厂界声屏障设计计算大纲

2/2厂界声屏障设计计算大纲一、编制依据与适用范围1.1编制依据本大纲严格遵循现行国家及行业声屏障、声学、结构设计相关规范标准，所有计算方法、公式及参数取值均以规范条文与工程通用理论为依据，确保计算结果的科学性与合规性，主要依据包括：《声屏障声学设计和测量规范》（HJ/T90-2004）《公路声屏障》（JT/T646-2016）《铁路声屏障》（TB/T3122-2019）《钢结构设计标准》（GB50017-2017）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010，2016年版）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）《声学建筑和建筑构件隔声测量》（GB/T19889-2005）《钢结构高强度螺栓连接技术规程》（JGJ82-2011）《工业与民用建筑钢结构防腐技术标准》（JGJ/T251-2011）《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T3360-01-2019）《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）1.2适用范围本大纲适用于工业厂界噪声治理声屏障、公路沿线声屏障、铁路沿线声屏障的设计计算工作，涵盖金属吸声声屏障、亚克力透明声屏障、混凝土声屏障、泡沫铝声屏障等各类结构形式，涵盖Q235B、Q355B等各类龙骨钢材，涵盖C30、C40等各类基础混凝土材料，涵盖高度2\10m、长度10\1000m的各类尺寸工况，涵盖不同降噪目标、不同声源类型的各类工况，可作为声屏障设计阶段计算工作的统一指导框架，与其他噪声治理系统设计大纲形成完整的环保治理系统设计体系，满足声屏障20年设计寿命的全周期安全与降噪要求。二、基础设计参数计算2.1运行设计参数声屏障的运行设计参数，是声学与结构计算的核心基础，取值规则如下：声源参数：声源声功率级：单位dB(A)，为噪声源的总声功率，常规工业风机取85\105dB(A)，空压机取90\110dB(A)，是声学计算的核心输入声源高度：单位m，为噪声源的中心高度，常规设备取1.0~2.0m声源到声屏障的距离：单位m，常规取3~10m受声点参数：受声点高度：单位m，为厂界监测点的高度，常规取1.2m受声点到声屏障的距离：单位m，常规取1~5m降噪目标：单位dB(A)，厂界噪声达标要求，常规昼间≤65dB(A)，夜间≤55dB(A)，需要的插入损失为10~30dB(A)结构尺寸参数：声屏障高度：单位m，常规取值范围2~10m，大降噪量的可达10m声屏障长度：单位m，常规取值范围10~1000m，覆盖整个声源的长度立柱间距：单位m，常规取值范围2~5m，是结构计算的跨度参数面板厚度：单位m，金属面板常规取0.8\2.0mm，亚克力面板取10\20mm吸声层厚度：单位m，常规取50~100mm，离心玻璃棉的厚度环境设计参数：环境温度：℃，常规计算取20℃，极端最低温度取-30℃，极端最高温度取40℃，用于温度荷载的计算海拔高度：m，用于修正大气压力，高海拔地区需修正声速与风荷载的参数地震烈度：按《建筑抗震设计规范》确定场地的地震烈度，常规7度及以下地区需进行抗震验算，8度及以上地区需进行专项抗震设计场地粗糙度：场地粗糙度类别，厂区多为B类（乡村、平原），用于风压高度变化系数的修正基本雪压：kN/m²，按50年重现期取值，常规取0.2~0.5kN/m²，用于雪荷载的计算基本风速：m/s，按100年重现期取值，常规取20~30m/s，用于风荷载与抗风验算2.2材料力学参数龙骨、面板与基础的力学参数，是强度计算的基础，核心参数及取值如下：龙骨钢材参数：Q235B：20℃下的抗拉强度设计值215MPa，抗剪强度设计值125MPa，弹性模量2.06×10⁵MPa，热膨胀系数1.2×10⁻⁵/℃，泊松比0.3Q355B：20℃下的抗拉强度设计值275MPa，抗剪强度设计值160MPa，弹性模量2.06×10⁵MPa，热膨胀系数1.2×10⁻⁵/℃，泊松比0.3面板材料参数：镀锌钢板：20℃下的抗拉强度设计值215MPa，弹性模量2.06×10⁵MPa，密度7850kg/m³亚克力板：20℃下的抗拉强度设计值70MPa，弹性模量3.0×10³MPa，密度1190kg/m³铝合金板：20℃下的抗拉强度设计力110MPa，弹性模量7.0×10⁴MPa，密度2700kg/m³吸声材料参数：离心玻璃棉：密度48~80kg/m³，抗拉强度≥0.02MPa，流阻≥20000Pa・s/m，用于吸声性能基础混凝土参数：C30混凝土：轴心抗压强度设计值14.3MPa，轴心抗拉强度设计值1.43MPa，弹性模量3.0×10⁴MPaC40混凝土：轴心抗压强度设计值19.1MPa，轴心抗拉强度设计值1.71MPa，弹性模量3.25×10⁴MPa连接材料参数：8.8级高强度螺栓：抗拉强度设计值400MPa，抗剪强度设计值250MPa，预拉力P=125kN（M20）、150kN（M22）E43系列焊条：焊缝的抗拉强度设计值160MPa，抗剪强度设计值100MPa防腐材料参数：镀锌层：厚度80μm，腐蚀速率0.005mm/a环氧富锌底漆+聚氨酯面漆：总厚度160μm，腐蚀速率0.01mm/a2.3结构基础参数声屏障的结构基础参数，是结构计算的基础：立柱参数：小高度声屏障立柱：常规规格H100×100×6×8，H150×150×7×10，材质Q235B中高度声屏障立柱：常规规格H200×200×8×12，H250×250×9×14，材质Q355B大高度声屏障立柱：常规规格H300×300×10×16，材质Q355B龙骨参数：横向龙骨：常规规格C80×40×20×2.5，C100×50×20×2.5，材质Q235B竖向龙骨：常规规格C50×30×15×2，材质Q235B面板参数：吸声板：常规尺寸1000×2000mm，厚度100mm，包含面板、吸声层、背板透明板：常规尺寸1500×2000mm，厚度15mm，亚克力材质基础参数：独立基础：常规尺寸1.0m×1.0m×1.0m~1.5m×1.5m×1.2m，材质C30混凝土桩基础：常规规格φ300\φ500的预制桩，长度5\10m三、声屏障作用与工况设计计算3.1恒载计算恒载是声屏障的永久荷载，计算方法如下：

