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J. Korean Soc. Hazard Mitig. > Volume 23(6); 2023 > Article
장스팬 빙상경기장의 사용성 한계상태 평가를 위한 고유진동수 측정 및 분석

Abstract

This study investigated the application of vibration analysis to ensure user safety and establish an efficient management plan for the future utilization of sports facilities. The first natural frequency of the facility was documented at 3.2 Hz, while the second and third frequencies were measured at 3.56 Hz and 4.22 Hz, respectively. Experts posit that amplification is probable when the natural frequency aligns with the second and third modes. Resonance manifested at 1.8 Hz and 2.1 Hz dynamic activities within the anticipated frequency range, resulting in notable amplitude enhancements. Therefore, Constraining rhythmic actions that may elicit repetitive movements when using sports facilities is imperative to uphold serviceability and safety standards.

요지

본 연구에서는 사용자의 안전을 보장하고 향후 스포츠 시설 이용을 위한 효율적인 관리방안을 수립하기 위해 진동분석 활용을 검토하였다. 시설의 첫 번째 고유진동수는 3.2 Hz로 기록되었으며, 두 번째와 세 번째 고유진동수는 각각 3.56 Hz와 4.22 Hz로 측정되었습니다. 전문가들은 고유 주파수가 두 번째 및 세 번째 모드와 일치할 때 증폭이 발생할 가능성이 있다고 제안합니다. 예상 주파수 범위 내에서 동적 활동을 수행할 때 1.8 Hz와 2.1 Hz에서 공명이 관찰되어 진폭이 크게 증가했습니다. 따라서 사용성과 안전성을 위해서는 스포츠 시설 이용 시 반복적인 움직임을 유발할 수 있는 리드미컬한 동작을 제한하는 것이 필요하다고 판단된다.

1. 서 론

대부분의 진동문제는 거주자로 하여금 불안하게 하고 불편하게 하는 사용성에 관한 사항이다. 건물이 안전하다고 해도 사람들은 건물이 흔들릴 때 불안함을 느낀다. 특히 거주자가 참기 어려울 정도로 매우 불편한 진동을 느낀다면 이 경우에는 사용성한계상태(serviceability limit state) 측면에서 건물의 사용성을 평가하여야 한다. 사용성 한계상태는 건물이 부분적으로 손상을 입거나 오염이 되어 건물의 기능상 장애가 발생하거나, 사용자가 불편함을 느끼는 상태를 말한다. 사용성 한계상태는 크게 세가지의 범주로 분류하여 생각할 수 있는데 변형, 움직임, 오염이다. 여기서 움직임은 건물 진동에 노출된 사람의 불쾌함, 장비사용상의 장애와 같은 사항이 있는데 특히 공진의 경우가 문제가 된다. 2011년 7월 5일, 서울특별시 광진구에 위치한 테크노마트에서 심한 진동이 발생하여 건물이 폐쇄되고 입주자가 대피하는 소동이 벌어졌다. 진동의 원인으로 12층 헬스클럽에서 집단으로 율동행위(태보)를 할 때 율동행위와 바닥판의 고유진동수가 일치함에서 온 공진이라고 결론이 내려졌다(Techno Mart Research Team, 2011). 그러나 사람들이 건물이 붕괴될지도 모른다는 극단적인 불안감을 갖게 된 것이 단지 율동행위가 원인이라는 결론에 의아해 할 수 있다. 왜냐하면 특정한 주파수 범위에서는 비록 경미한 진동이라도 사람이 지각적으로 매우 불안함을 느끼는 진동이 있으며 이는 곧 사용성 문제라는 것을 지적하지 못하였기 때문이다(Chung et al., 2016). 이로 인해 아직도 그 결과에 대해 신뢰하지 못하고 유사한 상황이 발생하고 있다. 이미 공연장에서 집단 율동행위을 할 때 비록 건물의 안전에는 영향이 없으나 사람들이 심한 불안함을 느끼는 진동이 발생할 수 있으며, 이는 특히 춤을 추는 박자와 바닥판의 고유진동수에 따라 달라진다는 연구가 수행된 바 있다. 또 여기서 간과하면 안 되는 것이, 하모닉 진동에 따른 공진으로서 1차하모닉(fundamental frequency) 뿐 아니라 2차하모닉이나 2차하모닉이 바닥판의 고유진동수와 근접할 때 증폭현상이 발생할 수 있다는 것이다(Allen and Murray, 1993; Allen and Pernica, 1998; Lee et al., 2003). 본 연구에서는 지하 2층, 지상 4층의 이루어진 철근콘크리트 구조 및 복합구조로 이루어진 장스팬의 빙상경기장을 사례로 바닥판의 고유진동수를 측정하였다. 본 연구에서는 지상 1층의 바닥구조물에서 고유진동수를 측정하며 1차 모드와 2차 모드의 고유진동수를 파악한 후, 이 고유진동수와 가진 진동의 하모닉 진동수에 의해 공진이 발생할 가능성을 현장 측정과 분석을 통해 연구하였다.

