道路声屏障声影区插入损失几何计算书

道路声屏障声影区插入损失几何计算书（声学·结构·工艺·流体全专业设计计算）工程名称：城市快速路声屏障降噪工程编制阶段：施工图设计阶段计算编号：SB-AC-2026-001版本：A版编制日期：2026年9月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u第1章工程概况与设计依据 第1章工程概况与设计依据1.1工程概况本计算书针对某城市快速路声屏障降噪工程进行全面设计计算。该道路为双向六车道城市快速路，设计车速80km/h，昼间车流量约3200辆/h，夜间约800辆/h，大型车占比约15%。道路沿线分布有居民住宅楼、学校等噪声敏感建筑物，需设置声屏障以降低交通噪声对敏感点的影响。声屏障采用直立式吸声型金属声屏障，设置于道路两侧，屏障总长100m，高度4.0m，立柱间距2.0m。屏体采用镀锌钢板穿孔面板+离心玻璃棉吸声芯+镀锌钢板背板的复合结构。基础采用C30钢筋混凝土独立基础。1.2引用标准与规范本计算书的编制严格遵循下列现行国家标准、行业标准及规范：序号标准编号标准名称1HJ/T90—2004声屏障声学设计和测量规范2GB/T51335—2018声屏障结构技术标准3GB3096—2008声环境质量标准4GB50009—2012建筑结构荷载规范5GB50011—2010（2016年版）建筑抗震设计规范6GB50017—2017钢结构设计标准7GB50010—2010（2015年版）混凝土结构设计规范8GB50007—2011建筑地基基础设计规范9JT/T646.2—2016公路声屏障第2部分：总体技术要求10GB/T19889.3—2005声学建筑和建筑构件隔声测量第3部分11GB/T20247—2006声学混响室吸声测量12DG/TJ08-2086—2011道路声屏障结构技术规范（上海市）表1-1引用标准与规范一览表1.3设计基本参数根据工程现场勘测及相关设计文件，确定本计算书采用的基本设计参数如下表所示。参数类别参数名称符号数值单位声源参数声源等效高度h_s0.5m声源至屏障水平距离a8.0m道路交通噪声等效频率f_e500Hz声速（20℃）c340m/s受声点参数受声点高度（人耳）h_r1.5m屏障至受声点水平距离b15.0m屏障参数声屏障高度H4.0m声屏障长度L100m立柱间距l2.0m屏体计权隔声量R_w32dB吸声结构降噪系数NRC0.75—环境参数基本风压（50年一遇）w_00.55kN/m²地面粗糙度类别—B类—抗震设防烈度—7度—设计基本地震加速度—0.10g—地基承载力特征值f_ak120kPa表1-2设计基本参数表

第2章声学设计——声影区插入损失几何计算2.1声学原理当噪声源发出的声波遇到声屏障时，将沿着三条路径传播：（1）越过声屏障顶端绕射到达受声点；（2）穿透声屏障到达受声点；（3）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波沿这三条路径传播的声能分配。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达声能小，直达声与绕射声的声级之差称为绕射声衰减，其值随绕射角的增大而增大。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，是决定声屏障插入损失的主要物理量。声屏障插入损失的计算公式为： IL=ΔL式中：IL为声屏障插入损失（dB）；ΔLd为绕射声衰减（dB）；ΔLt为透射声修正量（dB）；ΔLr为反射声修正量（dB）。2.2几何参数与声程差计算声屏障绕射声衰减的核心几何参数为声程差δ，即声波从声源经屏障顶端绕射到达受声点的路径长度与声源到受声点直达路径长度之差。几何关系如下图所示。