Перекрытия с покрытиями пола на мягкой подоснове

Укладка покрытий пола на мягкой подоснове непосредственно на несущую часть перекрытия позволяет значительно снизить затраты труда на устройство полов. Этим в первую очередь объясняется все большее распространение так называемых акустически однородных перекрытий в жилищном строительстве. Испытания перекрытий, состоящих из несущей железобетонной панели толщиной 14 см с полом из линолеума на войлочной подоснове, в крупнопанельных домах с малым шагом поперечных несущих стен (в Москве и Ленинграде, где было начато применение таких конструкций) показали неудовлетворительную изоляцию воздушного шума. В то же время имелись данные об удовлетворительной звукоизоляции помещений в случае применения меж-квартирных стен из железобетонных панелей толщиной 14 см (они соответствовали нормативным требованиям, действовавшим до 1971 г. — I^н_в=49 дБ), поэтому потребовалось экспериментальное уточнение конструктивных параметров перекрытий с полом на мягкой подоснове, чтобы обеспечить выполнение нормативных требований по звукоизоляции.

Анализ экспериментальных данных о звукоизолирующей способности перекрытий из панелей толщиной 14 см с полом из линолеума на войлочной подоснове [14] выявил зависимость звукоизоляции этой конструкции от толщины внутренних несущих стен, на которые опирается панель перекрытия. Это указывает на заметное влияние косвенной передачи звука по стенам.

Важным параметром, определяющим интенсивность косвенной передачи звука по стенам, является коэффициент передачи вибрации в узле сопряжения перекрытия со стенами. В случае если элементы перекрытия и стены выполнены из одного материала, как в рассматриваемых крупнопанельных домах, то выражения коэффициентов передачи вибрации (45) и (46) упрощаются. Коэффициент передачи вибрации между элементами, сопрягаемыми в крестообразном узле под прямым углом, в этом случае находят из выражения


а между элементами, расположенными по одной оси, — по формуле



где h₁ и h₂ — толщины первого и второго элементов, сопрягаемых под прямым углом (вибрация передается от первого элемента второму или третьему, который расположен по одной оси с первым).

В этом случае коэффициенты передачи вибрации зависят только от соотношения толщин сопрягаемых элементов стены и перекрытия.

Другой важный параметр, обусловливающий снижение звукоизоляции в результате передачи звука по фланговым конструкциям [см. формулу (47) в п.3], — разность звукоизолирующих способностей основной и фланговой конструкций. Для акустически однородных ограждений (выполненных из одного материала) эта величина зависит в основном от соотношения их толщин. Таким образом, из формулы (47) видно, что снижение звукоизолирующей способности ΔR, вызванное косвенной передачей звука, может быть выражено в виде функции отношения толщин стыкуемых элементов и отношения площадей фланговых и основной конструкций.

Согласно формулам (86) и (87), коэффициенты передачи вибрации не зависят от частоты звука. Частотная зависимость разности звукоизолирующих способностей двух акустически однородных конструкций также выражена слабо. Следовательно, и величина ΔR мало зависит от частоты, ее можно приравнять к изменению индекса изоляции воздушного шума Δ₁ в результате косвенной передачи звука.

Изложенное является основанием для поиска экспериментальной зависимости величин ΔI_в, которые представляют собой разность между измеренными в натурных условиях индексами звукоизоляции перекрытий и подсчитанными по формуле (16), от отношения толщин элементов внутренней несущей стены и перекрытия h^c/h^п и отношения площадей несущих стен и перекрытия S^c/S^п. Экспериментальные данные для поиска такой зависимости пополнены в результате испытания специально изготовленных опытных перекрытий из железобетонных панелей толщиной 14, 16 и 18 см в доме серии 1—464—ПТ в Вильнюсе [14], а также перекрытий из многопустотных настилов толщиной 22 см с цементной стяжкой толщиной 4 см в домах серий 1—528КП, 1—528КП—40 и 16—ЗА в Ленинграде. Проведены также дополнительные измерения звукоизоляции перекрытий из панелей толщиной 14 см в домах серий 1—ЛГ—502 и 1—ЛГ—602 в Ленинграде. Во всех случаях полы выполнены из линолеума на войлочной подоснове. Перекрытия опираются на несущие стены из железобетонных панелей толщиной 12, 14 и 18 см и из кирпичной кладки толщиной 38, 52 и 64 см.