2. 진동과 사용성 평가

배, 자동차나 비행기에서 승객들은 5~8 Hz의 움직임에 가장 불쾌한 반응을 보이는데, 이는 그것은 우리 늑골과 배속 장기의 고유진동수가 이 범위에 있어 공진을 일으키기 때문이다. 실제로 바닥진동에 의해 문제가 된 대부분의 경우 바닥구조의 1차 고유진동수가 5~8 Hz 범위였다고 한다. 또한 1~8 Hz의 진동수 범위에서 괴로움을 느끼기 시작하는 단계는 연속진동의 경우 대략 0.005~0.01 g (0.05~0.10 m/s2)이며, 일시적인 진동의 경우는 감쇠율이 6%인 구조에서 0.05 g 정도라고 한다. 사람은 짧은 진동보다 연속진동에 더 민감하다(Ellingwood and Tallin, 1984; Saidi et al., 2006).
Reiher and Meister (1931)는 사람은 수직진동에 대해서는 서 있을 때에 더 민감하며 수평진동에 대해서는 누워 있을 때에 더 민감하다고 한다. Reiher와 Meister는 진동수(Hz)에 대한 진폭의 그래프를 이용하여 진동에 대한 사람의 주관적 지각도를 몇 개의 구간들로 분류하였다. Fig. 1은 수직진동에 대한 Reiher와 Meister의 분류를 보여주고 있다. 약한 진동에서의 강도는 속도에 좌우되지만 강한 진동에서의 강도는 가속도에 좌우된다. 즉 진동에 대한 지각은 진동수의 제곱과 진폭을 곱한 값에 좌우된다. 최대속도 약 0.04 in/s 정도까지가 ‘어느 정도 인지할 수 있는’ 영역이고, 불쾌한 진동은 범위가 약 0.1~0.3 in/s의 속도를 가지는 영역이다.
Fig. 1
Human Sensitivity to Vibration (Reiher and Meister, 1931)
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Dieckmann (1958)은 수직진동에 대한 파라메터로서 5 Hz (c/s) 이하에서는 가속도, 5~40 Hz 이상에서는 변위 진폭을 제안하였다. 또 수평 진동에 대해서 진동수 2 Hz (c/s) 이하에서는 가속도, 2~25 Hz (c/s) 범위에서는 속도, 25 Hz (c/s) 이상의 범위에서는 진폭으로 제안하였다.
전 세계적으로 활발하게 교역이 이루어지므로 자동차, 선박, 비행기 등에서 발생하는 진동에 대해서 통일된 평가기준이 필요하므로 ISO (International Standards Organization)에서 규격화되었다. 그 중 인체에 대한 노출기준을 ISO 2631-290에서 규정하고 있다. 이 규정은 1~80 Hz의 진동수 범위에서 건물의 용도별 허용 경계치를 진동수에 대한 최대가속도 진폭에 대해서 보여주고 있는데(Fig. 2), 4 Hz~8 Hz의 진동수 범위에서 가장 엄격한 제한을 하고 있음을 알 수 있다.
Fig. 2
Serviceability Criteria for Vibration of ISO (ISO 2631-2, 1989)
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본 연구는 장스팬 빙상경기장에서 공연, 콘서트 행사 시 경기장을 활용함에 있어 이용자의 안전과 손상이 발생할 수 있는 가능성을 확인하기 위해서 수행되었다. 일반적인 실내 체육 활동, 전시, 박람회 등의 활동에는 문제가 없으나, 공연, 콘서트 대관시에는 관람객들이 일반적인 관람행위 외에 점핑과 같은 동적 활동이 유발됐을 때 동하중에 대한 검토를 실시하였다.

