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기존 공동주택의 바닥충격음 현황 및 저감기술

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Academic year: 2021

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(1)

특집: 공동주택공간맞춤형소음저감기술 1. 머리말

공동주택에서의 바닥충격음 차단성능을 가장 효율적으로 향상시키는 방법은 슬래브의 강성을 증대하는 방법으로 알려져 있다. 이에 따라, 현재 정부에서는 벽식구조 공동주택의 경우 최소 슬 래브 두께(210 mm)를 적용하고 있으나, 2000년대 중반 이전에 건립된 기존 공동주택의 경우, 대부 분 100~150 mm의 얇은 슬래브로 시공되어 왔다.

이러한 기존 공동주택의 바닥충격음 차단성능은 현행 바닥충격음 차단성능 기준을 크게 초과하 고 있는 것으로 나타났으며, 이러한 열악한 바닥 충격음 차단성능은 살인 사건 등 심각한 사회적 문제를 야기 시키고 있다. 따라서, 150 mm 이하 얇은 슬래브를 갖는 기존 공동주택(리모델링 시) 에서의 바닥충격음 저감기술 개발이 절실히 필 요한 상황이다. 이 글에서는 기존 공동주택의 바 닥충격음 차단성능 현황과 슬래브 및 천장 보강

등의 바닥충격음 저감기술을 제안하고자 한다.

2. 기존 공동주택의 바닥충격음 성능 현황

기존 공동주택의 바닥충격음 현황과 슬래브의 단면 형태를 알아보기 위하여, 슬래브 두께가 100 mm~150 mm 사이의 재건축 대상 공동주택을 활용하여 성능을 평가하였다. 100 mm 슬래브 공 동주택 14세대, 135 mm 슬래브 공동주택 30세대, 150 mm 슬래브 공동주택 30세대의 결과를 살펴 보면 다음과 같다.

평가 결과 100 mm 슬래브 내외에서는 중량충 격음이 최대 64 dB(뱅머신), 135 mm 슬래브에서 는 최대 59 dB, 150 mm 슬래브에서는 최대 58 dB 의 값을 보였다. 그림 2는 100 mm 슬래브의 각 세 대에서의 뱅머신, 임팩트볼, 탭핑머신을 가진하 였을 때 발생한 바닥충격음 현황을 보여주고 있 다. 현황을 보면, 절대값 자체가 높은 특징이외에

* E-mail : lbk@daelim.co.kr, jk-ryu@poscoenc.com / Tel : (031)368-4980

기존 공동주택 바닥충격음 현황

저감기술

이병권*, 류종관**

(*대림산업, **포스코건설)

특집특집

공동주택공간맞춤형 소음저감기술

그림 1 기존 공동주택 바닥충격음 측정 및 슬래브 코어링

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특집: 공동주택공간맞춤형소음저감기술

도 세대별로 같은 동, 같은 평면임에도 불구하고 성능편차가 큰 특징을 갖고 있다. 경량충격음의 경우에는 바닥 마감재의 종류에 따라 편차가 발 생하였으나, 중량충격음의 편차 요인은 슬래브 의 품질 및 슬래브 상부층의 품질 편차가 심하였 기 때문으로 판단된다. 이러한 특징은 슬래브 두 께가 두꺼워지면서 감소되는 현상으로 건설 시 점이 최근에 가까울수록 품질관리가 과거에 비 해 잘 이루어졌기 때문인 것으로 판단된다.

그림 3은 위의 기존 기존주택(100 mm 슬래브) 7세대에서 중량충격원(bang machine)을 이용해 측정한 부위별 진동가속도레벨 주파수 특성(1 세대) 및 바닥(천장)과 벽체 공진주파수의 관계

를 나타내고 있다. 측정대상 공동주택은 천장마 감 없이 상부 슬래브 표면에 벽지마감을 한 상 태였다. 그림 3에서와 같이 상부층 바닥가진에 의한 바닥(천장)과 벽체의 공진주파수는 거의 일치하는 것으로 나타났으며 약 0.8 이상의 높은 상관관계를 나타내었다. 상부층 가진(bang machine)에 의한 하부층 벽체의 진동가속도 레 벨은 바닥(천장)의 레벨 대비 평균 약 12 dB 낮 은 것으로 측정되었으며, 바닥 대비 평균 약 70

% 수준인 것으로 조사되었다. 또한, 벽체 구조 (벽체-1: 조적조, 벽체-2: 조적+석고보드) 에 따 라 공진주파수 및 진동가속도레벨 차원에서 벽 체와 바닥부위와의 상관성은 다소 차이가 있는 것으로 나타났다.

