KR100768431B1 - 분리형 다층 층간 소음 차단 시스템 및 이를 위한 층간소음 차단 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬래브 두께를 최소화하면서 차음구조의 기체매질을 최대화시켜 중량 충격음을 기준치이하로 저감시키는 층간 소음 차단 시스템이고, 또 기체매질로 최대화된 차음구조가 상부하중에 대하여 그 두께가 일정하게 유지되도록 하면서 충격하중에 의하여도 국부적인 눌림 현상이 없이 원상 복원이 가능하도록 한 것이며, 바닥판의 실 고유진동수와 중량충격음으로 인한 공명현상을 일으키지 않도록 한 차음구조 및 층간 소음 차단 시스템이다.

이를 위한 구성으로는 슬래브 콘크리트위에 모래층을 포설하고 그 위에 층간 소음 차단 구조를 설치하되 층간 소음 차단 구조는 경질의 합성 수지판이 상하에 설치되고 그 사이에 유공 EVA가 다수 개 설치되며 그 사이에는 부직포가 삽입되어 분리된 상태의 구조이고 상부 경질 합성수지판위에는 PE 발포 폼 시트가 설치되어있으면서 하부 경질 합성수지판아래에는 모래층이 포설되어 바닥판이 기체매질로 전환됨을 특징으로 한 구성이다.

층간 소음 차단구조, 분리형 다층 층간 소음 차단 시스템, 바닥 충격음, 유공 EVA, 부직포, 공명현상

Description

분리형 다층 층간 소음 차단 시스템 및 이를 위한 층간 소음 차단 구조{Separation-type system shutting noise from multistory and structure of shutting noise}

도1 통상적인 바닥구조를 나타낸 단면도

도2 본원 발명의 분리형 다층 층간 소음 차단 시스템을 나타낸 단면도

도3 본원 발명의 분리형 다층 층간 소음 차단 구조의 기본을 나타낸 단면도

도4a~c 『EVA』의 유공에 의해 바닥 충격음을 흡수, 반사, 분산, 감소시키는 상태를 보인 단면도

도5a~b 도3의 다른 실시예

도6 도3의 또 다른 실시예

도7 도3의 다른 실시예

도8 도6을 분해한 단면 사시도

본 발명은 분리형 다층 층간 소음 차단 시스템 및 이를 위한 층간 소음 차단구조에 관한 것으로 바닥 충격음에 의한 충격에너지를 효율적으로 반사, 분산, 감소, 흡수시켜 경량 및 중량 충격음을 기준치이하로 저감시키도록 한 것이다.

아파트와 같은 공동주택에서의 층간 소음은 바닥충격음의 충격에너지가 전달된 결과이다.

바닥 충격음이란 인간의 보행, 물건의 낙하, 어린이들의 뜀이나 달림, 가구의 이동에 의해 발생한 충격이 바닥에 가해지면 바닥 슬래브가 진동하고, 그 진동이 공기 중에 음으로 방사되는 것을 말한다.

바닥 충격음은 크게 경량 충격음과 중량 충격음으로 나누어진다.

경량 충격음은 비교적 가볍고 딱딱한 충격에 의한 바닥 충격음으로 기준치는 58데시벨 이하이다. 작은 물건의 낙하, 가구의 이동시 바닥에 가해지는 소리 등에 의해 아래층에 전달되는 고음역의 음으로서 충격력이 작고 지속시간이 짧다.

중량 충격음은 비교적 무겁고 부드러운 충격에 의한 바닥 충격음으로 기준치는 50데시벨 이하이다. 어린이가 뛰거나 달릴 때의 무거운 충격에 의해 아래층에서 발생되는 저음역의 음으로서 충격력이 크고 지속시간이 길다.

아파트 현장을 대상으로 경량 충격음과 중량 충격음을 실제 측정한 결과, 이에 따른 문제점은 다음과 같이 나타났다.

가. 스치로폼과 같은 완충재를 적용한 경우 슬래브 두께가 150mm의 경우 경량 충격음과 중량 충격음모두 현재 적용중인 법적 기준치를 만족하지 못하였다.

슬래브두께가 증가함에 따라 중량 충격음 저감효과가 있었다.

