建筑物理环境汇总.docx
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建筑物理环境汇总
建筑物理环境
建筑声学
厅堂音质噪声控制
建筑光学
人工照明
天然采光
建筑热工
保温节能
室内舒适
建筑物理环境概论
室内设计
景观设计
建筑声学课程的两大任务
l为创造安静的环境，降低、隔绝和控制不需要的声音―噪声控制
第一篇：
建筑声学
l提供良好的听闻环境，满意的音质―音质设计
聋的建筑师遇到了瞎子声学家设计出的大厅将会成什么样？
！
当前建筑设计中存在的若干声学问题1、大量住宅建设中的隔声问题2、各类厅堂中的室内音质问题3、轻薄结构和预制构件带来的隔声新问题4、现代化建筑中大量采用各种机械设备，使噪声源增多，噪声增大，尤其在高层建筑中，机房条件受限制，将如何处理好这类问题。
5、设计中重造型，轻功能的倾向，带来许多与声学要求相违的后果！
！
！
美国耶鲁大学建筑系建筑声学教科书封面
重大失败事故[之一]l纽约林肯文化中心，是美国二战以后规模最大的文化建设项目，由5座演艺建筑组成，其最后建成也是最重要的一座音乐厅
20世纪中有过几次重大建筑声学事故!
（2644座），于1962年建成。
l后由于音质缺陷，虽经5次聘请世界一流专家改造，由于先天不足，虽在1975年除保留结构外，全部拆除重建，音质有明显改善，但仍落得B级水平。
其中一个主要原因，建筑师不重视科学，不尊重声学顾问的意见当然建筑声学本身也存在一些未知因素。
重大失败事故[之二]
曾被誉为20世纪最佳建筑之一的悉尼歌剧院中音乐厅（2679座）历时15年，造价超出预算11倍（1973年完工）。
政府已无力支付，以发行债券向市民集资来完成。
但澳洲人以此地标性建筑闻名于世而感到骄傲。
但由于音质不佳，而又未能改进，长期来为音乐界所抱怨，乃至引发悉尼交响乐团抵制在该厅演出。
（见人民日报报导）
人民日报1999年9月4日世界日报1999年9月4日
耄耋老人重塑悉尼剧院
雪梨歌剧院虚有其
长驻交响乐团要胁抵制?
建筑设计享誉全球的澳洲雪梨歌剧院，外形雄伟，不过原来它外强中乾，只得外观独特，内里的音乐厅设计甚为不堪，音响效果奇差。
雪梨交响乐团的总指挥向杂志《二十四小时》表示，歌剧院音乐厅内一些设计十分笑话，例如他们在台上演奏时发出的音乐应散发向音乐厅，但现在这些音乐只能围著台团团转，甚至被台上方的一个圆顶「吸走」。
他还指摘，建在乐池上的环形聋音反射器根本不能把音乐反射出去，用来「做厕所门板还好」。
长驻歌剧院的雪梨交响乐团更威胁，如果歌剧院的音乐厅不重新设计，交响乐团会抵制雪梨歌剧院，并考虑迁往其他场地演出。
雪梨交响乐团总经理则指出，出现问题的主要原因是雪梨歌剧院的音乐厅原本就为歌剧而设计，不太适合交响乐团的演出，因交响乐有不同的音响要求。
有二十六年历史的雪梨歌剧院被认为是建筑学上的杰作，不过其音乐厅的音响效果一向被评为不佳，歌剧院剧场也被指表演和後台空间太小。
负责管理歌剧院的信托基金会正考虑重修雪梨歌剧院，并向丹麦籍原设计者乌特松寻求意见。
（美联社）
黎明
悉尼歌剧院屹立于港畔的贝尼朗岬角之上。
它宛若一组扬帆出海的船队，又如一枚枚被遗落在海滩上的白色巨形贝壳，一直以其造型新颖、风姿绰约闻名于世。
美国1999年建筑博览会将其列入20世纪全球十大著名建筑。
丹麦建筑设计师约恩·乌特松凭此杰作足以名垂青史。
但悉尼却是让他功成名就又毁誉半生的地方。
1966年，在悉尼歌剧院建造过程中爆出费用丑闻和设训—争执之后，约恩·乌特松一气之下拂袖离去。
这一别就是30年，他没能亲眼目睹自己作品的诞生。
