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武漢體育館建筑聲學設計方案

發表于2015-05-04 18:00       |       292次閱讀      |來源:北京維也納聲學技術有限公司      |收藏
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   武漢體育館聲學設備布置

        武漢體育館位于漢口橋口區崇仁路口,1956年4月建成,占地5.6萬平方米,建筑面積14,490平方米,是武漢市的首座大型的綜合性體育館,其成功改造后承辦了第6屆全國城市運動會的部分賽事。本文主要介紹該館的建筑聲學設計,其中包括體育館的建筑聲學設計特點、混響時間的控制、音質缺陷的控制和聲學測量等內容。

              改造后的武漢體育館內景

                              圖1 改造后的武漢體育館內景

                  武漢體育館的平面圖                     

                                         圖2 武漢體育館平面圖

        1 工程概述

        武漢體育館1956年4月由蘇聯人建成,是解放后武漢首座綜合性體育館,當年和武漢劇院、武漢展覽館一樣,是武漢市的標志性建筑,圖1為改造后的武漢體育館內景。在上世紀80年代中期武昌洪山體育館建成前,一直是武漢市最重要的體育比賽場地,是世界冠軍韓愛萍、周繼紅、伏明霞、肖海亮等的啟蒙地。2005年,政府投入近3000萬元進行改造。去年,這里承辦了第6屆全國城市運動會部分賽事。武漢體育館占地5.6萬m2,建筑面積14 490 m2,比賽大廳面積約為2 345 m2,比賽大廳容積約為31 700 m3,可容納觀眾1 300人(含活動座椅),館正中是比賽館,可供籃球、排球、羽毛球、乒乓球、拳擊、舉重、體操、擊劍等項目的比賽,屬于一座中小型綜合性體育館。

武漢體育館剖面圖
                                 圖3 武漢體育館剖面圖

         2 綜合性體育館建筑聲學設計特點

        一般廳堂的建筑聲學設計包括音質設計與環境噪聲及振動控制兩大部分。音質設計可分為廳堂體形控制及音質參量的控制;環境噪聲及振動控制亦可分為室內環境噪聲及振動控制與室外環境噪聲及振動控制。而綜合性體育館具有其特殊性:

         1)比賽大廳主要追求語音的清晰度,要求混響時間短,因此比賽大廳的體形主要由結構和功能確定,聲學方面不做過多的要求;

         2)對于比賽大廳的每座容積,只是要求不宜過大,過大不僅導致投資增大,而且容易引起音質缺陷;

        3)體育館內的允許噪聲級標準要求不高,室外環境噪聲及振動我們一般不做過多考慮,我們只需對主要噪聲源—空調制冷系統進行處理,通常背景噪聲都能達到允許標準。考慮到上述因素,我們在武漢體育館比賽大廳建筑聲學設計時主要考慮混響時間及頻率特性的控制、音質缺陷的控制及混響時間測量等內容。

        3 比賽大廳的混響時間及頻率特性的控制
        武漢體育館比賽大廳容積約為31 700 m3,根據規范,容積小于40 000 m3的體育館其中頻混響時間宜取1.3~1.5s。根據實際使用功能以及該館的重要性,建議中頻滿場混響時間設計指標值為1.3(1±10%)s,其各頻率的混響時間相對于中頻的比值如表1。

             各頻率的混響時間相對于中頻的比值表

        該館比賽大廳能夠布置吸聲材料與結構的部位僅限于頂部,山墻以及周圍的矮墻。要達到設計的混響時間指標值,就要在有限的面積上獲得大的吸聲量,因此必須要在能夠做處理的部位采用強吸聲材料與結構,即材料與結構的平均吸聲系數大于0.6。遵循上述原則,我們進行了如下建筑聲學設計。

        墻面的聲學處理:由于比賽大廳一層的周圍矮墻東西兩面要布置活動座椅,因此我們只能考慮南、北兩向墻面做聲學處理,而該處的墻面在比賽時經常要遭受撞擊。針對這一情況我們采用了輕鋼龍骨木制吸聲板,板后填充了32kg/m3的離心玻璃吸聲棉板的寬頻吸聲結構。這種結構不僅對各頻段吸聲效率高,而且解決了這段墻的抗撞擊的問題(圖4)。

