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研究生: 呂奇穎
Lu, Chin-Ying
論文名稱: 以有限元素法預測架高地板構造形式對樓板衝擊音衰減影響之研究
Predicting the Influence of the Access Floor Concerning Impact Sound Insulation Using FEM
指導教授: 江哲銘
Chiang, Che-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 127
中文關鍵詞: 架高地板樓板衝擊音
外文關鍵詞: access floor, impact sound
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  • 隨著資訊科技發達,建築智慧化發展,使得纏繞於建築構體之管線日益增加,收納空間逐漸盤據影響我們的作息環境,架高地板的使用,也由原本的辦公室、機房慢慢應用至住居當中,此外由於國人對於噪音品質要求提高,在土地資源有限,建築物朝高層化、輕量化發展之下,樓板衝擊音已為一重要課題。本研究以有限元素法之數值模擬方法,採用單一模擬軟體平台,建立架高地板構造形式對於樓板衝擊音衰減之預測模式,提供使用者或設計者評估參考,另對於新建建築物之音環境控制,則研擬一簡易操作之數值模擬平台與方法流程,作為預測架高地板樓板衝擊音的工具,以供建築設計階段之應用參考。
    ■ 研究流程:
    一、首先對樓板衝擊音理論進行蒐集與試推導,並彙整檢證架高地板衝擊隔音性能之相關規範,確立足尺實驗屋之輕量衝擊源樓板衝擊音實驗方法與評估方法。
    二、透過有限元素法數值解析理論、方法與流程之整理與操作,建立樓板衝擊音之單一數值解析平台操作模式,並將數值模擬結果與足尺實驗屋之實驗結果進行比對,確立數值解析模式之可行性。
    三、以本研究建立之數值解析模式,針對架高地板構造形式進行變因模擬,並透過統計迴歸分析方法,歸納架高地板不同構造形式對樓板衝擊音衰減特性之影響,進而建立一簡易評估預測模式。
    ■ 研究結果:
    一、以數值模擬所得結果與實測解析結果互相比對,經分析後顯示,不同頻率之音壓值頻譜波形趨勢相當接近,且以數值迴歸分析和實驗數值比對之相關係數R為0.971,判定係數R2為0.942,顯示本研究以有限元素法建立之數值解析模式對於預測輕量衝擊源造成架高地板樓板衝擊音衰減之可行性。
    二、依本研究以有限元素法建立之數值模型 :
    1.若改變架高地板面板厚度變因,於1cm至10cm五組面板厚度變因中,以面板厚度8cm及10cm之衰減效果最顯著,以ISO717-2評估可得ΔL’w=28dB,1cm至8cm間面板厚度變化可以回歸式ΔL'w=6.0814LogE + 35.567 R2=0.9935(式中ΔL’w為ISO 717-2評估值,單位為dB;E為面板厚度,單位為公尺)可作為架高地板面板厚度變化對樓板衝擊音影響之預測式。
    2.若改變架高地板襯墊厚度變因,於0.3cm至1.2cm五組襯墊厚度變因中,襯墊厚度0.9cm及1.2cm對改善架高地板樓板衝擊音衰減之效果最顯著;以ISO717-2評估得ΔL’w=29dB;襯墊厚度變化0.3cm至0.9cm間可以以回歸式ΔL'w=8.554LogH + 46.952 R2=0.9829 (式中ΔL’w為ISO 717-2評估值,單位為dB;H為襯墊厚度,單位為公尺)。可作為架高地板面板襯墊厚度厚度變化對樓板衝擊音影響之預測式。
    3.改變架高地板面板單元尺寸和空氣層厚度(基座高度),此兩者數值模擬所得各音程之音壓衰減值(ΔL’),則無顯著差異,可得知改變架高地板面板單元尺寸和空氣層厚度(基座高度),對樓板衝擊音衰減之影響較小。

