RC 바닥구조의 부재단면 변화에 따른 진동 저감 효과

이성수,전호민 대한건축학회지회연합회 2014 대한건축학회연합논문집 Vol.16 No.3

바닥진동은 바닥시스템의 재료나 혐진기기 등을 도입하여 감소시킬 수 있다. 이러한 접근은 바닥진동을 저감 하는 데는 효과적일 수 있으나 추가비용이 많이 발생한다. 본 연구에서는 바닥진동을 감소시키면서 추가비용 을 경제적으로 줄일 수 있는 해법을 제시한다. 바닥진동응답은 바닥구조시스템에 의해 영향을 받으며 구조설계과정에서 기둥의 모듈화된 배치 또는 부재 단 면의 크기에 의해 조절할 수 있다. 1방향 조이스트 슬래브보다는 2방향 보-거더 바닥시스템이 바닥진동에 대 해서는 더 효과적이라고 알려져 있다. 본 연구에서는 바닥 시스템에 대하여 슬래브, 보 및 거더의 부재 단면의 변화에 의해 추가적인 바닥진동저감 효과에 대하여 연구한다. 해석은 기둥의 모듈 간격이 12m*12m인 2방향 보-거더 바닥시스템을 이용하였고, 슬래브, 보 및 거더의 깊이 변화에 따른 바닥시스템의 다양한 진동 응답을 파악하였다. 결과적으로 본 연구에서는 구조설계 과정에서 슬 래브의 두께, 보-거더의 부재단면 크기 변화에 따른 바닥 진동 저감에 대한 설계 가이드를 제시하였다.

비대칭 동조질량감쇠기를 활용한 바닥진동제어의 강건성 향상 방안

고아라,이철호,김성용,Ko, A Ra,Lee, Cheol Ho,Kim, Sung Yong 한국강구조학회 2014 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.26 No.3

최근 강재의 고강도화를 통한 부재 단면 사이즈의 절감은 종종 강성의 부족으로 이어져 과도한 처짐이나 진동문제를 야기한다. 따라서 적절한 설계나 예방을 통해 구조물의 바닥진동에 대한 보완이 필수적이다. 이러한 바닥진동 문제를 해결하기 위해 동조질량감쇠기가 종종 쓰이고 있다. 동조질량감쇠기는 바닥의 진동수에 대해 정확히 설계되었을 때에는 효율적으로 바닥진동을 제어할 수 있다. 하지만 바닥질량의 크기와 외부하중의 특성에 따라 바닥의 진동수가 수시로 변하는 경우에는 그 효율이 급격히 낮아질 가능성이 있다. 이러한 현상을 동조이탈이라고 한다. 본 연구는 실제 바닥에 가해지는 하중의 변화에 따라 바닥의 진동수가 달라지는 양상을 실험을 통해 고찰한다. 실험 바닥에 기존의 단일동조질량감쇠기를 적용하여 단일동조질량 감쇠기의 한계인 동조이탈현상을 확인한다. 또한, 바닥진동제어의 강건성을 확보하기 위해 진동수의 불확실성을 반영한 비대칭 동조질량감쇠기의 활용을 제안한다. TMD의 강건성이란 진동수가 변화하는 상황에서 바닥진동제어 성능이 얼마나 지속되느냐를 뜻한다. 제안된 비대칭 TMD는 두 개의 비대칭 강성을 가지고 있기 때문에 병진운동과 회전운동을 하면서 진동에너지를 소산한다. 제안된 비대칭TMD의 최적화 결과, 비대칭TMD는 기존 STMD에 비해 28%이상의 진동제어성능을 확보하였으며, 외부의 환경 변화에 대한 강건성은 약 1.4배 개선되었다. When floor vibration problems occur in existing buildings, TMD (tuned mass damper) can be a viable alternative to resolving the problem. Only when TMD has been exactly tuned to the natural frequency of the floor, it can control the vibration as intended in design. However, TMD gets inefficient in the situation where the natural frequency changes as a result of the uncontrollable variation of the floor mass weight. This physical phenomenon is often called as TMD-off-tuning. This study proposes asymmetric TMD for enhancing the robustness of floor vibration control against uncertain natural frequencies. The proposed TMD features two asymmetric linear springs such that the floor vibrational energy can be dissipated through both the translational and rotational motion. An easy-to-use graphical optimization method was developed in this study. The asymmetric TMD proposed outperformed in vibration control by 28% compared to that of conventional TMD. The robustness of asymmetric TMD of this study was two times higher than that of conventional TMD.

