武漢體育館建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)方案

1、武漢體育館建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)方案 武漢體育館位于漢口橋口區(qū)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(yùn)動會的部分賽事。本文主要介紹該館的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)，其中包括體育館的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、混響時間的控制、音質(zhì)缺陷的控制和聲學(xué)測量等內(nèi)容。 圖1 改造后的武漢體育館內(nèi)景 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(lián)人建成，是解放后武漢首座綜合性體育館，當(dāng)年和武漢劇院、武漢展覽館一樣，是武漢市的標(biāo)志性建筑，圖1為改造后的武漢體育館內(nèi)景。在上世紀(jì)80年代中期武昌洪山體育館建成前，一直是武

2、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(jìn)行改造。去年，這里承辦了第6屆全國城市運(yùn)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(xiàng)目的比賽，屬于一座中小型綜合性體育館。 圖3 武漢體育館剖面圖 2 綜合性體育館建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 一般廳堂的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)包括音質(zhì)設(shè)計(jì)與環(huán)境噪聲及振動控制兩大部分。音質(zhì)設(shè)計(jì)可分為廳堂體形控制及音質(zhì)

3、參量的控制；環(huán)境噪聲及振動控制亦可分為室內(nèi)環(huán)境噪聲及振動控制與室外環(huán)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(jié)構(gòu)和功能確定，聲學(xué)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(dǎo)致投資增大，而且容易引起音質(zhì)缺陷； 3）體育館內(nèi)的允許噪聲級標(biāo)準(zhǔn)要求不高，室外環(huán)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(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行處理，通常背景噪聲都能達(dá)到允許標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到上述因素，我們在武漢體育館比賽大廳建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)時主要考慮混響時間及頻率特性的控制、音質(zhì)缺陷的控制及混響時間測量等內(nèi)容。

4、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(jù)規(guī)范，容積小于40 000 m3的體育館其中頻混響時間宜取1.31.5s。根據(jù)實(shí)際使用功能以及該館的重要性，建議中頻滿場混響時間設(shè)計(jì)指標(biāo)值為1.3（110）s，其各頻率的混響時間相對于中頻的比值如表1。 該館比賽大廳能夠布置吸聲材料與結(jié)構(gòu)的部位僅限于頂部，山墻以及周圍的矮墻。要達(dá)到設(shè)計(jì)的混響時間指標(biāo)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(qiáng)吸聲材料與結(jié)構(gòu)，即材料與結(jié)構(gòu)的平均吸聲系數(shù)大于0.6。遵循上述原則，我們進(jìn)行了如下建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)。 墻面的聲學(xué)處理：由于比賽大廳一層的周圍矮

5、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(xué)處理，而該處的墻面在比賽時經(jīng)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(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)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）。 圖4 木制吸聲板墻面構(gòu)造 圖5 穿孔FC吸聲板墻面構(gòu)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(jié)構(gòu)的墻面很少，所以主要對南北山墻進(jìn)行聲學(xué)處理。墻裙部分受人為撞擊較多，要求面層材料強(qiáng)度較高，我們選用了和一層墻面相同的吸聲結(jié)構(gòu)。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

6、填充32kg/m3的離心玻璃吸聲棉板的復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)（圖5）。這種結(jié)構(gòu)不僅吸聲性能好且非常經(jīng)濟(jì)。頂棚的聲學(xué)處理：比賽大廳的頂部是弧形的現(xiàn)澆混凝土梁板結(jié)構(gòu)，并且屋面有8條采光帶。我們根據(jù)屋面弧形走向與采光帶的位置設(shè)置了256塊1500120050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(xì)玻璃棉板，飾面材料為穿孔的鋁板組成。由于存在邊緣效應(yīng)，空間吸聲體的吸聲性能得到提高，吸聲系數(shù)往往會大于1，另外它還有一定的裝飾效果。 為了確保設(shè)計(jì)的可靠性，針對設(shè)計(jì)方案，我們對比賽大廳的混響時間進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2從表中估算的結(jié)果來看是滿足設(shè)計(jì)初衷的。

7、 4 比賽大廳音質(zhì)缺陷的控制 體育館比賽大廳音質(zhì)缺陷的控制往往和混響時間的控制相結(jié)合。分析該廳，它可能存在的音質(zhì)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(chǎn)生回聲、顫動回聲等音質(zhì)缺陷。在方案中我們在南北墻面進(jìn)行了強(qiáng)吸聲處理，這既能控制混響時間也能消除音質(zhì)缺陷。雖然東西墻面也平行，但由于有大量的觀眾席和設(shè)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(chǎn)生聲聚焦。在設(shè)計(jì)時我們在頂棚上設(shè)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。 5 混響時間測量 建聲裝修竣工后，我們對該體育館內(nèi)進(jìn)行了空場

8、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(diǎn)進(jìn)行測量（圖7）。測量數(shù)據(jù)記錄見表3。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)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(tǒng)計(jì)估算的結(jié)果稍短于中頻混響時間的設(shè)計(jì)值，實(shí)際使用時體育館很少能達(dá)到滿場，統(tǒng)計(jì)結(jié)果對體育館的使用還是很有利的，符合我國體育建筑相關(guān)規(guī)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(yīng)為1.21.5秒(500Hz)。 6 結(jié)語 武漢體育館的聲學(xué)改造于2006年底完成，至今該館已接受了數(shù)十次體育賽事的檢驗(yàn)，其中最引人注目的是它圓滿地承辦第六屆城運(yùn)會的部分賽事。該館的聲學(xué)效果得到了聲學(xué)專家、領(lǐng)導(dǎo)、運(yùn)動健兒、普通觀眾和管理人員的普遍好評。參考文獻(xiàn) 1體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范 JGJ312003。 2