声源至声屏障顶端的距离A、受声点至声屏障顶端的距离B、声源至受声点的直线距离d分别按以下公式计算： A=a B=b d=a声程差δ按下式计算： δ=A式中：A为声源至声屏障顶端距离（m）；B为受声点至声屏障顶端距离（m）；d为声源至受声点直线距离（m）；a为声源至屏障水平距离（m）；b为屏障至受声点水平距离（m）；H为声屏障高度（m）；hs为声源等效高度（m）；hr为受声点高度（m）。将设计参数代入公式（2-2）至（2-5），计算结果如下：计算参数公式计算结果单位声源至屏障顶端距离A√(8.0²+(4.0−0.5)²)8.732m受声点至屏障顶端距离B√(15.0²+(4.0−1.5)²)15.207m声源至受声点距离d√((8.0+15.0)²+(1.5−0.5)²)23.022m声程差δA+B−d0.917m表2-1几何参数与声程差计算结果表2.3菲涅尔数计算菲涅尔数N是表征声屏障绕射衰减的无量纲参数，定义为声程差与半波长之比的2倍，其计算公式为： N=2式中：N为菲涅尔数；δ为声程差（m）；λ为声波波长（m）；f为声波频率（Hz）；c为声速（m/s）。当声源与受声点连线和声屏障法线之间存在角度β时，菲涅尔数应修正为N(β)=N·cosβ。本算例中声源与受声点位于同一垂直平面内，β=0，无需修正。取道路交通噪声等效频率fe=500Hz，代入公式（2-6）： N2.4绕射声衰减计算2.4.1点声源绕射声衰减（Maekawa公式）当线声源长度远小于声源至受声点距离时（距离大于线源长度3倍），可按点声源处理。Maekawa于1968年提出的点声源绕射声衰减简化公式为： ΔLd=10lg该公式适用于N>−0.2的情况，计算结果上限约为24dB。将N=2.697代入： ΔL2.4.2无限长线声源绕射声衰减（HJ/T90精确式）道路交通噪声更接近于无限长不相干线声源。根据HJ/T90—2004第4.2.1.2条，无限长线声源、无限长声屏障的绕射声衰减按下式分段计算： ΔLd= ΔLd=式中：f为声波频率（Hz）；δ为声程差（m）；c为声速（m/s）。首先计算参数t： t因t>1，采用公式（2-8b）计算： ΔL点声源Maekawa公式计算结果为17.55dB，线声源精确公式计算结果为13.73dB。由于道路交通噪声本质上为线声源，后续计算以线声源结果13.73dB为基准，点声源结果作为上限参考。2.4.3分频带绕射声衰减计算为精确计算A计权插入损失，需按倍频带分别计算各频带中心频率下的绕射声衰减。各频带计算结果如下表所示。倍频带中心频率(Hz)波长λ(m)菲涅尔数N参数t绕射衰减ΔLd(dB)635.400.3402.268.521252.720.6744.5010.482501.361.3498.9912.125000.682.69717.9813.7310000.345.39435.9615.0520000.1710.78871.9216.1840000.08521.576143.8417.15表2-2各倍频带绕射声衰减计算结果表2.5透射声修正量计算穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波频率。透射引起的插入损失降低量称为透射声修正量ΔLt，按下式计算： ΔLt=式中：TL为声屏障传声损失（dB）。本工程屏体计权隔声量Rw=32dB，取TL=32dB。声学设计中通常要求TL−ΔLd≥10dB，此时透射声能可忽略不计，即ΔLt≈0。本工程TL=32dB，ΔLd=13.73dB，TL−ΔLd=18.27dB>10dB，满足要求，故透射声修正量ΔLt=0dB。2.6反射声修正量计算当道路两侧均建有声屏障且平行时，声波将在声屏障间多次反射，降低声屏障插入损失。反射声修正量ΔLr取决于平行声屏障间距、屏障高度、受声点距屏障距离、吸声结构降噪系数NRC及声源与受声点高度。本工程在声屏障靠道路一侧设置吸声结构，降噪系数NRC=0.75。根据HJ/T90—2004规范性附录A的列线图法，结合本工程参数（屏障间距D=24m，屏障高度H=4m，受声点距屏障15m，受声点高度1.5m），查得反射声修正量为： ΔL若不设吸声结构（NRC≈0.05），反射声修正量将达到约4.5dB，吸声结构可有效降低反射声影响约3.3dB。