DSpace VSB-TUO http://www.dspace.vsb.cz OpenAIRE þÿx a d a s t a v e b n í. 2 0 1 2, r o. 1 2 / C i v i l E n g i n e e r i n g Akustické vlastnosti stropu z þÿ p r e f a b r i k o v a n ý c h dy e v o - b e t o n þÿ s py a~ e n ý c h p a n e lo 2013-02-20T12:58:40Z http://hdl.handle.net/10084/96142 Downloaded from DSpace VSB-TUO
Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 2, rok 2012, ročník XII, řada stavební článek č. 22 Pavel ORAVEC 1, Michal HAMALA 2 AKUSTICKÉ VLASTNOSTI STROPU Z PREFABRIKOVANÝCH DŘEVO BETONOVÝCH SPŘAŽENÝCH PANELŮ ACOUSTIC QUALITIES OF A CEILING FROM PREFABRICATED TIMBER CONCRETE COMPOSITE PANELS Abstrakt Článek popisuje akustické vlastnosti tj. vzduchovou neprůzvučnost a hladinu akustického tlaku kročejového zvuku kompozitní konstrukce, spřaženého dřevo betonového stropu. Vlastnosti stropní konstrukce byly experimentálně zjišťovány v akustické laboratoři certifikované zkušebny CSI Zlín na vzorku o velikosti 3,0 x 3,6 m. Byl proveden jeden typ skladby podlahy, z kterého vzešly tři fáze měření. Cílem experimentu bylo zjistit, zda navrhovaný strop obstojí z hlediska akustiky pro použití jako dělicí konstrukce mezi byty. Klíčová slova Stavební akustika, kompozit, dřevo, beton, strop, podlaha, zvuk, izolace. Abstract This article describes the acoustic qualities (sound insulation and a level of acoustic pressure of impact sound) composite construction, composite timber - concrete ceiling. The qualities of the ceiling construction were discovered in the experimental measurements in the acoustic testing laboratory certified by CSI Zlin on a sample of a 3 x 3,6 m size. One type of a floor composition was created. Three phases of measurement have been performed on the tested floor. The aim of the experiment was to determine whether the devised ceiling can be used as a separating element between apartments. Keywords Building acoustics, composite, timber, concrete, ceiling, floor, sound, insulation. 1 ÚVOD 1.1 Implementace dřeva ve stavebních konstrukcích V současnosti se v ČR setkáváme s rostoucím zájmem o použití dřevěných konstrukčních prvků. Největší podíl ve výstavbě představují rodinné a bytové domy. Podíl dřevostaveb pro bydlení v ČR dle ČSÚ představuje přibližně 4 % z celkové bytové výstavby oproti roku 2006, kdy to byli 2 %. Například v Německu je to 7 %, Rakousku a Švýcarsku 10 %, ve skandinávských zemích okolo 75 % a v Kanadě až 80 %. 1 Ing. Pavel Oravec, Ph.D., Katedra pozemního stavitelství, Fakulta stavební, VŠB-Technická univerzita Ostrava, Ludvíka Podéště 1875/17, 708 33 Ostrava-Poruba, tel.: (+420) 597 321 912, e-mail: pavel.oravec@vsb.cz. 2 Ing. Michal Hamala, Katedra pozemního stavitelství, Fakulta stavební, VŠB-Technická univerzita Ostrava, Ludvíka Podéště 1875/17, 708 33 Ostrava-Poruba, tel.: (+420) 597 321 914, e-mail:michal.hamala@vsb.cz. 175
Výhoda dřevostaveb spočívá převážně v rychlosti výstavby a ve zdravém a energeticky nenáročném bydlení. V souvislosti se zdravým bydlením se můžeme setkat s pojmem udržitelnost staveb. V rámci udržitelnosti je budova hodnocena z pohledu jejího zatížení životního prostředí a působení na člověka. V ČR byl za tímto účelem vytvořen hodnotící nástroj SB Tool CZ [1]. Pozitivněji jsou hodnoceny stavby z přírodních materiálů (dřevo, sláma) oproti umělým materiálům (beton, ocel, silikáty). Rozvoj inovativních konstrukčních dřevěných výrobků a systémů na celém světě přispěl k vybudování několika vysokých budov. Série pěti 8 podlažních obytných dřevostaveb ve městě Vaxjo ve Švédsku, 9 podlažní obytná budova (vyrobená z cross lamelových dřevěných CLT panelů) v Londýně ve Velké Británii, jsou předchůdci 6 - podlažní hybridní dřevo - betonové administrativní budovy v Quebec City v Kanadě (2010) [2]. Jejich výstavba a užití kompozitních konstrukcí na bázi dřeva spřaženého s betonem (dřevo-betonu) přináší zlepšení vlastností dřevostaveb, jedná se především o: tuhost konstrukce, akustické vlastnosti (kvalita vnitřního prostředí) [3], odolnost proti požáru. 