AU 합성보 바닥시스템의 수직진동 평가

김명한(Kim, Myeong-Han) 한국전시산업융합연구원 2018 한국과학예술융합학회 Vol.33 No.-

고층 구조물에서 층고는 건물 전체의 경제성을 결정짓는 매우 중요한 요소이며, 층고를 효율적으로 절감하려는 공법이 경쟁적으로 개발되고 있다. 고층건물에서 층고절감 효과는 슬래브와 합성보로 구성되는 바닥시스템에서 콘크리트와 강재의 합성작용을 이용하여 보의 춤을 최소화하고, 콘크리트 타설과 바닥 철근배근 작업을 효율화하는 방향으로 구현되고 있다. 이러한 연구방향에 의거하여 층고를 절감할 수 있을 뿐만 아니라,바닥 공사비의 절감이 가능한 AU 합성보 바닥시스템이 개발되었다. AU 합성보는 수차례의 구조실험과 해석연구를 통하여 구조적인 성능과 경제성이 입증되었으며, 현재 실무적인 적용과 보급이 이루어지고 있다. 주거용이나 사무실 건축물에서 AU 합성보 바닥시스템은 보의 춤에 비해서 장스팬의 보와 바닥으로 구성되는 것이 일반적이므로, 바닥의 수직진동에 대한 거주성능과 사용성은 매우 중요한 구조설계 요소가 된다. 이 논문에서는 AU 합성보 바닥시스템이 적용된 2개의 건물을 선정하여 바닥의 수직진동을 계측하고, 계측자료를 바탕으로 바닥시스템의 동적 특성과 거주성능을 평가하였다. 각 건물에서 수직진동 계측이 용이한 장스팬 바닥을 선정하여 힐임펄스 및 보행하중에 의한 진동을 계측하였다. 힐임펄스에 의한 진동계측 결과를 이용하여 바닥 시스템의 고유진동수와 감쇠율을 유도하였고, 보행하중에 의한 진동계측 결과를 이용하여 ISO 2631-2, 일본건축학회 거주성능 평가지침, AISC Steel Design Guide 11 등의 기준에 근거하여 바닥 시스템의 사용성을 평가하였다. 연구결과, 바닥의 고유진동수는 10.331 Hz와 11.073 Hz이며, 바닥진동의 감쇠율은 3.8%와 5.4%이다. AU 합성보 바닥시스템은 사무공간에 대한 사용성 기준을 여유있게 만족하였다. The story height in high-rise buildings is a very important factor determining building economics, and construction techniques for reducing story height have been developed competitively. Generally the reduction of story height has been realized by means of minimizing the depth of beam, and improving the concrete pouring process and bar placing works of floor system. On the basis of recent research tendencies, AU composite beam was developed for not only reducing the story height, but also saving the cost of floor construction. Structural performance and economic feasibility were sufficiently approved through the numerous structural experiments and analytical studies. In the residential and commercial buildings, residential performance under the floor vertical vibration is a key criterion in the structural design, because the floor system with AU composite beams typically consists of long-span beams and slabs. In this study the floor vibrations of two actual buildings having the floor system with AU composite beams were measured, and the dynamic characteristics and the residential performance of floor system were evaluated on the basis of measured data. The floor vertical vibrations due to the heel impulses and the walking loads were utilized for analysis studies. Natural frequency and damping ratio of floor system were determined by the vibration records due to heel impulses. Residential performance was evaluated by the vibration records due to walking loads on the basis of ISO 2631-2, AIJ Guideline, and AISC Steel Design Guide 11. According to this study, the natural frequencies were 10.331 Hz and 11.073 Hz, and the damping ratio of floor system were 3.8% and 5.4%. The floor system with AU composite beam safisfied the serviceability criteria corresponding to office space.

