KR102481352B1 - 층간소음 저감을 위한 건축용 바닥 구조체 - Google Patents

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Abstract

층간소음 저감을 위한 건축용 바닥 구조체에 관해 개시되어 있다. 개시된 건축용 바닥 구조체는 기초 슬래브층 상면의 중앙부를 포함한 제1 영역을 덮도록 배치되는 완충재층, 상기 완충재층의 외측에서 상기 기초 슬래브층 상면의 상기 제1 영역 주위의 제2 영역을 덮도록 배치되는 보강부재층, 상기 완충재층과 상기 보강부재층 상에 배치되는 경량기포 콘크리트층 및 상기 경량기포 콘크리트층 상에 배치되는 마감 모르타르층을 포함할 수 있다. 상기 완충재층은 상기 보강부재층 보다 낮은 고유진동수를 가질 수 있다. 상기 완충재층은 상기 보강부재층 보다 낮은 동탄성계수를 가질 수 있다.

Description

층간소음 저감을 위한 건축용 바닥 구조체{Floor structure for construction to reduce inter-floor noise}
본 발명은 건축물에 적용되는 부재 및 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축용 바닥 구조체에 관한 것이다.
건물 또는 아파트와 같은 공동주택 구조물에서 상층으로부터 하층으로 전달되는 소음 및 진동은 사회적으로 중요한 문제로 제기되고 있으며, 이들 중 가장 큰 문제는 상층의 바닥판에 대한 충격이 하층의 천정을 통해 전달되는 바닥 충격음이라 할 수 있다. 이와 같은 바닥 충격음은 비교적 가볍고 딱딱한 충격에 의해 발생하는 경량 충격음과, 반대로 비교적 무겁고 부드러운 충격에 의해 발생하는 중량 충격음으로 구분될 수 있다. 즉, 조그마한 물건의 낙하 등으로 인해 발생하는 고주파수 대역의 음으로 이루어진 경량 충격음과, 무거운 물건의 낙하나 성인의 보행, 어린이의 달리기 등으로 인해 발생하는 저주파수 대역의 음으로 이루어진 중량 충격음으로 구분될 수 있다.
따라서, 최근 건물 또는 아파트는 시공 과정에서 충격음을 감쇄할 수 있도록 콘크리트 슬래브층 위에 흡음재 또는 완충재를 설치하고 있다. 그러나, 기존의 흡음재는 주로 경량 충격음의 전달을 방지할 수 있는 구조로서, 중량 충격음의 발생이 많은 우리나라(한국)에는 적합하지 않은 문제점이 있다. 또한, 기존의 완충재는 중략 충격음의 차단 성능을 결정하는 63 Hz 대역에서 증폭 가능성이 높기 때문에, 중량 충격음 저감에 한계가 있다.
중량 충격음의 증폭을 방지하기 위해서는 약 30 Hz 이하의 고유진동수(natural frequency)를 갖는 자재를 적용해야 하며, 중량 충격음을 저감하기 위해서는 더 낮은 고유진동수를 갖는 자재의 적용이 필요하다. 그러나, 고유진동수가 낮을수록 완충재가 유연하게 되어, 바닥층(즉, 온돌층)의 균열, 변형 및 처짐 등의 하자를 유발하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 층간소음을 효과적으로 저감할 수 있으면서도 바닥층의 균열, 변형 및 처짐 등의 문제를 방지할 수 있는 건축용 바닥 구조체(floor structure for construction)를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 기초 슬래브층 상에 구비되는 건축용 바닥 구조체로서, 상기 기초 슬래브층 상면의 중앙부를 포함한 제1 영역을 덮도록 배치되는 완충재층; 상기 완충재층의 외측에서 상기 기초 슬래브층 상면의 상기 제1 영역 주위의 제2 영역을 덮도록 배치되는 보강부재층; 상기 완충재층과 상기 보강부재층 상에 배치되는 경량기포 콘크리트층; 및 상기 경량기포 콘크리트층 상에 배치되는 마감 모르타르층;을 포함하는 건축용 바닥 구조체가 제공된다.
상기 완충재층은 상기 보강부재층 보다 낮은 고유진동수(natural frequency)를 가질 수 있다.
상기 완충재층은 약 15 Hz 이하의 고유진동수를 가질 수 있다.
