內蒙古工業(yè)大學聲屏障設計

1、內蒙古工業(yè)大學 環(huán)境噪聲控制工程課程設計第一章 緒論1.1 環(huán)境噪聲控制技術概述1.1.1噪聲的控制途徑 噪聲控制的方法分為聲源控制、傳播途徑控制，接受者的控制3個方面。（1）聲源控制：聲源控制是最有效和最直接的措施，可通過研制與選擇低噪聲設備，改進生產加工工藝，提高機械設備的加工精度和裝配質量，來降低聲源輻射的聲功率。（2）傳播途徑控制：傳播途徑控制可以通過吸聲、隔聲、消聲、隔振等常用的噪聲控制技術措施，或使聲波改變傳播方向，或把聲能轉化成熱能，從而達到減少到達接受者處聲能量值的效果。 （3）接受者的控制：接受者的控制即指個人防護措施?？梢宰尮と伺宕髯o耳器、耳塞或耳罩，從而形成噪聲控制的最后

2、一道防線。1.1.2傳播途徑的控制傳播途徑控制可以通過吸聲、隔聲、消聲、隔振等常用的噪聲控制技術措施，或使聲波改變傳播方向，或把聲能轉化成熱能，從而達到減少到達接受者處聲能量值的效果。1.1.3隔聲技術（1）隔聲原理：當具有一定能量的噪聲入射到一個壁面上時，在聲波的作用下，壁面按一定方式進行振動，從而達到消耗聲能的目的。（2）隔聲結構：單層均勻密實隔聲墻，雙層隔聲墻，復合墻與多層輕質復合隔聲結構（3）隔聲裝置隔聲墻，隔聲罩，聲屏障1.2 課程設計的目的和內容1.2.1設計目的通過本課程設計環(huán)節(jié)的進行，目的是使學生通過對環(huán)境噪聲控制技術基礎課程學習中的理論、原理部分有更深入的認識，培養(yǎng)學生的科學

3、研究能力，在一定程度上具備分析問題和解決問題能力，具備簡單的工程設計能力。通過簡單的噪聲控制技術的設計，培養(yǎng)學生獨立設計能力，掌握基本的設計方法，學會查閱技術資料，樹立正確的設計思想和嚴謹的工作作風。1.2.2設計內容呼和浩特市新城區(qū)新華東街原檔案館（現維多利廣場）區(qū)域進行拆遷及施工建設。該區(qū)域面積60*65平方米。區(qū)域東面為呼和浩特市教育考試中心，南面為新華大街，西接檔案館家屬院及格林豪泰酒店，北面為內蒙古冶金院家屬院。由于該區(qū)域位于城市中心地帶，受城市交通管制的限制，只能在夜間進行施工。因此，要求做好聲屏障的設計及采取相應措施來保護周邊居民正常生活。表1-1：噪聲實際測量值（dBA)預測點

4、位置預測點高度預測點聲級夜 間頻率1-2m87.6dB23m72.4dB北133m70.2dB北243m70dB北353m73.2西11.2.3設計要求1.結合我國相關標準，為該區(qū)域北側、西側設計一聲屏障；2.完成噪聲敏感建筑物有關參數和使用標準的確定、聲屏障設計和計算聲屏障結構、材料及在兩座建筑物之間的相對位置；聲屏障的設計除了達到預期的降噪指標外，還應符合景觀、結構、造價和養(yǎng)護等方面的要求。3.編寫設計說明書；（字數要求30005000字）4.繪制簡圖。1.2.4設計原則噪聲控制設計一般應堅持科學性、先進性和經濟性的原則。（1）科學性首先應正確分析發(fā)生機理和聲源特性。是空氣動力學噪聲、機械

