Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы и постановка задач исследования 18
1.1. Транспортный шум и основные пути его уменьшения 18
1.2. Физические процессы действия шумозащитного экрана и факторы, влияющие на его эффективность 22
1.3. Методы расчета акустической эффективности шумозащитного экрана 34
1.3.1. Общие положения 34
1.3.2. Метод Зоммерфельда-Макдональда 36
1.3.3. Метод Каваи 37
1.3.4. Метод Френеля-Кирхгофа 3 8
1.3.5. Метод Редферна 3 8
1.3.6. Метод интегральных выражений 39
1.3.7. Метод Реттингера 40
1.3.8. Метод Келлера 41
1.3.9. Метод Маекавы 42
1.3.10. Метод Курце 45
1.3.11. Метод П.И. Поспелова 45
1.3.12. Метод Н.В. Тюриной 46
1.3.13. Численные методы расчета экранов 47
1.3.14. Общие выводы по анализу методов расчета акустической эффективности экранов 50
Выводы по главе 1 50
Глава 2. Архитектурно-конструктивное проектирование шумозащитньгх экранов 52
2.1. Архитектурно-конструктивные особенности шумозащитных экранов 52
2.2. Классификация шумозащитных экранов и архитектурно-конструктивные особенности 53
2.3. Анализ шумозащитных свойств основных типов шумозащитных экранов и градостроительных условий их возможного применения 67
2.4. Градостроительные и ландшафтные аспекты интеграции шумозащитных экранов в окружающую среду 76
2.5. Учет особенностей зрительного восприятия сооружения 79
2.6. Архитектурно-акустические аспекты формообразования шумозащитного экрана 83
2.7. Технология архитектурно-конструктивного проектирования шумозащитного экрана 97
Выводы по главе 2 103
Глава 3. Разработка новых расчетных и математических моделей и совершенствование методик расчета шумозащитных экранов 106
3.1. Полный расчет звука за шумозащитным экраном 106
3.1.1. Описание расчетной схемы 106
3.1.2. Расчет прямого звука, прошедшего за шумозащитным экраном 108
3.1.3. Расчет звука, дифрагирующего на боковых ребрах шумозащитного экрана 111
3.1.4. Расчет звука, дифрагирующего через верхнее свободное ребро шумозащитного экрана 112
3.1.5. Расчет шума в расчетной точке (без учета отраженного звука) 114
3.1.6. Расчет отраженного звукового поля 115
3.2. Упрощенные расчеты звука за шумозащитным экраном 117
3.2.1. Расчет отраженного звукового поля за шумозащитным экраном на основе диффузной модели распределения энергии 117
3.2.2. Расчет отраженного шумового поля за экраном на основе интегральных представлений 124
3.3. Влияние конечных размеров (длины) и звукоизолирующих свойств экрана 126
3.3.1. Методика учета влияния конечных размеров экранов на их эффективность 126
3.3.2. Расчет влияния звукоизолирующих свойств экрана на его эффективность 129
3.4. Инженерный метод расчета отраженного звукового поля между экраном и зданием 131
3.5. Выбор метода по расчету отраженного звукового поля между экраном и зданием 134
3.6. Программы для исследования факторов, влияющих на эффективность экранирования 136
3.7. Программа по расчету эффективности снижения шума шумозащитного экрана конечных размеров ' 141
Выводы по главе 3 147
Глава 4. Теоретические и экспериментальные исследования влияния планировочных и конструктивных решений на акустическую эффективность шумозащитных экранов 149
4.1. Влияние конечных размеров экрана^на его эффективность 149
4.2. Снижение эффективности шумозащитного экранам зависимости от его звукоизоляции 150
4.3. Сравнительный анализ вкладов шума в пространстве за экраном за счет отражений звука и его звукоизоляции 151
4.4. Снижение эффективности экранирования за счет совместного влияния отраженного звукового поля и звукопроницаемости экрана 155
4.5. Исследование влияния планировочных параметров на отраженную составляющую шума за экраном и« эффективность экранирования 158
4.6. Влияние обработки экрана звукопоглощающими материалами на отраженное звуковое поле в пространстве 164
4.7. Экспериментальные исследования акустической эффективности экранов в заглушённой акустической камере 166
Выводы по главе 4 187
Глава 5. Взаимосвязь формы, расположения и типа шумозащитных экранов с их акустической эффективностью 190
5.1. Упрощенный расчет шумозащитного экрана и основные факторы, влияющие на его акустическую эффективность 190
5.2. Определение размеров зоны акустической тени за экраном 196
5.2.1. Граница акустической тени по горизонтали 196
5.2.2. Границы акустической тени по вертикали 201
5.3. Оценка акустической эффективности вертикального экрана-стенки 207
5.4. Оценка акустической эффективности наклонных экранов 211
5.5. Оценка акустической эффективности экрана с козырьком в верхней части 217
5.6. Оценка акустической эффективности экрана с двумя наклонными козырьками 229
5.7. Оценка акустической эффективности экранов с цилиндрической верхней частью 240
5.8. Оценка акустической эффективности отражающе-поглощающих экранов 242
5.9. Поправки, принимаемые в расчетах акустической эффективности шумозащитного экрана 253
5.10. Оценка акустической эффективности экранов-насыпей 255
Выводы по главе 5 260
Глава 6. Разработка рекомендаций, методики расчета и апробация шумозащитных экранов в натурных условиях 265
6.1. Рекомендации по проектированию и установке шумозащитных экранов при разных сочетаниях градостроительных параметров 265
6.2. Акустический расчет шумозащитных экранов 266
6.2.1. Методика расчета 266
6.2.2. Определение необходимой эффективности шумозащитного экрана 271
6.2.3. Определение необходимой высоты шумозащитного экрана 273
6.2.4. Определение необходимой длины шумозащитного экрана 276
6.3. Результаты натурных измерений акустической эффективности шумозащитного экрана 284
6.3.1. Измерения эффективности экрана-стенки при различном состоянии градостроительных параметров 284
6.3.2. Измерения акустической эффективности шумозащитных экранов, установленных на МКАД 287
6.3.3. Результаты измерений и определение акустической эффективности шумозащитных экранов, установленных на КАД 291
6.3.4. Результаты измерений и определение акустической эффективности шумозащитных экранов, установленных на Октябрьской железной дороге 295
Выводы по главе 6 296
Основные выводы 298
Литература
- Методы расчета акустической эффективности шумозащитного экрана
- Анализ шумозащитных свойств основных типов шумозащитных экранов и градостроительных условий их возможного применения
- Расчет звука, дифрагирующего через верхнее свободное ребро шумозащитного экрана
- Сравнительный анализ вкладов шума в пространстве за экраном за счет отражений звука и его звукоизоляции
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из глобальных проблем современности является обеспечение экологической безопасности населения, и особенно в промышленно развитых регионах и городах. Десятки миллионов человек в России ежедневно подвергаются сверхнормативным негативным воздействиям, в том числе и воздействиям повышенного шума. Превышения допустимых уровней шума на территориях и фасадах домов составляют 15-25 дБА.
