Исследования влияния элементов конструкции придорожного экрана на его акустическую эффективность.

ШУМОЗАЩИТНЫЕ ЭКРАНЫ

Вопросы проектирования шумозащитных экранов

 

 

При проектировании новой и реконструкции существующей застройки на примагистральных территориях следует учитывать, что она будет подвергаться во многих случаях интенсивному воздействию транспортного шума, обусловленного движением автотранспорта, троллейбусов, трамваев, поездов на участках железных дорог и на открытых линиях метрополитена.

Нередко это будет приводить к неблагоприятному шумовому режиму в

застройке, не удовлетворяющему требованиям санитарных норм. Это в свою очередь потребует принимать решения в области ограничения воздействия шума и применения шумозащитных средств.

На борьбу с шумовым загрязнением направлен целый ряд мероприятий:
Административно-организационные мероприятия:

• Составление шумовых карт городов;
• Ограничение движения грузового автотранспорта на внутригородских автомагистралях;
• Дифференциация улиц и дорог по их назначению, скорости движения и составу транспортных потоков;
• Своевременный ремонт и содержание в надлежащем порядке дорожного полотна. Ужесточение контроля за техническим состоянием общественного и личного транспорта (технические осмотры с проверкой шумовых характеристик транспортных средств);
• Вынос автотрасс для транзитного транспорта за пределы городов;
  Архитектурно-планировочные (градостроительные) мероприятия:

• Функциональное зонирование (выделение селитебной, рекреационной, лечебной зон) и отделением их от коммуникационных (шумных) территорий;
• Размещение в первом эшелоне, зданий с низким требованием по шуму. Использование рельефа местности. Прокладывание дорог в тоннелях, закрытых эстакадах. Строительство объездных дорог. Устройство системы парковки и гаражей за пределами жилых районов;
• Снижение количества перекрестков;
• Сооружение шумозащитных экранов (конструкций);
  Инженерно-технические мероприятия:

• Строительство домов со специальной архитектурно-планировочной структурой и объемно-пространственным решением, предусматривающими ориентацию в сторону источника шума. Строительство домов с окнами и балконами, обладающими более высокой звукоизоляцией и специальными вентиляционными устройствами с глушителями шума;
• Своевременный ремонт и содержание в надлежащем порядке дорожного полотна;

Большинство из перечисленных мероприятий находятся в ведении государственных органов и их реализация требует централизованного подхода и многомиллионных капиталовложений. Однако проблему шумового загрязнения можно решать и на уровне отдельных компаний и объектов. Одним из наиболее акустически эффективных и экономически относительно недорогих средств снижения транспортного шума являются придорожные шумозащитные экраны, конструкции которые защищают от шума не только здания, но и расположенную за экранами дефицитную городскую территорию, позволяя тем самым использовать ее под строительство жилых и общественных зданий и объектов социально-бытового назначения.

В условиях стесненной городской застройки, высокой плотности улично-дорожной сети, дефицита свободных территорий наиболее целесообразно применение придорожных шумозащитных экранов в виде

вертикальных стенок из сборного и монолитного железобетона, кирпича, металла, композита, дерева с биостойкой пропиткой, акрила, поликарбоната и др. материалов, устанавливаемых вплотную к поверхности

территории между транспортной магистралью и защищаемыми от ее шума

объектами.

Однако в ряде случаев, и особенно в загородных условиях, возможно применение и других видов экранов, таких как выемки, насыпи, грунтовые

валы, холмы, террасы, элементы естественного рельефа местности. Акустический расчет этих видов экранов производится на основе условного представления их в виде эквивалентных вертикальных экранов-стенок.

При проектировании экранов следует учитывать, что шум от транспортной магистрали может поступать в какую-либо точку пространства за экраном (расчетную точку) двумя основными путями: в виде звука, передаваемого непосредственно через тело экрана (прямой звук), и в виде звука, огибающего верхний край и боковые кромки экрана (дифрагированный звук).