3. 장스팬 건축물의 진동

3.1 장스팬 건축물의 동적특성

현대 건축에서는 구조해석기법이 발달하고 구조재료가 고강도화가 진행됨에 따라 건물 스팬이 점점 더 길어지고 경량화되고 있으며, 바닥판의 강성이 낮아지고 고유진동수와 감쇠능력도 낮아지고 있다. 이로 이해 과거에는 고려되지 않았던 처짐과 진동에 의한 사용성 문제가 빈번하게 대두되고 있다(Lee et al., 2005; Bang et al., 2015). 반면 전시, 공연, 연회 등의 다목적 행사를 유치할 수 있는 대형 컨벤션 센터가 곳곳에 건립됨에 따라 지금까지는 신중하게 고려되지 않았던 장스팬 공간에서의 율동에 의한 진동 문제가 표면화되고 있다. 따라서 앞으로 장스팬 다목적 홀을 설계할 때 율동행위에 의한 공진가능성 여부를 판단하여야 하며 따라서 고유진동수를 염두에 둘 필요가 있다(Whan and Jung, 2004; Kim and Ryu, 2014; Pi and Kim, 2016).
주거건물은 대개 고유진동수가 15~30 Hz로 크게 사용성 측면에서는 문제가 없다. 사람이 참을 수 있는 한계가 더 높은데다가 감쇠율이 매우 높기 때문이다. 반면 스팬이 9 m가 넘는 사무소건물이나 다중이용시설 등은 감쇠율을 증가시킬 칸막이가 없으며 바닥 마감이 없을 경우 진동문제가 발생할 가능성이 높다. 철골보에서 스팬/춤 비가 20 이상이거나 콘크리트 슬래브 두께가 100 mm 이상일 경우 일반적으로 진동문제가 발생하기 쉽다. 이러한 바닥 시스템의 고유진동수는 4~10 Hz의 범위를 갖는다. 군중들이 모여서 뛰고 하는 장소는 특히 동적 거동의 영향을 받기 쉽다. 건물 구조형식과 스팬의 길이에 따른 바닥판의 고유진동수는 Fig. 3과 같다. 연구결과에 의하면 무도장이나 체육관 바닥의 최저 고유진동수는 철근콘크리트조 7 Hz, 스틸-조이스트 콘크리트 슬래브 8 Hz로 제시되고 있다. 또 진동이 소멸하기까지 소요되는 시간은 진동체의 감쇠능력에 따라 결정되는데 특히 일시진동의 진동문제에 매우 민감한 요인이다.
Fig. 3
Natural Frequency of the Floor Deck according to Span (Architectural Institute of Japan, 1991)
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3.2 진동수와 공진

하모닉(harmonic)이란 고유진동수(fundamental frequency)의 배수가 되는 진동수 성분을 말하며 가진진동수가 하모닉 진동수와 일치할 경우 공진형상이 발생할 수 있다(Murray et al., 1997). 리듬에 맞춰 반복해서 움직이는 관객들의 동작은 2~3 Hz 범위인데 이때의 고유진동수를 스텝진동수 또는 1차 하모닉이라고 한다. 또한 1차 하모닉 진동수의 2배, 3배가 되는 진동수에서도 하모닉진동이 발생하는데 이를 각각 2차, 3차 하모닉이라고 한다. 박자에 맞춰 율동을 하는 행위에서 가장 중요한 요인은 공진이며 1차 하모닉보다 2차 또는 3차 하모닉에 의한 공진의 영향이 클 수 있다. 따라서 사람들이 많이 모이는 장스팬구조의 바닥판은 고유진동수가 2차 및 3차 하모닉 범위에 들기 쉽기 때문에 1차뿐만 아니라 2차 또는 3차 하모닉에 의한 공진을 검토해야 한다.
가진주파수와 고유진동수가 거의 일치하면 맥노리현상(beating)이 발생한다. Fig. 4는 맥노리현상의 개념을 보여주고 있다. 가진진동수와 고유진동수의 차이가 작을수록 진폭이 커진다. 응답곡선 x(t)와 맥노리주기 τb는 Eqs. (1)과 (2)와 같다.
Fig. 4
Beating Phenomenon
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(1)
x(t)=(Fa/m2ωsint)sinωt
(2)
τb=2π2=2πωnω
여기서, Fa: 가진력, m: 질량, ωn: 구조체의 고유진동수, ω: 가진 진동수, ∈:(ωn-ω)/2

