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RC슬래브의 처짐제어를 위한 상향긴장식 부분PT공법의 적용
Applicability of Partial Post-Tension Method for Deflection Control of Reinforced Concrete Slabs 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.21 no.3, 2009년, pp.347 - 358  

이득행 (서울시립대학교 건축학부) ,  김강수 (서울시립대학교 건축학부) ,  김상식 (인하대학교 건축학부) ,  김용남 ((주)삼성물산 건설부문) ,  임주혁 ((주)삼성물산 건설부문)

초록
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최근에 들어서 국내에서도 무량판 구조 (flat plate slab)가 적용될 수 있는 여건이 마련되어가고 있다. 그러나 무량판 구조는 보가 없는 구조이기 때문에 일반적인 라멘구조형식에 비하여 처짐 제어가 어려우며, 포스트텐션 (post-tension) 공법은 이러한 문제점을 극복하기 위한 매우 효율적인 방법이다. 포스트텐션 구조를 적용하면 슬래브 두께의 증가 없이도 효율적으로 슬래브의 처짐을 제어 할 수 있다. 그러나, 이러한 장점에도 불구하고, 국내에서 포스트-텐션의 적용은 비용증가, 기술적인 문제, 경험부족 등으로 인하여 그 적용이 매우 제한적이다. 따라서 전구간 포스트텐션 (full-PT)에 대한 부담을 줄이고 나아가 기존 포스트텐션 구조형식의 시공성을 향상하기 위하여 본 연구에서는 슬래브 내부에서 긴장작업을 수행할 수 있는 상향긴장식 부분PT공법을 제안하였다. 이러한 상향긴장방식은 정착구를 필요에 따라 다양한 위치에 설치할 수 있기 때문에 처짐 효율에 대한 분석이 필요하며, 정착구 후면에서 인장응력을 야기시키는 문제점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 상향긴장식 부분PT공법 적용할 때 정착구 위치에 따른 처짐효율분석, 유한요소해석 및 스트럿-타이를 이용한 인장응력 또는 인장력 해석 등을 실시하였으며, 상향긴장식 부분PT공법을 실제로 현장에 적용하고, 계측결과를 해석결과와 비교 분석함으로써 현장적용성을 알아보았다. 상향긴장식 부분PT공법은 처짐 또는 인장응력이 크게 발생되는 부분 구간에만 선택적으로 적용하면 적은 비용증가로 큰 처짐효율을 얻어낼 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, it is getting into a good situation for the flat-plate slab system to be applied. The flat-plate slab without beam, however, is often too weak to control deflection properly compared to other typical slab-beam structures, for which the post-tension method is generally regarded as one of be...