상기 완충재층은 상기 보강부재층 보다 낮은 동탄성계수(resilient modulus)를 가질 수 있다.
상기 완충재층은 폴리에스터(polyester)를 포함할 수 있다.
상기 보강부재층은 EPS(expanded polystyrene)를 포함할 수 있다.
상기 건축용 바닥 구조체는 상기 완충재층 내에 분산되어 배치된 복수의 제1 탄성 방진부재; 및 상기 보강부재층 내에 분산되어 배치된 복수의 제2 탄성 방진부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2 탄성 방진부재는 상기 복수의 제1 탄성 방진부재 보다 좁은 간격으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 제2 탄성 방진부재는 상기 보강부재층 내에서 지그재그(zigzag) 방식으로 배열될 수 있다.
상기 제1 및 제2 탄성 방진부재는 폴리우레탄(polyurethane)을 포함할 수 있다.
상기 보강부재층은 상기 경량기포 콘크리트층의 외측면에 대응하는 지점으로부터 그 안쪽으로 약 100 mm 내지 300 mm 정도의 폭으로 형성될 수 있다.
상기 완충재층 및 상기 보강부재층은 약 30 mm 내지 50 mm 정도의 두께를 가질 수 있다.
상기 경량기포 콘크리트층과 상기 마감 모르타르층의 총 두께는 약 70 mm 내지 90 mm 정도일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 층간소음을 효과적으로 저감할 수 있으면서도 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있는 건축용 바닥 구조체를 구현할 수 있다. 상당히 낮은 고유진동수를 갖는 자재를 사용하여 층간소음 문제를 효과적으로 억제할 수 있으면서도 아울러 기계적 물성(강도)을 보강하여 바닥층의 균열, 변형 및 처짐 등의 문제를 방지할 수 있는 건축용 바닥 구조체를 구현할 수 있다.
또한, 바닥층(즉, 온돌층)의 강도, 인성 및 중량 등을 증가시킴으로써, 균열 등의 문제를 추가적으로 대응 및 방지할 수 있다. 이 경우, 바닥층(즉, 온돌층) 전체의 질량 증가로 고유진동수를 추가로 감소시킬 수 있어, 중량 충격음의 저감량을 더욱 증대시킬 수 있고, 중량 충격음 관련 평가 등급에서 1등급 확보가 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 바닥 구조체(floor structure for construction)를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건축용 바닥 구조체를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건축용 바닥 구조체를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 바닥 구조체에 적용될 수 있는 완충재층 및 보강부재층의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 5는 보강부재층 내에 구비된 복수의 제2 탄성 방진부재의 배치를 예시적으로 보여주는 평면도이다.
도 6은 보강부재층 내에 구비된 복수의 제2 탄성 방진부재 및 완충재층 내에 구비된 복수의 제1 탄성 방진부재의 배치를 예시적으로 보여주는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체에 적용될 수 있는 완충재층 및 보강부재층이 가질 수 있는 전체적인 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 바닥 구조체에서 보강부재층의 폭을 증가시킴에 따라 바닥 구조체의 변형량을 평가한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 비교예에 따른 바닥 구조체에서 경량기포 콘크리트의 균열 및 마감 모르타르의 균열 문제를 보여주는 사진 이미지이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체의 경량기포 콘크리트 및 마감 모르타르의 상태를 보여주는 사진 이미지이다.
도 11은 비교예에 따른 바닥 구조체에서 마감 모르타르의 균열 문제를 보여주는 사진 이미지이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체의 마감 모르타르의 상태를 보여주는 사진 이미지이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 설명할 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 명확하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태의 용어는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "연결"이라는 용어는 어떤 부재들이 직접적으로 연결된 것을 의미할 뿐만 아니라, 부재들 사이에 다른 부재가 더 개재되어 간접적으로 연결된 것까지 포함하는 개념이다.
