雨噪声实测，轻质屋面雨打噪声研究

weixin

　　雨噪声很早就受到人们的注意。国内外剧场设计规范中，有采用重屋面防止雨噪声的要求。近年来，大跨度、造型奇异的建筑增多，轻质屋盖大量使用，雨噪声问题增多。在别墅、学校校舍、体育馆、演播厅、电影院、剧场剧院等建筑中采用彩钢夹心板、膜结构、金属屋面、阳光板等轻屋盖时，常有雨噪声问题。

　　降雨是水滴从高空的云中滴落形成的，这种云称为水云。水云中有大量微小水滴，凝结或互相碰撞并合而增大，增大到一定程度时，热浮力不能维持水滴的重量，形成雨滴，出现降雨。雨滴刚降落时为加速运动，随着速度的增大，空气阻力迅速增大，很快达到平衡速度。由于雨滴在降落过程中的不断破碎和组合，降落到地面时雨滴粒径分布是基本稳态的。研究表明，小雨时落地雨滴粒径较小，大雨或暴雨时雨滴粒径较大，雨滴粒径直径一般在0.1mm到6mm之间。

　　雨量是衡量雨强的指标，气象学中用“mm/min”表示，即在一分钟内降到地面雨水水层的厚度。根据北京气象局提供的资料，世界最猛烈的降雨在1970年11月26日加勒比海瓜德罗普岛的巴尔斯特达，38.1mm/min;国内最强降雨在1971年7月1日山西太原地区古交市梅洞沟，达10.6mm/min。对于北京等华北地区，年常见短时大雨雨强在0.25mm/min，二十年一遇短时大雨雨强约为1mm/min，五十年一遇短时特大雨雨强约为2mm/min。

　　粒径越大的雨滴降落末速度越大，落地冲量也越大，产生的雨噪声越大。6mm粒径时，落地时极限末速度可达10m/s左右。作为人工模拟降雨，采用最大的雨滴粒径6mm模拟雨噪声最大的情况，雨强在0.5-2mm/min范围内调节。

　　粒径6mm雨滴自由降落末速度与降落高度关系如表1所示。在ISO/CD140-18标准中推荐人工模拟暴雨时，降雨强度采用0.7mm/min，雨滴直径采用5mm，降雨末速度为7m/s。

　　表1 粒径6mm雨滴自由降落末速度与降落高度关系表

　　根据表1，考虑到实验室层高条件，可采用落雨直径6mm，降落3m进行雨噪声测量。降落3m末速度约极限末速度的70%，雨滴冲击屋盖板能量为极限末速度的50%，按能量减半噪声减3dB原则，实验室条件测量雨噪声增加3dB修正可得到实际降雨条件下的雨噪声数值。

　　图1是清华大学建筑学院设计采用的模拟雨噪声实验装置。水管(排)穿孔自由滴出6mm左右直径的水滴，通过供水水箱水位高度调节滴水压力，控制雨量，在屋盖板下面的接收室(混响室)测量雨噪声。

　　图1 模拟雨噪声实验装置图

　　轻质屋盖材料实验室雨噪声实测值

　　在清华大学进行的雨噪声测试时，将12m2左右测试屋面构件安装在接收室作为顶棚，接收室为“房中房”浮筑结构，有效防止侧向传声，保证接收室内测量的声能均来自于屋盖构件受雨滴冲击所产生的声音。垂直落雨面积为10m2，根据接收室测量的声压级按ISO3741计算可获得屋盖每平米雨噪声声功率级，该数值可用作屋面构造雨噪声比较，也可预测房间室内噪声。

　　表2 几种屋盖构造的实验室实测值

　　图2 波纹彩钢板

　　图3 彩钢板+静香隔声毡

　　图4 厚聚苯彩钢夹心板

　　图5 厚聚苯彩钢夹心板+轻质隔声层

　　图6 钛金属屋面板+K13 吸声纤维层

　　图7 金属屋面板+TC 吸声纤维层

　　图8 双层ETFE薄膜气枕

　　图9 双层ETFE薄膜气枕+TEXLON防雨网

　　应用实验室数计算实际建筑室内的雨噪声

　　在实际工程中，最关心的是预测轻质屋盖的房间中雨噪声的数值。实验室测量值为1m2屋盖正投影受雨冲击产生的噪声声功率，可以计算在某建筑屋顶受雨面积条件下室内总噪声声功率级，再通过房间容积和房间吸声量修正可计算的室内声压级。计算步骤如下：

　　1. 通过下式将实验室测量值转换为实际受雨面积条件下的屋盖的总声功率值Lw。

　　其中，Lw为实际建筑屋盖产生的声功率;Llab为实验室测量平米声功率值;S为建筑屋盖受雨垂直总面积。

　　2. 通过下式计算房间吸声量A。

　　其中，A为房间吸声量;V为房间容积;T为房间预测混响时间。

　　3. 通过下式计算房间室内声压级Lp。

　　其中，Lp为室内声压级;Lw为屋盖总噪声声功率级;A为室内吸声量。

　　来源：燕翔《轻质屋盖雨噪声的实验研究》/sosoac 微信公众号