4. 진동 측정 및 분석방법

4.1 측정 장비

장스팬 빙상경기장의 현장 진동측정은 BlastmateⅢ를 사용하였으며 장비의 제원은 Table 1과 같다. 본 장비는 캐나다 Blastmate Inc. 제품으로서 발파진동 계측용으로 많이 사용되고 있으나 기계적 신뢰성이 높고 데이터 활용도가 높아서 본 진동측정에 적합한 장비라고 생각된다. 본 연구에서는 가속도계 센서 1개를 가지고 측정을 진행하였다.
Table 1
Vibration Measurement Apparatus
Apparatus Blastmate Ⅲ
Production company Canada Blastmate Inc.
Measuring range 0.127 mm/sec~254 mm/sec
Frequency range 2~300 Hz

4.2 측정 방법

장스팬 빙상경기장 내부는 진동원이 없으므로 80 kg 성인 1명이 중앙부에서 점프를 통한 가진을 하여 진동수를 측정하였다. 각 지점에서 측정된 데이터는 20초 동안 측정되어 구조물의 진동을 면밀하게 측정하였다. Trigger level은 중앙부를 제외하고 상부와 하부에서는 Trigger level의 최소 레벨인 0.13 mm/sce으로 측정하였고, 중앙부에서는 0.5 mm/sec를 기준으로 측정하였다.
모드 차수별 고유진동수를 측정하기 위해서는 센서를 그리드 형태로 여러 개 설치하여 위상차를 확인하여 판단하는 것이 가장 좋은 방법이지만 본 연구에서는 센서 한 개를 가지고 9개 측점에서 바닥판의 자유진동을 측정하였다. 모드 해석을 참고하지 않고서는 명확히 모드 차수별 고유진동수를 알 수 없다고 해도 측정 결과를 보면 충분히 모드 차수별 고유진동수를 판단할 수 있었다. Fig. 5는 측정한 각 지점을 정리해서 보여준다.
Fig. 5
Excitation Point of the Vibration Measurement
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4.3 감쇠비 분석 방법

본 연구에서는 시간이력 데이터에서 가진요소를 최대한 배제한 자유진동곡선을 이용하여 감쇠비를 산정했다. 본 연구에서는 하프 파워법을 사용하였다. 이 방법은 모드별 주파수가 잘 구분될 경우 사용하기가 용이하다. Eq. (3)에 의해서 감쇠율을 산정할 수 있으며, Fig. 6은 하프파워법에 의한 감쇠율 산정을 보여준다.
Fig. 6
Damping Factor Calculation of Half Power Method
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(3)
ς=Δf2fo×100
여기서, ζ: 감쇠울(%), Δf: bandwidth (Hz), fo: 고유진동수(Hz)

5. 진동 측정 결과

5.1 고유진동수 결과

측정 결과 1차 고유진동수는 3.2 Hz, 2차 고유진동수는 3.56 Hz, 3차 고유진동수는 4.22 Hz로 분석되었다. 이 수치는 음악에 맞춰서 춤을 출 때 1차 하모닉의 영향을 받지는 않지만 2차 하모닉이 고유진동수의 두 배가 되어 2차 하모닉과 2차 모드 또는 3차 모드 고유진동수가 근접할 때 공진에 따른 증폭현상이 발생할 가능성이 높다는 의미가 된다. Fig. 7은 측정된 고유진동수 스펙트럼을 보여주며, Table 2는 각각 측정된 고유진동수 값을 정리해서 보여준다.
Fig. 7
Spectrum of Frequency
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Table 2
Results of Natural Frequency
Mode Natural frequency
1st mode 3.2 Hz
2nd mode 3.56 Hz
3rd mode 4.22 Hz