아울러, 본원 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본원 명세서에서 사용되는 "약", "실질적으로" 등의 정도의 용어는 고유한 제조 및 물질 허용 오차를 감안하여, 그 수치나 정도의 범주 또는 이에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 제공된 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 영역이나 파트들의 사이즈나 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 바닥 구조체(floor structure for construction)(500)를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 건축용 바닥 구조체(이하, 바닥 구조체)(500)는 기초 슬래브층(10) 상에 구비될 수 있다. 기초 슬래브층(10)은 콘크리트 슬래브층일 수 있다. 기초 슬래브층(10)의 단부에는 건물의 측벽부(20)가 접하여 배치될 수 있다. 측벽부(20)는 콘크리트 벽체일 수 있다. 실제로, 기초 슬래브층(10)이 소정의 공간을 점유하도록 넓은 범위로 구비될 수 있고, 기초 슬래브층(10)의 사방을 둘러싸도록 측벽부(20)가 배치될 수 있다. 여기서는, 기초 슬래브층(10)의 일부 및 측벽부(20)의 일부와 바닥 구조체(500)의 일부만 도시하여 보여준다. 바닥 구조체(500)는 일종의 '온돌층 구조체'일 수 있다.
바닥 구조체(500)는 기초 슬래브층(10) 상면의 중앙부를 포함한 제1 영역을 덮도록 배치되는 완충재층(100) 및 완충재층(100)의 외측에서 기초 슬래브층(10) 상면의 상기 제1 영역 주위의 제2 영역을 덮도록 배치되는 보강부재층(200)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 영역은 기초 슬래브층(10) 상면의 중앙부를 포함하는 '메인 영역'일 수 있고, 상기 제2 영역은 상기 메인 영역 주위의 '주변 영역(테두리 영역)'일 수 있다. 바닥 구조체(500)는 완충재층(100)과 보강부재층(200) 상에 배치되는 경량기포 콘크리트층(300) 및 경량기포 콘크리트층(300) 상에 배치되는 마감 모르타르층(400)을 더 포함할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 마감 모르타르층(400) 내에 복수의 난방 배관(온수 난방 배관)이 임베드(embeded) 되어 설치될 수 있다. 보강부재층(200)과 경량기포 콘크리트층(300) 및 마감 모르타르층(400)은 측벽부(20)에 접하도록 구비될 수 있지만, 도시된 바와 같이, 보강부재층(200)과 경량기포 콘크리트층(300) 및 마감 모르타르층(400)의 측면들과 측벽부(20) 사이에 측면완충재(50)가 더 구비될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 완충재층(100)에 낮은 고유진동수(natural frequency)를 갖는 자재를 적용하면서도 보강부재층(200)을 이용해서 기계적 물성(강도)을 보강함으로써, 층간소음을 효과적으로 저감할 수 있으면서도 균열, 변형 및 처짐 등의 문제를 방지할 수 있는 바닥 구조체(500)를 제조할 수 있다. 또한, 경량기포 콘크리트층(300) 및 마감 모르타르층(400)을 순차로 적용하되, 이들의 강도, 인성 및 중량 등을 개선/증가시킴으로써, 균열 등의 문제를 추가적으로 대응 및 방지할 수 있다. 이 경우, 바닥 구조체(500) 전체의 질량 증가로 고유진동수를 추가로 감소시킬 수 있어, 중량 충격음 저감 효과를 더욱 향상할 수 있다.
완충재층(100)은 상당히 낮은 고유진동수를 가질 수 있다. 예를 들어, 완충재층(100)은 약 15 Hz 이하의 고유진동수를 가질 수 있다. 따라서, 완충재층(100)의 층간소음 저감 효과는 우수할 수 있다. 특히, 중량 충격음에 대한 우수한 소음 저감 효과를 가질 수 있다. 완충재층(100)의 고유진동수는 보강부재층(200)의 고유진동수 보다 낮을 수 있다. 또한, 완충재층(100)은 낮은 동탄성계수(resilient modulus)를 가질 수 있다. 완충재층(100)의 동탄성계수는 보강부재층(200)의 동탄성계수 보다 낮을 수 있다. 완충재층(100)에 동탄성계수가 낮은 자재를 적용함으로써, 우수한 진동 저감 효과를 얻을 수 있다.