Наибольшее шумовое загрязнение селитебных территорий происходит из-за транспортного шума.
Практика борьбы с транспортным шумом показывает, что наиболее эффективным и, в то же время, относительно недорогим средством защиты селитебных территорий от его воздействия является применение акустических экранов, устанавливаемых вдоль транспортных магистралей. Транспортные шумозащитные экраны (ШЭ) позволяют или непосредственно решить, или заметно облегчить решение задачи по защите от шума. При этом они дают возможность повысить эффективность использования дефицитной городской территории, позволяя вести строительство жилых и общественных зданий на тех местах, которые без установки ШЭ из-за превышения санитарных норм по шуму непригодны под строительство. Положительной особенностью ШЭ является их универсальность. Они одновременно обеспечивают защиту от шума как прилегающей к магистралям территории, так и находящихся в пределах шумовых воздействий объектов.
Исследования ШЭ в России выполняли Аистов В.А., Гусев В.П., Иванов Н.И., Ковригин С.Д., Крышов С.И., Осипов Г.Л., Поспелов П.И., Прохода А.С., Прудков Б.Г., Тюрина Н.В., Шелковников Д.Ю., Шишкин И.А., Юдин Е.Я. и др. За рубежом - Маекава Д., Курце У., Крокер М., Андерсон Ж., Фуивара К., Заек З., Захаров, Джонассон Х., Каваи Т., Менге С., Николов Н.Д., Расмусен К., Ямомото К., Аренас Ж., Редфери С., Ретингер М., Самолюк Е.П. и др. В настоящее время по результатам этих исследований предложены к практическому применению различные конструкции ШЭ и разработаны методы оценки их акустической эффективности. Однако, как показывает практика их применения, реальная эффективность ШЭ оказывается значительно ниже расчетных величин. Связано это, в первую очередь, с недостаточным учетом влияния на эффективность ШЭ их конструктивных и планировочных решений и положению в объемно- планировочной структуре застройки. Данное обстоятельство приводит к появлению у проектировщиков обоснованного отказа в отношении применения ШЭ.
Вторым обстоятельством, затрудняющим широкое внедрение ШЭ, является отсутствие обоснованной методики архитектурно-конструктивного проектирования ШЭ с учетом окружающей застройки. Зачастую ШЭ воспринимаются инородными сооружениями, насильственно внедренными в застройку и разрушающими ее функциональные и архитектурно-художественные качества.
В связи с этим совершенствование акустического расчета и проектирования конструкций ШЭ с учетом их реального размещения в застройке, является актуальным направлением строительной акустики, создающим основы для эффективного проектирования застройки и зданий по условиям защиты от транспортного шума при применении на транспортных магистралях ШЭ.
Целью работы является разработка научно-методологических основ акустического расчета и архитектурно-конструктивного проектирования ШЭ с учетом их планировочных и конструктивных решений и объемно- пространственных характеристик застройки, защищаемой от транспортного шума.
Основные задачи исследования:
разработать классификацию ШЭ по конструктивному исполнению, принципам действия и расположению в объемно-пространственной структуре застройки;
разработать методологические основы архитектурно-конструктивного проектирования ШЭ, учитывающие градостроительные, ландшафтные, зрительные, формообразующие и конструктивные аспекты интеграции ШЭ в окружающую среду;
определить и исследовать основные факторы, влияющие на акустическую эффективность ШЭ, размещаемых в селитебной застройке;
разработать модели формирования и методы расчета отраженного шума, формируемого в пространстве между ШЭ и зданием первого эшелона застройки, выполнить оценку влияния на эффективность экранирования параметров ШЭ и их звукоизолирующих свойств;
разработать методику расчета акустической эффективности ШЭ, учитывающего геометрические параметры и конструктивные решения и отраженный шум, образующийся в пространстве между ШЭ и застройкой;
разработать программы по расчету эффективности снижения шума ШЭ в пространстве до первого эшелона застройки;
выполнить экспериментальные исследования эффективности ШЭ в модельных и натурных условиях;
разработать рекомендации по проектированию и размещению ШЭ в застройке;
Научная методология решения задач и достоверность результатов.
