《振動噪音科普專欄》「橡膠緩衝材」的「動態剛性」是甚麼？

 

這個單元要來探討的主題是：「橡膠緩衝材」的「動態剛性」是甚麼？首先，就來解剖這個主題的關鍵詞：

 

1.          「橡膠」(rubber)：常見的橡膠類型緩衝材，有丁苯橡膠、或是橡膠顆粒膠合的緩衝材。可以參閱圖1右方的示意圖。

2.          「緩衝材」(resilient materials)：本單元所探討的「緩衝材」，是指安裝於住宅浮式樓板下之緩衝材料(Materials used under floating floors in dwellings)。建築樓板的緩衝材組成，可以參閱圖1右方的示意圖，例如：(1) 混凝土板+橡膠緩衝材+RC樓板、(2) 木質地板+橡膠緩衝材+RC樓板、或是(3) 木質地板+玻璃棉緩衝材+RC樓板。除了「橡膠緩衝材」，也有「玻璃棉緩衝材」。加入「緩衝材」的目的，主要在降低樓板的衝擊噪音。

3.          「動態剛性」(Dynamic Stiffness)：慣用符號：s’，單位：MN/m^3，其中M是million百萬，所以慣用單位是：百萬牛頓/立方公尺。同時，參閱圖1中央的小圖示，是測定「動態剛性」的示意圖，可以採用「單自由度系統」的分析假設進行，此部分再另闢單元討論。在此簡單說：以m代表荷重板的「質量」、以k「彈簧常數」及c「黏滯阻尼係數」代表「緩衝材」的特徵參數，固定邊界則是基座。

 

接下來，以「3W」思維討論，也就是：

 

1.      WHY? 為什麼需要測定「橡膠緩衝材」的「動態剛性」？

2.      WHAT Goals?「動態剛性」的量值有甚麼規定？

3.      How? 「動態剛性」的定義、如何量測？

 

WHY? 為什麼需要測定「橡膠緩衝材」的「動態剛性」呢？

 

根據我國制定的法規：「建築技術規則建築設計施工編」，最後修正日期：民國 110 年 07 月 19 日，就有採用「橡膠緩衝材」做為樓板隔音設計的相關規定，係以「動態剛性」做為主要的「評估指標」。請讀者分別參閱圖2及圖3，摘錄了「建築技術規則建築設計施工編」第九節防音，列有「橡膠緩衝材」的「動態剛性」相關規定，節錄重點說明如下：

 

第 46-6 條

1  分戶樓板之衝擊音隔音構造，應符合下列規定之一。但陽臺或各層樓板下方無設置居室者，不在此限：

一、鋼筋混凝土造樓板厚度在十五公分以上或鋼承板式鋼筋混凝土造樓板最大厚度在十九公分以上，其上鋪設表面材（含緩衝材）應符合下列規定之一：

 

（一）橡膠緩衝材（厚度零點八公分以上，動態剛性五十百萬牛頓／立方公尺以下），其上再鋪設混凝土造地板（厚度五公分以上，以鋼筋或鋼絲網補強），地板表面材得不受限。

（二）橡膠緩衝材（厚度零點八公分以上，動態剛性五十百萬牛頓／立方公尺以下），其上再鋪設水泥砂漿及地磚厚度合計在六公分以上。

（三）橡膠緩衝材（厚度零點五公分以上，動態剛性五十五百萬牛頓／立方公尺以下），其上再鋪設木質地板厚度合計在一點二公分以上。

 

第 46-7 條

昇降機房之樓板，及置放機械設備空間與下層居室分隔之樓板，其衝擊音隔音構造，應符合前條第二項及第三項規定，並應符合下列規定之一：

一、鋼筋混凝土造樓板厚度在十五公分以上或鋼承板式鋼筋混凝土造樓板最大厚度在十九公分以上，其上鋪設表面材（含緩衝材）須符合下列規定之一：

（一）橡膠緩衝材（厚度一點六公分以上，動態剛性四十百萬牛頓／立方公尺以下），其上再鋪設混凝土造地板（厚度七公分以上，以鋼筋或鋼絲網補強），地板表面材得不受限。

 

WHAT Goals? 條文中的重點資訊是，「動態剛性」的量值有甚麼規定？輒要摘錄如下

 

1.          s'  < 50 MN/m3，橡膠緩衝材（厚度0.8公分以上）

2.          s'  < 55 MN/m3，橡膠緩衝材（厚度0.5公分以上）

3.          s'  < 40 MN/m3，橡膠緩衝材（厚度1.6公分以上）

 

How?「動態剛性」的定義、如何量測呢？主要是根據ISO 9052-1以及CNS 16022標準，進行之。兩個標準的名稱，引述如下：

 

1.      ISO 9052-1: Acoustics – Determination of dynamic stiffness – Part 1: Materials used under floating floors in dwellings

2.      CNS 16022: 聲學–動態剛性測定方法–用於住宅浮式地板下之材料

 

這兩個標準是相同的，讀者可參閱圖4，國立屏東科技大學機械工程系，振動噪音實驗室(https://val.npust.edu.tw/)/振動噪音產學技術聯盟(http://aitanvh.blogspot.com/)，已經取得了對應這兩個標準，進行測定「緩衝材」的「動態剛性」，TAF (Taiwan Accreditation Foundation)財團法人全國認證基金會的測試實驗室認證：Testing Laboratory 3642。

(https://accreditation.taftw.org.tw/taf/public/basic/viewApplyItems.action?unitNo=3642)。至於如何測定，我們再另闢單元討論。

 

最後，綜合一下這個單元的討論：

 

1.      瞭解了「橡膠」「緩衝材」「動態剛性」的關鍵詞分析。

2.      WHY? 為什麼需要測定？因為，「建築技術規則建築設計施工編」法規有相關的規定。

3.      WHAT Goals?「動態剛性」的量值有甚麼規定？達到甚麼目標，有主要3個數值，對應不同的樓板組成方式。

4.      How? 「動態剛性」的定義、如何量測？需要引用ISO 9052-1以及CNS 16022標準，以進行測定「緩衝材」的「動態剛性」。

 

以上個人看法，請多指教！

 

王栢村

2021.09.22

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圖1、「橡膠緩衝材」的「動態剛性」是甚麼？

圖2、建築技術規則建築設計施工編：「橡膠緩衝材」的「動態剛性」相關規定

圖3、建築技術規則建築設計施工編：「橡膠緩衝材」的「動態剛性」相關規定(續)

圖4、國立屏東科技大學機械工程系 振動噪音實驗室/振動噪音產學技術聯盟，TAF：Testing Laboratory 3642