KR100920200B1 - 제진합판을 사용한 플라이우드패널 방식의 이중바닥 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동제어에 속하는 기술로서, 기계에서 발생한 진동이 주변으로 전달되는 것 혹은 기계가 설치된 곳의 주변 진동이 기계로 전달되는 것을 차단하는 진동 방지 구조에 관한 것이다.

본 발명은 플라이우드패널 방식의 이중바닥 시스템의 차음 성능을 개선하기 위하여 고무마운트를 감싸고 있는 다공질 재료의 두께를 고무마운트의 높이보다 낮게 하여 빈 공간 즉 공기층이 생기게 하였다. 그리하여 플라이우드 패널 시스템 전체가 두 슬래브 사이에 공기층을 갖는 중공벽의 형상이 되도록 했다.

본 발명은 플라이우드 패널 시스템의 방진 성능을 개선하기 위하여 제진합판을 제작하고 적용하였다. 제진합판은 두 합판 사이에 제진재를 삽입한 구조로 제작한다. 제진재는 큰 내부 손실을 가진 신축성 있는 점탄성 재료로 만들어지므로, 제진재가 삽입된 제진합판은 고주파 진동을 절연시키고 또한 합판의 진동을 감소시켜 구조전달음을 유발하는 진동의 발생을 억제한다.

본 발명의 이중바닥시스템은 통상의 플라이우드패널 방식의 이중바닥 시스템에 비하여 구조전달음의 발생이 아주 적은 특징이 있다.

플라이우드패널 시스템, 공기층, 제진재, 방진, 발포고무, 마운트

Description

제진합판을 사용한 플라이우드패널 방식의 이중바닥 시스템{Plywood Panel Type Floating Floor System Using Damping Plywood}

본 발명은 진동제어에 속하는 기술로서, 기계에서 발생한 진동이 주변 건물로 전달되는 것을 차단하거나, 혹은 기계가 설치된 곳의 건물 진동이 기계로 전달되는 것을 차단하는 진동 방지 시스템에 관한 것이다.

모터, 팬, 펌프 등의 회전 기계들과 내연기관 등의 왕복 기계는 가동중에 필연적으로 진동을 유발하는데, 이들 기계에서 발생한 진동이 주변으로 전달될 경우 사람에게 불안감, 불쾌감 등을 유발하여 생활에 피해를 유발할 뿐만 아니라, 그 기계가 설치된 건물 구조체를 손상시킬 수 있고, 부근에 설치된 정밀 설비 및 제어 시스템의 오작동을 유발하거나, 진동에 민감한 정밀 측정장비, 광학장비, 정밀가공장비들의 정밀도를 저하시키고, 이들 기계의 고장 원인이 될 수도 있다. 또한 진동이 건물 구조체에 전달될 경우 구조전달음(Structure Borne Noise)을 유발하여 소음 공해를 유발할 수 있다.

상기와 같은 진동의 나쁜 영향을 제거하기 위하여, 진동을 유발하는 기계의 하부에 설치하여 기계에서 발생 된 진동이 주변으로 전파되는 것을 차단하는 다양 한 방진 방법들이 개발되었다.

일반적으로 기계의 방진은 방진 대상 기계를 고무 패드, 고무 마운트, 금속스프링 마운트, 에어 마운트 등의 탄성체로 지지하여, 기계가 작동할 때 발생하는 진동 가진력이 구조체로 전달되는 것을 차단하거나, 또는 그 역으로 주변 진동이 보호대상의 기계로 전달되는 것을 차단하는 방법으로 이루어진다.

상기와 같이 각각의 기계를 개별적으로 방진하는 방법 외에도 기계들이 설치될 건물의 바닥 전체를 방진을 하는 방법도 있다. 그중 대표적인 것이 이중바닥 시스템(Floating Floor System)인데, 기계들이 놓인 바닥 슬래브 전체를 건물로부터 띄워 놓고 그 사이를 탄성체로 지지하는 건물 구조이다. 이중바닥 시스템은 진동과 그에 수반되는 구조 소음을 흡수하고 차단하기 위해 기존의 콘크리트 슬래브 위에 고무 또는 금속스프링 등의 탄성체로 제작한 방진마운트를 설치하여 일정 두께의 공기층을 확보한 후, 그 위에 새로운 콘크리트 슬래브를 타설하여 바닥을 이중으로 설치한 구조이다. 이때 상부의 콘크리트 슬래브는 바닥 슬래브로부터 탄성체에 의해 떠있는 구조 즉 '뜬 바닥(플로팅 플로어)' 상태가 되어 진동을 절연시키는 방진 장치로서의 역할과 소음의 투과손실을 높이는 차음 장치로서의 역할을 동시에 수행한다.