3. 바닥슬래브 보강 공법의 종류

기존 주택에서 바닥충격음을 저감하기 위해 서 사용될 수 있는 방법 중 하나가 바닥슬래브 의 강성을 보강하는 방법이다. 단면을 증가시키 는 방법이외에도 다음과 같은 다양한 방법을 통 해 슬래브의 강성을 보강할 수 있다. 단, 층고를 고려하여 각각의 방법을 수정하여 적용할 필요 가 있다.

그림 3 부위별 진동가속도레벨 주파수특성[좌] 및 바닥(천장)과 벽체 공진주파수 관계[우]; 중량충격원(bang machine) 가진 결과

0 50 100 150 200 10 20 30

주파수[Hz] 바닥 공진주파수[Hz]

진동가속도레벨[dB]

60

50

40

30

20

10

30

25

20

15

10

그림 2 100 mm 슬래브의 바닥충격음 성능

바닥(천장)

벽-1

벽-2

벽체공진주파수[Hz]

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특집: 공동주택공간맞춤형소음저감기술 3.1 단면증설공법

(1) 강재증설공법

내력이 손상된 구조물 주요부위 표면에 강재 등을 부착하여 보강하는 방법이다. 슬래브 하부 에 강재봉을 증설하여 슬래브의 지지거리를 감 소시켜 휨모멘트와 처짐을 감소시키거나, 기둥 에 지지대를 증설하여 기둥의 강성을 증가시켜 지지력을 향상시키는 방법이 있다.

(2) 콘크리트증설타공법

콘크리트 일부 내력이 손상되었거나 타설 불량 혹은 다른 시공요인에 의해 철근이 노출되어 콘 크리트와 부착성능을 기대하기 힘든 경우 또는 단면자체가 작게 설계되어 있어 단면을 증대시 킬 필요가 있는 경우에 사용한다. 처짐이 과도하 여 사용성에 문제가 있는 보 및 슬래브나 직압력 에 대한 내력이 부족한 기둥을 보강할 때 주로 사 용되며, 신규 콘크리트와 기존 콘크리트 간의 접 착을 위해 스터드볼트나 신 구 콘크리트 접착 제 등을 사용하기도 한다.

3.2 섬유쉬트보강공법

섬유쉬트보강공법은 보강을 요하는 기존 철근

콘크리트 구조물의 슬래브 밑면, 보의 밑면과 측 면, 기둥 등에 탄소섬유쉬트를 에폭시 수지로 함 침 적층하여 기존 구조물에 접착 일체화시켜 내 하력을 증대시키는 보강공법이다. 탄소섬유는 역청에서 추출한 신소재로 인장강도는 철의 10 배, 비중은 철의 1/5로 알루미늄보다 가벼우며, 탄성률은 철과 비슷하다. 또한, 내식성, 내산성, 내알카리성, 내염성이 우수하고, 고강도 및 고탄 성을 지닌 경량의 소재이기 때문에 중량증가나 형상변화가 거의 없으며 미관을 해칠 우려가 없 으므로 좁은 공간에서도 시공할 수 있는 장점이 있다.

3.3 강판보강공법

강판보강공법은 노후화 또는 부실 시공된 콘크 리트 구조물에 내하력을 향상시킬 목적으로 상 판, 보, 기둥, 벽체 등 철근콘크리트 면에 steel plate, H-beam을 이용하여 일체화시킴으로서 내 하력을 증강시키는 보강공법이다. 콘크리트 부 재의 인장측 외면에 강판을 에폭시 계통의 접착 제로 접착하여 기존의 콘크리트와 강판을 일체 화시킴으로서 강판에 의한 단면 보강효과는 물 론 콘크리트의 열화 및 철근의 부식방지 효과를

그림 4 섬유쉬트보강공법

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특집: 공동주택공간맞춤형소음저감기술

기대할 수 있는 공법이다.

3.4 강연선 매입공법

보강하고자 하는 부재의 주근방향 피복 콘크리 트를 V-컷팅하여 홈을 파낸 후 강연선을 매입하 고 내화폴리머몰탈을 충진하여 보강하는 내화 보강공법이다. 기존 부재에 외적 프리스트레싱 을 부여함으로써 부재에 발생하고 있는 인장응 력을 감소시키고 균열을 복귀시킬 뿐만 아니라 압축응력을 부여하여 휨모멘트, 전단력, 축력을 증가시켜 구조물의 내력 및 강성의 증가 등을 기 대할 수 있는 공법이다.