경량 철골 바닥판의 설계요인에 따른 바닥진동에 관한 연구

고영남,김덕기,박제우,김홍진 대한건축학회지회연합회 2012 대한건축학회지회연합회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.1

바닥 진동 거동 및 충격원 특성을 고려한 바닥 중량 충격음 평가방법 고찰

이민정,최현기 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.4

표준 중량 충격원의 실제 충격원 재현성에 대한 논란이 있음에도 현재 기준에서는 뱅머신 방식만 사용하고 있다. 현행 기준의 평가 방법 및 등급 기준이 충격원 특성을 고려하지 못하고 있어 충격원의 선택에 따라 바닥충격음 차단 성능 등급에 차이가 발생하기 때문이다. 본 연구는 충격원 특성 외에 바닥 진동 거동 특성을 함께 고려한 현행 기준의 바닥충격음 평가 방법 고찰을 목적으로 한다. 공동주택 mock-up 실험 동에서 표준 중량 충격원과 실충격원에 대하여 바닥충격음을 측정하고 이를 이용하여 해외 평가 방법과 우리나라의 평가 방법을 비교 검토하 였다. 또한 현행 바닥충격음 평가 기준의 대상 주파수 범위를 벗어나는 저주파수 대역의 음압레벨은 네텔란드의 저주파 소음 인지 곡선과 국내 연구자가 제안한 저주파 소음 기준안을 이용하여 평가하였다. 그 결과 기준 및 평가 산정 방법에 따라 성능 평가 결과가 상이하며, 바닥 진동의 지배 주파수 범위에서 모든 충격원에 대한 바닥충격음 가청 소음으로 인식하여 성가시게 느낄 가능성이 매우 크다. 현행 평가 기준의 단일수치 평가량 산정 방법은 충격원에 따라 상이한 음압레벨 스펙트럼 특성을 제대로 반영하지 못하며, 바닥의 진동 거동 지배 주파수를 포함하는 저주 파수 대역의 음압레벨을 고려하지 않고 있어 바닥충격음에 대한 평가 결과와 사람의 인지 수준에 차이가 발생할 수 있다. 따라서 충격원에 따른 음압레벨의 스펙트럼 특성과 저주파수 대역의 음압레벨을 반영할 수 있도록 현행 기준의 평가 방법을 보완할 필요가 있다. The purpose of this study is to reconsider the rating method for the floor impact sound insulation performance in current criterion. Although there are some arguments about proper standard heavy impact source with reproducibility of actual impact source in residence building, bang machine is adopted as the only standard heavy impact source in domestic criterion. To inspect the rating methods of evaluation criteria, this study conducted vibration test for both of standard heavy impact sources and actual impact sources. Using the test results, the floor impact sound insulation performance levels were assessed by each of several criteria. In addition, low frequency noise beyond current criteria was evaluated. Consequently, the floor impact sound levels have different performance levels according to adopted criteria, and measured floor impact sounds are bound to annoy the neighbors in the low frequency range. Current criteria does not consider the spectrum characteristics of floor impact sound according to impact sources and low frequency noise. This may cause the difference between the floor impact sound insulation performance level and human perception. Thus current criterion needs to be complemented to reflect the spectrum characteristics of floor impact sound levels according to impact sources and sound pressure levels in low frequency range.

수치해석모델을 이용한 콘서트 홀 바닥진동 안전성 평가

노지은,허석재,문대호,이상현,나창순 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol.30 No.6

본 논문에서는 실제 공연장을 예제 건물로 하여 공연장에 발생한 진동을 측정한 결과를 바탕으로 공연장 구조물의 안전성에 대해 해석적으로 평가하였다. 수치해석 프로그램은 MIDAS GEN을 사용하였으며, 바닥판은 합성효과를 고려하여 모델링 하였다. 해석결과 진동계측실험을 통해 구한 바닥판 고유진동수와 유사한 결과를 보였다. 또한 군중의 율동에 의한 동적하중을 시간이력해석으로 해석하여 진동계측 실험과 유사한 수준의 바닥판 가속도 응답을 확인하였다. 이 모델을 사용하여 예제 공연장의 최대관람인원인 400명의 집단율동 시 발생하는 상황에 대하여 분석하였다. 그 결과 기둥과 보의 가해지는 외력은 설계 내력을 하회하여 안전성에 문제없음을 확인하였다. 또한 공연 시 발생하는 수평방향 진동수준은 지진하중의 2% 수준으로 수직수평 모두 안전성에 문제가 없는 것을 확인하였다. In this paper, the floor vibration of an example concert hall building was measured and floor safety criteria were analytically checked through comparison between experimental and analytical results. The floor bottom plate model was constructed considering the composite effect and the analytical model was modified to have the natural frequency identical to the measured one. Also, time history analysis was conducted using the dynamic loads induced by human rhythmic movement during a musical performance, and the analytically calculated floor accelerations were similar to the measured one. Based on this model, the floor vibration level due to the group activities of about 400 persons, maximum available persons for the concert hall, was estimated. It was confirmed that the human induced dynamic loads applied to the column and beam would be much lower than the design strength. In addition, the horizontal acceleration level is just 2% of the design seismic load, so the concert hall is safe in both vertical and horizontal excitations by human rhythmic movements.