주제어

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문제 정의

  • 또한, PT공법을 필요한 구간에만, 즉, 바닥판의 일부 구간에만 도입하여 긴장력의 도입이 비효율적인 구간에서는 이를 선택적으로 배제할 수 있으며, 국내에서 PT공법을 도입함에 따른 현실적인 제약조건에 의한 부작용을 최소화 할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 부분PT공법 적용에 의한 처짐 제어효과 및 효율성을 분석하고, 긴장 정착구 주위의 응력상태를 고찰함으로써 부분PT공법의 적용성을 면밀히 검토하고자 하였다. 또한 시공성의 개선을 위하여 상향긴장방식을 도입하고, 현장적용을 통하여 구조적, 시공적 측면에서 발생할 수 있는 문제점도 아울러 점검하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 최근 국내에서 대두되고 있는 무량판구조의 적용 확대에 따른 처짐 문제를 해결할 수 있는 효율적인 방법으로, 국내의 현실 여건상 당장 도입하기 어려운 완전PT공법 대신 이를 보완할 수 있는 부분PT공법을 제안하였다. 또한 긴장 작업시 시공성이 떨어지는 점을 개선하고자 슬래브 내에서 긴장할 수 있는 상향긴장 방식을 적용함으로써 시공성능을 높이고자 하였다. 이러한 상향긴장식 부분PT공법의 적용에 대한 본 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 따라서 본 연구에서는 부분PT공법 적용에 의한 처짐 제어효과 및 효율성을 분석하고, 긴장 정착구 주위의 응력상태를 고찰함으로써 부분PT공법의 적용성을 면밀히 검토하고자 하였다. 또한 시공성의 개선을 위하여 상향긴장방식을 도입하고, 현장적용을 통하여 구조적, 시공적 측면에서 발생할 수 있는 문제점도 아울러 점검하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 최근 국내에서 대두되고 있는 무량판구조의 적용 확대에 따른 처짐 문제를 해결할 수 있는 효율적인 방법으로, 국내의 현실 여건상 당장 도입하기 어려운 완전PT공법 대신 이를 보완할 수 있는 부분PT공법을 제안하였다. 또한 긴장 작업시 시공성이 떨어지는 점을 개선하고자 슬래브 내에서 긴장할 수 있는 상향긴장 방식을 적용함으로써 시공성능을 높이고자 하였다.
  • 다만, 정착구 후면에 긴장시 필요한 포켓폼 공간을 제외하고 콘크리트가 타설된 상태에서 긴장력을 도입하기 때문에, 정착구 후면 및 앞면의 콘크리트에 인장응력 및 압축응력이 국부적으로 집중되는 현상이 발생하게 되어 응력검토와 함께 추가적인 보강근에 대한 설계가 필요하다. 이 연구에서는 국내의 건설현장의 여건하에서 시공성이 유리하다고 판단되는 상향긴장방식을 적용하는 것을 전제로 하였다.
  • 3-8) 하지만, 아직 국내에서는 PT공법을 적용한 사례가 매우 드문 것이 현실이며, 이것은 PT구조의 공사비가 해외에 비하여 비싸다는 점도 있지만 국내에 PT공법이 일반화 되지 않았기 때문에 PT공법의 효과에 대한 우려와 함께 공사비의 책정 및 현장관리의 어려움 등에 기인한 것도 많다. 이처럼 PT공법이 처짐제어에 매우 효율적임에도 불구하고 국내에서의 현실적인 문제 때문에 적용이 미비한 문제점이 있음을 인식하고, 이에 대한 대처방안으로 본 연구에서는 기존의 철근콘크리트 (reinforced concrete, RC)공법을 대체하는 공법으로서가 아니라 기존의 RC공법을 보완하는 방법으로 부분PT공법 (partial post-tension)의 도입을 검토하였다. 즉, RC구조에 PT구조를 추가하여 처짐을 제어하고, PT를 부분적으로만 도입함으로써 전구간 PT공법을 도입하는데 따른 부담을 최소화 하는 대안이 될 수 있다는 판단에 근거한 것이다.
  • 과 거의 일치한다. 즉, 평면과 입면 방향에 대한 해석을 통하여 3차원 (3D) 해석과 동일한 효과를 가질 수 있도록 해석을 수행한 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
층간소음분쟁에 따라 2004년 건설교통부에서 지정한 사항은? 특히, 국내 주거용건물의 경우, 최근의 사회적 요구를 반영한 주택관련 정책의 변화에 따라 구조형식에도 적지 않은 변화가 시작되고 있다. 층간소음분쟁이 사회문제화됨에 따라 건설교통부 (현국토해양부)는 2004년 4월부터 ‘공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준 1) ’을 고시하였으며, 주요 사항 으로 슬래브의 최소 두께를 대폭 높이는 내용을 포함하였다. 특히, 1등급에 해당하는 경우에, 슬래브의 최소두께가 벽식 구조인 경우에는 210 mm인 반면, 무량판 구조는 180 mm 이상으로 규정하였다. 또한, 2006년 5월 개정된 건축법 시행령 2) 에서는 리모델링이 용이한 구조를 갖춘 공동주택에 대하여 용적률과 높이 제한을 최대 20% 까지 완화할 수 있도록 하였다.
포스트텐션 (post-tension, PT) 공법은 어떤 문제를 해결할 수 있는가? 국내 주상복합 건물의 경우에는 이미 기둥식 구조시스템이 많이 적용되고 있다. 그러나 갈수록 장경간화 되어 가는 평면의 경향 때문에 슬래브의 처짐을 제어하는 것이 매우 중요한 문제로 대두되고 있으며, 이러한 장경간 슬래브의 처짐 문제를 해결할 수 있는 효과적인 방법으로 포스트텐션 (post-tension, PT) 공법을 적용하는 것을들 수 있다. 3-8) 하지만, 아직 국내에서는 PT공법을 적용한 사례가 매우 드문 것이 현실이며, 이것은 PT구조의 공사비가 해외에 비하여 비싸다는 점도 있지만 국내에 PT공법이 일반화 되지 않았기 때문에 PT공법의 효과에 대한 우려와 함께 공사비의 책정 및 현장관리의 어려움 등에 기인한 것도 많다.
상향긴장식 부분PT공법의 적용에 대한 본 연구를 통하여 얻은 결론은? 1) 상향 긴장식 부분PT공법은 완전PT에 비하여 적은 긴장재량으로 거의 대등한 처짐제어 효율을 가지기 때문에 경제적이며, 완전PT공법의 적용이 어려운 국내현실을 감안할 때 적용성이 매우 우수한 공법이다. 2) 상향긴장방식은 슬래브 내부에서 긴장하기 때문에 정착구 후면에서 발생하는 인장응력을 제어하여야 하며, 이는 적절한 철근의 배치를 통하여 용이하게 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다. 3) 본 논문에서 제시한 정착구 위치계수를 사용하여 정착구 위치에 따른 처짐 제어효율을 용이하게 산정할 수 있으므로 초기설계단계에서 이를 신속히반영할 수 있다. 4) 상향긴장식 부분PT공법은 처짐 또는 인장응력이 크게 발생되는 부분 구간에만 선택적으로 적용하면 적은 비용증가로 큰 처짐효율을 얻을 수 있다.
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참고문헌 (15)