他未完的设计由澳大利亚政府任命的建筑师接管，最初的室内装潢设计也被摒弃。
乌特松的寓去，是祸是福难以辨清’，但遗憾却留给了世人。
自1973年歌剧院建成以来，对室内设计的非议一直不绝于耳。
交响乐团抱怨音响效果太差，表演艺人嫌舞台和后台空间太窄，而观众不满意的地方就更多了：
洗手间太少，楼梯太陡，没有残疾人专用通道……千禧年之际，新南威尔士州终于决定提供数百万元资金，对歌剧院进行改造。
悉尼歌剧院信托委员会主席斯克尔钦斯基和新南威尔士州总理鲍勃·卡尔不约而同地想起了约恩·乌特松，请他出山可以延续歌剧院原来“非凡的视觉的设计”。
现年股岁的乌特松最终同意出任设计顾问，并执笔制定设计原则。
这位著名的设计师在声明中说：
“我想悉尼歌剧院就像一件乐器，需要时常保养和调音……”但年老体弱的他最终还是无法启程亲临现场指导，更无缘目睹改造工程的竣工。
他的儿子兼商业合伙人简恩·乌特松替他前往澳洲。
斯克尔钦斯摹聘请了另外几位设计师根据乌特松的设计原则制定一个周密而谐调的设计方案询后，预计在今年年底完成。
。
斯克尔钦斯基说
，改造工程并不是乌特松原有设计的再创造，而是运用现代技术让歌剧院面向21世纪。
室内改造工程在经过多方咨
世界日报
FRIDAY,JANUARY12,2001
的士高太吵酒店入禀索赔590万
楼下热歌噪音楼上不堪其扰酒店生意流失业主愤而兴讼
【本报香港讯】刚於两个月前正式开幕，邀得成龙、柯受良等出席剪彩的城中名人新「蒲点」三四八的士高卡拉0K（348D&K），被位於楼上的大华酒店指其发出过大噪音，令酒店不断接获客人投诉；大华酒店现以业主身分入禀高院，控告348D&K违反租约，要求高院颁发禁制令，并索价超过港币五百九十万元。
348D&K据传是由一班城中富豪合资经营，其中林建岳曾被问及有否参与投资时，既不承认，亦不否认。
本案原告大华中心有限公司是大华中心的业主，被告超日有限公司则是经营348D&K的公司。
而348D&K楼上各层是大华酒店，由舆原告有关连的大华旅业有限公司经营。
入禀状透露，原告与被告於去年七月十八日签署租约，原告把大华中心地下至三楼共五层租给被告，租约将於二OO三年五月届满租约,限制该五层只可用来经营以348D&K为名的一级的士高卡拉OK，并且不可滋扰附近地方的住客和占用人惟去年八月廿八日晚上九至十一时，大华酒店接获住客和咖啡室客人对被告发出过大音的投诉，由当日起的一连四日，大华酒店不断有住客作出类似投诉。
在原告的要求之下，被告於去年十月安装假天花，企图改善情况，伹情况没有重大改善·原告人於去年十月至十二月期间，流失了很多生意，包括客层取消预约或住客提早退房等三个月间已经损失超过五百九十万元。
声音的性质
物体的振动，引起周围空气压力的波动，形成空气质向外传播的压缩和稀疏层，产生声波的运动。
这些物理波动现象引起听觉感觉，即主观声音，或乘可听声。
建筑声学考虑的问题都与主观听觉有关，因此它的频率、强度有限；同时要研究人耳听觉有关的问题。
例如什么样声音悦耳？
第一章：
声学基础
频率、强度、声速
频率f
质点每秒振动次数，单位（赫）（Hz）（周/秒）听觉的频率范围20—20000Hz（极限）通常所说低音、中音、高音是相对的称呼，工程上要有确切频率。
频率f100Hz440Hz1000Hz4000Hz声学工程中一般低限音乐中标准音声学工程中标准参考音钢琴的最高音阶波长λ3．4米0．77米0．34米0．085米
声压1）定义：
p=P-Po声波存在时压强与无声波时压强间的差值。
声波通过时，大气压强的逾量值符号：
Po单位：
帕斯卡2）特点：
标量。
3）分类（测量）瞬时、峰值、有效值p2p24）量间关系：
I=D=2I=D?
