Jak izolować akustycznie budynek o konstrukcji stalowej?

Dlaczego budynki o konstrukcji stalowej stwarzają unikalne wyzwania w zakresie zagłuszania

Wzmocnienie hałasu powietrznego i uderzeniowego spowodowane dużą gęstością stali oraz jej rezonansem

Gęsta natura stali, wynosząca około 7800 kg na metr sześcienny, przyczynia się do tłumienia hałasów o wysokiej częstotliwości, takich jak rozmowy ludzi czy przejeżdżające samochody, zgodnie z tzw. prawem masy. Istnieje jednak inna strona tej historii. Stal jest materiałem dość sztywnym, co oznacza, że w rzeczywistości intensywnie drga pod wpływem dźwięków o niższej częstotliwości, poniżej około 250 Hz. Chodzi tu m.in. o grzechot maszyn lub wibracje przenoszone przez systemy ogrzewania. Zgodnie z badaniami przeprowadzonymi w 2023 r. przez National Research Council Canada (NRC Canada) te wibracje mogą faktycznie wzmacniać hałasy niskoczęstotliwościowe o 6–12 decybeli. Gdy blachy stalowe nie są odpowiednio wyłożone, zachowują się częściowo jak duże bębny: odbijają ponad 95 procent wszelkiego dźwięku, który w nie uderza, tworząc uciążliwe pogłosy utrzymujące się w pomieszczeniach zbyt długo.

Przenoszenie drgań strukturalnych: sposób, w jaki wibracje rozprzestrzeniają się przez metalowe konstrukcje nośne i połączenia

Wibracje wywołane krokami, pracującymi maszynami lub poruszającymi się częściami rozprzestrzeniają się bardzo szybko przez konstrukcje stalowe, czasem z prędkością przekraczającą 5000 metrów na sekundę. Te wibracje przenikają przez standardowe materiały izolacyjne poprzez śruby, spoiny i inne połączenia konstrukcyjne. Przenoszą również dźwięki o niskiej częstotliwości na dość duże odległości — czasem nawet na odległość około 30 metrów od źródła. Stal naturalnie nie tłumi tych wibracji tak skutecznie jak drewno. Badania wykazały, że przy częstotliwościach około 100 Hz stal emituje trzykrotnie więcej energii wibracyjnej niż drewno. Ma to istotne znaczenie w zastosowaniach praktycznych, gdzie kluczowe jest kontrolowanie przenoszenia hałasu.

Skuteczne strategie izolacji akustycznej dla obudów budynków o konstrukcji stalowej

Akustycznie oceniane izolowane płyty metalowe (IMP) oraz kompozytowe systemy ścian

Płyty metalowe izolowane akustycznie (IMPs) są zaprojektowane tak, aby wbudować kontrolę hałasu bezpośrednio w ściany. Działają one dzięki konstrukcji warstwowej, w której materiały takie jak wełna mineralna lub szklana są umieszczone pomiędzy dwiema warstwami stali. Takie rozwiązanie pozwala osiągnąć klasy oceny tłumienia dźwięku (STC) w zakresie od ok. 45 do 55, bez pogorszenia właściwości termoizolacyjnych budynku. Standardowa blacha metalowa nie zapewnia takich efektów. W przypadku płyt IMP fale dźwiękowe są pochłaniane w warstwie środkowej i przekształcane w ciepło zamiast odbijać się na zewnątrz. Badania wykazują, że płyty te redukują hałas powietrzny o około 60% skuteczniej niż zwykłe, nieizolowane ściany stalowe. Jest to szczególnie uzasadnione w budynkach komercyjnych, gdzie kontrola hałasu ma kluczowe znaczenie.

Konstrukcja warstwowa: szczeliny powietrzne, kanały elastyczne oraz ciągłe uszczelnienie ścieżek ubocznych

Złożone zespoły wielostopniowe eliminują hałas strukturalny poprzez strategiczne rozłączenie elementów i zwiększenie masy. Trzystopniowe podejście zapewnia optymalne rezultaty:

Technika ta opiera się na zasadach fizyki układu masy i sprężyny. Ciężkie materiały, takie jak winyl obciążony masą lub grube płyty gipsowo-kartonowe, tworzą barierę przeciwko zewnętrznemu hałasowi, podczas gdy oddzielne powierzchnie wewnętrzne pochłaniają to, co przez nią przechodzi. Poprawne wykonanie tej techniki ma ogromne znaczenie. Każda szczelina między płytami, wokół rur lub w miejscach styku ścian ze stropem czy podłogą umożliwia ucieczkę dźwięku. Badania wykazały również coś zaskakującego: zaledwie 1% otwartej powierzchni całej ściany może zmniejszyć skuteczność izolacji akustycznej o połowę. Dlatego też szczegóły montażu mają tak duże znaczenie w rzeczywistych zastosowaniach.

