KR101090973B1 - 중량체에 의한 충격음 저감 바닥구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 층간소음을 저감시키기 위한 바닥구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬래브보다 단위중량이 큰 중량체 다수개를 격리완충재에 안착시킨 상태로 하부의 슬래브와 상부의 몰탈층 사이의 공간층에 분산 배치하여 저주파대역의 중량충격음을 저감시킨 바닥구조에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 첫째 슬래브 두께를 증가시키지 않으면서도 저주파대역의 중량충격음을 효과적으로 저감시킬 수 있으며, 둘째, 신규 건물은 물론 기존 건물에도 간단한 방법으로 경제적이면서도 짧은 공사기간으로 적용할 수 있으며, 셋째, 라멘구조나 무량판구조에도 적용할 수 있지만 공동주택과 같이 슬래브와 벽체가 일체로 시공된 벽식구조물에 더욱 유용하게 적용할 수 있다.

층간소음, 저주파, 중량체, 격리완충재

Description

중량체에 의한 충격음 저감 바닥구조체{Floor structure for reducing impact sound by heavyweight bodies}

본 발명은 층간소음을 저감시키기 위한 바닥구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬래브보다 단위중량이 큰 중량체 다수개를 격리완충재에 안착시킨 상태로 하부의 슬래브와 상부의 몰탈층 사이의 공간층에 분산 배치하여 저주파대역의 중량충격음을 저감시킨 바닥구조에 관한 것이다.

다층 건물의 경우 상부층 바닥과 하부층 천정은 층간 슬래브라는 동일한 구조체로 공유되기 때문에 상부층에서 발생된 각종 소음들이 층간 슬래브를 통하여 하부층 또는 이웃세대로 전달되는 문제가 있다. 이와 같은 문제는 상하 거주자 사이에 분쟁의 불씨가 되며, 특히 주거공간인 공동주택에서 심각하다. 이에, 우리나라에서는 공동주택의 바닥충격음 문제해결을 위해 "주택건설기준 등에 관한 규정"을 마련하여 주거환경개선을 위한 공동주택의 층간소음방지기준을 설정하기에 이르렀고 이 규정은 2004년도 4월 22일부터 시행되고 있다. 여기서, 공동주택 층간 바 닥충격음을 경량충격음과 중량충격음으로 구분하고 있는데, 경량충격음은 가볍고 딱딱한 충격에 의한 충격음(예: 작은 물건이 떨어지는 소리)으로 고주파대역을 가지고, 중량충격음(예: 어린이 뛰는 소리)은 무겁고 부드러운 충격에 의한 충격음으로 저주파대역을 갖는다. 상기 규정에서는 바닥충격음기준은 중량충격음일 경우 50dB 이하, 경량충격음은 58dB 이하로 설정되어 있다.

통상의 공동주택의 시공에서 바닥구조는 (1)콘크리트 슬래브 바닥 위에 단열재(20㎜이상)를 깔고, (2)그 위에 경량기포콘크리트(40㎜이상)를 타설 마무리 양생시키고 (3)그 위에 난방용 온수 순환관을 설치하고 (4)마감모르터(40㎜이상)를 타설 마무리 양생시킨 후 최종 바닥 마감재로 마감하는 형식으로 완성하여 왔다. 단열재와 경량기포콘크리트의 상하 위치가 바뀌어도 가능하며, 다만 최근에는 층간바닥충격음 소음문제에 대한 소비자의 불만 사례가 사회적인 문제로 대두됨에 따라 단열재가 방진 방음성이 있는 완충재로 대체되거나 별도의 완충재가 추가되는 구조형태로 바뀌고 있다.

그러나 상기와 같은 구조형태의 변경은 경량충격음을 저감시키는데 어느 정도 효과를 발휘하기는 하나 중량충격음은 그다지 크게 줄이지 못하였다. 이에, 중량충격음을 저감시키기 위한 방법으로 슬래브의 기준 두께를 통상적인 12~13㎝에서 18㎝이상으로 증가시키는 방법이 제안되었다. 이 방법은 바닥슬래브의 자체의 강성을 증가시켜 슬래브가 쉽게 진동하지 않게 한 방법인데, 여전히 중량충격음을 50dB 이하로 저감시키지는 못하고 있는 실정이어서 이 기준을 충족시키려면 슬래브 두께를 더욱 늘여야 하는 문제가 가중된다.