Для предотвращения влияния прямого звука поверхностная плотность экрана (масса 1 кв. м конструкции экрана толщиной h) должна быть не ниже величины, приведенной в табл. 1, в зависимости от требуемого снижения шума экраном.

 

Таблица 1. Требуемая минимальная поверхностная плотность конструкции эрана в зависимости от требуемого снижения уровня звука

Требуемое снижение уровня звука, дБА
Минимальная поверхностная плотность конструкции экрана, кг/кв. м	14,5			19,5		24,5

 

Шумозащитные экраны снижают транспортный шум за счет поглощения, изменения длины волны, отражения, или дифракции.

Дифракция, или огибание звуковыми волнами препятствия, может происходить и по верху экрана, и вокруг него. Из-за природы звуковых волн дифракция не изменяет все частоты равномерно. Высокие частоты (более короткие волны) дифрагируют в меньшей степени; в то время как более низкие частоты (более длинные волны) дифрагируют глубже в «теневую» зону позади экрана. Поэтому экран более эффективен для уменьшения волн звука с высокой частотой по сравнению с волнами звука с более низкими частотами (рис. 1).

Важный аспект дифракции - разность длины между траекторией от источника через вершину экрана до приемника и прямого пути от источника к приемнику при отсутствии между ними препятствий.

 

Рис. 1. Явление дифракции вокруг шумозащитного экрана

 

 

Шумозащитный экран должен быть достаточно высоким и длинным, чтобы только малая часть звуковой волны дифрагировала вокруг него.

Если экран недостаточно длинен, для зданий, находящихся ближе к его концам, снижение шума составит менее 5 дБ (А). Эмпирическое правило - экран должен иметь такую длину, чтобы расстояние между приемником и концом экрана было в 4 раза больше длины перпендикуляра от приемника до экрана. Другой вариант этого правила состоит в том, что угол между перпендикуляром от приемника до экрана и линией от приемника до конца экрана должен составлять не менее 80°.

Иногда для данной местности и геометрии проезжей части нет места, чтобы разместить экран надлежащей длины. В этих случаях проектировщики экрана могут предложить построить экран с концами, загнутыми внутрь.

Эстетика - проблема, которая должна приниматься во внимание всеми специалистами, привлеченными к проектированию и строительству шумозащитного экрана. Это свойство часто столь же важно, как и защита от шума, обеспечиваемая экраном, и зависит от характера и вкусов наблюдателя. Будет ли поверхность шероховатой, наклонной, однородной или неравномерной по высоте, цветной, прямой, изогнутой или имеющей поверхностную обработку зависит от проектировщика и принимается на основе политики и процедур строительства, режима ввода в эксплуатацию и других факторов, которые рассматриваются в процессе принятия решения, связанном с эстетикой экрана.

В проектировании шумозащитных экранов существует два основных подхода к вопросам, связанным с эстетикой. Одна точка зрения состоит в том, что необходимо спроектировать шумозащитный экран с учетом эстетических характеристик таким способом, чтобы он сливался с окружающей средой и не нарушал ее, насколько это возможно, другая - что шумозащитный экран должен быть ориентиром в окружающей среде. Ни один из подходов не должен рассматриваться как единственно правильный. Некоторые эстетические элементы проекта должны оцениваться и рассматриваться раздельно в зависимости от того, с какой стороны экрана находится наблюдатель.

(материал из статьи)

 

 

 

Разработка несложного инженерного метода определения возможности защиты жилой застройки или отдельных зданий от шума транспортной магистрали с помощью экрана.

Исходя из проектной высоты здания, отводимого под него места и ширины транспортной магистрали (числа полос), проектировщик с помощью таблиц, приведенных в данной работе, пытается вначале вписать проектируемое здание в пределы зоны акустической тени за каким-либо экраном. Если это удается, то из этих таблиц определяются требуемая высота экрана и его расположение относительно бордюра проезжей части. Затем по другим таблицам определяется акустическая эффективность экрана-стенки при найденных высоте и расположении экрана.

