Главная → Статьи

Звукоизоляционные свойства гипсокартонных листов

Свойства материала. Гипсокартонные листы являются хорошим материалом для звукоизолирующих стен в силу оптимального соотношения между массой и жесткостью, что позволяет листам хорошо поглощать звуковую энергию. Поглощенный звук переходит в теплоту (количество теплоты при этом пренебрежимо мало). Конструкции с обшивкой одним или несколькими слоями гипсокартон-ных листов с обеих сторон стального каркаса обеспечивают эффективную звукоизоляцию за счет сочетания гипсокартонной обшивки и промежуточного воздушного пространства (возможно, заполненного минеральной ватой). Поскольку изменения влажности и температуры мало влияют на размеры гипсокар-тонных листов, риск образования трещин и последующего проникновения шума также очень мал.

Частота совпадений и граничная частота.

Воздействие звука вызывает вибрации в материале листа. На каждой частоте существует определенное соотношение между звуком в воздухе и вибрациями в листе. На так называемой частоте совпадений длина звуковой волны в воздухе совпадает с длиной волны в листе. Наименьшая возможная частота совпадений называется граничной, или критической, частотой fc. Чем легче и жестче лист или чем он толще, тем ниже граничная частота.

На частоте совпадений уровень звукоизоляции низок, поэтому желательно избегать такого сочетания свойств материала, при котором граничная частота находится в наиболее слышимом диапазоне 100-3150 Гц. Для листов нормальной толщины рекомендуется поддерживать граничную частоту не ниже 2500 Гц.

Граничная частота определяется делением приведенной постоянной на толщину листа. Так, гипсокартонный лист толщиной 12,5 мм имеет граничную частоту, равную 36/0,0125 = 2880 Гц.

Исходя из данных таблицы 5.5, можно рассчитать толщину листов различных материалов с граничной частотой выше требуемой величины 2500 Гц: – сталь < 5 мм; – стекло < 5 мм; – штукатурка < 10 мм; – гипсокартон < 15 мм; – ДСП < 11мм.

Таблица 5.5. Постоянная величина граничной частоты и физические свойства некоторых материалов

• Приведен динамический модуль упругости, который может несколько отличаться от обычного, статического, модуля упругости.

Аналогичным образом рассчитывается толщина материала для достижения граничной частоты ниже 100 Гц: – бетон > 165 мм; – газобетон > 350 мм; – штукатурка > 240 мм.

В данном разделе объясняются основные зависимости, определяющие звукоизоляционные характеристики конструкций с обшивкой гипсокартонными листами, и описываются возможные способы их улучшения.

Изоляция воздушного шума стеной с односторонней обшивкой. Рассматриваются стены с обшивкой одним, двумя или тремя слоями гипсокартонных листов с одной из сторон стального каркаса. Стены с односторонней обшивкой обеспечивают хорошую изоляцию низкочастотного шума и рекомендуются для звукоизоляции вентиляционных шахт и существующих тяжелых стен с неэффективной звукоизоляцией. Изоляция воздушного шума стеной с односторонней обшивкой зависит в первую очередь от поверхностной плотности стены. В окрестности граничной частоты действуют другие соотношения (см. предыдущий раздел). На графике приведена частотная характеристика изоляции воздушного шума стеной с односторонней двухслойной обшивкой гипсокартонны-ми листами. Поверхностная плотность стандартного гипсокартонного листа составляет около 9 кг/м2, поэтому общая поверхностная плотность стены, включая стальной каркас, составляет около 20 кг/м2.

По сравнению со стеной с односторонней двухслойной обшивкой гипсокартонными листами: – у стены с однослойной обшивкой индекс изоляции воздушного шума Rw примерно на 5 дБ ниже; – у стены с трехслойной обшивкой индекс изоляции воздушного шума Rw примерно на 3 дБ выше.

Изоляция воздушного шума стеной с двухсторонней обшивкой. Рассматриваются стены с обшивкой одним, двумя или тремя слоями гипсокартонных листов с обеих сторон стального каркаса. Каркас может быть одинарным, раздельным или сдвоенным.

Изоляция воздушного шума стеной с двухсторонней обшивкой зависит от: – поверхностной плотности обшивки; – изгибной жесткости обшивки; – воздушного зазора между листами; – звукопоглощения в полости стены (например, за счет заполнения минеральной ватой); – количества механических связей (стоек) между поверхностями стены; – жесткости стоек.

Рис. 5.4. Изоляция воздушного шума двумя типами стен с поверхностной плотностью 40 кг/м2

стоек в раздельной стене (механические связи между поверхностями стены отсутствуют) по сравнению с одинарной стеной, когда обшивка обеих поверхностей крепится к одним и тем же стойкам. На рис. 5.4 приведены данные по изоляции воздушного шума двумя типами стен.

Резонанс полости стены. Поверхности стен с одинарным или раздельным стоечным каркасом и полость между ними образуют колебательную систему, у которой частотная характеристика изоляции воздушного шума имеет провал в зоне частоты резонанса /0. Низкая изоляции воздушного шума в этой области может компенсироваться за счет применения многослойной обшивки или более широкого стального каркаса, что позволяет вывести частоту резонанса из критической области частот 100-3150 Гц.

