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학위논문
저자정보

연준오 (서울시립대학교, 서울市立大學校)

지도교수
金明俊
발행연도
2019
저작권
서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수58

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이 논문의 연구 히스토리 (28)

초록· 키워드

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우리나라 공동주택의 거주 비율은 꾸준히 상승하여 2017년 기준 전체 주거 형태의 약 60 % 이상을 차지하고 있다. 공동주택 거주자간의 상하층 층간소음 문제로 비롯되는 분쟁과 민원건수 역시 증가하여 심각한 사회문제로 대두되었으며 이를 해결하기 위해 정부, 대학, 연구기관에서 다각적인 연구가 이루어지고 있다. 공동주택 거주자들, 특히 초등학생 이하 어린아이와 함께 거주하는 세대에서는 층간소음으로 초래되는 인접 세대 간 불편함을 줄이기 위해 바닥충격음을 저감하기 위한 다양한 노력을 기울이고 있다.
공동주택 거주자 차원에서 충격이 가해지는 부위에 Vinyl, 마루 표면마감재 및 매트류 마감재를 적용하는 것은 거주자 충격력(음)을 저감하는 주요한 대책의 하나로 알려져 있다. 하지만 다양한 표면마감재 설치를 통한 중량충격음 특히, 거주자 충격력 저감성능에 대한 측정이나 이를 평가하기 위한 적합한 기준은 매우 부족한 실정이다.

이에 본 논문은 다양한 바닥 표면마감재의 저감성능을 측정하고 평가하기 위하여 연구되었으며 거주자 충격력을 모사한 표준중량충격력 특성 2인 고무공 충격원에 대한 실험, 분석을 진행하였다. 또 실험실, 공동주택의 다양한 실험조건과 바닥구조를 대상으로 충격음 저감량을 평가 하였다.
본 연구의 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 중량충격음에 대한 바닥 표면마감재 저감성능 평가를 위하여 공동주택에서 발생하는 다양한 거주자 생활 행위를 분류하고 각각의 충격력(음)을 평가한 결과 어린이가 일정높이에서 뛰어내리기를 할 경우 발생되는 충격력은 약 1000 N ~ 1400 N으로 분석되었다. 또한, 어른들 일반 보행 시 500 N ~ 1200 N, 거주자 생활행위 중 대표적인 달리기 시 발생되는 충격력은 약 1100 N으로 나타났다. 실제 거주자 행위 시 발생하는 충격력을 재현하기 위하여 표준중량충격력 특성 2인 고무공에 대하여 가진원으로서 낙하 높이별 충격력, 지속시간 등 특징에 대한 실험·분석 결과 거주자의 생활 행위 시 발생하는 충격력(1100 N)과 충격력의 지속시간(0.2 sec)은 고무공 낙하 높이 40 cm 가진 시와 가장 유사하였다.

2) 잔향실에서의 Vinyl, 마루계열의 경량충격음 저감량은 최대 20 dB (△LW)로 계측되었다. 고무공 낙하높이 100 cm의 중량충격음 저감성능 결과 단일수치평가량이 최대 2 dB의 성능이 확보되었으며 일정 주파수 대역에서는 다소 증폭되는 결과가 나타났다. 잔향실에서의 매트류 마감재 중 PE 소재 50 mm의 매트류를 설치할 경우 고무공 낙하높이 100 cm 가진 시 단일수치평가량이 최대 13 dB, 고무공 낙하높이 40 cm 가진 시 최대 10 dB의 저감성능을 확보하는 것으로 나타났다. 또한, PU 소재 50 mm 매트류 표면마감재를 설치할 경우 고무공 낙하높이 100 cm 가진 시 최대 6 dB, 고무공 낙하높이 40 cm 가진 시 최대 5 dB의 저감성능을 확보하는 것으로 나타났다.

3) 차음실험실 상부 바닥충격음 저감량 실험공간에서 경량충격음 저감량은 최대 19 dB(△LW)의 결과가 도출되었으며 고주파수 대역으로 갈수록 충격음 저감성능은 증가하는 것으로 나타났다. 중량충격음 고무공 낙하높이 100 cm의 경우 Vinyl 바닥 표면마감재 설치 시 저감량은 없는 것으로 나타났다. 거주자 충격력과 유사한 고무공 낙하높이 40 cm의 경우 Vinyl 바닥 표면마감재 6.0 mm 설치 시 단일수치평가량이 최대 2 dB 저감되는 것으로 계측되었다.