2.7有限长声屏障长度修正上述绕射声衰减计算假设声屏障为无限长。实际工程中声屏障长度有限，声波可从屏障两端绕射到达受声点，需进行长度修正。有限长声屏障的修正取决于遮蔽角β与总视角θ之比β/θ。本工程声屏障长度L=100m，受声点位于屏障中段，遮蔽角百分率约为95%。根据HJ/T90—2004图3修正曲线，有限长修正量约为0.5dB，即修正后绕射声衰减为13.73−0.5=13.23dB。2.8A计权插入损失计算A计权插入损失采用分频带能量叠加法计算。无声屏障时受声点各频带声压级Lbi按线声源距离衰减公式计算： Lbi=有声屏障时受声点总声压级La按下式计算： La=10lg[A计权绕射声衰减按下式计算： ΔLd=10lg[式中：Ai为第i个频带的A计权修正值（dB）。取距声源7.5m处的道路交通噪声倍频带声压级作为参考声级Loi，各频带A计权修正值及计算结果如下表。倍频带(Hz)Loi(dB)r(m)Lbi(dB)Ai(dB)ΔLdi(dB)Lbi+Ai(dB)Lbi−ΔLdi+Ai(dB)6378.023.073.1−26.28.5246.938.412580.023.075.1−16.110.4859.048.525082.023.077.1−8.612.1268.556.450084.023.079.1−3.213.7375.962.2100083.023.078.10.015.0578.163.1200080.023.075.11.216.1876.360.1400076.023.071.11.017.1572.155.0表2-3A计权插入损失分频带计算表根据表2-3数据，按公式（2-12）计算A计权绕射声衰减： L L ΔL考虑有限长修正0.5dB后，A计权绕射声衰减为12.9dB(A)。再扣除反射声修正量1.2dB，透射修正量0dB，最终声屏障A计权插入损失为： IL2.9等效频率法简化验证HJ/T90—2004规定，道路交通噪声的等效频率通常取fe=500Hz，可用等效频率下的绕射声衰减近似表示A计权绕射声衰减。由2.4节计算，fe=500Hz时线源绕射衰减为13.73dB，考虑有限长修正0.5dB后为13.23dB，与分频带精确计算结果12.9dB(A)接近，相对偏差约2.6%，验证了分频带计算结果的合理性。2.10声学计算结果汇总计算项目符号计算结果单位备注声程差δ0.917m几何计算菲涅尔数N2.697—fe=500Hz点源绕射衰减（Maekawa）ΔLd17.55dB上限参考线源绕射衰减（HJ/T90）ΔLd13.73dB采用值有限长修正—0.5dBL=100m透射声修正量ΔLt0dBTL−ΔLd>10dB反射声修正量ΔLr1.2dBNRC=0.75A计权插入损失IL11.7dB(A)最终结果等效频率法验证ΔLdo13.2dB偏差2.6%表2-4声学计算结果汇总表本工程声屏障声影区内A计权插入损失为11.7dB(A)，处于一般3~6m高声屏障5~12dB的降噪效果区间上限，声学性能满足设计要求。

第3章结构设计计算3.1自然风荷载计算根据《建筑结构荷载规范》GB50009—2012及《声屏障结构技术标准》GB/T51335—2018，作用在声屏障上的水平侧向风荷载标准值按下式计算： wk=式中：wk为风荷载标准值（kN/m²）；βgz为高度z处的风振系数；μsl为风荷载局部体型系数；μz为风压高度变化系数；w0为基本风压（kN/m²）。各参数取值如下：参数符号取值依据基本风压w00.55kN/m²50年一遇，B类地貌风振系数βgz1.3GB50009表8.4.1，高度<5m局部体型系数μsl1.3GB/T51335，直立屏障风压高度变化系数μz1.0GB50009表8.2.1，B类，z=4m表3-1风荷载计算参数表代入公式（3-1）： w单根立柱承受的风荷载标准值合力（立柱间距l=2.0m，屏障高度H=4.0m）： Fk=风荷载合力作用点位于屏障高度中心，即距基础顶面H/2=2.0m处。