Применение эксплуатируемой кровли в качестве ограждающей конструкции для защиты от авиационного шума при проектировании гостиницы вблизи гражданского аэропорта

Аннотация. В статье рассматривается возможность применения плоской эксплуатируемой кровли как защиты от акустического шума в максимально неблагоприятных условиях с точки зрения шумового загрязнения. Определяются факторы, влияющие на принятие архитектурно-планировочного решения. Приводятся расчеты звукоизоляции покрытия. Раскрывается потенциал применения плоской эксплуатируемой кровли как источника повышения комфортности и соблюдения норм экологической безопасности при проектировании зданий вблизи источников шумового загрязнения.

Ключевые слова: Плоская эксплуатируемая кровля, защита зданий от акустического шума, звукоизоляция, зеленая кровля, здоровая акустическая среда, аэропорт, гостиница, кровельный пирог.

С ростом урбанизации шум стал постоянной частью человеческой жизни, одним из существенных загрязнителей городской среды.

Развитие транспорта, в частности, авиационного, стало неотъемлемым следствием научно технического прогресса. Значительный удельный вес в шумовом режиме многих городов занимает воздушный транспорт. Нередко аэропорты гражданской авиации оказываются расположенными в непосредственной близости от жилой застройки, а воздушные трассы проходят над многочисленными населенными пунктами. Авиационный шум оказывает существенное влияние на шумовой режим территории в окрестностях аэропортов.

Невозможно представить себе современный аэропорт без гостиничного комплекса. При проектировании гостиницы близ аэропорта нельзя игнорировать тенденции  на повышение качества жизни в современных мегаполисах, а так же экологическую составляющую современной архитектурной деятельности.

Так как основная шумовая нагрузка на здание с точки зрения авиационного шума вблизи аэропорта исходит от двигателей взлетающих и садящихся воздушных судов, то есть приходит сверху, то одной из привлекательных возможностей решения данной проблемы является использование крыши здания путем внесения архитектурно-планировочных особенностей в проект ее конструкции.

Одной из разновидностей архитектурных и технических решений для защиты верхней ограждающей плоскости здания является конструкция плоской кровли, характеризующаяся малым уклоном плоскости к горизонту. Что расширяет возможность устройства дополнительной звукоизоляции путем применения так называемой «зеленой крыши», то есть крыши с использованием почвопокровных растений.

Плоская кровля обладает рядом преимуществ, одним из которых является   возможность обустройства выше крыши здания дополнительного пространства, что расширяет архитектурно – конструктивные возможности и помогает решать задачи, которые возникают благодаря стремительно меняющемуся городскому ландшафту вследствие урбанизации.

Обустройство зеленой крыши с применением легкого озеленения  регламентируется  СНиП II-26-2.  Конструктивное решение покрытия с кровлей в инверсионном варианте включает: железобетонные сборные или монолитные плиты, стяжку из цементно - песчаного раствора или уклонообразующий слой, например из легкого бетона или керамзита, грунтовку, водоизоляционный ковер, однослойную теплоизоляцию, предохранительный (фильтрующий) слой, пригруз из гравия или бетонных плиток. В инверсионной кровле в качестве теплоизоляции должны применяться только плиты с низким водопоглощением (не более 0,7 % по объему за 28 сут.), например, экструдированный пенополистирол.

В эксплуатируемых и инверсионных кровлях с почвенным слоем и системой озеленения водоизоляционный ковер должен быть выполнен из материалов, стойких к гниению и повреждению корнями растений. В кровле из материалов, не стойких к прорастанию корнями растений предусматривают противокорневой слой.

Все эти конструктивные особенности, безусловно, должны значительно увеличить звукоизоляционные способности верхнего ограждающего покрытия,  устроенного подобным образом.

Звукоизоляционный расчет конструкции «зеленой» крыши с применением легкого озеленения.

Рисунок 1. Конструкция зеленой крыши с легким озеленением

1 — растительный субстрат с зелеными насаждениями; 2 — термоскрепленный геотекстиль; 3 — дренажная мембрана PLANTER life; 4 — утеплитель (пенополистерол); 5 — иглопробивной геотекстиль; 6 — Техноэласт ГРИН; 7 — Техноэласт ЭПП; 8 — стяжка (цементно-песчаный раствор); 9 — уклонообразующий слой (керамзит); 10 — ж/б плита перекрытия.

Произведем звукоизоляционный расчет конструкции «зеленой» крыши с применением легкого озеленения. За основу расчета, возьмем методику определения индекса изоляции воздушного шума между этажным перекрытием. Расчет произведем на примере применения материалов российского производства.