한편, 보강부재층(200)은 완충재층(100)의 주위에 배치되면서 아울러 측벽부(20)에 인접하게 배치될 수 있다. 측벽부(20)에 인접한 영역은 비교적 많은 하중을 받는 부분일 수 있다. 다시 말해, 측벽부(20)에 인접한 영역은 중량물이 위치할 수 있는 영역으로서 많은 하중을 견뎌야 하는 부분일 수 있다. 또한, 측벽부(20)에 인접한 영역은 처짐 등의 문제가 발생할 수 있는 영역일 수 있다. 따라서, 이러한 영역에 보강부재층(200)을 배치시킴으로써, 완충재층(100) 레벨에서 구조적 안정성 및 기계적 물성을 강화할 수 있다. 이와 관련해서, 보강부재층(200)의 고유진동수는 완충재층(100)의 고유진동수 보다 높을 수 있고, 또한, 보강부재층(200)의 동탄성계수는 완충재층(100)의 동탄성계수 보다 높을 수 있다. 이러한 보강부재층(200)을 사용하여 완충재층(100)의 기계적 물성(강도)을 보강함으로써, 바닥 구조체(500)의 균열, 변형 및 처짐 등의 문제를 용이하게 방지할 수 있다. 또한, 보강부재층(200)은 일종의 완충재와 같은 역할을 겸할 수 있다.
보강부재층(200)은, 예를 들어, 경량기포 콘크리트층(300)의 외측면에 대응하는 지점으로부터 그 안쪽으로 약 100 mm 내지 300 mm 정도의 폭(W) 또는 약 150 mm 내지 250 mm 정도의 폭(W)을 갖도록 형성될 수 있다. 다시 말해, 보강부재층(200)은 측벽부(20)의 측면으로부터 약 100 mm 내지 300 mm 정도의 폭 또는 약 150 mm 내지 250 mm 정도의 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 영역은 중량물이 위치할 수 있는 영역이기 때문에, 이 부분에서의 구조적 보강이 보강부재층(200)의 구비 효과를 나타내는데 유리하게 작용할 수 있다.
완충재층(100)은 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 에틸렌초산비닐 공중합체(ethylenevinylacetatecopolymer, EVA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN) 및 폴리이미드(polyimide, PI)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 완충재층(100)은 폴리에스터(polyester)를 포함하거나 폴리에스터로 형성될 수 있다. 또한, 완충재층(100)은 낮은 고유진동수 확보를 위해 다공질의 재료를 포함할 수 있다.
보강부재층(200)은, 예를 들어, EPS(expanded polystyrene)를 포함하거나 EPS로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 EPS는 탄성을 갖는 물질(즉, 탄성 EPS)일 수 있다. 또한, 상기 EPS의 동탄성계수는 약 15 MN/m3 정도이거나 그보다 작을 수 있다. 측벽부(20)에 인접한 영역에 보강부재층(200)을 설치함으로써, 바닥 구조체(500)의 변형이나 처짐 등의 문제를 억제 및 방지할 수 있다. 보강부재층(200)에 EPS를 적용하는 경우, 바닥 구조체(500) 전체의 변형량을 약 1 mm 이내로 제어할 수 있기 때문에, 건축 하자 등의 문제를 방지하는데 유리할 수 있다. 그러나, 보강부재층(200)의 물질은 EPS로 한정되지 않고, 경우에 따라, 달라질 수 있다.
완충재층(100) 및 보강부재층(200)은, 예컨대, 약 30 mm 내지 50 mm 정도의 두께 또는 약 35 mm 내지 45 mm 정도의 두께를 가질 수 있다. 또한, 경량기포 콘크리트층(300)과 마감 모르타르층(400)의 총 두께는, 예컨대, 약 70 mm 내지 90 mm 정도 또는 약 75 mm 내지 85 mm 정도일 수 있다. 이러한 두께 조건들을 만족할 때, 층간소음/진동의 저감 효과 및 균열 등의 방지를 위한 강도 확보에 유리할 수 있다. 그러나, 상기한 두께 조건들은 예시적인 것이고, 사용하는 자재나 건축 환경에 따라서, 적절한 두께 조건은 소정 범위 내에서 변화될 수 있다.
경량기포 콘크리트층(300)은 일반적인 경량기포 콘크리트와 유사한 물질 구성(조성)을 가질 수 있다. 그러나, 경량기포 콘크리트층(300)의 중량(단위면적당 중량)을 기존 대비 증가시키고 강도 또한 기존 대비 증가시킴으로써, 균열 방지 특성 등을 개선할 수 있다. 다시 말해, 경량기포 콘크리트층(300)의 물성 조건을 개선함으로써, 강도를 높이고 균열 발생을 억제할 수 있다. 예를 들어, 경량기포 콘크리트층(300)의 중량(단위면적당 중량)은 기존 대비 약 5% 이상 증가시킬 수 있고, 강도는 기존 대비 약 30% 이상 또는 약 50% 이상 증가시킬 수 있다.
