[논문]강재프레임 모듈러주택의 바닥충격음 성능평가

천영수; 방종대; 김갑득; 유송이

doi:10.5804/lhij.2014.5.2.081

문제 정의

2차 개선안(D13)에 대한 바닥충격음 차단성능 측정결과로부터 경량충격음은 1등급을 확보할 수 있으나 중량충격음에 대한 개선, 특히 63Hz대역에서의 충격음 저감이 필요한 것으로 분석되었다. 3차 개선안에서는 최근 액체몰을 사용한 완충구조가 중량충격음에 대한 완충효과가 우수한 것으로 보고된 바 있음에 착안하여 낮은 진동수대역에서의 충격음 저항 성능을 개선할 목적으로 검토되었다. 3차 개선구조(D14)에 대한 바닥충격음 저항성능 측정결과를 정리하여 그림 10에 나타내었다.
모듈러주택의 경우 공업화된 생산방식을 기본으로 하고 있어 바닥구조의 경우에도 건식 또는 반건식 바닥구조를 채택하고 있다. 건식 또는 반건식 바닥구조는 일반적으로 습식 바닥구조보다 바닥충격음 성능확보에 어려운 것으로 인식되고 있어 바닥충격음 문제는 모듈러 구조에서 더욱 중요한 해결과제이며, 이 논문에서는 이를 해결하기 위하여 시도된 다양한 방법들이 함께 제시될 것이다.
이 논문에서는 모듈러주택의 기본 바닥구조를 기준으로 일부 개선구조와 함께 강재프레임 모듈러주택의 바닥시스템에 대한 바닥충격음 차단성능을 검토하였다. 검토결과 얻은 결론은 다음과 같다.
이 논문에서는 최근 RIST가 개발하고 LHI에서 검토한 강재프레임 모듈러주택의 바닥충격음 성능을 평가하기 위하여 목업(mock-up)을 대상으로 실시된 실험결과를 제시하고 있다. 주택의 거주성능 중 바닥충격음 문제는 최근 사회적 이슈로 대두되면서 공동주택에서 요구되는 가장 민감한 환경요인으로 인식되고 있다.

