ПЛАВАЮЩАЯ МОНОЛИТНАЯ РЕЗОНАНСНАЯ ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩАЯ И ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ СИСТЕМА

Предлагаемая полезная модель относится к строительству и может быть использовано в жилых, общественных и производственных помещениях, преимущественно в качестве высокоэффективного финишного звукоизолирующего слоя при возведении всех типов стен (межквартирные, наружные и т.п.), а также в качестве стен и перегородок, разделяющих помещения, к которым предъявляются повышенные требования в отношении звукоизоляции (офисы, гостиничные номера, специальные помещения, лестничные и лифтовые холлы, переговорные, домашние кинотеатры т.п.).
По определению звукоизолирующие конструкции с упругими прокладками называют плавающими.
Теоретически звукоизолирующие свойства плавающих конструкций, начиная с середины прошлого столетия, были доказаны многими выдающимися отечественными и зарубежными инженерами и учеными-акустиками.
Плавающие конструкции, которые будут рассмотрены далее, состоят из двух частей, соединенных между собой упругой прокладкой (пружиной), т.е. отвечают классической звукоизолирующей колебательной системе «масса-пружина-масса».
1
2
Рассмотрим колебания системы, состоящей из двух масс m и m, соединенных упругой связью, характеризуемой коэффициентом жесткости K. Этот коэффициент представляет собой силу, которую надо приложить к прокладке, чтобы вызвать ее деформацию, равную единице.
Система показана на фиг. 1а и фиг. 1б.
Где
1
m - масса плавающей части конструкции;
2
m - масса основы плавающей конструкции;
K - коэффициент динамической жесткости прокладки;
Д
Р - постоянно действующая сила;
0
Р - амплитуда силы;
1
1
х - отклонение центра тяжести массы m в некоторый момент времени;
2
2
х - отклонение центра тяжести массы m в некоторый момент времени;
t - некоторый момент времени.
Д
Рассмотрим сначала так называемые свободные колебания системы. Эти колебания будут иметь место при внезапном прекращении действия силы, например Р, под влиянием которой система была приведена в состояние колебания (фиг. 1а).
1
2
Обозначим отклонения центров тяжести в некоторый момент времени от положения равновесия через x и x и будем считать их значения положительными при перемещениях слева направо. Тогда система может быть описана двумя дифференциальными уравнениями, исходя из условий мгновенного равновесия каждой из двух масс:
и
Где  и  - производные второго порядка от времени t.
1
2
Выражения, стоящие в левых частях, представляют собой силы инерции массы т и т, а выражения в правых частях - силы упругости связи.
2
1
Умножив первое уравнение на т, а второе на т и, вычитая одно из другого, получим:
1
2
Разделив обе части уравнения на произведение тт и заменив выражение  через, т.е. выразим в общепринятой форме, получим:
1
2
Волновая природа звука с большой степенью приближения к реальности позволяет предположить, что колебания как массы т, так и массы m совершаются по синусоидальному закону. Тогда отклонение их в любой момент времени может быть выражено как
1
2
0
(x-x)=Asinωt,
где
А - наибольшее отклонение от первоначального положения, называемое, амплитудой колебания;
0
ω - круговая частота свободных или собственных колебаний системы.
Если возьмем вторую производную этого выражения, то получим:
0
Подставляя оба выражения в уравнение (1) и произведя сокращение на Asinωt, а также элементарные алгебраические действия получим:
1
2
Таким образом, видно, что собственная частота колебаний системы зависит от коэффициента динамической жесткости упругой связи K и величины масс т и т обеих половин.
2
1,
2
0
Для строительных конструкций характерно соотношение m>>mнапример, соотношение масс плавающей и защищаемой конструкций. Поэтому, полагая m→∞, получим значение собственной частоты ω равным:
Именно формула (2а) для расчета собственной частоты плавающих конструкций, которые будут рассмотрены далее, является основополагающей.
Д
1
Д
Теперь рассмотрим колебания той же системы под влиянием постоянно действующей переменной силы Р, которую для ясности будем считать приложенной к массе m (фиг. 1б). Учитывая волновую природу звука, можно считать, что сила Р меняет свое значение по синусоидальному закону. Следовательно, в любой момент времени ее значение может быть найдено как
0
Р=Р sinωt
где
0
Р - амплитуда силы;
ω - круговая частота изменения силы или «вынуждающая» частота.