나. 온돌마루 직하에 완충재(약 3mm)를 부착한 경우, 경량충격음은 대부분 기준치를 만족하고 있으나, 중량충격음은 미달됐다.

다. 바닥 충격음 저감재는 경량 충격음에는 효과가 있으나 중량 충격음에는 효과가 적은 것으로 나타났다.

라. 구조형식과 관련하여 벽식 구조보다는 주상복합건축물에 적용되고 있는 라멘구조가 상대적으로 바닥충격음 차단성능에 효과적인 것으로 조사됐다.

중량 충격음 저감을 위하여 구조체 강성을 증가시키는 것이 필요하다.

구조체의 강성을 증가시키기 위한 방안으로는 슬래브 두께를 크게 하는 방안과 슬래브를 포함한 구조형식을 강성구조로 개선하는 방안이다.

마. 거실의 고유진동수는 35~45Hz 범위이고, 방의 고유진동수는 45~60Hz로 조사되었다.

방의 고유진동수 45~60Hz는 중량충격음의 측정 주파수 대역인 63Hz(44.5~89.1Hz)에 영향을 미치고 있다.

방의 고유진동수와 중량충격음의 측정 주파수 대역이 이와 같다면 바닥 슬래브 두께를 240mm이상으로 하더라도 중량충격음이 법적기준을 충족하지 못하는 현상이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 방의 고유진동수와 중량충격음의 측정 주파수 대역이 공명현상을 일으킬 수 있는 주파수이기 때문이다.

이와 같이 실제 조사된 결과에 의하면 공동주택 바닥충격음에서 경량충격음은 그리 문제가 되지 않는다. 완충재에 의해 쉽게 기준치이하가 되기 때문이다. 그러나 중량 충격음은 완충재에 의해서 기준치이하가 되지 않는다는데 문제가 있다.

이와 같이 완충재에 의해서 중량 충격음의 문제가 해결될 수 없다면 슬래브의 강성을 증대시키는 방안을 고려할 수 있다. 그런데 슬래브의 강성은 슬래브 단면의 2차 모멘트와 정비례하므로 슬래브 두께를 크게 하는 것이 가장 경제적이다. 그렇다고 중량 충격음을 기준치이하가 되게 하기위하여 슬래브 두께를 크게 할 수만 있는 것도 아니다. 슬래브 두께가 커지면 건축비가 상승되기 때문이다.

건축비 상승과 중량 충격음 저감과의 적정화가 요구된다. 현재의 사정을 감안할 때 슬래브 두께를 크게 하는 것은 현실적이지 못하다.

그렇다면 슬래브 두께를 현재의 수준으로 유지하면서도 중량 충격음을 저감시키는 것이 중요하다.

본원 발명은 슬래브 두께를 최소화하면서 중량충격음을 기준치이하가 되게 하는 것을 그 기본으로 하고 있다.

바닥 충격음은 파동의 형태로 에너지가 전달된다. 파동은 매질을 통해 전달된다. 매질은 파동을 전달하는 물질이다.

예컨대 음파는 공기를 매질로 하여 전달되고, 물결파는 물(水)을 매질로 하여 전달된다. 그러나 매질은 이동하지 않고 제자리에서 진동할 뿐이다.

매질은 크게 고체 액체 기체로 나눌 수 있다. 파동의 속도는 매질의 종류에 따라 다르다. 그 속도는 고체에서 가장 빠르고 액체, 기체 순이다. 밀도의 차이에 의해서 달라지기 때문이다. 밀도의 크기는 고체→액체→기체의 순이다.

진동은 매질의 입자에 의하여 전달되므로 입자의 밀도가 고체와 같이 치밀할수록 진동이 빨라지게 되고, 기체와 같이 느슨할수록 진동이 느려지게 된다.

본 발명은 슬래브의 두께를 최소화시키면서도 슬래브 층을 기체매질로 최대로 전환시키게 되면 바닥 충격음의 중량충격음을 기준치이하로 저감시킬 수 있다는 점에 착안된 것이다.

