噪声声屏障-课程设计

1、第一章绪论及意义?噪声限制工程? 是一门技术性、应用性很强的的学科,课程设计是它的一个极 为重要的专业实践教学环节,课程设计的目的就是在理论学习的根底上, 通过完成一 个简单的工程设计方案,使学生不但能够补充和深化课堂教学内容, 而且能够使学生 理论联系实际、培养学生的“工程思想,提升学生的综合素质,通过噪声限制工程 课程设计,进一步消化和稳固这门课程所学内容,并使所学的知识系统化,培养学生 运用所学理论知识进行噪声限制工程系统的设计方案、设计计算、工程制图、实用技术资料、编写设计说明书的水平为今后能够独立进行某些噪声限制工程的开发建设及 工作打下一定的根底.内蒙古工业大学一宿舍楼西侧17m处

2、相临一条马路,来往车辆产生的交通噪声 影响到宿舍楼里同学们正常休息,现需设计一声屏障来解决这一问题.该道路路宽 21米双向六车道,路面为沥青路面,主楼为 四 层,总长度为90米.根据道路交通噪声预测方法和区域环境噪声测量方法,在距离马路边缘靠近宿舍 楼这一侧1m处,昼间实测噪声值为78dB,夜间实测噪声值为69dR在宿舍楼一至四 层窗外实测噪声值分布如下表1.表1噪声实际测量值测点位置测点垂直局度预测点声级昼间夜间一楼二楼三楼66.4.四楼涉及内容及要求1结合我国相关标准,为该楼设计一声屏障；2完成噪声敏感建筑物有关参量和使用标准确实定、声屏障设计和计算声屏 障结构、材料及在两座建筑物之间的相

3、对位置； 声屏障的设计除了到达预期的降噪指 标外,还应符合景观、结构、造价和养护等方面的要求.3编写设计说明书；4绘制声屏障结构尺寸图,安装布置图.噪声根本知识噪声定义噪声对环境的污染与工业的三废一样,是一种危害人类健康的公害.从物理学的观点来看,噪声就是各种频率和声强杂乱无序组合的声音.从心理学的角度看,令人不愉快、讨厌以致对人们健康有影响或危害的声音就是 噪声.1.3.2噪声来源噪声的来源主要有三种,它们是交通噪声、工业噪声和生活噪声.交通噪声主要是由交通工具在运行时发出来的.如汽车、飞机、火车等都是交通噪声源.调查说明,机动车辆噪声占城市交通噪声的 85%车辆噪声的传播与道路的 多少及交

4、通量度大小有密切关系. 在通路狭窄、两旁高层建筑物栉比的城市中, 噪声 往返反射,显得更加吵闹.同样的噪声源在街道上较空旷地上,听起来要大5-10分贝.工业噪声主要来自生产和各种工作过程中机械振动、摩擦、撞击以及气流扰动而产生的声音.城市中各种工厂的生产运转以及市政和建筑施工所造成的噪声振动,其影响虽然不及交通运输广,但局部地区的污染却比交通运输严重得多.因此,这些噪声振动对周围环境的影响也应予重视.生活噪声主要指街道和建筑物内部各种生活设施、人群活动等产生的声音.如在 居室中,儿童哭闹,大声播放收音机、电视和音响设备；户外或街道人声喧哗,宣传或做广告用高音喇叭等.这些噪声又可以分为居室噪声和

5、公共场所噪声两类,它们一般在80分贝以下,对人没有直接生理危害,但都能干扰人们交谈、工作、学习和休 息.3噪声的危害噪声的危害是多方面的.主要危害以下几方面：.1噪声对人们的正常生活的影响.噪声对人的睡眠影响极大,人即使在睡眠中,听觉也要承受噪声的刺激. 噪声会 导致多梦、易惊醒、睡眠质量下降等,忽然的噪声对睡眠的影响更为突出.噪声会干 扰人的谈话、工作和学习.2噪声可诱发疾病.噪声对人体最直接的危害是听力损伤, 噪声引起的听力损伤,主要是内耳的接受 器官受到损害而产生的.过量的噪声刺激可以造成感觉细胞和接受器官整个破坏.由于噪声通过听觉器官作用于大脑中枢神经系统, 以致影响到全身各个器官,故