마감 모르타르층(400)은 일반적인 모르타르층과 유사한 물질 구성(조성)을 가질 수 있다. 그러나, 마감 모르타르층(400)의 중량(단위면적당 중량)을 기존 대비 증가시킴으로써, 고인성 및 고강도 특성을 확보할 수 있고, 균열이나 변형 등의 문제를 방지 또는 억제할 수 있으며, 층간소음 저감 효과를 높일 수 있다. 예를 들어, 마감 모르타르층(400)의 중량(단위면적당 중량)을 기존 대비 약 30% 이상 또는 약 50% 이상 증가시킬 수 있다. 이 경우, 바닥부(바닥 구조체)의 공진주파수를
Figure 112021049857875-pat00001
배 만큼 감소시킬 수 있다. 따라서, 공진주파수의 대역을, 예컨대, 63 Hz 대역에서 31.5 Hz 대역으로 낮춰줄 수 있고, 이는 층간소음 저감 효과를 높이는 역할을 할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 바닥 구조체(500) 전체의 고유진동수를 약 20 Hz 이하 또는 약 15 Hz 이하로 감소시킬 수 있다. 따라서, 층간소음 및 진동 저감 효과를 향상시킬 수 있다.
도 1에서 설명한 바닥 구조체(500)를 포함한 건축물의 구성에서 측면완충재(50)는 구비되지 않을 수도 있다. 도 1에서 측면완충재(50)가 제외된 구조가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 경우에 따라서는, 보강부재층(200)과 경량기포 콘크리트층(300) 및 마감 모르타르층(400)의 측면들이 측벽부(20)에 접촉되도록 설치될 수 있다.
또한, 도 1에서 설명한 바닥 구조체(500)는 '차음재층'을 더 포함할 수도 있다. 도 1의 구조에서 바닥 구조체(500)가 차음재층을 더 포함하는 경우가 도 3에 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 바닥 구조체(500')는 완충재층(100)과 보강부재층(200) 상에 배치된 차음재층(250)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 차음재층(250)은 경량기포 콘크리트층(300)의 아래에서 완충재층(100)과 보강부재층(200)의 상면을 덮도록 구비될 수 있다. 차음재층(250)은 완충재층(100)과 보강부재층(200)의 상면에 구비되어 완충재층(100)과 보강부재층(200)을 보호하면서 하중을 균일하게 분산하는 역할을 할 수 있고, 수지 또는 점성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 차음재층(250)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 수지, 고무(rubber) 및 규사(silica sand)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 차음재층(250)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지로 형성되거나, 고무와 규사의 혼합물로 형성될 수 있다. 차음재층(250)은 약 0.5∼5 mm 정도의 두께를 가질 수 있지만, 이는 예시적인 것이고, 두께 범위는 달라질 수 있다. 또한, 차음재층(250)은 일종의 완충재와 같은 역할을 겸할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 바닥 구조체에 적용될 수 있는 완충재층(110) 및 보강부재층(210)의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체는 완충재층(110) 내에 분산되어 배치된 복수의 제1 탄성 방진부재(B10) 및 보강부재층(210) 내에 분산되어 배치된 복수의 제2 탄성 방진부재(B10)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 완충재층(110)에 복수의 제1 관통홀(h10)이 형성될 수 있고, 복수의 제1 관통홀(h10) 내에 복수의 제1 탄성 방진부재(B10)가 구비될 수 있다. 또한, 보강부재층(210)에 복수의 제2 관통홀(h20)이 형성될 수 있고, 복수의 제2 관통홀(h20) 내에 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)가 구비될 수 있다. 여기서는, 제2 관통홀(h20) 및 제2 탄성 방진부재(B20)가 하나 씩만 도시되어 있지만, 실제로는 복수 개가 구비될 수 있다. 복수의 제1 및 제2 탄성 방진부재(B10, B20)는 상부 구조체들의 하중을 지지하면서 하중을 분산하는 서포터로서의 역할을 할 수 있다.
