KR102553306B1 - 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템 - Google Patents

저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바닥 구조의 내외부가 연통되는 통기구를 설치함으로써 바닥 구조의 판 진동을 억제하여 공진을 제어하는 한편, 구조적인 역할을 하는 제1슬래브와 슬래브의 중량을 증가시키기 위한 제2슬래브를 합성함으로써 바닥 구조의 전체 두께 증가 없이 중량충격음 저감이 가능한 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템에 대한 것이다.
본 발명은 공동주택 층간소음을 저감하기 위한 것으로, 제1시멘트 복합체 내부에 철근이 배근되는 제1슬래브와 제2시멘트 복합체로 상기 제1슬래브의 상부에 타설되는 무근인 제2슬래브로 구성되는 합성 슬래브; 상기 합성 슬래브의 상부에 적층되는 완충패널; 및 상기 완충패널의 상부에 적층되는 마감모르타르층; 으로 구성되되, 상기 마감모르타르층과 완충패널의 내부에는 외주면에 완충패널 측으로 개방된 복수의 통기공이 형성되는 가이드관이 마감모르타르층과 완충패널을 수직 방향으로 관통하도록 매립되어, 상기 가이드관에 의해 완충패널과 마감모르타르층에서 서로 연통되는 통기구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템{Composite floor system for reducing interlayer noise}
본 발명은 바닥 구조의 내외부가 연통되는 통기구를 설치함으로써 바닥 구조의 판 진동을 억제하여 공진을 제어하는 한편, 구조적인 역할을 하는 제1슬래브와 슬래브의 중량을 증가시키기 위한 제2슬래브를 합성함으로써 바닥 구조의 전체 두께 증가 없이 중량충격음 저감이 가능한 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템에 대한 것이다.
최근 주거용 건물로서 공동주택이 일반화되면서 세대 간 층간소음으로 인한 이웃 간 분쟁이 증가하는 등 층간소음이 심각한 사회 문제로 대두되고 있다.
층간소음을 유발하는 바닥충격음은 크게 가볍고 딱딱한 충격에 의한 경량충격음과 무겁고 부드러운 충격에 의한 중량충격음으로 분류된다.
경량충격음은 일시적으로 거주자를 놀라게 하지만 잔향이 없어 불쾌감이 상대적으로 적은 데 비해, 중량충격음은 발생 시 잔향이 남아 심한 불쾌감과 정신적 고통을 일으키는 경향이 있어 공동주택에서 특히 큰 문제가 되고 있다.
저주파수 대역의 충격음인 중량충격음은 슬래브 진동에 의해 전달되는 소음으로, 슬래브의 두께, 밀도, 강성, 지지 조건 등에 의한 슬래브의 동적 특성과 밀접한 관련이 있다.
종래에는 공동주택 층간소음을 방지하기 위해 콘크리트 슬래브 상부에 완충재와 모르타르층 및 마감재를 순서대로 적층하였다(공개특허 제10-2018-0029335호 등).
그러나 완충재 시공은 경량충격음 저감에는 효과적이나 슬래브 판 진동에 의해 전달되는 중량충격음 저감에는 한계가 있다.
특히, 이러한 바닥 구조에서는 콘크리트 슬래브와 모르타르층 사이에 완충재가 구비된다. 여기에서 콘크리트 슬래브와 모르타르층은 차폐 부재로서, 완충재 내부 미세 공극에 존재하는 공기가 하부의 콘크리트 슬래브와 상부의 모르타르층 사이에 갇히게 된다. 이에 따라 바닥 상부 가진 시, 상부 모르타르층의 판 진동이 갇힌 공기에 의해 하부 콘크리트 슬래브 층으로 전달되어 충격음 저감 효과가 반감되는 문제가 있다.
한편, 바닥충격음을 차단하기 위해 바닥 두께를 벽식 구조나 무량판 구조인 경우 210㎜ 이상, 라멘 구조인 경우 150㎜ 이상으로 제한하고 있으며, 충격음을 흡수하기 위해 바닥 구조체 위에 설치되는 완충재의 성능을 경량충격음에 대해 58dB 이하, 중량충격음에 대해 50dB 이하로 규정하고 있다.
이러한 규정은 슬래브 두께가 바닥충격음, 특히 중량충격음과 큰 연관이 있다는 것을 의미한다.
그러나 210㎜를 초과하여 바닥 두께를 더욱 증가시킨다 하더라도 충격음 차단 성능 효과는 매우 제한적이다.
또한, 충격음 저감을 위해 콘크리트 슬래브 두께를 증가시킬 경우, 층고 확보에 어려움이 있고 콘크리트 물량이 증가하여 경제성이 떨어진다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 바닥 구조의 내부와 외부가 연통되는 통기구를 설치함으로써 바닥 구조의 판 진동을 억제하여 공진을 제어할 수 있는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 구조적인 역할을 하는 제1슬래브 상부에 슬래브 중량을 증가시키기 위한 제2슬래브를 합성함으로써, 바닥 구조의 전체 두께 증가 없이 중량충격음 저감이 가능한 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 공동주택 층간소음을 저감하기 위한 것으로, 제1시멘트 복합체 내부에 철근이 배근되는 제1슬래브와 제2시멘트 복합체로 상기 제1슬래브의 상부에 타설되는 무근인 제2슬래브로 구성되는 합성 슬래브; 상기 합성 슬래브의 상부에 적층되는 완충패널; 및 상기 완충패널의 상부에 적층되는 마감모르타르층; 으로 구성되되, 상기 마감모르타르층과 완충패널의 내부에는 외주면에 완충패널 측으로 개방된 복수의 통기공이 형성되는 가이드관이 마감모르타르층과 완충패널을 수직 방향으로 관통하도록 매립되어, 상기 가이드관에 의해 완충패널과 마감모르타르층에서 서로 연통되는 통기구가 형성되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제2슬래브는 단위중량 2300㎏/㎥ 이상의 중량시멘트 복합체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 마감모르타르층은 단위중량 2300㎏/㎥ 이상의 중량모르타르에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제1슬래브의 상면은 조면 처리되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 완충패널은 하부에 복수의 돌부가 돌출 형성되어 이웃하는 돌부 사이에 공기층이 형성되고, 상기 통기구는 상기 공기층과 연통되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공한다.