В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования отраженных полей, образующихся между ШЭ и зданием, выполнены на основе интегрального и диффузного представлений о формировании отраженной звуковой энергии в частично ограниченных пространствах. Анализ влияния различных факторов на эффективность ШЭ выполнен на ЭВМ по специально разработанным программам. Экспериментальные исследования выполнены с использованием аппаратуры фирмы «Брюль и Къер» в модельных и натурных условиях. Достоверность полученных теоретических результатов подтверждена на основе сравнительного анализа расчетных данных с экспериментальными результатами, полученными при исследовании ШЭ в различных условиях застройки.
Научная новизна работы: 1 . Предложена классификация ШЭ по их конструктивному исполнению, принципу действия и расположению в пространстве.
2. Выявлены основные признаки, влияющие на архитектурно-конструктивное решение ШЭ, показана их связь с их классом.
3 . Разработаны и предложены физические, математические и расчетные модели, в которых учитывается комплексное влияние квазидиффузного отраженного звукового поля за ШЭ, дифракции на боковых свободных ребрах и звукоизоляции ШЭ на его акустическую эффективность.
-
-
. Установлена взаимосвязь акустической эффективности с классом и типом ШЭ, конструктивными параметрами (форма, размеры, материалы) и планировочными решениями транспортных магистралей (число полос движения) и защищаемых сооружений (этажность зданий и др.).
-
Разработан метод расчета акустической эффективности ШЭ в дБА, в основу которого положено использование числа Френеля, а факторы, отрицательно влияющие на эффективность, учитываются в виде полученных в работе поправок.
-
Предложены основные правила архитектурно-конструктивного проектирования ШЭ, позволяющие вписывать их в окружающую среду.
Практическая значимость работы:
1. Предложены основные принципы и методика архитектурно-конструктивного проектирования ШЭ, позволяющие вписывать их в окружающую среду, учитывая кроме функционального назначения - градостроительные, ландшафтные, зрительные, формообразующие и конструктивные аспекты их интеграции в среду.
-
-
-
-
. Разработаны практические методы расчета акустической эффективности ШЭ, учитывающие их планировочные и конструктивные решения и место размещения в объемно-пространственной структуре застройки.
-
. Разработаны программы для расчетов акустической эффективности ШЭ в различных градостроительных ситуациях.
4. Разработана методика инженерной оценки акустической эффективности ШЭ, в основу которой положено использование чисел Френеля, с учетом факторов, отрицательно влияющих на эффективность ШЭ в виде полученных в работе поправок.
-
-
-
-
-
. Разработаны рекомендации по проектированию и размещению ШЭ при различных градостроительных.
О сновные положения настоящей работы учтены при разработке 15 нормативных документов:
-
-
-
-
-
-
МГСН 2.04.97 Допустимые уровни шума и вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях, М., 1997 г., Москомархитектура.
-
Пособие к МГСН 2.04.97 Проектирование защиты от шума и вибрации инженерного оборудования, в т.ч. во встроенные ИТП, в жилых и общественных зданиях . М., 1998 г., Москомархитектура.
-
ГОСТ 30690-2000 «Экраны акустические передвижные. Методы определения ослабления звука в условиях эксплуатации», М., 2000 г., ФГУП ЦПП.
-
ГОСТ Р 51943-2002 «Экраны акустические для защиты от шума транспорта. Метод экспериментальной оценки», М., 2002, ИПК Издательство стандартов.
-
Методические рекомендации по оценке необходимого снижения звука у населенных пунктов и определению требуемой акустической эффективности экранов с учетом звукопоглощения. М., 2003, Минтранспорта РФ, Росавтодор.
-
СНиП 23-03-2003 «Защита от шума», М., 2004, ФГУП ЦПП.
-
СП 23-103-2003 «Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий». М., 2003, Стройиздат.
-
СТО 02495359-5.001-2007 «Экраны шумозащитные для железных дорог. Общие технические требования». М., 2007, НИИСФ РААСН.
-
ГПЭВМ № 2008615835 «Построение шумовой карты района города», 2008.
-
ГОСТ Р 53187-2008 «Шумовой мониторинг городских территорий». М., 2009, Стандартинформ.
-
СП 13330.2010 Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 «Защита от шума». М., 2011, ФГУП ЦПП.
-
ГОСТ Р 53695-2009 «Шум. Метод определения шумовых характеристик строительных площадок», М., 2010, Стандартинформ.
-
Проект ГОСТ «Шум. Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Технические требования», М., 2011.
-
Проект ГОСТ «Шум. Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Методы контроля технических требований», М., 2011.
-
Проект ГОСТ «Шум. Методы расчета уровней внешнего шума, излучаемого железнодорожным транспортом», М., 2011.
Новизна и полезность прикладной части работы подтверждены патентом модель «Шумозащитный экран» № 886 от 12.02.03, Республика Беларусь и авторским свидетельством на изобретение «Мобильный акустический экран» № 1604950 от 08.07.1990.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 30 конгрессах, конференциях, семинарах по проблемам строительной акустики, снижению шума и экологическим проблемам городов, в том числе 15 за рубежом.
Результаты по актуальности разработок и применения ШЭ на транспортных магистралях Москва представлены в государственных докладах «О состоянии окружающей природной среды г. Москвы» (1997, 1998 гг..).