1.2 Cíl experimentu a parametry vzorku Cílem experimentu bylo ověření akustických vlastností námi navrhované dřevo - betonové stropní konstrukce včetně podlahového souvrství. Celkem proběhly 3 fáze měření: fáze 1: nosná konstrukce (dřevěný KVH nosník + ŽB deska), fáze 2: nosná konstrukce + podlahové souvrství bez nášlapné vrstvy, fáze 3: kompletní skladba podlahy viz Obr. 1. V každé fázi proběhlo laboratorní měření vzduchové neprůzvučnosti a kročejového zvuku. Podmínky zkoušky - parametry zkušebny: zkušební plocha A = 10 m 2 ; objem místnosti zdroje V mz = 90 m 3 ; objem místnosti příjmu V mp = 75 m 3 ; teplota vzduchu t = 22 C; relativní vlhkost φ i = 68 %; atmosférický tlak p = 992 hpa. Popis konstrukce: nosná konstrukce byla složena ze dvou prefabrikovaných dřevo betonových panelů velikosti 1,5 x 3,6 m. Hmotnost každého panelu byla cca 850 kg. Panely byly po betonáži 30 dnů uloženy v bednění v exteriéru (07/2012) pro dosažení optimální pevnosti. Před experimentem byly prvky stabilizovány tři dny ve vnitřním prostředí zkušebny. Vzorek stropu měl přirozenou vlhkost, proto nebyly ovlivněny výsledky měření [4]. Kompletní skladba podlahy: tenkovrstvá podlaha MEISTER LC 100S tl. 9 mm, plošná hmotnost m = 8,8 kg / m 2 sádro - vláknité desky FERMACELL 2E22 tl. 25 mm, plošná hmotnost m = 30 kg / m 2 čedičové desky ROCKWOOL STEPROCK HD 4F tl. 50 mm, plošná hmotnost m = 7 kg / m 2 ŽB deska tl. 60 mm (ocel - kari síť 100/100/5, beton - C 20/25 XO), plošná hmotnost m = 150 kg / m 2 Dřevěný KVH nosník průřezu 100 / 140 mm v délce 3,6 m. 176
Obr. 1: Kompletní skladba podlahy měřeného vzorku stropu Obr. 2: Pohled na panely (NK) z hora Obr. 3: Pohled na panely (NK) ze spodu 1.3 Zkušební postup 1.3.1 Vzduchová neprůzvučnost Měření je prováděno ve zvukových komorách. Konstrukce komor odpovídá normě ČSN EN ISO 10140-5. Zkoušený vzorek je zabudován mezi místností zdroje zvuku a příjmu zvuku. V komoře se zdrojem zvuku se vybudí ustálený zvuk se spojitým spektrem v pásmu od 100 do 5000 Hz. Měří se střední hladiny akustického tlaku (v db) v obou komorách. Neprůzvučnost R je určena vztahem: 10log (db) (1) kde: L 1 - střední hladina akustického tlaku v místnosti zdroje, L 2 - střední hladina akustického tlaku v místnosti příjmu, S - plocha zkoušeného vzorku v m 2, A - ekvivalentní pohltivá plocha v místnosti příjmu v m 2. Velikost ekvivalentní pohltivé plochy se stanoví z doby dozvuku měřené v souladu s ČSN ISO 3382-2 za použití Sabinova vzorce:, (2) kde: V - objem místnosti příjmu (m 3 ), T - doba dozvuku v místnosti příjmu (v sekundách). 177
Z hodnot neprůzvučnosti R v třetino - oktávových pásmech 100 až 3150 Hz se pomocí směrné křivky posunem podle ČSN EN ISO 717-1 stanoví jednočíselná veličina R w a faktory přizpůsobení spektru C, C tr. 1.3.2 Kročejový zvuk Na zkoumanou stropní konstrukci je umístěn normalizovaný zdroj kročejového hluku. Měřeny jsou střední hladiny akustického tlaku v místnosti příjmu v jednotlivých třetino - oktávových pásmech od 100 do 5000 Hz. Normovaná hladina akustického tlaku kročejového zvuku L n se určí podle vztahu: 10log (db) (3) kde: L i - střední hladina akustického tlaku v místnosti příjmu, A - ekvivalentní pohltivá plocha v místnosti příjmu v m 2, A 0 - referenční hodnota, A 0 = 10 m 2. Z hodnot L n v třetino - oktávových pásmech 100 až 3150 Hz se pomocí křivky postupem podle ČSN EN ISO 717-2 stanoví jednočíselná veličina, vážená normovaná hladina kročejového zvuku L nw a faktor přizpůsobení spektru C 1 2 VÝSTUPY Z MĚŘENÍ Graf 1: Průběh hodnot vzduchové neprůzvučnosti (R w ) Graf 2: Průběh hodnot hladiny kročejového zvuku (L nw ) 178