바닥진동에 기인한 도시철도 실내소음 측정 및 방진설계에 관한 연구

김병삼 ( Byoung-sam Kim ) 한국환경기술학회 2013 한국환경기술학회지 Vol.14 No.4

최근 철도의 소음과 진동이 육체적, 정신적으로 건강에 큰 영향이 있으며, 매우 심각한 사회적 문제로 대두되고 있다. 따라서 철도 차량의 소음과 진동의 예측은 매우 중요한 일이 되었다. 철도차량에 의한 소음원은 크게 3가지로 구분된다. 첫 번째는 공력소음이다. 철도 주행시 철도 차량 주변에서의 공기역학적인 소음을 말한다. 두 번째는 휠/레일 소음이다. 일반적으로 전동소음이라고도 한다. 휠과 레일 사이의 접촉에 의한 소음을 말한다. 공기역학적인 소음과 전동소음은 차량의 속도에 비례하고 있으며 철도 차량 주변의 공기 변화에 의해 소음이 발생하는 공기전파음이다. 세 번째는 구조진동음이다. 구조진동음은 주로 저주파수대역에서 소음을 발생하는 것이 특징이다. 즉 철도차량의 진동에 의해 소음이 발생한다. 본 연구에서는 도시철도 차량의 바닥 진동이 도시철도 차량의 실내소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 본 연구 결과를 통해 도시철도 차량의 바닥진동이 차량의 실내소음에 미치는 영향에 관한 기초 자료를 확보할 수 있고, 도시철도 차량의 바닥진동을 저감할 수 있는 방진재의 물리적 특정치를 제시하였다. In recently, rail traffic noise and vibration have an serious effect for physical and spiritual health and has become a very serious environmental pollution. So the prediction of noise and vibration for train is very important thing. There are three sources of wayside noise by the train. The first is the aerodynamic noise. The second is wheel/rail noise. And the last is structure-borne noise. The major source of railway noise is the wheel/rail noise caused by the interaction between the wheels and rails. The structureborne noise is mainly a low frequency problem. This study attempts to surveys the characteristics of indoor noise of subway due to floor vibration. This study intends to get a basic data in establishing a indoor noise of subway due to floor vibration and proposed physical property for the anti-vibration material.

데크 바닥판 구조물의 실용적인 진동해석

김기철,Kim, Gee-Cheol 한국전산구조공학회 2005 한국전산구조공학회논문집 Vol.18 No.1

장경간화되고 경량화된 데크 바닥판 구조물은 부재가 유연하기 때문에 거주자의 움직임에 의하여 진동이 크게 발생할 수 있으며, 이러한 바닥판 진동은 건축물의 안전성뿐만 아니라 건축물의 사용성에도 많은 영향을 끼치므로 건축물의 품질 평가기준으로 사용되고 있다. 데크 바닥판 구조물의 올바른 사용성 평가를 위해서는 정확한 진동해석과 응답평가가 수반되어야한다. 본 논문에서는 데크 바닥판 구조물의 직교이방성을 고려한 여러 가지 모형화 방법을 적용하여 진동해석을 수행하였으며 모형화 방법에 따른 진동응답을 비교 분석하였다. 본 논문에서 제시한 데크 골 방향 강성에 대한 등가두께 모형화방법은 간단한 방법으로 데크 바닥판 구조물의 직교이방성을 간단한 방법으로 고려할 수 있으며, 정확한 진동응답을 얻을 수 있으므로 실무에서 실용적으로 활용할 수 있다. As long-span and light-weight deck floor slab are flexible and have low inherent damping, the significant floor vibration could be induced by residents' activities. These floor vibrations affect to safety and serviceability of building structures. So the vibration criteria are applied to the quality assessment of building structure. Therefore, the accurate vibration analysis should be performed for the correct assessment of deck floor slab. In this paper, practical analysis method with considering orthotropic rigidity of deck floor is proposed tot the accurate vibration analysis of dock floor slabs with form deck plates.