Экспериментальная зависимость величины ΔI_в от h^c/h^п и S^c/S^п аппроксимирована выражением


Из этого выражения получены формулы (48) и (49) соответственно при значениях S^c/S^п=2,2 и S^c/S^п=1,25.

Увеличение толщины внутренних несущих стен при заданной толщине перекрытия приводит к уменьшению абсолютной величины ΔI_в,определяемой по формуле (88).

Поскольку использованные экспериментальные данные получены в результате натурных испытаний перекрытий с полом из линолеума на мягкой подоснове, выражение (88) учитывает влияние этого покрытия на звукоизолирующую способность Перекрытия. Лабораторные [29], а затем и натурные [14] исследования показали, что при использовании линолеума на мягкой подоснове звукоизолирующая способность перекрытия снижается в области средних частот (рис. 33). Это объясняется резонансом, происходящим на низшей собственной частоте двухслойного покрытия пола, которое в первом приближении может рассматриваться как система масса—пружина. Для достаточного улучшения изоляции ударного шума этим покрытием нужно использовать мягкую подоснову с малой линейной жесткостью.

В связи с малой поверхностной плотностью верхнего плотного слоя линолеума низшая собственная частота его находится в диапазоне 400—800 Гц. Снижение звукоизолирующей способности в области этих частот заметно сказывается на значении индекса изоляции воздушного шума. Чтобы приблизить низшую собственную частоту покрытия к нижней границе нормируемого диапазона, нужно во много раз увеличить поверхностную плотность верхнего слоя и одновременно снизить жесткость мягкой подосновы. Это практически невыполнимо, так как при указанных условиях покрытие на мягкой подоснове превращается в раздельный или слоистый пол. Чтобы приблизить низшую собственную частоту покрытия к верхней границе нормируемого диапазона, нужно повысить линейную жесткость подосновы или уменьшить поверхностную плотность верхнего слоя. Увеличение линейной жесткости мягкой подосновы ограничено в связи с необходимостью обеспечить улучшение изоляции ударного шума, а снижение толщины верхнего слоя — из-за необходимости обеспечить определенную долговечность покрытия при истирании. Поэтому полностью устранить описанный эффект снижения звукоизолирующей способности не удается при использовании разнообразных материалов подосновы.


Значение ΔI_в меняется в небольших пределах с изменением конструкции несущей части перекрытия (табл. 8). По данным натурных измерений, снижение индекса изоляции воздушного шума в результате укладки пола из линолеума на мягкой подоснове составляет в среднем 1,5 дБ.


Для уточнения конструктивных параметров акустически однородных перекрытий, необходимых для удовлетворения нормативных требований по их звукоизоляции, и проверки практического метода расчета таких конструкций проведены натурные исследования звукоизоляции и коэффициентов передачи вибрации в экспериментальном крупнопанельном доме серии 111—121 в г. Жуковском [24, 28}. В нем выполнены акустически однородные перекрытия из железобетонных панелей сплошного сечения с проектной толщиной 16 см, которые изготовляли в вертикальных кассетах, а также с проектной толщиной 18 и 20 см, изготовленные в горизонтальных формах. Для полов использован линолеум на войлочной подоснове. В здании применены также типовые перекрытия с железобетонными панелями толщиной 10 см и деревянными полами.

В процессе строительства экспериментального дома контролировали правильность заделки стыков, монтажных отверстий, отверстий и полостей для электропроводки, а также правильность устройства всех остальных элементов перекрытий. Измеряли также фактическую толщину и массу сборных элементов исследуемых конструкций (табл. 9), плотность и модуль упругости бетона.


После окончания монтажа сборных элементов экспериментального дома в нем были измерены коэффициенты передачи вибрации в стыках перекрытий и внутренних стен, а после окончания всех строительных работ — звукоизоляция экспериментальных перекрытий.


