KR200374808Y1 - 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조에 관한 것이다. 본 고안의 바닥구조는 콘크리트슬래브의 상부에 흡음층을 형성하고, 그 흡음층의 상부로 상기 건물의 바닥으로 전달하는 전달력이 최소가 되도록 완충층과 마감모르타르층을 형성하되, 완충층은 완충재의 스프링상수가 작아지도록 그 두께를 조절하고, 마감모르타르층은 면밀도가 커지도록 그 두께와 비중을 조절하여 형성하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 고안의 구조는 공동주택에서의 바닥구조에서 중량충격음을 최소화 할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조{Floating floor structure for reducing floor a crashing sound in apartment house}

본 고안은 공동주택의 바닥구조에 관한 것으로, 공동주택의 층간소음을 해결하기 위해 바닥충격음을 저감하기 위한 바닥구조에 관한 것이다.

바닥충격음을 충격원의 유형에 따라 경량 충격음과 중량 충격음으로 분류할 경우, 지금까지 국내 공동주택에서 바닥충격음 저감을 목적으로 적용된 매트형태의 바닥충격음 차음재는 사용된 차음재의 재료에 따라 약간의 차이는 있을 수 있으나, 경량 충격음에 대한 차음성능지수가 종래 바닥구조에 비해 약 L-5 ~ L-15 정도 개선되는 효과를 보였다. 하지만 이 정도로는 어린아이가 뛰는 소리와 같은 중량 충격음에 대해서는 전혀 개선효과를 기대하기 어려워 중량충격음 대책이 미비한 실정이다.

공동주택의 바닥구조는 시공 순서에 따라 콘크리트슬래브, 기포콘크리트, 모르타르마감의 세부분으로 크게 구분되는데, 종래의 바닥 충격음을 저감시키기 위한 바닥 구조는 콘크리트 슬래브와 기포콘크리트 층 사이에 글라스울과 같은 진동 완충 재료를 설치함으로써, 상부에서 가해지는 진동을 저감시키고자 하였다.

이러한 공동주택의 바닥구조를 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 이러한 일반적인 공동주택의 바닥구조를 도시한 단면도이다.

도 1을 참고하면, 공동주택 건물의 바닥구조는 콘크리트슬래브(1), 완충층(2), 경량기포 콘크리트층(3), 배관(4), 마감 모르타르층(5) 및 바닥장판층(6)이 단계적으로 적층되도록 시공하여 이루어져 있다.

콘크리트슬래브(1)는 대부분 철근 콘크리트로 되어 있으며 현재 우리나라의 공동주택에 적용하기로는 그 두께를 125-150mm정도로 시공하는 것이 일반적이다. 또한, 완충층(2)에 시공되는 완충재는 폐타이어칩을 비롯하여 고무계통의 매트, 유리면을 소재로 한 매트 등 여러 가지의 재료들이 있으며, 두께는 보통 10-20mm정도이다.

그 완충층(2)위에 경량기포 콘크리트층(3)은 온돌층으로 단열층과 축열층으로 구성되어 있으며, 그 위에 온돌배관(4)이 매설되는데, 법에서 정하고 있는 단열성능을 만족시키기 위해 대부분 경량기포 콘크리트를 사용하고 있다. 그리고 경량기포 콘크리트층(3)의 두께는 완충층(2)의 두께에 따라 달라지나 총 두께는 70mm전후이다. 배관(40)이 매설된 그 상부에는 마감재로 대부분의 경우 50mm내외의 모르타르(mortar)를 시공하여 마감 모르타르층(5)을 형성하고, 그 상부에 최종적으로 장판지와 같은 바닥장판재를 시공하여 바닥장판층(6)을 형성하는데 온돌 배관(4)과 바닥장판층(6)은 건물의 사용용도에 따라서 시공하지 않을 수 도 있다. 그리고 측면에 필라완충재(F)를 부착하여 시공한다.

