Miten teräsrakenteinen rakennus eristetään ääneltä?

Miksi teräsrakenteiset rakennukset aiheuttavat ainutlaatuisia äänieristyshaasteita

Ilmasta ja iskusta syntyvän melun voimistuminen teräksen korkean tiukkuuden ja resonanssin vuoksi

Teräksen tiukka rakenne, noin 7 800 kg kuutiometriä kohti, auttaa estämään korkeataajuisten melujen, kuten ihmisten puhetta tai ohikulkevien autojen ääniä, läpäisemistä niin sanotun massalain periaatteen mukaan. Mutta tällä on toinen puoli. Teräs on melko jäykkää materiaalia, mikä tarkoittaa, että se värähtelee itse asiassa melko paljon altistuessaan alhaisentaajuisille äänille, jotka ovat noin 250 Hz:n alapuolella. Tällaisia ääniä ovat esimerkiksi koneiden rummutus tai lämmitysjärjestelmien kautta kulkevat värähtelyt. Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) vuonna 2023 julkaiseman tutkimuksen mukaan nämä värähtelyt voivat itse asiassa tehdä alhaisentaajuisista meluista 6–12 desibeliä kovempia. Kun teräslevyt eivät ole asianmukaisesti eristettyjä, ne toimivat jossakin määrin suurten rumpukalvojen tavoin: ne heijastavat takaisin yli 95 prosenttia niitä osuvasta äänistä, mikä aiheuttaa ärsyttäviä kajaavia ääniä, jotka pysyvät huoneissa liian pitkään.

Rakenteellinen äänen siirtyminen: miten värähtelyt leviävät metallirunkojen ja liitosten kautta

Jalkakäynnistä, käynnissä olevista koneista tai liikkuvista osista aiheutuvat värähtelyt kulkevat teräskehikoissa erinomaisen nopeasti, joskus yli 5000 metriä sekunnissa. Nämä värähtelyt leviävät standardien eristeaineiden läpi ruuveihin, hitsauskohtiin ja muihin rakenteellisiin liitoksiin. Ne kuljettavat myös alhaisen taajuuden ääniä melko pitkiä matkoja, joskus jopa noin 30 metrin päähän lähteestä. Teräs ei lievitä näitä värähtelyjä luonnollisesti yhtä tehokkaasti kuin puu. Testit ovat osoittaneet, että teräs lähettää itse asiassa kolme kertaa enemmän värähtelyenergiaa kuin puu taajuuksilla noin 100 Hz. Tämä tekee suuren eron käytännön sovelluksissa, joissa äänen etenemisen hallinta on tärkeää.

Tehokkaat äänieristysstrategiat teräskehikoisille rakennuskuoren järjestelmille

Akustisesti luokitellut eristetyt metallilevyt (IMP) ja monikerroksiset seinäjärjestelmät

Eristetyt metallilevyt (IMP) akustiikkaan on suunniteltu siten, että äänienhallinta integroidaan suoraan seinärakenteisiin. Levyt toimivat siten, että ne sisältävät kahden teräslevyn välissä esimerkiksi mineraalivillaa tai lasikuitua. Tämä rakenne saavuttaa ääneneristysluokituksia noin 45–55 välillä ilman, että se heikentää rakennuksen lämmöneristystä. Tavallinen metalliverhoilu ei täytä tätä vaatimusta. IMP-levyissä ääniaallot absorboituvat keskimmäiseen kerrokseen, jossa ne muuttuvat lämmöksi eikä heijastu takaisin. Testit osoittavat, että nämä levyt vähentävät ilmasta leviävää melua noin 60 prosenttia tehokkaammin kuin eristämättömät terässeinät. Tämä on loogista kaupallisissa rakennuksissa, joissa melunhallinta on erityisen tärkeää.

Monikerroksinen rakenne: ilmaraot, joustavat kiinnitysprofiilit ja jatkuva tiivistäminen sivutien varalta

Monitasoiset kokoonpanot torjuvat rakenteellista melua strategisella erottelulla ja massan lisäämisellä. Kolmivaiheinen lähestymistapa tuottaa parhaat tulokset:

Menetelmä perustuu massan ja jousen fysiikan periaatteisiin. Painavat materiaalit, kuten massalla varustettu muovikalvo tai paksut kipsilevyt, muodostavat esteen ulkoiselle melulle, kun taas erilliset sisäpinnat imevät sisään sen, mikä kuitenkin pääsee läpi. Tämän toteuttaminen oikein on erinomaisen tärkeää. Aukot levyjen välissä, putkien ympärillä tai seinien ja lattian yhtymäkohdissa mahdollistavat äänen pääsyn ulos. Tutkimukset osoittavat myös yllättävän asian: vain 1 % avoimista alueista koko seinäpinnasta voi puolittaa äänieristyksen suorituskyvyn. Siksi huolellisuus asennuksen aikana tekee niin suuren eron käytännön sovelluksissa.