1
2
1
2
По-прежнему, отклонения масс m и m от своего положения равновесия будем обозначать через х и х, а упругую связь - коэффициентом динамической жесткости K. Тогда в любой момент времени:
1
1
2
2
x=Asinωt; х=А sinωt
и
Для мгновенного положения равновесия можем написать два уравнения, почти аналогичных в своих левых частях написанным ранее дифференциальным уравнениям:
1
Подставив значения х и , произведя элементарные алгебраические действия, в конечном итоге получим:
и
2
2
Рассмотрим силу, которая передается на массу m при наличии упругой связи. Из элементарной механики известно, что сила, действующая в любой момент времени на массу m, равна произведению коэффициента динамической жесткости K на величину деформации пружины, т.е.
1
2
Подставив значения A и А в формулу (3), получим:
или, переписывая в виде отношения и произведя элементарные алгебраические преобразования, получим:
2
Д
1
1
Из рассмотрения соотношения (4а), принимая во внимание, что под массой m подразумевается масса защищаемой конструкции, а под действующей силой Р - давление диффузного звукового поля ( диффузное звуковое поле - звуковое поле, которое в заданной области имеет равномерно распределенную энергетическую плотность и для которого направления распространения звука в каждой точке распределяются по случайному закону. (ГОСТ 23499-2009, пункт 3.9)), следуют основные теоретические выводы, обуславливающие необходимые условия, соблюдение которых требуется для успешного применения плавающей конструкции для звукоизоляции:
2
1. Разным частотным составляющим спектра шума соответствуют разные величины уменьшения силы звука, которая передается на защищаемую конструкцию массой m.
2
2. Чем выше частота рассматриваемой составляющей спектра шума, тем больше уменьшается сила звука, передающаяся на защищаемую конструкцию массой m. Поэтому, низкочастотные составляющие спектра шума изолируются с помощью упругой прокладки несколько хуже, чем высокочастотные.
3. Те значения частот спектра шума, которые обращают в единицу выражение
не только не будут снижать свой уровень, но будут увеличиваться до бесконечности.
2
В этом случае будут иметь место явления резонанса. В действительности, в системе присутствуют силы внутреннего трения, которые в расчетах не учитывались. Их наличие как раз и приведет к тому, что увеличение силы, передающейся на m, будет иметь конечное значение.
2
4. Начиная с того момента, когда знаменатель формулы (4а) по абсолютной величине станет равным или меньше числителя, отношение силы, передающейся на массу т к вынуждающей силе станет равным или меньше единицы. Это значит, что, начиная с некоторой частоты, все компоненты шума, имеющие частоту выше этого значения, будут снижать свой уровень.
Д
5. Коэффициент динамической жесткости прокладки K, по возможности, выгодно иметь более низким, предпочтительно в пределах 20 МПа/м≤K≤250 МПа/м при 2 кПа≤Р≤10 кПа, чтобы снижение величины силы звука, передающейся на защищаемую конструкцию, начиналось с более низких частот и, тем самым, осуществлялась звукоизоляция большого диапазона.
-3
Кроме того, упругая прокладка должна иметь высокий коэффициент потерь η, предпочтительно η≥10.
Для рассматриваемой системы установить частоту спектра шума, с которой начинается безусловная звукоизоляция всех вышележащих частот, можно путем решения уравнения, получаемого из формулы (4), исходя из п. 4:
1
2
2
2
2
2
2
(mω-K)( mω-K)-К=mω
После преобразования этого уравнения получим:
Имея в виду, что в соответствии с формулой (2)
0
(где ω - собственная частота плавающей конструкции), совершив необходимые алгебраически преобразования, получим:
1
Из формулы (5) следует, что с увеличением массы плавающей части конструкции m вынуждающая частота снижается, приближаясь к собственной частоте системы.
2
1
2
Поскольку, как сказано выше, имеет место условие m>>m, можно положить m→∞.
Тогда, воспользовавшись формулой (2а), можно вывести более простую формулу (6), позволяющую достоверно рассчитать частоту спектра шума, с которой начинается безусловная звукоизоляция всех вышележащих частот.
0
В строительной акустике компоненты спектра шума, в частности частоты акустических колебательных систем, принято характеризовать не круговой частотой ω, а частотой f в герцах, т.е. числом колебаний в 1 секунду.