5、噪聲或電磁噪聲、還是高頻噪聲或中低頻噪聲。然后確定針對性的相應措施。 （2）控制技術的先進性這是設計追求的重要目標，但應建立在有可能實施的基礎上?？刂萍夹g不能影響原有設備的技術性能或工藝要求。 （3）經濟性經濟上的合理性也是設計追求的目標之一。噪聲污染屬物理污染即聲能量污染，控制目標為達到允許的標準值。但國家制定標準有其階段性，必須考慮當時在經濟上的承受能力。1.2.5設計依據（1）中華人民共和國環(huán)境保護法，1989年12月26日；（2）中華人民共和國環(huán)境影響評價法，2002年10月28日； （3）中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法，1996年10月29日；（4）城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準（GB309

6、6-2008）； （5）城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法(GB/T 1462393)； （6）城市區(qū)域環(huán)境噪聲適用區(qū)劃分技術規(guī)范（GB/T 15190-94）。第二章 聲屏障的聲學設計基礎2.1 聲屏障聲學原理2.1.1繞射越過聲屏障頂端繞射到達受聲點的聲能比沒有屏障時的直達聲能小。直達聲與繞射聲的聲級之差，稱之為繞射聲衰減，其值用符號Ld表示，并隨著角的增大而增大(見圖1.b)。聲屏障的繞射聲衰減是聲源、受聲點與聲屏障三者幾何關系和頻率的函數，它是決定聲屏障插入損失的主要物理量。聲源ABdSR反射路徑繞射路徑透射路徑道路聲屏障（a）聲波傳播路徑聲影區(qū)RS直線路徑徑繞射路徑(b)聲波繞射路徑SR

7、86;(c) 聲波的反射反射波直達波繞射波圖2-1 聲屏障繞射、反射路徑圖2.1.2透射聲源發(fā)出的聲波透過聲屏障傳播到受聲點的現象。穿透聲屏障的聲能量取決于聲屏障的面密度、入射角及聲波的頻率。聲屏障隔聲的能力用傳聲損失TL來評價。TL大，透射的聲能小；TL小，則透射的聲能大，透射的聲能可能減少聲屏障的插入損失，透射引起的插入損失的降低量稱為透射聲修正量。用符號Lt表示。通常在聲學設計時，要求TLLd10dB，此時透射的聲能可以忽略不計，即Lt0。2.1.3反射當道路兩側均建有聲屏障，且聲屏障平行時，聲波將在聲屏障間多次反射，并越過聲屏障頂端繞射到受聲點，它將會降低聲屏障的插入損失，由反射聲波引

8、起的插入損失的降低量稱之為反射聲修正量，用符號Lr表示。為減小反射聲，一般在聲屏障靠道路一側附加吸聲結構。反射聲能的大小取決于吸聲結構的吸聲系數a，它是頻率的函數，為評價聲屏障吸聲結構的整體吸聲效果，通常采用降噪系數NRC。2.2 聲屏障聲學評價2.2.1 繞射聲衰減Ld的計算當線聲源的長度遠遠小于聲源至受聲點的距離時(聲源至受聲點的距離大于線聲源長度的3倍)，可以看成點聲源，對一無限長聲屏障，點聲源的繞射聲衰減為： N 0 N = 0 0N -0.2 （5） 0 dB , N 0.2N菲涅耳數，聲波波長，md聲源與受聲點間的直線距離，mA聲源至聲屏障頂端的距離，mB受聲點至聲屏障頂端的距離，

9、m若聲源與受聲點的連線和聲屏障法線之間有一角度時，則菲涅耳數應為N()=Ncos工程設計中，Ld可從圖3-1求得圖3-1 聲屏障的繞射聲衰減曲線2.2.2 透射聲修正量的計算透射聲修正量由下列公式計算： （2-2）2.2.3 反射聲修正量的計算反射聲修正量取決于聲屏障、受聲點及聲源的高度，兩個平行聲屏障之間的距離，受聲點至聲屏障及道路的距離以及靠道路內側聲屏障吸聲結構的降噪系數NRC。2.2.4 障礙物盛衰減的確定如果在聲屏障修建前，聲源和受聲點間存在其他屏障或障礙物，則可能產生一定的繞射聲衰減，由它們產生的聲衰減稱之為障礙物聲衰減，用符號表示。 由2.2.1，2.2.2，2.2.3來確定。2