5.2 감쇠비 측정 결과

이번 연구를 위한 대상 시설의 진동측정 자료를 보면 시간이력곡선은 1차모드~3차모드가 지속적으로 복잡하게 나타남으로 인해 대수감쇠법을 이용하여 감쇠비를 구하기가 쉽지 않다. 따라서 하프파워법을 이용하여 감쇠비를 구하였다. 이렇게 구한 감쇠비는 1차모드 4.7%, 2차모드 3.5%, 3차모드 8.3%이다. 자유진동을 하는 물체의 경우, 감쇠비가 높을수록 진동이 서서히 멈춘다는 의미로서 율동행위를 할 때 춤을 추며 뛸 때 감쇠율이 낮으면 진동이 채 멎기 전에 또 가진을 하게 되므로 진동 제어에 있어서 불리하다. 본 건물 바닥판은 감쇠율이 타 구조물에 비해 낮은 편은 아니다. Fig. 8은 측정된 시간이력곡선을 보여준다.
Fig. 8
Time History Curve
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6. 율동행위와 바닥판의 진동

6.1 실험 개요

장스팬 바닥구조물의 경우 고유진동수가 낮아서 2 Hz~8 Hz의 범위에서는 율동행위 또는 공연 중 함께 춤을 출 때 1차~3차 하모닉과 고유진동수가 일치 또는 근접할 때 공진으로 말미암아 증폭현상이 발생할 수 있다. 사람은 4 Hz~8 Hz의 진동에 노출되면 구조적 안전성과 관계없이 생리적으로 매우 불안해할 수 있다. 측정된 1~3차 고유진동수 수치의 음악에 맞춰서 춤을 출 때 1차 하모닉의 영향을 받지는 않지만 2차 하모닉이 고유진동수의 두 배가 되어 2차 하모닉과 2차 모드 또는 3차 모드 고유진동수가 근접할 때 공진에 따른 증폭현상이 발생할 가능성이 높다는 의미가 된다.
따라서 본 연구에서는 직접 박자에 맞춰서 뜀을 뛰며 하모닉 진동과의 공진 가능성을 검토해보기로 하였다. 중앙부에서 성인 남자 3명이 각각의 진동에 맞춰서 점프로 가진을 주어서 임의로 공진을 만들었다. 각 지점에서 측정된 데이터는 30초동안 측정된 데이터이며, Trigger level은 최소 레벨인 0.13 mm/sec을 기준으로 측정하였다. Fig. 9는 율동행위를 측정하는 모습을 보여준다.
Fig. 9
Natural Frequency Measurement Using Vibration Apparatus
kosham-2023-23-6-39gf9.jpg

6.2 율동행위에 따른 진동측정 결과

1차 모드와 공진을 일으킬 가능성이 있는 고유진동수는 1.6 Hz인데, 이는 사람이 걷는 속도라서 사람에게 불안을 주는 진동을 발생시키지 않을 것으로 판단되어 시연을 생략하였다. 2차 고유진동수와 2차 하모닉에서 공진을 일으킬 수 있는 고유진동수는 1.8 Hz이며 이는 트로트 음악 중 비교적 흥이 나는 음악의 박자에 해당한다. 예시로 BTS의 다이너마이트가 이에 해당한다. 이 음악에 맞춰서 뜀을 뛰며 진동을 측정한 바, 2차 하모닉에서 공진이 발생하여 3.6 Hz 지점에서 진폭이 매우 커짐을 알 수 있었다. Fig. 10은 1.8 Hz로 가진하였을 때의 측정된 진동수 스펙트럼을 보여준다.
Fig. 10
Spectrum of 1.8 Hz Frequency
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3차 고유진동수와 2차 하모닉에서 공진을 일으킬 수 있는 고유진동수는 2.1 Hz이며 이는 락음악과 같이 적당한 빠르기로 관중들과 연주자가 함께 춤을 추며 흥이 나는 음악의 박자에 해당한다. 싸이의 강남스타일이 이에 해당한다. 이에 맞춰서 2.2 Hz로 가진하였을 때 측정된 진동수 스펙트럼은 Fig. 11에서 보여준다. 2차 하모닉 지점인 4.2 Hz에서 공진이 발생하여 진폭이 매우 커짐을 알 수 있었다. 이 주파수 범위는 또한 사람이 매우 불안을 느끼는 범위에 해당하기도 하므로 2박자의 음악에 맞춰 관객들이 춤을 출 때 공진 또는 맥노리에 의해 진폭현상이 발생할 가능성이 매우 높다는 것을 의미한다.
Fig. 11
Spectrum of 2.2 Hz Frequency
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본 구조물에서 공연, 콘서트 행사 대관시 발생할 수 있는 주파수는 2 Hz라고 예상되며, 이에 맞게 점핑을 진행했을 때 결과는 그림 Fig. 12에서 보여준다. 주파수 그래프에서 1차 하모닉 진동수인 2 Hz 이후에 2차 하모닉 진동수가 4 Hz에서 발생한 것을 볼 수 있다. 이는 시간이력곡선을 확인했을 때 가진 주파수와 고유진동수가 거의 일치하여 뚜렷하게 맥노리현상이 발생한 것을 볼 수 있다.
Fig. 12
Spectrum of 2.0 Hz Frequency
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Fig. 13은 매우 빠른 음악일 때인 2.5 Hz에 맞게 점핑을 진행했을 때의 결과를 보여준다. 주파수 그래프에서 1차 하모닉 진동수 2.56 Hz에 측정되었으나, 뚜렷한 2차 하모닉 진동수는 보여지지 않았다.
Fig. 13
Spectrum of 2.5 Hz Frequency
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6.3 사용성에 대한 분석 결과