恒载的标准值：

GkGk：恒载的标准值，Gpanel：面板的自重，kN/m，镀锌钢板的自重约0.06~0.15kN/m²Gkeel：龙骨的自重，kN/m，常规C型钢龙骨的自重约Gabsorb：吸声材料的自重，kN/m，玻璃棉的自重约0.01\0.02kN/m²，线荷载约0.02\Gpost：立柱的自重，kN，常规H型钢立柱的自重约0.1~0.5kN/m，高度10m的话约5kN

恒载的分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.2示例：某5m高的声屏障，面板自重0.1kN/m²×5m=0.5kN/m，龙骨自重0.1kN/m，吸声材料自重0.05kN/m，立柱自重2kN，间距4m，线恒载Gk=0.5+0.1+0.05+2/4=1.153.2风荷载计算风荷载是声屏障的水平控制荷载，声屏障为薄壁结构，风荷载起控制作用，计算方法如下：

垂直于声屏障表面的风荷载标准值，按下式计算：

wkwk：风荷载标准值（kN/m²βz：高度z处的阵风系数，按GB50009取值，B类场地5m高度取1.45，10m高度取1.4，15m高度取μs：风荷载体型系数，直立声屏障的体型系数，迎风面正压取0.8，背风面负压取0.5，整体体型系数取1.3，符合JT/T646μz：风压高度变化系数，B类场地5m高度取1.0，10m高度取1.42，15m高度取w0：基本风压（kN/m²），厂区按100年重现期取值，常规取0.55~0.8kN/m²

风荷载的分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.4示例：B类场地，5m高度的声屏障，基本风压0.55kN/m²，风荷载标准值为1.45×1.3×1.0×0.55≈1.04kN/m²，对应5m高度的线风荷载为1.04×5=5.2kN/m。3.3雪荷载计算雪荷载是声屏障的竖向可变荷载，计算方法如下：

