Ограждения из элементов с пустотами

Теоретический анализ показывает, что акустически однородные бетонные элементы с круглыми пустотами должны иметь более высокую звукоизолирующую способность, чем сплошные плиты, имеющие равную с первыми поверхностную плотность.

Повышенная жесткость пустотных плит при заданной поверхностной плотности обусловливает уменьшение граничной частоты конструкции и тем самым увеличение ее звукоизолирующей способности в области волнового совпадения и на более высоких частотах. Однако практические методы расчета [37, 38, 50] не позволяли учесть влияния на звукоизолирующую способность конструкции формы ее сечения.

Конструктивные параметры бетонных конструкций с круглыми пустотами уточняли по результатам экспериментов, проведенных на испытательном стенде ЦНИИЭП жилища и в жилых домах, построенных по проектам серий 4570/63 в Москве, 1-528КП, 1—528КП—40, 16-ЗА в Ленинграде и 4570-73/75 в пос. Ватутинки Московской обл. [1, 19, 42]. Одновременно изучали влияние на звукоизолирующую способность пустотных плит заполнения пустот сыпучими материалами (песком, керамзитом) . По данным лабораторных испытаний двойных стен из гипсобетонных плит с круглыми пустотами, выполненных К.Гезеле и Р.Иеле [63], заполнение пустот песком позволило улучшить звукоизоляцию стен на 4,7 дБ. Это нельзя объяснить только увеличением поверхностной плотности ограждения — улучшение в значительной мере объясняется повышенным коэффициентом потерь песка по сравнению с бетоном.

В доме серии 4570/63 в Москве применены межквартирные стены из железобетонных панелей толщиной 19 см с круглыми пустотами диаметром 12,5 см, расположенными вертикально с шагом 15 см между их осями. Приведенная толщина бетона панели 11 см, поверхностная плотность 275 кг/м². У одной группы панелей пустоты были заполнены керамзитом плотностью 450 кг/м³, у другой — кварцевым песком - 1500 кг/м³. При этом поверхностная плотность стен увеличилась соответственно до 311 и 395 кг/м².

В доме серии 4570—73/75 межквартирные стены имели аналогичную конструкцию, однако при сохранении тех же диаметра и шага пустот толщина панели была увеличена до 21 см. Приведенная толщина панели 13,5 см, поверхностная плотность 325 кг/м². У части панелей пустоты были на заводе заполнены керамзитом плотностью 400 кг/м³. Поверхностная плотность стен из этих панелей составила 375 кг/м². Панели выполнены из тяжелого бетона марки М300, модуль упругости которого Е=3,3·10¹⁰ Па (по данным испытаний).

На испытательном стенде ЦНИИЭП жилища и в домах серий 1—528КП и 1—528КП—40 испытаны несущие части перекрытий из железобетонных многопустотных настилов толщиной 22 см с приведенной толщиной бетона соответственно 12 и 10,3 см. Сечение пустот плит, уложенных в домах, при изготовлении изделий было увеличено в результате приварки швеллера к нижней части трубы пустотообразователя. Поверхностная плотность несущих элементов перекрытия равна соответственно 300 и 255 кг/м². На испытательном стенде испытаны также плиты с заполненными песком пустотами.

Средние измеренные и рассчитанные индексы изоляции воздушного шума для элементов с круглыми незаполненными пустотами приведены в табл. 4. Расчетные индексы определены по методу, описанному в п.6 для сплошных плит толщиной, равной приведенной толщине бетона рассматриваемых пустотных плит. В таблице указаны также значения превышения измеренных индексов звукоизоляции над расчетными ?I_в.

Экспериментальная зависимость повышения индекса звукоизоляции пустотных плит по сравнению с индексом звукоизоляции сплошных равной поверхностной плотности ?I_в от отношения изгибных жесткостей этих плит В_п/В_с, показана на рис. 28. На рисунке нанесены также линии, построенные по формуле (83) при значениях п=1/2; 1/4; 1/6; 1/10. Наилучшая аппроксимация экспериментальной зависимости достигается при п=1/4. Поэтому для определения коэффициента к принято-выражение (22):

В табл. 5 показаны средние значения (измеренные и расчетные) индекса I_в пустотных плит с заполненными сыпучим материалалом пустотами. Расчетные значения I_в определены по графику (см. рис. 13) для значений эквивалентной поверхностной плотности, при определении которых использована формула (22). Входящая в нее приведенная толщина вычислена по формуле (59).

Изменение звукоизоляции плиты перекрытия ?I_в толщиной 22 см в результате устройства стяжки, подсчитанное по формуле (84), зависит от коэффициента m (рис. 29). При расчете плотности материала плиты и стяжки приняты одинаковыми. С изменением коэффициента m от 1 до 0 ?I_в уменьшается на 1—2,5 дБ в зависимости от толщины стяжки.

