[학위논문]중량충격원 특성에 따른 콘크리트 바닥판의 중량충격음 평가 Analysis of the characteristics of heavy-weight impact sources and evaluation of impact sound insulation in concrete floor structures원문보기
국내 공동주택의 보급화와 삶의 질 향상에 따라 주거 환경문제에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 세대 간 공유하고 있는 바닥판 즉, 천장에서 발생되는 층간소음에 의한 민원이 빈번이 발생하고 있어 사회적인 문제가 되고 있다. 그 중, ‘중량충격음’으로 불리는 저주파수 대역의 구조체 전달소음에 대해 입주자들의 불만이 가장 큰 것으로 알려져 있다. 그러나 중량충격음은 ...
국내 공동주택의 보급화와 삶의 질 향상에 따라 주거 환경문제에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 세대 간 공유하고 있는 바닥판 즉, 천장에서 발생되는 층간소음에 의한 민원이 빈번이 발생하고 있어 사회적인 문제가 되고 있다. 그 중, ‘중량충격음’으로 불리는 저주파수 대역의 구조체 전달소음에 대해 입주자들의 불만이 가장 큰 것으로 알려져 있다. 그러나 중량충격음은 벽식 구조에 의한 건축구조의 일체화와 온돌 바닥내부의 완충재의 사용, 그리고 중량의 충격원 자체가 가지고 있는 저주파 대역의 높은 충격력 특성에 의한 공진 문제로 인하여 중량충격음 저감에 대한 효과적인 해결방안이 제시되지 못하고 있는 실정이다. 국내에서는 2004년 이후 공동주택 층간소음에 대한 법제화가 시행되었고, 이에 따라 바닥충격음 차단구조 성능을 평가하기 위한 표준 중량충격원으로 KS F2810-2의 뱅머신을 사용하여 다양한 바닥구조를 평가하고 있다. 한편, 실리콘 고무로 만들어진 구(球) 형태의 임팩트볼이 일본에서 개발되어 JIS 및 ISO에서 표준충격원으로 사용되고 있으며, 최근 국내에서도 표준 충격원으로 도입하고자 하는 논의들이 활발하게 이뤄지고 있다. 본 논문에서는 바닥구조의 성능평가를 위해 사용되는 표준 중량충격원인, 뱅머신과 임팩트볼의 사용에 있어 각 충격원의 충격력 특성을 살펴보고 실제 공동주택 및 바닥충격음 표준 시험동에서 측정한 중량충격음 데이터를 비교, 분석하여 다양한 측정변인을 포함하고 있는 현장 바닥충격음 저감성능에 대한 적절한 평가방법에 대해 고찰하였다. 본 논문은 제 1 장 서론, 제 2 장 이론적 배경, 제 3 장 실제 바닥충격음의 결과정리, 제 4 장에서는 시뮬레이션에 의한 바닥 충격 진동 해석, 제 5 장의 결론으로 구성되어 있으며 각 장의 개요는 다음과 같다. 제 1 장에서는 현재 공동주택 바닥 충격음 저감구조의 특징 및 평가방법상의 현황을 제시하여 이에 따라 발생되는 문제점을 해결하기 위한 연구목표와 방법을 제시하고 있다. 제 2 장에서는 바닥충격음의 측정 및 평가 방법에 대한 내용으로 충격력을 측정 장치에 대한 설계 및 평가에 대하여 기술하였다. 그리고 뱅머신과 사람의 충격음과 유사한 주파수 응답을 가진 임팩트볼에 대하여 실제 사람의 충격력과 비교, 평가하였다 제 3 장에서는 공동주택 및 시험동의 저감구조 형태에 따른 바닥충격음 측정 및 평가를 실시하였다. 중량충격원에 따라 달라지는 바닥구조의 특성을 서술하였다. 제 4 장에서는 공동주택과 시험동을 통한 바닥충격음 결과를 토대로 전산해석에 의한 바닥충격음 모델링 및 진동해석 결과를 살펴보았다. 제 5 장에서는 본 논문의 결론에 대하여 기술하였다. 