Techniki rozłączenia w celu izolacji hałasu strukturalnego w konstrukcjach stalowych

Klipsy do izolacji akustycznej, podłogi pływające i zawiesia tłumiące drgania dla belek stalowych

Gdy mówimy o rozłączeniu w budownictwie, chodzi nam w rzeczywistości o oddzielenie różnych części budynku, aby drgania mogły się przez nie przenosić znacznie trudniej. Te małe klipty izolacyjne do tłumienia dźwięku, montowane pomiędzy belkami stalowymi a profilami do gipsokartonu, działają dość skutecznie, ponieważ zawierają wewnątrz materiał gumowy pochłaniający uderzenia. Niektóre badania sugerują, że zmniejszają one przenoszenie hałasu przez konstrukcję o około trzy czwarte, choć wyniki zależą od jakości wykonania. W przypadku podłóg rozwiązania pływające z użytkowaniem specjalnych podkładek działają jak koce akustyczne, tworząc barierę fizyczną przeciwko niepożądanej wibracji. Sprzęt mechaniczny zawiesza się na specjalnie zaprojektowanych podporach, które ograniczają przekazywanie drgań przez cały budynek. Jeśli wykonane zostaną prawidłowo, wszystkie te metody niwelują uciążliwe „mostki wibracyjne”, przez które hałas ma tendencję do przenikania, co zwykle powoduje obniżenie poziomu hałasu o 15–20 dB. Ma to ogromne znaczenie w mieszkaniach lub biurach wybudowanych w konstrukcji stalowej, gdzie cisza jest istotna.

Zadane ulepszenia dla krytycznych punktów słabych w budynku ze stalowym szkieletem

Drzwi akustyczne z oceną STC, okna laminowane/dwuszybowe oraz uszczelki obwodowe

Budynki o stalowym szkielecie często mają problemy w strefach wejściowych. Drzwi o ocenie STC wynoszącej 45 lub wyższej znacznie skuteczniej tłumią hałas przenikający z przyległych pomieszczeń lub z zewnątrz. Okna wykonane ze szkła laminowanego lub dwuszybowe (z małymi przestrzeniami powietrznymi między szybami) redukują przenikanie dźwięku o około połowę w porównaniu do zwykłych jednoszybowych szyb. Do uszczelniania otworów drzwiowych i okiennych uszczelki obwodowe wykonane z materiałów podobnych do gumy tworzą niemal ciągłą barierę wzdłuż krawędzi. Takie uszczelki zapobiegają przenikaniu większości irytujących dźwięków bocznych, które dostają się przez szczeliny pomiędzy różnymi elementami budynku.

Wewnętrzne pochłanianie dźwięku: zawieszone sufitowe elementy pochłaniające, przegrody akustyczne oraz zastosowania winylu o zwiększonej masie

Stal ma tendencję do odbijania dźwięku w różnych kierunkach, dlatego powierzchnie wewnętrzne muszą w jakiś sposób przeciwdziałać temu zjawisku. W przypadku dużych, otwartych przestrzeni, takich jak magazyny lub zakłady produkcyjne z wysokimi sufitemi, zawieszone sufitowe przegrody akustyczne wypełnione wełną mineralną o współczynniku pochłaniania dźwięku (NRC) wynoszącym co najmniej 0,8 skutecznie ograniczają pogłos. Gdy chodzi o oddzielanie różnych stref w tego typu budynkach, coraz częściej wybiera się modułowe przegrody akustyczne. Zazwyczaj są one pokryte tkaniną i zawierają rdzenie z włókna szklanego, zapewniając zarówno elastyczność, jak i dobrą skuteczność w tworzeniu wyodrębnionych stref między biurami a halami produkcyjnymi. W obszarach, w których występuje intensywne obciążenie uderzeniowe, bezpośrednie naklejenie masywnego winylu z obciążeniem masowym (MLV) na stalowe konstrukcje może przynieść znaczące korzyści. Mowa tu o redukcji przenoszenia drgań w zakresie od 20 do 30 decybeli przy jednoczesnym zachowaniu cennych powierzchni podłogowych niezbędnych do prowadzenia rzeczywistych operacji.

Często zadawane pytania

Dlaczego budynki ze stalową konstrukcją wzmacniają hałas?

Wysoka gęstość stali pomaga blokować hałas o wysokiej częstotliwości, ale jej sztywność powoduje drgania pod wpływem dźwięków o niskiej częstotliwości, wzmacniając te hałasy.

W jaki sposób rozprzestrzeniają się drgania w konstrukcjach stalowych?

Drgania rozprzestrzeniają się szybko przez stal, czasem z prędkością przekraczającą 5000 metrów na sekundę, omijając standardowe materiały izolacyjne przez połączenia konstrukcyjne i powodując przenikanie hałasu.

Jakie środki zapobiegawcze przeciwko hałasowi są najskuteczniejsze w budynkach stalowych?

Płyty metalowe z certyfikatem akustycznym, kanały elastyczne oraz specjalistyczna izolacja i uszczelniacze mogą skutecznie ograniczać przenikanie hałasu w budynkach o konstrukcji stalowej.

Jakie są typowe punkty słabości pod względem hałasu w budynkach stalowych?

Typowymi punktami słabości są okna, drzwi oraz połączenia konstrukcyjne, przez które hałas może łatwo przenikać przez szczeliny lub niedostatecznie uszczelnione obszary.