雪荷载的标准值：

sksk：雪荷载标准值（kN/m²μr：屋面积雪分布系数，声屏障的水平投影面积小，取s0：基本雪压（kN/m²），按50年重现期取值

雪荷载的分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.43.4温度荷载计算温度荷载是声屏障的温度变形荷载，计算方法如下：

温度荷载的应力：

σtσt：温度应力，E：弹性模量，MPa，钢材取2.06×10⁵MPaα：热膨胀系数，/℃，钢材取1.2×10⁻⁵/℃ΔT：温度变化量，℃，山区常规取50℃，极端情况取70℃

温度荷载的分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.4示例：某声屏障的温度变化量50℃，钢材的温度应力σt=2.06×3.5地震荷载计算地震荷载的计算，采用反应谱法，等效水平地震作用：

FEkFEk：等效水平地震作用（kNα：地震影响系数，7度区取0.08，8度区取0.16Geq：结构等效总重力荷载（kN），取总自重的85%

地震荷载的分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.33.6检修荷载计算检修荷载是运营维护阶段的可变荷载，标准值为：

Qcheck=1.5kN

3.7工况组合计算承载力极限状态的工况组合，取最不利的组合：1.2×恒载+1.4×风荷载1.2×恒载+1.4×雪荷载1.2×恒载+1.3×地震荷载+0.6×1.4×风荷载1.2×恒载+1.4×温度荷载1.0×恒载+1.0×检修荷载（检修工况）取以上组合的最大值，作为主体元件与基础设计的控制荷载。

规范依据：《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）第8章，《公路声屏障》（JT/T646-2016）第4章四、主体元件截面设计计算4.1主体元件选型根据高度与工况，选择合适的主体元件：小高度声屏障（2~5m）：立柱：采用H100×100×6×8的H型钢，材质Q235B龙骨：采用C80×40的C型钢，材质Q235B中高度声屏障（5~8m）：立柱：采用H200×200×8×12的H型钢，材质Q355B龙骨：采用C100×50的C型钢，材质Q355B大高度声屏障（8~10m）：立柱：采用H300×300×10×16的H型钢，材质Q355B龙骨：采用C120×60的C型钢，材质Q355B4.2立柱强度计算立柱为压弯构件，承受竖向自重和水平风荷载，强度验算按下式计算：

σ=Nσ：立柱的计算应力，MPaN：立柱的轴力，N，自重的轴力An：立柱的净截面积，Mx：绕x轴的弯矩，N・mmMy：绕y轴的弯矩，N・mmγx：x轴的截面塑性发展系数，工字形截面取γy：y轴的截面塑性发展系数，工字形截面取Wnx、f：钢材的抗拉强度设计值，MPa

验算要求：计算得到的应力不大于钢材的抗拉强度设计值，保证立柱的强度满足要求。示例：某5m高的立柱，轴力N=10kN，弯矩M_x=15kN・m，A_n=21.9cm²，W_nx=490cm³，f=215MPa，计算σ=10×1034.3立柱稳定计算立柱的整体稳定验算，按下式计算：

σ=Nσ：立柱的计算应力，MPaN：立柱的轴力，NA：立柱的毛截面积，mm²φ：轴心受压构件的稳定系数，根据长细比计算，常规取0.7~0.9Mx、MyWx、f：钢材的抗拉强度设计值，MPa

验算要求：计算得到的应力不大于钢材的抗拉强度设计值，保证立柱的整体稳定满足要求。示例：某5m高的立柱，N=10kN，M_x=15kN・m，A=21.9cm²，φ=0.85，W_x=490cm³，计算σ=10×1034.4立柱抗剪强度计算立柱的抗剪强度验算，按下式计算：

τ=VSτ：立柱的剪应力，MPaV：剪力，N，风荷载产生的剪力S：计算剪应力处以上的毛截面对中和轴的面积矩，mm³I：毛截面的惯性矩，mm⁴tw：腹板的厚度，fv：钢材的抗剪强度设计值，MPa