Эти величины связаны зависимостью (7):
2
1
Таким образом, для систем, в которых справедливо условие m>>m, частотные составляющие спектра шума, лежащие выше частоты  будут снижать свой уровень. При этом, исходя из соотношения (4а), легко получить формулу (8), определяющую степень снижения силы звука, передающейся на защищаемую конструкцию, за счет применения плавающей конструкции:
В плавающих конструкциях очень существенную роль в эффективности системы играет динамический коэффициент жесткости K упругой связи, т.е. выбор прокладок.
Известно, что деформацию сжатия прокладки 5 определяют по формуле (9):
где
Д
Р - действующая внешняя сила, в кг,
h - толщина прокладки, в см;
2
S - площадь прокладки, в см;
дин.
2
Е - динамический модуль упругости материала прокладки, в кг/см.
2
Согласно приведенному выше определению коэффициент динамической жесткости K (в кг/см) может быть получен из (4) при δ=1, т.е. рассчитан по формуле (10):
Материал и площадь прокладки должны быть выбраны, исходя из назначения плавающей конструкции.
Как сказано выше, любые звукоизолирующие конструкции, состоящие из двух частей (масс), соединенных между собой упругой связью, например, упругими прокладками, можно называть плавающими. Однако в отношении строительных конструкций, это определение, скорее теория, нежели практика. Чтобы придать этому определению практическое значение, его надо изложить в следующей формулировке.
Любые звукоизолирующие строительные конструкции, состоящие из двух частей (масс), соединенных между собой упругой связью, например, упругими прокладками, можно называть плавающими, если они изолированы от ограждающих и несущих элементов здания, а также не имеют между собой жесткой связи по контуру.
Из этого определения следует, что в строительстве очень непросто осуществить устройство плавающих конструкций для защиты помещений от проникающего в них шума через межквартирные стены или потолочные перекрытия.
Конечно, можно привести многочисленные примеры условно плавающих дополнительных шумоизолирующих облицовок стен и потолков. Например, известные из уровня техники панели АкустикГипс (http://tuttiho.ru/brand/AcousticGyps/) или ЗИПС (http://www.acoustic.ru/productions/zips/), крепление которых к защищаемой поверхности осуществляется с помощью, так называемых, виброразвязанных креплений. Причем их количество на одну панель размером 1200÷600 мм составляет ни много, ни мало, а 8 (восемь) штук! Есть примеры каркасных звукоизолирующих конструкций с применением разного рода виброразвязанных креплений. Но, в приведенных примерах, как и во многих других аналогичных конструкциях, так или иначе, всегда имеют место «звуковые мостики».
В настоящее время из уровня техники известны только звукоизолирующие плавающие стяжки полов (например, http://www.evrostyazhki.ru/tech.html/). Устройство которых, преимущественно, осуществляют следующим образом. Непосредственно на плиту перекрытия в уровне пола укладывают упругую прокладку (например, материал ТермоЗвукоИзол, http://tn-ss.ru/catalog/shumoizolyacionnyezvukoizolyacionnye-materialy/termozvukoizol) и заводят ее на стены по всему периметру помещения на высоту, равную толщине стяжки плюс толщина чистого пола. Далее по уложенной упругой прокладке устраивают цементно-песчаную или иную стяжку, обычно толщиной 40-60 мм, по которой, после набора ею проектной прочности устраивают чистый пол. Излишек упругой прокладки срезают.
Как видно из краткого описания, технологически устройство плавающей стяжки не представляет большой сложности. Ни упругая прокладка, ни сама плавающая стяжка не требуют каких-то креплений, т.к. они принимают проектное положение под действием собственного веса. При устройстве плавающих стяжек требуется только соблюдение технологии приготовления раствора в зависимости от типа стяжки (полусухая фиброармированная или традиционная; цементно-песчаная, гипсобетонная и т.п.) и тщательность проведения работ при его укладке с соблюдением соответствующей технологии. В подавляющем большинстве случаев, плавающие стяжки устраивают с соблюдением горизонтальности их поверхности.
Известны также сборные стяжки (например, КНАУФ-суперпол ОП-131, http://www.knauf.ru/catalog/find-products-and-systems/op-131.html/), устройство которых принципиально ничем не отличается от выше приведенного описания. Разница только в том, что вместо монолитного покрытия применяют сборное (штучное).
Многолетний опыт показал, что, несмотря на простоту и относительную дешевизну, плавающие стяжки с точки зрения звукоизоляции, как от ударного, так и от воздушного шума весьма эффективны практически во всех областях нормируемого согласно СП 51.13330.2011 «Защита от шума» (Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003) слышимого диапазона частот. А по показателю «цена-качество» до сих пор являются непревзойденными.