Исходя из шумовой характеристики транспортного потока с учетом местных условий и снижения шума экраном, рассчитывается ожидаемый уровень шума в расчетной точке, который сравнивается с санитарной нормой допустимого уровня шума. Если ожидаемый уровень шума меньше допустимого или равен ему, то задача решена. Если больше, то проектировщик пытается улучшить (усложнить) конструкцию экрана, чтобы повысить его эффективность. Выбирая по таблице данной работы другие типы конструкций экранов и зная из таблиц и графиков их дополнительный вклад в акустическую эффективность экрана по сравнению с обычным экраном-стенкой, можно выбрать подходящую конструкцию экрана, обеспечивающую выполнение санитарной нормы полностью или частично (тогда требуются дополнительные шумозащитные мероприятия), либо можно придти к выводу о невозможности защиты проектируемого здания от транспортного шума с помощью экрана и искать возможность применения других шумозащитных мер (в первую очередь, шумозащитных окон).

 

 

Вертикальный экран-стенка

При решении вопросов защиты отдельного здания или жилой застройки от шума транспортной магистрали с помощью придорожного экрана проектировщик должен в первую очередь проверить возможность использования экрана в виде вертикальной стенки, изготовленной из различных материалов и установленной на некотором относе R_б-э от бордюра проезжей части, имеющей n полос движения транспорта в обоих направлениях.

Звукопоглощающие экраны.

Если по обеим сторонам дороги установлены параллельные экраны в виде вертикальных стенок или экран-стенка расположен на одной стороне дороги, а на противоположной стороне имеется близко от дороги высотная застройка, то уровень шума перед экраном возрастает за счет многократных отражений звука между экранами (или между экраном и застройкой). При этом, соответственно, усиливается зашумление территории и застройки за экраном.

Для предотвращения этого явления поверхность экрана, обращенная к дороге, должна быть облицована звукопоглощающим материалом в защитной оболочке.

 

 

Наклонные экраны.

Если экран является отражающим, а на противоположной стороне улицы находятся жилые или общественные здания, то для уменьшения влияния на них отражений звука от экрана, экран наклоняют по отношению к территории под углом γ (рис.4). При этом под высотой экрана понимается высота его самой верхней точки над уровнем территории.

 

 

Рис. 4 Наклонный экран

Экраны-насыпи.

В ряде случаев, особенно в загородных условиях, в качестве придорожных экранов могут применяться насыпи или земляные валы. Возможны различные типы насыпей. Однако, наиболее рациональной как по своему устройству, так и по удобству обслуживания является насыпь с откосами под углом 45⁰ и имеющая наверху плоскую полосу шириной около 4м для проезда уборочной и другой техники, обслуживающей насыпь.

Высота насыпи должна быть не меньше 3м, наиболее приемлемый диапазон от 5 до 10м.

Согласно принятой методике /Справочник проектировщика. Защита от шума в градостроительстве/ при расчете экранирующего эффекта насыпи ее условно заменяют экраном прямоугольного сечения, высота которого соответствует высоте насыпи, а ширина равна ширине проезжей части наверху насыпи. Расчет проводят как для экрана-здания.

В рамках данной работы была рассчитана акустическая эффективность экранов-насыпей высотой Нэ=3; 6 и 10м при расположении их в 2м от бордюра проезжей части. При этом рассматривались транспортные магистрали с числом полос n=2 (узкие магистрали, например, загородные сельские дороги), n=6 (магистрали средней ширины) и n=10 (широкие магистрали, типа МКАД, Садового кольца и т.п.).

ШУМОЗАЩИТНЫЕ ЭКРАНЫ

Вопросы проектирования шумозащитных экранов

 

 

При проектировании новой и реконструкции существующей застройки на примагистральных территориях следует учитывать, что она будет подвергаться во многих случаях интенсивному воздействию транспортного шума, обусловленного движением автотранспорта, троллейбусов, трамваев, поездов на участках железных дорог и на открытых линиях метрополитена.