삭제
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 가이드관의 하부는 하부로 갈수록 지름이 좁아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 완충패널 및 마감모르타르층의 측단부와 벽체의 사이에는 내부에 일단은 완충패널 측으로 개방되고 타단은 마감모르타르층의 상부로 개방되는 측면통기구가 형성된 측면완충재가 구비되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제1슬래브의 상부에는 건식 벽체가 설치되어 제2슬래브를 분할하는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제2슬래브는 분리대에 의해 분할되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 합성 슬래브 상부에 완충패널과 마감모르타르층이 차례대로 구비되되, 마감모르타르층을 상하로 관통하는 통기구가 구비된 바닥 시스템을 제공할 수 있다. 따라서 통기구에 의하여 완충패널이 구비된 층 내부의 공기가 외부로 배출되므로, 마감모르타르층의 진동이 콘크리트 바닥 슬래브로 전달되어 발생하는 공진을 억제하여 층간소음을 저감할 수 있다.
둘째, 상부 하중을 수직 부재로 전달하는 구조 부재인 제1슬래브 상부에 슬래브 중량을 증가시키기 위한 제2슬래브를 합성함으로써, 고유진동수 대역을 낮은 쪽으로 이동시켜 바닥 구조의 전체 두께 증가 없이 중량충격음을 저감할 수 있다.
셋째, 완충패널의 하면에 돌부가 형성되는 경우, 이웃하는 돌부 사이에 형성된 공기층에 의하여 상부에서 가진되는 충격을 상쇄할 수 있으므로 바닥충격음을 보다 효율적으로 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 도시하는 단면도.
도 2는 바닥 구조 고유진동수와 중량충격음 가진주파수를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템의 다른 실시예를 도시하는 단면도.
도 4는 상하부완충패널이 구비된 실시예를 도시하는 확대 단면도.
도 5는 가이드관을 도시하는 사시도.
도 6은 도 5의 가이드관에 의해 통기구가 형성된 실시예를 도시하는 단면도.
도 7은 완충패널 관통형 가이드관을 도시하는 사시도.
도 8 내지 도 10은 가이드관의 다양한 실시예들을 도시하는 사시도.
도 11은 도 9의 가이드관에 의해 통기구가 형성된 실시예를 도시하는 단면도.
도 12는 균열 유무에 따른 중량충격음 실험을 위한 합성 슬래브를 나타내는 사진.
도 13은 건식 벽체에 의한 제2슬래브의 분할 상태를 도시하는 단면도.
도 14는 시간 경과에 따른 표면 함수율 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 15는 분리대에 의한 제2슬래브의 분할 상태를 도시하는 사시도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 도시하는 단면도이다.
도 1 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템은 공동주택 층간소음을 저감하기 위한 것으로, 제1시멘트 복합체 내부에 철근(111)이 배근되는 제1슬래브(11)와 제2시멘트 복합체로 상기 제1슬래브(11)의 상부에 타설되는 무근인 제2슬래브(12)로 구성되는 합성 슬래브(1); 상기 합성 슬래브(1)의 상부에 적층되는 완충패널(2); 및 상기 완충패널(2)의 상부에 적층되는 것으로 상하로 관통되는 통기구(H)가 형성된 마감모르타르층(3); 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 바닥 구조의 내부와 외부가 연통되는 통기구(H)를 설치함으로써 바닥 구조의 판 진동을 억제하여 공진을 제어하는 한편, 구조적인 역할을 하는 제1슬래브(11)와 슬래브 중량을 증가시키기 위한 제2슬래브(12)를 합성함으로써 바닥 구조의 전체 두께 증가 없이 중량충격음 저감이 가능한 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 합성 슬래브(1), 완충패널(2) 및 마감모르타르층(3)이 순차적으로 적층되어 구성된다.
상기 합성 슬래브(1)는 하부의 제1슬래브(11)와 상부의 제2슬래브(12)가 합성되어 형성된다.
상기 제1슬래브(11)는 상부 하중을 벽체나 기둥과 같은 수직 부재로 전달하는 구조 부재로, 제1시멘트 복합체 내부에 철근(111)이 배근된다.
상기 제1슬래브(11)를 구성하는 제1시멘트 복합체는 결합재로서 시멘트와 잔골재 및 굵은 골재를 포함하여 구성 가능하며, 제1슬래브(11) 자체로 중량충격음 저감 효과를 어느 정도 발휘할 수 있다.
상기 제2슬래브(12)는 제1슬래브(11)의 상부에 타설된다.