본 연구에서 도출된 결론을 요약하면 다음과 같다. 1) 중량충격음의 특성에 대해 고찰하기 위하여 실제 사람에 의해 발생되는 충격력을 비롯해 뱅머신, 임팩트 볼과 같은 표준 중량충격원의 충격력 특성에 대한 정확한 측정을 위하여 충격력 측정장치를 구축 및 검증하였다. 충격력 분석결과, 임팩트 볼의 주파수 특성이 뱅머신 보다 오히려 실제충격원에 유사하였다. 또한 뱅머신의 충격력은 63Hz 이하에서는 임팩트볼보다 높으나 125Hz 이상에서는 낮은 것으로 나타났다. 2) 공동주택 벽식 구조에 따른 충격음 전달양상을 살펴보기 위하여 벽식 구조 거실부의 경계조건과 다양한 평면 형태에 대해 유한요소 해석을 수행하여 바닥판의 동적 응답특성을 조사하였다. 실제 중량충격원의 충격력을 입력하여 바닥구조에 대한 과도해석(transient analysis)를 수행한 결과, 중량충격음에 있어 40Hz 이하의 저주파수 대역에서의 굽힘 모드에 의한 진동발생이 지배적인 것으로 나타나 벽식 구조체에 의한 저주파수 대역의 충격음이 증폭되는 것으로 나타났으며 바닥판의 경계조건, 즉 내력벽체, 평면구성에 따라 중량충격음 진동양상에 영향을 줄 수 있는 것으로 분석되었다. 3) 다양한 현장에서 측정한 바닥충격음 특성을 조사, 분석하여 뱅머신과 임팩트볼의 충격음 주파수 특성을 살펴본 결과 층간소음재로 사용되는 완충재가 삽입되지 않은 구조에서는 뱅머신과 임팩트볼에 모두 90% 이상이 55dB 상회하는 것으로 나타났다. 그러나 법제화를 통해 완충재 삽입되는 바닥구조에 대하여 중량충격음 레벨이 전반적으로 낮아진 것으로 나타났다. 4) 바닥구조의 저감성능을 평가하기 위하여 서로 다른 재료를 삽입한 바닥구조에 대하여 맨슬래브 대비 저감량, 즉 삽입손실(Insertionloss) 값을 비교하였다. 각 충격원 별 삽입손실 레벨의 차이가 충격원 종류에 따라 거의 유사하게 나타났다. 바닥구조의 측정과 평가에 있어 임팩트볼을 사용하는 것이 실충격을 잘 재현할 수 있는 것으로 나타났다. 기존 뱅머신을 사용한 바닥구조 평가결과의 활용 및 중량충격음과 같이 현장조건에 따른 측정결과의 편차가 큰 측정방법에 있어, 바닥구조의 저감성능 평가 차원에서 ‘삽입손실’의 사용이 효과적이다.
국내 공동주택의 보급화와 삶의 질 향상에 따라 주거 환경문제에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 세대 간 공유하고 있는 바닥판 즉, 천장에서 발생되는 층간소음에 의한 민원이 빈번이 발생하고 있어 사회적인 문제가 되고 있다. 그 중, ‘중량충격음’으로 불리는 저주파수 대역의 구조체 전달소음에 대해 입주자들의 불만이 가장 큰 것으로 알려져 있다. 그러나 중량충격음은 벽식 구조에 의한 건축구조의 일체화와 온돌 바닥내부의 완충재의 사용, 그리고 중량의 충격원 자체가 가지고 있는 저주파 대역의 높은 충격력 특성에 의한 공진 문제로 인하여 중량충격음 저감에 대한 효과적인 해결방안이 제시되지 못하고 있는 실정이다. 국내에서는 2004년 이후 공동주택 층간소음에 대한 법제화가 시행되었고, 이에 따라 바닥충격음 차단구조 성능을 평가하기 위한 표준 중량충격원으로 KS F2810-2의 뱅머신을 사용하여 다양한 바닥구조를 평가하고 있다. 한편, 실리콘 고무로 만들어진 구(球) 형태의 임팩트볼이 일본에서 개발되어 JIS 및 ISO에서 표준충격원으로 사용되고 있으며, 최근 국내에서도 표준 충격원으로 도입하고자 하는 논의들이 활발하게 이뤄지고 있다. 