복수의 제1 및 제2 탄성 방진부재(B10, B20)는 폴리우레탄(polyurethane, PU), 실리콘(silicone) 및 고무(rubber)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 복수의 제1 및 제2 탄성 방진부재(B10, B20)는 폴리우레탄(PU)으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 제1 및 제2 탄성 방진부재(B10, B20)는 볼(ball) 또는 짧은 바(bar) 형상을 갖거나, 이들이 혼합된 형상을 갖거나 이들로부터 변형된 형상을 가질 수 있다. 또한, 복수의 제1 및 제2 탄성 방진부재(B10, B20)는 소정의 할로우(hollow) 구조를 가질 수도 있다. 이러한 제1 및 제2 탄성 방진부재(B10, B20)를 사용하면, 바닥 구조체의 강도를 개선하면서 바닥 구조체의 고유진동수를 낮출 수 있기 때문에, 진동 저감 효과를 향상하는데 유리할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 보강부재층(210) 내에 구비된 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)는 완충재층(110) 내에 구비된 복수의 제1 탄성 방진부재(B10) 보다 좁은 간격으로 배치될 수 있다. 이와 관련해서, 보강부재층(210)의 보강 성능이 강화되거나 확보될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)의 간격은 복수의 제1 탄성 방진부재(B10)의 간격보다 약 1.5배 내지 3배 만큼 작을 수 있다. 다시 말해, 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)의 간격은 복수의 제1 탄성 방진부재(B10)의 간격의 약 1/3 내지 2/3 정도일 수 있다. 따라서, 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)는 복수의 제1 탄성 방진부재(B10) 보다 조밀하게(즉, 고밀도로) 형성될 수 있다.
부가해서, 완충재층(110) 및 보강부재층(210) 상에 도 3에서 설명한 바와 같은 차음재층(250)이 구비되는 경우, 차음재층(250)의 하면에 복수의 돌출부가 구비될 수 있고, 상기 복수의 돌출부가 복수의 관통홀(h10, h20) 내부(상부)로 인입될 수 있다. 이 경우, 탄성 방진부재들(B10, B20)의 형상 및 사이즈는 도 4에 도시된 것에서 변형될 수 있다.
도 5는 보강부재층(210) 내에 구비된 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)의 배치를 예시적으로 보여주는 평면도이다. 도 6은 보강부재층(210) 내에 구비된 복수의 제2 탄성 방진부재(B20) 및 완충재층(110) 내에 구비된 복수의 제1 탄성 방진부재(B10)의 배치를 예시적으로 보여주는 평면도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 보강부재층(210) 및 완충재층(110)은 그 전체 영역이 아닌 일부 영역에 해당된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 보강부재층(210) 내에 구비된 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)는 완충재층(110) 내에 구비된 복수의 제1 탄성 방진부재(B10) 보다 좁은 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 탄성 방진부재(B10)가 거리 d 만큼의 간격을 갖도록 규칙적으로 배열된 경우, 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)는 d 보다 좁은 간격을 갖도록 배열될 수 있다. 구체적인 예로, 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)는 보강부재층(210) 내에서 지그재그(zigzag) 방식으로 배열될 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)는 Y축 방향으로 배열된 제1열의 제2 탄성 방진부재들(B20)과, 이들과 이격하여 Y축 방향으로 배열된 제2열의 제2 탄성 방진부재들(B20)을 포함할 수 있고, X축 방향으로 보았을 때, 상기 제2열의 제2 탄성 방진부재들(B20)은 상기 제1열의 제2 탄성 방진부재들(B20) 사이의 중간 영역에 배치될 수 있다. 이러한 배열 방식을 지그재그 배열 또는 얼갈림 배열이라고 지칭할 수 있다.
이와 같이, 보강부재층(210) 내에 구비된 복수의 제2 탄성 방진부재(B20)를 완충재층(110) 내에 구비된 복수의 제1 탄성 방진부재(B10) 보다 좁은 간격으로 배치함으로써, 보강부재층(210)의 보강 성능을 강화 또는 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체의 변형, 처짐, 균열 등의 문제를 억제 또는 방지하는데 유리할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체에 적용될 수 있는 완충재층(100a) 및 보강부재층(200a)이 가질 수 있는 전체적인 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다.