Так, для определения изоляции  воздушного шума покрытием зеленой крыши  рассчитываем плотности элементов покрытия — для этого необходимо знать толщину и плотность каждого материала, участвующего в звукоизоляции (1,4,8,9,10). Слои 2,3,5,6,7  неэффективны с точки зрения звукоизоляции, так как имеют малую толщину, и как следствие малую поверхностную плотность. 2500 кг/ , h= 0,25 м;

1. уклонообразующий слой (керамзит): ρ=500 кг/ , h= 0,15 м;

2. стяжка (цементно-песчаный раствор): ρ= 1800 кг/ , h= 0,06 м;

3. утеплитель (пенополистерол): ρ=150 кг/ , h= 0,1 м;

4. растительный  субстрат с зелеными насаждениями: ρ=400 кг/ , h= 0,25 м;

Определяем поверхностные плотности элементов покрытия:

= 25000,25 = 625 кг/;                                                                                                  (1)

= 18000,06(цементно-песчаный раствор) + 1500,1(пенополистерол) +4000,25 (растительный  субстрат) = 223 кг/;

Построим частотную характеристику изоляции воздушного шума плитой покрытия  из железобетона плотностью 2500 кг/и толщиной 250 мм.

Находим частоту, соответствующую точке, по Таблице 8 СП 23-103-2003:

= 29000/h = 29000/250 = 116 Гц ≈ 125 Гц

Округляем до среднегеометрической частоты - октавной полосы, в пределах которой находится , по Таблице 9 СП 23-103-2003:

Определяем ординату точки B  по формуле:

, дБ;

где  — эквивалентная поверхностная плотность, которая определяется по формуле:

= ;

где  — коэффициент, учитывающий относительное увеличение изгибной жесткости ограждения из бетонов на легких заполнителях, поризованных бетонов и т.п.  по отношению к конструкциям из тяжелого бетона с той же поверхностной плотностью, а    — поверхностная плотность ж/бплиты,  625 кг/ .

Для сплошных ограждающих конструкций плотностью ρ = 1800 кг/    и более .

Индекс изоляции воздушного шума несущей плитой перекрытия:

Динамический модуль упругости, Па, и ε = 0,03 , относительное сжатие  материала звукоизоляционного слоя при нагрузке на звукоизоляционный слой (керамзит), принимаем по Таблице 16 СП 23-103-2003.

Определяем толщину прокладки в обжатом состоянии:

.

Находим частоту резонанса конструкции:

.

По Таблице 15СП 23-103-2003 находим индекс изоляции воздушного шума данным видом покрытия.

Так как  представленная конструкция зеленой крыши с легким озеленением будет иметь индекс изоляции воздушного шума  ≈ 63 Гц.

Чтобы сделать вывод о достаточной шумоизоляции от авиационного транспорта необходимо перейти от величины  , дБ, к, дБА. Они связаны между собой зависимостью:

;

Следовательно, данная конструкция зеленой крыши с легким озеленением (рисунок 1) имеет величину звукоизоляции , дБА, равную 44 дБА.

Подводя итоги по расчетам звукоизоляции рассматриваемой конструкции,  представленной на рисунке 1, необходимо сравнить требуемое снижение звука конструкцией  , дБА, с величиной звукоизоляции , дБА, этих конструкций.

Исходя из того, что данное исследование покрытий направлено на защиту жилых номеров гостиниц от авиационного шума имеет смысл рассмотреть самые неблагоприятные с точки зрения акустической загрязненности условия. При сравнении   и   возьмем данные для максимально допустимой зоны с точки зрения шумового воздействия  на которой разрешается строительство гостиниц, т.е. для зоны «В», и самые осложненные требования  к гостиницам категории «А».

Итак, при достаточной шумовой изоляции жилого номера пятизвездочной гостиницы в  самых неблагоприятных условиях,   при которых допускается строительство гостиницы,  относительно аэродрома, т. е. в зоне  «В»: с эквивалентными уровнями авиационного шума  65 дБА днем  и 60 дБА ночью и максимальными уровнями звука  85 дБа днем и 81 дБА ночью, а так же  при обеспечении требуемой звукоизоляции наружных ограждений, достаточно запроектировать конструкцию крыши, которая снизит приходящий шум на 35 дБА, т.е.  конструкции будет больше, либо равно 35 дБА.(Рисунок 2).

Рисунок 2. Звукоизоляция конструкции в зоне «В»

Данная конструкция зеленой крыши с легким озеленением имеет величину звукоизоляции , которая удовлетворяет условию поставленному выше (рисунок 2) и может быть использована в эксплуатации в неблагоприятных, с точки зрения шумового воздействия авиационного шума, условиях и в наиболее требовательной к условиям проживания гостиничной категории. Более того, применение данной конструкции эксплуатируемой крыши является современной мировой архитектурной тенденцией.