声屏障设计计算教材

1、噪声控制工程课程设计 881642880.doc 第一章 概 述 1.1 呼和浩特市外环线噪声污染状况 呼和浩特市外环线全长约 50KM ，环绕整个市区，双向八车道，设计车速为 80100KM/h,拟投入运行。预测高峰期车流量约为 800 辆/h，大型车辆居多，道 路边线处的噪声高达 8085DB，在本次设计中取 83 分贝为研究量。由于噪声源 位于小区居民住宅区附近，严重影响到居民的正常生活状况。又因无法对车辆进 行降噪处理，所以需要对居民区进行保护。 1.2 课程设计的主要内容和要求 1.2.1 相关内容 小区居民住宅区位于呼和浩特市外环线东北方向 48 米处，路面为沥青路面， 小区住宅区

2、共 6层楼，高约 18 米。车流量为大约 800辆/h，大型车与小型车比例 为 8：2，车速限制为 80100KM/h 。 根据道路交通噪声预测方法和区域环境噪声测量方法， 计算该区域的噪声值。 测量点 s1 、s2、 s3距路面中心线距离 73.08米，73.62米,74.62 米。如简图 1-1 所 图 1-1 屏障位置简图 表-1：噪声计算值 预测点位置 预测点高度 预测点平均声级 环境工程 07-4 班 严敏 第1 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc s1 45m 72164dB s2 105m 72100dB s3 165m 71982dB 1.2.2. 设计内容及

3、要求 1结合我国相关标准，设计一声屏障，保障绕城路的通行不影响该小区居民的生 活； 2 隔声材料的选择应符合交通噪声特性； 3 确定声屏障的结构线型； 4完成噪声声屏障设计和计算，除了达到预期的降噪指标外，还应符合景观、结 构造价和养护等方面的要； 5编写设计说明书 6绘制声屏障结构图 环境工程 07-4 班 严敏 第2 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 第二章 降噪处理措施的选择 2.1 控制小区居民住宅楼交通噪声的措施 2.1.1 低噪声路面 对于中小型汽车，随着行驶速度的提高，轮胎噪声在汽车产生噪声中的比例 越来越大，因此修筑低噪声路面对于控制交通噪声具有重要的实际意

4、义。所谓低 噪声路面，也称多空隙沥青路面，又称为透水 （或排水 ）沥青路面。它是在普通的 沥青路面或水泥混凝土路面结构层上铺筑一层具有很高空隙率的沥青混合料，其 空隙率通常在 15 25之间，有的甚至高达 30。国外研究资料表明， 根据表 面层厚度、使用时间、使用条件及养护状况的不同，与普通的沥青混凝土路面相 比，此种路面可降低交通噪声 3 8dB。该方法的优点是：由于混合料孔隙率高， 不但能降低噪声，还能提高排水性能，在雨天能提高行驶的安全性；局限性是： 耐久性差，集料、粘结料要求高，使用一段时间后，孔隙易被堵塞。由于路面孔 隙率大、密实度低，其寿命相对缩短等问题未能较好解决，因此，还处于继

5、续对 于这种路面结构的研究阶段。 2.1.2 种植降噪绿化林带 树木及绿化植物形成的绿带，能有效降低噪声。在公路两侧植树绿化，是防 治交通噪声的有效措施之一。选择合适树种、植株的密度、植被的宽度，可以达 到吸纳声波，降低噪声的作用。同时绿化林带还可以起到吸收二氧化碳及有害气 体、吸附微尘的作用，能改善小气候，防止空气污染，截留公路排水、防眩和美 化环境等作用。根据有关研究资料表明，当绿化林带宽度大于 10m 时，可降低交 通噪声 4 5dB。这是因为投射到植物叶片上的声能 74被反射到各个方向， 26 被叶片的微震所消耗。噪声的降低与林带的宽度、高度、位置、配置方式以及植 物种类都有密切关系。

6、该方法的优点是：生态效益明显；局限性是：占地较多， 早期降噪效果不显著。 2.1.3 建造声屏障 在声源与接收点之间设置隔板，阻断声音的直接传播，以降低噪声，这样的 环境工程 07-4 班 严敏 第3 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 20 结构叫做声屏障。它是控制交通噪声污染的一种治理措施，一些发达国家从 世纪 60 年代末就开始了声屏障的研究和应用， 近年来，我国一些发达城市和高速 公路，铁路业相继建造了声屏障，而且发展很快。 噪声在传播途径中遇到障碍物，若障碍物的尺寸远大于声波波长时，大部分 声能备反射和吸收，一部分绕射，于是在障碍物背后一定距离内形成“声影区” ，