6、 噪声除对人的听力造成损伤外,还会给人体其它系统带来危害.由于噪声的作用,会 产生头痛、脑胀、耳鸣、失眠、全身疲乏无力以及记忆力减退等神经衰弱病症.3噪声损害设备和建筑物.实验研究说明,特强噪声会损伤仪器设备,甚至使仪器设备失效.噪声对仪器设 备的影响与噪声强度、频率以及仪器设备本身的结构与安装方式等因素有关.当噪声 级超过150dB时,会严重损坏电阻、电容、晶体管等元件.当特强噪声作用于火箭、 宇航器等机械结构时,由于受声频交变负载的反复作用,会使材料产生疲劳现象而断 裂,这种现象叫做声疲劳.一般的噪声对建筑物几乎没有什么影响,但是噪声级超过140dB时,对轻型建筑开始有破坏作用.在特强噪音

7、作用下,建筑物会受到不同程度的破坏,如出现门窗损 伤、玻璃破碎、墙壁开裂、抹灰震落、烟囱倒塌等现象.由于轰声衰减较慢,因此传 播较远,影响范围较广.止匕外,在建筑物附近使用空气锤、打桩或爆破,也会导致建 筑物的损伤.1.3.4噪声限制技术形成噪声污染主要是三个因素,即：声源、传播媒介和接收体.只有这三者同时 存在,才能对听者形成干扰.从这三方面入手,通过降低声源、限制噪声传播、阻断 噪声的接收等手段来到达限制噪声的目的,在具体的噪声限制技术上,可采用吸声、 隔声和消声三种举措.1、吸声降噪.吸声降噪是一种在传播途径上限制噪声强度的方法.物体的 吸声作用是普遍存在的,吸声的效果不仅与吸声材料有关

8、,还与所选的吸声结 构有关.这种技术主要用于室内空间.2、消声降噪.消声器是一种既能使气流通过又能有效地降低噪声的设备. 通常可用消声器降低各种空气动力设备的进出口或沿管道传递的噪声.不同消 声器的降噪原理不同.常用的消声技术有阻性消声、抗性消声、损耗型消声、 扩散消声等.3、隔声降噪.不同的隔声结构类型适用于不同的场合,具体如下表所示：特点土堤结构适用于地广人稀的区域,是经济减噪方法,降噪效果约为3-5dBo建造此尖声屏障所需空地较大.混凝土砖石结构适用于郊区和农村区域,易与周围自然环境相协调,价格廉价,且便于施工与维护.降噪效果约10-13dBo木质结构适用于农村、郊区个人住宅或院落且木材

9、资源比拟丰富的地区的噪声防护.降噪效果约6-14dBo金属和复合材料结构世界各国最普遍使用的结构.材料易于加工,可加工成各 种形式,安装简易,易于景观设计和规模制造生产,降噪效果 也很好.-第二章声屏障的相关知识声屏障是降低地面运输噪声的有效举措之一.一般36m高的声屏障,其声影区内降噪效果在512dB之间.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: 一局部越过声屏障顶端绕射到达受声点；一局部穿透声屏障到达受声点；一局部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.绕射越过声屏障顶端绕射到达受声点的声能比没有屏障时的直

10、达声能小.直达声与绕射声的声级之差,称之为绕射声衰减,其信用符号 Ld表示,并随着 角的增大而 增大见图2-1.b0声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率 的函数,它是决定声屏障插入损失的主要物理量.Sb声波绕射路径反射波R(c)声波的反射图2-1声屏障绕射、反射路径图透射声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象.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.声屏障隔声的水平用传声损失TL来评价.TL大,透射的声能小；TL小,那么透射的声能大,透射的声能可能减少声屏障的插入损 失,透射引起的插入损失的降低量称为透射声修正量.用符号A Lt表示.通常在声学设计

11、时,要求TL-ALd>10dB此时透射的声能可以忽略不计,即 ALt反射当道路两侧均建有声屏障,且声屏障平行时,声波将在声屏障间屡次反射,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,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a,它是频率的函数,为评价声屏障吸声结构的整体吸声效果, 通常采用降噪系数NRC.2.2声屏障插入损失计算绕射声衰减d的计算.1点声源当线声源的长度远远小于声源至受声点的距离时 (声源至受声点的距离大于线声 源长度的3倍),可以看成