상기 제2슬래브(12)는 제2시멘트 복합체 타설에 의해 형성된다.
상기 제2슬래브(12)는 구조적인 역할을 하는 것이 아니라 합성 슬래브(1)의 충격음 저감 성능을 향상시키기 위한 것이어서 철근이 배근되지 않는 무근 부재로 구성된다.
상기 제2슬래브(12)의 합성에 의해 바닥 구조의 고유진동수 대역을 낮은 쪽을 이동시킴으로써 중량충격음 가진파와의 공명을 방지할 수 있다.
기존 바닥 구조에서는 전기 또는 설비 배관 매립을 위해 별도의 바닥층이 구비된다. 이와 달리 본 발명은 제2슬래브(12)의 내부에 전기 또는 설비 배관 매립이 가능하므로, 배관 매립을 위한 별도의 바닥층을 생략할 수 있다.
이에 따라 합성 슬래브(1)의 전체 두께를 기존 콘크리트 슬래브 두께보다 두껍게 형성하더라도 전체적인 층고 증가가 없도록 구성할 수 있다.
상기 합성 슬래브(1)를 구성하는 하부의 제1슬래브(11)는 거푸집을 설치한 후 거푸집 상부에 타설된다. 이에 제1시멘트 복합체 타설 시 거푸집 처짐으로 인해 상면 평활도를 정확하게 맞추는 것이 용이하지 않다.
이 경우 완충패널(2)이 제1슬래브(11)의 상부에 직접 설치되면, 제1슬래브(11)의 처짐으로 인해 완충패널(2) 하부에 밀폐 공간이 형성된다. 그러므로 밀폐 공간에 갇힌 공기에 의해 탄성계수가 커지고, 이에 따라 바닥충격음이 증가하는 문제가 있다.
그런데 제2슬래브(12)는 이미 경화되어 강성이 강한 제1슬래브(11) 상부에 제2시멘트 복합체를 타설하여 형성되므로, 제2시멘트 복합체 경화 중 처짐 발생 우려가 없다.
따라서 상기 제2시멘트 복합체를 고유동성을 갖는 재료로 형성하면, 셀프레벨링을 통한 합성 슬래브(1)의 상면 평활도 조절이 가능하다. 아울러 합성 슬래브(1) 상부에 완충패널(2) 설치 시, 완충패널(2) 하부의 공기층 발생을 방지하여 바닥충격음 증가를 억제할 수 있다.
상기 제2시멘트 복합체는 셀프레벨링에 의한 평활도 조절이 가능하도록 플로우치 230~270㎜ 범위의 자재를 사용하는 것이 바람직하다.
하중의 크기, 바닥 구조의 면적, 중량충격음 저감 목표 등을 고려하여 상기 제1슬래브(11)는 120~210㎜ 두께로 형성하고, 제2슬래브(12)는 30~120㎜ 두께로 형성할 수 있다.
상기 합성 슬래브(1)의 상부에는 바닥충격음을 저감하고 단열 성능을 확보하기 위하여 완충패널(2)이 시공된다.
상기 제1슬래브(11)의 상부에 고유동성의 제2시멘트 복합체를 타설하여 형성되는 제2슬래브(12)에 의해 바닥 두께를 일정하게 하고 상면 평활도를 맞춘 상태에서, 제2슬래브(12)의 상부에 완충패널(2)을 설치한다. 이로써, 완충패널(2)은 구조체인 제1슬래브(11)와 뜬바닥 구조를 형성한다.
상기 완충패널(2)의 상부에는 경량기포콘크리트층 없이 마감모르타르층(3)이 바로 시공된다.
따라서 경량기포콘크리트층 없이 완충패널(2)의 하부와 상부에 각각 제2슬래브(12)와 마감모르타르층(3)이 이중으로 구비되어 중량충격음을 크게 줄일 수 있다.
또한, 기존에는 경량기포콘크리트층 상부에 난방배관을 설치하여 경량기포콘크리트층의 단열 성능에 의해 난방 효율을 향상시켰다. 이와 달리, 본 발명에서는 경량기포콘크리트층 대신 마감모르타르층(3) 하부에 위치하는 완충패널(2)의 단열 성능에 의해 난방 효율을 확보할 수 있다.
아울러 제2슬래브(12) 내부에 전기 배관을 매립 설치하면, 완충패널(2)이 난방 배관의 열을 차단하여 전기 배관 주변 온도가 허용온도를 초과하는 것을 방지할 수 있다.
선타설 기초모르타르층이 시공되는 경우, 기초모르타르층은 두께 20~60㎜, 완충패널(2)은 두께 40㎜ 이상, 마감모르타르층(3)은 두께 35~60㎜로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 마감모르타르층(3)에는 상하로 관통되는 통기구(H)가 형성된다.
상기 통기구(H)는 하부는 완충패널(2) 측으로 개방되고, 상부는 마감모르타르층(3) 상면 측으로 개방된다. 이에 따라 바닥 구조 상부에서 가진 시, 완충패널(2)이 구비된 층 내부의 공기가 통기구(H)를 통해 외부로 빠져나간다. 그러므로 마감모르타르층(3)의 진동이 하부의 합성 슬래브(1)로 전달되어 공진이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
아울러 상기 통기구(H) 자체가 가진점에서 마감모르타르층(3) 자체의 진동이 수평 방향으로 전파되는 것을 방해하여 투과 손실(transmission loss)을 높임으로써 충격음 저감 효과를 발휘한다.