Для определения коэффициентов передачи вибрации через стыки дома одну из сопрягаемых конструкций приводили в колебательное движение с помощью вибровозбудителя ESE 211, на который подавались выделенные фильтром 1/3-октавные полосы "белого" шума. В пяти точках каждого из сопрягаемых элементов измеряли уровни вибрации в 1/3-октавных полосах частот.

Коэффициент передачи вибрации подсчитывали по формуле


где R_В — виброизолирующая способность стыка, равная разности средних уровней вибрации конструкции с источником возбуждения L_B1 и конструкции, воспринимающей вибрацию через стык, L_B2.

Виброизолирующая способность стыков не имеет выраженной частотной зависимости (рис. 34). Каждая частотная характеристика виброизолирующей способности стыка может быть с достаточной точностью аппроксимирована горизонтальной прямой с ординатой, равной средней виброизолирующей способности R^ср_в, которую определяют как среднеарифметическое значение всех ординат частотной характеристики, поэтому средняя виброизолирующая способность R^ср_в и соответственно средний коэффициент передачи вибрации τ^ср хорошо отражают виброизолирующие качества стыка.

Панели перекрытия толщиной 10, 16, 18 и 20 см и стены — 12 и 16 см образовали в здании 8 типов крестообразных стыков. Коэффициенты передачи вибрации определены для 28 вариантов сопряжений, отличающихся направлением передачи вибрации, толщиной сопрягаемых и примыкающих элементов. Для каждого варианта испытано 4—12 однотипных узлов.


Результаты этих испытаний позволили определить экспериментальные зависимости коэффициентов передачи вибрации в стыках от параметров сопрягаемых элементов и сравнить их с зависимостями, полученными по формулам (86) и (87). На рис. 35 показана экспериментальная зависимость коэффициента передачи вибрации в крестообразном узле между элементами, сопрягаемыми под прямым углом (от перекрытия к стене, или наоборот) , от отношения толщин этих элементов. Из графика видно, что с увеличением отношения h₁/h₂ (h₁ — толщина элемента с источником вибраций) коэффициент передачи вибрации растет, т.е. виброизолирующая способность стыка уменьшается. В исследованном диапазоне изменения отношения h₁/h₂ зависимость от него коэффициента τ может быть аппроксимирована формулой (уравнением прямой I на рис. 35)


На рис. 35 показана также зависимость между τ_{1, 2} и h₁/h₂, полученная по формуле (86). Из графика видно, 'что характер расчетной кривой соответствует экспериментальной зависимости только при h₁/h₂<1. При больших значениях h₁/h₂ с увеличением этого отношения рост расчетного значения коэффициента τ_{1, 2} постепенно замедляется, а затем оно начинает уменьшаться. Экспериментальные данные указывают на неизменный рост коэффициента в исследованном диапазоне значений h₁/h₂. Кроме того, расчет по формуле (86) дает в целом заниженные значения τ_{1, 2}, т.е. преувеличивает виброизолирующую способность стыков. Отмеченные расхождения расчетных результатов с экспериментальными данными связаны с различиями между условиями, принятыми в расчетной схеме, и реальными условиями в крупнопанельном доме.

На рис. 36 показана зависимость коэффициента передачи вибрации в крестообразном узле между элементами, расположенными по одной оси (от стены стене или от перекрытия перекрытию), от отношения толщин h₁/h₂ элементов, расположенных под прямым углом (h₁ — толщина элемента с источником вибрации) . Из графика видно, что коэффициент передачи вибрации практически не зависит от отношения h₁/h₂. Экспериментальная зависимость может быть аппроксимирована горизонтальной прямой, т.е. коэффициент передачи вибрации в исследованном диапазоне отношений h₁/h₂ может быть принят постоянным; τ_{1, 3}=0,052. Резкое отличие характера расчетной зависимости от экспериментальной связано с указанными выше причинами.

