[논문]유한요소법을 활용한 3D Textile 구조적용에 따른 층간소음저감 연구

이재민; 장일영

doi:10.21289/ksic.2024.27.3.527

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, focuses on noise reduction between floors in the civil and architectural fields. Specifically, it investigates the application of newly developed 3D Textile to slabs to reduce interfloor noise. The effect of 3D Textile, through performance analysis via experiments and noise analysis u...

In this study, focuses on noise reduction between floors in the civil and architectural fields. Specifically, it investigates the application of newly developed 3D Textile to slabs to reduce interfloor noise. The effect of 3D Textile, through performance analysis via experiments and noise analysis using finite element method, provides a new understanding of noise reduction technology, and is expected to contribute to the improvement of living quality in residential spaces.

Keyword

표/그림 (22)

그림 Fig. 1 Number of complaints about noise between floors
그림 Fig. 2 Murder and violent crime caused by noise between floors
표 Table 1. Inter-floor noise field diagnostic measurement results
표 Table 2. Number of complaints about noise between floors by cause of noise (accumulated)
그림 Fig. 3 3D textile schematic diagram
그림 Fig. 4 3D Textile noise reduction agent
그림 Fig. 5 Standard floor structure 3 sectional view
그림 Fig. 8 Final psalm shape
그림 Fig. 6 Number of complaints about noise between floors
그림 FIg. 7 Experimental variables
그림 Fig. 9 Overview of floor structure and measurement for noise measurement
그림 Fig. 10 Comparison of impact ball and bang machine according to actual impact force (Kim et al., 2005).
표 Table 3. Calculation function(KS F 2863-2)
표 Table 4. A weighted calibration value
표 Table 5 Experimental results
그림 FIg. 11 Noise analysis model material data information
그림 Fig. 12 Nonreflecting feature
그림 FIg. 13 Reference model
그림 Fig. 14 1 Layer model(3D Textile)
그림 FIg. 15 2 Layer model(3D Textile)
그림 Fig. 16 Comparison of experiments and analys
표 Table 6. Analysi sresylt

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 중량충격음에 의한 소음을 저감시키기 위해 3D Textile을 개발하였다. 3D Textile은 Fig.
이렇듯 완충재는 소재, 형상에 따라 소음저감 연구가 진행되고 있으나, 바닥구조를 이루고 있는 나머지 구조는 소음 저감 연구가 미비한 것이 현실이다. 본 연구에서는 완충재의 소음 저감효과와 추가적으로 소음을 저감할 수 있는 방법을 연구하였고 모르타르에 3D Textile을 결합하여 기준 모델 대비 소음저감효과에 대해 연구를 수행하였다. 논문은 다음과 같이 구성되어 있다.
본 연구에서는 층간소음에 대한 사회적 이슈로 인해 바닥 슬래브의 완충재를 통한 소음저감 연구가 주를 이루어지고 있는 가운데 마감 모르타르에 3D Textile을 적용하여 소음저감 효과를 극대화하는 방안을 연구하였다. 다만, 3D Textile의 적층 위치와 두께에 대한 소음 저감 최적화는 고려하지 않아 추후 연구에 검토해야 할 부분이다.

제안 방법

논문은 다음과 같이 구성되어 있다. 먼저, 바닥구조에 3D Textile 소음 저감제를 세 가지 방법으로 적용하여 실험을 진행 후 성능을 분석한다. 다음으로, 소음해석을 실험과 동일한 조건으로 진행하여 해석의 신뢰성 검증을 진행한다.
본 연구에서는 층간소음의 민원 중 가장 많은 부분을 차지하는 ‘뛰거나 걷는 소리’를 적용시키기 위해 4000N의 충격력을 가지고 있는 뱅머신 보다는 임팩트볼을 적용하여 실험을 하였다

대상 데이터

시편의 사이즈는 1700*1700*80mm이며 나무로 제작된 몰드에 3D Textile을 배치하고 그 위로 모르타르를 타설하였다. 3D Textile 내부로 모르타르가 고루 함침될 수 있도록 소량씩 타설하여 나무판자로 압력을 주었으며 진동형 다짐기로 다짐을 실시하였다.
유한요소는 AC3D4(Acoustic Continuum 3D, Node 4)요소를 사용하였으며, 요소의 개수는 총 7,588개와 노드 수는 1,797개로 구성되어 있다.

데이터처리

해석에 사용된 Solver는 Dynamic, Explicit를 사용하였으며, 음의 속도를 고려하여 0.1s의 해석 시간을 적용하였다. 음압은 1700N의 충격량을 적용하여 해석을 진행하였다.

이론/모형

본 연구의 실험은 KS F 2810-2 표준에 따른 중량충격음을 적용하여 진행하였다[4]. 소음해석은 유한요소를 통한 소음해석을 진행하였으며, 사용된 소프트웨어는 범용유한요소 프로그램인 Abaqus를 사용하였다.
본 연구의 실험은 KS F 2810-2 표준에 따른 중량충격음을 적용하여 진행하였다[4]. 소음해석은 유한요소를 통한 소음해석을 진행하였으며, 사용된 소프트웨어는 범용유한요소 프로그램인 Abaqus를 사용하였다. 연구의 프로세스는 Fig.
소음 실험은 KS F 2810-2(바닥 충격음 차단 성능 현장 측정 방법)에 준하여 진행하였다. 실험에서 최대 음압레벨을 측정하기 위해 KS C IEC 61672-2(KS C IEC 61672-2) 규정에 맞는 사운드레벨미터를 사용하였으며, Fig.
재료 데이터는 밀도와 체적탄성계수를 적용하였다. 본 연구의 바닥구조는 구조의 대칭성으로 경계에서의 반사되는 파동을 최소화 하여 모델을 간략하게 구성할 수 있는 Nonreflecting 기법을 적용할 수 있다. Fig.