На защиту выносятся:
классификация ШЭ по их конструктивному расположению, принципу действия и положению в пространстве;
расчетные и математические модели ШЭ, в которых учитывается влияние отраженного звукового поля, дифракции на боковых свободных ребрах и звукоизоляции ШЭ на его акустическую эффективность;
разработанные правила архитектурно-конструктивного проектирования ШЭ;
результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния планировочных и конструктивных решений на акустическую эффективность ШЭ;
установленные взаимосвязи формы, расположения и типа ШЭ с их акустической эффективностью;
рекомендации по проектированию и установке ШЭ при разных сочетаниях градостроительных параметров;
методика расчета акустической эффективности ШЭ с учетом основных конструктивных факторов и планировочных решений;
результаты апробации работы ШЭ на практике;
Публикации. Результаты исследования опубликованы в 60 печатных работах, в т.ч. 16 из них в изданиях по списку ВАК, и в 1-ой монографии, зарегистрирована программа для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 209 наименований и приложения, содержит 345 страниц текста, включая 194 рисунков, 36 таблиц.
Методы расчета акустической эффективности шумозащитного экрана
Для оценки эффективности ШЭ следует рассматривать различные типы источников шума. На расстояниях значительно превышающих эффективный размер источника шума, большинство источников может быть аппроксимировано локализованным точечным источником шума. Однако, очень часто ШЭ расположены близко от ИТТТ, в этом случае они должны рассматриваться как протяженные. В случае, если ИШ является авто- или железная дорога, по которой двигаются протяженные объекты (длинные грузовые автомобили, поезда), должно приниматься в рассмотрение наличие множественных отражений между ШЭ и двигающимся протяженным объектом, что в свою очередь, определяет временной характер снижения шума ШЭ.
В этом случае наличие протяженных грузовиков на автодороге может быть рассмотрено как некоторое распределение ИШ, а железнодорожное полотно может быть описано линейным источником. Влияние множественных отражений на эффективность ШЭ детально рассматривается в работе [6]. Одним из основных результатов исследования является вывод о том, что наличие множественных отражений влечет за собой увеличение доли звуковой энергии, дифрагирующей за ШЭ в горизонтальном направлении, что существенно уменьшает зону звуковой тени за ШЭ.
Спектральные характеристики источника(ов) также очень важны. Большинство методов расчета ШЭ разработано для некоторой доминантной октавной полосы частот или вычисления проводятся в дБА [87,88]. Однако существуют также методы расчета эффективности ШЭ в октавных или 1/3 октавных полосах частот [95-98]. Нетрудно понять, что один и тот же ШЭ покажет разную эффективность для ИШ, имеющих принципиальные различия в спектральном составе: Так, низкочастотные составляющие звука, характерные для автотранспортных потоков, снижаются заметно меньше, чем высокочастотный шум, характерный для движущихся поездов! И, наконец, на эффективность ШЭ влияют атмосферные явления [99-101].
Прохождение звука в атмосфере существенно ослабевает с увеличением расстояния от источника до приемника. Это ослабевание является следствием следующих явлений: геометрической дивергенции источника шума, молекулярного поглощения звука в воздухе, атмосферных явлений при» распространении звуковых волн и эффектов отражения-звука от различных поверхностей и земли.
Атмосферные условия должны обязательно учитываться для получения точных значений эффективности ШЭ. Распространение звуковой волны в направлении от земли и при» встречном ветре и солнечной погоде, не оказывает существенного влияния на эффективность ШЭ. G другой стороны, распространение звука к земле, связанное с попутным ветром, а также инверсные перепады температуры, часто наблюдаемые ночью, приводят к снижению эффективности ШЭ. Степень влияния атмосферных явлений на величину снижения шума акустическим экраном зависит от скорости ветра, частоты звука и расстояния до приемника.
Японские исследователи доказывают, что если вектор ветра находится в пределах ±2 м/с, существенного влияния ветра не наблюдается, зато при больших значениях отмечается снижение эффективности ШЭ. При этом атмосферные параметры, являются значимыми даже при распространении звука на расстояния, не превышающие 100 м.
Особенно важно учитывать отражение звука от поверхности земли [102]. Эффективность ШЭ применяемых для защиты окружающей среды, в значительной степени зависит от наличия звукоотражения от поверхности земли и может регулироваться введением дополнительного звукопоглощения или изменением параметров ШЭ (например, увеличением его высоты). Важными фактором является- влияние звукоизоляции; ШЭ на его эффективность. [103Ц04];. На ; рис. 1.3V показаны путш прохождения звука; за; ШЭ: дин из; этих- путей носит название прямого, когда прш малош звукоизоляции? ШЭ (например;; легкие; экраны; или наличие1 щелеш в экране). звукпроникает заэкращ что?заметно сказываетсяша егоэффективности. Звук; не;долженшроходить5заїШ прямьіМїпутем:Повышение звукоизоляцииЛДЭЬ — один из способов увеличения, его эффективности; ШЭ;. предназначенный для защиты селитебных территорий ш жилой застройкшот транспортного шума; должен; обладать требуемой акустической? эффективностью;.под. которой понимают разность между уровнями; шумаїв расчетной точке;при;отсутствии и пршналичии ШЭ:
При проектировании ШЭ! его акустическая, эффективность определяется расчетным путем. При этом необходимо применять, такой расчетный метод, который давал бы результаты,, наиболее: близкие к действительности. ВЇ противном случае, если; расчетный;; метод; слишком завышает эффективность» конкретного экрана? по сравнению с фактической его эффективностью;, сооружение такого экрана не позволит обеспечить в полною мере требуемый шумовой г режим: на; селитебной территории и в жилой! застройке. Если; расчетный, метод слишком занижает эффективность конкретного ШЭ; по сравнению с: фактической его эффективностью; то это будет вынуждать, проектировщиков проектировать более: высокий ш более длинный ШЭ чем это нужно фактически,. а это; в свою» очередь, приведет к повышенным расходам материалов на ШЭ, т.е. к его удорожанию.