상기 통기구(H)는 거실 외곽 측으로 복수 개가 형성될 수 있다.
아래 [표 1] 은 KS 기준 측정 방법에 의한 바닥충격음의 역A값에 대한 측정 결과이다(단위 dB).
구분 뱅머신 볼 탭
통기구 미형성 48.1 44.7 48.8
통기구 형성 47.9 43.5 48.5
차이 -0.2 -1.2 -0.3
뱅머신, 볼, 탭에 의해 각각 측정한 결과, 통기구(H) 형성시 각각에 대해 0.2dB, 1.2dB, 0.3dB 바닥충격음이 저감되는 것으로 확인되었다.
상기 마감모르타르층(3)의 상부에는 마감패널(4)이 구비될 수 있다.
상기 마감패널(4)은 별도의 접착제 없이 끼워 맞추는 조립식으로 시공되는 강화마루나 접착제를 사용하여 마감모르타르층(3)에 부착 시공되는 강마루 등일 수 있다.
상기 마감패널(4)이 강화마루인 경우, 강화마루의 패널 사이 틈새가 존재한다. 그러므로 통기구(H)를 통해 빠져나온 공기는 강화마루패널 사이 틈새를 통해 외부로 배출된다.
상기 마감패널(4)이 강마루인 경우, 접착제 도포 시 접착제 자체에 골을 형성함으로써 골을 통해 공기가 배출되게 할 수 있다.
도 1, 도 3 등에 도시된 바와 같이, 상기 완충패널(2) 및 마감모르타르층(3)의 측단부와 벽체(6)의 사이에는 내부에 일단은 완충패널(2) 측으로 개방되고 타단은 마감모르타르층(3)의 상부로 개방되는 측면통기구(71)가 형성된 측면완충재(7)가 구비될 수 있다.
최근 공동주택 중량 바닥충격음이 벽체를 통해 전달되는 것을 방지하기 위해 국토교통부 고시 제2016-824호에서는 바닥 마감모르타르가 벽에 직접 닿지 않게 바닥 마감모르타르와 벽체(6) 사이에 측면완충재(7)를 시공하도록 규정하고 있다.
상기 측면완충재(7)를 이용하여 바닥 단부 측을 통해서도 완충패널(2) 측의 공기가 배출되도록 측면완충재(7)에 측면통기구(71)를 형성할 수 있다.
상기 측면통기구(71)는 측면완충재(7)의 내부에 상하 방향으로 형성되어, 일단인 하부가 완충패널(2) 측으로 개방되어 완충패널(2)이 구비된 층과 연통되고, 타단인 상부가 개방된다.
상기 측면통기구(71)의 상부는 마감모르타르층(3)의 상부로 개방되게 구비된다.
도 2는 바닥 구조 고유진동수와 중량충격음 가진주파수를 나타내는 그래프이다.
상기 제2슬래브(12)는 단위중량 2300㎏/㎥ 이상의 중량시멘트 복합체에 의해 형성될 수 있다.
고유진동수는 질량의 제곱근에 반비례하므로, 바닥 구조의 질량을 증가시키면 고유진동수 대역을 낮은 쪽으로 이동시킴으로써 중량충격음 가진파와의 공명(공진)을 방지할 수 있다. 그런데 기존 콘크리트 슬래브는 중량충격음 저감을 위해 구조적으로 필요한 두께보다 훨씬 두껍게 설계되고 있다.
따라서 합성 슬래브(1)의 두께를 최소화하면서도 질량을 증가시켜 중량충격음을 저감하기 위해 제2슬래브(12)를 고밀도로 구성할 수 있다.
이에 따라 구조적 역할을 하는 하부의 제1슬래브(11)는 하중을 지지하고 처짐을 방지할 수 있는 정도의 두께로 최소화하면서도 중량충격음 저감이 가능하고, 이 경우 전체적인 바닥 구조의 두께를 줄일 수 있어 층고 절감도 가능다.
상기 제2슬래브(12)는 하중을 지지하는 구조 부재 역할을 하는 것이 아니라 합성 슬래브(1)의 질량을 증가시켜 중량충격음을 저감하기 위한 것이다. 그러므로 제2슬래브(12)를 형성하는 제2시멘트 복합체는 굵은 골재 없이 결합재인 시멘트와 잔골재만으로 구성될 수 있다.
상기 제1슬래브(11)는 일반적인 콘크리트 수준의 2300㎏/㎥의 단위중량을 갖도록 구성하고, 제2슬래브(12)는 2300~2700㎏/㎥의 밀도로 제1슬래브(11)보다 고밀도로 구성할 수 있다.
상기 제2슬래브(12)가 상기 수치 범위의 단위용적 중량을 만족할 때, 도 2의 (a) 및 (b)에서와 같이 바닥 구조의 고유진동수(f0) 대역이 낮은 쪽으로 이동한다. 이에 따라 공명 현상 발생을 방지하여 층간소음 발생을 줄일 수 있다.
이 경우 합성 슬래브(1)의 고유진동수 피크 지점 주파수와 중량충격음 가진주파수 피크 지점 주파수와의 차가 32~125Hz 범위 이내가 되며, 이러한 범위에서 층간소음 저감 효과가 크게 나타난다.
아래 [표 2] 는 제2슬래브의 중량 증가에 의한 중량충격음 저감 결과를 나타낸다.