위에서 설명한 바닥구조는 일반적으로 완충재를 적용한 바닥구조 개선기술들을 사용하여 경량충격음의 경우 미적용바닥구조에 비해 1-3등급의 개선을 보이고 있으나 저주파수 대역에서 보다는 주로 고주파수 대역에서의 충격음이 저감되는 것이 보통이다. 한편, 중량충격음의 경우는 저음역에서의 개선이 이루어지지 않아서 대부분 미적용 바닥구조와 유사하거나 1등급 정도의 미미한 개선 효과를 나타내고 있는 실정이다.

바닥충격음 저감을 위해 사용되는 바닥충격음 저감재는 일반적으로 바닥면 충격을 흡수하는 탄성재질의 무른 완충재로서, 폐타이어분쇄물, 고무칩 EVA칩(ethyline vinyl acetate chip), 발포스틸렌폼, EPS(expended poly styrene)등을 사용하였으나, 이러한 재료를 슬래브 위에 시공할 경우 완충재 두께가 충분하지 않아서 탄성계수가 증가하게 되고 그로 인해 특히 저음역에서 뜬바닥구조에 의한 완충재의 효과가 나타나지 않는다.

즉, 대부분의 차음구조로서 전술한바와 같이 뜬바닥 구조를 통해 차단하고자 하고 있지만, 장스팬의 거실, 안방 등에서는 뜬바닥 자체가 일체로 크게 거동하여 마치 북처럼 울리는 현상을 발생시키고 있으며, 이러한 거동을 제거하기 위하여 슬래브의 두께를 늘리면 되지만, 이는 층간 높이가 높아지게 되어 시공에 투입되는 자재의 양이 증가될 뿐만 아니라 콘크리트의 양생 등에 시간이 지연되므로 시공기간이 연장되며, 시공비의 추가와 시공기간의 연장으로 인한 경제적으로도 불리한 면이 있어서 현실적으로 적용하기는 거의 불가능한 문제가 있다.

이론적으로 바닥 충격음을 저감시킬 수 있는 가장 좋은 방법은 바닥을 이중으로 만드는 것이다. 다시말해, 차음의 질량법칙에서 벽체의 면밀도(kg/m²)를 두배로 할 경우, 즉, 벽의 두께를 두배로 할 경우 차음성능은 약 6데시벨 증가하지만, 면밀도를 두배로 하더라도 사이에 공간을 둔 이중벽 형태로 한다면 차음성능은 약 15데시벨 이상 증가하게 된다. 이는 공기 전파음이나 바닥 충격음의 차단에 벽체의 분리가 무엇보다도 중요한 역할을 담당하는 것을 의미한다.

종래에 사용되는 각종 바닥 충격음 저감재는 이처럼 뜬바닥구조를 형성하기 위한 방편의 일환으로 사용되었지만, 사용된 재료의 밀도가 낮을 경우 침하 현상에 의해 방바닥에 균열이 발생되는 문제가 있으며, 밀도가 높은 재료를 사용할 경우, 바닥 충격음 차음성능이 저하되는 문제가 있다. 또한, 이 방식에 따라 공동주택의 슬래브 상부에 사용된 글라스울, 방진매트, 탄화코르크, 고무매트, 발포 고무매트와 같은 완충재는 사용재료가 고가인 점과 함께 바닥 충격음 차음 성능을 만족할 만한 수준으로 향상시키지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 뜬바닥층의 면밀도를 올리고 완충재의 스프링상수를 내리는 뜬바닥형의 바닥구조를 형성함으로써 사람이 뛰어다니는 소리와 같은 중량 충격음을 획기적으로 저감시킬 수 있는 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 공동주택의 바닥구조를 도시한 단면도,

도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조를 도시한 단면도,

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 중량충격음레벨에 대한 결과치를 보여주는 도표,

도 4는 본 고안의 실시예에 따른 중량충격음레벨에 대한 결과치를 보여주는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 콘크리트슬래브 20 : 마른모래층

30 : 흡음판넬 40 : 완충층

50 : 마감모르타르층 60 : 배관

70 : 바닥장판층

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조는 콘크리트슬래브의 상부에 흡음층을 형성하고, 그 흡음층의 상부로 상기 건물의 바닥으로 전달하는 전달력이 최소가 되도록 완충층과 마감모르타르층을 형성하되, 완충층은 완충재의 스프링상수가 작아지도록 그 두께와 비중을 조절하고, 마감모르타르층은 면밀도가 커지도록 그 두께를 조절하여 형성하는 것을특징으로 한다.