벽체의 차음 성능은 투과손실(TL, Transmission Loss, 단위 dB)로 나타낸다. 투과손실은 벽체를 통과하면서 음이 저감되는 정도를 나타내는 물리량으로 벽체의 면밀도(단위면적당 질량)가 클수록 증가하는데, 다음 식으로 계산된다.

TL = 18 log(f·m) - 44 (dB),

여기서, f : 음의 주파수, m : 벽체의 면밀도

벽체의 면밀도는 벽체 재료의 밀도와 벽의 두께에 비례하므로, 큰 차음 성능을 달성하려면 두꺼운 벽체를 사용하면 된다.

최근에는 아파트 등의 다층 주택에서 층간 전달소음이 큰 문제로 대두되고 있다. 층간 전달소음의 주요원인은 건물의 바닥에 가해지는 어린이들의 뜀박질, 벽이나 바닥에 공 튀기기, 바닥에 물건 떨어뜨리기, 벽에 못박기 등으로 발생하는 충격성 진동이 건물 구조체에 가해지고, 이 충격성 진동이 건물의 구조체를 따라 전달되어 이웃세대의 벽, 천장 등의 구조체가 진동함으로써, 새로운 소음이 발생하는 구조절달음(Structure Born Noise)이다. 상기와 같은 구조전달음 중에서 건물의 바닥에 가해지는 충격성 진동에 기인한 것을 특히 바닥충격음이라고 한다.

상기와 같은 바닥충격음을 차단하기 위해서는 건물의 바닥에 가해지는 충격성 진동이 건물의 구조체로 전달되는 것을 차단하여야 하는데, 이와 같은 경우에도 이중바닥 시스템이 아주 효과적인 대안이 되는 것으로 알려져 있다.

이중바닥 시스템은 콘크리트 슬래브를 탄성지지하는 방법에 따라 여러 가지로 세분화된다. 탄성체로 잭업 마운트(Jack up Mount)를 사용하는 잭업 시스템은 기존 콘크리트 슬래브 위에 잭업 마운트를 설치한 후 그 위로 상부 콘크리트 슬래브를 타설하는 순서로 진행된다. 상부 콘크리트 슬래브가 양생된 후에는 잭업 마운트의 스크류를 돌려 상부 슬래브를 들어올리는 순으로 시공이 완결된다.

탄성체로 원기둥 형태의 방진고무마운트를 사용하는 플라이우드패널 시스템은 고무마운트와 방습 처리가 된 다공질 재료 그리고 내수합판을 조합하여 만든다. 즉, 그렇게 만든 패널을 건물의 콘크리트 슬래브 바닥에 설치한 후 합판을 놓고 그 위로 또 다른 콘크리트 슬래브를 타설 및 양생하면 이중바닥 시스템이 완성된다.

상기와 같은 목적의 플라이우드패널은 두께 10mm 가량의 내수합판의 한 면에 두께 50mm 가량의 고밀도 글라스울(유리면) 판을 접착하고, 글라스울 판에 다수개의 구멍을 형성하여 이 구멍에 글라스울 판의 두께와 같은 높이의 방진고무마운트를 삽입한 후, 전체를 비닐 필름으로 싸서 제작한다.

플라이우드패널의 시공은 건물의 바닥에 상기 플라이우드패널을 연속적으로 배치한 후 이음매 부분을 테이프로 방수처리 하고, 그 위에 바닥 콘크리트를 타설하는 방식으로 시공한다. 필요에 따라서 바닥콘크리트에는 철근 배근을 하거나 외이어매쉬를 삽입하여 바닥 콘크리트의 강도를 보강한다.

최근에는 탄성체로 폴리우레탄 매트를 사용하는 방법이 많이 사용되고 있다. 이 방법은 마운트를 이용하는 것과는 달리 탄성체 위로 하중이 골고루 분포하게 만들 수 있어 탄성체의 정적 처짐을 충분히 줄 수 있다. 폴리우레탄 매트 시스템은 폴리우레탄 매트를 건물의 바닥 슬래브에 설치한 후 그 위에 상부 콘크리트 슬래브로 마감하는 순서로 시공한다.

상기한 바와 같이 이중바닥 시스템은 바닥을 통하여 전달되는 소음의 차단에 아주 유효하고, 그중에서도 플라이우드패널 방식의 이중바닥 시스템은 시공이 간편한 장점이 있어서 많이 시행되고 있으나, 바닥충격음의 방지에는 그다지 효과적이지 못한 문제점이 있다.