제1슬래브 두께 210㎜ 기준으로 제2슬래브 두께가 30㎜, 40㎜, 50㎜일 때 중량충격음을 측정하였다.
측정 결과, 제2슬래브의 두께가 증가함에 따라 각각 2.1dB, 2.8dB, 3.4dB의 중량충격음 저감 효과가 발휘되는 것을 확인할 수 있다.

Hz
기존 슬래브		 합성 슬래브
제2슬래브 30㎜
(중량 +80㎏/㎡)		 제2슬래브 40㎜
(중량 +100㎏/㎡)		 제2슬래브 50㎜
(중량 +130㎏/㎡)
63 82.6 80.8 80.3 79.8
125 70.4 67.6 66.7 66.0
250 61.9 59.4 58.7 58.1
500 54.7 53.8 53.1 52.4
역A값 55.0 52.9 52.2 51.6
저감(dB) -2.1 -2.8 -3.4
상기 마감모르타르층(3)은 단위중량 2300㎏/㎥ 이상의 중량모르타르에 의해 형성될 수 있다.
바닥 구조의 질량을 증가시켜 중량충격음을 저감하기 위해 마감모르타르층(3)을 고밀도로 구성할 수 있다.
이를 위해 단위중량이 2100㎏/㎥인 일반적인 모르타르보다 단위중량이 큰 중량모르타르를 사용할 수 있다.
이 경우 중량모르타르는 단위중량 2300㎏/㎥ 이상을 사용하며, 2600㎏/㎥ 이하인 것이 바람직하다. 단위중량이 2600㎏/㎥를 초과할 경우, 자중 증가로 인해 구조체에 가해지는 하중이 과도하게 증가된다.
상기 제1슬래브(11)의 상면은 조면 처리 가능하다.
중량충격음 저감 효과를 극대화하기 위해서는 제2슬래브(12)를 제1슬래브(11)와 견고하게 부착하여 제1슬래브(11)와 제2슬래브(12)가 일체화된 부재로 거동하도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위해 상기 제2슬래브(12) 형성을 위한 제2시멘트 복합체를 타설하기 전에 기 타설된 제1슬래브(11)의 상면을 조면 처리할 수 있다.
즉, 상기 제1슬래브(11)의 상면을 거친 면 처리하여 제2슬래브(12)와 제1슬래브(11) 사이 강한 부착력을 확보하도록 할 수 있다.
아래 [표 3] 은 제1슬래브와 제2슬래브를 분리한 경우와 일체화한 경우의 중량충격음 저감 효과를 비교한 것이다. 여기에서 기존 슬래브와 제1슬래브의 두께는 210㎜이고, 제2슬래브의 두께는 150㎜이다.

Hz
기존 슬래브		 합성 슬래브
제1,2슬래브 분리
(제2슬래브 50㎜)		 제1,2슬래브 부착
(제2슬래브 50㎜)
63 82.6 80.6 79.8
125 70.4 67.1 66.0
250 61.9 58.9 58.1
500 54.7 53 52.4
역A값 55.0 52.5 51.6
저감(dB) -2.5 -3.4
상기 제1슬래브(11)와 제2슬래브(12) 사이에 절연층(비닐)을 구비하여 제1슬래브(11)와 제2슬래브(12)를 완전 분리한 경우보다 제1슬래브(11)의 상부에 제2슬래브(12)를 부착 시공한 경우, 중량충격음이 0.9dB 정도 저감되는 것으로 나타났다.
상기 제1슬래브(11) 상면에 대한 조면 처리는 제1슬래브(11) 경화 후 시공할 수 있다. 또한, 작업성을 위해 제1슬래브(11)가 완전 경화하기 전 적절한 공구를 이용하여 제1슬래브(11) 상면을 조면 처리하는 것도 가능하다.
상기 제1슬래브(11)와 제2슬래브(12)의 일체성을 향상시키기 위해 제1슬래브(11)의 상면에 프라이머를 도포한 후 제2시멘트 복합체를 타설하여 제2슬래브(12)를 형성할 수도 있다.
물론 별도의 조면 처리 없이, 제1슬래브(11) 상면에 프라이머를 도포하는 것만으로 제1슬래브(11)와 제2슬래브(12)를 일체화할 수도 있다.
도 3은 본 발명 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 통기구(H)는 완충패널(2)을 관통하여 완충패널(2)과 마감모르타르층(3)에서 서로 연통되게 형성될 수 있다.
상기 통기구(H)를 완충패널(2)까지 연장 형성하면, 바닥 가진 시 완충패널(2)이 구비된 층의 공기가 보다 용이하게 외부로 배출되어 공진 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 통기구(H)가 완충패널(2)까지 연장되면, 통기구(H)와 완충패널(2)의 접촉면적이 넓어져 공기 배출 효율이 우수하고, 이에 따라 저주파 공진 제어 효과가 증진된다.
도 4는 상하부완충패널이 구비된 실시예를 도시하는 확대 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 완충패널(2)은 하부에 복수의 돌부(21)가 돌출 형성되어 이웃하는 돌부(21) 사이에 공기층(22)이 형성되고, 상기 통기구(H)는 상기 공기층(22)과 연통되게 구성될 수 있다.