한편, 도 1은 벽돌벽 설치유무에 따른 진동가속도 변화를 나타내는 그래프인데, 보는 바와 같이 벽돌벽을 설치하여 벽체와 슬래브가 일체화가 되었을 때 30~70Hz 대역에서 진동가속도가 증대되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 2는 골조방식에 대한 실험체(벽식구조, 모멘트골조)를 보여주고, 도 3과 도 4는 골조방식과 벽체 접합방식에 따른 충격음 영향평가 실시 결과를 보여준다. 충격음 영향평가는 도 2와 같은 실험체에서 오픈된 부분(벽식구조에서는 벽이 시공되지 아니한 2면, 모멘트골조에서는 4면 모두)에, 철판재 벽판(50mm 스티로폼, 양면 철판 마감)으로 슬래브와 비 일체식으로 벽체를 처리하는 경우(철판재 벽판 마감)와, 벽돌(0.5B)과 몰탈로 슬래브와 일체식으로 벽체를 처리하는 경우(벽돌·몰탈 마감)를 2가지로 구분하여 실시하였다. 도 3은 벽체 접합방식에 따른 음압(SPL) 변화를 나타내는 그래프인데, 보는 바와 같이 철판재 벽판 마감의 경우에는 역A곡선에 의한 단일평가값이 골조방식에 관계없이 거의 유사한 결과(두 구조 모두 53dB)가 나타난 반면, 벽돌· 몰탈 마감의 경우에는 160Hz 이하의 저주파수 대역에서 모멘트골조에서보다 벽식구조에서 더 높은 음압이 나타나는 것을 알 수 있다. 이 경우 역A 곡선에 의한 단일평가값은 저수파수대역에서의 차이 때문에 모멘트골조가 54dB인데 반하여 벽식구조에서는 58dB이었다. 도 4는 골조방식에 따른 음압(SPL) 변화를 나타내는 그래프인데, 보는 바와 같이 벽식구조이든 모멘트골조이든 전반적으로 벽돌·몰탈 마감에서 더 높은 음압 추이를 보이나, 다만 역A곡선 에 의한 단일평가값이 모멘트골조에서는 1dB의 차이를 확인할 수 있는데 비해 벽식구조에서는 5dB의 차이를 확인할 수 있다. 특히, 도 3(a)와 도 4(a)에서 보면 벽돌과 몰탈로 마감되는 벽식구조물에서 저주파대역에서의 음압이 상대적으로 높게 나타났다. 이와 같은 결과를 토대로 슬래브와 벽체가 일체화되는 구조물에서는 저주파대역에서의 음압에 대한 특별한 관리가 필요하다고 할 수 있다.

본 발명은 상기한 종래 슬래브 두께 증가를 통한 공동주택의 층간소음 저감 관련 기술의 문제점을 개선하고자 개발된 것으로서, 슬래브 두께를 증가시키지 않고도 저주파대역의 중량충격음을 효과적으로 저감시킬 수 있어 공동주택에 유용하게 적용할 수 있는 바닥구조를 제공하는데 기술적 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 하부의 슬래브와 상부의 몰탈층 사이에 공간층이 마련되는 바닥구조체에서, 공간층에 슬래브보다 단위중량이 큰 중량체가 격리완충재에 안착된 상태로 여유있게 수용되어 중량체 주변으로 빈 공간이 유지되도록 설치되되, 중량체 다수개가 분산 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 중량체에 의한 충격음 저감 바닥구조체를 제공한다. 이와 같은 바닥구조체는 슬래브 위에 격리완충재가 설치되고, 격리완충재 위에 중량체가 안착 설치되고, 바닥면에 공간층이 마련된 보호커버가 중량체 위에 설치되되 보호커버의 공간층에 중량체가 여유있게 수용되도록 설치되고, 보호커버 위에 몰탈층이 처리되는 형태로 완성할 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 슬래브 두께를 증가시키지 않으면서도 저주파대역의 중량충격음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

둘째, 신규 건물은 물론 기존 건물에도 간단한 방법으로 경제적이면서도 짧은 공사기간으로 적용할 수 있다.

셋째, 라멘구조나 무량판구조에도 적용할 수 있으나, 공동주택과 같이 슬래브와 벽체가 일체로 시공된 벽식구조물에 더욱 유용하게 적용할 수 있다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 바닥구조체의 다양한 실시예를 도시하며, 도 6과 도 7은 각각 도 5(b)의 바닥구조체에서 보호커버로서 골형판을 채택함에 따른 격리완충재(20), 중량체(30) 및 보호커버(40)의 적층상태와 골형판(41)을 보여주며, 도 8은 도 5(c)의 바닥구조체에서 보호커버로서 기둥판(42)을 보여준다.

