[논문]벽식구조 아파트 리모델링을 위한 전단벽 신설공법의 내진성능 분석

홍건호; 정우경

문제 정의

본 연구에서는 실현가능성이 유리한 세대 확장세대 축소형의 평면 대안과 실현 가능성이 매우 높은 수평 확장형 평면대안을 이용하여 연구를 진행하였다.
대두되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 2005 년 건축구조 설계기준을 사용하여 1988년 이전에 준공된 벽식 구조 아파트의 리모델링을 위한 전단벽 신설공법 적용시의 내진성능을 검토하였다. 전단벽 신설공법은 건축 계획적으로 개발된 리모델링 평면 안을 이용하여 장변 방향 전단벽을 각 요소에 신설 배치하여 벽량에 의한 층간변위를 해석하였고, 내진 성능의 만족을위한 신설 벽체의 위치와 벽량의 관계를 파악하였다.

가설 설정

벽체 측면 슬래브의 비틀림 거동을 무시하고 슬래브와 벽체 사이의 모든 모멘트가 벽체 저면 슬래브의 휨 작용에 의하여 전달된다고 가정한 것으로, 슬래브와 벽체 사이에 전달되는 모멘트 크기를 수치해석 방법으로 계산하고, 이와 등가의 모멘트를 전달하는 보 요소의 폭을 결정하는 방법이다. 결국 유효보폭법은 슬래브를 일정폭을 갖는 유효보와 전단벽체를 이용하여 모델링하는 것으로, 이때 유효보의 폭은 슬래브 폭보다 항상 작은 값을 갖게 된다.