12、点声源,对一无限长声屏障,点声源的绕射声衰减为：2 N20lg 5dB,N >05dB,5 20lgdB ,2 Ntan,2 同dB,N = 00>N >-0.2N < 一2-1tanh , 2 N2N-菲涅耳数,N -(A B d)入一声波波长,md一声源与受声点间的直线距离,mA声源至声屏障顶端的距离,mB受声点至声屏pf顶端的距离, m假设声源与受声点的连线和声屏障法线之间有一角度B时,那么菲涅耳数应为N( B )=Ncos B工程设计中,可从图2-2求得J1_i *1J1 0 10.20.30.40.60,812 3 4 6 8to 20 3040 90 100

13、N图2-2声屏障的绕射声衰减曲线,2无限长线声源,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:40 f3c3 . (1 t2)10lg :4arctg (1 t)(1 t)10lg3 ,.(t2 1)2ln(t .t2 1)40 f t3c(2-2)式中：f一声波频率,Hz6 = A+B-d为声程差,m c声速,m/s,3无限长线声源及有限长声屏障 Ld仍由公式2-2计算.然后根据图2-3进行修正.修正后的取决于遮蔽角B/杳阳性解"TT I I T"«二月音苣M斑7a修正图b遮蔽角图2-3有限长度的声屏障及线声源的修正图.2透射声修正量 Lt的计算

14、透射声修正量 Lt由以下公式计算：2-2LtLd 10lg(10 Ld/10 10 TL/10)反射声修正量Lr的计算反射声修正量取决于声屏障、受声点及声源的高度,两个平行声屏障之间的距离, 受声点至声屏障及道路的距离以及靠道路内侧声屏障吸声结构的降噪系数NRC.障碍物声衰减确实定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, 那么可能产生一定 的绕射声衰减,由它们产生的声衰减称之为障碍物声衰减,用符号Ls表示.地面吸收声衰减确实定如果地面不是刚性的,那么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.由地面吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减,用符号 Lg表 示

15、.受声点至等效行车线距离De /m图2-3 地面吸收声衰减考虑到其它障碍物和地面声吸收的影响,声屏障实际插入损失为:IL LLtLr ( ls, Lg)2-3max表示取ALs和Lg中的最大者,这是由于一般两者不会同时存在.如果有其他 屏障或障碍物存在,地面效应 Lg会被破坏掉,由于只有贴近地面,地面声吸收的 衰减才会明显.式2-3中减去ALs, LGmax,是由于一旦设计的声屏障建成,原有 屏障或障碍物或地面声吸收效应都会失去作用.时间特性交通噪声是随时间起伏的声源.在本设计中,噪声主要来源为马路上行驶的车辆 发出的声音,所以将噪声源看作为无限长线声源. 在本标准中,采用等效声压级来表 示时

16、间平均特性.频率特性交通噪声的频率特性在声屏障设计中是最重要的参数之一. 应通过噪声测量,得 到声源的倍频带中央频率634000Hz或1/3倍频带中央频率50 5000Hz的频 谱.为简化计算,本设计中采用声源的等效频率,其值为 500Hz第三章声屏障设计与计算(1)声屏障本身必须有足够的隔声量,声屏障对声波有三种物理效应：隔声射),反射和绕射效应,因此声屏障的隔声量应比设计目标大.(2)设计声屏障时,应尽可能采用配合吸声型屏障,以减弱反射声能其绕射声能(3)声屏障主要用于阻断直达声,有效地预防噪声的发散.(4)作为交通道路声屏障,应注意景,观造型和材质的选用应与周围环境相协调.(5)声屏障的

17、结构设计,其力学性能应符合有关的国家标准.噪声保护对象确实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学校宿舍楼.该宿舍楼长为90m,宽为8m,高为14m.该宿舍楼距其西侧的马路中央线.代表性受声点确实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,那么该区域的插入损失亦能满足要求.根据在宿舍楼不同高度的 实测噪声值一楼为68.2dB,二楼为73.1dB,三楼为70.6dB,四楼为65.2dB可以 确定二楼

18、为该设计中的敏感受声点,所以选择二楼测点处为代表性受声点,高度为m03.2.3声屏障建造前背景噪声值确实定对现有道路,代表性受声点的背景噪声值可由现场实测得到.假设现场测量不能将背景噪声值和交通噪声区分开,那么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.本设计中背景噪声值确定如下:某处的昼夜等效声级Ldn50.1101g - 10 8Ld3 io 80.1 L io3-1式中：L；昼间噪声能量平均Ln夜间噪声能量平均A声级,dB;A声级,dB0宿舍一楼昼仪等效声级Ldn150.1 64.4101g - 10 838100.161.21068.2dB宿舍二楼昼仪等

19、效声级Ldn250.1 69.3101g - 10838100.166.11073.1dB宿舍三楼昼夜等效声级Ldn350.1 66.4101g10838100.163.71070.6dB宿舍四楼昼仪等效声级Ldn450.1 61.1101g10838100.158.21065.2dB马路边1米昼仪等效声级Ldn 550.1 78101g - 10 838100.1691078.4dB从马路边到达宿舍二楼过程中主要是扩散衰减,其衰减量为101g(r2r) 101g(171) 12.3dB到达宿舍楼二楼后其声压级为所以背景噪声声压级为Lb 1O1g(1C0-1Ldn23.2.4声屏障设计目标值?