사용성이란 구조적으로 안전성이 확보되어 있다고 해도 사람이 생체적으로 심한 불안감을 느끼는 경우를 말한다. 본 연구에서 성인 3명이 2차 하모닉에 의한 증폭현상을 유도하도록 박자에 맞춰서 춤을 추었는데, 1초에 2박자의 음악에 맞춰 춤을 출 때 진폭이 속도단위로 2.6 mm/sec로 측정되었다. 외국기준에서는 10~30 mm/sec 정도를 단기 진동에 대한 가이드라인으로 삼고 있으므로, 1,000명이 모여서 춤을 출 때 이 정도 이상의 진동이 발생할 가능성이 있다. 그렇다고 해서 건물에 안전상 심각한 문제점을 야기할 수 있다고 말하기는 쉽지 않다.
동일한 가진을 주었을 때 바닥판의 고유진동수 값은 1차 3.2 Hz, 2차 3.56 Hz, 3차 4.22 Hz로 측정되었다. 점핑을 통한 가진에서는 1.8 Hz에서 명확한 2차 하모닉 진동수와 시간이력곡선에서 맥노리현상이 발생하는 것으로 보아 2차 고유진동수 값인 3.56 Hz와 매우 유사한 값을 가지는 것으로 나타났다. 평소에 진동으로 인한 구조물에 손상을 줄 우려는 없다고 해도 공연, 콘서트 행사 대관시에 관람객들의 점핑과 같은 동적 활동이 유발됐을 때 1차, 2차 하모닉 진동수가 건물 바닥의 고유진동수와 근접함으로 인해 공진에 의한 증폭현상이 발생한다는 문제점이 나타났다. 따라서 구조체의 고유진동수가 매우 중요한 요소이며 설계시 1차, 2차, 3차 및 조화진동으로부터 고유진동수가 벗어나도록 고려하여야 한다.

7. 결 론

본 연구는 장스팬 구조인 체육시설에서 율동행위를 했을 때 진동에 대한 사용성을 검토했다. 결과는 다음과 같다.
(1) 동일한 가진을 주었을 때 바닥판의 고유진동수 값은 1차 고유진동수는 3.2 Hz, 2차 고유진동수는 3.56 Hz, 3차 고유진동수는 4.22 Hz로 측정되었다. 감쇠비는 1차모드 4.7%, 2차모드 3.5%, 3차모드 8.3%로 측정되었다.
(2) 측정된 1~3차 고유진동수에서 춤을 출 때 1차 하모닉의 영향을 받지 않지만 2차와 3차 고유진동수에 근접할 경우 공진에 따른 증폭현상이 발생할 수 있으므로 이를 점핑을 통한 가진으로 확인했을 때 공진이 발생하여 진폭이 매우 커지는 것을 확인하였다. 이는 공연 및 행사에서 음악에 맞춰 사람들이 함께 춤을 추는 경우 사람이 매우 불편해하는 진동이 발생할 수 있다.
(3) 본 연구 결과를 고려할 때, 스팬이 길고 바닥판의 강성이 낮은 체육관이나 전시시설 등을 공연장으로 사용할 때 음악에 맞춰서 사람들이 함께 춤을 추는 경우 특정한 박자에서 공진이나 맥노리와 같은 증폭현상이 발생할 수 있음을 인지하고, 사전에 바닥판의 동적특성을 파악하여 공진의 가능성을 예측하여야 할 것이다.
(4) 특히 율동행위를 할 때 1차 하모닉 뿐 아니라 2차 하모닉이나 3차 하모닉에서 사람들이 생리적으로 매우 불안해 하는 진동에 노출될 수 있으며, 이는 곧 구조물의 내력부족에 의한 것이 아니라 사용성 문제일 가능성이 높다는 것을 인지하고 이런 상황이 발생할 경우 지혜롭게 대처해야 할 것이다.

