[논문]완충재의 동특성에 따른 중량충격음 증폭에 관한 해석적 연구

황재승; 문대호; 박홍근; 홍성걸; 홍건호

doi:10.5050/ksnve.2010.20.7.651

완충재의 동특성에 따른 중량충격음 증폭에 관한 해석적 연구
The Effect of Dynamic Property of Absorbing Sheet on the Amplification of Heavy Weight Floor Impact Noise 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.20 no.7 = no.160, 2010년, pp.651 - 657

황재승 (전남대학교 건축학부) , 문대호 (서울대학교 건축학과) , 박홍근 (서울대학교 건축학과) , 홍성걸 (서울대학교 건축학과) , 홍건호 (호서대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Previous experimental results performed by many researchers for a couple of decades in South Korea have shown that an absorbing sheet inserted in a conventional floating slab system for thermal insulation or vibration absorption may amplify the vibration of the slab system at specific frequency ranges depending on the material properties of the sheet. The amplified vibration, consequently, results in the heavy weight floor impact noise exceeding the sound level limit for an apartment house, 50 dB. In this study, the amplification mechanism is examined through numerical analysis and a new slab system is proposed to reduce the amplification and control the noise. The new slab system consists of studs connecting the base slab and upper concrete finishing yielding the dramatically increased stiffness of the slab. The numerical simulation is performed to investigate the effect of the slab system with studs on the vibration and noise control. The results show that the performance of the slab is sensitive to the number and location of studs, and the heavy weight floor impact noise can be reduced up to 6~7 dB compared to the conventional slab system at the optimal stud location.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 완충재의 동적 특성이 중량충격음의 증폭에 미치는 영향을 수치해석을 통하여 분석함으로서 완충재에 의한 증폭메커니즘을 파악하고 중량 충격음의 증폭을 저감하기 위해 저자들에 의해 개발된 소음저감 시스템의 성능을 평가하고 최적의 소음저감을 구현하기 위한 시스템의 설계방법을 제안하고자 한다.
이 연구에서는 완충재의 동탄성계수에 따른 중량충격음의 증폭효과를 고찰하고 증폭효과를 저감시키기 위해 개발된 전단연결재의 성능을 수치해석을 통하여 평가하였다.

가설 설정

완충재의 동탄성계수와 손실계수는 스프링과 대쉬포트로 단순하게 모델링을 할 수 있으며 콘크리트 슬래브와 바닥 마감층을 연결하게 된다. 마감층 하중에 의해 완충재가 초기 변형을 일으키며 슬래브와 마감층의 상대변위는 완충재의 초기 변형보다 작다는 가정에 의하여 이들 세 개의 면재가 분리되지 않고 연결된 상태가 유지된다고 가정한다. 이러한 해석모형을 표현한 것이 Fig.
모드 형상은 지지조건에 따라 각기 다른 형태를 가지며, 모드형상은 슬래브 질량에 대하여 ‘1’로 정규화 되었다고 가정한다.
전단연결재에 의한 바닥 시스템 전체의 강성 증가는 연결재의 재질 및 형상에 따른 강성과 설치 개수 및 위치에 따라 달라진다. 이 연구에서 전단연결재의 길이는 30 mm 직경 10 mm이며 재질은 강 재이고 100 mm 간격으로 설치한다고 가정하였다.

제안 방법

완충재에 의한 증폭 및 저감시스템의 효과를 보다 면밀하게 검토하기 위해서는 해석모델이 공동주택의 평면배치, 면적, 벽체위치를 고려한 경계조건을 모사하고 그로부터 소음해석을 수행해야한다. 그러나 이 연구의 목적이 증폭메커니즘과 제안한 시스템의 저감메커니즘을 고찰하는 것에 초점을 두었고 해석의 단순성과 효율성을 위해서 대상구조물을 단순평판에 적용한 것이다. 보다 현실적 문제를 고려하기 위해 다양한 변수(슬래브의 면적, 지지방법 등)에 의한 영향은 이 기초연구를 바탕으로 향후 더욱 정밀한 해석을 통해서 고찰할 예정이며 현장 실험과 연계하여 그 효과를 지속적으로 검증해 나가고자 한다.
대상 구조물은 앞의 예제와 동일하며 연결재의 위치를 변경하면서 최적의 증폭저감효과를 가지는 위치를 추정하였다. 완충재의 동탄성 계수는 60 Hz 대역에서 증폭을 발생 시키는 10 MN/m³을 대상으로 해석을 수행하였다.
완충재의 동적 특성에 따른 중량 충격음의 증폭 현상를 수치해석을 통하여 검토하였다. 수치해석에 사용된 슬래브와 마감층의 사양은 Table 1과 같다.
대상 구조물은 앞의 예제와 동일하며 연결재의 위치를 변경하면서 최적의 증폭저감효과를 가지는 위치를 추정하였다. 완충재의 동탄성 계수는 60 Hz 대역에서 증폭을 발생 시키는 10 MN/m³을 대상으로 해석을 수행하였다.
이와 같이 완충재의 동탄성 계수 값에 의해 중량충격음의 증폭이 발생하고 있으며 크기에 따라 증폭되는 주파수영역이 달라지는 것을 알 수 있다. 완충재의 증폭효과는 동탄성계수뿐만 아니라 손실계수의 영향도 고려해야하는데 수치해석결과 손실계수의 영향은 매우 작은 것으로 나타나 이 연구에서는 그에 대한 영향을 생략하였다.
이러한 증폭을 저감하기 위하여 전단연결재를 이용하여 슬래브와 마감층을 적절히 구속하는 새로운 시스템을 개발하였다. 전단 연결재가 완충재를 관통하여 슬래브와 마감층을 구속하는 형상이 Fig.
전단연결재의 위치를 슬래브 중심으로 이동시키면서 그에 따른 증폭저감효과를 분석하였다. 다음 Fig.
전단연결재의 위치에 따른 중략충격음의 증폭저감효과를 고찰하기 위하여 수치해석을 수행하였다.