柱底弯矩标准值： Mk=3.2汽车致风荷载计算当车辆高速通过声屏障时，车体周围空气被挤压和抽吸，在声屏障壁面产生脉动风压。根据《声屏障结构技术标准》GB/T51335及相关研究成果，汽车致风荷载可按移动面荷载简化计算。对于城市快速路（设计车速80km/h），汽车致风荷载标准值取： w汽车致风荷载为局部短时荷载，与自然风荷载不同时组合（取较大值控制设计）。经比较，自然风荷载0.9295kN/m²大于汽车致风荷载0.30kN/m²，故结构设计由自然风荷载控制。3.3荷载效应组合根据GB50009及GB/T51335，承载能力极限状态下的基本组合采用风荷载控制组合： S=1.4S柱底弯矩设计值： M柱底剪力设计值： V3.4钢立柱截面选择与抗弯强度验算声屏障立柱采用Q235B热轧H型钢，立柱高度4.0m，悬臂受力。根据GB50017—2017，抗弯强度验算公式为： σ=M式中：γx为截面塑性发展系数（对工字形截面取1.05）；Wnx为净截面模量（mm³）；f为钢材抗弯强度设计值（Q235B取215N/mm²）。选用HW150×150×7×10H型钢，截面参数如下：参数数值单位截面高度h150mm截面宽度b150mm腹板厚度tw7mm翼缘厚度tf10mm截面面积A40.55cm²惯性矩Ix1660cm⁴截面模量Wx221cm³回转半径ix6.40cm表3-2HW150×150×7×10截面参数表抗弯强度验算： σ抗弯强度满足要求，应力比为0.417，具有较大安全储备。3.5立柱刚度（顶部位移）验算根据GB/T51335—2018，在风荷载标准值作用下，立柱顶点水平位移值不应大于H/200。悬臂柱顶部位移按下式计算： Δ=F式中：E为钢材弹性模量（2.06×10⁵N/mm²）；I为截面惯性矩（mm⁴）。代入计算： Δ允许位移： HΔ=4.63mm<20.0mm，立柱刚度满足要求。3.6立柱整体稳定验算悬臂立柱在风荷载作用下为压弯构件（轴力较小，主要受弯），整体稳定按下式验算： Mxφ式中：φb为均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数。对HW150×150，l1/b=4000/150=26.7>13，需计算φb。经计算φb=0.92（>0.6，需修正为φb'=1.07−0.282/φb=0.763）。整体稳定验算： 20.82×10⁶立柱整体稳定满足要求。3.7屏体面板强度与挠度验算屏体面板采用1.0mm厚镀锌钢板，支承于立柱之间（跨度l=2.0m），按双向板计算。面板抗弯强度： σ=w式中：tp为面板厚度（1.0mm）；α为双向板弯矩系数（取0.1）。经计算面板弯曲应力约为185N/mm²<215N/mm²，满足要求。面板跨中挠度约为l/280<l/250，满足GB/T51335限值要求。3.8钢筋混凝土独立基础设计基础采用C30钢筋混凝土独立扩展基础，基础底面尺寸2.0m（长，垂直风向）×1.2m（宽，风向）×0.8m（高），基础埋深1.2m。混凝土轴心抗压强度设计值fc=14.3N/mm²，钢筋采用HRB400，fy=360N/mm²。基础及覆土自重标准值： Gk=25×2.0×1.2×0.8+18×2.0×1.2×0.4=65.28kN3.9基底压力验算基础底面偏心距： e=M因e=0.228m>b/6=0.2m，基底压力分布为三角形，最大基底压力按下式计算： pkmax=代入计算： p基底平均压力： p地基承载力验算：pk=27.2kPa<fak=120kPa；pkmax=58.49kPa<1.2fak=144kPa，均满足要求。3.10抗倾覆与抗滑移验算抗倾覆验算（抗倾覆安全系数K≥1.5）： K=M抗滑移验算（摩擦系数μ=0.35，抗滑移安全系数Ks≥1.3）： Ks=抗倾覆安全系数2.63、抗滑移安全系数3.07，均满足规范要求。3.11抗震验算本工程抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g。根据GB50011—2010，声屏障水平地震作用标准值采用等效侧力法计算： FEk=式中：α为水平地震影响系数（7度多遇地震取0.08）；G为结构等效总重力荷载。声屏障上部结构自重标准值约为2.5kN/延米，单根立柱范围（2m）内结构自重G=5.0kN。水平地震作用标准值： F地震作用产生的柱底弯矩MEk=0.40×2.0=0.80kN·m，远小于风荷载弯矩14.872kN·m。风荷载为控制工况，地震作用不起控制作用，结构在地震工况下安全。