상기 완충패널(2)의 하면에는 복수의 돌부(21)가 돌출 형성되어 돌부(21) 사이에 공기층(22)이 형성되도록 함으로써, 상부에서 가진되는 충격이 상쇄되어 효율적으로 바닥충격음을 줄일 수 있다.
이 경우 통기구(H)를 돌부(21) 사이의 공기층(22)과 연통되도록 구성하여 완충패널(2)이 구비된 층의 공기를 적극적으로 외부로 배출함으로써, 바닥 구조의 저주파 공진 제어 효과를 증진시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 완충패널(2)은 하부완충패널(2a)과 상부완충패널(2b)의 이중 구조로 구성될 수 있다.
이때, 하부완충패널(2a)의 하면에는 제1돌부(21a)가 복수 개 돌출 형성되고, 상부완충패널(2b)의 하면에는 제2돌부(21b)가 복수 개 돌출 형성될 수 있다.
각 돌부(21a, 21b)는 서로 이격 형성되어 제1돌부(21a) 사이 및 제2돌부(21b) 사이에는 각각 제1공기층(22a)과 제2공기층(22b)이 형성될 수 있다.
상기 완충패널(2)이 상하부완충패널(2a, 2b)의 이중 구조로 구성되는 경우에는 상하부로 형성된 이중 공기층(22a, 22b)에 의해 상부에서 가진되는 충격이 상쇄되므로, 바닥충격음을 더욱 효율적으로 줄일 수 있다.
일반적으로 완충패널로 많이 사용되는 EPS 등의 연질완충재는 소재 자체로 바닥충격음 저감 성능은 우수하지만, 하중 작용 시 처짐 및 잔류 변형이 크다. 이에 연질완충재만으로 완충 구조를 형성하면 사용성이 떨어진다.
예를 들어, EPS는 밀도가 16㎏/㎥에 불과하여 국부적인 하중에 큰 변형이 발생한다.
반면, 경질완충재는 처짐이나 잔류 변형이 거의 발생하지 않지만, 동탄성계수가 높아 바닥충격음 저감 성능이 떨어져 완충패널로 사용하기에 적합하지 않다.
예를 들어, EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer; 에틸렌초산비닐 공중합체)는 에틸렌과 초산 비닐 모노머를 공중합시켜 얻어지는 중합체로, 동탄성계수가 높아 125Hz에서 바닥충격음 저감 성능이 떨어진다.
따라서 상하로 적층되는 상하부완충패널(2a, 2b)을 연질완충재와 경질완충재를 조합하여 구성함으로써, 바닥충격음 전달을 줄이면서도 처짐을 최소화할 수 있다.
즉, 연질완충재는 연질 소재 자체의 충격음 저감 성능과 돌부(21) 사이의 공기층(22)에 의해 바닥충격음을 저감한다.
본 발명에서는 연질완충재와 경질완충재를 조합하여 상하부완충패널(2a, 2b)을 구성함으로써, 기존 단일 소재 완충재에 비해 연질완충재의 두께가 감소해 처짐 및 잔류 변형으로 인한 문제를 최소화할 수 있다. 또한, 연질완충재의 두께 감소로 인한 충격음 저감 성능 저하는 경질완충재 하부의 공기층(22)에 의해 보완되어 전체적으로 충분한 충격음 저감 성능을 발휘하도록 구성 가능하다.
이때, 연질완충재가 하부에 구비되고, 경질완충재가 상부에 구비되면, 경질완충재의 돌부(21) 가압에 의해 하부 연질완충재에 처짐이 발생한다. 이에 경질완충재의 돌부(21)가 연질완충재에 묻혀 충분한 공기층(22)이 형성되지 못한다.
따라서 하부완충패널(2a)을 경질완충재로, 상부완충패널(2b)을 연질완충재로 형성할 수 있다. 이로써 완충 구조의 변형을 최소화하면서도 제1공기층(22a)과 제2공기층(22b)을 충분히 확보하여 바닥충격음을 저감할 수 있다.
상기 하부완충패널(2a)은 EVA로 구성할 수 있다. EVA는 밀도가 50㎏/㎥로, 재료의 조직이 치밀하여 접지면적 대비 큰 하중이 작용해도 반발력과 지지력이 높다.
상기 상부완충패널(2b)은 EPS로 구성할 수 있다. EPS은 낮은 탄성으로 충격 흡수 성능이 우수하다. 뿐만 아니라 EPS를 사용함으로써 바닥 구조의 단열 성능도 확보할 수 있다.
결과적으로 상부 충격에 대해 상부완충패널(2b)에서 1차로 진동을 저감하고, 상부완충패널(2b)의 제2돌부(21b)에 의해 하부로 전달되는 진동을 최소화할 수 있다.
도 5는 가이드관을 도시하는 사시도이고, 도 6은 도 5의 가이드관에 의해 통기구가 형성된 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 5, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 통기구(H)는 마감모르타르층(3)의 내부에 수직 방향으로 관통하도록 매립되는 가이드관(5)에 의해 형성될 수 있다.
상기 통기구(H)는 마감모르타르층(3)을 타공하여 형성할 수 있다. 그러나 이 경우 하부 배관 위치를 파악하기 어려워 마감모르타르층(3) 타공 시 배관 손상의 우려가 있다.
따라서 신설 바닥에서는 마감모르타르층(3) 타설 시 통기구(H)를 함께 형성하는 것이 바람직한데, 이때 거푸집 역할을 하는 가이드관(5)에 의해 통기구(H)를 형성할 수 있다.