또한 본 고안에 따르면, 흡음층은 하부에 마른모래층을 적층하고, 그 상부로 저주파 음대역의 판진동을 유도하여, 판진동 흡음구조의 흡음판넬을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 고안에 따르면, 마른모래층은 5-15mm의 두께인 것을 특징으로 한다.

또한 본 고안에 따르면, 흡음판넬은 9-20mm의 두께인 것을 특징으로 한다.

또한 본 고안에 따르면, 마감모르타르층에는 배관이 매설되고 그 상부로는 바닥장판층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 고안에 따르면, 바닥구조의 측면에는 필라완충재가 부착된 것을 특징으로 한다.

또한 본 고안에 따르면, 필라완충재는 두께가 10mm이고 폭이 100-150mm인 것을 특징으로 한다.

또한 본 고안에 따르면, 상기 완충층은 25-45mm의 두께로 하고 상기 마감모르타르층은 90-120mm의 두께인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조를 도시한 단면도이다.

도 2를 참고하면, 공동주택 건물의 바닥구조는 콘크리트슬래브(10), 마른모래층(20), 흡음판넬(30), 완충층(40), 마감 모르타르층(50), 배관(60), 및 바닥장판층(70)이 단계적으로 적층되도록 시공하여 이루어져 있다. 그리고 이러한 바닥구조의 측면에는 충격음의 전달을 방지하기 위하여 두께 10mm와 폭 100-150mm인 측면필라완충재(F)를 부착하여 시공한다.

콘크리트슬래브(10)는 대부분 철근 콘크리트로 되어 있으며 본 실시예에서는 그 두께를 180-210mm정도로 시공한다. 그리고, 그 상부에 마른모래층(20)과 흡음판넬(30)을 순차적으로 형성한다.

마른모래층(20)은 상부의 흡음판넬(30)에 대한 완충을 위해 5-15mm를 설치하여 수평유지 및 2차 방진구조를 조성한다. 마른모래는 진동충격을 흡수할 수 있는 가장 효율적으로 재질층으로서, 후술할 1차 방진구조에서 차단된 소음 및 진동을 2차적으로 차단하는 역할을 한다. 상기 마른모래층의 두께는 충격을 흡음을 위해 최소한의 두께인 5 mm 이상으로 하는 것이 바람직하며 설치구조의 안정성을 위해 15 mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 흡음판넬(30)은 저주파형 판진동 흡음을 유도하여 판진동 흡음구조인 것으로, 3-5mm강체에 단열보강재를 접착하므로서 판진동을 유도하여 진동에너지를 소멸시키도록 설치한다. 즉, 3-5mm강체는 시멘트판, 섬유질 및 펄프혼합 시멘트판(CRC보드), 석면시멘트판(밤라이트, 나무라이트 등), 목재판상, 목재섬유판상, 및 스틸구조판상 중의 하나를 사용한다. 그리고, 이러한 강체에 접착되는 단열보강재는 30Kg/m³~ 35Kg/m³의 스티로폼을 사용한다. 이러한 흡음판넬(30)은 물이 스며들지 않도록 테이핑 처리하거나 비닐시트로 상부를 처리하여 1차 방진구조를 형성한다. 따라서 흡음판넬의 두께는 3-5mm강체에 강체에 접착되는 단열보강재를 합하여 총 9-20 mm가 되도록 조절한다. 효율적인 판진동을 유도하기 위한 두께로서 3-5mm가 바람직한데, 이 범위 또한 시공되는 바닥의 면적으로부터 적절히 설계변경하는 것이 가능하다. 단열보강재의 두께로서 6-15mm로 조절하는데, 이는 판진동의 흡진 및 흡음역할을 하는 바람직한 두께이다.