Анализ; методові расчета акустической эффективности: ШЭ; принятых, в разных странах, показал, что в; настоящее1 время? не существует универсального метода расчета; который; давал бы во всех случаях результаты, незначительно отличающиеся от фактической эффективности ШЭ. Существующие методы расчета являются приближенными, ввиду сложности физической картины явлений, происходящих при экранировании, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Эти методы, будучи применены для расчета эффективности одного и того же экрана в одинаковых условиях, дают, как правило значительно отличающиеся результаты. Поэтому в рамках данного исследования была поставлена задача изучить и обобщить опыт расчета акустической эффективности ШЭ, что представляет интерес при разработке нового, усовершенствованного расчетного метода.
Анализ показал также, что все существующие расчетные методы основаны на ряде общих положений, суть которых заключается в следующем.
Шум от транспортного потока на магистрали при наличии ШЭ может распространяться по четырем качественно различным направлениям (рис. 1.3): 1 - по направлениям, проходящим выше ШЭ, т.е. его минуя (1пр); 2 - по направлениям, при которых звуковые лучи огибают верхний край и боковые кромки ШЭ (Тдифр) и проникают в область звуковой тени за ШЭ (так называемый дифрагированный звук); 3 - по направлениям в область звуковой тени непосредственно через тело ШЭ (прямой звук) (1прмр); 4 - по направлениям, образующимся после отражения звука от поверхности ШЭ (отраженный звук) (1отрпов). Расчет каждой из составляющих требует отдельного подхода, но существующие методы акустических расчетов обычно сводятся к расчету дифрагированного за ШЭ звука, который определяет в основном эффективность ШЭ.
Анализ шумозащитных свойств основных типов шумозащитных экранов и градостроительных условий их возможного применения
Недостатком? земляных; валов является большая; занимаемая? имш площадь, по- сравнению: с ШЭ1стенками. Строительство земляных валов целесообразно, когда стоимость отвода;землтпод:основание; вала; невелика». Внутренний; откос земляных валов; (со» стороньь магистрали) должен? выполняться- с максимальной допустимою крутизной; 1:1,5; а внешний: откос либо с максимальной, либо с другой крутизной в соответствии: с удобством устройства тротуаров, велодорожек и др. для: обслуживания? близрасположенной жилой застройки.. Ширина: земляных валов-ШЭ В; верхней.части должна быть около 1м:[121 ].
Земляные валы, особенно озелененные, прерывают- монотонность. длинных плоских ШЭ, помогают более эффективно; вписывать, 1ЫЭ» в: окружающийшандшафт.
Эффективность использования земляных валов; можно повысить, если располагать в них подземные: гаражи, коллекторы и. другие инженерные сооружения. , При невозможности обеспечить требуемую высоту земляного вала недостающую;его высоту можно компенсировать устройством; по верху вала;
Эффективным? средством снижения: транспортного шума является прокладка магистралей в; выемках [121]. Требования к крутизне склонов выемок те же, что и для- земляных валов, а глубина выемкш должна соответствовать требуемой высоте ШЭ: Озеленение склонов выемкш способствует улучшению ее эстетического вида и дает некоторое снижение транспортного шума. Устройство по краю выемки дополнительного ШЭ в виде вертикальной стенки позволяет значительно повысить экранирующий. эффект и увеличить этажность застройки вблизи выемки при соблюдении в застройке нормативного шумового режима.
Анализ градостроительных условий позволил выделить ряд типичных ситуаций; где целесообразно размещение ШЭ. Общие требования, при этом заключаются в том, что размещение ШЭна поперечном профиле местности вблизи магистрали должно обеспечивать минимум затрат на содержание, своевременную очистку покрытия и обочин от снега и льда, доступность для ремонта И для выполнения озеленительных работ и-т.п. При размещении ШЭ следует учитывать, что уменьшение расстояния от магистрали до ШЭ (с учетом обеспечения безопасности движения) способствует увеличению акустической эффективности ШЭ и уменьшению его требуемой высоты, а, следовательно, и уменьшению его стоимости [121].
При размещении ШЭ следует избегать ухудшения освещенности проезжей части в дневное время суток, не допускать образования резких теней на проезжей части. В городских условиях следует располагать ШЭ в первую очередь вблизи границ участков жилой и общественной застройки, школ, больниц, гостиниц, детских дошкольных учреждений.
Наиболее характерным является размещение ШЭ вдоль магистрали с одной, или с двух ее сторон. В ряде случаев возможно расположение ШЭ вдоль оси разделительной полосы. Такой ШЭ уменьшает зашумление застройки вдвое за счет устранения шума встречных полос движения. Кроме того, такой ШЭ повышает безопасность движения, предупреждая ослепление водителей светом фар встречных автомобилей и создавая преграду между встречными потоками транспорта. Высота разделительного ШЭ должна быть не менее 2 м.
Приведенным перечнем литературных источников список работ, направленных на улучшение эффективности ШЭ не ограничивается. Среди наиболее интересных можно привести работы отечественных и зарубежных специалистов [122-128]. Выявление связи эффективности с конструкцией ШЭ требует дополнительного изучения. Важным вопросом при проектировании ШЭ является их взаимосвязь с городской средой. В отдельных публикациях обращается, что ШЭ должны вписываться в окружающую среду, дополнять ландшафт [129, 130], но какое-либо системное изучение связи ШЭ с архитектурным обликом города отсутствует. Не рассмотрено влияние городской застройки на эффективность ШЭ.