7、声影区的大小与声音的频率和屏障的高度等有关，频率越高，声影区的范围就越 大。声屏障将声源和保护目标隔开，是保护目标落在屏障的声影区。 采用设置声屏障的方式来降低公路交通噪声是目前应用比较广泛的降噪方 式。声屏障降噪主要是通过声屏障材料对声波进行吸收、反射等一系列物理反应 来降低噪音，据测试采用声屏障降噪效果可达 10dB 以上。声屏障作为一种通过 控制交通噪声传播途径来降低交通噪声的措旋，由于其简单、实用、可行、 有效， 成为交通环境保护中的一项重要手段。特别是在城市的繁华地段两侧，修建专门 屏障构造物来减少交通噪声，能对周围的环境起到明显的防护作用。声屏障的优 点是节约土地、降噪明显，同时由

8、于采用拼装式而具有可拆装的优点。缺点是： 声屏障使行车有压抑及单调的感觉，造价较高，如使用透明材料，又易发生眩目 和反光现象，同时还要经常清洗。 2.2 本次设计所选方法 本次设计采用声屏障技术对该处交通噪声进行降噪处理。原因如下： 噪声控制首先是降低声源的辐射，其次是控制传播途径，最后是保护接受者。 而对于降低声源的噪声辐射，即对车辆本身进行噪声控制，这与制造业的水平有 关，而且每降低一定分贝的耗资巨大。对于近年来国外提出的用低噪声路面来降 低公路交通噪声具有经济合理、保持环境原有风貌和行车安全等特性，但尚处于 研究发展阶段，在这里显然不可取。 道路交通噪声，从实际情况分析，从声源上降低噪声

9、比较困难的，且对接受 者也没有适当的保护措施。所以，从传播途径减少噪声的传播成为降噪方法的首 选。声屏障是采用吸声材料和隔声材料制造出特殊结构，设置在噪声源与接受点 之间的声学屏障。它能够阻止噪声的传播，从而降低受声点的声能量，使受声点 得到保护，一般可降低 1520dB。它具有降噪效果显著、节约土地、建筑灵活、 环境工程 07-4 班 严敏 第4 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 对周围环境干扰少等优点。由于城市道路规划已无法更改，住宅区的建筑也已形 成，用声屏障降低交通噪声就成为首选方案。尤其对高速路附近小区的降噪保护 尤为适合。 而小区居民住宅楼恰好符合这些特点， 所

10、以这里选取声屏障进行降噪。 2.3 声屏障降噪原理 2.3.1 声学原理 当噪声源发出的声波遇到声屏障时，它将沿着三条路径传播 （见图 2-1.a）： 部分越过声屏障顶端绕射到达受声点；一部分穿透声屏障到达受声点；一部分在 声屏障壁面上产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这三条 路径传播的声能分配。 2.3.2 绕射 声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。如图（ 2-1b）穿透声屏障 的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波的频率。声屏障隔声的能力用传 声损失 TL 来评价。 TL 大，透射的声能小； TL 小，则透射的声能大，透射的声 能可能减少声屏障的插入损失， 透

11、射引起的插入损失的降低量称为透射声修正量。 用符号 Lt表示。通常在声学设计时，要求 TLLd10dB，此时透射的声能可 以忽略不计，即 Lt0。 S 环境工程 07-4 班 严敏 第5 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 2.3.3 反射 当道路两侧均建有声屏障，且声屏障平行时，声波将在声屏障间多次反射， 并越过声屏障顶端绕射到受声点，它将会降低声屏障的插入损失（见图 2-1c），由 反射声波引起的插入损失的降低量称之为反射声修正量，用符号 Lr 表示。 为减小反射声，一般在声屏障靠道路一侧附加吸声结构。反射声能的大小取决于 吸声结构的吸声系数 ，它是频率的函数，为评价声屏

12、障吸声结构的整体吸声效 果，通常采用降噪系数 NRC。 S （图 2-1c） 声波的 2.3.4 障碍物和地面的声衰减 此外，声屏障的衰减还受其周围障碍物和地面吸收等影响。如果在声屏障修 建前，声源和受声点间存在其他屏障或障碍物，则可能产生一定的绕射声衰减， 由这些障碍物的声屏蔽产生的声衰减称之为障碍物声衰减，用符号 Ls 表示；如 果地面不是刚性的，则会对传播过程中的声波产生一定的吸收，从而会使声波产 生一定的衰减。 由地面声吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减， 用符号 LG 环境工程 07-4 班 严敏 第6 页 来表示。 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 第三章 声屏障