이러한 흡음판넬(30)의 상부에는 완충층(40)을 형성한다. 완충층(40)은 폐타이어칩을 비롯하여 고무계통의 매트, 유리면을 소재로 한 매트 등 여러 가지의 재료들이 있으며, 본 실시예에서 완충층(40)의 두께는 25-45mm로 한다. 완충층(40)의 완충재의 스프링상수(Kc)를 작게 하기 위하여 완충재의 두께를 두껍게 형성한다.

이러한 완충층(40)의 상부에는 마감모르타르층(50)을 형성한다. 마감모르타르층(50)은 기존의 모르타르층 40-60mm와 경량기포콘크리트층 40-60mm로 된 총 두께가 90-120mm로 형성한다. 여기서, 마감모르타르층(50)은 뜬바닥층이며, 뜬바닥층의 면밀도(Mf)를 높이기 위하여 기존보다 무거운 질량을 갖도록 형성한다. 완충층(40)의 두께는 25-45mm이면서, 마감모르타르층의 두께가 90-120mm로 조절하게 되면 종래에 얻을 수 있는 진동전달의 차단효율이 크게 향상된다. 여기서 마감모르타르층의 면밀도는 기존의 경량콘크리트층을 모르타르층으로 대체함으로써 더욱 증가시킬 수 있음은 물론이다. 이와 같이 본 고안에서는 질량역할을 하는 모르타르층의 두께와 비중을 조절함으로써 목표로 하는 층간소음레벨을 얻고자하는 것이다.

그리고, 마감모르타르층(50)의 상부에는 배관(60)이 매설되어 있으며, 그 상부에 최종적으로 장판지와 같은 바닥장판재를 시공하여 바닥장판층(70)을 형성한다.

도 2의 부분확대된 부분을 참고하여 뜬바닥층인 마감모르타르층(50)과 뜬바닥층에 대한 스프링역할을 하는 완충층(40)에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 2의 부분 확대 부분을 보면, Mf는 마감모르타르층(50)인 뜬바닥층의 면밀도이고, Kc는 완충층(40)의 완충재의 스프링상수이다. 바닥층은 엄격하게 말하자면 2차원의 다자유도 진동계로 모델링하여야 하나 1자유도계의 모델링은 그 원리가 다자유도계에도 그대로 적용될 수 있어 본 고안에서는 이론적인 설명을 위해 간단히 1자유도계로 모델링하였다. 상부에서 발생하는 바닥충격음에 대한 전달력을 T라고 하면 다음과 같은 수학식 1이 성립한다.

이때, 바닥충격음에 대한 전달력인 T를 작게 해야 공동주택의 바닥구조로서 층간의 소음을 최소화할 수 있으므로, T를 작게 하기 위해서는 고유진동수인 fn이 작아야한다. 고유진동수인 fn은 다음의 수학식 2와 같다.

여기서, fn은 고유진동수이며, Kc는 완충층의 완충재의 스프링상수(N/m²)이며, Mf는 마감모르타르층인 뜬바닥층의 면밀도(Kg/m²)이다.

따라서, 고유진동수인 fn을 작게 하려면 수학식 2에서 Mf가 커야하고, Kc가 작아야한다.

이러한 Kc는 다음의 수학식 3과 같다.

여기서, K_oc는 완충재의 탄성계수이고, ρ는 공기의 밀도, c는 공기층의 음전달속도이며, d는 완충재의 두께이다.

그러므로, Mf를 크게 하기 위해서 뜬바닥층인 마감모르타르층(50)의 무게를 무겁게 형성한 것이고, Kc를 작게 하기 위해서는 완충재의 탄성계수를 작게 하여 완충층(40)의 두께를 두껍게 형성한다. 즉, 마감모르타르층은 기존의 경량콘크리트층을 대체하여 면밀도를 높이거나 그 무게를 무겁게 하여 면밀도를 높인다.

이렇게 형성된 마감모르타르층(50)과 완충층(40)의 하부로 흡음판넬(30)과 마른모래층(20)을 별도로 형성한다. 흡음판넬에서 완충재층을 통과한 1차 진동에너지가 소진되는데, 여전히 저주파수의 진동에너지를 차단시키는 것에는 한계가 있다. 마른모래층에서는 저주파수의 충격에너지를 흡수하는 데 효율적이며 앞서 소진되지 않은 고주파수대역의 에너지 또한 대부분 흡수하게 된다.

