雨噪聲實測，輕質屋面雨打噪聲研究

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雨噪聲實測，輕質屋面雨打噪聲研究

文章出處：技術資訊網責任編輯admin 閱讀量：發表時間：2020-09-11 11:56

雨噪聲很早就受到人們的注意。國內外劇場設計規范中，有采用重屋面防止雨噪聲的要求。近年來，大跨度、造型奇異的建筑增多，輕質屋蓋大量使用，雨噪聲問題增多。在別墅、學校校舍、體育館、演播廳、電影院、劇場劇院等建筑中采用彩鋼夾心板、膜結構、金屬屋面、陽光板等輕屋蓋時，常有雨噪聲問題。
降雨是水滴從高空的云中滴落形成的，這種云稱為水云。水云中有大量微小水滴，凝結或互相碰撞并合而增大，增大到一定程度時，熱浮力不能維持水滴的重量，形成雨滴，出現降雨。雨滴剛降落時為加速運動，隨著速度的增大，空氣阻力迅速增大，很快達到平衡速度。由于雨滴在降落過程中的不斷破碎和組合，降落到地面時雨滴粒徑分布是基本穩態的。研究表明，小雨時落地雨滴粒徑較小，大雨或暴雨時雨滴粒徑較大，雨滴粒徑直徑一般在0.1mm到6mm之間。
雨量是衡量雨強的指標，氣象學中用“mm/min”表示，即在一分鐘內降到地面雨水水層的厚度。根據北京氣象局提供的資料，世界最猛烈的降雨在1970年11月26日加勒比海瓜德羅普島的巴爾斯特達，38.1mm/min；國內最強降雨在1971年7月1日山西太原地區古交市梅洞溝，達10.6mm/min。對于北京等華北地區，年常見短時大雨雨強在0.25mm/min，二十年一遇短時大雨雨強約為1mm/min，五十年一遇短時特大雨雨強約為2mm/min。
粒徑越大的雨滴降落末速度越大，落地沖量也越大，產生的雨噪聲越大。6mm粒徑時，落地時極限末速度可達10m/s左右。作為人工模擬降雨，采用最大的雨滴粒徑6mm模擬雨噪聲最大的情況，雨強在0.5-2mm/min范圍內調節。
粒徑6mm雨滴自由降落末速度與降落高度關系如表1所示。在ISO/CD140-18標準中推薦人工模擬暴雨時，降雨強度采用0.7mm/min，雨滴直徑采用5mm，降雨末速度為7m/s。

表1 粒徑6mm雨滴自由降落末速度與降落高度關系表

根據表1，考慮到實驗室層高條件，可采用落雨直徑6mm，降落3m進行雨噪聲測量。降落3m末速度約極限末速度的70%，雨滴沖擊屋蓋板能量為極限末速度的50%，按能量減半噪聲減3dB原則，實驗室條件測量雨噪聲增加3dB修正可得到實際降雨條件下的雨噪聲數值。
圖1是清華大學建筑學院設計采用的模擬雨噪聲實驗裝置。水管（排）穿孔自由滴出6mm左右直徑的水滴，通過供水水箱水位高度調節滴水壓力，控制雨量，在屋蓋板下面的接收室（混響室）測量雨噪聲。

圖1 模擬雨噪聲實驗裝置圖

輕質屋蓋材料實驗室雨噪聲實測值

在清華大學進行的雨噪聲測試時，將12m²左右測試屋面構件安裝在接收室作為頂棚，接收室為“房中房”浮筑結構，有效防止側向傳聲，保證接收室內測量的聲能均來自于屋蓋構件受雨滴沖擊所產生的聲音。垂直落雨面積為10m²，根據接收室測量的聲壓級按ISO3741計算可獲得屋蓋每平米雨噪聲聲功率級，該數值可用作屋面構造雨噪聲比較，也可預測房間室內噪聲。

表2 幾種屋蓋構造的實驗室實測值

圖2 波紋彩鋼板

圖3 彩鋼板+靜香隔聲氈

圖4 厚聚苯彩鋼夾心板

圖5 厚聚苯彩鋼夾心板+輕質隔聲層

圖6 鈦金屬屋面板+K13 吸聲纖維層

圖7 金屬屋面板+TC 吸聲纖維層

圖8 雙層ETFE薄膜氣枕

圖9 雙層ETFE薄膜氣枕+TEXLON防雨網

應用實驗室數計算實際建筑室內的雨噪聲

在實際工程中，最關心的是預測輕質屋蓋的房間中雨噪聲的數值。實驗室測量值為1m²屋蓋正投影受雨沖擊產生的噪聲聲功率，可以計算在某建筑屋頂受雨面積條件下室內總噪聲聲功率級，再通過房間容積和房間吸聲量修正可計算的室內聲壓級。計算步驟如下：
1. 通過下式將實驗室測量值轉換為實際受雨面積條件下的屋蓋的總聲功率值Lw。