감사의 글

이 논문은 시설물안전연구원(주)과 2023년 행정안전부 국립재난안전연구원 재난안전 공동연구 기술개발사업(2022-MOIS63-003 (RS-2022-ND641021))의 지원을 받아 수행되었습니다.

References

1. Allen, D.E, and Murray, T.M (1993) Design criterion for vibrations due to walking. Engineering Journal, Vol. 30, No. 4, pp. 117-129.
crossref pdf
2. Allen, D.E, and Pernica, G (1998). Control of floor vibration. Ottawa: Institute for Research in Construction, p 1-4.

3. Architectural Institute of Japan (1991) Explanation of the residential performance evaluation guidelines for building vibrations, pp. 20.

4. Bang, J.-S, Kim, T.-H, and Pi, J-I (2015) Study of improving usability of long-span sports complex. Daelim Technical Review, pp. 108-113.

5. Chung, L, Park, T, and Woo, S.S (2016) Vertical shaking accident and cause investigation of 39-story office building. Journal of Asian Architecture and Building Engineering, Vol. 15, No. 3, pp. 619-625.
crossref
6. Dieckmann, D (1958) A study of the influence of vibration on man. Ergonomics, Vol. 1, No. 4, pp. 347-355.
crossref
7. Ellingwood, B, and Tallin, A (1984) Structural serviceability:Floor vibrations. Journal of Structural Engineering, Vol. 110, No. 2, pp. 401-418.
crossref
8. ISO 2631-2 (1989) Evaluation of human exposure to whole- body vibration-Part 2, International organization for standardization.

9. Kim, D, and Ryu, G (2014) An experimental study on the serviceability evaluation with vibration test of RC slab. Journal of the Society of Disaster Information, Vol. 10, No. 2, pp. 312-318.
crossref
10. Lee, M.-J, Nam, S.-W, and Han, S.-W (2005) Probability based determination of slab thickness satisfying floor vibration criteria. Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 17, No. 5, pp. 687-694.
crossref
11. Lee, S.-M, Choi, C.-K, An, Y.-K, and Lee, S.-G (2003) The dynamic characteristics and serviceability of long span multi-purpose hall. Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, Vol. 7, No. 2, pp. 105-113.

12. Murray, T.M, Allen, D.E, and Ungar, E.E (1997). Steel design guide series 11:Floor vibrations due to human activity. Chicago: American Institute of Steel Construction.

13. Pi, J.-I, and Kim, B.-J (2016) A study on floor impact characteristics of movements for multi-layer sport facility. Jouranl of the Korean Society Living Environment System, Vol. 23, No. 1, pp. 39-47.
crossref
14. Reiher, H, and Meister, F.J (1931) Human sensitiviy to vibrations. Forsch. aufdem Geb. Des Ingen, Vol. 2, No. 11, pp. 381-386.

15. Saidi, I, Haritos, N, Gad, E.F, and Wilson, J.L (2006) Floor vibrations due to human excitation-damping perspective. Earthquake Engineering in Australia, pp. 257-264.

16. Techno Mart Research Team (2011) [Opinion] Cause of technomart building vibration. Journal of Architectural Institute of Korea, Vol. 55, No. 11, pp. 54-56.

17. Whan, H.S, and Jung, L.M (2004) Evaluation of floor vibration existing in apartment building. Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 16, No. 2, pp. 221-228.
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