Cách cách âm một tòa nhà có khung kết cấu thép?

Tại Sao Các Tòa Nhà Có Kết Cấu Thép Đặt Ra Những Thách Thức Đặc Biệt Về Chống Ồn

Sự Khuếch Đại Tiếng Ồn Truyền Qua Không Khí Và Tiếng Ồn Do Va Đập Do Độ Dày Đặc Cao Cùng Hiện Tượng Cộng Hưởng Của Thép

Tính chất đặc của thép, khoảng 7.800 kg trên mỗi mét khối, giúp chặn các tiếng ồn tần số cao như tiếng nói chuyện của con người hoặc tiếng xe cộ đi ngang qua, theo nguyên lý được gọi là Định luật Khối lượng. Tuy nhiên, câu chuyện còn có một khía cạnh khác. Thép là vật liệu khá cứng, nghĩa là khi tiếp xúc với các âm thanh tần số thấp dưới khoảng 250 Hz, nó thực tế rung động khá mạnh. Hãy tưởng tượng đến những tiếng ì ầm phát ra từ máy móc hoặc các rung động truyền qua hệ thống sưởi. Theo nghiên cứu của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada (NRC Canada) năm 2023, những rung động này thậm chí có thể làm tăng mức độ ồn tần số thấp lên từ 6 đến 12 decibel. Khi các tấm thép không được lót cách âm đúng cách, chúng sẽ hoạt động tương tự như mặt trống lớn: phản xạ lại hơn 95 phần trăm âm thanh chiếu tới, tạo ra những tiếng vang khó chịu tồn tại trong phòng quá lâu.

Truyền rung động cấu trúc: Cách rung động lan truyền qua khung kim loại và các mối nối

Các rung động do bước chân, máy móc đang hoạt động hoặc các bộ phận chuyển động gây ra lan truyền cực nhanh qua khung thép, đôi khi đạt tốc độ trên 5000 mét mỗi giây. Những rung động này di chuyển xuyên qua các vật liệu cách âm tiêu chuẩn thông qua bu-lông, điểm hàn và các mối nối kết cấu khác. Chúng cũng mang theo âm thanh tần số thấp đi quãng đường khá dài, đôi khi lên tới khoảng 30 mét tính từ nguồn phát. Thép vốn không có khả năng giảm chấn tự nhiên đối với những rung động này như gỗ. Các thử nghiệm đã đo được rằng, ở dải tần số khoảng 100 Hz, thép thực tế phát ra năng lượng rung động gấp ba lần so với gỗ. Điều này tạo ra sự khác biệt lớn trong các ứng dụng thực tế, nơi việc kiểm soát sự truyền âm là yếu tố then chốt.

Các chiến lược cách âm hiệu quả cho vỏ bao ngoài công trình xây dựng bằng khung thép

Tấm kim loại cách nhiệt đạt tiêu chuẩn âm học (IMP) và các hệ tường tổ hợp

Các tấm kim loại cách nhiệt (IMPs) được thiết kế cho mục đích âm học thực tế tích hợp khả năng kiểm soát âm thanh ngay vào chính bản thân tường. Các tấm này hoạt động nhờ cấu tạo kẹp các vật liệu như bông khoáng hoặc sợi thủy tinh giữa hai lớp thép. Cấu trúc này có thể đạt chỉ số phân loại truyền âm (STC) từ khoảng 45 đến 55, mà vẫn không làm giảm hiệu quả cách nhiệt của tòa nhà. Lớp ốp kim loại thông thường hoàn toàn không đáp ứng được yêu cầu này. Với IMPs, sóng âm bị hấp thụ tại lớp lõi ở giữa và chuyển hóa thành nhiệt thay vì phản xạ trở lại ra ngoài. Kết quả thử nghiệm cho thấy những tấm này giảm tiếng ồn truyền trong không khí tốt hơn khoảng 60% so với tường thép thông thường không có lớp cách nhiệt. Điều này hoàn toàn hợp lý khi xét đến các công trình thương mại, nơi kiểm soát tiếng ồn là yếu tố rất quan trọng.

Kết cấu nhiều lớp: khe hở không khí, thanh đàn hồi và niêm phong liên tục dọc các đường truyền âm phụ

Các cụm lắp ghép nhiều giai đoạn làm giảm tiếng ồn kết cấu thông qua việc tách rời chiến lược và tăng khối lượng. Một phương pháp ba giai đoạn mang lại kết quả tối ưu:

Kỹ thuật này dựa trên nguyên lý vật lý khối – lò xo. Các vật liệu nặng như vinyl tải khối hoặc tấm thạch cao dày tạo thành rào cản chống lại tiếng ồn từ bên ngoài, trong khi các bề mặt nội thất riêng biệt hấp thụ phần tiếng ồn còn lọt qua. Việc thực hiện đúng kỹ thuật này rất quan trọng. Bất kỳ khe hở nào giữa các tấm, xung quanh ống dẫn hoặc tại vị trí tường tiếp giáp sàn đều khiến tiếng ồn lọt ra ngoài. Các nghiên cứu cũng chỉ ra một điều đáng ngạc nhiên: chỉ cần 1% diện tích bề mặt tường có khe hở mở là có thể làm giảm một nửa hiệu quả cách âm. Vì vậy, sự tỉ mỉ trong quá trình lắp đặt mang lại khác biệt lớn trong các ứng dụng thực tế.