Градостроительные и ландшафтные аспекты интеграции шумозащитных экранов в окружающую среду Гармоничная интеграция ШЭ окружающую среду требует, чтобы проектное решение учитывало характеристики формы самого сооружения, среды, для которой оно предназначено и конкретные условия его зрительного восприятия.
Расположение шумозащитных сооружений в природной или урбанизированной среде, различных по своим характеристикам, ставит специфичные задачи при их проектировании. Предварительный анализ этих обстоятельств позволяет сформулировать основные направления архитектурного решения, что ведет к достижению желанной архитектурно-эстетической интеграции сооружения в среду. При проектировании ШЭ существуют разные подходы к вписывания его образа в среду на базе подобия, на нюансном или контрастном различии.
Подобие и минимальное проявление сооружения ищется при ясном доминировании характерного, запоминающегося образа среды. В этом случае, ШЭ имеет подчиненную роль, и необходимо найти архитектурное решение, которое не отделяет его от среды (Рис. 2.15). а) б)
Нюансное различие, при вписывании ШЭ в среду, используется с целью внесения нового, дополняющего их общий характер мотива. Контрастное третирование используется редко и оправдано для среды без ясно выраженного характера и без особых эстетических качеств. ШЭ в комплексе с магистралью превращаются в ведущий, организирующии пространство элемент (Рис. 2.16). Проявление сооружения ШЭ в среде на базе контраста
Для гармоничного интегрирования ШЭ в природную среду необходимо учитывать доминирующее значение ее элементов - пространство, рельеф, растительность и акватории, которые своими специфическими сочетаниями формируют характерные модули пространственной организации. ШЭ, как объемно-пространственная структура с линейным развитием формы, должен учитывать пластичный характер природных форм и принимать во внимание основные силуэтные линии и членение природных элементов, специфичных для конкретного ландшафта. Особенно важное значение это имеет при расположении транспортных магистралей; в: районах с ценным; природным ландшафтом . Bv такой среде: ШЭ- ДОЛЖНЬБ иметь подчиненный! характер, причем гармоничная-интеграция! достигается более мягким- ш ненавязчивым их присутствием:. Благодаря? архитектурному решению; базированному на: подобии; илш нюансном различии с элементами» окружающего? пространства-сохраняется и дополняется? облик природного ландшафта.
Важным условием; является- недопущение нарушения- экологического равновесия через негативное: влияние на; местную флору и фауну. Необдуманное расположение и неподходящая конфигурация ШЭ могут привести к ухудшению условий визуального восприятия среды, к препятствию естественных воздушных течений; которые проветривают территорию, и к разрыву миграционных путей представителей местной фауны;
При выборе архитектурно-конструктивного решения ШЭ в урбанизированной среде следует учитывать доминирующий; геометрический характер- форм, и пространственные соотношениям Необходимо? брать, во внимание и специфичные условия: восприятия — фрагментарность чередующихся видов ради: ограниченного и расчлененного городского пространства, восприятие с близкого расстояния, массовость и продолжительность. Более мелкий масштаб городских, элементов и пространства ставит требование подходящего визуального масштаба ШЭ в среде. Немасштабные, угнетающие своими размерами, пропорциями и характером воздействия, ШЭ; ухудшают качества среды и оказывают неблагоприятное психологическое воздействие налюдей.
В условиях оживленной городской среды; имеет значение сохранение визуальных связей:с.окружающими обычными элементами среды. Но этой причине, часто используются; прозрачные ШЭ; дающие возможность сохранения визуальных коммуникаций между разными зонами среды (Рис; 2Л7):
Расчет звука, дифрагирующего через верхнее свободное ребро шумозащитного экрана
Установлено, что при звукоизоляции ШЭ 10 дБА и более, прошедшей! через ШЭ звук не оказывает влияния на формирование отраженного-поля за, ШЭ: для всех рассмотренных выше планировочных ситуаций. При звукоизоляции ШЭ в 8 дБА происходит дополнительное снижение эффективности экранирования за счет звукопроницаемости ШЭ. Величина его различна для разных ситуаций и для ситуации рис. 4.8 составляет 1.7-2.7 дБА. Соответственно, при уменьшении звукоизоляции ШЭ до 2 дБА, эффективность экранирования по сравнению со звукоизоляцией 10 дБА снизится на 4.7 - 6.5 дБА. Аналогичные данные получаются и при других планировочных ситуациях, рассмотренных на рис. 4.9 — 4.11.
В результате расчетов выявлены закономерности совместного влияния звукопроницаемости и отраженного шума на эффективность ШЭ.
Из графиков рис. 4.8 - 4.11 в целом видно; что при удалении расчетных точек от ШЭ происходит рост снижения эффективности экранирования. Это наблюдается во всех рассмотренных ситуациях. При этом в разных расчетных точках влияния звукопроницаемости и отраженного шума на эффективности не одинаково; В расчетных точках вблизи ШЭ снижение эффективности в большей мере происходит из - за низкой звукоизоляции ШЭ. При повышении звукоизоляции до 8 дБА вклад отраженной составляющей шума становится преобладающим. В расчётных точках у поверхности фасада, вклад отраженной энергии в снижение эффективности становится преобладающим над вкладом энергии за счет звукопроницаемости.
