[논문]장선슬래브를 갖는 소형평형 벽식구조 아파트 바닥구조의 중량충격음 특성

천영수

doi:10.11112/jksmi.2020.24.1.8

장선슬래브를 갖는 소형평형 벽식구조 아파트 바닥구조의 중량충격음 특성
Heavy-weight Impact Sound Characteristics of Floor Structure of a Small-Sized Wall-Slab Apartment Building having Joist Slab 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.24 no.1, 2020년, pp.8 - 15

천영수 (한국토지주택공사 토지주택연구원)

초록
AI-Helper

이 논문에서는 최근 사회적인 이슈로 대두된 바닥충격음 중 특히 중량충격음을 저감시키기 위한 방법의 일환으로, 바닥슬래브의 두께를 증가시키는 기존의 방식과는 달리 평판형 슬래브에 장선을 설치하여 바닥슬래브의 강성을 증가시킴으로써 고유진동수의 이동을 통한 중량충격음의 저감 효과를 기대할 수 있는 장선바닥슬래브를 제안하고, 장선의 춤과 간격에 따른 중량충격음 특성을 해석적으로 분석하였다. 해석결과, 장선슬래브의 슬래브 두께가 증가할수록 음압레벨이 감소하는 경향을 나타내었으나 일정 두께 이상에서는 큰 차이를 보이지 않아 바닥두께 증가로 인한 중량충격음 차단 기대효과에는 임계치가 있을 것으로 판단된다. 또한 장선 춤의 증가와 간격 감소에 따른 바닥강성의 증가는 일관된 중량충격음 차단성능의 증가로 이어지지 않아 최적의 중량충격음 차단성능을 기대하기 위해서는 주택의 유형별로 각기 다른 장선 춤과 간격이 적용되어야 할 것으로 판단되며, 100mm 정도 장선 춤의 증가나 간격 감소로 약 1dB~2dB정도의 중량충격음 감소효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the present paper, as a way of reducing heavyweight impact sounds, in particular, among floor impact sounds which have come to the forefront as a social issue recently, a floor joist slab is proposed that is expected to bring an effect of reducing heavyweight impact sounds through a shift in the natural frequency by installing a floor joist on a flat-type slab to increase the rigidity of the floor slab, differently from the existing method that increases the thickness of floor slab, and the heavyweight impact sound characteristics depending on the floor joist height and interval are interpretively analyzed. As a result of the analysis, though a trend is shown where the sound pressure level decreases as the slab thickness of floor joist increases, and as no difference is shown when thickness is above a certain value, it is thought that there is a threshold for the effect of an increase in floor thickness on blockage of heavyweight impact sounds. Also, as an increase in floor rigidity resulting from an increase in the floor joist height and a decrease in the interval does not lead to a consistent increase in the performance of blocking heavyweight impact sounds, it is thought that a different floor joist height and interval should be applied to each type of house to expect optimum performance of blocking heavyweight impact sounds, and an increase of 100mm in the floor joist height or a decrease of about 100mm in the interval is expected to bring an effect of reducing heavyweight impact sounds by about 1dB to 2dB.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1 Plane of the apartment to be analyzed
그림 Fig. 2 Variables of analytical model
표 Table 1 List of analytical models
그림 Fig. 3 Analysis process
그림 Fig. 4 Excitation and receiving point of the plane to be analyzed
표 Table 2 Input material properties
표 Table 3 Result of analyzing heavy-weight impact sound resulting from installation of joist slab(33m²TYPE)
표 Table 4 Result of analyzing heavy-weight impact sound resulting from installation of joist slab(46m²TYPE)
그림 Fig. 5 Comparison of heavy-weight impact sounds by slab thickness(33m² Type)
그림 Fig. 6 Comparison of heavy-weight impact sounds by slab thickness(46m² Type)
그림 Fig. 7 Result of analyzing heavy-weight impact sound by floor joist depth(33m² Type)
그림 Fig. 8 Result of analyzing heavy-weight impact sound by floor joist depth(46m² Type)
표 Table 5 Result of analyzing heavyweight impact sound depending on floor joist depth and interval(33m₂ Type)
표 Table 6 Result of analyzing heavyweight impact sound depending on floor joist depth and interval(46m² Type)
그림 Fig. 9 Result of analyzing heavy-weight impact sound by floor joist interval(33m² Type)
그림 Fig. 10 Result of analyzing heavy-weight impact sound by floor joist interval(46m² Type)