Các kỹ thuật tách rung để cách ly tiếng ồn cấu trúc trong khung thép

Kẹp cách âm, sàn nổi và móc giảm rung cho dầm thép

Khi nói đến việc tách rời (decoupling) trong xây dựng, điều chúng ta thực sự làm là tách riêng các bộ phận khác nhau của tòa nhà để rung động không thể lan truyền qua chúng một cách dễ dàng. Những chiếc kẹp cách âm nhỏ dùng để lắp giữa dầm thép và thanh dẫn tấm thạch cao hoạt động khá hiệu quả vì bên trong chúng có vật liệu cao su giúp hấp thụ các va chạm. Một số nghiên cứu cho thấy chúng có thể giảm tới khoảng ba phần tư mức độ truyền tiếng ồn qua kết cấu, dù kết quả cụ thể còn phụ thuộc vào chất lượng thi công. Đối với sàn, các thiết kế sàn nổi sử dụng lớp đệm đặc biệt hoạt động như những tấm chăn cách âm, tạo ra rào cản vật lý nhằm ngăn chặn rung động gây phiền nhiễu. Thiết bị cơ khí được treo trên các giá đỡ được thiết kế đặc biệt nhằm giảm thiểu mức độ rung lắc truyền đi khắp tòa nhà. Nếu được thực hiện đúng cách, tất cả những phương pháp này đều phá vỡ các 'cầu rung' gây khó chịu — nơi tiếng ồn thường len lỏi qua — thường làm giảm mức độ tiếng ồn từ 15 đến 20 decibel. Điều này mang lại sự khác biệt rõ rệt trong các căn hộ hoặc văn phòng được xây dựng bằng khung thép, nơi yêu cầu yên tĩnh rất quan trọng.

Các nâng cấp có mục tiêu cho các điểm yếu quan trọng trong tòa nhà kết cấu thép

Cửa cách âm đạt chuẩn STC, cửa sổ kính dán lớp hoặc kính hai lớp và gioăng viền xung quanh

Các tòa nhà khung thép thường gặp vấn đề tại khu vực lối vào. Cửa đạt chỉ số STC từ 45 trở lên có khả năng cách âm hiệu quả hơn nhiều so với các loại cửa thông thường, giúp giảm đáng kể tiếng ồn truyền qua từ các không gian liền kề hoặc từ môi trường bên ngoài. Cửa sổ sử dụng kính dán lớp hoặc kính hai lớp (với các khoảng không khí nhỏ nằm giữa hai tấm kính) có thể giảm khoảng một nửa lượng âm thanh truyền qua so với kính đơn thông thường. Để bịt kín xung quanh cửa và cửa sổ, các gioăng viền làm từ vật liệu tương tự cao su tạo thành một lớp kín gần như liên tục dọc theo các cạnh. Những lớp gioăng này ngăn chặn phần lớn tiếng ồn lan truyền theo đường vòng—loại tiếng ồn khó chịu len lỏi qua các khe hở giữa các bộ phận khác nhau của công trình.

Hấp thụ âm thanh nội thất: tấm treo trần dạng thanh, vách ngăn âm học và ứng dụng màng vinyl có khối lượng cao

Thép có xu hướng phản xạ âm thanh khắp mọi nơi, do đó các bề mặt nội thất cần có biện pháp nào đó để chống lại hiệu ứng này. Đối với những không gian mở lớn như nhà kho hoặc nhà máy có trần cao, các tấm tiêu âm treo trần chứa bông khoáng có chỉ số NRC ít nhất là 0,8 hoạt động rất hiệu quả trong việc giảm tiếng vang. Khi cần phân chia các khu vực khác nhau trong những tòa nhà loại này, các vách ngăn âm học dạng mô-đun ngày càng trở thành lựa chọn phổ biến. Những vách ngăn này thường được bọc vải bên ngoài lõi sợi thủy tinh và vừa mang tính linh hoạt vừa đảm bảo hiệu suất âm học tốt để tạo ra các vùng riêng biệt giữa văn phòng và khu vực sản xuất. Tại những khu vực có nhiều hoạt động gây va đập mạnh, việc dán trực tiếp màng vinyl tải khối lượng (mass loaded vinyl) lên khung thép có thể mang lại sự cải thiện đáng kể — cụ thể là giảm truyền rung từ 20 đến 30 decibel, đồng thời vẫn giữ nguyên diện tích sàn quý giá cho các hoạt động thực tế.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao các công trình xây dựng bằng kết cấu thép lại khuếch đại tiếng ồn?

Mật độ cao của thép giúp chặn tiếng ồn tần số cao, nhưng độ cứng của nó khiến thép rung động dưới tác động của âm thanh tần số thấp, từ đó khuếch đại những tiếng ồn này.

Dao động lan truyền trong các kết cấu thép như thế nào?

Dao động lan truyền nhanh qua thép, đôi khi đạt trên 5.000 mét mỗi giây, di chuyển vòng quanh các vật liệu cách âm tiêu chuẩn thông qua các mối nối kết cấu và gây ra hiện tượng truyền âm.

Các biện pháp cách âm nào hiệu quả nhất đối với công trình xây dựng bằng thép?

Các tấm kim loại đạt tiêu chuẩn âm học, thanh giảm chấn, cùng vật liệu cách nhiệt và chất bịt kín chuyên dụng có thể giảm hiệu quả hiện tượng truyền âm trong các công trình xây dựng kết cấu thép.

Những điểm yếu thường gặp về mặt cách âm trong công trình xây dựng bằng thép là gì?

Các điểm yếu thường gặp bao gồm cửa sổ, cửa ra vào và các mối nối kết cấu—nơi âm thanh dễ dàng truyền qua các khe hở hoặc các khu vực bị bịt kín không đúng cách.