도 7을 참조하면, 완충재층(100a)은 소정의 사각형 구조를 가질 수 있고, 보강부재층(200a)은 완충재층(100a)을 둘러싸는 사각 프레임 구조(액자 구조)를 가질 수 있다. 또한, 건축물의 측벽부(20a)는 보강부재층(200a)의 외측을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 여기서 도시된 완충재층(100a) 및 보강부재층(200a)의 평면 구조는 예시적인 것이고, 경우에 따라, 변화될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 바닥 구조체에서 보강부재층의 폭을 증가시킴에 따라 바닥 구조체의 변형량을 평가한 결과를 보여주는 그래프이다. 상기 변형량 평가는 도 1과 같은 구조를 갖는 바닥 구조체(500)에 대하여 실시하였으며, 바닥 구조체(500)의 상면 단부에서 10 cm 안쪽 지점(즉, 보강부재층의 위쪽 부분)에 102.5 kg의 하중을 부가하는 조건으로 평가하였다. 이때, 완충재층(100)과 보강부재층(200)의 두께는 40 mm 였고, 경량기포 콘크리트층(300)과 마감 모르타르층(400)의 총 두께는 80 mm 였다. 또한, 완충재층(100)은 폴리에스터 소재로 형성되고, 보강부재층(200)은 EPS로 형성되었다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체에서 보강부재층의 폭을 증가시킴에 따라 바닥 구조체의 변형량이 감소하는 경향을 갖는 것을 확인할 수 있다. 특히, 보강부재층의 폭이 250 mm 인 경우, 바닥 구조체의 변형량은 약 1 mm 정도로 매우 작게 나타났다. 그러나, 도 8의 결과는 예시적인 것이고, 구성 물질이나 평가 조건 등에 따라서, 바닥 구조체의 변형량은 1 mm 보다 작을 수도 있다.
도 9는 비교예에 따른 바닥 구조체에서 경량기포 콘크리트의 균열 및 마감 모르타르의 균열 문제를 보여주는 사진 이미지이다.
도 9를 참조하면, 비교예에 따른 바닥 구조체는 종래 기술에 따른 경량기포 콘크리트 및 마감 모르타르를 적용한 것으로, 이 경우, 기포 꺼짐 문제 및 모르타르 균열 등의 문제가 발생할 수 있다. 이때, 바닥 구조체의 물성으로는 양생 7일 경과후 압축 강도는 0.9 N/mm2 이상이었고, 28일 경과후 압축 강도는 1.4 N/mm2 이상이었다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체의 경량기포 콘크리트 및 마감 모르타르의 상태를 보여주는 사진 이미지이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체의 경우, 기포 마감면이 양호하고, 온돌층의 균열이 방지된 것을 확인할 수 있다. 이때, 바닥 구조체의 물성으로는 양생 7일 경과후 압축 강도는 1.5 N/mm2 이상이었고, 28일 경과후 압축 강도는 2.0 N/mm2 이상이었다.
도 11은 비교예에 따른 바닥 구조체에서 마감 모르타르의 균열 문제를 보여주는 사진 이미지이다.
