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Executive Summary
목차
제1장 서론 22
1. 연구의 필요성 22
2. 연구목표 및 연구내용 24
2.1. 최종목표 24
2.2. 연차별 연구목표 및 내용 25
제2장 기술현황 28
1. 연구동향 28
1.1. 충격음 진동 및 소음 해석분야 28
1.2. 완충재 특성 및 중량충격음 성능실험관련 29
1.3. 기술개발 동향 30
2. 국·내외 기술표준 32
3. 시장분석 35
제3장 고성능 바닥충격음 저감 바닥구조 개발 36
1. 바닥충격음 저감용 무기완충재 36
1.1. 무기완충재 제조 36
1.2. 바닥충격음 저감특성 41
2. 바닥충격음 저감용 타설형 완충재 46
2.1. 타설형 완충재 제조 46
2.2. 타설형 완충재 최적 배합설계 도출 48
2.3. 바닥충격음 저감특성 55
3. 온돌층 분절 시스템 59
3.1. 개요 59
3.2. 해석모델 60
3.3. 바닥충격음 저감특성 65
4. 소결 70
제4장 층간소음저감형 바닥구조시스템 개발 71
1. 기존 바닥구조시스템 현황 71
1.1. 평면 조사 71
1.2. 슬래브 구조기준 75
2. 구조시스템 성능평가 86
2.1. 밴드빔을 사용한 구조시스템 성능검토 86
2.2. 층간소음저감형 구조시스템 성능검토 92
2.3. 밴드빔을 사용한 골조의 접합부 성능분석 114
3. 구조시스템 경제성평가 121
3.1. 밴드빔을 적용한 구조시스템 경제성평가 121
3.2. 층간소음저감형 구조시스템 경제성평가 128
4. 바닥구조시스템 요소기술 135
4.1. 중공슬래브 135
4.2. 진동차단재 140
4.3. 부력방지장치 142
5. 층간소음저감형 바닥슬래브 해석 및 설계방법 144
6. 소결 158
제5장 바닥구조시스템 진동·소음 성능 평가 159
1. 개요 159
2. 단스팬 실험체 161
2.1. 실험체 설계 161
2.2. 단스팬 실험체의 진동·소음성능 169
2.3. 실험결과 분석 177
3. 다스팬 실험체 183
3.1. 실험체 설계 183
3.2. 다스팬 실험체의 진동·소음 성능 186
3.3. 실험결과 분석 177
4. 소결 203
제6장 바닥충격음 수치해석 205
1. 표준중량충격원의 수치해석모델 205
2. 바닥충격음 진동·소음 예측 해석기술개발 208
2.1. 진동·소음 해석 모델링 소프트웨어 208
2.2. 소음영향인자 분석 209
2.3. FRF를 이용한 소음성능예측 214
3. 현장측정을 통한 데이터 수집 220
4. 소결 224
제7장 결론 225
참고문헌 227
서지자료 229
Bibliographic Data 230
판권기 231
표 2.1. 국내 기술표준 32
표 2.2. 국외 기술표준(ISO) 34
표 3.1. 무기완충재 제조 실험계획 36
표 3.2. 분말결합재 화학적 구성 36
표 3.3. 액상결합재의 물리적 특성 및 화학조성 37
표 3.4. 실험 방법 38
표 3.5. 무기완충재 물리적 특성 실험결과 39
표 3.6. 무기완충재를 이용한 바닥충격음 실험계획 41
표 3.7. 소음측정결과 (Impact ball) 43
표 3.8. 소음측정결과 (Bang machine) 44
표 3.9. 타설형 완충재 배합재료 특성 46
표 3.10. 아크릴 폴리머 레진 물리적 특성 47
표 3.11. 플라이 애쉬 특성 47
표 3.12. 무수석고 특성 47
표 3.13. 실리카 파우더 특성 47
표 3.14. EPS Beads 특성 47
표 3.15. 타설형 완충재 실험계획 48
표 3.16. 타설형 완충재 1차 실험배합 48
표 3.17. 타설형 완충재 2차 실험배합 49
표 3.18. 타설형 완충재 3차 실험배합 49