10、.2.5 地面吸收聲衰減的確定如果地面不是剛性的，則會對傳播過程中的聲波產生一定的吸收，從而會使聲波產生一定的衰減。由地面吸收產生的聲衰減稱之為地面吸收聲衰減，用符號LG表示。240120603015012345 受聲點至等效行車線距離 圖3 地面吸收聲衰減（1）地面吸收聲衰減LG通常應由現場測量得到。具體測量方法是：在地面上方1.5m和67.5m高處設兩個測點，同時測量現場有聲源的倍頻帶(中心頻率2502000Hz)或13倍頻帶(中心頻率2002500Hz)的頻帶聲壓級或A計權聲級。兩測點聲壓級或A聲級之差即為。若現場聲源不存在(如未建道路)，則可采用人工聲源，但必須測量倍頻帶或13倍頻帶聲

11、壓級，以便對未來聲源的A計權進行計算。（2）圖3中的等效距離由下列公式計算：若現場測量有困難，可由圖3來確定 （2-3）受聲點至最近的車道中心線距離，m受聲點至最遠的車道中心線距離，m一般，在DE=55m時，LG為2.5dBA, 在DE=150m時，LG為5dBA。考慮到其它障礙物和地面聲吸收的影響，聲屏障實際插入損失為 （2-4）max表示取和中的最大者，這是因為一般兩者不會同時存在。如果有其他屏障或障礙物存在，地面效應會被破壞掉，因為只有貼近地面，地面聲吸收的衰減才會明顯。式(2-4)中減去，是因為一旦設計的聲屏障建成，原有屏障或障礙物或地面聲吸收效應都會失去作用。2.2.6透射聲修正量L

12、t的計算若聲屏障的傳聲損失TL-Ld10dB，此時可忽略透射聲影響，即Lt0。若TLLd10dB，則可按照下面公式計算透射聲修正量Lt。 （2-5） 2.2.7反射修正量Lr計算反射聲修正量取決于聲屏障、受聲點及聲源的高度，兩個平行聲屏障之間的距離，受聲點至聲屏障及道路的距離以及靠道路內側聲屏障吸聲結構的降噪系數NRC。因為反射聲修正量與隔聲屏計算關系不大，所以可以不考慮。第三章 聲屏障的設計3.1確定聲屏障設計目標值3.1.1 噪聲保護對象的確定根據聲環(huán)境評價的要求，確定噪聲防護對象，它可以是一個區(qū)域，也可以是一個或一群建筑物。本設計中的噪聲保護對象是北側和西側的居民樓和酒店。該施工區(qū)域面積

13、為60*65，施工場地距北側和西側的建筑物均為5米。3.1.2 代表性受聲點的確定代表性受聲點通常選擇噪聲最嚴重的敏感點，它根據聲源點與防護對象相對的位置以及地形地貌來確定，它可以是一個點，或者是一組點。通常，代表性受聲點處插入損失能滿足要求，則該區(qū)域的插入損失亦能滿足要求。選擇家屬樓為代表性受聲點，高度為3m。3.1.3聲屏障設計目標值的確定聲屏障設計目標值的確定與受聲點(實測或予測的)、受聲點的背景噪聲值以及環(huán)境噪聲標準值的大小有關。本設計中背景噪聲值分別取北側三個點中的最大值為72.4dB,西側為73.2dB。3.1.4聲屏障設計目標值城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準（GB3096-93）對各個分區(qū)

