沿板面传播的弯曲波。如果板在斜入射声波激发下产生的受迫弯曲波的传播速度与板固有的自由弯曲波传播速度相等时，则称为发生了“吻合”。这时墙体的弯曲振动达到了极大值，墙体的隔声量将大大降低，把这种因声波入射角度造成的声波作用与隔墙中弯曲波传播速度相吻合而使隔声量降低的现象称为“吻合效应”。因而，在薄板构件设计中，应尽量减少吻合效应带来的隔声损失。

出现吻合效应的最低频率(即当θ=π/2时，声波掠入射时)称为临界频率，可由下式计算:

其中，c为声速，m/s;M为板的面密度，kg/m2;B为板的劲度;E为弹性模量，N/m2;ρ为板的密度，kg/m3。

如图1中板的隔声量在频率3150 Hz时出现了低谷，影响了整个板的隔声量。那么如何避免或改善这种吻合效应。

首先，吻合效应的范围是较宽的，约占3个倍频程。要减少吻合效应的影响除加大板的阻尼外，在临界频率落于中高频时，可采用减小板的厚度和劲度B，使板的临界频率移到不重要的甚高频上。其次，对于双层薄板复合墙，选用两种不同材质或不同厚度的板材作为面板，可防止两板同时发生吻合现象，预防吻合效应隔声低谷加深，相互错开吻合谷，从而改善墙体的隔声性能。最后，在双层薄板间填充吸声棉，同样起到减弱吻合效应影响，从而改善墙体隔声性能的作用。

3 评价薄板复合墙隔声效果的方法

虽然构件的隔声性能可以通过理论分析和理论公式计算求得，但由于在分析推导中做了许多的假设，所以计算结果与实际情况有一定的差异。要想获得构件的真实隔声性能，还得靠对实际构件进行测试。另外，在不同的场合或采用不同的测试方法，所得的隔声效果也会不同。只有在符合测试标准要求的实验室中按标准方法进行测试才能确定材料和构件的隔声性能。

目前，使用最多的方法是混响室法测定隔声量。常用的最新现行测试标准有 ISO 101401 ～5∶2010，ASTM E90-09，GB/T 19889-3∶2005等。根据这些标准测试所得的数据为测试频率1/3倍频程或倍频程下对应的薄板复合墙的隔声量。为了方便构件间隔声量易于比较，对每个构件简洁地以一个值表示其隔声性能，称为计权隔声量。根据相应的标准ISO 717-1，ASTM E413或GB/T 50121中的方法，将测试所获得的16个中心频率的隔声量，绘制成一条曲线，与标准曲线比较所得。

但是，实验室测试是比较理想的状态下的测量，而在现场安装中，情形就复杂得多。如板墙需要钻孔安装灯具、插座，安装管线等开孔开槽措施不当，会对墙面造成影响，而又不注意修补，则对隔声量造成影响。一个孔的出现会使隔声量降低9 dB以上。因此，要想得到这些板墙实际安装后的效果就得进行现场测试。两房间空气声隔声现场测试的现行标准有ISO 140-4∶1998，ASTM E336-2011，GB/T 19889-4∶2005 等。

4 结语

随着轻质隔墙的广泛使用，其隔声要求也越发被重视。改善薄板复合墙的隔声量可以采取以下的对策:1)使用复合结构，在造价允许的前提下尽量使用面密度大的板材作为面板;2)在双层板间的空气层中填充吸声材料;3)避免声桥的产生;4)双层墙两面墙板使用不同材质或厚度的板材降低吻合效应的影响;5)加强现场施工影响，提高工程质量保证墙体的隔声性能。

[1]康玉成.建筑隔声设计——空气声隔声技术[M].北京:中国建筑工业出版社，2004.

[2]马大猷，孙家麒，程明昆，等.噪声与振动控制工程手册[M].北京:机械工业出版社，2002.