第4章吸声结构与工艺设计计算4.1吸声结构选型与构造本工程声屏障采用吸声型复合结构，由外向内依次为：穿孔镀锌钢板面板（厚1.0mm，穿孔率25%，孔径φ3mm）、离心玻璃棉吸声芯（密度48kg/m³，厚度80mm，外包憎水玻璃丝布）、空气层（20mm）、镀锌钢板背板（厚1.0mm）。该结构兼具吸声与隔声功能，面向道路一侧为吸声面，背向道路一侧为隔声面。4.2穿孔板共振吸声原理穿孔板与背后空腔构成一系列并联的亥姆霍兹共振器。当声波入射时，孔颈内空气柱产生振动，通过孔壁摩擦将声能转化为热能耗散。当入射声波频率与系统固有频率一致时，产生共振，吸声系数达到峰值。4.3亥姆霍兹共振频率计算穿孔板共振吸声结构的共振频率按下式计算： f0=式中：f0为共振频率（Hz）；c为声速（m/s）；P为穿孔率（%）；t'为穿孔板有效厚度（mm），t'=t+0.8d（t为板厚，d为孔径）；D为背后空腔深度（mm）。本工程参数：P=25%，t=1.0mm，d=3mm，D=100mm（80mm棉+20mm空气层）。有效厚度： t共振频率： f共振频率463Hz接近道路交通噪声等效频率500Hz，吸声结构在交通噪声主能段具有良好的吸声效果。4.4吸声系数与降噪系数验算根据GB/T20247—2006混响室法测量，该复合吸声结构在各倍频带的吸声系数如下表所示。降噪系数NRC为250、500、1000、2000Hz四个频带吸声系数的算术平均值： NRC=α倍频带中心频率(Hz)125250500100020004000NRC吸声系数α0.520.710.850.820.680.550.77表4-1吸声结构各频带吸声系数表NRC=(0.71+0.85+0.82+0.68)/4=0.77，满足HJ/T90—2004中NRC>0.5的要求，达到GB/T51335中吸声性能3级标准（0.7≤NRC<0.8）。4.5隔声性能验算声屏障的隔声性能用计权隔声量Rw评价。根据质量定律，单层匀质墙的隔声量近似为： R=20lg(m·f)-47.5 式中：m为面密度（kg/m²）；f为频率（Hz）。本工程屏体复合结构面密度约为18kg/m²（含面板、背板、吸声棉及框架），在500Hz处的隔声量约为：R=20lg(18×500)−47.5=20lg(9000)−47.5=79.1−47.5=31.6dB。经实验室检测，该结构计权隔声量Rw=32dB，满足TL−ΔLd≥10dB的设计要求（32−13.73=18.27dB>10dB）。4.6材料选型与防腐工艺设计（1）金属构件：立柱采用Q235B热轧H型钢，表面热浸镀锌处理，锌层厚度≥85μm，镀锌后外覆聚酯粉末涂层，涂层厚度60~80μm，总防腐厚度≥145μm，设计使用年限不低于30年。（2）屏体面板：采用1.0mm厚镀锌钢板，锌层厚度≥80μm，表面聚酯粉末喷涂，颜色与周边环境协调。穿孔采用数控冲压，孔径偏差≤±0.1mm，穿孔率偏差≤±1%。（3）吸声材料：采用离心玻璃棉，密度48kg/m³，渣球含量（粒径>0.25mm）≤0.3%，吸湿率≤5%，燃烧性能A级（不燃）。外包憎水型玻璃丝布，厚度≥0.1mm，防止吸声材料受潮和外泄。（4）连接螺栓：采用8.8级高强度螺栓，表面达克罗处理，盐雾试验≥1000h无红锈。（5）混凝土基础：采用C30混凝土，抗渗等级P6，最大水胶比0.50，最小水泥用量300kg/m³，钢筋保护层厚度≥40mm，满足50年设计使用年限要求。4.7防火与耐久性设计声屏障所有材料均应满足防火要求：金属面板及背板为不燃材料（A级），离心玻璃棉为A级不燃材料，整体结构燃烧性能等级为A级。结构设计使用年限：基础50年，上部钢结构30年，屏体15年。在设计使用年限内，应定期（每5年）检查防腐涂层状况，发现涂层破损及时修补。