13、的设计计算 3.1 确定声屏障设计目标值 3.1.1 噪声保护对象的确定 根据声环境评价的要求，确定噪声防护对象，它可以是一个区域，也可以是 一个或一群建筑物。 本设计中的噪声保护对象是距高速公路边缘线 48m 外的居民 住宅区。 3.1.2 代表性受声点的确定 代表性受声点通常选择噪声最严重的敏感点，它根据道路路段与防护对象相 对的位置以及地形地貌来确定，它可以是一个点，或者是一组点。通常，代表性 受声点处插入损失能满足要求，则该区域的插入损失亦能满足要求。本设计中， 考虑外环线高速路段与居民楼的相对位置及其平坦的地形地貌，选择 3 个敏感点 即可，分别是测点 S1、S2、S3 ，测点 S1

14、 为距路面中心线距离为 73.08m，高度为 4.5m；测点 S2 为距路面中心线距离为 73.62m，高度为 10.5m；测点 S3 为距路面 中心线距离为 74.63m，高度为 16.5m 3.1.3 声屏障建造前背景噪声值的确定 对现有道路，代表性受声点的背景噪声值可由现场实测得到。若现场测量不 能将背景噪声值和交通噪声区分开， 则可测量现场的环境噪声值 （它包括交通噪声 和背景噪声 ），然后减去交通噪声值得到。交通噪声值可由现场直接测量。设计过 程中经现场测量知，预测点交通噪声的最大声压级为 72dB。 3.1.4 声屏障设计目标值的确定 声屏障设计目标值的确定与受声点处的道路交通噪声

15、值 （ 实测或予测的 ）、受声点 的背景噪声值以及环境噪声标准值的大小有关。 如果受声点的背景噪声值等于或低于功能区的环境噪声标准值时，则设计目标值 可以由道路交通噪声值 （实测或预测的 ）减去环境噪声标准值来确定。 环境工程 07-4 班 严敏 第7 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 本设计中按照外环线的车流量预测数据，该地区的住宅区设计要求降噪量为 12dB。 3.2 位置的确定 根据道路与防护对象之间的相对位置、周围的地形地貌，应选择最佳的声屏 障设置位置。选择的原则或是声屏障靠近声源，或者靠近受声点，或者可利用的 土坡、堤坝等障碍物等，力求以较少的工程量达到设计目标

16、所需的声衰减。 根据以上的选择原则，本设计将声屏障设在车行道向外 4m 处，即靠近声源 线一侧。外环线到声屏障到小区居民住宅区的距离为 48m,则声屏障设置在距公路 中心距离为 25m 处， 受声点距公路中心水平距离 s 为 73m。声屏障位置布置图 见附图一。 由于声屏障通常设置在道路一旁，而这些区域的地下通常埋有大量管线，故 应该作详细勘察，避免造成破坏。 3.4 几何尺寸的确定 根据设计目标值，可以确定几组声屏障的长与高，形成多个组合方案，计算 每个方案的插入损失， 保留达到设计目标值的方案， 并进行比选， 选择最优方案。 设计中的目标值为 12dB。声屏障一般的高度为 3 7m，经多次

17、计算选取声屏 障总高度为 7m 最为合适，计算如下。 3.5 声屏障插入损失的计算 3.5.1 声屏障绕射声衰减的计算 声屏障的绕射声衰减可用等效频率 fe 求得。通常道路交通噪声的等效频率 fe=500Hz，按下面公式计算，则得到近似的声屏障绕射声衰减 Ld。 道路交通噪声应看成无限长声源，等效频率为 500Hz，此设计中声源至受声点的 距离为 73m，此声源为无限长线声源及无限长声屏障。 当声源为一无限长不相干线声源时，其绕射声衰减为： 环境工程 07-4 班 严敏 第8 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 1 s1 点绕射声衰减计算：该受声点高度为 4.5m，声源车辆的

18、平均高为 1 m，等 效频率为 500Hz，声屏障总高为 7 m，公路宽度为 42 m，声屏障距公路中心线为 25 m，受声点距公路中心水平距离为 73 m。 A = (252 62) = 25.71 B = (482 2.52 ) = 48.06 d = (732 3.52 ) = 73.08 = A+B-d = 0.686 t = 40 500 0.686 3 340 10 lg 13.453 1 3 (t 2 1) 2 ln( t 10 lg 40 f 1 2 3c 2 1) 2 ln( 13 .453t13 .453 2 1) 2 , t 3 3.1t4 (113) .453 =12.

