Analýza akustických vlastností dělících konstrukcí bytového domu

63 Pages·2013·2.01 MB·Czech

by  Samo Štěpánek

Mendelova univerzita v Brně
Lesnická a dřevařská fakulta
Ústav nauky o dřevě

ANALÝZA AKUSTICKÝCH VLASTNOSTÍ
DĚLÍCÍCH KONSTRUKCÍ BYTOVÉHO
DOMU

Bakalárska práca

2012 / 2013 Samo Štěpánek
Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta

Ústav nauky o dřevě 2012/2013

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE

Autor práce: Samo Štěpánek
Studijní program: Stavby na bázi dřeva
Obor: Stavby na bázi dřeva
Konzultant: Ing. et Ing. Jan Klepárník

Název tématu: Analýza akustických vlastnosti dělících konstrukcí bytového
domu

Rozsah práce: 40 stran

Zásady pro vypracování:

1 Cílem práce je analyzovat vybrané vodorovné a svislé konstrukce bytového domu
. (dvoupodlažní dřevostavby) z pohledu akustických vlastností. V první části literárního přehledu
práce stručně pojedná o problémech stavební akustiky a zaměří se postupně na problematiku
montovaných staveb na bázi dřeva. Druhá část literárního přehledu pojedná o analýze
akustických vlastností dělících stavebních konstrukcí a využití numerických metod v této

oblasti. V prostředí ANSYS budou sestaveny jednoduché numerické modely několika typů
dělících konstrukcí bytového domu a na základě výstupů simulací budou tyto konstrukce
porovnány. Mimo vlivu zjednodušení modelů a dalších metodických aspektů práce budou
diskutovány zejména možnosti úprav jednotlivých typů konstrukcí z pohledu materiálové
skladby.
2 Práce bude dodržovat standardní strukturu vědecké práce a respektovat směrnici děkana
. LDF č. 2/2007 "O úpravě písemných prací a o citaci dokumentů užívaných kvalifikačních prací
podávaných na LDF".

Seznam odborné literatury:

1
BUCUR, V. Acoustics of Wood. Boca Raton: CRC Press, 1995. 284 s. ISBN 0-8493-4801-3.
.
2
MECHEL, F. Formulas of Acoustics. Berlin: Springer, 2002. 1175 s.
.
FICKER, T. Handbook of building thermal technology, acoustics and daylighting : Příručka
3
stavební tepelné techniky, akustiky a denního osvětlení. 1. vyd. Brno: CERM, 2004. 266 s. ISBN
.
80-214-2670-5.
4 VAVERKA, J. Akustika. Souhrn kriteriálních požadavků a výpočtových metod v oboru :
. stavební a prostorové akustiky. Brno: VUT, 1996. 156 s. ISBN 80-214-0743-3.
5 KAŇKA, J. Akustika stavebních objektů. 1. vyd. Brno: ERA, 2009. 145 s. ISBN 978-80-
. 7366-140-3.
6 VAVERKA, J. a kol. Stavební fyzika I. 1. vyd. Brno: VUTIUM, 1998. 343 s. Učebnice.
. ISBN 80-214-1283-6.
7 MRLÍK, F. Stavební tepelná technika a stavební akustika. 3. vyd. Brno: VUT, 1992. 172 s.
. ISBN 80-214-0481-7.
8 MADENCI, E. -- GUVEN, I. The finite element method and applications in engineering
. using ANSYS. New York: Springer, 2006. 686 s. ISBN 0-387-28289-0.
9 MOAVENI, S. Finite element analysis : theory and application with ANSYS. 3. vyd. Upper
. Saddle River, N.J.: Pearson Prentice Hall, 2008. 861 s. ISBN 978-0-13-241651-1.
1 TOPPING, B H V. Advances in finite element technology. Edinburgh: Civil-Comp, 1996.
0. 453 s. ISBN 0948749415.
1 TOPPING, B H V. -- KUMAR, B. Developments in analysis and design using finite element
1. methods. Edinburgh: Civil-Comp, 1999. 282 s. ISBN 0-948749-61-X.
1 HUTTON, D V. Fundamentals of finite element analysis. Boston: McGraw-Hill, 2004. 494 s.
2. McGraw-Hill series in mechanical engineering. ISBN 0-07-239536-2.
ZIMMERMAN, W B J. Process modelling and simulation with finite element
1
methods. Singapore : World Scientific, 2004. 382 s. Series on stability, vibration, and control of
3.
systems. ISBN 981-238-793-5.
1 ZIENKIEWICZ, O. -- TAYLOR, R. The finite element method : Basic formulation and
4. linear problems . Volume 1. 4. vyd. London: McGraw-Hill, 1989. 648 s. ISBN 0-07-084174-8.
ZIENKIEWICZ, O. -- TAYLOR, R. The finite element method : Solid and fluid Mechanics,
1
dynamics and non-linearity . Volume 2. 4. vyd. Berkshire: McGraw-Hill, 1991. 807 s. ISBN 0-
5.
07-084175-6.