대상 데이터

수치해석에 사용된 슬래브와 마감층의 사양은 Table 1과 같다. 직사각형 형상을 가지는 단순 평판이며 슬래브의 두께 150 mm으로 하였으며 마감층의 두께는 경량 기포 콘크리트와 마감 모르터를 포함하여 80 mm이나 슬래브보다 강도가 작고 미세 균열에 의해 강성이 작아지는 효과를 반영하기 위하여 50 mm로 유효두께를 사용하였다.

성능/효과

(1) 완충재의 동탄성계수에 따라 슬래브 시스템의 고유진동수에 변화가 발생하며, 변화된 진동 모드에 진동에너지가 재분배되면서 증폭되는 주파수 영역이 달라지는 것을 알 수 있다.
그림에서 원형 모양이 동탄성 계수값에 따른 시스템 전체의 고유진동수를 나타낸다. 동탄성계수의 값이 증가하면서 전체적으로 고유진동수가 커지는 것을 알수 있고 작은 동탄성계수에서 40 Hz 이하의 고유진동가 많이 분포하는 것을 알 수 있다. 이것은 동탄성계수 증가에 따라 고주파 영역의 고유진동수가 증가하고 해당모드 진동에서 배출되는 소음 또한 증가하여 중량충격음에 불리한 것을 나타낸다.

후속연구

(2) 전단연결재는 슬래브와 마감층을 연결함으로써 슬래브 시스템 전체 강성을 증가시키는 효과를 가지며 완충재의 증폭효과를 저감하는 것으로 나타났으나 연결재의 설치개수 및 설치 위치에 따라 증폭 저감효과가 달라지기 때문에 슬래브 설계과정에서 전단연결재의 최적위치를 선정할 필요가 있다.
그러나 이 연구의 목적이 증폭메커니즘과 제안한 시스템의 저감메커니즘을 고찰하는 것에 초점을 두었고 해석의 단순성과 효율성을 위해서 대상구조물을 단순평판에 적용한 것이다. 보다 현실적 문제를 고려하기 위해 다양한 변수(슬래브의 면적, 지지방법 등)에 의한 영향은 이 기초연구를 바탕으로 향후 더욱 정밀한 해석을 통해서 고찰할 예정이며 현장 실험과 연계하여 그 효과를 지속적으로 검증해 나가고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트 슬래브 상부면에 완충재를 설치하고 그 위에 바닥 마감층이 순차적으로 적층되는 구조에서 가정할 수 있는 것은?	공동주택 바닥구조는 콘크리트 슬래브 상부면에 완충재를 설치하고 그 위에 바닥 마감층(경량 콘크리트와 마감 모르터)이 순차적으로 적층되는 구조이다. 콘크리트 슬래브와 바닥 마감층은 강성이 상대적으로 작은 완충재에 의해 독립적으로 거동한다고 가정할 수 있다. 완충재의 동탄성계수와 손실계수는 스프링과 대쉬포트로 단순하게 모델링을 할 수 있으며 콘크리트 슬래브와 바닥 마감층을 연결하게 된다.
	국내 공동주택 바닥충격음을 저감을 위한 연구의 전개양상은?	국내 공동주택 바닥충격음을 저감하기 위한 연구의 주된 흐름을 보면 슬래브의 두께를 증가시키거나 뜬바닥 구조에 의해 충격하중을 완화시키려는 방향으로 전개되어 온 것을 알 수 있다(1~3). 바닥충 격음이 사회적 이슈로 등장하면서 120~150 mm이 었던 벽식 구조 슬래브의 두께가 180 mm로 증가되었다가 “공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준(2005)”의 표준바닥구조에서는 210 mm 이상으로 설정되어 현재 대부분의 공동주택에 적용되고 있다.
	바닥충 격음이 사회적 이슈로 등장하면서 적용된 것은?	국내 공동주택 바닥충격음을 저감하기 위한 연구의 주된 흐름을 보면 슬래브의 두께를 증가시키거나 뜬바닥 구조에 의해 충격하중을 완화시키려는 방향으로 전개되어 온 것을 알 수 있다(1~3). 바닥충 격음이 사회적 이슈로 등장하면서 120~150 mm이 었던 벽식 구조 슬래브의 두께가 180 mm로 증가되었다가 “공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준(2005)”의 표준바닥구조에서는 210 mm 이상으로 설정되어 현재 대부분의 공동주택에 적용되고 있다. 뜬바닥구조는 바닥충격음의 저감을 위하여 바닥마감층(상부온돌구성층)을 콘크리트 슬래브로부터 탄성지지물(완충재)에 의해 격리시킨 시스템으로 바닥에 작용하는 충격하중이 지지층의 완충작용에 의해 슬래브에 전달되는 것을 차단함으로써 슬래브의 진동과 이로부터 기인하는 소음을 저감시킨다.

참고문헌 (7)

Hong, G.-H., Park, H.-G., Hwang, J.-S., 2007,
Seo, S. H., Song, H. S., Jeon,. J. Y., 2004.

원문보기 상세보기
Kim, H.-G., Kim, M.-J., Lee, B.-K., 2005,
Junger, M. C. Feit, D., 1994, Sound,
Sung, C.-C. and Jan, J. T., 1997, “The

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Maia, N. M. M., Silva, J. M. M., 1997.
Moheimani, S. O. R., Halim, D., Fleming, A.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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