Знание фактических значений коэффициентов передачи вибрации позволяет сравнить поправки на косвенную передачу звука, найденные практическим методом расчета по формуле (48), с поправками, полученными точным методом [5] по формуле (47).

Формула (47) может быть упрощена в результате подстановки в нее ряда известных величин и учета условий в реальном здании. В связи с тем, что наружная стена значительно толще внутренних несущих стен, а площадь ее поверхности мала (учитывая световой проем), ее вклад в косвенную передачу звука пренебрежимо мал. Остаются три внутренние несущие стены из одного материала, которые приняты равной толщины. Поэтому их звукоизолирующие способности равны; R₂=R₃=R₄. Соответственно равны коэффициенты передачи вибрации: τ_{6, 1}=τ_{7, 1}=τ_{8, 1} и τ_{1, 2}=τ_{1, 3}=τ_{1, 4} сновании полученных экспериментальных данных коэффициенты τ_{6, 2}=τ_{7, 3}=τ_{8, 4} приняты для всех случаев равными 0,052.

Для большинства жилых комнат в доме с малым шагом поперечных несущих стен


После учета приведенных соотношений формула (47) принимает вид:


Значения τ_{2, 1} и τ_{1, 2} определены по экспериментальной зависимости (90).

Так как входящие в формулу (91) величины либо не зависят (τ_{2, 1}, τ_{1, 2}) либо мало зависят (R₁—R₂) от частоты, изменение звукоизолирующей способности на значение ΔR вызывает смещение всей частотной характеристики звукоизоляции на это значение, поэтому можно считать изменение индекса звукоизоляции, вызванное косвенной передачей звука, ΔI_в=ΔR.

Чтобы сравнить два метода расчета, определены значения ΔI_в для пяти характерных сочетаний толщин перекрытий и стен, выполненных из железобетонных панелей. Основные характеристики рассматриваемых вариантов и расчетные значения ΔI_в приведены в табл. 10.


Абсолютные значения поправок ΔI_в1, полученные точным методом расчета, в среднем на 0,7 дБ больше, чем значения поправок ΔI_в2, найденных практическим методом. Объясняется это следующим. Поправку ΔI_в1 вносят к значению собственной звукоизолирующей способности конструкции, поправку ΔI_в2 — к значению звукоизолирующей способности (к вычисленному по ней индексу звукоизоляции), которая определяется в условиях средней интенсивности косвенной передачи звука. Первое значение (звукоизолирующая способность, определенная в акустических камерах с малой интенсивностью косвенной передачи звука) для акустически однородных ограждений на 2 дБ превышает второе (см. п.3). Поэтому после внесения соответствующих поправок индекс звукоизоляции, вычисленный точным методом, будет в среднем на 1,3 дБ превышать индекс, найденный практическим методом.

Поправка ΔI_в2, полученная практическим методом, кроме косвенной передачи звука, учитывает также ухудшение звукоизоляции, вызванное резонансными явлениями, возникающими при укладке линолеума на мягкой подоснове. Как показано выше, связанное с этим снижение индекса звукоизоляции составляет в среднем 1,5 дБ. Поправка ΔI_в1 этого снижения не учитывает, чем объясняется разница в среднем на 1,3 дБ между индексами звукоизоляции, полученными точным и практическим методами. Таким образом, результаты, полученные тем и другим методами расчета, близки. Практический метод расчета, основанный на аппроксимации экспериментальных данных, согласуется с методом, основанным на теоретическом рассмотрении косвенной передачи звука.

Условия применения акустически однородных перекрытий в домах с большим шагом несущих стен отличаются от условий их применения в домах с малым шагом несущих стен. При большом планировочном шаге помещения ограничены не только несущими стенами, но и ненесущими перегородками. Передача вибрации по ним меньше из-за менее жесткой связи их с перекрытием.

В крупнопанельном жилом доме серии 1-467А в Люберцах (Московская обл.) измерены коэффициенты передачи вибрации в узлах перекрытий с ненесущими перегородками. Здание имеет поперечные несущие стены из железобетонных панелей толщиной 15 см, расположенные с шагом 3,2 и 6,4 м. При большом шаге несущих стен между ними располагается перегородка из гипсобетонной панели толщиной 8 см, которая разделяет два помещения. Междуэтажные перекрытия выполнены из железобетонных многопустотных настилов толщиной 22 см.