Выше приведены теоретические обоснования преимущества плавающих конструкций. Для того, чтобы перейти от теории к практике, рассмотрим известные из курса строительной механики расчетные схемы балочных систем, показанные на фиг. 2, 3 и 4,
где
Д
Р - давление диффузного звукового поля;
Р
Р - реакция опор при жесткой заделке;
Д
А', А'' и А''' - максимальные амплитуды, вызванные звуковым давлением Р.
Не вдаваясь в подробности законов строительной механики, констатируем, что плавающими можно назвать только те вертикально-ориентированные конструкции, которые соединены с основными элементами здания (несущие и наружные стены, плиты перекрытия, колонны и т.д.) с помощью, по крайней мере, одного шарового шарнира - вращательной кинематической пары. Другими словами, с помощью, по крайней мере, одного подвижного соединения двух частей, которое обеспечивают им вращательное движение вокруг общей точки. Очевидно, что шаровой шарнир (далее также «шарнирное соединение», «шаровая опора») обладает бесконечным числом степеней свободы. Поэтому в строительной механике под понятием шарнирное соединение (шарнирная опора) всегда принято подразумевать именно соединение с помощью шаровых шарниров.
Здесь также необходимо пояснить, что в тексте предлагаемого описания используется термин «вертикально-ориентированные конструкции», то есть конструкции, плоскость которых расположена вертикально и/или относительно вертикально.
Главное свойство шарнирных соединений заключается в том, что на них крутящий момент равен нулю. Поэтому, через шарнирную опору не передаются колебания (вибрации) конструкций. Это видно из эпюр смещений амплитуды колебаний конструкции, показанных на фиг. 2 и фиг. 3, в зависимости от удаления от опор к центру конструкции (заштриховано).
Предпочтительной, естественно, является расчетная схема, показанная на фиг. 2, т.е., по крайней мере, с двумя шаровыми шарнирными соединениями - в верхней и нижней части конструкции.
1
Из приведенного выше отредактированного определения и свойств шаровых шарниров следует вывод, что вертикально-ориентированные ограждающие конструкции, соответствующие расчетным схемам, которые показаны на фиг. 2 и фиг. 3, будут в той или иной мере обладать свойствами плавающих конструктивных элементов (далее также «плавающий элемент системы»). В теоретической части эти элементы обозначены, как имеющие массу m.
2
Поскольку, не составит труда жестко связать вертикально-ориентированные ограждающие конструкции, соответствующие расчетной схеме, показанной на фиг. 4, с каркасом здания, их можно рассматривать в качестве основы плавающей конструкции (далее также «основной элемент системы»). В теоретической части эти элементы обозначены, как имеющие массу m→∞.
Таким образом, можно сделать следующий очевидный вывод, являющийся базовым для настоящей полезной модели:
Монолитная плавающая звукоизолирующая и звукопоглощающая резонансная система (далее «система») - это соединенные с помощью упругой прокладки с коэффициентом динамической жесткости K в единую ограждающую конструкцию элементы, соответствующие расчетным схемам, которые показаны на фиг. 2 и фиг. 3 [фигуры 5-8, плавающий элемент системы - поз. 7 и поз. 7а], с элементами, соответствующими расчетной схеме, показанной на фиг. 4 [фигуры 5-8, основной элемент системы - поз. 2].
Далее приведено подробное объяснение работы системы и осуществление предлагаемой полезной модели.
Известно устройство для снижения акустической энергии, содержащее две несоприкасающиеся друг с другом пластины, при этом между ними размещен, по крайней мере, один трехслойный звукоизолирующий элемент, состоящий из двух наружных слоев, импеданс и поверхностная плотность которых меньше импеданса и поверхностной плотности внутреннего слоя. Устройство, отличающееся тем, что дополнительно содержит упругие прослойки, размещенные в местах примыкания пластин к горизонтальным плоскостям. (09.01.2018 принято решение о выдаче патента по заявке на полезную модель №2016114055 от 12.04.2016 на указанное устройство).
Данное устройство является одним из двух ближайших аналогов и далее упоминается как Прототип №1.