상기한 바닥충격음 문제의 원인은 플라이우드패널 방식의 이중바닥시스템을 구성하는 합판이 외부에서 가해지는 진동에 의하여 합판의 고유진동수에 해당하는 주파수의 진동이 크게 발생하고, 이 진동이 방진고무마운트에 의하여 충분한 정도로 방진이 되지 못하고 건물의 구조체로 전달되어 구조전달음을 유발하기 때문이다. 특히 충격성 진동은 모든 주파수의 진동성분을 모두 포함하고 있는 진동으로서, 합판의 고유진동수와 일치하는 진동 성분이 합판에서 공진하여 크게 증폭된다.

따라서 타 방식에 비하여 시공이 간편한 플라이우드 패널 방식의 이중바닥 시스템을 채택하되, 차음성능이 높고 구조전달음의 염려가 없는 새로운 방식의 이중바닥 시스템이 요구된다.

본 발명에서는 상기와 같은 기술적 문제점들을 해결하고자, 다음과 같은 구조의 플라이우드 패널 방식의 이중바닥 시스템을 채택하였다.

먼저 차음 성능을 개선하기 위하여 방진고무마운트를 감싸고 있는 흡음재인 다공질 재료의 두께를 고무마운트의 높이보다 낮게 하여 이중바닥을 구성하는 두 슬래브 사이에 공기층이 형성되게 하였다.

그리고 플라이우드 패널 방식에 사용되는 합판이 외부의 충격성 진동에 의하여 진동을 크게 하지 않는 제진합판을 채택하였다. 제진합판은 두 겹의 합판 사이에 점탄성 재료로 만들어지는 제진재(Damping Sheet)를 삽입하여 구성하였다.

본 발명인 공기층이 있는 플라이우드 패널 시스템은 내부의 공기층이 형성되어 상하의 두 슬래브 사이에 공기층이 있는 이중벽 구조이다. 이런 이중벽은 단일벽보다 거의 모든 주파수 영역에서 우수한 투과손실을 갖는다. 일반적으로 단일벽의 두께를 두 배로 하면 투과손실은 5 ~ 6dB 정도 증가하는데 비해 이를 중공벽으로 만들면 단일벽일 때의 투과손실보다 두 배 이상 증가하게 된다. 이와 같이 본 발명에서의 공기층은 투과손실을 증가시켜 결국 플라이우드 패널 시스템의 차음 성능을 극대화하게 한다.

그리고 상기 공기층에는 바닥에 흡음재가 구비되어 있으므로, 이중벽 구조에서 특정 주파수의 음이 차음이 크게 되지 않고 투과하는 공명투과현상을 크게 완화한다.

본 발명인 공기층이 있는 플라이우드 패널 시스템에서는 기존의 합판을 개선하여 두 합판 사이에 제진재를 삽입한 구조의 제진합판을 적용하였다. 제진재는 큰 내부 손실을 가진 신축성 있는 점탄성 재료로 만들어지므로 진동을 절연시키는 효 과가 있다. 따라서 본 발명에서는 진동이 고무마운트에 의해 절연되고 제진합판에서 한번 더 절연되는 구조를 갖는다. 이는 이중방진 효과로서 결과적으로 플라이우드 패널 시스템의 방진 효율을 크게 높인다.

본 발명인 제진합판을 사용한 플라이우드패널 방식의 이중바닥 시스템은 도 1에 도시한 것과 같이 흡음판(10), 방진고무마운트(20), 공기층(30), 제진합판(40), 그리고 건물의 바닥을 구성하는 바닥슬래브(50)와 상부슬래브(60)으로 구성된다.

상기 이중바닥 시스템의 시공은 바닥슬래브(50)에 방진고무마운트가 놓이는 부분에 마운트자리가 형성된 흡음판(10)을 설치하고, 상기 흡음판(10)의 마운트자리에 방진고무마운트(20)를 삽입하여 설치하고, 방진고무마운트(20) 위에 제진합판(40)을 올려놓고, 제진합판(40) 위에 상부슬래브(60)를 타설하는 순으로 이루어진다.

흡음판(10)은 일정 두께의 판상의 고밀도 글라스울, 발포고무 등 통상의 흡음판을 사용한다. 흡음판에는 일정 간격으로 구멍을 형성하여, 하기 방진고무마운트(20)가 놓일 자리인 마운트자리를 형성한다. 이 흡음판은 공기층(30)에서 공명하는 음을 흡수하여 공명투과를 완화하는 기능을 가진다. 만약 음의 공명투과가 그대지 문제가 되자 않는 경우라면 이 흡음판은 생략할 수 있다.