Нередко это будет приводить к неблагоприятному шумовому режиму в

застройке, не удовлетворяющему требованиям санитарных норм. Это в свою очередь потребует принимать решения в области ограничения воздействия шума и применения шумозащитных средств.

На борьбу с шумовым загрязнением направлен целый ряд мероприятий:
Административно-организационные мероприятия:

• Составление шумовых карт городов;
• Ограничение движения грузового автотранспорта на внутригородских автомагистралях;
• Дифференциация улиц и дорог по их назначению, скорости движения и составу транспортных потоков;
• Своевременный ремонт и содержание в надлежащем порядке дорожного полотна. Ужесточение контроля за техническим состоянием общественного и личного транспорта (технические осмотры с проверкой шумовых характеристик транспортных средств);
• Вынос автотрасс для транзитного транспорта за пределы городов;
  Архитектурно-планировочные (градостроительные) мероприятия:

• Функциональное зонирование (выделение селитебной, рекреационной, лечебной зон) и отделением их от коммуникационных (шумных) территорий;
• Размещение в первом эшелоне, зданий с низким требованием по шуму. Использование рельефа местности. Прокладывание дорог в тоннелях, закрытых эстакадах. Строительство объездных дорог. Устройство системы парковки и гаражей за пределами жилых районов;
• Снижение количества перекрестков;
• Сооружение шумозащитных экранов (конструкций);
  Инженерно-технические мероприятия:

• Строительство домов со специальной архитектурно-планировочной структурой и объемно-пространственным решением, предусматривающими ориентацию в сторону источника шума. Строительство домов с окнами и балконами, обладающими более высокой звукоизоляцией и специальными вентиляционными устройствами с глушителями шума;
• Своевременный ремонт и содержание в надлежащем порядке дорожного полотна;

Большинство из перечисленных мероприятий находятся в ведении государственных органов и их реализация требует централизованного подхода и многомиллионных капиталовложений. Однако проблему шумового загрязнения можно решать и на уровне отдельных компаний и объектов. Одним из наиболее акустически эффективных и экономически относительно недорогих средств снижения транспортного шума являются придорожные шумозащитные экраны, конструкции которые защищают от шума не только здания, но и расположенную за экранами дефицитную городскую территорию, позволяя тем самым использовать ее под строительство жилых и общественных зданий и объектов социально-бытового назначения.

В условиях стесненной городской застройки, высокой плотности улично-дорожной сети, дефицита свободных территорий наиболее целесообразно применение придорожных шумозащитных экранов в виде

вертикальных стенок из сборного и монолитного железобетона, кирпича, металла, композита, дерева с биостойкой пропиткой, акрила, поликарбоната и др. материалов, устанавливаемых вплотную к поверхности

территории между транспортной магистралью и защищаемыми от ее шума

объектами.

Однако в ряде случаев, и особенно в загородных условиях, возможно применение и других видов экранов, таких как выемки, насыпи, грунтовые

валы, холмы, террасы, элементы естественного рельефа местности. Акустический расчет этих видов экранов производится на основе условного представления их в виде эквивалентных вертикальных экранов-стенок.

При проектировании экранов следует учитывать, что шум от транспортной магистрали может поступать в какую-либо точку пространства за экраном (расчетную точку) двумя основными путями: в виде звука, передаваемого непосредственно через тело экрана (прямой звук), и в виде звука, огибающего верхний край и боковые кромки экрана (дифрагированный звук).

Для предотвращения влияния прямого звука поверхностная плотность экрана (масса 1 кв. м конструкции экрана толщиной h) должна быть не ниже величины, приведенной в табл. 1, в зависимости от требуемого снижения шума экраном.