이러한 바닥구조로부터 중량충격음이 실제로 감소한 실험결과를 도표와 그래프로 도 3과 도 4에 보여준다.

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 중량충격음레벨에 대한 결과치를 기존의 결과치와 함께 보여주는 도표이고, 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 중량충격음레벨에 대한 결과치를 기존의 결과치와 함께 보여주는 그래프이다.

도 3a는 기존의 구조에서의 중량충격음의 결과치를 보여준다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 각 주파수대별로 충격음의 측정치와 역A특성기준곡선(기준치)을 보여준다. 측정치는 중심주파수 250에서 기준치보다 적은 데시벨을 얻을 수 있다. 즉, 중심주파수 250에서는 기준치가 58 [dB]이나 측정치는 이보다 낮은 54.7 [dB]이 측정됨을 알 수 있다. 그리고, 중심주파수 500에서는 기준치가 52 [dB]이나 측정치는 44.6 [dB]이 측정됨을 알 수 있다. 이를 그래프로 표시하면 도 4a와 같다.

도 4a를 참조하면, 주파수가 500Hz에서 역 A특성의 기준곡선의 충격음레벨이 52[dB]로 측정됨을 알 수 있으며, 이때 측정치는 44.6[dB]임을 알 수 있다.

도 3b는 본 고안의 중량충격음의 결과치를 보여준다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 각 주파수대별로 충격음의 측정치와 역A특성기준곡선(기준치)을 보여준다. 중심주파수 500에서는 기준치가 45[dB]이나 측정치는40.7 [dB]이 측정됨을 알 수 있다. 도 3a에 도시된 표의 기존의 중량충격음 측정치(52dB)보다 현격히 적은 중량충격음(45dB)이 측정됨을 알 수 있다. 이를 그래프로 표시하면 도 4b와 같다.

도 4b를 참조하면, 주파수가 500Hz에서 역 A특성의 기준곡선의 충격음레벨이 45 [dB]로 측정됨을 알 수 있으며, 이때 측정치는 40.7[dB]임을 알 수 있다.

따라서, 그래프 상으로 보아도 본 고안의 실시예에 따른 구조로 시공할 경우 도 4a의 기존의 중량충격음의 측정치보다 낮은 레벨의 중량충격음을 갖음을 알 수 있다.

이처럼 본 실시예에서 제안된 바닥구조를 이용하는 경우 기존의 바닥구조보다 층간소음을 현저히 줄일 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 고안의 구조는 공동주택에서의 바닥구조에서 중량충격음을 최소화 할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (7)

1. 건물의 바닥 콘크리트슬래브위에 적층시공하여 형성하는 바닥구조에 있어서,

   상기 콘크리트슬래브의 상부에 흡음층을 형성하고, 그 흡음층의 상부로 상기 건물의 바닥으로 전달하는 전달력이 최소가 되도록 완충층과 마감모르타르층을 형성하되,

   상기 완충층은 완충재의 스프링상수가 작아지도록 그 두께를 조절하고, 상기 마감모르타르층은 면밀도가 커지도록 그 두께와 비중을 조절하여 형성하는 것을 특징으로 하는 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 흡음층은

   하부에 마른모래층을 적층하고, 그 상부로 저주파 음대역의 판진동을 유도하여, 판진동 흡음구조의 흡음판넬을 형성하는 것을 특징으로 하는 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 마른모래층은 5-15mm의 두께인 것을 특징으로 하는 바닥충격음 저감을위한 공동주택의 바닥구조.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 흡음판넬은 9-20mm의 두께인 것을 특징으로 하는 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 마감모르타르층에는 배관이 매설되고 그 상부로는 바닥장판층이 형성되는 것을 특징으로 하는 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 바닥구조의 측면에는 필라완충재가 부착된 것을 특징으로 하는 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 완충층은 25-45mm의 두께로 하고 상기 마감모르타르층은 90-120mm의두께인 것을 특징으로 하는 바닥충격음 저감을 위한 공동주택의 바닥구조.