2
2
Наличие в конструкции Прототипа №1 упругих прослоек, размещенных в местах примыкания пластин к горизонтальным плоскостям, которые можно считать их некими условными цилиндрическими шарнирами ( Цилиндрический шарнир - один из видов кинематической вращательной пары, которая обеспечивает вращательное движение двух соединяемых элементов вокруг общей оси), и размещенного между пластинами, по крайней мере, одного упругого слоя дают основание считать это устройство в некоторой степени плавающим по определению, приведенному выше.
Недостатком устройства является его трудоемкость и материалоемкость при изготовлении и установке/монтаже. Кроме того, реальное исполнение устройства можно осуществить только с помощью разного рода кладочных материалов (например, кирпич, пазогребневые плиты, пенобетонные блоки и т.п.) или условно с помощью каркасных конструкций. Другими словами, практические способы исполнения Прототипа №1 состоят из множества дополнительных технологических операций, включая устройство финишных поверхностей (например, оштукатуривание), как основу окончательной отделки (покраска, оклейка обоями и т.д.). Кроме того, ограниченное число степеней свобод условных цилиндрических шарнирных соединений устройства с горизонтальными плоскостями (упругие прокладки) снижает эффект от применения устройства в качестве изоляции защищаемого помещения от проникающего в него шума. Это делает устройство обладающим недостаточной звукоизолирующей способностью для помещений, к которым предъявляют высокие требования по шумоизоляции.
Также известна технология устройства монолитных армированных вертикально-ориентированных ограждающих конструкций толщиной 100 мм и более путем нанесения специального раствора на материалы из минерального, базальтового и стекловолокна.
При этом указанная технология предусматривает жесткое анкерное крепление армирующей сетки этих конструкций к перекрытиям в уровне пола и потолка. В результате конструкции, выполненные по этой технологии, в отношении звукоизолирующих свойств соответствуют расчетной схеме, показанной на фиг. 4. Основным недостатком таких конструкций является их неэффективность в отношении звукоизолирующих и звукопоглощающих свойств, т.к. они жестко связаны с окружающими их конструкциями здания.
Данное устройство является вторым из двух ближайших аналогов и далее упоминается как Прототип №2.
Заявителю неизвестны примеры плавающих монолитных резонансных вертикально-ориентированных звукоизолирующих и звукопоглощающих систем.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание звукоизолирующей и звукопоглощающей плавающей монолитной резонансной системы, лишенной недостатков вышеуказанных прототипов, то есть системы со сниженной трудоемкостью и материалоемкостью при изготовлении и установке/монтаже, обладающей высокими звукоизолирующими и звукопоглощающими характеристиками во всех областях нормируемого согласно СП 51.13330.2011 «Защита от шума» (Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 с учетом Изменений №1) слышимого диапазона частот.
Поставленный технический результат достигается за счет:
1) Наличия, как минимум, одного основного элемента системы, в качестве которого может выступать либо имеющаяся в здании стена/перекрытие, либо возводимая стена/перекрытие.
2) Наличия, как минимум, одного плавающего элемента системы, представляющего собой монолитную плиту.
Д
0
0
-3
3) Наличия в системе как минимум одной упругой прокладки, размещенной между основным элементом системы и плавающим элементом системы, выполненной в виде упругого слоя с низким коэффициентом динамической жесткости (20 МПа/м≤K≤250 МПа/м при 2 кПа≤Р≤10 кПа) и высоким коэффициентом потерь (η≥10), благодаря которым снижается уровень испытываемых плавающим элементом системы колебаний под воздействием энергии звуковых волн на всех частотных составляющих спектра шума, лежащих выше частоты 8,86f (где f - собственная частота плавающего элемента, в Гц), т.е. в максимально широком нормируемом диапазоне частот, вплоть до полного затухания. В этом смысле систему можно рассматривать как звукопоглощающую.
4) Наличия, по крайней мере, одного шарового соединения плавающего элемента системы к прилегающим конструкциям в уровне потолка, благодаря которому испытываемые им колебания под воздействием энергии звуковых волн передаются прилегающим конструкциям в весьма ослабленном виде.
В случае же применения схемы, имеющей, по крайней мере, одно шарнирное соединение плавающего элемента системы к прилегающим конструкциям в уровне пола и одно шарнирное соединение плавающего элемента системы к прилегающим конструкциям в уровне потолка, передача испытываемых им колебаний под воздействием энергии звуковых волн прилегающим конструкциям исключается.
5) Выполнения плавающего элемента системы в виде армированной монолитной плиты, благодаря которому с малыми материальными и трудовыми затратами сразу же получается поверхность, готовая к финишной отделке.