Для стены типа О 70/70 202 М 0 частота резонанса /0 составляет 61 Гц.

Стоечный каркас. Жесткие механические связи между двумя сторонами обшивки стены через общие стойки ухудшают ее звукоизоляционные свойства. Степень ухудшения зависит от: – типа и жесткости механических связей; – интервала между жесткими связями (шага размещения стоек).

Применение раздельного каркаса с шахматным расположением стоек вместо монтажа обшивки на общих стойках обычно повышает изоляцию примерно на 4 дБ.
Более частое размещение стоек повышает жесткость поверхностей стены, что приводит к ухудшению звукоизоляционных характеристик.

Для ослабления шума от установленного оборудования следует минимизировать его связи со стоечным каркасом. Например, крепление водопроводной трубы непосредственно к стоечному каркасу может понизить изоляцию на 5-10 дБ.

Минеральная вата. Если расчет стены при проектировании выполнен с учетом резонансной частоты, заполнение полости стены минеральной ватой обеспечивает повышение изоляции воздушного шума на 6-8 дБ. Слой ваты толщиной 30 мм уже приносит ощутимый эффект. В зависимости от типа стены для достижения заданной изоляции воздушного шума может потребоваться более толстый слой минеральной ваты.

Улучшение звукоизоляции тяжелых стен.

Существует несколько способов улучшения звукоизоляционных свойств существующих стен при помощи гипсокартонных листов. Выбор способа зависит от конструкции стены и желаемой степени улучшения. При проектировании следует оценить значимость других путей проникновения шума, которые могут оказаться слабым звеном в системе и существенно ограничить достижимое улучшение звукоизоляции. В нижеприведенных примерах не учитывается боковое проникновение шума, т. е. предполагается, что смежные конструкции являются тяжелыми и обеспечивают хорошую звукоизоляцию. При плохой звукоизоляции смежных конструкций общий уровень изоляции воздушного шума окажется ниже.

Рис. 5.5. Кирпичная стена с обшивкой гипсокартонными листами на деревянном каркасе. Резонансная частота полости конструкции около 70 Гц

Рис. 5.6. Кирпичная стена с обшивкой гипсокартонными листами на акустических профилях. Резонансная частота полости конструкции около 70 Гц. При установке акустических профилей непосредственно на тяжелую стену толщина полости сокращается до 25 мм и резонансная частота увеличивается примерно до 100 Гц.

На рис. 5.5 показана двухслойная обшивка гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм на стоечном каркасе толщиной 50 мм, привинченном непосредственно к стене с полостью, заполненной минеральной ватой. Конструкция в сборе обеспечивает индекс изоляции воздушного шума Rw=48+52 дБ.

Обшивка с использованием акустических профилей. С помощью акустических профилей «Gyproc» можно обеспечить «пружинящее» соединение обшивки с тяжелой стеной.

На рис. 5.6 показаны акустические профили, установленные на обрешетке размером 25×100 мм, привинченной непосредственно к кирпичной стене с двухслойной обшивкой гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм и полостью, заполненной минеральной ватой. Конструкция в сборе обеспечивает индекс изоляции воздушного шума R’w=52-r54 дБ.

Резонансная частота полости конструкции около 70 Гц. При установке акустических профилей непосредственно на тяжелую стену толщина полости сокращается до 25 мм и резонансная частота увеличивается примерно до 100 Гц.

Существуют два основных показателя звукоизоляционных свойств конструкций: изоляция воздушного шума ограждающими конструкциями, и изоляция ударного шума конструкциями перекрытий.

Показателем изоляции воздушного шума является нормативный индекс изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями 1В, дБ. Этот индекс нормируется для жилых и общественных зданий, а также вспомогательных зданий и помещений промышленных предприятий СНиП П-12—77 «Защита от шума» (таблица 5.6).

Нормативные индексы изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями

Таблица 5.6,

Стены и перегородки, отделяющие рабочие комнаты, секретариаты от помещений общего пользования (лестничные клетки, вестибюли, холлы) и рабочих, не защищаемых от шума помещений

Огонь и пожар. Огонь возникает в результате возгорания и сопровождается выделением света и тепла, а в большинстве практических случаев также и дыма.

Пожаром называется возникший огонь, вышедший из-под контроля.

Для определения негорючести, воспламеняемости, распространения огня, тепловыделения и дымовыделения и других пожарно-техниче-ских свойств существуют стандартные методы.

Пожар. Для протекания пожара необходимо одновременное наличие трех факторов (рис. 5.7): – горючего материала; – воздуха (кислорода); – тепла (температуры воспламенения, энергии). Эти факторы часто изображаются в виде треугольника пожара. Ликвидация любого из факторов прекращает пожар.