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 중량 바닥충격음 저감방안의 일환으로 기존의 평판형 슬래브에 장선을 설치하여 바닥슬래브의 강성을 증가시킴으로써 고유진동수 이동을 통한 중량충격음의 저감 효과를 기대할 수 있는 장선바닥슬래브를 검토해 보고자 하며, 장선의 춤과 간격에 따른 중량충격음 특성을 해석적으로 분석하였다. 장선슬래브는 바닥슬래브의 두께를 일률적으로 증가시키는 기존의 방식과 비교하여 원가절감 측면에서 유리할 것으로 기대된다.

제안 방법

Table 1은 장선슬래브의 설계 요소별 모델 일람표를 나타낸 것으로, Fig 2에 나타낸 바와 같이 설계 요소를 슬래브 두께(Slab thickness), 장선 춤(Depth of joist), 장선 간격(Interval of joist)의 3개 요소로 정하고 이를 변화시켜 중량충격음 해석을 실시하였다. 장선의 너비(Width of joist)는 설계상의 이유로 변수로서 채택하지 않고 120mm로 고정시켰다.
본 연구에서는 바닥슬래브의 두께를 증가시키는 기존의 방식과 비교하여 원가절감 측면에서 유리할 것으로 기대되는 중량충격음 저감방안의 일환으로서 기존의 평판형 슬래브에 장선을 설치하여 바닥슬래브의 강성을 증가시킴으로써 고유진동수 이동을 통한 중량충격음의 저감 효과를 기대할 수 있는 장선바닥 슬래브를 제안하고, 장선의 춤과 간격에 따른 중량충격음 특성을 해석적으로 분석하였다. 분석결과로부터 얻은 결론은 다음과 같다.
Table 5와 Table 6은 각 연구대상 평면을 대상으로 장선슬래브의 장선 춤과 간격의 변화에 따른 슬래브 두께별 1/1 옥타브밴드 중심주파수의 음압레벨과 중량충격음 차단성능 단일수치 평가결과를 정리하여 나타낸 것이다. 본 절에서는 먼저 장선 춤의 변화에 따른 효과를 검토하기 위하여 180mm슬래브와 120mm슬래브를 대상으로 장선 간격 600 mm, 장선 너비 120 mm의 동일 조건에서 장선 춤을 각각 350 mm, 300 mm, 250 mm로 변화시켜 중량충격음의 변화를 분석하였다.
본 절에서는 장선 간격의 변화에 따른 효과를 검토하기 위하여 180 mm슬래브와 120 mm슬래브를 대상으로 장선 춤350 mm, 장선 너비 120 mm로 고정한 조건에서 장선 간격을각각 600 mm, 500 mm, 400 mm로 변화시켜 중량충격음 저감성능을 분석하였다.