표 3.19. 물리적 특성 측정방법 51
표 3.20. 물리적 특성 측정결과 54
표 3.21. 타설형 완충재를 이용한 바닥충격음 실험계획 55
표 3.22. 타설형 완충재를 이용한 바닥충격음 실험 배합 55
표 3.23. 바닥충격음 측정결과 58
표 3.24. 모르타르층과 분절층의 물리적 특성 61
표 3.25. 분절시스템을 이용한 바닥충격음 실험계획 65
표 3.26. 분절시스템을 이용한 바닥충격음 실험내용 66
표 3.27. 분절시스템을 이용한 바닥충격음 실험결과(1) 68
표 3.28. 분절시스템을 이용한 바닥충격음 실험결과(2) 68
표 3.29. 단일 평가 결과 값 69
표 4.1. 공동주택 주요실의 면적별 모듈 평균 71
표 4.2. 조사대상 아파트의 면적별 실모듈 72
표 4.3. 처짐을 계산하지 않는 경우의 보 또는 1방향 슬래브의 최소 두께 75
표 4.4. 내부에 보가 없는 슬래브의 최소두께 76
표 4.5. 벽식구조 평형별 슬래브 소요두께 77
표 4.6. 벽식구조 및 보-기둥식 아파트 층고 구성 77
표 4.7. 슬래브 응력검토 결과(거실) 79
표 4.8. 바닥구조시스템에 따른 주요부재단면 83
표 4.9. 벽식 및 혼합식구조의 해석조건 83
표 4.10. 대안구조시스템 해석 결과 85
표 4.11. 구조 시스템별 특성 89
표 4.12. 구조 시스템별 성능비교 92
표 4.13. 지진력 저항시스템 비교표 94
표 4.14. 구조시스템별 성능 99
표 4.15. 구조시스템별 특성 비교 101
표 4.16. 구조해석 결과 비교 104
표 4.17. 전단력 분담률 - 밴드빔 혼합구조 109
표 4.18. 층간변위 - 벽식구조 110
표 4.19. 층간변위 - 밴드빔 혼합구조 111
표 4.20. 기둥 위치별 전단보강계수 117
표 4.21. 구조시스템별 물량산출 121
표 4.22. 구조시스템별 공사비 산출 123
표 4.23. 구조시스템 부재별 재료물량 133
표 4.24. 부재별 소요비용 134
표 4.25. 중공슬래브 중공체 135
표 4.26. 중공체 제원 비교 139
표 4.27. 슬래브 해석 단면 형태 144
표 4.28. 해석대상 슬래브 개요 144
표 5.1. 실험체 제원 161
표 5.2. 실험체 구조성능 166
표 5.3. 각실험체 고유치 해석결과 168
표 5.4. 소음·진동 측정용 바닥판 구조 실험체 169
표 5.5. 소음·진동 실험체에 대한 Modal Analysis 결과 171
표 5.6. 단스팬 구조시스템별 실험, 해석 고유모드 비교 176
표 5.7. 소음·진동 저감 바닥구조 측정결과 182
표 5.8. 완충재의 두께별 정·동강성 실험 결과 192
표 5.9. 맨 슬래브 상태에서의 다스팬 실험체 실험 결과 195
표 5.10. 완충재를 포함한 다스팬 실험체의 실험 결과 199
표 6.1. 인공생성된 표준중량충격원(뱅머신)과 KS 기준값과의 비교 207
표 6.2. 인공생성된 표준중량충격원(임팩트볼)과 KS 기준값과의 비교 208
표 6.3. 단위세대의 슬래브 두께와 면적의 변화에 따른 고유진동수 213
표 6.4. 실험과 해석의 모드 비교 218
그림 1.1. 바닥구조에 따른 민원현황 23
그림 1.2. 연구목표 24
그림 3.1. 무기완충재 제조방법 37
그림 3.2. 무기완충재 시험방법 37
그림 3.3. 펄스가진법에 의한 동탄성계수 측정방법 38
그림 3.4. 시간과 중량에 따른 두께표현 38
그림 3.5. 결합재별 제조된 무기완충재 39
그림 3.6. 무기완충재 종류에 따른 밀도 특성 변화 40
그림 3.7. 무기완충재 종류에 따른 압축강도 특성 변화 40
그림 3.8. 무기완충재 종류에 따른 동탄성계수 특성 변화 41