제안 방법

4.2 절에서 분석한 위치에 따른 성능 결과를 바탕으로신설벽체의 위치와 벽량과의 관계를 비교 분석하였다
관계를 비교해 보았다. 4.3절에서 기존 아파트의 보강 길이에 따른 허용층간변위 만족여부를 검토한 내용을 바탕으로, 보강길이와 벽체두께에 따른 보강 벽체의 성능을 분석하였다.
4가지의 해석 모델 중 가장 좋은 성능을 보인 배치 형태인 코어 중심 모델의 벽체 두께와 DHft 값을 분석하여 관계를 비교해 보았다. 4.
Fig. 1 에서와 같이 기존 건물을 내부와 외부 세대로 나누어 리모델링을 계획 하였다. Fig.
기존 아파트와 리모델링 이후의 내진성능을 평가하기 위하여 장변방향에 대한 신설벽체의 위치와 벽량에 따른 층간 횡변위를 비교 분석하였다. 층간변위 검토 시 사용된 구조 모델은 슬래브의 강성을 고려한 유효 보폭법을 적용하여 건축물의 성능평가 프로그램인 MIDAS /Genw을 이용하여 해석하였다.
벽량 변수는 신설벽체의 길이와 두께의 값에 변수를주어 검토하였다. 길이는 2~14m까지 층간변위가 현내진기준 횡 변위 1%를 만족할 때까지 해석 하도록하였으며, 두께는 기존 벽두께 0.18m로부터 0.2m, 0.3m, 0.4m로 두께를 증가시켰을 경우 기본 건축물과 벽체 보강후의 건축물의 층간변위를 해석하도록 하였다. Fig.
14에 정리하였다. 모델 별로 장변방향의 벽체의 위치를 선정하고 벽량에변화를 주어 횡 변위 저항성능을 분석하였다. 이때, 벽체의 두께는 0.
위치변수는 신설벽체의 위치를 4부분으로 나누어서 코어의 중앙부분과 코어의 세로중심의 양면, 그리고 2세대를 기준으로 양쪽 단부 부분으로 하였다. 벽량 변수는 신설벽체의 길이와 두께의 값에 변수를주어 검토하였다. 길이는 2~14m까지 층간변위가 현내진기준 횡 변위 1%를 만족할 때까지 해석 하도록하였으며, 두께는 기존 벽두께 0.
10은 단부분산 배치로 각 모듈별 단부부분에 신설벽체를 배치하였다. 벽체의 전체 길이에 1/4로 각각 분산시켜 배치시켰으며 세대와 세대가 연결되어 있는 부분은 하나의 부재로 해석하였다.
본 연구의 해석 변수는 장변방향에 대한 신설벽체의위치와 벽량을 주요변수로 선정하였다. 이때 코어를중심으로 양 측면에 위치한 단위세대를 기본 모듈로벽체의 신설가능 위치를 판단하여 벽체를 계획 하도록하였다.
세대수에 따른 동규모를 고려하여 리모델링 이후의신설벽체가 추가 되지 않은 기본구조물을 중심으로 2 세대 기본 모듈로부터 6세대까지의 횡 변위성능을 분석하였다.
이때 코어를중심으로 양 측면에 위치한 단위세대를 기본 모듈로벽체의 신설가능 위치를 판단하여 벽체를 계획 하도록하였다. 위치변수는 신설벽체의 위치를 4부분으로 나누어서 코어의 중앙부분과 코어의 세로중심의 양면, 그리고 2세대를 기준으로 양쪽 단부 부분으로 하였다. 벽량 변수는 신설벽체의 길이와 두께의 값에 변수를주어 검토하였다.
벽량을 주요변수로 선정하였다. 이때 코어를중심으로 양 측면에 위치한 단위세대를 기본 모듈로벽체의 신설가능 위치를 판단하여 벽체를 계획 하도록하였다. 위치변수는 신설벽체의 위치를 4부분으로 나누어서 코어의 중앙부분과 코어의 세로중심의 양면, 그리고 2세대를 기준으로 양쪽 단부 부분으로 하였다.
9는 코어 계단실에 배치한 형태이다. 이때, 계단실의 개구부를 고려하여 계단실 개구부 간격 0.8m에는 보강 벽체를 대체하는 연결보를 설치하여 해석하도록 하였다. Fig.
모델 별로 장변방향의 벽체의 위치를 선정하고 벽량에변화를 주어 횡 변위 저항성능을 분석하였다. 이때, 벽체의 두께는 0.18m로 기존 벽체 두께로 하였으며, 보강벽체의 길이를 변수로 하여 위치를 변화시킴에 따른 층간 횡변위 성능을 분석하였다.
이에 따라 본 연구에서는 2005 년 건축구조 설계기준을 사용하여 1988년 이전에 준공된 벽식 구조 아파트의 리모델링을 위한 전단벽 신설공법 적용시의 내진성능을 검토하였다. 전단벽 신설공법은 건축 계획적으로 개발된 리모델링 평면 안을 이용하여 장변 방향 전단벽을 각 요소에 신설 배치하여 벽량에 의한 층간변위를 해석하였고, 내진 성능의 만족을위한 신설 벽체의 위치와 벽량의 관계를 파악하였다.
횡 방향 변위가 발생하는 골조의 횡 방향력 해석을위해 골조 부재의 강성을 계산할 때에는 철근과 균열의 영향을 고려하여야 하므로 강성감소 계수를 적용하였다. 강성감소 계수는 슬래브의 강성감소 현상을 작용하는 하중의 특성에 따라 구분하였으며, 하중특성에따른 슬래브의 강성감소 현상이란, 사용하중 또는 시공하중으로 인해 단기적으로 발생하는 슬래브의 강성감소 P s와 크리프 및 건조 수축 등의 영향으로 시간경과와 함께 증가하는 강성감소 현상 P L이 있다.

대상 데이터

7 평)의 대전 소재 S아파트를 선정하였다. 대상 아파트는 80년대 초반의 대표적인 2-bay구조 평면을 가진 아파트로써 전단벽체가 단면방향으로는 존재하지만 장변 방향으로는 존재하지 않는 특징을 잘 나타내 주고 있다.
본 연구의 평가 대상 아파트는 준공 후 20년이 경과 된 전형적인 80년대 초반 전용면적 84.81^(25.7 평)의 대전 소재 S아파트를 선정하였다. 대상 아파트는 80년대 초반의 대표적인 2-bay구조 평면을 가진 아파트로써 전단벽체가 단면방향으로는 존재하지만 장변 방향으로는 존재하지 않는 특징을 잘 나타내 주고 있다.