4)공동주택 Bare slab 바닥구조 대상 경량충격음 저감성능은 실험실과 유사하게 고주파수 대역으로 갈수록 충격음 저감성능은 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 중량충격음 고무공 낙하높이 100 cm 가진 시 저감성능 효과는 단일수치평가량이 최대 1 dB로 나타났다. 고무공 낙하높이 100 cm와 고무공 낙하높이 40 cm의 경우 PE 소재 50 mm 매트류 마감재 설치 시 최대 8 dB로 동일한 저감성능을 확보하는 것으로 나타났다. 고무공 낙하높이 40 cm로 측정한 결과 충격음 저감성능 인지 dB 레벨은 PE 소재 20 mm 설치 후부터 125 Hz, 250 Hz 대역에서 3 dB 이상을 확보하는 것으로 나타났다.

5) Bare slab 상부에 다양한 바닥구조로 구성되고 고무공 낙하높이 40 cm (거주자 충격력) 가진 할 때 매트류 마감재 설치 시 저감성능 결과 일반적인 습식구조(Type1)에서 PE 소재 40 mm 이상에서 단일수치평가량이 최대 5 dB 이상 저감되는 것으로 나타났다. 충격음 저감성능 인지 레벨은 PE 소재 30 mm 이상 설치 시 125 Hz, 250 Hz에서 3 dB 이상 확보되는 것으로 나타났다. 반건식 바닥구조(Type2)에서는 PE 소재 40 mm 이상 설치 시 단일수치평가량이 최대 3 dB 이상 저감되는 것으로 나타났으며 소음저감 인지 레벨은 PE 소재 20 mm 이상부터 확보되는 것으로 나타났다. 반면, 이중완충 바닥구조(Type3)에서는 단일수치평가량이 최대 2 dB 확보하는 것으로 나타났으며 소음저감 인지 레벨의 경우 125 Hz, 250 Hz 대역에서 3 dB 확보하는 매트류 마감재는 없었다.

향후 실험실, 공동주택 (바닥충격음 실험동) 바닥 표면마감재를 대상으로 한 정확한 측정 및 방법에 대하여 고시, KS 규격 등 제정을 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 이러한 규격을 범용화 함으로써 바닥 표면마감재 개발자는 정확한 저감량 제시가 가능할 것이며 이용자 중심에서는 실제 거주자 충격력(음) 저감에 있어 활용범위가 넓어질 것으로 사료된다.