20、城市区域环境噪声标准?1表3-1方Ls Ldn5 Ad 78.4 12.3 661dB1C0-1Ls) 101g(100-1 731 100-1661) 721dB:GB3096-93对各个分区噪声标准做了如下规定:成市5类环境噪声标准值类别昼间夜间0类50401类55452类60503类65504类7055各类标准的适用区域0类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域.位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于 0类标准5dB执行.1类标准适用于以居住、文教机关为主的区域.2类标准适用于居住、商业、工业混杂区.3类标准适用于工业区.4类标准适用于城市中的道路交能干线道路两侧区域

21、,穿越城区的内河航道两侧区域.穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声 指不通过列车时的噪声水平 限值也行该类标准.由于在本次设计计算中,应该执行以居住、文教机关为主的区域1类标准.依据上表可知,匚 55 dB 1 45 dB1类标准昼夜等效声级55dBLdn 10lg 510a1 55 3100451088由于背景噪声值Lb 72,1dB Ldn,所以目标值等于宿舍二楼的实测噪声值减去 环境噪声标准值L Ldn2 Ldn 73.1 55 18.1dB绕射声衰减计算本设计中,声源为无限长线声源,声屏障为有限长,所以先使用无限长线声源,无限长声屏障计算公式2-2计算绕射声衰减量后,之后查图2-

22、3对其进行修正来确定无限长线声源,有限长声屏障的绕射声衰减量.经过计算选择,以下三个方案可行性较强.方案一：受声点高度为 m,声源即车辆平均高度为1m,等效频率fe=500Hz,声 屏障的总高度为6m,长度为52m,公路宽度21m,声屏障距公路中央为m,受声点 距公路中央线为m.A = (22.52 52) = mB = (52 1.52) =5.2m22d = (27.53.5 ) = m/ A+B-d =2+5.2-= m9.8 140fe S 40 500 0.5e3c 3 340无限长声屏障的绕射声衰减Ld110 lg3 <(t21)2 ln( t x t21)=10 lg3 3

23、.14 .(9.80 21)2 ln( 9.809.80 21 ) =dB52有限长声屏障的遮蔽角百分率2arctan27.5 22.5 94 0%,经修正查图2-3可知180. °有限长声屏障的绕射声衰减为Ld dB方案二：受声点高度为 m,声源即车辆平均高度为1m,等效频率fe=500Hz,声 屏障的总高度为m,长度为60m,公路宽度为21m,声屏障距公路中央m,受声点距 公路中央为m.A = (23.52 4.52) = mB = . (42 12) = md = (27.52 3.52) = m葬 A+B d =23.9+4.1 = 0.3m40fe 6 40 500 0.3

24、-5.8813c 3 340无限长声屏障的绕射声衰减Ld210 lg3、J(t21)2 ln( t , t21)=10 lg3 3.14 , (5.88 21)2 ln( 5.88.5.88 21 )=dBc .602arctan有限长声屏障的遮蔽角百分率 27.5 23.5 96%,所以,经修正后查180图2-3可知,无限长声屏障的绕射声衰减Ld dB方案三：受声点高度为6m,声源即车辆平均高度为1m,等效频率fe=500Hz,声 屏障的总高度为m,长度为68m,公路宽度为21m,声屏障距公路中央m,受声点距公 路中央为m.A = (24.52 4.52) =mB = (32 12) = m

25、d = (27.52 3.52) = m葬 A+B d +3.2 = m40 fe 6 40 500 0.43c 3 3407.84 1无限长声屏障的绕射声衰减Ld3101g二10 lg3 . (t21)2 ln( t 、t21)3 3.14 (7.84 21)2 ln( 7.84、7.84 21)有限长声屏障的遮蔽角百分率=dBc X 682 arctan27.5 24.518097% ,经修正后查图2-3可知,有限长声屏障的绕射声衰减 Ld dB透射修正量的 Lt的计算假设声屏障白勺传声损失 TL-ALd>10dB,此时可忽略透射声影响,即 ALtO中TL为声屏障的传声损失,它表示构