При увеличении длины ШЭ, например с 25 м до 50 м (рис.4.8-4.10), наблюдается большее снижение эффективности экранирования. Это объясняется ростом собственной эффективности ШЭ и, соответственно, ростом вклада в суммарное шумовое поле за ШЭ звуковой энергии, проникающей через ШЭ вследствие низкой звукоизоляции, и отраженной звуковой энергии.
Исследование влияния планировочных параметров на отраженную составляющую шума за шумозащитным экраном и эффективность экранирования Влияние высоты ШЭ на уровень шума, образующийся на фасаде здания за счет отражений звука в за экранном пространстве (4/12).
Расчет производился для точек на поверхности фасада при следующих параметрах: высота ШЭ пэкр= 1;3;5;7м; высота здания Нзд=20 м, уровень шума, измеренный на расстоянии 7.5 м от оси дороги LA=85 дБА; расстояние от дороги до ШЭ 1д0р-экр=7 м; высота РТ принималась переменной Нрт=1; 3; 5; 7; 9; 11; 13; 15; 17; 19м, что соответствует номерам точек 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (рис.4.12); расстояние РТ от здания 2м; длина дороги принята Ьдор = 25м; длина ШЭ 1экр=25 м; 1зд=25м; расстояние между ШЭ и зданием 1ЭКр-зд 10 м. В рассмотренном примере здание полностью находилось в зоне акустической тени ШЭ только при высоте ШЭ пэкр=7м.
При увеличении высоты расположения расчетной точки на фасаде здания во всех случаях происходит снижение уровня отраженного шума на поверхности фасада, образованного за счет отражений звука и, соответственно, его вклада в общее шумовое поле. Это объясняется тем, что с ростом высоты ослабевает влияние отражений от поверхностей ШЭ и земли. Влияние вклада отраженной энергии наиболее существенно при больших высотах ШЭ. При малых высотах ШЭ на участках фасада, находящихся за пределами звуковой тени вклад отраженной энергии незначителен (см. графики при Нэкр=1м и Нэкр=3м). В верхней части здания при высоте ШЭ їм (РТ 5-10) увеличение шума за счет отражений составляет 3.9-3.7 дБА. При ШЭ высотой 7м у поверхности здания образуется отраженное звуковое поле с большой неравномерностью распределения по высоте. В этом случае вклад отраженного звука по высоте здания различается более чем на 7 дБА от ALomp=\2.6 дБА до ALomp=5.5 дБА.
Из графиков видно, что вклад отраженной энергии при увеличении высоты ШЭ существенно растет в нижней части здания при малых высотах ШЭ (в данном случае при изменении высоты до Зм). При дальнейшем увеличении высоты ШЭ рост вклада существенно замедляется для всех точек по высоте здания. Это изменение связано с проявлением двух, частично компенсирующих друг друга факторов. Первый фактор проявляется в увеличении площади отражающих поверхностей и, следовательно, в повышении отраженной составляющей шумового поля. С другой стороны увеличение высоты ШЭ приводит к уменьшению дифрагируемой энергии, попадающей в заэкранное пространство и участвующей в образовании отраженного поля. Расчеты показали, что с увеличением высоты ШЭ абсолютное значение отраженной звуковой энергии изменяется незначительно. Однако на фоне существенного снижения дифрагируемой энергии происходит более заметное проявление вклада отраженной составляющей звукового поля.
Было оценено влияние высоты здания на отраженное поле, образующееся у поверхности земли в пространстве между ШЭ и первым эшелоном застройки (4.14).
Для расчетных точек, находящихся у поверхности земли на высоте 1м, была выполнена оценка при следующих планировочных параметрах (рис.4.14): высота здания Нзд=5; 10; 15; 20м; высота ШЭ пэкр=5м; расстояния между РТ и ШЭ 1ЭкР-рт=2; 4; 6; 8; 10; 12м, что соответствует точкам 1;2;3;4;5;6, расстояние РТ от здания 2м; длина дороги принята Ьдор = 25м; длина ШЭ 1экр=25 м; 1зд=25м; расстояние между ШЭ и зданием 1экр.зд=10 м. Результаты расчетов представлены на рис.4.15.
Например, для высоты здания 5 м увеличение уровня для 1 и 6 точек составляет соответственно 4.1 дБА и 9. 8 дБА, а для высоты 20 м - 8.9 дБА и 13.11 дБ А. Возрастание влияния отраженной энергии по мере приближения расчетных точек к зданию объясняется увеличением роли отражающих поверхностей здания в процессе формирования отраженного звукового поля.
Аналогичное влияние оказывает и увеличение высоты здания. Увеличение площади отражающей поверхности фасада ведет к росту отраженной составляющей шума в пространстве за ШЭ. Однако, как видно из графиков с увеличением высоты здания рост влияния отраженного шума замедляется. Например, при изменении высоты здания с 5м до 10м, уровень шума в расчетной точке 6 возрастает на 1.9 дБА. Дальнейшее увеличение высоты здания от 10 м до 15 м приводит к росту уровня на 0.5 дБА. Аналогичная картина наблюдается и в других расчетных точках.