방진고무마운트(20)는 도 2에 도시한 바와 같이, 방진고무(21)를 짧은 기둥 형상으로 성형하여 제작하는데, 단면은 원형 또는 사각형 등으로 제작할 수 있다. 방진 고무의 내부에 철판 등 금속판으로 제작한 보강판(22)을 삽입하여 함께 성형하여 수직하중 지지력을 높일 수 있고, 스프링상수를 낮추어 정적변형이 크게 일어나도록 내부에 동공(33)을 형성할 수 있다. 방진고무(21)는 천연고무, 합성고무, 또는 천연고무와 합성고무를 일정 비율로 배합하고 첨가제을 첨가하여 일정 탄성을 가지고 내구성이 있게 제조되는데, 진동방지용으로 사용되는 제품에 광범위하게 사용되고 있다.

방진고무마운트(20)는 그 중심부에 동공(23)을 구비할 수 있는데, 이는 방진고무마운트(20)의 자유표면적을 넓히는 효과가 있다. 단면적과 대비해서 자유표면적이 넓어지면 아래의 식에 의해 방진고무의 종탄성계수는 작아지고 스프링상수도 작아진다. 스프링상수가 작아지면 고무마운트의 정적변형량은 증가하고 고유진동수는 작아져 결국 진동전달률이 낮아지게 된다. 이렇듯 고무마운트(20) 내부의 동공은 고무마운트의 방진효율을 높이는 기능을 한다.

고무마운트의 스프링상수는 다음 식으로 구해지는데, 요구되는 방진 정도에 따라 스프링상수를 정하고, 이 스프링상수를 가지도록 방진고무의 물성(E)과 형상(단면적 및 높이)을 적절히 설계한다.

k = E*A/h

여기서, E : 외견상 종탄성계수 = G(3 + 4.9S²) : 원형 단면

G : 횡 탄성 계수

S : 형상 계수 (=A/A_F =단면적/자유표면적 )

A : 단면적, h : 높이

방진고무마운트(20)에 의해 상하의 두 슬래브 사이에 공기층(30)이 형성된다. 공기층(30)은 소음 측면에서 의미 있는 기여를 한다. 공기층(30)으로 인해서 본 이중바닥 시스템의 전체적인 형상은 상하의 두 슬래브 사이에 공기층(30)을 둔 이중벽과 같은 구조가 된다. 이중벽처럼 두 개의 벽이 얼마간의 공기층을 두고 있는 경우의 투과손실은 두 벽 사이의 공기의 공명에 의하여 단일벽의 투과손실과는 상당히 다른 양상을 띤다. 일반적으로 이중벽은 거의 모든 주파수 영역에서 단일벽보다 우수한 투과손실을 갖는다. 또한 단일 벽의 두께를 두 배로 하면 투과손실은 5 ~ 6dB 정도 증가하는데 비해 이중 벽으로 만들면 단일벽일 때의 투과손실보다 두 배 이상 증가하게 된다. 이와 같이 공기층(30)은 투과손실을 증가시켜 결국 이중바닥 시스템의 차음 성능을 극대화한다.

상기와 같이 이중벽 구조에서는 거의 모든 주파수 영역에서 단일벽보다 우수한 투과손실을 갖지만, 두 벽의 탄성계수와 두께 그리고 공기층의 두께에 의하여 결정되는 공명주파수에 해당하는 음은 거의 차단되디 않고 투과하는데 이를 공명투과현상이라고 한다.

이중벽의 공기층에 흡음재(10)를 설치하면 공음하는 음파가 흡음재에 상당부분 흡수되어 공명투과 현상이 크게 완화된다.

제진합판(40)은 두 겹의 합판(41) 사이에 일정 두께의 제진재(42)를 삽입하 여 제작한다. 제진재로 사용할 수 있는 것으로는 상용화되어 시판되고 있는 제진시트가 있는데, 종이에 아스팔트를 함침시킨 아스팔트시트가 대표적이고, 1mm, 3mm 등의 두께로 시판되고 있다. 최근에는 점탄성 수지로 제작한 제진시트가 제작되어 시판되고 있다. 또 다른 제진재로는 상용화되어 시판되고 있는 제진도료를 두껍게 도포하여 형성할 수 있다.

제진합판은 상기와 같이 두 겹의 합판을 사용하는 대신에 한 겹의 합판(41)에 제진재(42)를 부착하고, 이 제진재가 상부슬래브(60)와 접하도록 사용할 수 있다. 이 경우 두 겹의 합판 사이에 재진재를 삽입하는 것에 비하여 제진재가 손상될 염려가 다소 있고, 상부 슬래브 타설시 자갈 등의 굵은 입자에 의하여 제진제가 부분적으로 과도하게 압착되어 이 부위로 진동이 전달될 염려가 있으나, 시공에 주의를 기울이면 사용할 수도 있다.