示例：某5m高的立柱，V=13kN，S=280cm³，I=4770cm⁴，t_w=6mm，f_v=125MPa，计算τ=13×1034.5立柱刚度（变形）计算立柱的挠度验算，保证声屏障的变形不会过大，防止面板脱落，按下式计算：

fmaxfmax：立柱的最大挠度，mmq：均布线荷载，N/mm，风荷载的线荷载L：立柱的悬臂长度，mm，声屏障的高度E：弹性模量，MPaI：立柱截面的惯性矩，mm⁴

验算要求：挠度不大于悬臂长度的1/250，保证声屏障的变形不会过大，防止面板脱落。示例：某5m高的立柱，线荷载q=1.04N/mm，I=4770cm⁴，E=2.06×10^5MPa，计算fmax=1.04×50004/(8×2.06×1054.6面板强度计算面板的抗弯强度验算，承受风荷载，按下式计算：

σ=0.075qσ：面板的计算应力，MPaq：面荷载，N/mm²，风荷载的面荷载a：面板的跨度，mm，龙骨的间距t：面板的厚度，mmf：面板的抗拉强度设计值，MPa

验算要求：计算得到的应力不大于面板的抗拉强度设计值，保证面板的强度满足要求。示例：某镀锌钢板面板，跨度a=500mm，风荷载q=0.00104N/mm²，厚度t=1.5mm，f=215MPa，计算σ=0.075×0.00104×50024.7面板刚度计算面板的挠度验算，按下式计算：

fpanelfpanel：面板的最大挠度，q：面荷载，N/mm²a：面板的跨度，mmE：弹性模量，MPat：面板的厚度，mm

验算要求：挠度不大于面板跨度的1/200，保证面板的变形不会过大。示例：某镀锌钢板面板，q=0.00104N/mm²，a=500mm，t=1.5mm，E=2.06×10^5MPa，计算fpanel=0.0154×0.00104×5004/(2.06×规范依据：《公路声屏障》（JT/T646-2016）第5章，《钢结构设计标准》（GB50017-2017）第6章五、连接节点设计计算5.1连接节点选型根据荷载与工况，选择合适的连接节点：面板与龙骨连接：采用卡扣连接，适用于金属面板的快速安装龙骨与立柱连接：采用高强度螺栓连接，适用于现场安装，传递龙骨的内力立柱与基础连接：采用法兰盘螺栓连接，适用于立柱与基础的连接，传递立柱的弯矩与剪力焊接连接：适用于工厂预制的节点，比如龙骨的工厂拼接5.2高强度螺栓连接计算高强度螺栓的抗剪连接验算，按下式计算：

单个螺栓的抗剪承载力设计值：

NvNvbnf：摩擦面的数量，单剪切面取1，双剪切面取μ：摩擦面的抗滑移系数，喷砂处理的Q355钢取0.50，喷砂处理的Q235钢取0.45P：螺栓的预拉力，N，8.8级M20螺栓的预拉力为125kN

验算要求：节点的螺栓受力，满足：

N≤nN示例：8.8级M20螺栓，单剪切面，喷砂处理，计算单个螺栓的抗剪承载力Nvb=0.9×1×0.45×125=50.625kN，节点的受力20kN5.3焊缝连接计算角焊缝的强度验算，按下式计算：

τfτf：焊缝的剪应力，N：焊缝的受力（N）he：角焊缝的有效厚度，he=0.7lw：焊缝的计算长度，取实际长度减去ffw：角焊缝的强度设计值（MPa），E43焊条的角焊缝取160MPa示例：某角焊缝，焊脚尺寸6mm，实际长度100mm，受力50kN，计算τf=50×5.4法兰连接计算法兰连接的抗拉与抗剪验算，按下式计算：