第5章流体力学（气动荷载）专项计算5.1车辆通过时脉动风压特性当高速车辆通过声屏障时，车头前方空气受挤压形成正压区，车体侧面与声屏障之间形成高速气流通道产生负压区，车尾后方形成涡流负压区。声屏障壁面所受风压时程呈现"正压峰—负压峰—负压峰—正压峰"的四波峰特征，其中头波负峰值绝对值最大。对于城市快速路（车速80km/h=22.2m/s），根据计算流体力学（CFD）数值模拟及现场实测研究成果，车辆通过时声屏障壁面的脉动风压峰值可按下式估算： Δp=0.5·ρ式中：ρ为空气密度（1.225kg/m³）；Cd为气动阻力系数（取0.8）；v为车辆速度（m/s）。5.2脉动风压峰值计算代入计算： Δp考虑安全系数1.5，设计用脉动风压标准值取0.36kN/m²。该值小于自然风荷载0.9295kN/m²，故自然风荷载为控制工况。但对于全封闭声屏障或高速铁路声屏障（车速>250km/h），列车气动荷载可能起控制作用，需进行专项CFD分析或风洞试验。5.3气动荷载与自然风荷载组合根据GB/T51335—2018，汽车致风荷载与自然风荷载不同时考虑，取两者中的较大值作为设计控制荷载。本工程自然风荷载0.9295kN/m²>汽车致风荷载0.36kN/m²，故按自然风荷载设计。5.4疲劳验算声屏障在长期车辆脉动风荷载循环作用下，钢结构连接节点可能产生疲劳损伤。根据GB50017—2017，疲劳验算采用容许应力幅法： Δσ≤[Δσ式中：Δσ为应力幅（N/mm²）；[Δσ]为容许应力幅（N/mm²）；C、β为与构件和连接类别有关的参数；n为循环次数。本工程汽车致风荷载产生的应力幅约为Δσ=8.5N/mm²，按日车流量3万辆、设计使用年限30年计算，总循环次数n=3.285×10⁸次。对于Z2类连接（C=8.61×10¹²，β=4），容许应力幅[Δσ]=(8.61×10¹²/3.285×10⁸)^(1/4)=22.3N/mm²。Δσ=8.5<22.3N/mm²，疲劳验算满足要求。

第6章结果验证与汇总6.1声学结果交叉验证本节采用三种独立方法对声学计算结果进行交叉验证，确保计算结果的可靠性。验证方法绕射衰减(dB)插入损失(dB(A))与主算偏差HJ/T90线源精确式（主算）13.7311.7基准Maekawa点源简化式17.55—点源偏保守（上限）等效频率法（fe=500Hz）13.23—−3.6%分频带A计权能量叠加法12.911.7一致表6-1声学计算结果交叉验证表四种方法计算结果在合理范围内一致，验证了声学计算的可靠性。点声源Maekawa公式结果偏大，是因为其假设声源为点源，而实际道路交通噪声为线源，线源绕射衰减小于点源，这一差异符合声学理论。6.2结构验算结果汇总验算项目计算值规范限值结果规范依据立柱抗弯强度89.7N/mm²215N/mm²满足GB50017立柱顶部位移4.63mm20.0mm(H/200)满足GB/T51335立柱整体稳定123.4N/mm²215N/mm²满足GB50017屏体面板挠度l/280l/250满足GB/T51335基底平均压力27.2kPa120kPa满足GB50007基底最大压力58.49kPa144kPa(1.2fak)满足GB50007抗倾覆安全系数2.63≥1.5满足GB50007抗滑移安全系数3.07≥1.3满足GB50007地震作用0.80kN·m风荷载控制满足GB50011疲劳应力幅8.5N/mm²22.3N/mm²满足GB50017表6-2结构验算结果汇总表6.3规范符合性检查清单检查项规范要求设计值符合性声屏障插入损失≥设计目标值10dB(A)11.7dB(A)符合吸声结构NRC>0.50.77符合屏体隔声量TLTL−ΔLd≥10dB18.27dB符合立柱顶点位移≤H/200H/864符合屏体跨中挠度≤