 

Таблица 1. Требуемая минимальная поверхностная плотность конструкции эрана в зависимости от требуемого снижения уровня звука

Требуемое снижение уровня звука, дБА
Минимальная поверхностная плотность конструкции экрана, кг/кв. м	14,5			19,5		24,5

 

Шумозащитные экраны снижают транспортный шум за счет поглощения, изменения длины волны, отражения, или дифракции.

Дифракция, или огибание звуковыми волнами препятствия, может происходить и по верху экрана, и вокруг него. Из-за природы звуковых волн дифракция не изменяет все частоты равномерно. Высокие частоты (более короткие волны) дифрагируют в меньшей степени; в то время как более низкие частоты (более длинные волны) дифрагируют глубже в «теневую» зону позади экрана. Поэтому экран более эффективен для уменьшения волн звука с высокой частотой по сравнению с волнами звука с более низкими частотами (рис. 1).

Важный аспект дифракции - разность длины между траекторией от источника через вершину экрана до приемника и прямого пути от источника к приемнику при отсутствии между ними препятствий.

 

Рис. 1. Явление дифракции вокруг шумозащитного экрана

 

 

Шумозащитный экран должен быть достаточно высоким и длинным, чтобы только малая часть звуковой волны дифрагировала вокруг него.

Если экран недостаточно длинен, для зданий, находящихся ближе к его концам, снижение шума составит менее 5 дБ (А). Эмпирическое правило - экран должен иметь такую длину, чтобы расстояние между приемником и концом экрана было в 4 раза больше длины перпендикуляра от приемника до экрана. Другой вариант этого правила состоит в том, что угол между перпендикуляром от приемника до экрана и линией от приемника до конца экрана должен составлять не менее 80°.

Иногда для данной местности и геометрии проезжей части нет места, чтобы разместить экран надлежащей длины. В этих случаях проектировщики экрана могут предложить построить экран с концами, загнутыми внутрь.

Эстетика - проблема, которая должна приниматься во внимание всеми специалистами, привлеченными к проектированию и строительству шумозащитного экрана. Это свойство часто столь же важно, как и защита от шума, обеспечиваемая экраном, и зависит от характера и вкусов наблюдателя. Будет ли поверхность шероховатой, наклонной, однородной или неравномерной по высоте, цветной, прямой, изогнутой или имеющей поверхностную обработку зависит от проектировщика и принимается на основе политики и процедур строительства, режима ввода в эксплуатацию и других факторов, которые рассматриваются в процессе принятия решения, связанном с эстетикой экрана.

В проектировании шумозащитных экранов существует два основных подхода к вопросам, связанным с эстетикой. Одна точка зрения состоит в том, что необходимо спроектировать шумозащитный экран с учетом эстетических характеристик таким способом, чтобы он сливался с окружающей средой и не нарушал ее, насколько это возможно, другая - что шумозащитный экран должен быть ориентиром в окружающей среде. Ни один из подходов не должен рассматриваться как единственно правильный. Некоторые эстетические элементы проекта должны оцениваться и рассматриваться раздельно в зависимости от того, с какой стороны экрана находится наблюдатель.

(материал из статьи)

 

 

 

Разработка несложного инженерного метода определения возможности защиты жилой застройки или отдельных зданий от шума транспортной магистрали с помощью экрана.

Исходя из проектной высоты здания, отводимого под него места и ширины транспортной магистрали (числа полос), проектировщик с помощью таблиц, приведенных в данной работе, пытается вначале вписать проектируемое здание в пределы зоны акустической тени за каким-либо экраном. Если это удается, то из этих таблиц определяются требуемая высота экрана и его расположение относительно бордюра проезжей части. Затем по другим таблицам определяется акустическая эффективность экрана-стенки при найденных высоте и расположении экрана.

