» » Проектирование звукоизоляционного слоя

Проектирование звукоизоляционного слоя

20.04.2016

Для устройства звукоизоляционного слоя легкобетонных перекрытий с раздельным («плавающим») полом следует применять упругомягкие теплозвукоизоляционные материалы. Применять звукоизоляционные засыпки из песка или пористых заполнителей не рекомендуется так как они не отвечают нормативным требованиям по звукоизоляции жилых зданий.
При производстве комплексных панелей перекрытий в одном технологическом цикле путем послойного бетонирования несущей части и легкобетонного основания пола звукоизоляционные материалы применяются в виде сплошного слоя, а при производстве этих панелей методом укрупнительной сборки или при отдельном монтаже элементов основания пола на постройке — также и в виде отдельных полосовых прокладок.
Мягкие материалы по механическим свойствам существенно отличаются от упругих твердых материалов имеющих определенную структурную прочность.
Характерными особенностями упругомягких материалов являются интенсивное возрастание жесткости при повышении давления, а также наличие значительных контактных деформаций образцов (вследствие неровности их поверхности), практически неотделимых от деформаций материала при равномерном давлении.
Упругие свойства мягких материалов проявляются при повторных воздействиях давления, не превосходящего по величине первоначального. При этом толщина образца в результате остаточных деформаций может быть значительно меньше первоначальной.
Если деформативность упругих и упругопластических твердых материалов в достаточной степени характеризуется величинами их модулей упругости или модулей деформаций, то для мягких материалов эти показатели имеют весьма условное значение. Первоначальная толщина образца из мягкого материала при увеличении давления может уменьшиться в несколько раз.
Вполне определенная упругая жесткость предварительно обжатого образца при данной величине повторного давления может характеризоваться совершенно разными величинами модулей упругости, если исходить из толщины образца до или после предварительного обжатия. Причем в первом случае расчетное значение модуля упругости будет значительно больше, чем во втором.
Статическая жесткость слоя звукоизоляционного материала с определенной начальной толщиной и плотностью может быть представлена в виде производной давления по деформации (перемещению):
Проектирование звукоизоляционного слоя

Интенсивное возрастание жесткости при повышении давления объясняется уменьшением толщины слоя мягкого материала и увеличением модуля деформаций в результате соответствующего изменения плотности этого материала.
Практически можно принять, что модуль деформаций возрастает пропорционально плотности материала:
Проектирование звукоизоляционного слоя

где E0 и h0 — модуль деформации и толщина слоя звукоизоляционного материала.
При определенном значении давления E0 и h0 могут рассматриваться в качестве известных параметров звукоизоляционного материала.
Выражая через указанные параметры переменную величину модуля деформаций E и подставляя ее в уравнение (26), получаем зависимость, связывающую толщину слоя с первой производной давления:
Проектирование звукоизоляционного слоя

Интегрируя это уравнение, находим
Проектирование звукоизоляционного слоя

В более общем виде уравнение (29) можно записать:
Проектирование звукоизоляционного слоя

Пользуясь зависимостями (27) и (30), по найденным из опыта значениям h1 и h2 можно определить модули деформаций при величинах давления σ1 и σ2:
Проектирование звукоизоляционного слоя

Упругая жесткость мягких звукоизоляционных материалов в основном соответствует максимальной жесткости при наибольшем давлении:
Проектирование звукоизоляционного слоя

Пользуясь зависимостями (26) и (28), можно записать
Проектирование звукоизоляционного слоя

Подставляя значение h из формулы (29), получаем
Проектирование звукоизоляционного слоя

где Δσ=σ —σ0.
При σ0=0 Δσ=σ.
Значение модуля упругости материала, отнесенное к начальной толщине его слоя:
Проектирование звукоизоляционного слоя

Однако приведенные зависимости не учитывают рыхлых контактных деформаций при малых величинах нагрузки, когда давление передается не по всей площади образца.
Если при испытании твердых материалов деформации измеряются между фиксированными точками образца, что исключает влияние неплотностей в контактной зоне, то при испытании звукоизоляционных материалов деформации определяются по перемещениям плиты, через которую передается давление. Такой метод испытания соответствует характеру работы образцов из мягких материалов в конструкциях перекрытий.
Между тем влияние контактных деформаций весьма значительно, особенно в тонких образцах с неровной поверхностью. Деформации образца из двух слоев звукоизоляционного материала всегда выше деформаций образца из одного слоя того же материала двойной толщины. Поэтому слои разной толщины из одного и того же материала могут иметь разные величины относительных деформаций при одном и том же давлении.
Для учета контактных деформаций можно условно ввести дополнительное слагаемое ε0:
Проектирование звукоизоляционного слоя