Crcrc5）运算：
由能量相加推导出声压运算规律2p2=p12+p2加法222p1=p-p2减法平均
p=
2（p12+p2）
声压级A、级的引入：
1）声压变化数值范围大2）人耳对声的感觉特性人对声的感觉量近似与声压值的对数成正比。
2
B、声压级定义：
声压与基准声压之比的，以10为底的对数乘以20p2基准声压P0=2×10–5Pa（可听Lp=10lg2阈）
声压级运算
222用声压运算p=p1+p2按级的定义推导级的运算法则。
p0
1、分贝相加：
0dB70dB120dB
特点
表达简便可听阈1m处正常交流疼痛阈
L2Ln?
L1?
L=10lg?
1010+1010+L+1010֏?
相同相加：
L=L1+10lgN
L2Ln?
1?
L1?
?
2、分贝平均：
L=10lg?
?
1010+1010+L+1010÷÷?
N÷?
?
èèL2L?
10?
3、分贝相减：
L=10lg10-1010?
÷1è?
声压级运算特点
1）不同声压级叠加，总声压级较其中大者的增加值≤3dB。
2）两个声压级间差值≥10dB（15dB）以上，总声压级较大者的增值≤0.5dB。
实际问题中的意义是：
较小声级可忽略不计。
即对“干扰与不干扰问题。
”的判断。
问题：
0分贝与0分贝相叠加，声压级为多少？
声压增加1倍，声压级增加多少分贝？
声能增加1倍，声压级增加多少分贝？
第二章：
吸声材料
吸声材料、吸声结构和吸声处理用途：
吸声系数α和吸声量A
减弱室内反射声强（控制室内混响时间等）消除回声降低室内噪声
材料的吸声特性用吸声系数α来表征：
广义讲非反射部分均视作被吸收了α=1–r（r为反射系数）=1–Er/E0这里讨论的限于因材料而消耗的声能部分Eα,对透过声能Eτ不计在内，则材料吸声系数α应为:
建筑师应了解些什么？
1.各种材料的吸声特性（是否吸声，吸声能力强否，对各频率不同吸声效果）2.各种吸声结构的吸声机理（同一材料，由于构造不同改变了吸声性能）3.吸声处理和室内装修结合考虑:
防火、防虫、卫生、反光、维护、施工方便、强度、防霉、防潮…4.吸声处理的装饰效果及其经济性
α=Eα/Eo
理论上，α的变化从0（无声能被吸收）到1.0（所有入射声完全被吸收）
（Eo=Er+Eα+Eτ）
材料的吸声系数往往随频率而异，因此吸声的频率特性很重要
有时为了简单化，采用平均吸声系数α，如忽略了频率特性容易引起误导。
%反射0
%吸收和透射100
吸声系数1.0
吸声量A
一个表面的吸声量A等于材料面积乘上它的吸声系数，单位为平方米，m2，又称等效吸声面积。
开窗5cm玻璃棉25cm砖墙
开窗
20
5cm玻璃棉
80
0.8
吸声系数α98
24cm砖墙（m2吸声单位）
1.0100m2100m2
0.8100m280m2
0.02100m22m2
2
0.02
材料面积S（m2）吸声量A=αS
如房间内具有下列三种材料的总吸声量，可由下表得出：
材料开窗5cm玻璃棉面积（m2）47吸声系数α1.00.8吸声量A（m2）4m25.6m2