그림 3.9. 무기완충재 종류에 따른 잔류변형량 특성 변화 41
그림 3.10. 무기완충재를 이용한 바닥구조 제조 (I-1) 42
그림 3.11. 무기완충재를 이용한 바닥구조 제조 (I-2) 42
그림 3.12. 바닥충격원 타입 43
그림 3.13. 수음실 전경 43
그림 3.14. 무기완충재 종류별 소음저감 정도 (Impact ball) 45
그림 3.15. 무기완충재 종류별 소음저감 정도 (Bang machine) 45
그림 3.16. 제조된 타설형 완충재 모식도 46
그림 3.17. 제조된 타설형 완충재 48
그림 3.18. 타설형 완충재 제조 몰드 50
그림 3.19. 제조된 타설형 완충재 단면 50
그림 3.20. 타설형 완충재 실험방법 50
그림 3.21. 펄스가진법에 의한 동탄성계수 측정방법 51
그림 3.22. 시간과 중량에 따른 두께표현 51
그림 3.23. 배합별 타설형 완충재 밀도변화 52
그림 3.24. 배합별 타설형 완충재 플로우변화 52
그림 3.25. 배합별 타설형 완충재 동탄성계수 변화 53
그림 3.26. 배합별 타설형 완충재 잔류변형 53
그림 3.27. 바닥구조 모식도 56
그림 3.28. 현장적용 시험동 평면도 (표준음향시험동) 56
그림 3.29. 현장적용 시험동 평면도 (옥외실증시험센터) 56
그림 3.30. 시험동 현장시공 (표준음향시험동) 57
그림 3.31. 시험동 현장시공 (옥외실증시험센터) 57
그림 3.32. 바닥충격음 실험현장 58
그림 3.33. 국내 표준바닥구조 (모식도) 59
그림 3.34. 분절시스템 해석 모식도 61
그림 3.35. 분절시스템 해석모드 61
그림 3.36. 바닥충격음 측정 위치 62
그림 3.37. 해석결과 (Impact ball) 63
그림 3.38. 해석결과 (Bang machine) 64
그림 3.39. 온돌층 분절시스템 65
그림 3.40. 온돌층 분절시스템 적용 표준시험동 66
그림 3.41. 시험체 제작 모식도 66
그림 3.42. 시험체 시험시공 전경 67
그림 3.43. 측정결과 (Impact ball) 69
그림 3.44. 측정결과 (Bang machine) 69
그림 4.1. 대상모델의 건축평면도 73
그림 4.2. 면적별 거실 모듈 74
그림 4.3. 면적별 주방 모듈 74
그림 4.4. 면적별 안방 모듈 74
그림 4.5. 구조형식별 층고현황 78
그림 4.6. 슬래브 응력검토 결과(벽식) 79
그림 4.7. 슬래브 응력검토 결과(혼합식) 79
그림 4.8. 벽식구조 슬래브 배근결과 80
그림 4.9. 벽식구조 슬래브 배근결과 80
그림 4.10. 구조시스템별 평면 형상 82
그림 4.11. 대안 구조시스템 구조해석 모델 84
그림 4.12. 구조시스템별 구조성능분석 결과 86
그림 4.13. 벽식구조 단위세대 평면도 87
그림 4.14. 혼합형 밴드빔 라멘구조 단위세대 평면도 87
그림 4.15. 밴드빔 라멘구조 단위세대 평면도 88
그림 4.16. 구조특성 평가를 위한 대상건물의 해석모델링 90
그림 4.17. 구조시스템별 모드형상 (1차모드) 91
그림 4.18. 소음·진동저감형 구조시스템 93
그림 4.19. 층간소음저감형 바닥구조시스템 구조평면도 93
그림 4.20. 건물골조시스템을 이용한 구조해석 모델링 95
그림 4.21. 보통모멘트골조 배근상세 96
그림 4.22. 유한요소법 모델 97
그림 4.23. 유효보폭법 모델 97
그림 4.24. 등가골조법 모델 97
그림 4.25. 변형적합성 해석모델 98
그림 4.26. δ에 의한 부재력 산정 99
그림 4.27. 층간소음저감형 구조시스템 단면상세 100
그림 4.28. 기존구조시스템과의 비교, 평가를 위한 구조평면도 102