19、83dB 环境工程 07-4 班 严敏 第9 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 2 s2点：s2点绕射声衰减计算：该受声点高度为 10.5m，声源车辆的平均高为 1 m， 等效频率为 500Hz，声屏障总高为 7 m，公路宽度为 42 m，声屏障距公路中心线 为 25 m，受声点距公路中心水平距离为 73 m A = (252 62) = 25.71 B = (482 3.52) = 48.13 d = (732 9.52 ) = 73.62 = A+B-d = 0.22 40 500 0.22 t = 4.3 1 3 340 l d 10 lg 2 ln( t t 3 (

20、t 2 1) 10 lg 3 3.14t 2(4.13)2 1) 2 ln( 4.34.32 1) = 9.643dB 3 s3点：s3点绕射声衰减计算： 该受声点高度为 16.5m，声源车辆的平均高为 1 m， 等效频率为 500Hz，声屏障总高为 7 m，公路宽度为 42 m，声屏障距公路中心线 为 25 m，受声点距公路中心水平距离为 73 m A = (252 62) = 25.71 B = (482 9.52) = 48.93 d = (732 15.52 ) = 74.62 = A+B-d = 0.0125 40 500 0.0125 t = 3 340 0.0246 1 10 l

21、g 3 (1 0 .0246 2 ) (10.0246 ) 4 arc tg (10.0246 ) = 5.38dB 本设计中选最不利的受声点为研究对象，即受声点距地面高度为16.5m，距 环境工程 07-4 班 严敏 第 10 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 声屏障的水平距离为 48m 3.5.2 透射声修正量 Lt的计算 若声屏障的传声损失 TL- Ld10dB，此时可忽略透射声影响，即 Lt0。 一般 TL 取 2030dB。若 TL Ld10dB。此 时可忽略透射声影响，即 Lt0 3.5.3 地面吸收声衰减的确定 如果地面不是刚性的，则会对传播过程中的声波产生一

22、定的吸收，从而会使 声波产生一定的衰减。由地面吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减，用符号 LG 表示。因本设计现场测量有困难，可由下图 3-3 来确定。 dB LG 15 30 60 120 240 环境工程 07-4 班 严敏 第 11 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 受声点至等效行车线距离 图 3-2 地面吸收声衰减 (3 图 3-2 中的等效距离 DE 由下列公式计算： DEDN DF 3) 式中： DN 受声点至最近的车道中心线距离， m DF受声点至最远的车道中心线距离， m DN =54.625m, DF =91.375m DEDN DF54.625 91.

23、375 70.65m 由上图查得 LG3.2dB 3.5.4 声屏障实际插入损失的计算 声屏障的总降噪量用插入损失 IL 来表示。声屏障的插入损失主要取决于声屏障的 绕射声衰减 Ld、透射减少量 Lt 和反射降低量 Lr ，声屏障实际插入损失为： IL Ld Lt Lr = 5.38dB 环境工程 07-4 班 严敏 第 12 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 第四章 声屏障的选型 4.1 声屏障形状的选择 声屏障按几何形状一般可分为直立型、折板型、弯曲性、半封闭性和全封闭型。 环境工程 07-4 班 严敏 第 13 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 4

24、.1.1 直立型声屏障 指竖立在道路边缘的平面反射型障板。由于直壁型声屏障用材简易、施方便、造 价较低、与环境有较好的融合性，在国内外有广泛的应用。其特性一般可通过增 加其高度进行有效的改善 ,高度增加 1m 可带来 IL 增加 1.5dB（A） 的效益 。通常用 在高速公路和高速铁路的交通噪声。 4.1.2.折板型和弯曲型声屏障 一般用于降噪要求较高但声屏障高度又有一定限制的场合。把声屏障上部折向道 路方向，面向道路的一侧做成吸声表面，可以达到很好的降噪效果。声屏障的支 撑件多采用 H 型钢。折壁型声屏障可增加声程差，提高降噪效果。 4.1.3 半封闭型声屏障 半封闭型声屏障适用于城市交通干