14、噪聲標準做了如下規(guī)定：各類標準的適用區(qū)域0類標準適用于療養(yǎng)區(qū)、高級別墅區(qū)、高級賓館區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。位于城郊和鄉(xiāng)村的這一類區(qū)域分別按嚴于 0類標準 5dB執(zhí)行。 1類標準適用于以居住、文教機關為主的區(qū)域。 2類標準適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)。 3類標準適用于工業(yè)區(qū)。 4類標準適用于城市中的道路交能干線道路兩側區(qū)域，穿越城區(qū)的內河航道兩側區(qū)域。穿越城區(qū)的鐵路主、次干線兩側區(qū)域的背景噪聲 (指不通過列車時的噪聲水平)限值也行該類標準。 因為在本次設計計算中，應該執(zhí)行以居住、文教機關為主的區(qū)域1類標準。查的夜間標準為45dB。3.1.5目標降噪量北側：72.4-45=27.4dB西側：73.

15、2-45=28.2dB3.2 聲屏障的聲學設計（聲屏障插入損失計算）聲屏障是降低地面運輸噪聲的有效措施之一。一般36m高的聲屏障，其聲影區(qū)內降噪效果在512dB之間。321 繞射聲衰減Ld的計算當線聲源的長度遠遠小于聲源至受聲點的距離時(聲源至受聲點的距離大于線聲源長度的3倍)，可以看成點聲源，對一無限長聲屏障，點聲源的繞射聲衰減為： N 0 N = 0 0N -0.2 （5） 0 dB , N 0.2N菲涅耳數，聲波波長，md聲源與受聲點間的直線距離，mA聲源至聲屏障頂端的距離，mB受聲點至聲屏障頂端的距離，m若聲源與受聲點的連線和聲屏障法線之間有一角度時，則菲涅耳數應為N()=Ncos工程

16、設計中，Ld可從圖3-1求得圖3-1 聲屏障的繞射聲衰減曲線（1）北側聲屏障經過計算選擇，以下三個方案可行性較強。受聲點高度為3m，聲源點高度-2m,頻率取fe=500Hz，長度為60m，受聲點距聲屏障的距離為3m。方案一：聲屏障的有效高度為4m，聲屏障距生源點為29m。 B=32+12=3.16 d=322+52=32.38N=1.147>0 =0.68Ld=20Lg()+5=28.0dB方案二：聲屏障的有效高度為5m，聲屏障距生源點為31m。 31.78B3.6d=342+52=34.37N=2.97>0Ld=20Lg()+5=25.76dB=0.68方案三：聲屏障的有效高度為

17、6m,聲屏障距生源點為35m。A=35.9m N=5.35>0B=4.24m Ld=20Lg()+5=23.48dBd =38.32=0.68（2）西側聲屏障經過計算選擇，以下三個方案可行性較強。受聲點高度為3m，聲源點高度-2m,頻率取fe=500Hz，長度為65m，公路寬度5m，受聲點距離聲屏障的距離為3m.方案一：聲屏障的總高度為4m，聲屏障距生源點為30m。A=30.59m B=3.16m d=33.38N=1.09>0Ld=20Lg()+5=28.26dB=0.68方案二：聲屏障的總高度為5m，聲屏障距生源點為32m。A=32.76m B=3.6m d=35.36mN=1

18、.09>0Ld=20Lg()+5=28.26dB=0.68方案三：聲屏障的有效高度為6m，聲屏障距生源點為34m。A=34.92m B=4.24m d=37.34mN=5.35>0 Ld=20Lg()+5=23.44dB=0.683.3.2透射修正量的Lt的計算若聲屏障的傳聲損失TL-Ld10dB，此時可忽略透射聲影響，即Lt0。其中TL為聲屏障的傳聲損失，它表示構件隔聲性能的大小。一般聲屏障的隔聲量TL為2030dB，此設計中隔聲量TL初定為25dB。所以此時三個方案均可忽略透射聲影響，即Lt0。3.3.3反射修正量計算反射聲修正量取決于聲屏障、受聲點及聲源的高度，兩個平行聲屏障