대상 데이터

연구대상 건물은 벽식구조로 건설된 아파트로써 건설물량이 많은 소형평형의 임대주택을 대상으로 하였다. 연구대상주택의 규모는 LH공사에서 건설하는 전용면적 33m², 46m² Type 표준평면을 대상으로 하였으며, Fig.
연구대상 건물은 벽식구조로 건설된 아파트로써 건설물량이 많은 소형평형의 임대주택을 대상으로 하였다. 연구대상주택의 규모는 LH공사에서 건설하는 전용면적 33m², 46m² Type 표준평면을 대상으로 하였으며, Fig. 1에 연구대상 주택의 단위세대 평면을 나타내었다
또한 장선춤도 장선 춤의 변화로 인한 층고 증가 요인을 배제하기 위하여 기존 천장 깊이 이상은 설치하지 않는 것을 전제조건으로 검토하였다. 해석은 완충층을 고려하지 않은 맨슬래브를 대상으로 실시하였다.
Table 3과 Table 4는 각 연구대상 평면을 대상으로 평판슬래브와 장선슬래브의 슬래브 두께별 1/1 옥타브밴드 중심주파수의 음압레벨과 중량충격음 차단성능 단일수치 평가결과를 정리하여 나타낸 것이다. 해석조건은 장선 춤 350 mm, 장선 간격600mm, 장선 너비 120 mm로 동일하고, 슬래브 두께는 각각 210mm, 180 mm, 150 mm, 120mm인 모델을 대상으로 중량충격음해석을 실시하였다. 해석결과, 전 주파수 대역에서 슬래브 두께가 증가할수록 음압레벨이 감소하는 경향을 나타내었다.

데이터처리

Fig. 3은 바닥충격음 해석의 순서를 나타낸 것으로, 먼저 구조물을 쉘 요소로 모델링하여 고유 모드해석(Modal Analysis)을 실시한 후, 모드해석 결과를 이용하여 중량충격원의 충격 하중을 입력하여 진동해석(Vibration Analysis)을 실시하였으며, 마지막으로 진동해석 결과를 바탕으로 실내 임의의 위치에서의 음압을 계산하였다. 해석 시 사용된 입력 물성치(Input property)는 Table 2에 나타내었다.

이론/모형

본 연구에서는 바닥구조에 따른 중량충격음을 해석하기 위하여 유한요소해석법(Finite Element Method, 이하 FEM)을 사용하였다. 해석 시 사용된 프로그램은 FEM을 기반으로 한 진동및 소음 해석 상용프로그램인 S사의 Virtual.
충격원은 표준충격원으로 뱅머신(Bang machine)의 충격력 데이터(KS F 2810-2)를 사용하였으며, 해석 및 결과에 대한 평가 방법은 한국산업표준(KS F 2810-2, KS F 2863-2)을따랐다.