목차

목 차
표 목차 ⅳ
그림 목차 ⅵ
1. 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.1.1 사회적 배경 1
1.1.2 기술적 배경 7
1.2 연구의 내용 및 범위 11
2. 관련이론 및 기존연구 고찰 18
2.1 한국의 공동주택 18
2.1.1 온돌바닥구조 특징 18
2.1.2 바닥구조 레이어별 특징 20
2.1.3 공동주택 소음전달 특성 25
2.2 바닥충격음 측정 및 평가 28
2.2.1 표준 충격원 특징 28
2.2.2 KS F 2865에 의한 바닥 표면마감재 저감량 실험실 측정 33
2.2.3 바닥충격음 규제기준 및 특징 36
2.3 바닥충격음 저감 기술 38
2.3.1 바닥충격음 관련 연구 38
2.3.2 바닥 표면마감재를 통한 바닥충격음 방지 기술 43
2.3.3 바닥충격음 발생 시 주파수 대역별 저감량 인지 범위 45
3. 생활 행위에 따른 거주자 충격력 특성 실험·분석 47
3.1 공동주택 내에서의 거주자 실생활 행위 범위 47
3.1.1 거주자 실생활 행위 47
3.1.2 거주자 실생활 행위에 따른 충격력 특성 49
3.2 거주자 충격력을 모사한 고무공 특성 실험·분석 56
3.2.1 거주자 실생활 행위와 고무공의 충격력 특성 비교 56
3.3 바닥 표면마감재의 충격음 저감성능 59
3.3.1 바닥 표면마감재 설치 시 고무공 충격력에 따른 저감성능 59
3.3.2 Mock-up 바닥구조 대상 바닥 표면마감재 충격력 저감성능 65
3.3.3 EPS 완충재가 삽입된 구조의 충격력 및 폭로레벨 67
3.3.4 EVA 완충재가 삽입된 구조의 충격력 및 폭로레벨 71
4. 실험실에서의 충격력에 따른 표면마감재 충격음 저감성능 평가 75
4.1 잔향실을 활용한 바닥 표면마감재 저감성능 75
4.1.1 경량 바닥충격음 저감성능 77
4.1.2 중량(고무공)바닥충격음 저감성능 79
4.2 차음실험동을 활용한 표면마감재 저감성능 83
4.2.1 경량 바닥충격음 저감성능 86
4.2.2 중량 및 거주자 충격력 저감성능 89
4.3 PE, PU 소재 매트류 마감재의 물성 특성 94
5. 공동주택 바닥구조에 따른 표면마감재 충격음 저감성능 평가 99
5.1 Bare slab 바닥 표면마감재 충격음 저감성능 100
5.1.1 Vinyl 바닥 표면마감재의 충격음 저감성능 100
5.1.2 매트류 마감재의 충격음 저감성능 104
5.2 다양한 바닥구조 대상 매트류 마감재의 충격음 저감성능 108
5.2.1 습식 바닥구조에서의 충격음 저감성능 111
5.2.2 반건식 바닥구조에서의 충격음 저감성능 113
5.2.3 이중완충 바닥구조에서의 충격음 저감성능 115
5.2.4 거주자 충격력(고무공 낙하 높이 40 cm)가진 활용범위에 대한 검증 117
5.3 거주자 충격력 저감량에 대한 주파수 특성 분석 119
5.3.1 실험실에서의 거주자 충격력 저감량 주파수 대역별 특성 120
5.3.2 공동주택에서 거주자 충격력 저감량 주파수 대역별 특성 124
6. 결 론 130
참고문헌 134
1. 국내문헌 134
2. 국외문헌 141
Abstract 143
표 목차
<표 1-1> 바닥 표면마감재 활용 범위 및 측정 조건 15
<표 2-1> Vinyl, 마루계열 바닥 표면마감재의 특징 23
<표 2-2> 공기전달음과 고체전달음 특징 27
<표 2-3> 진동과 고체전달음 특징 27
<표 2-4> 옥타브 밴드 충격력 폭로레벨과 허용편차 (뱅머신) 31
<표 2-5> 옥타브 밴드 충격력 폭로레벨과 허용편차 (고무공) 32
<표 2-6> 중량충격원(뱅머신/고무공)재원비교 32
<표 2-7> 국내에서 사용되는 바닥충격음 등급기준 37
<표 3-1> 층간소음 행위 분류 48
<표 3-2> 중량충격음의 실생활 행위 대상 측정조건 50
<표 3-3> 충격력 측정대상 표면마감재 종류 59
<표 3-4> 표면마감재 설치에 따른 충격력 62
<표 4-1> 측정 대상 Vinyl 및 마루계열 바닥 표면마감재 시료 76
<표 4-2> 측정 대상 매트류 표면마감재 시료 77
<표 4-3> 측정 대상 Vinyl 및 마루 계열 바닥 표면마감재 시료 86
<표 4-4> 매트류 표면마감재 PE, PU 소재 물성 95
<표 5-1> 측정 대상 Vinyl 바닥 표면마감재 시료 101
<표 5-2> 매트류 표면마감재 시료 104
<표 5-3> PE, PU 소재 매트류 표면마감재 시료 110