제안 방법

또한 1층과 2층 바닥구조의 경우 바닥슬래브의 두께는 100mm를 기준으로 하였으며, 3층 바닥슬래브의 두께는 120mm를 기준으로 검토하였다. 1차 실험은 단위모듈 실험으로 2층과 3층 좌우세대 칸막이벽을 설치한 상태에서 천장을 설치하지 않고 동일한 조건으로 실험하였으며, 1차 실험이 완료된 후 각 층의 바닥슬래브는 150mm (바닥슬래브 내에 30mm의 액체몰 삽입) 두께로 수정되었다.
1층과 2층은 단위모듈에 적용된 바닥구조 실험을 위하여 각 모듈이 독립세대로서 구분되었으며, 3층은 2개의 모듈이 통합되어 하나의 세대를 구성하는 경우를 가정하여 2개의 모듈을 합하여 하나의 바닥구조를 형성하도록 구성하였다. 또한 1층과 2층 바닥구조의 경우 바닥슬래브의 두께는 100mm를 기준으로 하였으며, 3층 바닥슬래브의 두께는 120mm를 기준으로 검토하였다.
2차 개선구조(D13)의 특징은 기본구조의 완충층을 보완하여 E-Glass의 설치와 동시에 우레탄패드를 600mm 간격으로 설치하였으며, 중량바닥충격음이 바닥판의 구조적인 진동과 연계되어 발생하는 것이라 판단하고 ALC블럭을 사용하여 바닥판의 질량증가를 도모한 것이다.
2차 통합세대 실험 시에는 2층과 3층의 칸막이벽을 해체하여 통합세대를 구성한 상태에서 실험하였다.
단위모듈에 적용된 바닥구조를 대상으로 바닥슬래브의 두께와 다양한 완충층의 적용에 따른 효과를 검토하기 위하여 표 1에 나타낸 바와 같이 단계별로 차단성능을 검토하였다. 단위모듈은 원룸형태의 주거를 가정한 것으로 실험은 그림 2에 나타낸 바와 같이 가장 큰 거주공간을 형성하는 거실부를 대상으로 하였다.
물론 이는 시공품질 상의 차이도 있겠지만 두 측정결과의 차이로 볼 때 시공품질만의 결과로 간주하기에는 너무 차이가 크다고 사료되며, 그 원인은 목업의 구성으로부터 찾을 수 있을 것으로 생각된다. 두 바닥구조의 충격음 측정 시 S1은 2층 좌측 단위모듈을 가진실로 하고 1층 좌측 단위모듈을 수음실로 하여 측정을 수행한 반면, S2는 3층 우측 단위모듈을 가진실로 하고 2층 우측 단위모듈을 수음실로 하여 측정을 수행하였다(그림 1 참조). 이 경우 2층좌우 모듈을 구분하는 경계벽은 3층 통합세대 측정을 위하여 완전 마감상태로 구성되지 않았으며, 해체가 용이하도록 임시벽체를 설치하였다.
D11에 대한 바닥충격음 차단성능 측정결과를 토대로 전문가 자문을 실시한 결과, 완충구조의 개선보다는 충격음의 전달경로를 차단하는 방안이 더 효과적인 것으로 제시되었다. 따라서 1차 개선구조(D12)에서는 이를 채택하여 D11과 동일한 바닥구조를 사용하는 조건에서 상하 모듈간 접합부에 충격력의 전달을 저감시키기 위한 방진고무를 설치하여 측정을 실시하였다(그림 6(b)).
1층과 2층은 단위모듈에 적용된 바닥구조 실험을 위하여 각 모듈이 독립세대로서 구분되었으며, 3층은 2개의 모듈이 통합되어 하나의 세대를 구성하는 경우를 가정하여 2개의 모듈을 합하여 하나의 바닥구조를 형성하도록 구성하였다. 또한 1층과 2층 바닥구조의 경우 바닥슬래브의 두께는 100mm를 기준으로 하였으며, 3층 바닥슬래브의 두께는 120mm를 기준으로 검토하였다. 1차 실험은 단위모듈 실험으로 2층과 3층 좌우세대 칸막이벽을 설치한 상태에서 천장을 설치하지 않고 동일한 조건으로 실험하였으며, 1차 실험이 완료된 후 각 층의 바닥슬래브는 150mm (바닥슬래브 내에 30mm의 액체몰 삽입) 두께로 수정되었다.
바닥충격음 차단성능의 측정항목은 경량충격음과 중량충 격음이며, 목업(mock-up)에 의한 현장실험을 기준으로 평가하였다. 측정은 KS F 2810-1(2001)과 KS F 2810-2(2001)에 의한 현장측정방법에 따라 실험을 실시하였으며, KS F 2863-1(2002)과 KS F 2863-2(2007)에 의한 바닥충격음 차단성능 평가방법에 의거 평가하고, 그 성능을 「주택건설기준 등에 관한 규정」에서 정하고 있는 바닥충격음의 등급별 기준¹⁾과 비교하여 검토하였다.

대상 데이터

단위모듈은 원룸형태의 주거를 가정한 것으로 실험은 그림 2에 나타낸 바와 같이 가장 큰 거주공간을 형성하는 거실부를 대상으로 하였다.

이론/모형

바닥충격음 차단성능의 측정항목은 경량충격음과 중량충 격음이며, 목업(mock-up)에 의한 현장실험을 기준으로 평가하였다. 측정은 KS F 2810-1(2001)과 KS F 2810-2(2001)에 의한 현장측정방법에 따라 실험을 실시하였으며, KS F 2863-1(2002)과 KS F 2863-2(2007)에 의한 바닥충격음 차단성능 평가방법에 의거 평가하고, 그 성능을 「주택건설기준 등에 관한 규정」에서 정하고 있는 바닥충격음의 등급별 기준¹⁾과 비교하여 검토하였다.