Rakenteellisen melun erottamiseen käytettävät erottelumenetelmät teräskehikoissa

Äänieristyskiinnittimet, kelluvat lattiat ja värähtelyn vaimentavat ripustukset teräsliitoille

Kun puhumme rakentamisessa tapahtuvasta erottelusta (decoupling), tarkoitamme eri rakennuksen osien erottamista toisistaan siten, että värähtelyt eivät leviä niiden läpi yhtä helposti. Nämä pienet äänieristyskiinnikkeet, jotka asennetaan teräsparien ja kipsilevykanavien väliin, toimivat melko hyvin, koska niissä on sisällään kumimainen materiaali, joka imee iskut. Joissakin tutkimuksissa on arvioitu, että ne vähentävät rakenteiden läpi kulkevaa melua noin kolme neljäsosaa, vaikka tulokset vaihtelevatkin asennuksen laadun mukaan. Lattioissa kelluvat suunnittelut erityisillä alustamateriaaleilla toimivat kuin äänieristyspeitteet, luoden fyysisiä esteitä haluttomien värähtelyjen etenemiselle. Koneelliset laitteet ripustetaan erityisesti suunnitelluille tuenrakenteille, jotka vähentävät rakennukseen siirtyvää ravistelua. Jos nämä menetelmät toteutetaan oikein, ne katkaisevat nuo ärsyttävät värähtelysilta, joita pitkin melu tyypillisesti leviää, ja vähentävät melutasoa yleensä 15–20 desibeliä. Tämä tekee suuren eron esimerkiksi teräskehäisissä asunto- tai toimistorakennuksissa, joissa hiljaisuus on tärkeää.

Kohdattuja parannuksia teräsrakenteisen rakennuksen kriittisille heikkokohtille

STC-luokituksella varustetut akustiset ovet, laminoidut/tuplalasitetut ikkunat ja kehän tiivistysmateriaalit

Teräskehäisissä rakennuksissa on usein ongelmakohtia sisääntulovyöhykkeiden ympärillä. STC 45 tai korkeampaa luokitusta olevat ovet estävät huomattavasti paremmin melua, joka tulee naapuritiloista tai ulkoisesta ympäristöstä. Laminoidulla lasilla tai tuplalasituilla (ilmarakojen kanssa paneelien välissä) valmistetut ikkunat vähentävät äänen läpäisemistä noin puolella verrattuna tavalliseen yksinkertaiseen lasilevyyn. Oven ja ikkunan ympärille asennettavat kehän tiivistysmateriaalit, jotka on valmistettu kumimaisista materiaaleista, muodostavat lähes katkeamaton tiukentavan tiivisteen reunoille. Nämä tiivisteet estävät suurimman osan ärsyttävästä sivukanavamelusta, joka pääsee sisään rakennuksen eri osien välisistä rakoista.

Sisäinen äänenabsorptio: kattoon ripustettavat äänenvaimentimet, akustiset väliseinät ja massalla varustetun vinyylin käyttö

Teräs heijastaa ääntä usein kaikkiin suuntiin, joten sisäpintojen on kyettävä jollakin tavoin vastatoimimaan tämä vaikutus. Suurille avoimille tiloille, kuten varastoille tai tehtaille korkeine kattoineen, riippuvat kattoeristebafflet, jotka on täytetty mineraalivillalla, jonka NRC-arvo on vähintään 0,8, toimivat erinomaisesti kaiun vähentämiseen. Kun kyseessä on erilaisten alueiden erottaminen näissä rakennuksissa, modulaariset akustiset väliseinät ovat yhä suosituimpia ratkaisuja. Nämä ovat yleensä kudoksesta valmistettuja peitteitä, jotka käärelevät lasikuituytimen ja tarjoavat sekä joustavuutta että hyvää akustista suorituskykyä eri toimintoalueiden, kuten toimistojen ja tuotantotilojen, erottamiseen. Alueilla, joissa tapahtuu paljon iskutoimintaa, massakuumennettu vinyl voidaan kiinnittää suoraan teräskehiksi, mikä voi tehdä merkittävän eron. Puhumme värähtelyn siirtymän vähentämisestä 20–30 desibeliä, samalla kun arvokas lattiatila säilyy käytettävissä varsinaisiin toimintoihin.

UKK

Miksi teräsrakenteiset rakennukset vahvistavat melua?

Teräksen korkea tiukkuus auttaa estämään korkeataajuista melua, mutta sen jäykkyys saa sen värähtelemään alhaisen taajuuden äänien vaikutuksesta, mikä vahvistaa näitä meluja.

Kuinka värähtelyt leviävät teräsrakenteissa?

Värähtelyt leviävät nopeasti teräksen läpi, joskus yli 5000 metriä sekunnissa, ja kiertävät standardimaisia eristeitä rakenteellisten liitosten kautta aiheuttaen melun siirtymistä.

Mitkä meluneristysmenetelmät toimivat parhaiten teräsrakennuksissa?

Akustisesti arvioituja metallilevyjä, joustavia kiinnitysraudoja sekä erityisiä eristeitä ja tiivistämiä voidaan käyttää tehokkaasti melun siirtymisen vähentämiseen teräsrakennuksissa.

Mitkä ovat yleisimmät melun heikot kohdat teräsrakennuksissa?

Yleisiä heikkoja kohtia ovat ikkunat, ovet ja rakenteelliset liitokset, joissa ääni voi helposti siirtyä aukkojen tai huonosti tiivistettyjen alueiden kautta.