고진동수 계단의 진동응답 산정을 위한 등가임펄스 산정식 제안

김나은,이철호,김성용,Kim, Na Eun,Lee, Cheol Ho,Kim, Sung Yong 한국강구조학회 2015 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.27 No.2

심미성과 기능성이 현대 건축의 중요한 요소로 대두되면서 최근 비교적 경량의 고진동수 계단의 활용처가 점차 증가하고 있다. 하지만 국내의 실정 상 고진동수 계단의 진동성능을 평가하기 위한 방법이 전무한 실정이다. 유럽강구조학회의 지침의 경우 등가임펄스하중 개념을 도입하여 고진동수 바닥의 응답예측 및 진동성능 평가에 활용하고 있으나, 이는 서행보행에 대한 실험치를 토대로 제안한 값으로 2.2Hz 이상의 속보 가진에 대한 응답을 과대평가하는 한계를 지니고 있다. 이에 본 연구에는 1.4~4.5Hz의 다양한 가진진동수에 대한 가속도 응답의 실측값을 바탕으로 서행 및 속보 가진 시의 응답을 합리적으로 예측할 수 있는 등가임펄스 식을 제안하였다. High-frequency staircases are widely used nowadays to meet aesthetics and functionality needed in modern architecture. Unfortunately, no design guide is available in domestic practice to predict response or evaluate the vibration performance of high-frequency staircases. SCI-P354 published by the Steel Construction Institute of UK provides the formula for effective impulsive force. However, this formula was shown to overestimate the response of high-frequency staircases excited by fast ascending and descending over 2.2Hz pace frequency because it was developed based on the walking test in a slow pace frequency. This study proposes a semi-analytical formula to predict the response of stiff staircases based on analytical and experimental studies of response acceleration for various walking frequencies covering 1.4~4.5Hz.

보행하중을 받는 건축물 바닥판의 진동해석을 위한 등가 보행하중의 적용

김기철,이동근 한국지진공학회 2001 한국지진공학회논문집 Vol.5 No.5

최근에 넓은 공간이 요구되는 건축물에서는 칸막이 벽과 같은 비구조재의 사용이 감소됨으로써 감쇠효과가 크게 줄어들고 있으며 고강도재료의 사용으로 바닥판 구조물이 유연화, 장경간화 되어가고 있다. 대형집회공간, 쇼핑몰, 사무실 등과 같이 장경간 건축물에서는 사람의 움직임에 의하여 과도한 진동이 발생할 수 있으며 이러한 진동은 건축물의 사용성을 크게 저하시키는 원인이 되고 있다. 바닥판 진동의 주요 진동원 중의 하나가 보행하중이다. 보행하중을 받는 구조물의 진동해석에 있어서 보행하중을 적용하는 일반적인 방법은 한 절점에 보행하중을 연속적으로 가하거나 주기하중으로 이상화된 동적하중을 가하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 보행의 이동효과를 고려할 수 없다. 본 논문에서는 실제 바닥판 구조물의 고유진동수와 감쇠비를 평가하였으며 예제 구조물의 효율적인 진동해석을 위하여 보행하중을 적용하였다. Recently, the floor systems those require large open space may have low inherent damping due to the decline of the use of curtain walls. Furthermore, the use of the high strength materials has resulted in more flexible and longer spanning in floor systems. The long span structures such as shopping malls, offices and large assembly rooms may lead to significant dynamic response due to human activities. Excessive vibrations make the occupants uncomfortable and deteriorate the serviceability of buildings. It is now proved that footfall loading is the major source of floor vibrations. The common method of application of walking loads for the vibration analysis of structures subjected to walking loads is to inflict measured walking loads and periodic function at a node. But this method could not account for the moving effect of walking. In this study, natural frequency and damping ratio of example structure are evaluated by heel drop tests. And the application of equivalent walking loads is used for on efficient vibration analysis of the plate structures subjected to walking loads.