<표 5-4> 복합 매트류 표면마감재 시료 111
<표 5-5> 잔향실에서의 주파수 대역별 저감성능 120
<표 5-6> 실험동 150 mm 슬래브 상부에서의 주파수 대역별 저감성능 121
<표 5-7> 차음실험동에서의 주파수 대역별 저감성능(EPS 완충재 삽입) 123
<표 5-8> 차음실험동에서의 주파수 대역별 저감성능(EVA 완충재 삽입) 123
<표 5-9> 공동주택 Bare slab에서의 주파수 대역별 저감성능 124
<표 5-10> 공동주택 Type 1 바닥구조에서의 주파수 대역별 저감성능 126
<표 5-11> 공동주택 Type 2 바닥구조에서의 주파수 대역별 저감성능 127
<표 5-12> 공동주택 Type 3 바닥구조에서의 주파수 대역별 저감성능 129
그림 목차
[그림 1-1] 바닥충격음 민원 및 현장진단 발생 현황 1
[그림 1-2] 국내 바닥충격음 관련 법 개정 흐름도 3
[그림 1-3] 층간소음 유발 방지 노력 6
[그림 1-4] 바람직한 층간소음 해결 방법 6
[그림 1-5] 바닥 매트류 표면마감재의 구매고려 이유 7
[그림 1-6] 연구 범위 및 흐름도 14
[그림 2-1] 국내 온수온돌 구조 18
[그림 2-2] 온수 배관 시공 19
[그림 2-3] 표면마감재 종류 23
[그림 2-4] 공동주택 천장구조 24
[그림 2-5] 공동주택 매트 종류 25
[그림 2-6] 경량충격원 (Tapping machine) 28
[그림 2-7] 표준중량충격력 특성 1_뱅머신 (Bang machine) 30
[그림 2-8] 표준중량충격력 특성 2_고무공 (Rubber ball) 31
[그림 2-9] 바닥 표면마감재 측정 실험실 조건 33
[그림 2-10] 바닥 표면마감재 상부 경량충격음 가진 위치 34
[그림 2-11] 경량 및 중량 바닥충격음 차단성능 평가곡선 37
[그림 3-1] 공동주택 바닥충격음 행위 49
[그림 3-2] 충격력 측정 장비 상세도 (PF-10) 50
[그림 3-3] 공동주택 거주자 실생활 행위 충격력 측정 장면 51
[그림 3-4] 실생활 행위에 다른 충격력 및 지속시간 52
[그림 3-5] 어린이 뛰어내릴 때 충격력 53
[그림 3-6] 어린이 달릴 때 충격력 54
[그림 3-7] 성인 보행 시 충격력 54
[그림 3-8] 물건 낙하 시 충격력 및 폭로레벨 55
[그림 3-9] 고무공 낙하 높이별 충격력 및 폭로레벨 측정 57
[그림 3-10] 고무공 낙하 높이별 충격력 및 폭로레벨 58
[그림 3-11] 실생활 행위와 고무공 낙하 높이 40 cm 충격력 비교 58
[그림 3-12] 바닥 표면마감재 설치 후 충격력 및 폭로레벨 측정 60
[그림 3-13] 고무공 낙하 높이 100 cm 충격력 62
[그림 3-14] 고무공 낙하 높이 40 cm 충격력 63
[그림 3-15] 고무공 낙하 높이 100 cm 폭로레벨 63
[그림 3-16] 고무공 낙하 높이 40 cm 폭로레벨 64
[그림 3-17] 표면마감재 설치 후 성인 보행 시 충격력 65
[그림 3-18] Mock-up 구조 대상 표면마감재 설치 후 충격력 및 폭로레벨 측정 (100 cm) 66
[그림 3-19] Mock-up 구조 대상 표면마감재 설치 후 충격력 및 폭로레벨 측정 (40 cm) 66
[그림 3-20] EPS 구조 상부 표면마감재 설치 후 고무공 충격력 (100cm) 68
[그림 3-21] EPS 구조 상부 표면마감재 설치 후 고무공 충격력 (40cm) 68
[그림 3-22] EPS 구조 상부 고무공 충격력 주파수 특성 (100cm) 70
[그림 3-23] EPS 구조 상부 고무공 충격력 주파수 특성 (40cm) 70
[그림 3-24] EVA 구조 상부 표면마감재 설치 후 고무공 충격력 (100cm) 72
[그림 3-25] EVA 구조 상부 표면마감재 설치 후 고무공 충격력 (40cm) 72
[그림 3-26] EVA 구조 상부 고무공 충격력 주파수 특성 (100cm) 73
[그림 3-27] EVA 구조 상부 고무공 충격력 주파수 특성 (40cm) 74
[그림 4-1] 표면마감재 충격음 저감량 실험실 (잔향실) 76
[그림 4-2] 표면마감재 충격음 저감량 측정장면 (잔향실) 76
[그림 4-3] 표면마감재 경량충격음 저감량 (잔향실) 78
[그림 4-4] Vinyl 표면마감재 단면 형상 (마이크로 현미경 관찰) 78