单个螺栓的抗拉承载力：

Ntb=π示例：M20的8.8级螺栓，d_e=17.6545mm，f_t^b=400MPa，计算抗拉承载力Nt规范依据：《公路声屏障》（JT/T646-2016）第6章，《钢结构高强度螺栓连接技术规程》（JGJ82-2011）六、声屏障基础与支座设计计算6.1基础选型根据场地条件，厂区声屏障的场地多为平原或坡地，选择合适的基础形式：混凝土独立基础：适用于土层均匀、承载力高的场地，稳定性好，适用于中小型声屏障，施工简单桩基础：适用于软土、回填土的场地，承载力高，适用于大型高的声屏障条形基础：适用于连续的声屏障，整体受力均匀，适用于小高度的声屏障预埋件基础：适用于已有混凝土路面的场地，利用原有路面的承载力6.2基础承载力计算基础的地基承载力验算，按下式计算：

pkpk：基础底面的平均压力标准值（kPaFk：上部结构传下来的轴力标准值（kN），立柱的支座反力，常规取Gk：基础的自重标准值（kNA：基础的底面积（m²）fak：地基的承载力特征值（kPa），常规土层取180~250kPa，岩石地基可达3000kPa

示例：某声屏障的立柱支座反力20kN，基础自重10kN，基础底面积1.0m×1.0m=1.0m²，地基承载力200kPa，计算pk=(20+10)/1.0=306.3基础抗滑移验算水平风荷载作用下，基础的抗滑移验算，这是声屏障基础的控制验算，按下式计算：

HkHk：上部结构传下来的水平力标准值（kN），风荷载产生的水平力，常规取μ：基础与土壤的摩擦系数，常规土取0.3\0.4，岩石地基取0.5\0.6Fk：上部结构的竖向力，Gk：基础的自重，kN

示例：某基础，水平力H_k=26kN，总竖向力F_k+G_k=30kN，摩擦系数0.4，计算摩擦力0.4×30=12？不对，基础太小了，调整基础尺寸到1.5m×1.5m，基础自重27kN，总竖向力20+27=47kN，摩擦力0.4×47=18.8？不对，风荷载大的话，基础要更大，调整到2.0m×2.0m，基础自重48kN，总竖向力68kN，摩擦力0.4×68=27.2kN≥26kN，满足抗滑移要求。6.4基础抗拔验算背风面的风吸力作用下，基础的抗拔验算，按下式计算：

TkTk：上部结构传下来的拔力标准值（kNGk：基础的自重标准值（kNGsk：基础上覆土的自重标准值（kN1.6：抗拔安全系数

验算要求：拔力不大于基础与覆土的自重除以安全系数，保证基础不会被风吸力拔起。示例：某声屏障的风吸力产生的拔力10kN，基础自重48kN，覆土自重20kN，计算(48+20)/1.6=42.5kN≥10kN，满足抗拔要求。6.5基础沉降计算基础的沉降验算，按下式计算：

s=ψs：基础的沉降量，mmψs：沉降计算经验系数，常规取p0：附加压力，zi：第i层土的深度，αiEsi：第i层土的压缩模量，MPa

验算要求：基础的沉降量不大于100mm，沉降差不大于0.002L示例：某基础的沉降计算，得到的沉降量50mm，小于100mm，满足要求。规范依据：《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第3章，《公路声屏障》（JT/T646-2016）第7章七、专项设计计算7.1声学降噪专项设计声屏障的核心功能是降噪，插入损失的计算，包括绕射声衰减、透射声衰减、吸声贡献，按下式计算：

总插入损失：

ΔL=ΔLd+ΔLt+ΔΔL：总插入损失，dB(A)ΔLdΔLt：透射声衰减，dB(A)，等于声屏障的隔声量TLΔLa：吸声贡献，dB(AN：菲涅尔数δ：声程差，m，声源到受声点的直达声程与绕射声程的差λ：声波的波长，m，对于A计权，取500Hz的波长，λ=c/f，c=340m/s，所以λ=0.68ma：声源到声屏障顶端的距离，mb：声屏障顶端到受声点的距离，md：声源到受声点的直达距离，m