본 발명에 따른 바닥구조체는, 하부의 슬래브(10)와 상부의 몰탈층(50) 사이에 공간층이 마련되는 바닥구조체에서, 공간층에 슬래브(10)보다 단위중량이 큰 중량체(30)가 격리완충재(20)에 안착된 상태로 여유있게 수용되어 중량체(30) 주변으로 빈 공간이 유지되도록 설치되되, 중량체(30) 다수개가 분산 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 한다. 다시 말해, 사람이 느끼는 소음을 발생시키는 고유진동수는 2차 이상의 고차진동수이기 때문에 이들 진동모드에 대한 진동저감이 필요한 바, 본 발명에서는 소음을 유발하는 진동을 격리완충재(20)와 중량체(30)로 제어함으로써 바닥 충격음에 대한 소음을 제어하고 있다. 격리완충재(20) 및 중량체(30)가 동조 질량 댐퍼(TMD, Tunned Mass Damper)가 되어 소음을 제어하도록 한 것이다.

진동에너지는 격리완충재(20)와 중량체(30)의 거동에 의하여 제어 가능하므로, 본 발명에서는 슬래브(10)와 몰탈층(50) 사이에 공간층을 마련하여 그 공간층에 중량체(30)를 격리완충재(20)에 안착시킨 상태로 배치할 것을 제안한다. 아울러, 중량체(30)에 의한 집중하중이 가해지는 것을 차단하기 위해 다수의 중량체(30)를 분산 배치하는 다중 방식을 제안하며, 그 결과 다중 동조 질량 댐퍼(MTMD, Multi Tunned Mass Damper)가 된다. 나아가 바람직한 방법으로 다수의 중량체(30)를 슬래브(10)의 무게의 5~10%를 가지는 무게로 준비되어 분산 배치할 것을 제안하는데, 이와 같은 중량체(30)의 무게 범위는 충격음 저감 효과와 함께 하중 증대를 고려하여 제안된 것이다.

도 5에서는 중량체(30)의 격리 설치를 위한 구체적인 방안을 보여주는데, 중량체(30)의 격리 설치는 슬래브(10) 위에 격리완충재(20)를 설치하고, 격리완충재(20) 위에 중량체(30)를 설치하고, 중량체(30)와 비접촉하면서 중량체(30)를 덮는 보호커버(40)를 설치하고, 보호커버(40) 위에 몰탈층(50)을 처리함으로써 가능하다. 격리완충재(20)는 중량체(30)의 설치 위치에만 부분적으로 설치하는 것은 물론, 슬래브(10) 바닥 전체에 걸쳐 설치하는 것도 가능하다. 도 5(a)는 격리완충재(20)를 중량체(30)의 설치 위치에만 부분적으로 설치함과 아울러 보호커버(40)를 격리완충재(20)와 중량체(30)를 동시에 덮음으로써 완성한 바닥구조의 예이며, 도 5(b)는 격리완충재(20)를 슬래브(10) 바닥에 전체적으로 설치함과 아울러 보호커 버(40)를 골형판(41)으로 마련하여 중량체(30)를 덮음으로써 완성한 바닥구조의 예이며, 도 5(c)는 격리완충재(20)를 슬래브(10) 바닥에 전체적으로 설치함과 아울러 보호커버(40)를 기둥판(42)으로 마련하여 중량체(30)를 덮음으로써 완성한 바닥구조의 예이다.

본 발명에 따른 바닥구조에서 격리완충재(20)는 중량체(30)와 슬래브(10)를 격리시키는 역할을 하는 한편 완충효과를 발휘하는 부재이다. 격리완충재(20)로는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate), PS(Poly Styrene), PE(Poly Ethylene), PU(Poly Urethane) 등의 합성수지를 발포한 것은 물론 점탄성 소재나 금속스프링, 공기스프링 등의 다양한 소재를 채택할 수 있으며, 그 두께는 10㎜내외 정도가 적당하다. 다만, 점탄성 소재나 금속스프링 내지 공기스프링의 격리완충재(20)가 진동에너지 흡수에 더욱 유리하다.

본 발명에 따른 바닥구조에서 중량체(30)는 단위중량이 슬래브보다 큰 재료준비되어 격리완충재(20)에 안착된 상태로 설치되는데, 이로써 슬래브(10)에 전달된 충격음이 중량체(30)로 재전달되는 과정에서 격리완충재(20)에 의해 완충되게 된다. 대표적인 중량체(30)로는 면진장치에 많이 이용되는 철판이나 고중량 콘크리트 또는 납이 있겠다.