슬래브는 상부하중을 지지하는 구조재이다. 상부 하중을 슬래브에 전달하는 슬래브위의 층도 상부하중에 견딜 수 있어야한다. 만약 기체매질이 상부하중에 의 하여 전체가 압착된다거나 국부적으로 압착되게 되면 압착에 의하여 밀도가 치밀하게 되어 기체매질로 전환하고자하는 기술적 의미가 전혀 없게 된다.

따라서 슬래브위의 차음구조도 기체매질로 전환한다하더라도 상부하중을 지지할 수 있는 정도의 강도를 가져야하는 것은 당연하다.

본 발명의 기술적 의미도 바로 차음구조에 있는 것이다.

즉 기체매질로 최대로 전환시킨 차음구조이고 동시에 상부하중에 의하여 그 두께가 유지되면서 충격하중에 의하여도 원상으로의 복원성을 갖는 차음구조 및 그 시스템이다.

아파트와 같은 공동주택의 경우 경제적인 슬래브 두께는 통상 180~200mm이다. 만약 슬래브 두께가 180mm이면서 바닥 충격음의 중량충격음을 기준치이하로 저감할 수 있다면 가장 경제적인 축조라 할 수 있다.

그러나 바닥 충격음의 중량충격음을 기준치이하로 저감시키기 위하여 슬래브 두께가 240mm이상 되게 한다면 이는 비경제적이어서 현실적이지 못하다.

다시 말하면 슬래브 두께를 최소화하면서 바닥충격음의 중량 충격음을 기준치이하로 저감할 수 있는 차음구조를 갖는 것이 현실적으로 가장 경제적이다.

슬래브 두께를 최소화하면서 중량 충격음을 기준치이하로 저감시키는 것은 차음구조의 상부하중지지력과 동시에 최대의 기체매질로의 전환이다.

이러한 관점에서 본 발명의 첫째 목적은 슬래브 두께를 최소화하면서 차음구 조의 기체매질을 최대화시켜 중량 충격음을 기준치이하로 저감시키는 층간 소음 차단 시스템에 있고, 둘째 목적은 기체매질로 최대화된 차음구조가 상부하중에 대하여 그 두께가 일정하게 유지되도록 하면서 충격하중에 의하여도 국부적인 눌림 현상이 없이 원상 복원이 가능하도록 함에 있으며, 셋째 목적은 바닥판의 실 고유진동수와 중량충격음으로 인한 공명현상을 일으키지 않도록 한 차음구조 및 층간 소음 차단 시스템을 제공하는데 있다.

슬래브의 강성을 증대시키지 않고 최소화된 슬래브 두께에서 바닥충격음의 중량 충격음이 기준치이하로 저감시킨다는 것은 상부하중에 의하여 층간 소음 차음 구조가 전체적으로는 말할 것도 없고 국부적으로도 눌리지 않고 일정한 두께를 유지하여야함을 의미한다. 설령 충격하중에 의하여 일시적인 눌림 현상이 발생한다하더라도 원상태로 복원성이 가능함을 의미한다. 국부적으로 눌림 현상이 생기게 되면 그 눌린 만큼 매질의 밀도가 치밀해져서 바닥충격음의 전달이 빨라지기 때문이다.

눌림 현상으로 인하여 바닥판의 고유진동수와 중량충격음의 측정 주파수 대역 상호간에 공명현상의 여건을 형성되지 않도록 하기위해서다.

또한 국부적인 눌림 현상은 상부하중에 의해서만 발생되는 것이 아니다.

차음구조와 접면되는 슬래브의 표면이 불규칙한데서도 발생된다.

바닥 충격음의 진폭과 진동수의 크기에 비하면 울퉁불퉁한 슬래브의 표면은 그 영향이 매우 크다.

차음구조는 바닥 충격음을 전달하는 매질이므로 상부하중이나 매끄럽지 못한 슬래브 표면에 의하여 국부적인 눌림 현상이 없도록 하는 것이 중요하다.

이를 위하여 본 발명에서는 차단구조의 주재로서 연질인 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)를 사용한다.

EVA는 합성고무재료를 적정 가류시간과 온도에서 발포시켜 만든 것으로 상부하중의 지지력이 뛰어나면서 복원력과 차음효과가 아주 우수한 재질로 알려져 있다.