Tab. 1: Výsledné hodnoty akustických měření v jednotlivých fázích Fáze měření Tloušťka konstrukce (bez nosníku) [mm] Vzduchová neprůzvučnost R w [db] 179 Hladina kročejového zvuku L nw [db] fáze 1 60 39 91 fáze 2 135 56 58 fáze 3 144 59 55 3 ZÁVĚR 3.1 Vyhodnocení experimentu Na základě experimentálních výsledků, získaných laboratorním měřením v certifikované zkušebně CSI Zlín bylo na zkoumané konstrukci zjištěno: Nosná konstrukce (fáze měření 1) vykazuje tyto izolační vlastnosti: vzduchová neprůzvučnost R w = 39 db, kročejový zvuk L nw = 91 db. Konstrukce samotná bez dalších vrstev je pro bytovou, popř. administrativní výstavbu z akustického hlediska nevhodná. Kompletní skladba podlahy (fáze měření 3) vykazuje velmi dobré izolační vlastnosti a to i v poměrně malé tloušťce (144 mm), vzduchová neprůzvučnost R w = 59 db, kročejový zvuk L nw = 55 db. Z akustického hlediska lze konstrukci doporučit pro bytovou výstavbu. Akustická měření konstrukce bez nášlapné vrstvy (fáze měření 2) poskytla zjištění, že 9 mm tlustá plovoucí podlaha (opatřena vrstvou kročejové izolace) zvýší izolační schopnosti (vzduchovou neprůzvučnost a kročejový zvuk) konstrukce o 3 db. Z celé série měření je zřejmé, jak jednotlivé vrstvy (navrhnuté skladby podlahy) ovlivňují akustické vlastnosti stropu. Díky těmto měřením bylo postupně zjištěno chování při akustickém zatížení navrhované konstrukce stropu při přidávání jednotlivých vrstev. Naměřené hodnoty jsou vstupním podkladem pro navrhování skladeb s použitými materiály. Dále je možné je využít jako podklad pro matematický model predikce akustických vlastností stropní konstrukce. Zároveň je třeba mít na paměti, že laboratorní měření jsou prováděna za téměř dokonalých podmínek a získané hodnoty nezahrnují korekci pro boční cesty šíření zvuku, které v praxi nelze prakticky zcela odstranit. 5.2 Další možnosti výzkumu 5.2.1 modelování experimentu V dalším kroku výzkumu by bylo vhodné aplikovat experimentální výstupy na vytvoření teoretických numerických předpovědních modelů založených např. na metodě konečných prvků (MKP) pro teoretické navrhování podobných konstrukcí. [5] 5.2.2 experimentální možnosti vylepšení akustických vlastností Technicky vhodné je doplnit skladbu stropní konstrukce další vrstvou (podhledem) a tím relativně snadno docílit ještě většího vylepšení akustických (v tomto případě i protipožárních) vlastností zkoumané konstrukce. Jednou z vhodných variant výběru typu materiálů se nabízí rákosové panely. Jejich dobrá zvuková pohltivost, dobré zvukově izolační vlastnosti a kladné hodnocení z pohledu udržitelnosti staveb nabízí další výrazné zlepšení nejen akustických vlastností stropu. [6] PODĚKOVÁNÍ Práce byla podpořena z prostředků koncepčního rozvoje vědy, výzkumu a inovací pro rok 2012 přidělených VŠB-TU Ostrava Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy České republiky. Příspěvek byl realizován za přispění Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy ČR, projekt CZ.1.07/2.3.00 /20.0013, Tvorba a internacionalizace špičkových vědeckých týmů a zvyšování jejich excelence na Fakultě stavební VŠB-TUO.