26、件隔声性能的大小.一般声屏障的隔声量 TL 为2030dB,此设计中隔声量TL初定为25dB.因方案一为最大绕射声衰减值, 所以 其为最不利情况的衰减,取 Ld=11.9,那么TL-Ld=25=13.1dB> 10dB.由于方 案一已满足,那么其他方案均可满足.所以此时三个方案均可忽略透射声影响,即 Lt =0反射修正量计算反射声修正量取决于声屏障、受声点及声源的高度,两个平行声屏障之间的距离, 受声点至声屏障及道路的距离以及靠道路内侧声屏障吸声结构的降噪系数NRC.因为反射声修正量与隔声屏计算关系不大,所以可以不考虑.障碍物声衰减确实定如果在声屏障修建前,声源和受声点间存在其他屏障或障

27、碍物, 那么可能产生一定 的绕射声衰减,由它们产生的声衰减称之为障碍物声衰减,用符号Ls表示.由于教室与马路之间没有什么建筑物和其它障碍物,所以障碍物声衰减Ls- 0dB地面吸收衰减确实定如果地面不是刚性的,那么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.由地面吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减,用符号 Lg表 示.而本设计中,地面为刚性地面,所以可以忽略地面吸收声衰减,即 LG=0dB声屏障实际插入损失声屏障的总降噪量用插入损失IL来表示,其定义为在保持噪声声源、地形、地 面、背景噪声和气候条件等不变的情况下,安装声屏障前后受声点的声压级之差.声屏障的插入损失主要取

28、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,考虑到其他障碍物和地面吸收的影响,声屏障实际插入损失为：ILLr ( ls, LG)max(3-2)max表小取 Ls和 LG中的最大者,这是由于一般两者不会同时存在.如果有 其他屏障或障碍物存在,地面效应 Lg会被破坏掉,由于只有贴近地面,地面声吸 收的衰减才会明显.式(34)中减去(ALs, ALG)max,是由于一旦设计的声屏障建成, 原有屏障或障碍物或地面声吸收效应都会失去作用.本设计中在声屏障修建前,声源和受声点间不存在其他屏障或障碍物, 只考虑地 面的吸收声衰减即可.所以三个方案中,声屏障的插入损失分别为：ILi =

29、 Ldi Lt Lg = 0 0=dBIL2=ALd2-ALt- LG = 9.1 00=dBIL3=ALd3-ALt-ALG=-0-0=dB经计算可知,方案一与方案三的插入损失大小差不多, 但方案一的隔声屏障的长 度要远远小于方案三的,这样就会比方案三的要节省许多材料,所以,综上所述,考 虑到经济性和插入损失计算的比拟,选择方案一.方案一具体内容如下：声屏障的总高度为6m,长度为52m,声屏障距公路中央为 m,距宿舍楼为5mdB, 因其插入损失未到达目标值,所以可以在声屏障之间填加吸声材料, 或者通过绿 化带来进一步降噪使其到达标准.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

30、一般可分为直立型、折板型、弯曲性、半封闭性和全封闭型.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,尽管高度增加1m可带来IL增加1.5dBA的效益.但同样带 来了降低教学区采光度、干扰司机视线等负效应.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外表,可以到达很好的降噪效果.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,提升降噪效果.半封闭型声屏障半封闭型声屏障适用于城市

31、交通干道和两侧高层建筑密集区,具降噪效果非常好；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,又可预防高空杂物坠落,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 oFC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,主要优点本钱低、声学效果一般,最大问题由于其吸水率大于17%, 用在室外易风化,寿命短,且不美观.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,最大缺点本钱不低,有眩光,吸声效果不佳.彩钢复合板彩钢复合板具有结构形式灵活,式样多,美观,自重轻,隔声性能好,安装简便、 快速等优点.它是两面采用厚度0.5 0.6 mm的彩涂钢板,中间填入阻燃型聚苯乙烯 板,测试结果进一步显示吸声彩钢复合板在400800Hz频段上其吸声系数均大于0.85,说明本材料对中频声吸收效果更佳.因公路交通噪声主要为中低频声音,其能 量分布在500Hz附近,所以本材料良好的吸声性能对降低公路交通噪声较为有利.因