где E=Gh0.
Для определения расчетных значений ε0 и E0 можно воспользоваться формулами (31) исходя из такого интервала давлений σ1 и σ2, при котором нагрузка передается уже по всей площади образца и влияние контактных деформаций незначительно.
Для большинства мягких материалов, применяемых в качестве звукоизоляционных прокладок, указанное условие удовлетворяется при σ1≥0,02 кгс/см2 (σ2≥σ1).
Давление σ1 является граничным для двух интервалов: от σ0 = 0 до σ1 и от σ1 до σ2.
Таким образом, используя зависимость (31), можно определить условную толщину слоя материала h0, полученную как бы с исключением рыхлых контактных деформаций:
Проектирование звукоизоляционного слоя

Исходя из интервала давлений от σ1 до σ2
Проектирование звукоизоляционного слоя

a исходя из интервала от σ0=0 до σ1
Проектирование звукоизоляционного слоя

Приравняв правые части этих уравнений, находим
Проектирование звукоизоляционного слоя

Используя полученную величину h0 и зависимость (27), находим расчетные значения ε0 и ε0:
Проектирование звукоизоляционного слоя

Тогда полная относительная деформация звукоизоляционного слоя при давлении 0,02 кгс/см2 может быть определена по формуле
Проектирование звукоизоляционного слоя

При определении упругих разгрузочных деформаций по формуле (32) величину h0 следует заменить величиной h0, а значение коэффициента К в большинстве случаев с достаточной для практических целей точностью можно принять равным единице.
Тогда:
Проектирование звукоизоляционного слоя

Проектирование звукоизоляционного слоя

На рис. 62 показан характерный график зависимости полных относительных деформаций упругомягкого материала (минераловатные плиты на синтетической связке марки ПМ) от величины давления. Теоретическая кривая этой зависимости, построенная по приведенным формулам, при σ≥0,02 кгс/см2 почти совпадает с графиком, основанным на опытных данных (как при нагружении, так и при разгрузке).
Толщину слоя звукоизоляционного материала при кратковременном действии нагрузки рекомендуется определять по формуле
Проектирование звукоизоляционного слоя

При длительном действии нагрузки толщина слоя, определенная по формуле (33), умножается на понижающий коэффициент Кдл (табл. 11).
Проектирование звукоизоляционного слоя
Проектирование звукоизоляционного слоя

Расчетные характеристики материалов, приведенные в табл. 11, определены на основании исследований, проведенных инж. Г.С. Лунеевой (ЦНИИЭП жилища).
Значения коэффициента Кдл отражают уменьшение толщины звукоизоляционного слоя в результате вибрационных испытаний, имитирующих многократные силовые воздействия в процессе длительной эксплуатации (I млн. циклов под нагрузкой).
Данные табл 11 рекомендуется использовать при расчете звукоизолирующей способности перекрытия с раздельным полом от ударного звука по методике, предложенной д-ром техн. наук В.И. Заборовым.
Многочисленные натурные и лабораторные исследования перекрытий этого типа показывают, что конструкции, обеспечивающие высокую звукоизоляцию от ударного звука (Еу≥3 дб) без покрытия чистого пола, как правило, имеют удовлетворительную звукоизолирующую способность и от воздушного звука [Ев≥0 дб).
Поэтому проектирование легкобетонного междуэтажного перекрытия для жилых домов целесообразно начинать с ориентировочного расчета звукоизоляции от ударного звука
По мере обжатия звукоизоляционных прокладок звукоизолирующая способность перекрытия снижается. В связи с этим звукоизоляцию следует рассчитывать исходя из условий длительной эксплуатации.
Значение динамического модуля упругости, указанное в табл. 11, рекомендуется увеличивать пропорционально повышению плотности материала в процессе длительной эксплуатации:
Проектирование звукоизоляционного слоя

где ЕД дл — значение динамического модуля упругости, пониженное в процессе эксплуатации;
Ед — значение динамического модуля упругости при кратковременном действии давления 0,02 кгс/см2, принимаемое по табл. 11;
h1 — толщина звукоизоляционной прокладки, определяемая по формуле (33) при σ1 = 0,02 кгс/см2;
hдл — толщина прокладки при длительном действии нагрузки,
Проектирование звукоизоляционного слоя

здесь h — толщина прокладки, определяемая по формуле (33), при проектном значении σ;
Кдл — коэффициент, принимаемый по табл. 11.
При устройстве звукоизоляционной прокладки в виде сплошного слоя σ=σ1 и h=h1, поэтому
Проектирование звукоизоляционного слоя

Динамическую жесткость прокладок рекомендуется определять по формуле
Проектирование звукоизоляционного слоя

где 1,1 — динамический модуль упругости воздуха, заключенного в объеме звукоизоляционного материала, в кгс/см2.
Методика расчета звукоизолирующей способности перекрытия с раздельным («плавающим») полом от ударного звука приведена в работе. Поэтому ограничимся лишь примером такого расчета применительно к требованиям норм с учетом длительной эксплуатации.