성능/효과

(3) 장선의 춤과 간격의 변화에 따른 차이는 크지 않은 것으로 나타났으나 100 mm정도의 장선 춤과 간격 변화로약1 dB ~ 2 dB정도 중량충격음 저감효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
이 경우 주목되는 점은 바닥두께 180 mm와 120 mm 경우 모두 63 Hz 대역에서 장선간격 감소에 따라 약1 dB에서 3 dB까지 차단성능이 향상된 것으로 나타났다는 점이다. 결론적으로 볼 때장선간격의 변화 역시 본 연구에서 설정한 제한적인 조건 하에서는 약 1 dB 정도의 감소효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
또한 180 mm 슬래브의 경우에도 장선 춤이 250mm에서 350 mm로 약100 mm 증가함에 따라 약1 dB의 바닥충격음 저감성능이 향상되는 것으로 나타내었다. 결론적으로46m² 주택에서도 33m² 주택에서와 같이 장선 춤의 증가에 따른 바닥충격음 저감성능의 차이는 크게 나타나지 않았으나 비례적으로 저감성능이 증가되는 결과를 얻을 수 있었으며, 본 연구에서 설정한 제한적인 조건 하에서는 약 1 dB ~ 2 dB정도 감소효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
비교 결과, 120 mm 슬래브의 경우 장선 춤이 증가함에 따라 최대 2 dB까지 바닥충격음 차단성능 향상되었으며, 33m² 주택에서와는 달리 저주파수 대역에서의 증폭현상은 나타나지 않았다. 또한 180 mm 슬래브의 경우에도 장선 춤이 250mm에서 350 mm로 약100 mm 증가함에 따라 약1 dB의 바닥충격음 저감성능이 향상되는 것으로 나타내었다.
비교 결과, 180 mm 슬래브의 경우 장선 춤이 250 mm에서 350mm로 약100 mm 증가함에 따라 단일수치로 약1 dB 정도 바닥충격음 저감성능이 향상되는 것으로 나타난반면, 120 mm슬래브의 경우에는 오히려 장선 춤이 증가하였음에도 불구하고 장선춤이 가장 큰 350 mm 슬래브에서 바닥충격음 차단성능이 가장좋지 않은 것으로 나타났다. 이는 장선 춤의 증가는 곧바닥슬래브의 강성증가로 이어지게 되며, 상대적으로 180mm 슬래브보다 120mm 슬래브에서 슬래브두께 대비 장선 춤의 변화로 인한강성변화가 크게 나타났고, 이러한 강성증가로 인하여 바닥슬래브 고유진동수 및 룸모드와의 모드별 공진이 발생하였기 때문으로 판단된다.
6은 46m²주택에서 슬래브 두께 변화에 따른 평판슬래브와 장선슬래브의 중량충격음 차단성능의 차이를 1/1 옥타브밴드 중심주파수별로 비교하여 나타낸 것이다. 비교결과, 슬래브두께마다 차이는 있지만 평가대상 주파수 영역에서 약1 dB ~7 dB 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 특히, 150 mm의 경우63 Hz에서 약7.
이는 동 슬래브에서 장선설치로 인해 63 Hz 근방에서 나타났던고 유진동수가 가장 크게 이동하였기 때문인 것으로 판단된다. 전체적으로 단일수치는 장선 설치 시 최대 2 dB까지 저감효과를 기대할 수 있는것으로 나타났다.
비교결과, 슬래브두께마다 차이는 있지만 평가대상 주파수 영역에서 약1 dB ~7 dB 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 특히, 150 mm의 경우63 Hz에서 약7.8 dB 저감효과를 나타내어 장선 설치로 인한 중량충격음의 저감효과를 가장 크게 기대할 수 있는 것으로 나타났다. 전체적으로 단일수치는 장선 설치 시 최대 4 dB까지 저감효과가 있을 것으로 판단된다.
해석 결과, 120 mm 슬래브의 경우 장선 간격이 촘촘해질수록 약 1 dB의 바닥충격음 저감효과가 나타났으며, 33m² 주택에서와는 달리 63 Hz 대역에서 증폭현상은 관측되지 않았고 오히려 장선간격이 감소함에 따라 최대 3 dB까지 차단성능이 향상되는 것으로 나타났다. 180 mm 슬래브의 경우에도 장선간격이 촘촘해질수록 약1 dB의 바닥충격음 저감효과가 있는 것으로 조사되었다.
해석 결과, 120 mm 슬래브의 경우 장선 간격이 촘촘해질수록약1 dB의 바닥충격음 저감효과가 나타났다. 단, 장선간격을 400 mm로 한 경우 63 Hz에서 증폭현상이 나타났는데 이는 350 mm 장선 춤을 갖는 슬래브에서도 관측된 바와 같이 바닥슬래브의 고유진동수 및 룸 모드와의 모드별 공진이 발생하였기 때문으로 판단된다.
해석조건은 장선 춤 350 mm, 장선 간격600mm, 장선 너비 120 mm로 동일하고, 슬래브 두께는 각각 210mm, 180 mm, 150 mm, 120mm인 모델을 대상으로 중량충격음해석을 실시하였다. 해석결과, 전 주파수 대역에서 슬래브 두께가 증가할수록 음압레벨이 감소하는 경향을 나타내었다. 하지만 중량충격음 차단성능 증가 정도는 바닥두께 180mm와210mm에서 상대적으로 큰 차이를 보이지 않아 바닥두께 증가로 인한 중량충격음 차단 기대효과에는 임계치가 있을 것으로 사료된다.