При этом ручной труд в значительной степени может быть механизирован, что, естественно, снижает трудоемкость и себестоимость конструкции в целом.
6) Наличия упругой виброизолирующей ленты-прокладки, расположенной между плавающим элементом системы и прилегающими к ней конструкциями здания. Преимущественным вариантом размещения упругой виброизолирующей ленты-прокладки является ее размещение по всему периметру плавающего элемента системы, однако возможен вариант размещения на части или нескольких частях данного периметра при сохранении удовлетворительных свойств всей системы.
Для достижения указанного технического результата использовано приведенное выше теоретическое описание, в качестве доказательства преимуществ применения плавающих конструкций (системы), а также положительные свойства прототипов №1 и №2.
Принципиальные инженерные решения системы показаны на фиг. 5, 6, 7 и 8.
Системы состоят из следующих основных элементов:
2
2
1
поз. 2. Основной элемент системы - элемент системы, массой m→∞ в соответствии со схемами, показанными на фиг. 1а и фиг. 1б. Предпочтительно - соблюдение условия m>>m.
поз. 3. Упругая прокладка, характеризуемая коэффициентом динамической жесткости K и коэффициентом потерь η. [например, но, не ограничиваясь, прокладка, выполненная, по крайней мере, в виде одного трехслойного звукоизолирующего элемента, описанного в прототипе №1, состоящего из двух наружных слоев (поз. 3а), импеданс и поверхностная плотность которых меньше импеданса и поверхностной плотности внутреннего слоя (поз. 3б).
поз. 4. Упругая виброизолирующая лента-прокладка толщиной от 5 до 20 мм.
поз. 5. Армирующая сетка.
поз. 6. Шаровой шарнир.
1
поз. 7. Плавающий элемент системы - армированная монолитная плита, имеющая поверхностную плотность m, прикрепленная к плитам перекрытия (поз. 1), по крайней мере, двумя шаровыми шарнирами (поз. 6) в уровне пола и потолка; имеет толщину, определяемую по расчету, но не менее 20 мм; дополнена, если это предусмотрено проектом, слоем звукопоглощающей штукатурки толщиной, определяемой по расчету, но не менее 10 мм;
1
поз. 7а. Плавающий элемент системы - армированная монолитная плита, имеющая поверхностную плотность m, прикрепленная к плите перекрытия в уровне потолка, по крайней мере, одним шаровым шарниром (поз. 6); далее идентична поз. 7.
поз. 8 Анкерный крепеж.
поз. 9 Технологическая полость для размещения шарового шарнира (поз. 6); назначение - защита шарового шарнира (поз. 6) от цементирования и коррозии.
Основной кинематический принцип инженерного решения системы - крепление плавающего элемента системы к плите перекрытия (поз. 1), по крайней мере, с помощью одного шарового шарнира (поз. 6) в уровне потолка (фиг. 6 и одна сторона на фиг. 8).
Предпочтительным вариантом инженерного решения системы является крепление плавающего элемента системы (поз. 7) к плитам перекрытия (поз. 1), по крайней мере, с помощью двух шаровых шарниров (поз. 6) в уровне потолка и пола (фиг. 5, фиг. 7 и одна сторона на фиг. 8). При этом на фиг. 5 показан вариант инженерного решения самостоятельной вертикально-ориентированной ограждающей конструкции высокого уровня шумо-изоляции (например, межквартирная стена, перегородка между офисами или номерами гостиниц). На фиг. 7 показан вариант инженерного решения дополнительной звукоизолирующей облицовки существующей стены (поз. 2).
На фиг. 8 показан пример комбинированного инженерного решения межквартирной стены очень высокого уровня звукоизоляции. В этом варианте с одной стороны ограждающей конструкции плавающий элемент системы крепят к плитам перекрытия (поз. 1), по крайней мере, с помощью двух шаровых шарниров (поз. 6), а с другой стороны - по крайней мере, с помощью одного шарового шарнира (поз. 6).
Данная конструкция системы позволяет достичь максимального увеличения амплитуды А колебаний системы, что создает условия расширения пучности резонансных частот, повышает энергоемкость системы и позволяет назвать систему резонансной.
Очевидно, что при устройстве плавающего элемента системы по схеме, показанной на фиг. 2, вероятность возникновения пучностей резонансных частот будет больше, чем при устройстве плавающего элемента системы по схеме, показанной на фиг. 2, т.к. А'>А''.