본 논문에서는 바닥구조의 성능평가를 위해 사용되는 표준 중량충격원인, 뱅머신과 임팩트볼의 사용에 있어 각 충격원의 충격력 특성을 살펴보고 실제 공동주택 및 바닥충격음 표준 시험동에서 측정한 중량충격음 데이터를 비교, 분석하여 다양한 측정변인을 포함하고 있는 현장 바닥충격음 저감성능에 대한 적절한 평가방법에 대해 고찰하였다. 본 논문은 제 1 장 서론, 제 2 장 이론적 배경, 제 3 장 실제 바닥충격음의 결과정리, 제 4 장에서는 시뮬레이션에 의한 바닥 충격 진동 해석, 제 5 장의 결론으로 구성되어 있으며 각 장의 개요는 다음과 같다. 제 1 장에서는 현재 공동주택 바닥 충격음 저감구조의 특징 및 평가방법상의 현황을 제시하여 이에 따라 발생되는 문제점을 해결하기 위한 연구목표와 방법을 제시하고 있다. 제 2 장에서는 바닥충격음의 측정 및 평가 방법에 대한 내용으로 충격력을 측정 장치에 대한 설계 및 평가에 대하여 기술하였다. 그리고 뱅머신과 사람의 충격음과 유사한 주파수 응답을 가진 임팩트볼에 대하여 실제 사람의 충격력과 비교, 평가하였다 제 3 장에서는 공동주택 및 시험동의 저감구조 형태에 따른 바닥충격음 측정 및 평가를 실시하였다. 중량충격원에 따라 달라지는 바닥구조의 특성을 서술하였다. 제 4 장에서는 공동주택과 시험동을 통한 바닥충격음 결과를 토대로 전산해석에 의한 바닥충격음 모델링 및 진동해석 결과를 살펴보았다. 제 5 장에서는 본 논문의 결론에 대하여 기술하였다. 본 연구에서 도출된 결론을 요약하면 다음과 같다. 1) 중량충격음의 특성에 대해 고찰하기 위하여 실제 사람에 의해 발생되는 충격력을 비롯해 뱅머신, 임팩트 볼과 같은 표준 중량충격원의 충격력 특성에 대한 정확한 측정을 위하여 충격력 측정장치를 구축 및 검증하였다. 충격력 분석결과, 임팩트 볼의 주파수 특성이 뱅머신 보다 오히려 실제충격원에 유사하였다. 또한 뱅머신의 충격력은 63Hz 이하에서는 임팩트볼보다 높으나 125Hz 이상에서는 낮은 것으로 나타났다. 2) 공동주택 벽식 구조에 따른 충격음 전달양상을 살펴보기 위하여 벽식 구조 거실부의 경계조건과 다양한 평면 형태에 대해 유한요소 해석을 수행하여 바닥판의 동적 응답특성을 조사하였다. 실제 중량충격원의 충격력을 입력하여 바닥구조에 대한 과도해석(transient analysis)를 수행한 결과, 중량충격음에 있어 40Hz 이하의 저주파수 대역에서의 굽힘 모드에 의한 진동발생이 지배적인 것으로 나타나 벽식 구조체에 의한 저주파수 대역의 충격음이 증폭되는 것으로 나타났으며 바닥판의 경계조건, 즉 내력벽체, 평면구성에 따라 중량충격음 진동양상에 영향을 줄 수 있는 것으로 분석되었다. 3) 다양한 현장에서 측정한 바닥충격음 특성을 조사, 분석하여 뱅머신과 임팩트볼의 충격음 주파수 특성을 살펴본 결과 층간소음재로 사용되는 완충재가 삽입되지 않은 구조에서는 뱅머신과 임팩트볼에 모두 90% 이상이 55dB 상회하는 것으로 나타났다. 그러나 법제화를 통해 완충재 삽입되는 바닥구조에 대하여 중량충격음 레벨이 전반적으로 낮아진 것으로 나타났다. 4) 바닥구조의 저감성능을 평가하기 위하여 서로 다른 재료를 삽입한 바닥구조에 대하여 맨슬래브 대비 저감량, 즉 삽입손실(Insertion loss) 값을 비교하였다. 각 충격원 별 삽입손실 레벨의 차이가 충격원 종류에 따라 거의 유사하게 나타났다. 바닥구조의 측정과 평가에 있어 임팩트볼을 사용하는 것이 실충격을 잘 재현할 수 있는 것으로 나타났다. 기존 뱅머신을 사용한 바닥구조 평가결과의 활용 및 중량충격음과 같이 현장조건에 따른 측정결과의 편차가 큰 측정방법에 있어, 바닥구조의 저감성능 평가 차원에서 ‘삽입손실’의 사용이 효과적이다.
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