Datum zadání bakalářské práce: listopad 2011

Termín odevzdání bakalářské
duben 2013
práce:

Samo Štěpánek Ing. Jan Tippner, Ph.D.

Autor práce Vedoucí práce

Ing. Vladimír Gryc, Ph.D. doc. Dr. Ing. Petr Horáček

Vedoucí ústavu Děkan LDF MENDELU
Čestné prehlásenie:

Prehlasujem, že som bakalársku prácu na téma: „Analýza akustických vlastností
dělících konstrukcí bytového domu“ spracoval sám a uviedol som všetky použité
pramene. Súhlasím, aby moja bakalárska práca bola zverejnená v súlade s § 47b Zákona
č. 111/1998 Zb., o vysokých školách a uložená v knižnici Mendelovy univerzity v Brně,
sprístupnená ku študijným účelom v zhode s Vyhláškou rektora MZLU o archivácii
elektronickej podoby záverečných prací.

V Brne dňa 7.6.2013 podpis študenta: ...................................
Samo Štěpánek
Poďakovanie:

Na úvod by som sa touto cestou rád poďakoval vedúcemu bakalárskej práce Ing. Janovi
Tippnerovi, Ph.D., za odbornú spoluprácu a poskytnutú pomoc pri realizácií tejto práce,
za metodické vedenie, pripomienky a námety, ktoré boli pre moju prácu prínosné.
Autor
Samo Štěpánek
Názov práce
Analýza akustických vlastností dělících konstrukcí bytového domu
Abstrakt
Bakalárska práca sa zaoberá analýzou akustických vlastností deliacej konštrukcie. Práca
obsahuje teoretické východiská pre spracovanie témy, pojednáva o zvuku a stavebnej
akustike, zameriava sa na akustiku drevostavieb, problémy a ich riešenie, popisuje
výpočtové prostredie ANSYS, v ktorom je zostavený model deliacej konštrukcie s
využitím jazyka APDL. Model vychádza z požiadavkou normy pre meranie vzduchovej
a kročajovej nepriezvučnosti. Výsledky numerickej simulácie popisujú distribúciu tlaku
pred a za deliacou konštrukciou, z ktorých sú vypočítané hodnoty útlmu v dB. V závere
sú výsledky jednotlivých alternatív modelu porovnané s normou, diskutované sú
možnosti pre ďalšie zlepšenie.
Kľúčové slová
Akustika, akustické vlastnosti dřevostavby, dělící konstrukce bytového domu, ANSYS,
FSI
Author
Samo Štěpánek
The title of work
Analysis of the acoustic properties of separating constructions of apartment house
Abstract
Bachelor thesis focuses on analysis of the acoustic properties of separating
constructions. Thesis includes theoretical basis for processing the subject, discusses the
sound and building acoustics, aims for acoustics of wooden buildings, problems and
their solutions, describes the computing in ANSYS environment, in which model of
separating construction using APDL language is assembled. The results of numerical
simulations describe the distribution of pressure in front of and behind the separating
construction, from which values of attenuation in dB are calculated. In conclusion, the
results of the alternative models are compared with standards and possibilities for
further improvement are discussed.
Key words
Acoustics, acoustic properties of wooden structure, separating construction of apartment
house, ANSYS, FSI
Obsah
1 ÚVOD ........................................................................................................................ 1
2 CIEĽ PRÁCE ............................................................................................................ 2
3 LITERÁRNY PREHĽAD ......................................................................................... 3
3.1 Stavebná akustika ............................................................................................... 3
3.2 Stavebná akustika ľahkých stavieb .................................................................... 4
3.3 Modelovanie akustiky ........................................................................................ 6
4 AKUSTIKA ............................................................................................................... 7
4.1 Zvuk ................................................................................................................... 7
4.1.1 Vznik zvuku ................................................................................................ 7
4.1.2 Rýchlosť šírenia zvuku ............................................................................... 8
4.1.3 Akustický tlak a akustická rýchlosť ............................................................ 8
4.2 Stavebná akustika ............................................................................................... 9
4.2.1 Akustika stavebných konštrukcií .............................................................. 10
4.2.2 Vzduchová nepriezvučnosť ...................................................................... 10
4.2.3 Kročajová nepriezvučnosť ........................................................................ 12
4.2.4 Cesty šírenia zvuku ................................................................................... 14
4.3 Akustika drevostavieb ...................................................................................... 16
4.3.1 Príklady riešení ......................................................................................... 17
5 PROGRAM ANSYS ............................................................................................... 22