Влияние на звукоизоляцию конструкции перекрытия совместной работы несущей части и стяжки дополнительно проверено в эксперименте, когда в одном случае стяжка уложена с применением специальных мер по улучшению ее сцепления с бетоном, а в другом — между несущей плитой и стяжкой проложен слой кальки. Результаты двух серий таких испытаний приведены в табл. 7. В ней показаны также изменения изоляции воздушного и ударного шумов в результате прокладки кальки между несущей частью и стяжкой.

При устройстве цементных стяжек (h_ст=4 см) по многопустотным настилам толщиной 22 см в домах, построенных по проектам серий 1—528КП, 1—528КП—40 и 16—ЗА в Ленинграде, индекс изоляции воздушного шума увеличился соответственно на 2; 2,1 и 3,7 дБ. Часть отмеченного в домах увеличения звукоизолирующей способности перекрытия вызвана тем, что стяжка перекрывает щели в стыках между настилами и в местах пропуска стояков. Дополнительное улучшение звукоизоляции в натурных условиях наблюдается на частотах, близких к низшей резонансной частоте щели в ограждении толщиной 22 см — 800 Гц и на более высоких частотах (рис. 30).

Экспериментальное уточнение конструктивных параметров однородных бетонных ограждений с круглыми пустотами доказало предсказываемые теорией преимущества таких конструкций перед сплошными, связанные с их повышенной жесткостью. Это позволяет при определенном уровне индустриальной базы домостроения снизить материалоемкость внутренних ограждающих конструкций жилых зданий при соблюдении требуемой звукоизоляции.

Сравнение измеренных и рассчитанных индексов I_в ограждений из железобетонных плит с круглыми пустотами показало, что использование результатов экспериментального исследования значительно повысило точность расчета звукоизолирующей способности ограждений из пустотных элементов (рис. 31). Средние и среднеквадратичные отклонения расчетных индексов звукоизоляции при расчете методом [37, 50] с использованием поверхностной плотности ограждений составляют соответственно 3,9 и 4,2 дБ. При расчете по методике, изложенной в п.6, эти значения соответственно равны 1 и 1,3 дБ.

Необходимо подчеркнуть, что расчет I_в0 по указанной методике применим только к тем пустотным элементам, которые являются акустически однородными во всем нормируемом диапазоне частот (см. п.2). Увеличение размеров пустот приводит к самостоятельным колебаниям образуемых ими тонких стенок.

Влияние больших пустот на звукоизолирующую способность ограждения выявлено при испытании несущих элементов перекрытий из настилов с овальными пустотами в доме серии 1-528КП в Ленинграде и пустотной панели с дискретными связями между наружными слоями, разработанной В.Н.Шаишмелаш-или, на испытательном стенде.

Железобетонные плиты перекрытия высотой 22 см имеют овальные пустоты шириной 42,5 см. Приведенная толщина плит 9,2 см, поверхностная плотность 230 кг/м². Толщина стенок пустот около 3 см.

Вторая исследованная конструкция — железобетонная панель размером 6х3,2х0,26 м, состоящая из двух плит толщиной по 3 см, соединенных 20 железобетонными стойками-шпонками сечением 20х20 см, расположенными с шагом 1,5 м вдоль длинных сторон и 0,85 и 1,2 м — вдоль коротких сторон панели. Таким образом, две плиты оказываются разделенными воздушной прослойкой. Контурные ребра верхней и нижней плит разделены прокладкой из мягкой древесноволокнистой плиты. Приведенная толщина панели 8,4 см, поверхностная плотность 210 кг/м².

Сравнение результатов испытаний описанных конструкций и железобетонных плит толщиной 22 см с круглыми пустотами показало их различную звукоизолирующую способность (рис. 32). Звукоизолирующая способность плиты с овальными пустотами резко уменьшается в области граничной частоты стенок пустот толщиной 3 см (f^с.п_гр=630 Гц). Для панели с дискретными связями эта частота оказала решающее влияние на формирование звукоизолирующей способности ограждения во всем нормируемом диапазоне. Индексы звукоизоляции I_в сравниваемых конструкций с поверхностными плотностями 255, 230 и 210 кг/м² составляют соответственно 50,45 и 41 дБ. Для акустически однородных конструкций снижение поверхностной плотности от 255 до 230 и 210 кг/м² должно привести к уменьшению индекса I_в на 1 и 2 дБ. В рассматриваемом случае это уменьшение составило соответственно 5 и 9 дБ.

Отрицательное влияние больших пустот на звукоизоляцию в значительной мере устраняется при заполнении их сыпучим материалом (песком, керамзитом и т.п.). Испытанная на стенде ЦНИИЭП жилища керамзитобетонная панель толщиной 20 см имела овальные пустоты, заполненные песком: пакеты из полиамидной пленки с песком укладывали при бетонировании панели. В процессе бетонирования пакеты приняли в поперечном сечении овальную форму с шириной 20 и высотой 10 см. Толщина горизонтальных стенок пустот в среднем около 5 см, вертикальных — 4 см. Объемная масса керамзитобетона 1650 кг/м³, поверхностная плотность панели 314 кг/м², приведенная толщина бетона 13,3 см. Измеренный индекс звукоизоляции I_в=51 дБ совпадает с расчетным, определенным по методу, описанному в п.6.