그러나 차음효과가 우수하다는 EVA의 재질만으로 슬래브두께가 최소화된 상태에서 중량충격음을 기준치이하로 저감시키기에는 아직도 부족하다.

이러한 저감효과의 부족분에 대하여는 층간 소음 차단의 구조를 기체매질로 전환시켜 이를 충족시키고 있다. 기체매질로 전환시키기 위한 구성 재료로 부직포를 사용한다. 부직포는 풍부한 공기층을 가지고 있으면서 구성요소상호간의 삽입에 대한 적응성이 아주 뛰어난 재료이다. 그뿐만 아니라 구성 재료간의 마찰력을 최소화시킴으로써 구성 재료간의 중량충격음의 전달을 최소화시키는 역할을 하고 있다.

구성요소사이에 삽입되는 부직포의 숫자가 많을수록 기체매질로 전환이 용이하다.

기체매질로의 전환은 공기층이 많을수록 유리하기 때문에 층간 소음 차단 구조가 EVA 단일층보다는 EVA 복합층이 유리하다. 복합층의 사이사이마다 부직포를 삽입하게 되면 부직포 층의 합이 복합층의 전체 공기층이기 때문이다.

EVA에다 일정간격으로 유공을 형성하게 되면 중량충격음으로 발생되는 진동전이 현상을 유공의 에어 큐숀(Air Cusion) 기능으로 감쇄시키는 역할을 하게 된다.

또한 EVA와 부직포로 형성된 것을 차음구조의 기본에다 상하부에 경질의 합성수지판을 설치한다.

상부 경질 합성 수지판의 역할은 차음구조의 기본이 편심하중을 받지 않도록 상부하중을 고르게 분산시키는 역할을 한다.

하부 경질 합성 수지판의 역할은 불규칙한 슬래브 표면에 의하여 차음구조가 국부적으로 눌림 현상을 방지하는 역할을 한다.

상하부에 설치된 경질 합성수지판에 의하여 차음구조가 국부적인 눌림 현상을 방지함으로써 공명현상이 발생될 여건을 사전에 방지하고자 한 것이다.

또한 도2 에서와 같이 상하부에 설치된 경질 합성수지판의 상하부에 PE 발포 폼 시트와 모래층을 포설되었다.

PE 발포 폼 시트는 경량콘크리트를 통해 전달된 상부하중을 상부 경질 합성수지판에 고르게 분산시키는 역할을 한다. 경질 합성수지판 하부에 포설된 모래층 은 불규칙한 슬래브 표면을 고르게 분산시키는 역할을 한다. 이는 국부적인 눌림 현상을 방지하기위한 것이다. 국부적인 눌림 현상을 방지함으로써 바닥판의 고유진동수와 중량충격음의 주파수 대역이 일치되는 것을 방지하도록 한 것이다. 이는 공명현상을 방지하기 위함이다.

PE 발포 폼 시트는 무수한 미세 독립기포가 존재하는 재질상의 특성을 가지고 있기 때문에 하중을 고르게 분산시키는 작용을 할 뿐만 아니라 에어 큐숀(Air Cusion) 작용에 의하여 진동감쇄작용도 한다.

PE 발포 폼 시트와 부직포를 병행하거나 부직포로 대신하여도 무방하다.
모래는 점착력이 없는 것으로 모래 입자간에 서로 독립적으로 거동되는 특성을 가지고 있기 때문에 불규칙한 슬래브 콘크리트위에서 하단 경질 합성수지판을 쉽게 수평상태가 되게 한다.

위의 층간 소음 차단 구조와 그 시스템에 의하여 중량충격음이 기준치이하로 저감된다.

여기에다 그 저감효과를 증대시키기 위하여 층간 소음 차단 구조와 그 시스템은 분리형으로 형성되어있다.

분리형에 대하여 살펴보기로 한다.

연질인 EVA를 사이에 두고 그 상하부에 합성수지판을 설치하면서 합성수지판과 EVA사이에 부직포를 설치하였다. 부직포와 합성수지판과의 사이와, 그리고 부직 포와 EVA사이에는 전혀 접착된 상태가 아니다. 서로 분리된 상태이다. 재료간의 마찰력을 최소화시켜 진동의 전달을 최소화시키기 위해서다.

