内蒙古工业大学声屏障设计

1、内蒙古工业大学 环境噪声控制工程课程设计第一章 绪论1.1 环境噪声控制技术概述1.1.1噪声的控制途径 噪声控制的方法分为声源控制、传播途径控制，接受者的控制3个方面。（1）声源控制：声源控制是最有效和最直接的措施，可通过研制与选择低噪声设备，改进生产加工工艺，提高机械设备的加工精度和装配质量，来降低声源辐射的声功率。（2）传播途径控制：传播途径控制可以通过吸声、隔声、消声、隔振等常用的噪声控制技术措施，或使声波改变传播方向，或把声能转化成热能，从而达到减少到达接受者处声能量值的效果。 （3）接受者的控制：接受者的控制即指个人防护措施。可以让工人佩戴护耳器、耳塞或耳罩，从而形成噪声控制的最后

2、一道防线。1.1.2传播途径的控制传播途径控制可以通过吸声、隔声、消声、隔振等常用的噪声控制技术措施，或使声波改变传播方向，或把声能转化成热能，从而达到减少到达接受者处声能量值的效果。1.1.3隔声技术（1）隔声原理：当具有一定能量的噪声入射到一个壁面上时，在声波的作用下，壁面按一定方式进行振动，从而达到消耗声能的目的。（2）隔声结构：单层均匀密实隔声墙，双层隔声墙，复合墙与多层轻质复合隔声结构（3）隔声装置隔声墙，隔声罩，声屏障1.2 课程设计的目的和内容1.2.1设计目的通过本课程设计环节的进行，目的是使学生通过对环境噪声控制技术基础课程学习中的理论、原理部分有更深入的认识，培养学生的科学

3、研究能力，在一定程度上具备分析问题和解决问题能力，具备简单的工程设计能力。通过简单的噪声控制技术的设计，培养学生独立设计能力，掌握基本的设计方法，学会查阅技术资料，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。1.2.2设计内容呼和浩特市新城区新华东街原档案馆（现维多利广场）区域进行拆迁及施工建设。该区域面积60*65平方米。区域东面为呼和浩特市教育考试中心，南面为新华大街，西接档案馆家属院及格林豪泰酒店，北面为内蒙古冶金院家属院。由于该区域位于城市中心地带，受城市交通管制的限制，只能在夜间进行施工。因此，要求做好声屏障的设计及采取相应措施来保护周边居民正常生活。表1-1：噪声实际测量值（dBA)预测点

4、位置预测点高度预测点声级夜 间频率1-2m87.6dB23m72.4dB北133m70.2dB北243m70dB北353m73.2西11.2.3设计要求1.结合我国相关标准，为该区域北侧、西侧设计一声屏障；2.完成噪声敏感建筑物有关参数和使用标准的确定、声屏障设计和计算声屏障结构、材料及在两座建筑物之间的相对位置；声屏障的设计除了达到预期的降噪指标外，还应符合景观、结构、造价和养护等方面的要求。3.编写设计说明书；（字数要求30005000字）4.绘制简图。1.2.4设计原则噪声控制设计一般应坚持科学性、先进性和经济性的原则。（1）科学性首先应正确分析发生机理和声源特性。是空气动力学噪声、机械

5、噪声或电磁噪声、还是高频噪声或中低频噪声。然后确定针对性的相应措施。 （2）控制技术的先进性这是设计追求的重要目标，但应建立在有可能实施的基础上。控制技术不能影响原有设备的技术性能或工艺要求。 （3）经济性经济上的合理性也是设计追求的目标之一。噪声污染属物理污染即声能量污染，控制目标为达到允许的标准值。但国家制定标准有其阶段性，必须考虑当时在经济上的承受能力。1.2.5设计依据（1）中华人民共和国环境保护法，1989年12月26日；（2）中华人民共和国环境影响评价法，2002年10月28日； （3）中华人民共和国环境噪声污染防治法，1996年10月29日；（4）城市区域环境噪声标准（GB309

6、6-2008）； （5）城市区域环境噪声测量方法(GB/T 1462393)； （6）城市区域环境噪声适用区划分技术规范（GB/T 15190-94）。第二章 声屏障的声学设计基础2.1 声屏障声学原理2.1.1绕射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，称之为绕射声衰减，其值用符号Ld表示，并随着角的增大而增大(见图1.b)。声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数，它是决定声屏障插入损失的主要物理量。声源ABdSR反射路径绕射路径透射路径道路声屏障（a）声波传播路径声影区RS直线路径径绕射路径(b)声波绕射路径SR