상기 가이드관(5)은 PVC, 지관 등으로 제작 가능하며, 상하가 개방된 원형, 각형 등의 단면으로 형성할 수 있다.
상기 가이드관(5)의 상단이 마감모르타르 타설 시 마감모르타르층(3) 내부로 완전 매립되어 구멍이 막히는 것을 방지하기 위해 가이드관(5)은 마감모르타르층(3)의 상면보다 소정 높이만큼 높게 형성할 수 있다.
상기 마감모르타르층(3)의 상면 위로 돌출된 가이드관(5) 부분은 마감모르타르층(3) 시공 완료 후 현장에서 절단 가능하다.
상기 가이드관(5)을 설치면 상부에 안정적으로 거치하기 위해 가이드관(5)의 하단에는 플랜지(51)가 형성될 수 있다.
도 7은 완충패널 관통형 가이드관을 도시하는 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 가이드관(5)의 하단은 완충패널(2)을 수직 방향으로 관통하도록 구성되고, 가이드관(5)의 하부 외주면에는 완충패널(2) 측으로 개방된 복수의 통기공(52)이 관통 형성될 수 있다.
상기 통기구(H)를 완충패널(2)까지 관통하여 연장 형성하고자 하는 경우, 가이드관(5)은 완충패널(2)을 관통하여 설치할 수 있다.
이때, 상기 완충패널(2)의 내부 또는 이웃하는 돌부(21) 사이 공기층(22) 내부의 공기가 배출될 수 있도록 가이드관(5)의 외주면에는 완충패널(2) 측으로 개방된 복수의 통기공(52)을 형성할 수 있다.
이 경우 마감모르타르층(3) 타설 시 가이드관(5) 내부로 모르타르가 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 통기공(52)은 완충패널(2) 측에만 구비될 수 있다.
도 8 내지 도 10은 가이드관의 다양한 실시예들을 도시하는 사시도이고, 도 11은 도 9의 가이드관에 의해 통기구가 형성된 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 가이드관(5)의 하부는 하부로 갈수록 지름이 좁아지도록 구성될 수 있다.
상기 가이드관(5)은 완충패널(2)을 미리 타공한 후 타공된 구멍에 끼워 고정할 수 있다. 그러나 이 경우 가이드관(6) 고정을 위해 별도로 완충패널(2)을 타공하는 작업이 필요하여 시공이 번거롭다.
따라서 상기 가이드관(5)의 하부를 좁게 형성하면, 완충패널(2)을 먼저 설치한 후 가이드관(5)의 하부를 완충패널(2)의 상부에 꽂아 가이드관(5)의 위치를 간단하게 고정할 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 가이드관(5)은 역원뿔 형상이나 역원뿔대 형상으로 형성할 수 있다. 또는 도 10에 도시된 바와 같이, 원기둥을 사선으로 절단하여 가이드관(5)을 구성하는 것도 가능하다.
도 10과 같은 형태의 가이드관(5)은 절단된 하부면에도 복수의 통기공(52)을 형성할 수 있다.
도 12는 균열 유무에 따른 중량충격음 실험을 위한 합성 슬래브를 나타내는 사진이고, 도 13은 건식 벽체에 의한 제2슬래브의 분할 상태를 도시하는 단면도이며, 도 14는 시간 경과에 따른 표면 함수율 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제1슬래브(11)의 상부에는 건식 벽체(8)가 설치되어 제2슬래브(12)를 분할할 수 있다.
상기 제2슬래브(12)에 균열이 발생하면 중량충격음이 증가하는 경향이 있다.
또한, 상기 제2슬래브(12)에 균열이 발생하면, 제1슬래브(11)와 제2슬래브(12)의 일체성이 떨어지면서 중량충격음에 불리하게 작용한다.
실제 제2슬래브(12)에 균열이 있는 경우(도 12의 (a))와 균열이 없는 경우(도 12의 (b))의 중량충격음을 비교한 결과, 제2슬래브(12)에 균열이 없는 경우에 중량충격음이 2.5dB 저감되는 것으로 확인되었다.
따라서 중량충격음 저감을 위해 제2슬래브(12)의 균열 발생을 최소화하는 것이 바람직하다.
이를 위해 도 13에서와 같이, 바닥 구조 상부에 설치되는 건식 벽체(8)를 이용하여 제2슬래브(12)를 평면상 분할할 수 있다.
상기 건식 벽체(8)에 의해 제2슬래브(12)가 분할되어 길이가 단축되므로, 제2슬래브(12)의 구간별 수축량이 감소하여(수축률은 동일) 균열을 저감하고 제1슬래브(11)와의 부착 성능을 보다 확보할 수 있다.
상기 제2슬래브(12)를 구성하는 제2시멘트 복합체는 중량잔골재와 시멘트를 포함하도록 구성할 수 있다.
상기 제2슬래브(12)는 구조 부재 역할을 하는 것이 아니라 슬래브의 중량을 증가시켜 중량충격음을 저감하기 위한 것이며, 유동성 확보를 통한 셀프레벨링이 가능하도록 굵은 골재 없이 5㎜ 이하의 잔골재만을 혼합하여 구성할 수 있다.
상기 중량잔골재는 KS 인증 골재 중 밀도 2.9~4.0g/㎤인 골재를 사용할 수 있다.