Коэффициенты передачи вибрации измерены для двух вариантов заделки стыков между перекрытием и перегородкой: первый вариант — зазор в стыке заполнен паклей и зачеканен с двух сторон цементным раствором; второй вариант — цементный раствор отсутствует. Последний вариант имитирует случай, когда в растворе образовалась сквозная трещина. Измеренные значения виброизолирующей способности стыка R_в и коэффициента передачи вибрации τ (усредненные по частоте), а также расчетные коэффициенты передачи вибрации, подсчитанные по формуле (90) для случая стыка перекрытия с несущими стенами, приведены в табл. 11.


Передача вибрации в узле сопряжения перекрытия с перегородкой заметно меньше, чем при прочих равных условиях, в узле соединения перекрытия с несущими стенами даже при плотном заполнении зазора в стыке раствором. После образования в стыке трещины, что неизбежно в результате взаимных перемещений перекрытия и перегородки в процессе эксплуатации, коэффициенты передачи вибрации резко уменьшаются. При этом косвенная передача звука по перегородкам становится пренебрежимо малой.

Измеренные коэффициенты передачи вибрации в узлах сопряжения многопустотных настилов перекрытий с внутренними несущими стенами из железобетонных панелей толщиной 15 см с достаточным приближением соответствуют зависимости (90), если в качестве толщины перекрытия принята эквивалентная приведенная толщина настила


где k — коэффициент, учитывающий влияние жесткости на звукоизолирующую способность пустотного элемента, который определяют по формуле (22).

Результаты расчета изоляции воздушного шума акустически однородными перекрытиями из панелей сплошного сечения с полом из линолеума на мягкой подоснове по методике, описанной в п.6, достаточно близко совпадают с данными натурных измерений, проведенных после двух лет эксплуатации (табл. 12).


Отмеченное в период эксплуатации в некоторых случаях улучшение изоляции воздушного шума объясняется обжатием мягкой подосновы линолеума и смещением его низшей собственной частоты в нормируемом диапазоне. Действующему нормативному требованию к изоляции воздушного шума (I^н_в= 50 дБ) отвечают только перекрытия из панелей толщиной 18,7 и 20,6 см в Доме серии 111-121 при толщине внутренних несущих стен 12 и 16 см. Среднеквадратичное отклонение расчетных индексов изоляции от измеренных после двух лет эксплуатации составляет 0,7 дБ.

При массовом применении акустически однородных перекрытий наблюдается некоторое снижение индексов изоляции воздушного шума по сравнению со значениями, приведенными в табл. 12. Измерены средние индексы I_в=46 дБ в домах серии 111—121 в Оренбурге (измерения НИИСФ) и серии 1—464ДТ в г. Тольятти, где применены перекрытия из железобетонных панелей толщиной 16 см с полом из линолеума на мягкой подоснове. Толщина внутренних несущих стен в указанных домах 12, 16 и 14 см соответственно. Причиной такого ухудшения может быть пониженное качество работ по устройству деталей перекрытий, в которых возможно образование сквозных щелей.

Обжатие мягкой подосновы покрытия пола при эксплуатации приводит к снижению изоляции ударного шума. В табл. 13 приведены индексы приведенного уровня ударного шума акустически однородных перекрытий с полом из линолеума на войлочной подоснове.


Среднее снижение индекса изоляции ударного шума за 2 года эксплуатации составило 3,2 дБ. После двух лет эксплуатации нормативному требованию по изоляции ударного шума соответствуют только перекрытия из панелей толщиной 18 см в доме серии 1—464—ЛТ; 18,7 и 20,6 см — в доме серии 111—121. Объясняется это неудовлетворительным качеством примененного линолеума на войлочной подоснове, который не обеспечивает предусмотренного ГОСТ 18108—72 улучшения изоляции ударного шума.