중량체(30)는 별도의 접착수단에 의해 격리완충재에 고정적으로 안착될 수 있으나, 경우에 따라 중량체 자체의 자중으로 격리완충재(20) 위에 고정되게 안착 시킬 수도 있을 것이다. 중량체(30)는 도 6(a)에서와 같이 블록형으로 마련할 수 있으나, 설치의 편의를 위해서는 도 6(b)에서와 같은 막대형 중량체가 바람직하다.

본 발명에 따른 바닥구조에서 보호커버(40)는 중량체(30)와 몰탈층(50)을 격리시키는 역할을 하는 부재이다. 즉, 보호커버(40)에 의해 슬래브(10)와 중량체(30) 사이에 중량체(30)가 수용되는 공간층이 형성되게 되는 것이다. 보호커버(40)는 도 5(a)에서와 같이 분산 배치된 다수의 중량체(30) 각각을 따로 따로 덮는 방법으로 설치하는 것은 물론, 골형판(41)이나 기둥판(42)으로 준비하여 분산 배치된 다수의 중량체(30)를 동시에 덮는 방법으로 설치할 수 있다. 도 5(b)에서는 보호커버(40)를 골형판(41)으로 채택한 바닥구조를 확인할 수 있으며, 도 5(c)에서는 보호커버(40)를 도 8과 같은 기둥판(42)으로 채택한 바닥구조를 확인할 수 있다.

보호커버(40)로서 골형판(41)은 도 6 및 도 7에서와 같이 위로 볼록한 산부(41a)와 아래로 오목한 골부(41b)가 연속적으로 형성된 부재이고, 보호커버(40)로서 기둥판(42)은 도 8에서와 같이 평판(42a) 아래에 다수개의 지지기둥(42b)이 서로 이격하게 마련된 부재인데, 이러한 골형판(41) 내지 기둥판(42)은 분산 배치된 다수의 중량체(30)를 동시에 커버할 수 있다는 점에서 유리하다. 골형판(41) 내지 기둥판(42)이 슬래브(10) 내지 격리완충재(20) 위에 설치되면 골형판의 산부(41a) 아래 또는 기둥판의 평판(42a) 아래에 자연스럽게 공간층이 형성되게 되는데, 이 공간층이 중량체(30)가 수용되는 공간이 된다. 골형판(41) 내지 기둥 판(42)은 발포성 합성수지로 제작한 것을 채택하는 것이 바람직하며, 성능을 우선적으로 고려한다면 EVA계열이 바람직하고 성능대비 경제성을 고려한다면 PS계열이 바람직하다.

특히, 골형판(41)은 특허출원 제10-2007-41899호에 따르면, 14㎜의 최소두께를 가지면서 골부(41b)에서 산부(41a)로 이어지는 부분이 45~65°의 경사도를 가지도록 발포성 합성수지로 제작된 골형판(41)이 가장 바람직하며, 더욱 바람직하게는 산부(41a)와 산부(41a) 사이의 거리 120mm 내외, 골부(41b) 바닥에서 산부(41a) 천장까지의 높이가 65mm 내외, 산부(41a) 두께가 30㎜ 내외, 골부(41b) 두께가 35㎜내외, 골부(41b)에서 산부(41a)로 이어지는 부분의 두께가 15㎜내외 정도의 규격이다. 물론 특별한 요구조건에 따라 치수 조정이 가능하며, 아울러 도 7(b)에서와 같이 골부(41b) 하부면에 홈(41c)을 형성시킬 수도 있다.

한편, 기둥판(42)은 도 8에서와 같이 평판(42a) 아래에 다수개의 지지기둥(42b)이 서로 이격하게 마련된 부재인데, 이때 지지기둥(42b)은 원기둥은 물론 다각기둥 등 다양한 형태로 마련할 수 있다.

본 발명에 따른 바닥구조에서 몰탈층(50)은 보호커버(40) 위에 형성되며, 몰탈층(50)의 형성으로 바닥구조가 완성된다. 몰탈층(50)의 두께는 보호커버(40)의 최고점(골형판의 산부) 위로 40㎜ 정도이면 적당하다. 다만, 온돌바닥을 위해 몰탈층(50) 형성과정에서 난방파이프를 배관할 수 있다.