验算要求：总插入损失不小于设计的降噪目标，保证厂界噪声达标。示例：某声屏障，声源高1.5m，屏障高5m，受声点高1.2m，声源到屏障距离5m，受声点到屏障距离2m，计算a=√(5²+(5-1.5)²)=6.1m，b=√(2²+(5-1.2)²)=3.92m，d=5+2=7m，δ=6.1+3.92-7=3.02m，N=2×3.02/0.68≈8.88，ΔLd=10lg(3+20×8.88)=10lg(180.6)=22.6dB，ΔLt=25dB，ΔLa=3dB，总插入损失ΔL=22.6+3=25.6dB，满足30dB以内的降噪要求。7.2抗风振验算专项设计声屏障的风振验算，防止风致涡振，按下式计算：

UcrUcr：涡振临界风速，m/sU10：10min平均最大风速，m/s1.2：抗风安全系数

验算要求：临界风速不小于1.2倍的基本风速，保证不会发生涡振破坏。示例：某声屏障的基本风速25m/s，涡振临界风速35m/s，35≥1.2×25=30m/s，满足抗风要求。7.3疲劳验算专项设计声屏障的疲劳验算，因为风荷载的反复作用，需要验算立柱的疲劳，按下式计算：

Δσ≤[Δσ：应力幅，MPa[Δσ]：钢材的疲劳强度容许应力幅，MPa，Q355钢的容许应力幅为176MPa，对应200万次的循环

验算要求：应力幅不大于容许应力幅，保证声屏障的疲劳寿命满足示例：某声屏障的应力幅为80MPa，小于176MPa，满足疲劳要求。7.4防撞验算专项设计声屏障的防撞验算，防止厂区车辆的碰撞，按下式计算：

FimpactFimpact：碰撞力，m：车辆的质量，kg，常规小型车取1000kgv：车辆的速度，m/s，常规取5m/ss：碰撞的变形量，m，常规取0.5m

需要设置防撞墩，承受碰撞力，保证声屏障的安全。示例：某小型车辆的碰撞力为25kN，设置防撞墩，承受碰撞力，满足要求。7.5防雷验算专项设计声屏障的防雷验算，防止雷击，按下式计算：

R=ρLR：接地电阻，Ωρ：土壤的电阻率，Ω・mL：接地极的长度，mA：接地极的截面积，m²

常规要求：接地电阻不大于10Ω，保证防雷的安全，厂区的声屏障高度高，更容易遭雷击，所以防雷很重要。示例：某接地极的接地电阻为8Ω，小于10Ω，满足防雷要求。规范依据：《声屏障声学设计和测量规范》（HJ/T90-2004），《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T3360-01-2019），《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）八、腐蚀与防腐裕量计算8.1腐蚀裕量计算声屏障的设计寿命为20年，需要预留腐蚀裕量，按下式计算：

C=vC：腐蚀裕量，mmvc：腐蚀速率（mm/a），常规厂区环境钢材取0.05\0.1mm/a，沿海盐雾环境取0.1\t：设计寿命，20年

常规取值：常规工况的腐蚀裕量取1\2mm，沿海地区取3\5mm。8.2防腐层厚度计算防腐层的厚度，抵消腐蚀，保护设备：常规厂区环境：

热镀锌层80μm，或者环氧富锌底漆80μm+聚氨酯面漆80μm，总厚度160μm，满足20年的防腐要求沿海盐雾环境：

热喷锌100μm+环氧封闭漆50μm+聚氨酯面漆100μm，总厚度250μm，满足20年的防腐要求吸声材料防护：

采用防水离心玻璃棉，外加防水无纺布，防止吸声材料进水失效。8.3防腐寿命验算防腐层的寿命，满足：

tcoat=δ示例：厂区环境，钢材腐蚀速率0.01mm/a，防腐层厚度0.16mm，计算tcoat=0.16/0.01=16年？不对，调整厚度到0.2mm，规范依据：《工业与民用建筑钢结构防腐技术标准》（JGJ/T251-2011）第4.3条九、特殊工况设计计算9.1台风工况设计计算台风工况，极端的风荷载，厂区的台风，需要验算，按下式计算：

wtyphoonwtyphoon：台风的基本风压，kN/m²，常规取1.5倍的基本风压

验算：台风工况下，声屏障的应力不大于1.1示例：台风工况的风荷载为0.825kN/m²，计算的应力为200MPa，小于1.1×215=236.5MPa，