5.1 Štruktúra programu ANSYS ............................................................................ 22
5.1.1 Preprocesor ............................................................................................... 22
5.1.2 Riešič (Solution) ....................................................................................... 23
5.1.3 Postprocesor .............................................................................................. 23
5.1.4 Jazyk APDL - ANSYS Parametric Design Language .............................. 23
5.2 Použité elementy .............................................................................................. 24
5.2.1 FLUID30 ................................................................................................... 24
5.2.2 SOLID45 ................................................................................................... 26
5.2.3 Interakcia FSI ............................................................................................ 27
5.2.4 Harmonická analýza ................................................................................. 28
6 VÝPOČTOVÝ MODEL ......................................................................................... 29
6.1 Model A ........................................................................................................... 29
6.2 Model B ............................................................................................................ 30
6.2.1 Špecifiká normy ČSN 10140-5 ................................................................. 31
6.2.2 Popis modelu ............................................................................................. 32
6.3 Model C ............................................................................................................ 34
6.4 Tvorba modelu ................................................................................................. 34
7 VÝSLEDKY A DISKUSIA .................................................................................... 37
8 ZÁVER .................................................................................................................... 43
9 SUMMARY ............................................................................................................ 44
10 POUŽITÁ LITERATÚRA .................................................................................... 45
Zoznam obrázkov ....................................................................................................... 47
Zoznam tabuliek ......................................................................................................... 48
Zoznam príloh ............................................................................................................ 49
1 ÚVOD
V súčasnosti vo všeobecnosti pozorujeme návrat k prírodným materiálom,
materiálom vychádzajúcich z prírody a produktov šetrných k nášmu životnému
prostrediu, ekológii. Jedným z takýchto produktov je aj drevostavba, moderná stavba na
základe prírodného obnoviteľného materiálu dreva. Požiadavky na kvalitné bývanie
neboli nikdy tak prísne skúmané širokou verejnosťou ako dnes, či už z ekonomického
pohľadu alebo z pohľadu celkovej pohody bývania, ku ktorým patrí aj obytný priestor
bez rušivého hluku okolia.
Drevené konštrukcie prinášajú niekoľko dôvodov pre trvalú udržateľnosť, umožňujú
ukladanie CO , sú obnoviteľnou surovinou, majú zanedbateľný stavebný odpad na
2
stavenisku a vyžadujú málo energie na ich výrobu. Ďalej existuje niekoľko dôvodov
prečo sa podiel ľahkých drevených stavieb na trhu stále zvyšuje. Sú to predovšetkým
možnosť prefabrikácie, rýchlosť montáže, nové architektonické tendencie a v
neposlednej rade možnosť zvýšenia vrstiev tepelnej izolácie obvodovej steny bez
zvyšovania celkovej hrúbky fasády.
Aj preto si tieto stavby našli veľké uplatnenie v samostatne stajacich budovách,
predovšetkým domoch, no pri trende zvyšovania cien pozemkov a ich slabej
dostupnosti je otázka viacpodlažných stavieb na báze dreva viac než aktuálna.
Akustické riešenie pre jednotlivé domy je väčšinou jednoduchou záležitosťou a
požiadavky na celkovú akustickú pohodu nie sú až tak prísne, pretože tam vo väčšine
prípadov žije jedna rodina. Problém nastáva pri bytových domoch, kde sa stretáva viac
rodín, s odlišným spôsobom života a je nutné pristúpiť k riešeniu akustickej kvalita
komplexne, čo často býva výzvou aj pre samotných výrobcov materiálov a samotného
stavebníka.

1
2 CIEĽ PRÁCE
Cieľom práce je analyzovať vybranú konštrukciu bytového domu z pohľadu
akustických vlastností.
Východiskom pre splnenie cieľu je literárny prehľad zameraný na akustiku budov,
akustiku drevostavieb a problémov s ňou spojených.
Hlavným cieľom je zostavenie modelu v prostredí ANSYS a následná analýza
akustických vlastností deliacej konštrukcie. Model by mal byť napodobením
experimentu a pokusom o rámcovú verifikáciu ako základný východiskový bod pre
ďalšie zdokonaľovanie a úpravy.
Výstupom práce bude popis simulácie, charakteristika použitých príkazov programu
ANSYS, popis jednotlivých variant modelov a vyhodnotenie výsledkov modelovaných
konštrukcií.

2