案例分析|比利时建筑研究所 Actran 帮助改善对房间之间振动传递的预测能力

概述

比利时的住宅标准（（NBN-S01-400-1（2008））采取了严格的声学要求，这给建筑师们带来了严峻的挑战。此标准尤其针对各个房间之间的整体隔音性能制定了苛刻的要求，该性能主要是由直接传声和侧墙传声决定的。侧墙传声是指在其中一个房间所产生的声波会激励墙壁结构生成结构波，并经由该结构传播结构波。随后墙壁会向隔壁房间辐射声音。两个相邻房间之间有四个接合部，每个接合部有三种侧墙传声路径，总共 12 个路径。当声波穿过接合部时，其能量会衰减，衰减程度由振动衰减指数 Kij 确定。

建筑师和声学顾问所面临的挑战是为具体的建筑设计准确地估算振动衰减指数 Kij。ISO 10848 规定了通过物理试验测量 Kij 的方法，但这是个成本高昂的漫长过程。为此建造了一个双房间之间接合部的全尺寸模型。用手锤击打第一个房间的墙壁，在受到击打的墙壁上以及在接合部另一侧的接收墙壁上同时测量振动，这给出了两侧结构振动速度级的差值。然后击打相对侧的墙壁，按相反的方向进行上述过程。可通过上述双方向测试得到两组结构速度级差值的平均值来计算 Kij。此外，为制作一个满足声学要求的建筑体系，制造商需要对其产品的众多不同接合部进行评估。每一个接合部的结构都需要进行拆解和重建。

解决/验证

比利时建筑研究所实验室主管 Charlotte Crispin 表示：“我们采用 Actran 对接合部的同面板材及垂直板材的振动传递进行仿真，这是因为 Actran 已经在广泛的应用范围内得到验证，能够提供准确的结果，并且易于使用。”BBRI 的研究人员首先验证了 Actran 预测典型情况的能力。他们建造了一个试验装置，该装置由一个安装在两个声学室之间的刚性较高的 T 形接合部组成。垂直墙由砖砌成，并且与空心砖垂直相交。研究人员对此装置依照 10848 标准来测量 Kij 值。

用于验证的 Actran 模型

验证研究中的实测值与仿真结果值

结果

BBRI 的研究人员分别使用依靠表面质量的旧公式，以及依靠特征力矩阻抗的新公式，对数量相当的结构构型进行了验证。结果表明，对于包含 T 形接合、十字形接合及 H 形接合在内的各种面内和垂直板材间的振动波传播而言，新公式对 Kij 值的预测更加准确。此项工作显示，采用特征矩阻抗“A”比值而不是表面质量比，可以更好地预测 Kij 值。由于在振动波的传播方向改变时，只有力矩和角速度矢量可以参与能量传递，因此振动衰减取决于这一新比值应该是合理的。

与旧公式相比（左侧），基于新公式（右侧）的 Kij 估算值与仿真结果值更为接近。

关于比利时建筑研究所

比利时建筑研究所是一家由比利时建筑承包商联合会于 1960 年创建的私营研究机构。其宗旨是为会员进行科学技术研究，为会员提供技术信息、帮助及咨询，以便从整体上促进建筑领域的创新和发展。研究重点为建筑流程、建筑材料以及可持续建筑的各个方面。比利时建筑研究所在比利时拥有 230 名雇员和三处办公地点。