도 9는 중량체(30) 배치에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는데, 시뮬레이션은 막대형 철판을 중량체로 준비하여 도 5(b)와 같은 바닥구조를 완성하는 경우를 조건으로 실시하였다. 도 9에서 보는 바와 같이 중량체(30)를 많이 배치할수록 충격을 저감에 유리한 효과가 있음을 확인할 수 있다. 도 9의 결과를 한국공업규격에서 규정한 역A 곡선에 의한 방법으로 평가한다면, 중량체(30)를 배치하지 않는 경우(No control)는 51dB이고, 중량체(30)를 슬래브(10) 무게 대비 5% 배치한 경우(MTMD 5%)는 47dB이며, 중량체(30)를 슬래브(10) 무게 대비 10% 배치한 경우(MTMD 10%)는 44dB이다. 이와 같은 결과에 따라 본 발명은 "주택건설기준 등에 관한 규정"을 만족시킨다고 할 수 있다.

한편, 앞서 종래기술에서 살펴본 바와 같이 벽돌과 몰탈로 벽체 처리되어 슬래브와 벽체가 일체가 되는 경우에는 저주파대역의 중량충격음이 증폭되는 것으로 나타났는데, 이를 감안하면 본 발명에 따른 바닥구조는 슬래브와 벽체가 일체화된 벽식구조물에 더욱 바람직하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 물론 라멘구조나 무량판구조 등의 구조물에 적용할 때에도 유리한 효과를 나타낼 것이다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

도 1은 벽돌벽 설치에 따른 충격음 영향평가에 대한 실험결과이다.

도 2 내지 도 4는 골조방식과 벽체 접합방식에 따른 충격음 영향평가에 대한 실험체와 실험결과이다.

도 5는 본 발명에 따른 바닥구조체의 다양한 실시예를 도시한다.

도 6은 도 5(b)에 따른 바닥구조체에서 격리완충재, 중량체 및 골형판의 적층상태를 보여준다.

도 7은 도 5(b)에 따른 바닥구조체에 바람직하게 적용되는 골형판을 보여준다.

도 8은 도 5(c)에 따른 바닥구조체에 적용될 수 있는 기둥판을 보여준다.

도 9는 중량체 배치에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10: 슬래브

20: 격리완충재

30: 중량체

40: 보호커버

41: 골형판

42: 기둥판

50: 몰탈층

Claims (6)

1. 하부의 슬래브(10)와 상부의 몰탈층(50) 사이에 공간층이 마련되는 바닥구조체에서, 공간층에 슬래브(10)보다 단위중량이 큰 중량체(30)가 격리완충재(20)에 안착된 상태로 여유있게 수용되어 중량체(30) 주변으로 빈 공간이 유지되도록 설치되되, 중량체(30) 다수개가 분산 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 중량체에 의한 충격음 저감 바닥구조체.
2. 제1항에서,

   상기 슬래브(10) 위에 격리완충재(20)가 설치되고,

   상기 격리완충재(20) 위에 중량체(30)가 안착 설치되고,

   바닥면에 공간층이 마련된 보호커버(40)가 상기 중량체(30) 위에 설치되되 보호커버(40)의 공간층에 중량체(30)가 여유있게 수용되도록 설치되고,

   상기 보호커버(40) 위에 몰탈층(50)이 처리된 것을 특징으로 하는 중량체에 의한 충격음 저감 바닥구조체.
3. 제2항에서,

   상기 격리완충재(20)는, 점탄성소재 또는 금속스프링 또는 에어스프링으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 중량체에 의한 충격음 저감 바닥구조체.
4. 제2항에서,

   상기 보호커버(40)는, 산부(41a)와 골부(41b)가 연속적으로 형성된 골형판(41)으로 설치되고,

   상기 중량체(30)는, 골형판의 산부(41a)에 의해 형성된 산부(41a) 아래의 공간층에 수용되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 중량체에 의한 충격음 저감 바닥구조체.
5. 제2항에서,

   상기 보호커버(40)는, 평판(42a) 아래에 다수개의 지지기둥(42b)이 서로 이격하게 마련된 기둥판(41)으로 설치되고,

   상기 중량체(30)는, 기둥판의 지지기둥(42b)에 의해 형성된 지지기둥(42b) 사이의 공간층에 수용되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 중량체에 의한 충격음 저감 바닥구조체.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

   상기 다수개의 중량체(30)는, 슬래브(10) 무게의 5~10%를 가지는 무게로 준비되어 분산 배치되는 것을 특징으로 하는 중량체에 의한 충격음 저감 바닥구조체.

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