부직포에 의하여 형성된 기체매질을 그대로 유지시키기 위해서다. 만약 부직포의 상ㆍ하단을 접착제로 접착시키게 되면 접착력에 의하여 재료 상호간에 서로 밀착ㆍ일체화됨으로써 매질의 밀도가 치밀해져 진동이 쉽게 전달되는 특성이 있기 때문이다.

또한 경량콘크리트와 슬래브 콘크리트사이에 포설되는 PE 발포 폼 시트와 모래층은 합성수지판과 분리되어 독립적이다. 합성 수지판이 슬래브 콘크리트 및 경량콘크리트의 표면과 국부적인 눌림 현상이 없도록 하기위해서는 합성수지판과 분리되지 않으면 안 된다.

본원 발명의 분리형 다층 층간 소음 차단 시스템과 이를 위한 분리형 층간 소음 차단 구조의 대체적인 기술적 개요는 위의 설명과 같다.

도면과 함께 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도1은 통상적인 바닥구조를 나타낸 단면도이다.

그 시공순서는 『슬래브 콘크리트(20)』→『단열 / 완충재(10)』→『경량기포 콘크리트(30)』→『마감 몰탈(40)』→『바닥 마감재(50)』순이다.

도2는 본원 발명의 분리형 다층 층간 소음 차단 시스템을 나타낸 단면도이다. 통상적인 도1과 동일하고 다만 도1의 『단열 / 완충재(10)』대신 분리형 다층 층간 소음 차단 기본 구조(100)로 대체한 것이 다르다.

그 시공순서는 『슬래브 콘크리트(20)』→『모래층 포설(160)』→『층간 소음 차단 구조(100)』→『PE 발포 폼 시트(170)』→『경량기포 콘크리트(30)』→『마감 몰탈(40)』→『바닥 마감재(50)』순이다.

『층간 소음 차단 구조(100)』는 그 주재가 연질인 『EVA(130)』이고 각 적층되는 부재의 사이에는 『부직포(120)』가 분리된 형태로 삽입되어있다. 『EVA(130)』는 일정간격으로 유공(132)이 형성되어있다.

도3은 『EVA(130)』층을 2개로 나누고 그 사이에 『부직포(120)』가 삽입된 형태이다. 『EVA(130)』층은 상부하중을 지지하는 능력이 클 뿐만 아니라 바닥 충격음을 가장 효과적으로 차단하는 부재이고 유공(132)과 더불어 감쇄기능이 아주 탁월하다. 『부직포(120)』층은 공기층이 많으면서 『EVA(130)』층 사이에 삽입되어 공기층을 원형 그대로 유지하는 적응성이 아주 좋은 부재이다. 기체매질로 전환시키는 부재로서 가장 바람직하다. 『부직포(120)』층의 총합이 클수록 기체매질로의 전환이 크다.

도 4a~c에서와 같이 『EVA(130)』에 유공(132)을 천공하게 되면 바닥 충격음에 의한 충격에너지를 흡수, 반사, 분산, 감소하는 능력이 커서 중량 충격음을 현저하게 저감하게 된다.

도5a~b는 『EVA(130)』에 유공(132)을 천공하는 대신 상하부에 종횡으로 지그재그로 요홈(133)을 내게 되면 유공(132)과 동일한 효과가 있다.

도7은 도3의 하부 『EVA(130)』층을 『PE 발포 폼 시트(170)』로 대체한 또 다른 실시예이다. 『PE 발포 폼 시트(170)』는 독립기포가 많아 바닥 충격음의 감쇄효과가 클 뿐만 아니라 상부하중을 지지하는 지지력도 크다.

도8은 도6을 분해한 단면 사시도이다.

본 발명은 슬래브 두께를 최소화하면서 유공 『EVA』와 부직포에 의하여 기체매질을 최대화한 차음구조이므로 경제적인 축조가 가능하면서 중량충격음을 기준치이하로 저감하는 효과가 있을 뿐 아니라 슬래브의 강성을 증대시키지 않고서도 기체매질로의 전환구조로서 바닥판의 실 고유진동수와 중량충격음으로 인한 공명현상을 방지할 수 있는 효과를 지니고 있다.