7、86;(c) 声波的反射反射波直达波绕射波图2-1 声屏障绕射、反射路径图2.1.2透射声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波的频率。声屏障隔声的能力用传声损失TL来评价。TL大，透射的声能小；TL小，则透射的声能大，透射的声能可能减少声屏障的插入损失，透射引起的插入损失的降低量称为透射声修正量。用符号Lt表示。通常在声学设计时，要求TLLd10dB，此时透射的声能可以忽略不计，即Lt0。2.1.3反射当道路两侧均建有声屏障，且声屏障平行时，声波将在声屏障间多次反射，并越过声屏障顶端绕射到受声点，它将会降低声屏障的插入损失，由反射声波引

8、起的插入损失的降低量称之为反射声修正量，用符号Lr表示。为减小反射声，一般在声屏障靠道路一侧附加吸声结构。反射声能的大小取决于吸声结构的吸声系数a，它是频率的函数，为评价声屏障吸声结构的整体吸声效果，通常采用降噪系数NRC。2.2 声屏障声学评价2.2.1 绕射声衰减Ld的计算当线声源的长度远远小于声源至受声点的距离时(声源至受声点的距离大于线声源长度的3倍)，可以看成点声源，对一无限长声屏障，点声源的绕射声衰减为： N 0 N = 0 0N -0.2 （5） 0 dB , N 0.2N菲涅耳数，声波波长，md声源与受声点间的直线距离，mA声源至声屏障顶端的距离，mB受声点至声屏障顶端的距离，

9、m若声源与受声点的连线和声屏障法线之间有一角度时，则菲涅耳数应为N()=Ncos工程设计中，Ld可从图3-1求得图3-1 声屏障的绕射声衰减曲线2.2.2 透射声修正量的计算透射声修正量由下列公式计算： （2-2）2.2.3 反射声修正量的计算反射声修正量取决于声屏障、受声点及声源的高度，两个平行声屏障之间的距离，受声点至声屏障及道路的距离以及靠道路内侧声屏障吸声结构的降噪系数NRC。2.2.4 障碍物盛衰减的确定如果在声屏障修建前，声源和受声点间存在其他屏障或障碍物，则可能产生一定的绕射声衰减，由它们产生的声衰减称之为障碍物声衰减，用符号表示。 由2.2.1，2.2.2，2.2.3来确定。2

10、.2.5 地面吸收声衰减的确定如果地面不是刚性的，则会对传播过程中的声波产生一定的吸收，从而会使声波产生一定的衰减。由地面吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减，用符号LG表示。240120603015012345 受声点至等效行车线距离 图3 地面吸收声衰减（1）地面吸收声衰减LG通常应由现场测量得到。具体测量方法是：在地面上方1.5m和67.5m高处设两个测点，同时测量现场有声源的倍频带(中心频率2502000Hz)或13倍频带(中心频率2002500Hz)的频带声压级或A计权声级。两测点声压级或A声级之差即为。若现场声源不存在(如未建道路)，则可采用人工声源，但必须测量倍频带或13倍频带声

11、压级，以便对未来声源的A计权进行计算。（2）图3中的等效距离由下列公式计算：若现场测量有困难，可由图3来确定 （2-3）受声点至最近的车道中心线距离，m受声点至最远的车道中心线距离，m一般，在DE=55m时，LG为2.5dBA, 在DE=150m时，LG为5dBA。考虑到其它障碍物和地面声吸收的影响，声屏障实际插入损失为 （2-4）max表示取和中的最大者，这是因为一般两者不会同时存在。如果有其他屏障或障碍物存在，地面效应会被破坏掉，因为只有贴近地面，地面声吸收的衰减才会明显。式(2-4)中减去，是因为一旦设计的声屏障建成，原有屏障或障碍物或地面声吸收效应都会失去作用。2.2.6透射声修正量L