反射声压级Lp与表面吸声系数α的关系
25cm砖墙300.020.6m2---------------------------------------------------------------------------总吸声量A=10.2m2
吸声材料分类
—
（按吸声机理来分）
A多孔性吸声材料
声波进入有许多微孔（或狭缝）的材料内部时，由于摩擦（粘滞性和热传导等）使声能转变为热能而损耗。
遇刚性壁面反射，再次耗损。
（汽车煞车时就依靠摩擦力，产生热度非常高，会使金属变形）
A.多孔性吸声材料B.薄板（膜）共振吸声结构C.空腔共振吸声结构这三种基本类型吸声材料的吸声特性有很大不同
它的吸声机理可用“诱敌深入，围而歼之”八字来说明
◆诱敌——材料表面透气（声）性好，有一定开放性孔隙，才能无阻挡地透入◆深入——要求材料内部有相互贯通的微孔和缝隙，并有相当厚度◆围而——不让逃跑（由纤维粗细、排列、密度、内部空隙…………决定）◆歼之——把声能的大部分消耗在材料内部
比较下列几种材料的吸声效果
影响多孔性吸声材料吸声特性的因素1.流阻：
空气流过材料时的阻力
流阻大：
透气（声）性强，声波不易进入材料，吸声差流阻小：
声波出入很容易，吸声也差。
2.孔隙率：
材料中贯通的空隙体积和材料总体积之比。
A表面粗糙的坚实材料B开孔型材料C开孔型材料D闭孔型材料
3.厚度：
加大厚度可提高吸声（对低频更明显）4.材料后背空腔大小（离墙距离）：
对低频有利用5.表面处理：
为了防护和增加美观，但不希望有堵住孔缝的表面。
6.声波的频率及入射角度
结构因子相同但有不同流阻的两种材料
提问：
1.拉毛水泥为什么不吸声？
EF
2.白色硬泡沫聚氨酯塑料是否为良好吸声材料？
为什么？
饰面装修对多空吸声材料的影响
织物覆面，只要透气性强，基本无影响油漆、粉刷的影响有时很严重穿孔板护面的影响主要取决于开孔面积
–穿孔率，孔径、
扳厚也会有影响
其它形式饰面如木条、漏窗等，要求开孔率在25%以上即很少影响
不同密度（kg/m2）的5cm厚玻璃棉不同厚度d（cm）玻璃棉（15Kg/m2）5cm厚玻璃棉（45Kg/m2）（a）贴实墙面和（b）后留5cm空腔
各种饰面装修对多孔吸声材料的吸声特性影响一览
B.薄板（膜）吸声结构
可看成简单的质量弹簧系统，其共振频率f0为：
f0=
600mD
m—板（膜）面密度（Kg/m2）D—空腔厚度，cm
薄板共振
m板面密度密闭空气层形成弹簧
■
板后空腔密闭很重要，形成空气弹簧。
采用不同空气层厚度，不同龙骨间距，不同板材等，可展宽吸声频带。
■
薄板（膜）吸声结构应用实例
C.共振腔吸声结构
一个封闭的空腔，有一小孔与外连通。
当声波射向此孔时，孔颈处的“一团”空气像一个活塞在孔颈附振动，因为后面的空气腔起了“弹簧”的作用，参与振动。
颈部处摩擦消耗了声能。
胶合板的厚度（面密度）、板后空腔深度与共振频率（f0）的关系
f0=5400
SV?
e
S—颈部截面积（cm2）V—空腔容积（cm3）?
e—颈孔有效长度（cm）?
e=?