Чем выше энергоемкость системы, тем выше ее звукопоглощающие свойства.
Кроме того, можно говорить об универсальности устройства основного элемента системы, в качестве которого можно использовать как существующие ограждающие конструкции, требующие дополнительной звукоизоляции, так и вновь создаваемые - причем практически из любых материалов (монолит, кирпич, пазогребневые плиты, пенобетонные блоки и т.п.). Предпочтительным является устройство основного элемента системы с соблюдением двух следующих условий:
2
а) m→∞
2
1
б) m>>m
где
1
2
m - поверхностная плотность плавающего элемента системы, в кг/м;
2
2
m - поверхностная плотность основного элемента системы, в кг/м.
Массивность основного элемента системы можно увеличить как за счет применяемых для его возведения материалов, так и за счет анкерного крепления к существующим конструкциям здания.
Еще одним полезным свойством системы является возможность нанесения на плавающий элемент системы дополнительного звукопоглощающего слоя (например, из звукопоглощающей штукатурки) практически одновременно с его устройством.
Этот слой наряду с остальными элементами придает системе исключительно высокие звукопоглощающие свойства.
Система работает следующим образом.
Д
Под воздействием силы звукового давления Р, возникшей, как с наружной стороны, так и со стороны защищаемой ограждающей конструкции, плавающий элемент системы совершает колебания, подчиняющиеся закономерностям, кратко изложенным выше, в начале описания. Они носят резонансный характер. Вблизи резонансных частот амплитуды этих колебаний будут особенно велики. Благодаря этому воздействию, поперечная составляющая амплитуды силы в толще упругой прокладки (поз. 3) переходит в продольную составляющую, которая распространяется по двум взаимно перпендикулярным направлениям внутри этого слоя. Происходит затухание звуковой волны и ее энергия, в связи с наличием сил трения, переходит в тепловую. С этой точки зрения упругую прокладку (поз. 3) вполне можно также рассматривать в качестве звукопоглощающего слоя, звукопоглощающие свойства которого, как минимум, будут расти с увеличением толщины этого слоя.
Именно, благодаря тому, что в системе возникают и используются явления резонанса для улучшения ее звукоизолирующих и звукопоглощающих характеристик, она названа «резонансной».
Упругая виброизолирующая лента-прокладка (поз. 4), как и в случае прототипа №1, выступает в роли цилиндрического шарнира. Она гасит местные вибрации, которые на определенных частотах вблизи или во время резонансных явлений могут возникнуть в верхнем и нижнем поперечных сечениях конструкции, непосредственно примыкающих к плитам перекрытия в уровне пола и/или потолка. Эти явления проявляются под воздействием продольных волн, так или иначе, возникающих в толще конструкции.
В случае расположения источника звука с внешней стороны системы часть звуковой волны, прошедшая через звукопоглощающий слой (поз. 3), в весьма ослабленном состоянии, достигнув поверхности основного элемента системы, в данном случае внутренней поверхности защищаемой ограждающей конструкции (поз. 2), отражается от нее внутрь. Повторное прохождение звуковой волны через слой звукопоглощающего материала (поз. 3) увеличивает эффект снижения энергии звуковой волны.
Благодаря указанным выше свойствам шаровых шарниров, испытываемые плавающей монолитной резонансной звукоизолирующей и звукопоглощающей системой звуковые колебания, возникшие в ней под воздействием энергии звуковых волн, не излучаются в защищаемое помещение.
2
1
В качестве материалов основного элемента системы (поз 2) могут быть выбраны штучные материалы (все виды кирпича, включая обычный красный, силикатный и т.п.кирпич; разного рода блоки, в том числе все виды керамических, пенобетонных, керамзитобетонных, газосиликатных и другие стеновые блоки); монолитный железобетон, включая все виды ячеистых бетонов, шлакобетонов и т.п.; гипсобетон; пазогребневые плиты и блоки; все виды каркасных конструкций и прочее). При этом предпочтительно соблюдение условия m>>m.
-3
Упругая прокладка (поз. 3.), может быть выполнена из различных материалов, например, из материала СтопЗвук БП Барьер, и, в общем случае из материала, коэффициент динамической жесткости которого K, предпочтительно находящегося в пределах 20 МПа/м≤K≤250 МПа/м при 2 кПа≤Рд≤10 кПа, имеющего коэффициент потерь η, предпочтительно отвечающего условию η≥10.