  1. 공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준, 건설교통부 고시 제2006-435호, 2006, 29 pp. 

  2. 건축법 시행령, 일부개정 2008.9.22 대통령령 제21025호, 2008, 103 pp. 

  3. Alami, B. O., 정광량, 포스트 텐션 바닥시스템의 설계, 태림 문화사, 2003, 238 pp. 

  4. Nilson, A. H. and Walters, D. B., “Deflection of Two-Way Floor System by Equivalent Frame Method,” ACI Structural Journal, Vol. 72, No. 5, 1975, pp. 210-218 

  5. Nilson, A. H., Design of Prestressed Concrte, 2nd ed., John Wiley & Sons. pp. 1987, 426-439 

  6. PTI (Post Tention Institute), Post-Tensioning Manual, 6th ed., Post-Tensioning Institute, 2006, 354 pp. 

  7. Collins, M. P. and Mitchell, D., Prestressed Concrete Structures, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1991, 766 pp. 

  8. Nawy, E. G., Prestressed Concrete Fundamental Approach, Fifth Edition, Prentice-Hall, 2006, 945 pp. 

  9. Alami, B. O., “Load Balancing : Comperhensive Solution to Post-Tensioning,” ACI Structural Journal, Vol. 87, No. 6, 1990, pp. 662-670 

  10. Hibbeler, R. C., Stuctural Analysis, Prentice-Hall, Inc., 2006, 644 pp. 

  11. CAST, http://cee.uiuc.edu/kuchma/strut_and_tie/, 2005 

  12. 한국콘크리트학회, 콘크리트구조설계기준해설, 한국콘크리트학회, 2007, pp. 252-27 

  13. ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary (ACI 318M-05), American Concrete Institute, Farmington Hills, 2005, pp 276-282 

  14. 한국콘크리트학회, 주거용 건물의 부분PT공법 최적화 연구, 한국콘크리트학회, 2008, 256 pp. 

  15. ADAPT, ADAPT-FLOOR PRO User Manual, ADAPT Corp, 2007, 298 pp. 

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