轻型木结构建筑楼地面及墙体结构减振降噪试验研究

轻型木结构建筑在我国拥有十分光明的发展前景。当前社会我国的住宅开发建设十分兴盛，由于经济的快速发展，环保问题受到了社会大众的关注，随着国家环保、节能、低消耗等政策的出台以及市场需求的不断增长，轻型木结构建筑为发展节能环保型建筑提供了一个方向^[1]，木结构住宅也受到了开发商和民众的青睐，人们尤其愿意用木结构建筑来建造休闲度假村与旅游区。为此国家制定了《木结构设计规范》、《木结构设计手册》、《木结构质量验收标准》等规范。轻型木结构建筑具有抗震性强，施工周期短，施工简便，材料成本低，天然环保等优点。它是一种安全，经济，舒适的住宅形式，在世界上很多国家及地区的住宅以及商业和工业的项目中获得了广泛的应用。在北美，约有85%的多层住宅和95%的低层住宅采用轻型木结构体系，此外，还有约50%的低层商业建筑和公共建筑都采用这种结构体系，因其良好的性能，木结构建筑成为21世纪住宅观念的契合点，发展潜力巨大^[2]。目前国内有许多外资和国内背景的民营企业专注发展木结构建筑，许多高校和科研单位也开始逐渐恢复或增加对木结构的研究和教学工作，这在带来了很多国外优秀的技术的同时也给本土木结构建筑的发展提供了新思维。

为了使轻型木结构建筑更好的创新发展，可以将不同的材料运用于建筑不同部位。比如软木材料，早在公元前500年前就已经有软木使用的记录，人们对于软木的特性认识也在不断地更新，软木作为一种传统的材料不断被开发出新的用法。本次试验研究创新地将葡萄牙软木板应用于轻型木结构建筑地基和楼板中，以此来提高木结构的减振与降噪性能。软木通常用于受压，在室温下，水和油对软木的寿命及工作特性影响较小^[3]，它是使用最为悠久的隔震材料之一，同时它具有隔音、隔热、耐磨、抗腐蚀、不透水、无毒、无臭、无污染的特性。软木已深入到人类生活、 生产和科学活动的各个领域，其中有用软木和合成软木做成的各种软木塞、软木砖、软木板和软木纸。合成软木板和软木砖是用天然软木加工剩下的边角料粉碎后与橡胶等混合压制而成,、韧性和耐磨程度都超过了天然软木。本次试验选择的葡萄牙软木板,是软木粉受热膨胀后和它本身产生的油脂粘合而成，十分环保^[4]。

一 国内外关研究概况

国内外相关研究人员一直致力于减振降噪研究，并且取得了非常多成果。1998年，Robert N.Emerson等人基于扩展震动法研究出整体结构震动分析技术，利用动态性能的差异来诊断木结构桥梁的受损情况^[5]；2005年，Naoya Shoji通过微力振动法测量研究木结构建筑的动力特性,其施加微粒激振通过检测柱子、横梁、地板结构体进行拾振测量，并通过微粒振动法实测的其固有频率与使用刚性杆单元和弹簧使两个末端弯曲的系统所获得的分析解做比较^[6]；2005年，同济大学振动台试验^[7]主要研究不规则结构的动力特性和地震反应，研究扭转对结构动力反应的影响。2007年，周海宾等人现场构建墙体，在隔声试验室进行试验，分析墙体的建造细节与隔声性能的关系，得出影响木结构墙体隔声的因素并提出合理化的机构设计建议^[8]；2009年，Jan Weckendorf对木结构地板开展动力学特性检测，包括固有频率、阻尼比、加速度等，并全面的介绍了阻尼比评价木结构地板的方法^[9]；2013年，刘中洋通过南京CRAS振动及动态信号采集分析系统，对南京北美木屋在建的墙体结构试件进行阻尼比性能测试，并提出优化方案^[10]。2010年，于小龙提出连接中关键部位应该采用螺栓或连接件连接，尤其是基础与柱底、柱与梁、屋架与墙体、屋面与桁架等，以保证安全可靠。在建筑的一些部位设置横向支撑或垂直支撑，结构性面板具有足够的厚度，并用足够的钉连接将面板承受的剪力传递到屋盖、楼盖或墙体的框架上。在进行木结构抗振设计时，房屋的建筑体型应力求简单规整，避免拐角和突出，其重量和刚度应分布均匀，注意降低房屋重心^[11]。2018年，王培群使用橡胶-毛毡组合材料减振装置得出振动工况下的减振特性，在模拟质量块的质量不变的情况下，随着材料的厚度增加减振效果明显提高。从工程实际应用角度进行优化处理之后，以3.0mm的橡胶和毛毡组合最佳，研究成果为类似技术问题的解决提供了数据支持和工程借鉴^[12]。

二 轻型木建筑的减振

建筑受振动的影响程度大小表现为地板出现开裂缝、混凝土基础变形或下沉等，建筑受振动影响程度大小与多种因素有关：振源的幅频特征、振动传播介质、建筑物的类型和陈旧程度等。我国木结构建筑应根据《木结构设计规范GB50005-2017》进行设计，根据《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准GB50354-2018》参考住宅建筑室内振动限值。

2.1 建筑振动机理

建筑结构振动在人的活动或设备振动引起的结构振动。轻型木结构建筑主要由地基、墙体、楼盖、屋盖组成，而围护结构是指建筑及房间各面的围挡物。轻型木结构的主体结构是通过连接件组装拼接木材建造而成的，而在时间、温度、湿度的影响下结构会产生微弱的变形，人们在屋内行走的时候就会产生一些振动和噪音。

2.2试验测量参数

阻尼是使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用，是结构动力学一个重要的概念。阻尼比指阻尼系数与临界阻尼系数之比，表达结构体系标准化的阻尼大小。建筑物的阻尼一种测量受到建筑震动时，可以吸收多少能量的方法。在遭受相同等级的地震时，阻尼较低的建筑物比阻尼较高的建筑物反应更为强烈，木结构的阻尼一般较钢结构、混凝土结构高，即在地震时它吸收地震能量更强^[13]。