4. 천장 보강공법

4.1 일반 천장의 문제점

상부층 슬래브에서 방사된 바닥충격음은 바닥

과 천장사이의 공기층과 천장달대의 영향으로 증폭현상이 발생하며 그 크기는 공기층에 의한 영향이 큰 것으로 알려졌다. 기존 바닥충격음에 대한 천장의 영향관련 연구결과, 공기층이 190~200 mm 일 경우 최대 증폭량을 나타났으며 공기층이 200 mm보다 작아지거나 커질 경우 천 장에 의한 증폭량이 감소하는 것으로 나타났다.

천장공기층의 흡음재를 추가할 경우에는 63 Hz 대역에서 바닥충격음 저감효과는 미미하였으나 125 Hz 대역 이상에서는 바닥충격음 저감효과가 큰 것으로 나타났다.

4.2 통기성 천장공법

공동주택의 천장 상부 공기층의 air-spring 효과 감쇠에 의한 중량충격음 저감을 유도하고 저주 파 공진현상을 제어하기 위해 제안된 통기성 천 장공법(타공 우물천장 및 측면몰딩)과 천장상부 흡음재를 조합한 천장공법을 제안하고자 한다.

통기성 천장공법은 그림 7과 같이 천장 상부 공 기층이 하부 실내로 원활히 유동할 수 있도록 하 고 궁극적으로 천장 공기층의 air-spring 작용을 방지하기 위해 벽면 몰딩재와 우물천장 측부재

그림 5 강판보강공법

그림 6 강연선 매입공법

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특집: 공동주택공간맞춤형소음저감기술

를 타공(타공지름 10 mm, 타공간격 15 mm, 타공 부 방충망 부착)한 부재를 사용하였다. 또한, 중 저주파수 대역의 부가적인 바닥충격음 저감을 위해 천장 상부의 흡음재를 설치하였다.

통기성 천장공법의 바닥충격음 저감효과를 확

인하기 위해 바닥충격음 실험동(슬래브 두께: 180 mm, 바닥마감: 완충재 30 mm+경량기포 40 mm+

마감몰탈 40 mm)에서 일반천장(공기층 200 mm, 석고보드 9.5 mm 1겹)과 비교 실험을 진행하였다.

그림 7은 중량충격원인 bang machine 가진에 의 한 각 실험대상의 바닥충격음 주파수 특성을 나 타내고 있다. 뜬바닥구조의 하층부에 공기층 200 mm의 일반 천장을 설치할 경우 단일수치량이 4 dB 저하 하였으며, 특히 63 Hz 대역에서 2.6 dB, 125 Hz 대역에서는 5.2 dB 저하하는 것으로 나타 났다. 이는 하부층 천장의 air-spring 작용에 의해 공진이 발생하여 해당 주파수 대역에서 성능이 악화되고 있음을 알 수 있다.

뜬바닥 구조의 하부층에 air-spring 작용을 방지 할 수 있는 통기성 천장을 설치한 경우 일반천장 과 대비하여 63 Hz 대역은 1.4 dB 개선되어 공진 현상이 줄어든 것으로 나타났으며, 125 Hz 이상 대역에서는 최대 4.2 dB까지 개선되는 것으로 나 타났다. 최종적으로 흡음재를 포함한 통기성 천 장공법을 시공한 경우 현재 공동주택에서 일반 적으로 시공되는 천장구조에 비해 단일평가수치 량 3 dB를 개선시켜 바닥충격음 차단성능등급 1 개 등급을 상향시킬 수 있는 수준으로 나타났다.

5. 맺음말

이 글에서는 기존 주택의 바닥충격음 차단성능 현황과 저감기술에 대해서 알아보았다. 살인 사 건 등 지속적으로 발생되는 층간소음에 의한 사 회적 문제는 대부분 150 mm 이하 얇은 슬래브를 갖는 기존 주택에서 발생되고 있다. 따라서, 기존 공동주택의 층간소음 문제를 해결하기 위한 정 부의 제도적, 사회적 대안뿐만 아니라 기술적인 대안이 절실히 필요로 할 것이다. 현재 진행되고 있는‘주거복지 구현을 위한 생활밀착형 공동주 택 성능 향상 기술개발(국토교통부 지원 연구과 제)’을 통해 기존 공동주택의 슬래브, 벽체 및 천 장 보강 등 바닥충격음 저감기술을 지속적으로 개발 할 계획이다.

그림 7 통기성 천장공법 개요

그림 8 바닥충격음 주파수 특성(중량충격음:bang

machine);괄호안에 숫자는 단일평가지수(역A

값)를 나타냄

참조

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