성능/효과

1. 단위모듈 건식온돌 바닥구조에서 바닥구조의 울림현상 증가에 따른 중량충격음의 증폭현상을 차단하기 위하여 모듈간 접합부에 방진재를 채택하는 경우, 하부 모듈로 전달되는 충격음의 경로를 방진재 등을 사용하여 차단하는 것이 가능하나 모듈 접합부를 형성하는 보-기둥 부재 뿐 아니라 접합부를 구성하기 위하여 체결에 사용되는 볼트도 완전하게 방진구조를 채택하지 않는 한 이러한 개선은 실효성을 얻기 어려운 것으로 나타났다.
2. 다양한 건식온돌 바닥구조를 검토한 결과, 완충구조로서 액체몰을 사용한 바닥구조 D31(D32)의 경우 경량충격음은 「주택건설기준 등에 관한 규정」에서 정하고 있는 바닥충격음 차단성능의 1등급 수준의 확보가 가능하고, 중량충격음은 바닥충격음 차단성능의 최저등급이기는 하나 기본적인 성능의 확보가 가능한 것으로 평가되었다.
2차 개선안(D13)에 대한 바닥충격음 차단성능 측정결과로부터 경량충격음은 1등급을 확보할 수 있으나 중량충격음에 대한 개선, 특히 63Hz대역에서의 충격음 저감이 필요한 것으로 분석되었다. 3차 개선안에서는 최근 액체몰을 사용한 완충구조가 중량충격음에 대한 완충효과가 우수한 것으로 보고된 바 있음에 착안하여 낮은 진동수대역에서의 충격음 저항 성능을 개선할 목적으로 검토되었다.
3. E-Glass나 우레탄패드 등의 완충재와 질량증가를 위한 ALC블럭 등으로 구성된 바닥구조를 사용한 경우(D11,D12, D13, D14, D21)에는 경량충격음의 경우 1등급내지 2등급 수준의 성능확보가 가능하지만 중량충격음은 최저등급의 성능확보가 어려운 것으로 평가되었다. 또한 완충구조로서 공기층의 형성은 중량충격음 향상에 도움이 되지 않는 것으로 평가되었다.
D11에 대한 바닥충격음 차단성능 측정결과를 토대로 전문가 자문을 실시한 결과, 완충구조의 개선보다는 충격음의 전달경로를 차단하는 방안이 더 효과적인 것으로 제시되었다. 따라서 1차 개선구조(D12)에서는 이를 채택하여 D11과 동일한 바닥구조를 사용하는 조건에서 상하 모듈간 접합부에 충격력의 전달을 저감시키기 위한 방진고무를 설치하여 측정을 실시하였다(그림 6(b)).
4차 개선구조에 대한 바닥충격음 차단성능 측정결과를 정리하여 그림 12에 나타내었다. 경량충격음은 역A값 35dB～ 38dB(1등급)로 이전구조에서 가장 우수한 성능을 보인 D22 대비로는 성능수준이 저하되었으나 개선 전 완충구조인 D14 대비로는 약 1dB～4dB 차단성능이 향상되어 여전히 1등급 수준을 확보하는데 무리가 없는 것으로 나타났다.
2차 개선구조(D13)에 대한 바닥충격음 저항성능 측정결과를 정리하여 그림 8에 나타내었다. 경량충격음은 역A값 38dB (1등급)로 D11 대비 약 5dB 차단성능이 향상되었으며, 중량 충격음은 뱅머쉰의 경우 역A값 57dB(등급외), 임팩트볼을 사용한 경우 역A값 51dB(등급외)로 2dB 성능이 향상되었으나 여전히 「주택건설기준 등에 관한 규정」에서 정하고 있는 바닥 충격음 차단성능의 최저기준에는 미달되는 것으로 나타났다.
바닥구조 S1에 대한 바닥충격음 차단성능 측정결과는 그림 4와 같으며, 바닥구조 S2에 대한 바닥충격음 차단성능 측정결과는 5와 같다. 경량충격음의 경우, S1과 S2가 각각 49dB (3등급), 57dB(4등급)을 나타내어 「주택건설기준 등에 관한 규정」에서 정하고 있는 바닥충격음 차단성능의 최저등급 이상의 성능을 보유하고 있는 것으로 나타났다.
다만 D32구조의 경우 D31구조와 비교하여 공기층과 시멘트PC패널을 사용하여 추가적인 완충구조를 도입하였음에도 불구하고 기대되었던 중량충격음의 향상은 없었으며, 오히려 경량충격음이 3dB 향상된 결과를 나타내어 공기층 구조가 중량충격음 향상에 도움이 되지 않는 것으로 평가되었다. 하지만 이러한 바닥충격음 차단성능은 현재의 기준(뱅머쉰)에 비추어서도 「주택건설기준 등에 관한 규정」에서 정하고 있는 바닥충격음 차단성능의 최저등급이기는 하나 기본적인 성능의 확보가 가능할 것으로 예상된다.
E-Glass나 우레탄패드 등의 완충재와 질량증가를 위한 ALC블럭 등으로 구성된 바닥구조를 사용한 경우(D11,D12, D13, D14, D21)에는 경량충격음의 경우 1등급내지 2등급 수준의 성능확보가 가능하지만 중량충격음은 최저등급의 성능확보가 어려운 것으로 평가되었다. 또한 완충구조로서 공기층의 형성은 중량충격음 향상에 도움이 되지 않는 것으로 평가되었다.
바닥구조 D12에 대한 바닥충격음 차단성능 측정결과(그림 7), 경량충격음은 역A값 42dB(1등급)로 D11 대비 약 1dB 차단성능이 향상되었으며, 중량충격음은 뱅머쉰의 경우 역A값56dB(등급외), 임팩트볼을 사용한 경우 역A값 53dB(등급외)로 동일하거나 오히려 1dB 저하된 성능을 나타내었다. 측정 상의 오차를 감안한다면 두 바닥구조 사이에 차단성능의 차이는 거의 없는 것으로 판단된다.
반면 중량충격음은 뱅머쉰의 경우 역A값 50dB(4등급), 임팩트볼을 사용한 경우 역A값 44dB(4등급)로 D14구조 대비약 2dB 성능이 향상되었는데 이는 바닥슬래브의 두께 증가에 따른 효과인 것으로 사료된다.
중량충격음은 뱅머쉰을 사용한 경우 두 슬래브 모두 54dB (등급외)를 나타내었으며, 임팩트볼을 사용한 경우 S1과 S2가 각각 50dB와 51dB(등급외)를 나타내어 「주택건설기준 등에 관한 규정」에서 정하고 있는 바닥충격음 차단성능의 최저기준에 미달되는 것으로 분석되었다. 이 경우, 두 종류의 슬래브는 바닥두께의 차이와 측정조건의 차이가 있었음에도 불구하고 차단성능의 차이는 크게 나타나지 않았다.
그림 9는 바닥슬래브의 두께 120mm에 2차 개선구조(D21)를 적용한 경우에 대한 바닥충격음 저항성능 측정결과를 나타낸 것이다. 측정결과, 경량충격음은 역A값 36dB(1등급)로 D11 대비 약 7dB 차단성능이 향상되었으며, 중량충격음은 뱅머쉰의 경우 역A값 55dB(등급외), 임팩트볼을 사용한 경우 역 A값 49dB(등급외)로 뱅머쉰을 사용한 경우 1dB, 임팩트볼을 사용한 경우 4dB 성능이 향상되었으나 여전히 「주택건설기준 등에 관한 규정」에서 정하고 있는 바닥충격음 차단성능의 최저기준에는 미달되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 슬래브 두께의 증가에도 불구하고 63Hz 대역에서의 충격음 증폭현상이 크게 작용하고 있기 때문이며, 현재 적용된 완충구조로는 이를 완화시키기 어렵다는 사실을 말해준다.