+0.8r,r为孔颈半径）
共振腔型吸声器
消声室
其它吸声结构1.空间吸声体
增加吸声暴露面积，对高频吸，低频则因透射和绕射关系，有时吸声反而下降少许。
2.特殊吸声材料和结构：
a.尖劈b.薄膜匣c.微穿孔板（孔径小于1mm）（通常在0.1~0.3mm）
3.座椅和观众吸声
a.人吸声量估计b.观众席所占面积（包括1m之内走道）的吸声系数计算
4.可变吸声结构
1.空间吸声体
将吸声材料分散地悬挂在空中，暴露面积增大，加上边缘处的绕射作用，大大提高了它的吸声性能其它优点：
A.平板式空间吸声体
2.82.4
相对于平顶面积的吸声系数α
构造简单布置和吊灵活装饰性强造型多变
2.01.61.20.80.40
15
45
30
45
2.5cm厚玻璃棉
便于上空的管道安装和维修
125
2505001K2K倍频带中心频率，Hz
4K
适应顶部采光的场合
厚度相同材料的空间吸声板吸声效果比较
适合大空间室内的吸声处理
45
30
竖挂板片间距的影响
平放板式空间吸声体
板片尺寸与衍射作用
如果吸声板的周长和面积比（P/A）较大时，衍
屋顶
保温吸声材料
1.0
1
000
Hz
每片挂板（60cmX120cm）吸声量（m）
500
0.8
200
降噪
Hz
C
120cm
射作用明显，吸声效果加强，故空间吸声板通常取1m2左右，板片间距大于0.5m；但当板片面积较大，而间距又较小时，则以耦合空间考虑比较合适。
5cm玻璃棉板
2
z0H
R系数N
“浮云”空间吸声板
0.6
60cm
4000Hz
z250H
板与板之间缝隙的作用
dd
540cm
0.4
屋面
0
"浮云"吸声板
60
90
120
150
180
210
挂
板
间
距
d（cm）
450cm628cm
500cm
0.2
125Hz
540cm390cm
（a）平面
（b）剖面
"浮云"吸声板
空间吸声体
v上海文化广场（1970）
黄浦体育馆用十字形空间吸声体
18
4c
m
6.
0c
m
88cm
70cm
玻璃棉
穿孔纤维板
上海黄浦体育馆（1975）
广东陆丰日星扬声器厂车间
大厅
平放板式空间吸声体
板片尺寸与衍射作用
如果吸声板的周长和面积比（P/A）较大时，衍射作用明显，吸声效果加强，故空间吸声板通常取1m2左右，板片间距大于0.5m；但当板片面积较大，而间距又较小时，则以耦合空间考虑比较合适。
屋顶
B.圆筒式空间吸声体
不同管径壁厚的棉管吸声比较按性能价格比的分析
保温吸声材料
1.5
内200外300径径内100外200径径内100外150径径内50外100径径
“浮云”空间吸声板
板与板之间缝隙的作用
540cm
吸声系数
1.0
0.5
屋面
540cm390cm
0
500cm
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
频率f（Hz）
"浮云"吸声板
450cm628cm
不管同玻棉声能较同径种璃吸性比
（b）剖面
"浮云"吸声板
（a）平面
上海儿童球幕电影厅1994年
台州温岭教堂竖挂玻璃棉管作空间吸声体
走道平放玻璃棉管作空间吸声体
圆筒式空间吸声体
安徽体育馆竖挂圆筒空间吸声体筒径45cm，中距106cm，高度90cm
透明微穿孔塑膜圆筒空间吸声体
某机场登机通道横幅式空间吸声体薄塑盒式空间吸声体
C.立体式空间吸声体
深圳某小学教室楼中庭内立方空间吸声体
锥形空间吸声体
充气水上玩具空间吸声体
单片式空间吸声体
2.特殊吸声材料和结构
特殊吸声材料有许多种，以无纤维化的吸声材料最引人注目。
薄膜匣式结构我国独创的微穿孔板（孔径小于1mm）（通常在0.1~0.3mm）得到广泛应用和发展是无纤维化吸声材料