[그림 4-5] 중량충격음 (고무공 낙하 높이 100 cm)_(잔향실) 79
[그림 4-6] 중량충격음 저감성능 (고무공 낙하 높이 100 cm)_(잔향실) 80
[그림 4-7] 중량충격음 저감성능 (고무공 낙하 높이 40 cm)_(잔향실) 81
[그림 4-8] 중량충격음 저감성능 (고무공 낙하 높이 100 cm)_(잔향실) 81
[그림 4-9] 중량충격음 저감성능 (고무공 낙하 높이 40 cm)_(잔향실) 82
[그림 4-10] 차음실험동 (상부 바닥충격음 실험공간) 84
[그림 4-11] 차음실험동 평면도 (상부 바닥충격음 실험공간) 84
[그림 4-12] 차음실험동 바닥구조 (바닥충격음 실험공간) 85
[그림 4-13] 경량충격음 저감량 (Slab 150 mm) 87
[그림 4-14] 경량충격음 저감량 (Slab 180 mm+EPS+Concrete 50 mm) 88
[그림 4-15] 경량충격음 저감량 (Slab 180 mm+EVA+Concrete 50 mm) 89
[그림 4-16] 고무공 낙하 높이 100 cm (slab 150 mm) 90
[그림 4-17] 고무공 낙하 높이 40 cm (slab 150 mm) 90
[그림 4-18] 고무공 낙하 높이 100 cm (slab 180 mm+EPS+Concrete 50 mm) 91
[그림 4-19] 고무공 낙하 높이 40 cm (slab 180 mm+EPS+Concrete 50 mm) 92
[그림 4-20] 고무공 낙하 높이 100 cm (slab 180 mm+EVA+Concrete 50 mm) 93
[그림 4-21] 고무공낙하 높이 40 cm (slab 180 mm+EVA+Concrete 50 mm) 93
[그림 4-22] 매트류 마감재 하중분포(좌:집중하중, 우:분포하중) 95
[그림 4-23] 매트류 마감재에 응력이 가해질 때 응력과 변형률 관계 96
[그림 4-24] PE, PU 매트류 마감재에 충격음 에너지 전달량 97
[그림 4-25] 매트류 표면마감재 (상:PE, 하:PU)사진 97
[그림 4-26] 매트류 표면마감재 (PE, PU)물성 측정 장면 98
[그림 5-1] 공동주택 평면 (거실) 100
[그림 5-2] 공동주택 Bare slab 단면도 101
[그림 5-3] Bare slab 경량 충격음 저감성능 102
[그림 5-4] Bare slab 중량충격음 저감성능 (뱅머신) 103
[그림 5-5] Bare slab 중량충격음 저감성능 (고무공) 103
[그림 5-6] 고무공 낙하 높이 100 cm (공동주택 slab 210 mm) 105
[그림 5-7] 고무공 낙하 높이 40 cm (공동주택 slab 210 mm) 106
[그림 5-8] 고무공 낙하 높이 100 cm (공동주택 slab 210 mm) 107
[그림 5-9] 고무공 낙하 높이 40 cm (공동주택 slab 210 mm) 108
[그림 5-10] TYPE 1 바닥구조 단면도 (습식 바닥구조) 109
[그림 5-11] TYPE 2 바닥구조 단면도 (반건식 바닥구조) 109
[그림 5-12] TYPE 3 바닥구조 단면도 (이중완충 바닥구조) 110
[그림 5-13] 고무공 낙하 높이 100 cm (Type 1 공동주택 바닥구조) 112
[그림 5-14] 고무공 낙하 높이 40 cm (Type 1 공동주택 바닥구조) 113
[그림 5-15] 고무공 낙하 높이 100 cm (Type 2 공동주택 바닥구조) 114
[그림 5-16] 고무공 낙하 높이 40 cm (Type 2 공동주택 바닥구조) 114
[그림 5-17] 고무공 낙하 높이 100 cm (Type 3 공동주택 바닥구조) 116
[그림 5-18] 고무공 낙하 높이 40 cm (Type 3 공동주택 바닥구조) 116
[그림 5-19] 고무공 낙하 높이 40 cm 주파수별 저감량 추이 분석 118
[그림 5-20] 고무공 낙하 높이 100 cm 주파수별 저감량 추이 분석 118
[그림 5-21] 공동주택 Bare slab 충격음 저감성능 인지 dB 범위 125
[그림 5-22] 공동주택 Type 1 바닥구조 충격음 저감성능 인지 dB 범위 126
[그림 5-23] 공동주택 Type 2 바닥구조 충격음 저감성능 인지 dB 범위 128
[그림 5-24] 공동주택 Type 3 바닥구조 충격음 저감성능 인지 dB 범위 129

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