이론/모형

따른 층간 횡변위를 비교 분석하였다. 층간변위 검토 시 사용된 구조 모델은 슬래브의 강성을 고려한 유효 보폭법을 적용하여 건축물의 성능평가 프로그램인 MIDAS /Genw을 이용하여 해석하였다.

성능/효과

12~Fig. 14로 부터 보면 신설 벽체의 위치가 횡 변위 성능에 영향을 미치고 있음을 알 수 있으며, 장변방향의 전단벽 신설을 통하여 횡 변위 성능이 가장 좋은 위치는 코어 중심 배치, 코어 측면배치, 코어 편심 배치 순으로 분석되었다.
2) 장변 방향 보강벽체 위치에 따라 건축물의 전체거동에 영향을 미치며, 코어중심 배치형과 코어측면배치형이 가장 효율적인 거동을 하는 배치임을 확인 하였다.
3) 벽체의 보강 시 보강길이 6m까지는 보강 길이와횡변위 성능이 선형적으로 비례하는 것으로 나타났으나, 8m이상에서는 성능 향상이 둔화되는 것으로 나타났다.
4) 벽 두께가 증가함에 따라 횡 변위성능이 향상 되었으나, 기존 아파트의 벽두께 0.18m에서 0.2m로증가하였을 경우에는 효율이 큰 반면, 이후 벽두께가 증가함에 따른 횡 변위성능효율은 점차 둔화되는 것으로 나타났다.
안을 개발하였다. 대상 아파트에 적용한 리모델링 유형으로는 소규모 증축 및 확장을 위한 수평 확장형과 인접 세대를 병합하여 규모에 변화를 준 세대 병합형, 독신자 주거를 위한 세대 축소형의 리모델링 유형 등이 있으며 이러한 여러가지 리모델링 유형 분석 결과 복층형과 세대 확장형, 세대 축소형 리모델링은 비용 면에서 유리하며 대안별로 비용의 차이는 있으나 리모델링의 타당성이 있는 것을 확인 하였다. 특히 수평 확장형 리모델링은 사업비용 면에서 실현 가능성이 매우 높은 것으로 분석되었다.
됨을 알 수 있다. 또한 기울기에 의한 보강효율을 살펴보면, 벽체두께를 0.18m에서 0.2m로 증가시킨 초기의 기울기가 가장 급하게 나타나고, 이후 기울기가 둔화되어 보강효율은 점차 감소하고 있음을 알수 있다.
벽체 두께에 따른 증가효율을 백분율로 환산하여 보면, 벽체의 두께를 0.18m에서 0.2m로 증가할 경우에는 60%이상의 효율을 나타내는 반면, 0.2m이후에는 두께에 따른 층간변위 감소율이 50% 이하로 떨어지며 점차 효율이 감소됨을 알 수 있다.
신설 벽체의 보강길이에 따른 효율성을 고려하여 볼때, 단부 분산배치형을 제외한 코어중심형, 코어 편심형 및 코어 측면형에서는 보강길이 6m까지 비교적 선형적 그래프 형태를 보이며 성능이 향상되지만, 보강길이 8m 이상에서는 성능 향상 폭이 둔화되어 보강효율이 떨어짐을 알 수 있다. 단부 분산형의 경우에는보강길이 8m 이후까지 비교적 선형적 성능향상을 나타내기는 하였으나, 그 기울기가 상당히 작아 보강길이에 따른 효율성이 크지 않음을 알 수 있다.
해석 결과, 코어 중심형은 4m의 벽체 보강 시에 횡변위 1%기준의 값을 만족 하였으며, 코어 측면과 코어 편심형은 6m 보강 시 만족하는 것으로 나타났다. 단 부분 산의 경우 최고 14m의 벽체 보강 시 횡변위 기준값을 만족하는 것으로 분석되었다

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