상기 중량잔골재는 상기 수치 범위 내에서 모르타르층을 중량화하여 중량충격음을 효과적으로 저감하면서도 적정 강도를 발휘할 수 있게 한다. 아울러 중량잔골재는 탄성계수가 높아 수축량을 저감한다.
상기 중량잔골재는 풍쇄슬래그(PS Ball, 약 3.8g/㎤), 전기로 산화슬래그(약 3.6g/㎤), 동슬래그(약 3.5g/㎤), 연슬래그(약 3.5g/㎤), 페로니켈슬래그(약 3.1g/㎤) 및 고로슬래그(약 2.9g/㎤) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제2시멘트 복합체로 제2슬래브 시공 시, 일반잔골재를 사용하면 탄성계수가 9.4E+03MPa이나 중량잔골재를 사용하면 탄성계수가 1.2E+04MPa로 23% 증가된다.
이에 따라 균열발생량은 일반잔골재 사용 시 62.9㎜/㎡로 측정된 반면, 중량잔골재 사용 시 14.9㎜/㎡로 측정되어 76%의 균열 저감 효과가 있다.
뿐만 아니라 밀도가 높아 조직이 치밀한 중량잔골재 사용 시에는 부재 내부의 수분이 건조되는데 시간이 오래 걸린다.
이에 도 14의 표면 함수율 측정 결과를 나타내는 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 중량잔골재 사용 시(High Density)에는 제2시멘트 복합체의 내부 습도를 천천히 저감시킬 수 있으며, 내부의 밀실한 양생을 유도하여 수축과 균열을 저감할 수 있다.
결합재인 시멘트는 1종 보통포틀랜드 시멘트 등을 사용할 수 있으며, 분말도는 3500±100㎠/g인 것이 바람직하다.
도 15는 분리대에 의한 제2슬래브의 분할 상태를 도시하는 사시도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 상기 제2슬래브(12)는 분리대(9)에 의해 분할될 수 있다.
상기 제2슬래브(12)의 균열을 저감하기 위하여 제1슬래브(11) 상부에 복수의 분리대(9)를 종 및/또는 횡방향으로 배치함으로써, 제2슬래브(12)를 적절한 면적으로 분할할 수 있다.
상기 분리대(9)는 제2슬래브(12)의 높이와 동일한 높이로 형성되며, 폭은 70~200㎜ 정도가 바람직하다.
상기 분리대(9)로 PE 등과 같은 완충 효과가 있는 재질을 사용할 경우, 바닥 충격하중을 분산시켜 중앙 집중 충격하중으로 인한 최대 음압레벨을 낮출 수 있다.
1: 합성 슬래브 11: 제1슬래브
111: 철근 12: 제2슬래브
2: 완충패널 2a: 하부완충패널
2b: 상부완충패널 21: 돌부
21a: 제1돌부 21b: 제2돌부
22: 공기층 22a: 제1공기층
22b: 제2공기층 3: 마감모르타르층
4: 마감패널 5: 가이드관
51: 플랜지 52: 통기공
6: 벽체 7: 측면완충재
71: 측면통기구 8: 건식 벽체
9: 분리대 H: 통기구

Claims (12)

  1. 공동주택 층간소음을 저감하기 위한 것으로,
    제1시멘트 복합체 내부에 철근(111)이 배근되는 제1슬래브(11)와 제2시멘트 복합체로 상기 제1슬래브(11)의 상부에 타설되는 무근인 제2슬래브(12)로 구성되는 합성 슬래브(1);
    상기 합성 슬래브(1)의 상부에 적층되는 완충패널(2); 및
    상기 완충패널(2)의 상부에 적층되는 마감모르타르층(3); 으로 구성되되,
    상기 마감모르타르층(3)과 완충패널(2)의 내부에는 외주면에 완충패널(2) 측으로 개방된 복수의 통기공(52)이 형성되는 가이드관(5)이 마감모르타르층(3)과 완충패널(2)을 수직 방향으로 관통하도록 매립되어, 상기 가이드관(5)에 의해 완충패널(2)과 마감모르타르층(3)에서 서로 연통되는 통기구(H)가 형성되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 제2슬래브(12)는 단위중량 2300㎏/㎥ 이상의 중량시멘트 복합체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 마감모르타르층(3)은 단위중량 2300㎏/㎥ 이상의 중량모르타르에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 제1슬래브(11)의 상면은 조면 처리되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 완충패널(2)은 하부에 복수의 돌부(21)가 돌출 형성되어 이웃하는 돌부(21) 사이에 공기층(22)이 형성되고, 상기 통기구(H)는 상기 공기층(22)과 연통되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에서,
    상기 가이드관(5)의 하부는 하부로 갈수록 지름이 좁아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템.
  10. 제1항에서,
    상기 완충패널(2) 및 마감모르타르층(3)의 측단부와 벽체(6)의 사이에는 내부에 일단은 완충패널(2) 측으로 개방되고 타단은 마감모르타르층(3)의 상부로 개방되는 측면통기구(71)가 형성된 측면완충재(7)가 구비되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템.
  11. 제1항에서,
    상기 제1슬래브(11)의 상부에는 건식 벽체(8)가 설치되어 제2슬래브(12)를 분할하는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템.
  12. 제1항에서,
    상기 제2슬래브(12)는 분리대(9)에 의해 분할되는 것을 특징으로 하는 저주파 공진 제어용 통기성 바닥 구조를 이용한 층간소음 저감용 합성 바닥 시스템.
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