Na experimentu se podílely a finančně i věcně jej podpořili firmy Taš Stappa beton spol. s.r.o. Zlín, CIUR, a.s. Brandýs nad Labem, Rockwool, a.s. Bohumín, Podlahy Meister, s.r.o. Hovorčovice, Fermacell GmbH, Praha. Zaměstnanci zkušebny CSI Zlín Miroslavu Figallovi za operativní provedení přípravy a neúnavné testování rozličných variant vzorků v komorách bez ohledu na pracovní dobu. LITERATURA [1] VONKA, Martin. Metodika SBToolCZ: manuál hodnocení bytových staveb ve fázi návrhu. 1. vyd. Praha: Katedra konstrukcí pozemních staveb - Expertní centrum SUBSTANCE, Fakulta stavební ČVUT v Praze, 2011, 167 s. ISBN 978-80-01-04664-7. [2] GAGNON, S a S RIVEST. A case study of a 6-storey hybrid wood-concrete office building in Québec, Canada. In: CRUZ, Editor Paulo J. S. Structures and architecture: proceedings of the 1st International Conference on Structures and Architecture, ICSA 2010, Guimarães, Portugal, 21-23 July 2010. 2010. vyd. Boca Raton, Fla: CRC, 2010, s. 390-397. ISBN 978-041549249-2. [3] HUANG, Li, Yingxin ZHU, Qin OUYANG a Bin CAO. A study on the effects of thermal, luminous, and acoustic environments on indoor environmental comfort in offices. Building and Environment [online]. 2012, roč. 49, s. 304-309 [cit. 2012-09-25]. ISSN 03601323. DOI: 10.1016/j.buildenv.2011.07.022. [4] PAVLÍK, Z., FIALA, L., ČERNÝ, R. Analysis of dielectric mixing models for the moisture assessment of porous building materials. Pollack Periodica [online]. 2009-8-1, roč. 4, č. 2, s. 79-88 [cit. 2012-09-25]. ISSN 1788-1994. DOI: 10.1556/Pollack.4.2009.2.8. [5] FOJTŮ, D. et al. Study of acoustic properties of building materials. In: CHISA 2006: 17th international congress of chemical and process engineering : 27-31 August 2006, Praha, Czech Republic. 1st ed. Praha: Process Engineering Publisher, 2006. ISBN 80-860-5945-6. [6] DÍAZ, C., JIMÉNEZ, M., et al. Propiedades acústicas de los paneles de carrizo. Materiales de Construcción [online]. 2012-03-30, roč. 62, č. 305, s. 55-66 [cit. 2012-09-25]. ISSN 1988-3226. DOI: 10.3989/mc.2010.60510. Oponentní posudek vypracoval: Prof. Ing. Jozef Štefko, CSc., Katedra nábytku a drevárskych výrobkov, Drevárská fakulta, TU vo Zvolene. Doc. Ing. Jan Kaňka, Ph.D., Katedra konstrukcí pozemních staveb, Fakulta stavební, ČVUT v Praze. 180