12、t的计算若声屏障的传声损失TL-Ld10dB，此时可忽略透射声影响，即Lt0。若TLLd10dB，则可按照下面公式计算透射声修正量Lt。 （2-5） 2.2.7反射修正量Lr计算反射声修正量取决于声屏障、受声点及声源的高度，两个平行声屏障之间的距离，受声点至声屏障及道路的距离以及靠道路内侧声屏障吸声结构的降噪系数NRC。因为反射声修正量与隔声屏计算关系不大，所以可以不考虑。第三章 声屏障的设计3.1确定声屏障设计目标值3.1.1 噪声保护对象的确定根据声环境评价的要求，确定噪声防护对象，它可以是一个区域，也可以是一个或一群建筑物。本设计中的噪声保护对象是北侧和西侧的居民楼和酒店。该施工区域面积

13、为60*65，施工场地距北侧和西侧的建筑物均为5米。3.1.2 代表性受声点的确定代表性受声点通常选择噪声最严重的敏感点，它根据声源点与防护对象相对的位置以及地形地貌来确定，它可以是一个点，或者是一组点。通常，代表性受声点处插入损失能满足要求，则该区域的插入损失亦能满足要求。选择家属楼为代表性受声点，高度为3m。3.1.3声屏障设计目标值的确定声屏障设计目标值的确定与受声点(实测或予测的)、受声点的背景噪声值以及环境噪声标准值的大小有关。本设计中背景噪声值分别取北侧三个点中的最大值为72.4dB,西侧为73.2dB。3.1.4声屏障设计目标值城市区域环境噪声标准（GB3096-93）对各个分区

14、噪声标准做了如下规定：各类标准的适用区域0类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域。位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于 0类标准 5dB执行。 1类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。 2类标准适用于居住、商业、工业混杂区。 3类标准适用于工业区。 4类标准适用于城市中的道路交能干线道路两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声 (指不通过列车时的噪声水平)限值也行该类标准。 因为在本次设计计算中，应该执行以居住、文教机关为主的区域1类标准。查的夜间标准为45dB。3.1.5目标降噪量北侧：72.4-45=27.4dB西侧：73.

15、2-45=28.2dB3.2 声屏障的声学设计（声屏障插入损失计算）声屏障是降低地面运输噪声的有效措施之一。一般36m高的声屏障，其声影区内降噪效果在512dB之间。321 绕射声衰减Ld的计算当线声源的长度远远小于声源至受声点的距离时(声源至受声点的距离大于线声源长度的3倍)，可以看成点声源，对一无限长声屏障，点声源的绕射声衰减为： N 0 N = 0 0N -0.2 （5） 0 dB , N 0.2N菲涅耳数，声波波长，md声源与受声点间的直线距离，mA声源至声屏障顶端的距离，mB受声点至声屏障顶端的距离，m若声源与受声点的连线和声屏障法线之间有一角度时，则菲涅耳数应为N()=Ncos工程

16、设计中，Ld可从图3-1求得图3-1 声屏障的绕射声衰减曲线（1）北侧声屏障经过计算选择，以下三个方案可行性较强。受声点高度为3m，声源点高度-2m,频率取fe=500Hz，长度为60m，受声点距声屏障的距离为3m。方案一：声屏障的有效高度为4m，声屏障距生源点为29m。 B=32+12=3.16 d=322+52=32.38N=1.147>0 =0.68Ld=20Lg()+5=28.0dB方案二：声屏障的有效高度为5m，声屏障距生源点为31m。 31.78B3.6d=342+52=34.37N=2.97>0Ld=20Lg()+5=25.76dB=0.68方案三：声屏障的有效高度为

17、6m,声屏障距生源点为35m。A=35.9m N=5.35>0B=4.24m Ld=20Lg()+5=23.48dBd =38.32=0.68（2）西侧声屏障经过计算选择，以下三个方案可行性较强。受声点高度为3m，声源点高度-2m,频率取fe=500Hz，长度为65m，公路宽度5m，受声点距离声屏障的距离为3m.方案一：声屏障的总高度为4m，声屏障距生源点为30m。A=30.59m B=3.16m d=33.38N=1.09>0Ld=20Lg()+5=28.26dB=0.68方案二：声屏障的总高度为5m，声屏障距生源点为32m。A=32.76m B=3.6m d=35.36mN=1