그림 4.29. 기존구조시스템과의 비교, 평가를 위한 해석모델링 103
그림 4.30. 벽식구조와 밴드빔 혼합구조 동적특성 비교 105
그림 4.31. 높이에 따른 층간변위비 105
그림 4.32. 높이에 따른 풍변위비 105
그림 4.33. 비교대상 건물의 반력 결과표 106
그림 4.34. 비교대상 건물의 고유치 해석결과 및 질량참여율 107
그림 4.35. 비교대상 건물의 풍변위 비교 112
그림 4.36. 비교대상 건물의 수직변위 검토결과 113
그림 4.37. 층간소음저감형 구조시스템 해석모델 114
그림 4.38. 이방향 전단검토 115
그림 4.39. 불균형 모멘트의 분배계수(ϒf, ϒu)(이미지참조) 116
그림 4.40. 불균형 모멘트를 고려한 슬래브의 전단응력 산정 117
그림 4.41. 이방향 슬래브의 전단보강 산정 118
그림 4.42. 해석 모델의 하중재하도 118
그림 4.43. 접합부 2방향 전단검토비 119
그림 4.44. 세대 중앙 기둥위치의 슬래브 전단력(Vxx) 119
그림 4.45. 기둥접합부 부분의 슬래브 모멘트도(Mxx) 119
그림 4.46. 바닥구조시스템별 전체 공사비 비교 127
그림 4.47. 공종별 공사비 비교 127
그림 4.48. 벽식구조 부재 리스트 128
그림 4.49. 밴드빔 혼합구조 부재 리스트 129
그림 4.50. 부재별 물량 비교 133
그림 4.51. 부재별 소요비용 비교 134
그림 4.52. 중공슬래브의 시공 136
그림 4.53. 중공슬래브 FEM 모델 단면 137
그림 4.54. 중공슬래브 FEM 모델의 유한요소해석 137
그림 4.55. 중공슬래브 중공체 해석결과 138
그림 4.56. 개발 중공체 상세 139
그림 4.57. 개발 중공체 현장 시공 140
그림 4.58. 뜬바닥구조 140
그림 4.59. 진동 저감 장치 140
그림 4.60. 구조물 발생 모멘트도 141
그림 4.61. 철근 간격재 및 전단보강 겸용 진동 차단재 상세 141
그림 4.62. 진동차단재 현장시공 142
그림 4.63. 부력방지시스템 142
그림 4.64. 거푸집과 상하부 철근 간결재를 사용한 부력방지 장치 개요 143
그림 4.65. 부력방지장치 현장시공 143
그림 4.66. 층간소음저감형 슬래브의 단면성능 산정 145
그림 4.67. 대상해석모델의 슬래브 해석 및 설계결과 146
그림 4.68. 층간소음저감형 슬래브의 설계 순서도 148
그림 4.69. 층간소음저감형 슬래브의 설계 순서에 따른 설계 결과 157
그림 5.1. 연구흐름도 160
그림 5.2. 실험체의 형상 및 배근도 162
그림 5.3. 실험체별 처짐해석 방법 및 결과 166
그림 5.4. 단스팬 실험체의 1차모드 형상 167
그림 5.5. 단스팬 실험체 모드 차수별 고유진동수 168
그림 5.6. Acoustic 해석모델의 하중포인트 및 작용하중 173
그림 5.7. 표준 중량충격원을 이용한 구조시스템별 대한 Acoustic 해석결과 174
그림 5.8. 표준 중량충격원에 대한 Acoustic 해석결과(Octave band) 174
그림 5.9. 단스팬 실험체 가속도, 소음 측정 계획 및 계측 위치 175
그림 5.10. 단스팬 실험체 현장 측정사진 175
그림 5.11. 구조시스템별 진동·소음성능측정 데이터(실험, 뱅머신) 178
그림 5.12. 구조시스템별 진동·소음성능측정 데이터(실험, 임팩트볼) 179
그림 5.13. 구조시스템별 소음측정결과 비교(뱅머신) 180
그림 5.14. 구조시스템별 소음측정결과 비교(임팩트볼) 181
그림 5.15. 층간소음저감형 다스팬 실험체 제작도면 184
그림 5.16. 층간소음저감형 다스팬 실험체 사진 185