후속연구

(1) 장선슬래브의 경우 슬래브 두께가 증가할수록 음압레벨이 감소하는 경향을 나타내었으나 일정 두께 이상에서는 큰 차이를 보이지 않아 바닥두께 증가로 인한 중량충격음 차단 기대효과에는 임계치가 있을 것으로 사료되며, 이에 대해서는 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.
(2) 장선 춤의 증가와 간격 감소에 따른 바닥강성의 증가는 일관된 중량충격음 차단성능의 증가로 이어지지 않아 최적의 중량충격음 차단성능을 기대하기 위해서는 주택의 유형별로 각기 다른 장선 춤과 간격이 적용되어야 할 것으로 사료된다.
(4) 장선바닥구조는 장선의 춤과 간격 등을 최적화 한다면 맨슬래브 상태에서 기본적인 충격음 특성을 확보하는데 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단되며, 평판형슬래브와 비교하여 경제적으로도 유리한 구조를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
전체적으로 단일수치는 장선 설치 시 최대 4 dB까지 저감효과가 있을 것으로 판단된다. 다만 210mm 슬래브(1st:34.5Hz,2nd:45.0Hz, 3rd:55.6Hz,th:61.1Hz)의 경우 63 Hz에서 증폭현상이 발생하였는데 이는 역시 바닥슬래브 고유진동수와의 모드별 공진과 관련있는 것으로 판단됨으로 장선 설치에 따른 바닥슬래브의 강성 및 진동 특성 변화를 잘 고려한 설계가 적용되어야 할 것으로 판단된다.
따라서 본 연구에서는 중량 바닥충격음 저감방안의 일환으로 기존의 평판형 슬래브에 장선을 설치하여 바닥슬래브의 강성을 증가시킴으로써 고유진동수 이동을 통한 중량충격음의 저감 효과를 기대할 수 있는 장선바닥슬래브를 검토해 보고자 하며, 장선의 춤과 간격에 따른 중량충격음 특성을 해석적으로 분석하였다. 장선슬래브는 바닥슬래브의 두께를 일률적으로 증가시키는 기존의 방식과 비교하여 원가절감 측면에서 유리할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바닥충격음 성능을 결정하는 요인으로는 무엇이 있는가?	, 2015; Lee and Jeong, 2016). 바닥충격음 성능을 결정하는 요인으로는 바닥 강성 및 두께 이외에도 현장 조건, 구조 형식, 평면의 크기 및 형태, 경계 조건 등 다양한 영향인자가 존재한다. 따라서 단순히 바닥 두께를 늘리는 일률적인 대응 방안은 층간소음 문제를 해결하기 위한 최선의 방법은 아니라고 판단된다.
	중량 바닥충격음을 감소시키는 가장 효과적인 방법은 무엇인가?	2013;Chun et al., 2015), 현재로서는 슬래브의 두께를 증가시키는 것이 가장 효과적인 방법으로 인지되고 있다. 하지만 슬래브두께의 증가는 건물의 중량을 증가시켜 지진하중이나 기초의물량을 증가시키는 건설상 또 다른 불리한 조건을 형성하게된다(Chun et al.
	벽식구조로 건설되는 아파트들의 문제점은 무엇인가?	벽식구조(Wall-slab)는 우리나라에서 건설되는 공동주택의 대표적인 구조형태이다. 하지만 벽식구조로 건설되는 아파트들은 벽과 바닥을 인접세대 및 상하세대와 공유하게 되어 벽과 바닥을 통한 소음에 쉽게 노출될 수 있다. 더욱이 최근에 와서는 이러한 문제가 아파트 거주자들의 생활수준과 삶의 질에 대한 요구수준이 높아지면서 빈번한 민원과 분쟁의원인이 되고 있으며, 층간소음은 사회적인 문제로까지 대두되기에 이르렀다.

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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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