18、.09>0Ld=20Lg()+5=28.26dB=0.68方案三：声屏障的有效高度为6m，声屏障距生源点为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的计算若声屏障的传声损失TL-Ld10dB，此时可忽略透射声影响，即Lt0。其中TL为声屏障的传声损失，它表示构件隔声性能的大小。一般声屏障的隔声量TL为2030dB，此设计中隔声量TL初定为25dB。所以此时三个方案均可忽略透射声影响，即Lt0。3.3.3反射修正量计算反射声修正量取决于声屏障、受声点及声源的高度，两个平行声屏障

19、之间的距离，受声点至声屏障及道路的距离以及靠道路内侧声屏障吸声结构的降噪系数NRC。因为反射声修正量与隔声屏计算关系不大，所以可以不考虑。3.3.4障碍物声衰减的确定如果在声屏障修建前，声源和受声点间存在其他屏障或障碍物，则可能产生一定的绕射声衰减，由它们产生的声衰减称之为障碍物声衰减，用符号sL表示。由于施工场所与居民区之间没有什么建筑物和其它障碍物，所以障碍物声衰减sL0dB。3.3.5地面吸收衰减的确定如果地面不是刚性的，则会对传播过程中的声波产生一定的吸收，从而会使声波产生一定的衰减。由地面吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减，用符号LG表示。而本设计中，地面为刚性地面，所以可以忽略地

20、面吸收声衰减，即LG0dB。3.3.6声屏障实际插入损失声屏障的总降噪量用插入损失IL来表示，其定义为在保持噪声声源、地形、地面、背景噪声和气候条件等不变的情况下，安装声屏障前后受声点的声压级之差。声屏障的插入损失主要取决于声屏障的绕射声衰减Ld、透射减少量Lt和反射降低量Lr，考虑到其他障碍物和地面吸收的影响，声屏障实际插入损失为： max表示取LS和LG中的最大者，这是因为一般两者不会同时存在。如果有其他屏障或障碍物存在，地面效应LG会被破坏掉，因为只有贴近地面，地面声吸收的衰减才会明显。式(34)中减去(LS, LG)max，是因为一旦设计的声屏障建成，原有屏障或障碍物或地面声吸收效应都

21、会失去作用。 本设计中在声屏障修建前，声源和受声点间不存在其他屏障或障碍物，只考虑地面的吸收声衰减即可。（1）所以北侧三个方案中，声屏障的插入损失分别为：IL1Ld1LtLG2800=28dBIL2Ld2LtLG25.7600=25.76dBIL3Ld3LtLG23.4800=23.48dB（2）所以西侧三个方案中，声屏障的插入损失分别为：IL1Ld1LtLG28.2600=28.26dBIL2Ld2LtLG25.7600=25.76dBIL3Ld3LtLG23.4400=23.44dB北侧对三个方案进行实际选择对比，方案一最好。西侧对三个方案进行选择对比,方案一最好.第四章 声屏障形状及结构

22、4.1声屏障形状声屏障按几何形状一般可分为直立型、R型、Y型。4.1.1直立型声屏障指竖立在道路边缘的平面反射型障板。由于直壁型声屏障用材简易、施方便、造价较低、与环境有较好的融合性，在国内外有广泛的应用。其特性一般可通过增加其高度进行有效的改善,尽管高度增加1m 可带来IL增加1.5dB(A)的效益 。但同样带来了降低教学区采光度、干扰司机视线等负效应。4.1.2 R型声屏障一般用于降噪要求较高但声屏障高度又有一定限制的场合。把声屏障上部折向道路方向，面向道路的一侧做成吸声表面，可以达到很好的降噪效果。声屏障的支撑件多采用H型钢。折壁型声屏障可增加声程差，提高降噪效果。4.1.3 Y型声屏障半封闭型声屏障适用于城市交通干道和两侧高层建筑密集区,其降噪效果非常好。4.2 声屏障材料的选择国内的声屏障如按声学性能分类可分为吸声型(金属吸隔声板）、隔声型(PC板)、混合型（ 吸声与隔声的混合型），这些声屏障其实际效果一般为3-5dB 。4.2.1 FC板 FC纤维水泥加压板简称FC 板，声屏障生产单位用FC穿孔板作声屏障面板，用在高速公路上，主要优点成本低、声学效果一般，最大问题由于其吸水率大于17%，用在室外易风化，寿命短，且不美观