25、道和两侧高层建筑密集区 ,其降噪效果非常好 ; 成本也相对较高。 4.1.4 全封闭型声屏障 全封闭型声屏障适用于城市的高架桥 ,既有效地降 ,又可防止高空杂物坠落 ,但其造 价较高。 本设计中，考虑到成本、降噪效果等方面问题，选用直立型声屏障。见附图二。 4.2 声屏障材料的选择 国内的声屏障如按声学性能分类可分为吸声型 （金属吸隔声板）、隔声型 （PC 板）、 混合型（ 吸声与隔声的混合型），这些声屏障其实际效果一般为 3-5dB 。 4.2.1 FC 板 FC 纤维水泥加压板简称 FC 板，声屏障生产单位用 FC穿孔板作声屏障面板，用 在高速公路上，主要优点成本低、声学效果一般，最大问题

26、由于其吸水率大于 17%， 用在室外易风化，寿命短，且不美观。 环境工程 07-4 班 严敏 第 14 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 4.2.2 PC 板 PC板又称为聚碳酸酯耐击板， PC 板具有耐冲击、 阻燃的特性。 6mm厚的 PC 板 平均隔声量 21.5dB，隔声指数 24 dB ，国内第一代声屏障用的较多，主要优点制 作方便，有一定隔声效果，最大缺点成本不低，有眩光，吸声效果不佳。 4.2.3 彩色夹芯板 它是两面采用厚度 0.50.6 的彩涂钢板，中间填入阻燃型聚苯乙烯板，其隔声量 为 30 dB ，由于其隔声量较大，成本也较低，外型也较美观，用在高速公路

27、上较 多。 4.2.4 金属吸隔声板 它的结构设计， 综合了薄板共振吸声结构及穿孔板吸声结构。 主要特点： 吸隔声 板由前板与后板组成，其厚度由 50200mm，中间由吸声材料与空腔组成，空腔 的厚薄根据噪声的声源频率来决定。 本设计中采用彩色夹心板，它具有隔声量大、防潮防晒的特性。两面采用厚度为 0.5-0.6的彩涂钢板平均隔声量 30dB。由于隔声量较大， 外形也较美观， 主要优点 制作方便，隔声效果也好。 4.3 声屏障设计的其他辅助措施 若设计得到的插入损失 IL 达不到降噪的设计目标值，则需要调整声屏障的高度、 长度或声屏障与声源或受声点的距离， 或者调整降噪系数 NRC。经反复调整

28、计算 直至达到设计目标值。 根据设计要求，声屏障的隔声降噪量应在（ 12-15dB）。声屏障实际插入损失经修 正后为 5.38dB，加上地面吸声损失 3.2dB,还是不符合要求，还应采取其他吸声措 施予以弥补。 弥补方法：粘贴吸声材料可较原来衰减 28dB 环境工程 07-4 班 严敏 第 15 页 噪声控制工程课程设计 881642880.doc 4.3.1 在声屏障上粘贴吸声材料 粘贴具有较强的吸收声能、减低噪声性能的材料。吸声材料按吸声机理分为： 靠从表面至内部许多细小的敞开孔道使声波衰减的多孔材料，以吸收中高频声波 为主，有纤维状聚集组织的各种有机或无机纤维及其制品以及多孔结构的开孔型

29、 泡沫塑料和膨胀珍珠岩制品。 靠共振作用吸声的柔性材料 （如闭孔型泡沫塑料， 吸收中频）、膜状材料（如塑料膜或布、帆布、漆布和人造革，吸收低中频） 、板 状材料（如胶合板、硬质纤维板、石棉水泥板和石膏板，吸收低频）和穿孔板 （各 种板状材料或金属板上打孔而制得，吸收中频 ）。以上材料复合使用，可扩大吸声 范围，提高吸声系数。用装饰吸声板贴壁或吊顶，多孔材料和穿孔板或膜状材料 组合装于墙面，甚至采用浮云式悬挂，都可改善室内音质，控制噪声。多孔材料 除吸收空气声外，还能减弱固体声和空气声所引起的振动。将多孔材料填入各种 板状材料组成的复合结构内，可提高隔声能力并减轻结构重量。 432 吸声材料吸声量的计算 表 2-2 几种材料的吸声系数表 材料 频率（ Hz）/吸声系数 125 250 500 1000 2000 4000 超细玻璃棉 0.05 0.24 0.72 0.97 0.90 0.98 双层阻抗复合板 0.54 0.8 0.94 0.8 0.84 0.76 微穿孔板 0.68 0.96 0.8