Исходя из шумовой характеристики транспортного потока с учетом местных условий и снижения шума экраном, рассчитывается ожидаемый уровень шума в расчетной точке, который сравнивается с санитарной нормой допустимого уровня шума. Если ожидаемый уровень шума меньше допустимого или равен ему, то задача решена. Если больше, то проектировщик пытается улучшить (усложнить) конструкцию экрана, чтобы повысить его эффективность. Выбирая по таблице данной работы другие типы конструкций экранов и зная из таблиц и графиков их дополнительный вклад в акустическую эффективность экрана по сравнению с обычным экраном-стенкой, можно выбрать подходящую конструкцию экрана, обеспечивающую выполнение санитарной нормы полностью или частично (тогда требуются дополнительные шумозащитные мероприятия), либо можно придти к выводу о невозможности защиты проектируемого здания от транспортного шума с помощью экрана и искать возможность применения других шумозащитных мер (в первую очередь, шумозащитных окон).

 

 

Исследования влияния элементов конструкции придорожного экрана на его акустическую эффективность.

Акустическая эффективность придорожного экрана представляет собой разность между уровнем звука в некоторой точке наблюдения за экраном и уровнем звука в той же точке при отсутствии экрана.

На основании многочисленных теоретических и экспериментальных исследований было установлено, что акустическая эффективность экрана ΔL_э является функцией от числа Френеля N:

, (1)

где , (2)

λ- длина звуковой волны,

δ= a+b-c - разность путей дифрагированного звука, т.е. части звуковой волны, обогнувшей экран через его верхнюю (и боковые при экране небольшой протяженности) кромку (а+b), и прямого звука, т.е. звуковой волны, которая прошла бы от источника в точку наблюдения при отсутствии экрана (с) (рис.2).

 

Рис. 2.

Различными авторами предложены разные расчетные формулы и графики, устанавливающие явный вид зависимости Δ L_э от числа Френеля N.

В настоящее время во всем мире известно множество различных конструкций экранов. Из них можно выделить ряд основных типов, приведенных на рис.3.

Для выявления влияния конструктивных особенностей экранов на их акустическую эффективность было целесообразно определять, какой дополнительный выигрыш (проигрыш) в снижении транспортного шума дает экран конкретного типа по сравнению с классическим отражающим экраном в виде вертикальной стенки аналогичной высоты, установленным в том же месте и при прочих равных условиях.

Ниже последовательно рассмотрены все основные случаи. При исследованиях использовался график Маекавы, расчеты проводились на компьютере.

Следует отметить, что ввиду очень большого разнообразия сочетания различных параметров, связанных с придорожным экраном, охватить все случаи невозможно. Поэтому приводимые ниже зависимости носят усредненный оценочный характер, позволяющий, однако, получать данные достаточно близкие к реальности. В случае необходимости для конкретной ситуации может быть сделан индивидуальный более точный расчет.

 

 

Рис.3. Основные типы конструкции придорожных экранов.

 

Вертикальный экран-стенка

При решении вопросов защиты отдельного здания или жилой застройки от шума транспортной магистрали с помощью придорожного экрана проектировщик должен в первую очередь проверить возможность использования экрана в виде вертикальной стенки, изготовленной из различных материалов и установленной на некотором относе R_б-э от бордюра проезжей части, имеющей n полос движения транспорта в обоих направлениях.

Звукопоглощающие экраны.

Если по обеим сторонам дороги установлены параллельные экраны в виде вертикальных стенок или экран-стенка расположен на одной стороне дороги, а на противоположной стороне имеется близко от дороги высотная застройка, то уровень шума перед экраном возрастает за счет многократных отражений звука между экранами (или между экраном и застройкой). При этом, соответственно, усиливается зашумление территории и застройки за экраном.

Для предотвращения этого явления поверхность экрана, обращенная к дороге, должна быть облицована звукопоглощающим материалом в защитной оболочке.

 

 

Наклонные экраны.

Если экран является отражающим, а на противоположной стороне улицы находятся жилые или общественные здания, то для уменьшения влияния на них отражений звука от экрана, экран наклоняют по отношению к территории под углом γ (рис.4). При этом под высотой экрана понимается высота его самой верхней точки над уровнем территории.

 

 

Рис. 4 Наклонный экран