    As the information technology development increasingly comes into buildings, raised access floors are used to adapt the complicated piping systems inside many offices and condominium residences. Furthermore, the habitation in Taiwan is becoming high-rise along with a higher standard for sound environment quality to meet public demand. Floor impact sound is becoming a serious noise problem. Recently, making some new noise regulations in the building code has been taking place. Hence, the improvement of the floor impact sound has turned to an important issue. Many studies have put efforts in the investigation and experimental techniques of the floor impact sound, but actual field measurements are time-consuming and have high costs. Computer devices with better operation speed together with the decreased cost for computer modeling, is a worth alternative which evaluate a prognosis mechanism for improving strategy of floor impact sound.
    Procedure
    1. Review of theories regarding the floor impact sound and related experiments. Do an actual field measurement and assessment in a full-scale chamber using a standard tapping machine.
    2. Collecting the theory of finite element method procedure and build the FE model. Compare modeling results and the data obtained from full-scale chember in order to validate the numerical analysis.
    3. Use the FE model to modify the access floor to analyze affect of factors like thickness of panels and size of panel on impact sound insulation. Do regression to predict field measurement. Recommend the best combination of factors.
    Results
    1. According to the ISO140-7 Field Measurement of Floor Impact Sound, the experiment access floor was performed. Measure the sound pressure level before and after the access floor installation by 1/3Oct. It was found that there was no difference in the floor impact sound insulation of access floor from all frequencies, especially for medium and high frequency. ΔL’w =25dB(ISO717-2) is calculated to be the overall value for the floor impact sound insulation by access floor.
    2. This study was conducted by finite element method to simulate impact which induces sound radiation. Our material was a single-floor full-scale chamber made of concrete and steel. The results indicate that 1/3Oct. SPL diagram from modeling fits the experiments well, with a correlation coefficient =-0.971,and R-square=0.942 obtained by regression analysis.
    3. In conclusion, our study reveals the feasibility to predict the floor impact sound insulation by access floor using FE model.
    (1.) Changing the thickness of panels in FE model, it was found that the 8cm and 10cm insulation (ΔL’w =28dB) is most notable among 5 values of thickness panels (1, 3 ,5, 8, 10cm), the regression formula is ΔL'w=6.0814LogE + 35.567,where ΔL’w is single-number evaluation value by ISO 717-2 (dB),E is the thickness of panels R2=0.9935 is found through analysis. It could be the formula predicting for different thickness of panels the insulation of floor impact sound.
    (2.) Changing the thickness of pad in FE model, it was found that the 0.9cm and 1.2cm insulation (ΔL’w =29dB) is most notable among 4 values of thickness panels (0, 0.3 ,0.6, 0.9, 1.2cm), the regression formula is ΔL'w=8.554LogH + 46.952,where ΔL’w is single-number evaluation value by ISO 717-2 (dB),H is the thickness of pad R2=0.9829 is found through analysis. It could be the formula predicting for different of pad the insulation of floor impact sound
    (3.) The last two parts of the study concerns change the airspace depth and the size of the panels of the access floor. It was found that the impact sound insulation does not increase by changing the airspace depth and the size of panels in FE model.

    中文摘要 Ⅰ 英文摘要 II 目錄 II 表目錄 VIII 圖目錄 IX 第一章 緒論 1-1 研究動機與目的 1-1 1-2 相關文獻回顧 1-3 (一)樓板衝擊音於國內之研究 1-3 (二)架高地板對樓板衝擊音與振動影響之相關研究 1-5 (三)有限元素法數值模擬相關研究 1-6 1-3 研究範圍與內容 1-8 一、研究範圍與方法 1-8 二、研究內容概要 1-9 1-4 研究架構與流程 1-10 第二章 樓板衝擊音解析理論與數值模擬 2-1 樓板衝擊音之發生機制 2-1 一、衝擊源特性 2-2 二、振動反應特性 2-4 三、音響放射特性 2-5 2-2 有限元素法模擬樓板衝擊音之理論 2-7 一、有限元素法程序 2-8 二、「架高地板-空氣層-樓板」之衝擊振動與音場有限元素模型探討 2-9 三、有限元素法之振動理論 2-11 四、有限元素法之音場理論 2-13 五、有限元素法之流體結構介面理論 2-16 2-3 有限元素法模擬樓板衝擊音之操作模式 2-19 第三章 數值解析模式之建立 3-1 架高地板之樓板衝擊音隔音性能實驗 3-1 一、實驗規範 3-1 二、實驗境界條件說明 3-4 三、實驗架高地板之選定與架設 3-6 四、架高地板之樓板衝擊音隔音性能測定 3-7 五、架高地板之樓板衝擊音隔音性能評估方法 3-8 六、實驗結果 3-11 3-2 加設架高地板之樓板衝擊音隔音性能數值模擬 3-13 一、數值模擬操作方法與流程 3-13 二、數值模擬相關設定 3-15 三、三維度數值模擬結果 3-22 3-3數值模擬結果與實測結果之比對分析 3-28 一、樓板衝擊音壓級之音壓波形趨勢比對 3-28 二、樓板衝擊音壓級之數值比對 3-30 第四章 數值解析模式之應用 4-1 模擬變因說明 4-1 一、變因模擬之內容 4-1 二、變因模擬之方法 4-2 4-2 探討變因之數值模擬結果 4-4 一、改變架高地板面板厚度對樓板衝擊音之影響 4-4 二、改變架高地板襯墊厚度對樓板衝擊音之影響 4-13 三、改變架高地板支架高度對樓板衝擊音之影響 4-22 四、改變架高地板面板單元尺寸對樓板衝擊音之影響 4-25 4-3 綜合分析 4-28 一、架高地板襯墊厚度H與樓板衝擊音L’、ΔL’、L’n,r、ΔL’w之關係 4-28 二、架高地板襯墊厚度H與樓板衝擊音關係(L’n,r及ΔL'w)之預測式 4-30 三、架高地板面板厚度E與樓板衝擊音L’、ΔL’、L’n,r、ΔL’w之關係 4-32 四、架高地板面板厚度E與樓板衝擊音關係(L’n,r及ΔL'w)之預測式 4-33 4-4 小結 4-35 第五章 結論與建議 5-1 結論 5-1 5-2 後續研究 5-3

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2007-07-23公開
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