성능/효과

실험 결과는 Table 5와 같이 도출되었다. 3D Textile을 적용한 중량충격음 실험을 통해 적층 위치에 따라 소음 저감 효과가 있음을 확인하였다.
Fig. 16에서처럼 실험과 해석의 결과 분석을 통해 1 Layer 적용 모델이 소음저감 효과가 가장 큰 것으로 확인할 수 있다.
바닥슬래브에서 충격소음을 저감시키기 위해서는 슬래브의 두께를 키우거나 철근이나 FRP등의 재료를 슬래브에 보강하여 슬래브의 강성(Stiffness)을 키우거나 슬래브위로 완충제등을 활용하여 슬래브로 전달되는 충격의 크기를 줄이는 방법들이 주로 사용되고 있다[8,9]. 본 연구에서 사용된 3D Textile을 활용한 공법은 슬래브의 추가적인 단면 크기 상승 없이 효과적으로 충격음을 저감시킬 수 있는 것으로 나타났는데 이는 슬래브 내부에 존재하는 3D Textile과 모르타르간의 밀도차이에 의해 파동이 굴절 및 에너지의 상쇄에 의한 것으로 판단된다.
1) 본 연구를 통하여 KS F 2810-2 규격에 따른 소음 저감제 성능평가를 소음해석을 통해 검토할 수 있음을 확인하였다. 3D Textile을 1 Layer 적용하였을 시 적용하지 않은 모델 대비 실험과 해석에서 각각 2dB, 2.
1) 본 연구를 통하여 KS F 2810-2 규격에 따른 소음 저감제 성능평가를 소음해석을 통해 검토할 수 있음을 확인하였다. 3D Textile을 1 Layer 적용하였을 시 적용하지 않은 모델 대비 실험과 해석에서 각각 2dB, 2.78dB 감소 효과가 있었으며 1 Lyayer와 2 Layer 두 경우 모두 소음저감에 효과를 나타냈다.
2) 1Layer와 2Layer간의 소음저감 차이는 크게 나타나지 않았으며 이는 충격음 발생지점에서의 3D Textile의 적용은 별다른 효과를 나타내지 않는 것으로 분석된다. 효율적인 사용을 위해서는 최종적으로 진동이 전달되는 면인 슬래브 바닥면에만 적용하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.

후속연구

그 다음, 3D Textile의 부착 위치 따른 소음저감 효과를 분석한다. 마지막으로, 이 연구의 결론과 향후 연구 방향을 제시한다.
본 연구에서는 층간소음에 대한 사회적 이슈로 인해 바닥 슬래브의 완충재를 통한 소음저감 연구가 주를 이루어지고 있는 가운데 마감 모르타르에 3D Textile을 적용하여 소음저감 효과를 극대화하는 방안을 연구하였다. 다만, 3D Textile의 적층 위치와 두께에 대한 소음 저감 최적화는 고려하지 않아 추후 연구에 검토해야 할 부분이다. 본 연구를 통해 확인한 결과는 다음과 같다.
3) 3D Textile의 소음저감 효과는 일정수준 확인되었지만 두께나 사용재료등 다양한 변수에 대한 추가적인 연구가 수행될 경우 공동 주택의 바닥스래브 구조에서 더욱 효과적인 소음감소 효과를 가져올 수 있는 재료를 개발할 수 있을 것으로 사료된다.

참고문헌 (9)

공동주택 층간소음의 관리 규정과 분쟁 양상,？통계청 통계개발원 및 주거문화개선 연구소,？(2021).
공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 검사기준, 국토교통부고시 제2023-494호, (2023).
소음방지를 위한 층간 바닥충격음 차단 구조기？준, 국토교통부고시 제2015-319호, (2023).
KS F 2810-2 "건축물의 바닥충격음 차단성능？현장 측정방법", 국가기술표준원, (2022).
KS C IEC 61672-2 "전기음향 - 사운드레벨미터(소음계) - 제2부: 형식 평가 시험", 국가기술표준원, (2022).
Kim, Kyoung-Woo, et al. "Impact power？characteristics as behavior of real impact source？(child)." Transactions of the Korean Society for？Noise and Vibration Engineering 15.5 (2005):？542-549.
KS F 2863-2 "건물 및 건물 부재의 바닥 충격음 차단성능 평가 방법-제2부: 표준 중량 충격원에 대한 차단성능", 국가기술표준원, (2022).
최경석(Choi Gyoung-Seok), 최현중(Choi Hyun-jung), 양관섭(Yang Kwan-Seop), and 김경우(Kim Kyoung-Woo). "바닥충격음 저감방안에？따른 성능평가." 한국소음진동공학회 논문집 14.9？(2004): 811-818.
이병권. "바닥충격음 저감을 위한 슬래브 보강." 소음 진동 23.3 (2013): 22-25.

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