19、之間的距離，受聲點至聲屏障及道路的距離以及靠道路內側聲屏障吸聲結構的降噪系數NRC。因為反射聲修正量與隔聲屏計算關系不大，所以可以不考慮。3.3.4障礙物聲衰減的確定如果在聲屏障修建前，聲源和受聲點間存在其他屏障或障礙物，則可能產生一定的繞射聲衰減，由它們產生的聲衰減稱之為障礙物聲衰減，用符號sL表示。由于施工場所與居民區(qū)之間沒有什么建筑物和其它障礙物，所以障礙物聲衰減sL0dB。3.3.5地面吸收衰減的確定如果地面不是剛性的，則會對傳播過程中的聲波產生一定的吸收，從而會使聲波產生一定的衰減。由地面吸收產生的聲衰減稱之為地面吸收聲衰減，用符號LG表示。而本設計中，地面為剛性地面，所以可以忽略地

20、面吸收聲衰減，即LG0dB。3.3.6聲屏障實際插入損失聲屏障的總降噪量用插入損失IL來表示，其定義為在保持噪聲聲源、地形、地面、背景噪聲和氣候條件等不變的情況下，安裝聲屏障前后受聲點的聲壓級之差。聲屏障的插入損失主要取決于聲屏障的繞射聲衰減Ld、透射減少量Lt和反射降低量Lr，考慮到其他障礙物和地面吸收的影響，聲屏障實際插入損失為： max表示取LS和LG中的最大者，這是因為一般兩者不會同時存在。如果有其他屏障或障礙物存在，地面效應LG會被破壞掉，因為只有貼近地面，地面聲吸收的衰減才會明顯。式(34)中減去(LS, LG)max，是因為一旦設計的聲屏障建成，原有屏障或障礙物或地面聲吸收效應都

21、會失去作用。 本設計中在聲屏障修建前，聲源和受聲點間不存在其他屏障或障礙物，只考慮地面的吸收聲衰減即可。（1）所以北側三個方案中，聲屏障的插入損失分別為：IL1Ld1LtLG2800=28dBIL2Ld2LtLG25.7600=25.76dBIL3Ld3LtLG23.4800=23.48dB（2）所以西側三個方案中，聲屏障的插入損失分別為：IL1Ld1LtLG28.2600=28.26dBIL2Ld2LtLG25.7600=25.76dBIL3Ld3LtLG23.4400=23.44dB北側對三個方案進行實際選擇對比，方案一最好。西側對三個方案進行選擇對比,方案一最好.第四章 聲屏障形狀及結構

22、4.1聲屏障形狀聲屏障按幾何形狀一般可分為直立型、R型、Y型。4.1.1直立型聲屏障指豎立在道路邊緣的平面反射型障板。由于直壁型聲屏障用材簡易、施方便、造價較低、與環(huán)境有較好的融合性，在國內外有廣泛的應用。其特性一般可通過增加其高度進行有效的改善,盡管高度增加1m 可帶來IL增加1.5dB(A)的效益 。但同樣帶來了降低教學區(qū)采光度、干擾司機視線等負效應。4.1.2 R型聲屏障一般用于降噪要求較高但聲屏障高度又有一定限制的場合。把聲屏障上部折向道路方向，面向道路的一側做成吸聲表面，可以達到很好的降噪效果。聲屏障的支撐件多采用H型鋼。折壁型聲屏障可增加聲程差，提高降噪效果。4.1.3 Y型聲屏障半封閉型聲屏障適用于城市交通干道和兩側高層建筑密集區(qū),其降噪效果非常好。4.2 聲屏障材料的選擇國內的聲屏障如按聲學性能分類可分為吸聲型(金屬吸隔聲板）、隔聲型(PC板)、混合型（ 吸聲與隔聲的混合型），這些聲屏障其實際效果一般為3-5dB 。4.2.1 FC板 FC纖維水泥加壓板簡稱FC 板，聲屏障生產單位用FC穿孔板作聲屏障面板，用在高速公路上，主要優(yōu)點成本低、聲學效果一般，最大問題由于其吸水率大于17%，用在室外易風化，壽命短，且不美觀