또한 구조절달음 차단효과를 더욱 높이기 위하여 합판을 3겹 이상 다수겹으로 하고, 각 합판(41)과 합판 사이에 모두 재진재(42)를 삽입하여 제작할 수도 있다.

제진재는 큰 내부 손실을 가진 점탄성 재료로 만들어지는데, 그 자체로 진동을 절연시키는 효과가 있을 뿐만 아니라, 이 제진재가 부착 또는 도포된 철판, 합판 등의 판상의 구조체에 진동을 억제하는 댐핑 기능을 부여하여 외부에서 가해지는 가진력에 대한 진동 응답을 적게 하고, 이미 발생한 진동도 빠른 시간에 소멸시킨다.

따라서 제진재(42)가 사이에 삽입된 두 합판(41)은 각각 한 면에 제진재가 부착된 구조이므로, 상부슬래브(60)에 가해지는 충격성 진동에 크게 진동하지 않고, 발생한 진동도 짧은 시간 내에 소멸시키므로 합판의 진동에 의한 구조전달음의 문제가 거의 없어진다.

시공시에 흡음판(10)을 사용하지 않는 경우라면 상기 방진고무마운트(20)를 바닥에 세워두고 그 위에 제진합판(40)을 설치하는 것이 어려우므로, 방진고무마운트를 제진합판의 하면에 접착제 또는 나사를 이용하여 부착한 후 제진합판을 바닥슬래브(50)의 상면에 설치하는 것이 편리하다.

상기 제진합판(40)의 상면에는 비닐필름 등으로 보호하거나 제진합판의 이음매 부위에 테이프로 방수처리를 한 후 콘크리트 또는 몰타르를 타설하여 상부슬래브(60)를 형성한다.

본 발명인 공기층이 있는 플라이우드 패널 시스템은 공조실이나 기계실 등의 바닥에 적용되어, 건물 내부의 기계설비와 건물 사이의 진동전달을 차단할 목적으로 사용된다.

또한 아파트 등의 공동주택의 바닥에 적용되어 상하 세대간에 전달되는 층간소음의 주요원인인 바닥충격음을 저감하는데 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명인 이중바닥 시스템의 단면 구조이다.

도 2은 방진고무마운트의 구성도이다.

* 중요 구성품 번호

10 : 흡음판, 20 : 방진고무마운트, 30 : 공기층, 40 : 제진합판,

50 : 바닥슬래브, 60 : 상부슬래브.

Claims (4)

1. 건물의 바닥을 구성하는 바닥슬래브(50)의 상면에 설치되는 것으로서, 짧은 기둥 형상인 다수개의 방진고무마운트(20);

   두 겹 이상 다수 겹의 합판(41) 사이에 일정 두께의 제진재(42)를 삽입하여 제작한 것으로서, 상기 방진고무마운트(20)의 위에 올려져서 설치되는 제진합판(40);

   그리고 상기 제진합판(40)의 상면에 타설되어 양생되는 상부슬래브(60);

   로 구성되어, 상부슬래브(50)와 바닥슬래브(40) 사이에 공기층(30)이 형성되는, 제진합판을 사용한 플라이우드패널 방식의 이중바닥 시스템.
2. 건물의 바닥을 구성하는 바닥슬래브(50)의 상면에 설치되는 것으로서, 짧은 기둥 형상인 다수개의 방진고무마운트(20);

   한 겹의 합판(41)의 상면에 제진재(42)를 부착하고, 합판의 하면이 상기 방진고무마운트(20)의 위에 올려져서 설치되는 제진합판(40);

   그리고 상기 제진합판(40)의 상면에 타설되어 양생되는 상부슬래브(60);

   로 구성되어, 상부슬래브(50)와 바닥슬래브(40) 사이에 공기층(30)이 형성되는, 제진합판을 사용한 플라이우드패널 방식의 이중바닥 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방진고무마운트(20)는,

   방진고무(21)의 내부에 삽입되는 1매 이상의 보강판(22)과 중심부에 형성되는 동공(23) 중 어느 하나 이상을 구비한 방진고무마운트인 것을 특징으로 하는, 제진합판을 사용한 플라이우드패널 방식의 이중바닥 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이중바닥 시스템은,

   바닥슬래브(50)의 상면에 설치되는 것으로서, 방진고무마운트(20)가 놓일 자리인 마운트자리가 형성된 흡음판(10)을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는, 제진합판을 사용한 플라이우드패널 방식의 이중바닥 시스템.

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