Изменение влияния различных участков поверхностей фасадов зданий на отраженное звуковое поле с ростом их высоты объясняется различным характером отражений звука от нижних и верхних этажей здания. Нижние этажи зданий отражают звук, претерпевший значительное ослабление за счет дифракции через ШЭ. Поверхности фасадов на нижних этажах зданий вносят существенный вклад в формирование отраженного поля. Вклад
Сравнительный анализ вкладов шума в пространстве за экраном за счет отражений звука и его звукоизоляции
Различные конструкции ШЭ с двумя козырьками По результатам расчетов эффективности ШЭ с двумя симметрично расположенными козырьками были построены графики, приведенные на рис. 5.19 - 5.21, по которым можно оценить влияние длины козырьков 1коз.і=1коз.2 и угла их наклона (а=(3) на прирост акустической эффективности ШЭ ALK03. С двумя козырьками по отношению к акустической эффективности ШЭ такой же высоты без козырьков:
Так как прирост эффективности ШЭ с козырьками зависит также и от других дополнительных факторов, то был рассмотрен частный типичный случай, позволяющий выявить принципиальные особенности формирования акустической эффективности ШЭ с двумя симметричными козырьками; - расстояние от бордюра проезжей части до ШЭ R6-3—2м; 230 - расстояние от ШЭ до расчетной точки R3_P.T.=50M; - высота РТ Нрл. =4м; - высота вертикальной части ШЭ (до-козырьков) Нэ=3м и 6м; - число полос транспортного движения п=2 (узкая- магистраль), п=6 (средняя по ширине магистраль), п=10 (широкая магистраль). Из рис. 5.19 - 5.21 видно, что при любом п принципиальный ход кривых прироста акустической эффективности ШЭ возрастает, а с увеличением угла наклона (а, (3) уменьшается.
Из рис. 5.19 следует, что при числе полос п=2 семейство кривых прироста, относящихся к ШЭ высотой Нэ=3м, значительно отличается от семейства кривых прироста, относящихся к ШЭ высотой Нэ=6м. Так, при длине козырька 1К03=Зм и угле а(Р)=15 отличие между кривыми составляет 4 дБ А, при углах 60 -75 отличие составляет 2,7- -2 дБ А. Однако при длине козырька менее 1,5м. расхождение начинает уменьшаться и при малой длине козырька (1коз 0,25м.) все кривые стремятся к общему пределу, составляющему около 3 дБА. При длине козырьков по Зм прирост эффективности ШЭ может составлять от 4 до 10,5 дБА.
При увеличении числа полос движения транспорта, т.е. при увеличении ширины магистрали, оба семейства кривых прироста эффективности начинают накладываться друг на друга, особенно при п=10, и максимальная разница между ними не превышает 2 дБА при п=6 и 1 дБА при п=10.
В целом диапазон значений прироста эффективности ШЭ- с двумя симметричными козырьками изменяется с изменением п мало — на 1,5 дБА при 1К03.=Зм и на меньшую величину при меньших значениях 1коз.
Происходит интересное явление - при увеличении числа полос движения п семейство кривых, относящихся к ШЭ высотой Нэ=6м, сдвигается вверх (прирост эффективности увеличивается) (рис. 5.19 - 5.21).
Из рис. 5.19 - 5.21 можно установить, что при фиксированной длине козырьков (1к-оз.1 lK03.2=const) увеличение угла наклона козырьков уменьшает прирост эффективности ШЭ с козырьками. Например, при п=2, высоте ШЭ
Из этого примера видно, что при козырьках той же длины и расположенных под тем же углом, прирост акустической эффективности ШЭ высотой 6м на несколько дБА меньше, чем при ШЭ высотой Зм.
Таким образом, сооружение козырьков у ШЭ меньшей высоты дает более высокий прирост эффективности экранирования, чем у более высоких ШЭ.
Если зафиксировать какой-либо угол наклона (a=p=const), то с уменьшением длины козырька прирост экранирующего эффекта снижается. Например, при п=2 и Нэ=3м при уменьшении 1коз. с Зм до 0,25м уменьшение прироста составляет 6,5 дБА при а=Р=15 и 3 дБА при а=Р=75. При ШЭ высотой 6м при тех же условиях уменьшение прироста эффективности составляет 3 дБА при а=Р=15 и 1,2 при а=Р=75.
На основании этих и многочисленных вышеприведенных фактов можно сделать вывод, что ШЭ большей высоты как бы обладает большей «инерционностью», т.е. менее восприимчив к изменениям конструкции и градостроительных условий.
Из анализа кривых на рис. 5.19 — 5.21 видно, что наиболее целесообразно принимать угол наклона козырьков а=Р в пределах 15-45. При этом прирост эффективности ШЭ заметно ниже, а расход материалов и стоимость ШЭ такие же.
Длину козырьков по соображениям сложности установки и эксплуатации следует принимать в пределах 0,5—2м. При этом прирост эффективности ШЭ с двумя козырьками будет составлять от 4 Дба до 7-8,5 дБА.
Сравнение эффективности ШЭ с одним козырьком и такого же ШЭ с двумя козырьками (например, рис.5.12 и рис. 5.21) показывает, что последние значительно эффективнее ШЭ с одним козырьком.
Например, при Нэ=3м, п=2, длине козырька 1коз=2м и угле его наклона 15 прирост акустической эффективности для ШЭ с одним козырьком составляет 5,8 дБА, а для ШЭ с двумя козырьками 8,9 дБА, т.е. на 3,1 дБА выше. Аналогичная картина наблюдается во всех остальных случаях, хотя разница между приростами эффективности может быть разной.
Из рис. 5.19 - 5.21 следует, что при углах а=р=90 (Т-образный ШЭ) обеспечиваемый им прирост акустической эффективности небольшой -3- 4 дБА практически при любой длине полки. Поэтому вместо Т-образных ШЭ лучше сооружать ШЭ с двумя козырьками под углами в пределах 15-45. Если же все-таки принимается решение о сооружении Т-образного ШЭ, то длину каждой его полки следует принимать в пределах 0,25-Ю,5м.
Похожие диссертации на Акустический расчет и проектирование конструкций шумозащитных экранов
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