그림 5.17. 다스팬 실험체의 실험, 해석 절차 186
그림 5.18. 층간소음저감형 다스팬 실험체 Mode correlation 187
그림 5.19. 층간소음저감형 다스팬 실험체 센서 위치 188
그림 5.20. 층간소음저감형 다스팬 실험체 동특성 및 하중가력 실험 188
그림 5.21. 층간소음저감형 다스팬 실험체 모드형상(실험, 완충재 설치전) 189
그림 5.22. 층간소음저감형 다스팬 실험체 모드형상(완충재 설치후) 190
그림 5.23. 실험데이터를 이용한 수치해석 절차 191
그림 5.24. 물성시험 완충재 시편 191
그림 5.25. 완충재의 정강성 및 동강성 측정 실험 192
그림 5.26. 벽식 구조 실험체의 실험 및 해석 데이터 비교 193
그림 5.27. 1방향 중공슬래브 실험체의 실험 및 해석 데이터 비교 194
그림 5.28. 2방향 중공슬래브 실험체의 실험 및 해석 데이터 비교 194
그림 5.29. 다스팬 실험체별 진동가속도(완충재 설치전) 196
그림 5.30. 벽식구조 실험체의 실험 및 해석 데이터 비교(완충재 설치후) 197
그림 5.31. 1방향 중공슬래브 실험체의 실험 및 해석 데이터 비교(완충재 설치후) 198
그림 5.32. 2방향 중공슬래브 실험체의 실험 및 해석 데이터 비교(완충재 설치후) 198
그림 5.33. 다스팬 실험체별 진동가속도(완충재 설치후) 200
그림 5.34. 완충재 설치 전/후 바닥충격음 단일수치평가(벽식구조) 201
그림 5.35. 완충재 설치 전/후 바닥충격음 단일수치평가(1방향 중공슬래브) 202
그림 5.36. 완충재 설치 전/후 바닥충격음 단일수치평가(2방향 중공슬래브) 202
그림 6.1. 표준 충격원 예시(좌측부터 뱅머신, 임팩트볼, 탭핑머신) 205
그림 6.2. 표준충격원(뱅머신) 10회 실험 자료(시간 및 주파수 Domain) 205
그림 6.3. 표준충격원(임팩트볼) 10회 실험 자료(시간 및 주파수 Domain) 206
그림 6.4. KS 기준에 의한 충격폭로레벨 계산법의 도식화 206
그림 6.5. 충격폭로레벨에 대한 인공생성 표준중량충격원(뱅머신)과 KS기준과의 비교[원문불량;p.186] 207
그림 6.6. 충격폭로레벨에 대한 인공생성 표준중량충격원(임팩트볼)과 KS기준과의 비교[원문불량;p.186] 207
그림 6.7. 구조 및 음향 해석 절차 208
그림 6.8. 공동주택의 예비소음해석 209
그림 6.9. 대상모델의 감쇠비율에 따른 수치해석결과 209
그림 6.10. 변수분석을 위한 단순화모델 209
그림 6.11. 해석변수에 따른 예비모델 진동해석 210
그림 6.12. 공동주택 해석모델(구조) 211
그림 6.13. 단위세대 하중가력에 따른 상·하부 층으로의 진동 전달 212
그림 6.14. 슬래브 두께와 면적의 변화에 따른 소음성능 213
그림 6.15. 동특성 추출하기 위한 현장실험 214
그림 6.16. 소음성능예측을 위한 대상 FE모델 및 현장측정 모델 214
그림 6.17. 대상모델의 모드해석 결과 215
그림 6.18. 측정모델의 모드형상(골조, 슬래브 및 벽체) 216
그림 6.19. 측정모델의 모드형상(실내 공기층) 217
그림 6.20. MAX Matrix 218
그림 6.21. 계측된 소음 실험데이터와 해석결과 비교 219
그림 6.22. 현장 전경 220
그림 6.23. 현장실험 하중 가력 221
그림 6.24. 현장실험 수음실 전경 221
그림 6.25. 현장실험 결과 및 모드분석 221
그림 6.26. 현장실험세대 진동모드 222
그림 6.27. 현장실험세대 음향모드 223
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