후속연구

이러한 결과는 슬래브 두께의 증가에도 불구하고 63Hz 대역에서의 충격음 증폭현상이 크게 작용하고 있기 때문이며, 현재 적용된 완충구조로는 이를 완화시키기 어렵다는 사실을 말해준다. 따라서 이에 대한 추가적인 보완이 필요한 것으로 사료된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유닛 모듈러공법은 어떻게 건물을 짓는가?	이러한 건설환경 변화에 효과적으로 대응할 수 있는 건축 생산방식으로 완성도가 높은 박스형 철골조 모듈을 공장에서 생산하고, 현장에서는 공장생산 모듈을 조합 ․적층시켜 건물을 구축함으로써 최소한의 공정으로 단기간에 건물을 완성하는 유닛 모듈러공법이 주목받고 있다.
	강재프레임 모듈러주택의 바닥시스템에 완충구조로 액체몰을 사용할 경우는 바닥충격음 차단성능이 어떻게 나왔는가?	2. 다양한 건식온돌 바닥구조를 검토한 결과, 완충구조로서 액체몰을 사용한 바닥구조 D31(D32)의 경우 경량충격음은 ｢주택건설기준 등에 관한 규정｣에서 정하고 있는 바닥충격음 차단성능의 1등급 수준의 확보가 가능하고, 중량충격음은 바닥충격음 차단성능의 최저등급이기는 하나 기본적인 성능의 확보가 가능한 것으로 평가되었다.
	유닛 모듈러공법은 어떤 유형의 건축물에 적용되고 있는가?	유닛 모듈러공법은 독일, 영국, 일본 등에서 이미 기반기술이 개발된 건축시스템으로서 학교를 비롯하여 기숙사, 오피스 빌딩, 군시설, 주택 등 다양한 유형의 건축물에 폭 넓게 적용되고 있다. 최근 국내에서도 유닛 모듈러공법을 개발하여 학교, 군막사 등에 적용하고 있으나 주거용 건물에 적용하기에는 여러 가지의 기술적 한계와 조립식 주택이라는 사회적 통념을 극복하지 못하고 있는 실정이다.

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