-3
Упругая виброизолирующая лента-прокладка (поз. 4.) имеет в общем случае толщину от 5 до 20 мм и выполнена, например, из материала ТермоЗвукоИзол, либо, в общем случае, из материала, коэффициент динамической жесткости которого K, предпочтительно находящегося в пределах 20 МПа/м≤K≤250 МПа/м при 2 кПа≤Рд≤10 кПа, имеющего коэффициент потерь η, предпочтительно отвечающего условию η≥10.
Армирующая сетка (поз. 5.) может быть одной из следующих типов: металлическая, базальтовая и т.п., тканая или сварная; тип выбирается по расчету.
Вид шарового шарнира (поз. 6.) непринципиален. Например, но, не ограничиваясь, могут быть использованы модифицированные соответствующим образом виброкрепления:
Vibrofix-P (http://www.tecsound.com.ua/products/vibrofix-p/);
Сонокреп-Мб (http://tn-ss.ru/catalog/vibroizolyaciya/sonokrep-m6/) и другие;
также возможно применение специально сконструированного для этих целей шарового шарнира.
Плавающий элемент системы (поз. 7 и поз. 7а) - представляет собой армированную монолитную плиту, например, состоящую из армирующей сетки и слоя штукатурки толщиной, определяемой по расчету, но не менее 20 мм (например, но, не ограничиваясь, выполненный по технологии Прототипа №2), дополненный, в случае, если это предусмотрено проектом, слоем звукопоглощающей штукатурки, например, типа Diathonite Acoustix (http://sonoplaza.ru/diathonite/). толщиной, определяемой по расчету, но не менее 10 мм.
Тип, размеры, материал и т.д. анкерного крепежа (поз. 8) выбирают по расчету в каждом конкретном случае, в зависимости от марки и типа плит перекрытия, усилия на выдергивание, массы армированного монолитного плавающего элемента (поз. 7 и поз. 7а).
Технологическая полость (поз. 9) имеет минимально возможный для размещения шарнира размер; в процессе монтажа системы заполняется акустическим герметиком по технологии в соответствии с проектом (например, в качестве заполнения можно применять, но, не ограничиваясь, Сонетик - негорючий однокомпонентный силиконовый акустический герметик (http://tn-ss.ru/catalog/dopolnitelnye-materialy/). Для сокращения расходов на акустический герметик можно заполнять эти полости также жгутами, например, из упомянутого выше материала ТермоЗвукоИзол совместно с герметиком.
Порядок устройства системы, на примере схемы, показанной на фиг. 7, следующий.
На защищаемую поверхность (поз. 2), в данном случае существующую, стену, выполняющую роль основного элемента системы, предпочтительно, с помощью клея крепят упругую прокладку (поз. 3). Также, предпочтительно, с помощью клея к плите перекрытия (поз. 1) в уровне потолка, атакже торцевым вертикальным ограждающим конструкциям, к которым примыкает защищаемая стена, крепят ленту-прокладку (поз. 4). Крепление упругой прокладки (поз. 3) и ленты-прокладки (поз. 4) можно осуществлять любым иным способом. Например, с помощью «грибковых» (шляпных) дюбель-гвоздей.
Ленту-прокладку (поз. 4) в уровне пола укладывают на плиту перекрытия (поз. 1), как правило, без какого-либо крепления.
С помощью анкерного крепежа (поз. 8) устанавливают шарниры (поз. 6) и крепят к ним армирующую сетку (поз. 5).
Организуют технологические полости (поз. 9) и защиту шарниров от возможного попадания на них раствора. Наносят на сетку штукатурный раствор предпочтительно, но, не ограничиваясь, в соответствии с технологией прототипа №2 толщиной слоя в соответствии с проектом, но не менее 20 мм. В случае, если это предусмотрено проектом, на первый слой, наносят второй звукопоглощающий слой толщиной в соответствии с расчетом, но не менее 10 мм. Финишный штукатурный слой выравнивают и затирают.
До того, как раствор окончательно высохнет и наберет прочность, завершают формирование технологических полостей (поз. 9). После того, как плавающий элемент системы затвердеет, технологические полости заполняют акустическим герметиком, и производят отделочные работы, предусмотренные проектом.
Литература:
1. СП 51.13330.2011 (Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» с Изменениями №1).
2. ГОСТ 23499-2009 Материалы и изделия звукоизоляционные звукопоглощающие строительные.