Горючие материалы. Горючесть материала определяется степенью его воспламеняемости:
1. Самовоспламеняющиеся материалы: материалы, воспламеняющиеся без воздействия внешних источников тепла.
2. Легковоспламеняемые материалы: материалы, мелкие частицы которых могут быть подожжены спичкой и продолжать гореть на воздухе.
3. Трудновоспламеняемые материалы: материалы, способные воспламениться при местном нагреве и продолжать гореть в нагретом состоянии, но не способные самостоятельно гореть на воздухе при прекращении нагрева.
4. Негорючие материалы принципиально не способны гореть. К ним относятся такие строительные материалы, как гипс (но не гипсокартон), бетон, кирпич, этернит и т. д.

Рис. 5.8. Тепловое излучение

Воздух. Кислород, который необходим для горения, обычно поступает из воздуха. Сила пожара зависит от поступления кислорода. Ограничение поступления кислорода вызывает прекращение или ослабление пожара.

Тепло. При достижении температуры воспламенения горючего материала происходит возгорание. Источником тепла, необходимым для воспламенения, может быть открытое пламя, электрическая дуга, фокусирующая линза, трение и т. д.

Температура воздуха, которая достигается в помещении при пожаре, зависит от множества различных факторов, таких как термические характеристики помещения, количество горючего материала (пожарная нагрузка) и поступление воздуха.

Распространение пожара. Пожар может распространяться тремя путями за счет: – теплового излучения; – теплопроводности; – конвекции.

Тепловое излучение. Излучение передает тепло от более горячих объектов к более холодным. Тепловое излучение обычно невидимо для глаза (длина волны лежит в инфракрасной области) и ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния. Применение негорючих материалов уменьшает риск распространения пожара через излучение (рис. 5.8).

Теплопроводность. Теплота передается через материал (твердое тело, жидкость или воздух) или от одного материала к другому, находящемуся с ним в прямом контакте. Металлы являются лучшими проводниками тепла. Жидкости плохо проводят тепло, газы — очень плохо. Тепло при пожаре может передаваться за счет теплопроводности даже через негорючие материалы. Например, тонкая бетонная стена не является достаточным препятствием для распространения пожара. Поскольку металлы хорошо проводят тепло, металлические трубы, электрические кабели, балки и другие вводы в противопожарных конструкциях увеличивают риск распространения пожара (рис. 5.9).

Конвекция. При пожаре выделяющиеся газы и окружающий воздух нагреваются. Поскольку нагретые продукты сгорания легче холодного воздуха, возникает конвективный поток нагретого воздуха (рис. 5.10). Такие потоки могут вызывать возникновение вторичных очагов пожара на значительном удалении от первоначального очага. Одной причиной их возникновения является нагрев поверхностей горючих материалов горячими дымовыми газами до температуры воспламенения. Другая причина — воспламенение недогоревших из-за недостатка кислорода горючих газов в других местах, где кислорода достаточно. Распространение пожара в коридорах и на лестничных клетках может быть предотвращено, в частности, за счет применения негорючих и труд-новоспламеняемых материалов. Возможность возникновения вторичных очагов пожара в других помещениях из-за распространения дымовых газов через вентиляционные каналы и открытые двери может также быть уменьшена за счет применения негорючих материалов для стен и потолков.
Течение пожара. Под течением пожара в ячейке понимается взаимосвязь между временем и температурой (рис. 5.11). Течение пожара определяется из уравнений теплового баланса для пожарной ячейки.

Рис. 5.9. Теплопроводность

Рис. 5.10. Конвекция

Рис. 5.11. Нормированное течение пожара — стандартная температурная кривая

Рис. 5.12. Фазы пожара: 1 — фаза возгорания; 2 — фаза горения; 3 — фаза тления; 4 —фаза остывания

Продолжительность пожара определяется с помощью стандартной кривой как нормированная длительность. Из уравнений теплового баланса можно определить длительность пожара в зависимости от пожарной нагрузки, доступа воздуха и вычисленного течения пожара.

Гипс препятствует распространению пожара. В течение фазы 1 (рис. 5.12), называемой также ранней фазой пожара, горение происходит локально и с ограниченным тепловыделением. Огнестойкость конструкций и разделение на отсеки практически не играют роли на данной фазе. Важнейшим фактором безопасности на этой фазе является предотвращение развития пожара и его перехода в возгорание всего помещения. Решающую роль при этом играют свойства облицовочных материалов. Облицовка стен и потолка гипсокартонными листами сдерживает распространение пожара, и во многих случаях к моменту начала тушения пожар не успевает развиться далее фазы 1. В течение этой фазы пожарные могут беспрепятственно спасать людей, находящихся в помещении.

На фазе 2 огонь охватывает все помещение, и температура повышается настолько, что все горючие поверхности начинают выделять газы, однако кислорода в самом помещении недостаточно для воспламенения этих газов — это происходит только при притоке кислорода извне. На этой фазе важную роль начинает играть огнестойкость конструкций. Облицовка стен и, в особенности, потолка гипсокартонными листами может сильно замедлить распространение пожара, обеспечивая возможность спасения жизней и имущества.

Ваш отзыв