轰动德国的新建圆形玻璃国会大厅事件，由于声聚焦缺陷和扩声系统设计不善，在完工后开幕时刻，议长发言不到数分钟声音中断而不得不休会，全国实况转播亦告停止，造成轩然大波。
改造时，因建筑师坚持透明圆形墙是该大厅特色，十多家声学设计顾问公司投标失败。
一位中国访问学者想到我国首创的微孔吸声板，用有机玻璃加工成透明吸声体，被采用后解决了厅内音质问题。
当时用激光在5mm板上加工0.8mm孔，每平方米3万个孔，5千马克，总价百万馀，相比建筑总造价2.7亿多马克来说，终于能使大厅正常使用了。
共振腔吸声结构应用实例
3.座椅和观众的吸声
厅堂中，座座椅和观众的吸声占室内总吸声量的70-80%左右，因此它们对室内音质有很大影响。
但它们有许多可变因素要掌握，设计中对此应有所了解。
听众可作为一片吸声体来考虑。
座椅的吸声取决于它的包装材料，因此会有很大的不同。
为了控制不同上座率时的音质条件，选择吸声强的软垫座椅。
音乐厅中不因吸声太强而使音质太干涩，不宜选择吸声强的软垫座椅；但为了舒适，又要求软垫，这里就有声学设计问题。
4.可变吸声结构
适应不同使用功能的大厅，要求室内吸声条件可以调节。
最简单的方法是利用帘幕来调节。
打摺的帘幕比平挂的
可提高吸声很多。
通常取100-150%的打摺率。
其它机械式或电动式可变吸声结构，例如：
a）翻板式b）转动式c）扯动孔板d）升降式……等等
吸声、隔声的区别?
这是两个概念，不可混淆。
?
声波入射到一个表面后，其不反射的声能部分（不论其去向），
均视为吸声。
这是指声源同一空间而言。
隔声则指两个空间由于中间隔断所引起的声阻挡作用，
或称“透射损失”。
良好的吸声未必为良好的隔声，反之亦然。
例一
室内开窗，入射到窗面积上的声能几乎全部外逸。
或称完全吸收（α→100%），吸声效果最大。
但是开窗后入射声能几乎全部无阻挡地外逸，隔声效果几乎等于0分贝。
例二一个混凝土墙的隔声效果很好。
但是由于表面坚实光滑，入射声波将完全反射（α→1%），吸声效果几乎没有。
例三室内表面吸声只降低反射声，对直达声不起作用。
因此对靠近声源的地方，起不了作用。
噪声控制声源
了解声源性质·强度·频谱·出现时间·辐射方向·其他特性（包括所在空间声学特性）降低声源——根本性措施涉及产品、工艺、运转方式、活动方式的改变·选择声源·改变声源特性·增加有效距离·吸声降噪·噪声隔绝·空气通道中消声·其他技术（如有源消声）噪声的允许标准·户内·户外（不同场所、不同时间）
传声途径
·噪声在大气中传播特性·噪声在建筑物中传播特性·噪声与振动的传播·传播过程中再生噪声的出现
接收者
了解接收者要求·容许值的研究（参量）·有关生活、工作环境的保护·有关健康和劳动保护·有关环境保护
噪声的评价曲线------NC曲线
噪声的评价方法
户外噪声控制措施
1.增加距离
2.时间上作限制3.隔声屏障
A.利用建筑物
B.设置单独屏障
4.利用地形
5.绿化降噪作用的局限性建筑平面布局和小区规划的考虑
6.法规条例及管理措施
室内噪声控制措施
■隔声——墙、楼板、门、窗等（已讨论过）
ΔLP=LP1-LP2
■
吸声处理降低噪声
Q1LP=LW+10log（4πr2+R）
r：
距离
房间常数
R:
R≡
sα平均1-α平均
在距离r相同之处，ΔLP～1/R有关，即反射声起作用，在距离很近处（r较小）直达声起主要作用，R作用不明显。
通风系统噪声控制
▲选择低噪声设备▲选择合适消声器设计（考虑频率因素）▲选择合适消声器地位▲控制风速
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