도 11을 참조하면, 비교예에 따른 바닥 구조체는 종래 기술에 따른 경량기포 콘크리트 및 마감 모르타르를 적용한 것으로, 이 경우, 마감 모르타르에 관통 균열이 발생하고, 공진에 의한 소음 차단 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이때, 바닥 구조체의 물성으로는 양생 28일 경과후 강도는 21 N/mm2 이상이었고, 면밀도는 720 kg/m2 이었다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체의 마감 모르타르의 상태를 보여주는 사진 이미지이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 바닥 구조체의 경우, 마감 모르타르의 양생 상태가 양호한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 온돌층의 균열 발생 가능성이 낮아지고, 공진 회피에 의한 소음 차단 효과를 얻을 수 있다. 이때, 바닥 구조체의 물성으로는 양생 28일 경과후 강도는 24 N/mm2 이상이었고, 면밀도는 1080 kg/m2 이었다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예들에 따르면, 층간소음을 효과적으로 저감할 수 있으면서도 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있는 건축용 바닥 구조체를 구현할 수 있다. 상당히 낮은 고유진동수를 갖는 자재를 사용하여 층간소음 문제를 효과적으로 억제할 수 있으면서도 아울러 기계적 물성(강도)을 보강하여 바닥층의 균열, 변형 및 처짐 등의 문제를 방지할 수 있는 건축용 바닥 구조체를 구현할 수 있다. 또한, 바닥층(즉, 온돌층)의 강도, 인성 및 중량 등을 증가시킴으로써, 균열 등의 문제를 추가적으로 대응 및 방지할 수 있다. 이 경우, 바닥층(즉, 온돌층) 전체의 질량 증가로 고유진동수를 추가로 감소시킬 수 있어, 중량 충격음의 저감량을 더욱 증대시킬 수 있고, 중량 충격음 관련 평가 등급에서 1등급 확보가 가능할 수 있다. 또한, 바닥 구조체를 장기간 사용하더라도, 처짐이나 균열, 변형 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 예들 들어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 실시예들에 따른 건축용 바닥 구조체는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10 : 기초 슬래브층 20, 20a : 측벽부
50 : 측면완충재 100, 100a, 110 : 완충재층
200, 200a, 210 : 보강부재층 300 : 경량기포 콘크리트층
400 : 마감 모르타르층 500, 500' : 건축용 바닥 구조체
B10 : 제1 탄성 방진부재 B20 : 제2 탄성 방진부재
h10 : 제1 관통홀 h20 : 제2 관통홀

Claims (7)

  1. 기초 슬래브층 상에 구비되는 건축용 바닥 구조체로서,
    상기 기초 슬래브층 상면의 중앙부를 포함한 제1 영역을 덮도록 배치되며 폴리에스터를 포함하는 완충재층;
    상기 완충재층의 외측에서 상기 기초 슬래브층 상면의 상기 제1 영역 주위의 제2 영역을 덮도록 배치되며 보강부재층;
    상기 완충재층과 상기 보강부재층 상에 배치되는 차음재층;
    상기 차음재층 상에 배치되는 경량기포 콘크리트층; 및
    상기 경량기포 콘크리트층 상에 배치되는 마감 모르타르층;을 포함하며,
    상기 완충재층 내에 분산되어 배치된 복수의 제1 탄성 방진부재; 및
    상기 보강부재층 내에 분산되어 배치된 복수의 제2 탄성 방진부재;를 포함하고, 상기 제1 및 제2 탄성 방진부재는 폴리우레탄(polyurethane)을 포함하고,
    상기 건축용 바닥 구조체 전체의 고유진동수는 20 Hz 이하이며,
    상기 복수의 제2 탄성 방진부재는 상기 복수의 제1 탄성 방진부재 보다 좁은 간격으로 배치되는 건축용 바닥 구조체
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 방진부재 및 상기 제2 탄성 방진부재는 상기 완충재층 및 상기 보강부재층에 형성된 복수의 관통홀에 삽입되며,
    상기 차음재층의 하면에는 복수의 돌출부가 구비되고, 상기 복수의 돌출부는 상기 복수의 관통홀 상부에 인입되는 건축용 바닥 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강부재층은 EPS(expanded polystyrene)을 포함하는 건축용 바닥구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 탄성 방진부재는 제1 방향으로 배열된 제1열의 제2 탄성 방진부재들과, 이들과 이격하여 상기 제1 방향으로 배열된 제2열의 제2 탄성 방진부재들을 포함하고, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에서 보았을 때, 상기 제2열의 제2 탄성 방진부재들은 상기 제1열의 제2 탄성 방진부재들 사이의 중간 영역에 배치됨으로써 상기 복수의 제2 탄성 방진부재는 상기 보강부재층 내에서 지그재그(zigzag) 방식으로 배열되는 건축용 바닥 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강부재층은 상기 경량기포 콘크리트층의 외측면에 대응하는 지점으로부터 그 안쪽으로 100 mm 내지 300 mm의 폭으로 형성되는 건축용 바닥 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 완충재층 및 상기 보강부재층은 30mm 내지 50mm의 두께를 가지고,
    상기 경량기포 콘크리트층과 상기 마감 모르타르층의 총 두께는 70 mm 내지 90 mm 인 건축용 바닥 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 완충재층은 15Hz 이하의 고유진동수를 가지는 건축용 바닥 구조체.
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