    木制吸聲板墻面構造與 穿孔FC吸聲板墻面構造

        圖4 木制吸聲板墻面構造                          圖5 穿孔FC吸聲板墻面構造

        在大廳二層,由于東、西兩向墻面大部分面積為窗戶,能夠布置吸聲材料與結構的墻面很少,所以主要對南北山墻進行聲學處理。墻裙部分受人為撞擊較多,要求面層材料強度較高,我們選用了和一層墻面相同的吸聲結構。墻裙以上部分,采用輕鋼龍骨水泥纖維板(又名FC板,穿孔率為10%),板后填充32kg/m3的離心玻璃吸聲棉板的復合吸聲結構(圖5)。這種結構不僅吸聲性能好且非常經濟。頂棚的聲學處理:比賽大廳的頂部是弧形的現澆混凝土梁板結構,并且屋面有8條采光帶。我們根據屋面弧形走向與采光帶的位置設置了256塊1500×1200×50定型平板式空間吸聲體(圖6)。這種空間吸聲體是由吸聲無紡布包裹50mm厚、密度為32kg/m3的超細玻璃棉板,飾面材料為穿孔的鋁板組成。由于存在邊緣效應,空間吸聲體的吸聲性能得到提高,吸聲系數往往會大于1,另外它還有一定的裝飾效果。

武漢體育館比賽大廳內的定型平板式空間吸聲體布置圖

        為了確保設計的可靠性,針對設計方案,我們對比賽大廳的混響時間進行了計算,計算結果如表2從表中估算的結果來看是滿足設計初衷的。

        4 比賽大廳音質缺陷的控制

        體育館比賽大廳音質缺陷的控制往往和混響時間的控制相結合。分析該廳,它可能存在的音質缺陷有回聲、顫動回聲和聲聚焦等。該館南北存在大面積裸露平行墻面,容易產生回聲、顫動回聲等音質缺陷。在方案中我們在南北墻面進行了強吸聲處理,這既能控制混響時間也能消除音質缺陷。雖然東西墻面也平行,但由于有大量的觀眾席和設有窗簾的玻璃窗,觀眾與窗簾本身就是良好的吸聲體,所以不會有明顯的回聲和顫動回聲。大廳的頂棚呈凹弧型,可能會產生聲聚焦。在設計時我們在頂棚上設置了空間吸聲體,這種處理方法也起到了控制混響與控制聲聚焦的雙重作用。

              混響時間計算表

        5 混響時間測量

        建聲裝修竣工后,我們對該體育館內進行了空場混響時間的測量。武漢體育館的平面為矩形,我們選擇了具有代表性的七個點進行測量(圖7)。測量數據記錄見表3。經統計計算,武漢體育館空場時500Hz的混響時間為1.42秒,半場時的混響時間為1.23秒(500Hz),滿場時的混響時間為1.14秒(500Hz)。統計估算的結果稍短于中頻混響時間的設計值,實際使用時體育館很少能達到滿場,統計結果對體育館的使用還是很有利的,符合我國體育建筑相關規范要求的中小型多功能體育比賽大廳的中頻滿場混響時間應為1.2~1.5秒(500Hz)。

        空場混響時間測試點的分布圖

                   武漢體育館改造后的平均混響時間表

        6 結語

        武漢體育館的聲學改造于2006年底完成,至今該館已接受了數十次體育賽事的檢驗,其中最引人注目的是它圓滿地承辦第六屆城運會的部分賽事。該館的聲學效果得到了聲學專家、領導、運動健兒、普通觀眾和管理人員的普遍好評。

    參考文獻

    [1]體育建筑設計規范 JGJ31—2003。
    [2]體育館聲學設計及測量規范,JGJ/T131—2000。
    [3]建筑隔聲評估標準GBJ 121—88。
    [4]中國建筑科學院建筑物理研究所,《建筑聲學設計手冊》,中國建筑工業出版社,1987,7。
    [5]項端祈,《實用建筑聲學》,中國建筑工業出版社,1992,12。

     注:文章來源于網絡。

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