그 뿐만 아니라 경질 합성수지판에 의하여 상부하중을 고르게 분산시키게 되어 차단구조가 눌리는 현상이 방지되어 중량 충격음의 저감효과가 더 한층 배가되는 효과가 있다. 여기에다 경질 합성수지판의 상하부에 PE 발포 폼 시트와 모래층이 포설되어있으므로 국부적인 눌림 현상이 방지되어 바닥판의 실 고유진동수와 중량충격음으로 인한 공명현상을 사전에 방지되는 효과를 지닌 유용한 발명이다.

Claims (4)

1. 콘크리트 슬래브(20) 위에 경량기포 콘크리트(30)가 형성되어있고 그 위에 마감 몰탈(40) 및 바닥 마감재(50)가 형성된 것에 있어서

   콘크리트 슬래브(20) 위에 모래층(160)을 포설하고 그 위에 층간 소음 차단 구조(100)를 설치하되 층간 소음 차단 구조(100)는 경질의 프라스틱 판넬(110)이 상하에 설치되고 그 사이에 유공 EVA(130)가 1-2개 설치되며 그 사이에는 부직포(120)가 삽입되어 분리된 상태의 구조이고 상부 프라스틱 판넬(110) 위에는 PE 발포 폼 시트(170)가 설치되어있으면서 하부 프라스틱 판넬(110) 아래에는 모래층(160)이 포설되어 바닥판이 기체매질로 전환됨을 특징으로 하는 분리형 다층 층간 소음 차단 시스템
2. 콘크리트 슬래브(20) 위에 경량기포 콘크리트(30)가 형성되어있고 그 위에 마감 몰탈(40) 및 바닥 마감재(50)가 형성된 것에 있어서

   콘크리트 슬래브(20) 위에 모래층(160)을 포설하고 그 위에 층간 소음 차단 구조(100)를 설치하되 층간 소음 차단 구조(100)는 경질의 프라스틱 판넬(110)이 상하에 설치되고 그 사이에 PE 발포폼(130‘)이 1-2개 설치되며 그 사이에는 부직포(120)가 삽입되어 분리된 상태의 구조이고 상부 프라스틱 판넬(110) 위에는 PE 발포 폼 시트(170)가 설치되어있으면서 하부 프라스틱 판넬(110) 아래에는 모래층(160)이 포설되어 바닥판이 기체매질로 전환됨을 특징으로 하는 분리형 다층 층간 소음 차단 시스템
3. 콘크리트 슬래브(20) 위에 경량기포 콘크리트(30)가 형성되어있고 그 위에 마감 몰탈(40) 및 바닥 마감재(50)가 형성된 것에 있어서

   콘크리트 슬래브(20) 위에 모래층(160)을 포설하고 그 위에 층간 소음 차단 구조(100)를 설치하되 층간 소음 차단 구조(100)는 경질의 프라스틱 판넬(110)이 상하에 설치되고 그 사이에 유공 EVA(130)와 PE 발포폼(130‘)이 적층되며 그 사이에는 부직포(120)가 삽입되어 분리된 상태의 구조이고 상부 프라스틱 판넬(110) 위에는 PE 발포 폼 시트(170)가 설치되어있으면서 하부 프라스틱 판넬(110) 아래에는 모래층(160)이 포설되어 바닥판이 기체매질로 전환됨을 특징으로 하는 분리형 다층 층간 소음 차단 시스템
4. 콘크리트 슬래브(20) 위에 경량기포 콘크리트(30)가 형성되어있고 그 위에 마감 몰탈(40) 및 바닥 마감재(50)가 형성된 것에 있어서

   콘크리트 슬래브(20) 위에 모래층(160)이 포설되고 경량기포 콘크리트(30) 아래에 PE 발포 폼 시트(170) 사이에 설치되면서 그 구조는 경질의 프라스틱 판넬(110)이 상하에 설치되고 그 사이에 유공 EVA(130)가 1-2개 설치되며 그 사이에는 부직포(120)가 분리형으로 삽입되고 부직포(120)에 의해 바닥판이 기체매질로 전환됨을 특징으로 하는 분리형 다층 층간 소음 차단 구조

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