고층건물에 플랫 플레이트의 사용이 증가하면서, 과도한 시공 하중의 작용과 그에 따른 슬래브의 장기 처짐은 콘크리트 슬래브 설계에 큰 영향을 미칠 수 있다. 콘크리트의 균열과 조기재령 슬래브의 처짐을 예측하기 위해서는 시공하중을 정확히 산출할 필요가 있다. 이러한 플랫 플레이트의 시공하중은 다양한 설계 요소에 영향을 받음에도 불구하고, 대부분의 기존 시공하중 산정법의 영향 요소는 시공주기와 콘크리트의 재료적 성질, 동바리 지지층수로 국한되어왔다. 이 연구에서는 이러한 영향을 포함하여, 동바리 강성과 콘크리트 균열의 영향을 이론적으로 연구하였다. 연구결과를 바탕으로 시공하중 산정을 위한 간단한 방법을 개발하였다. 제안법에서 시공하중 산정은 최상층 슬래브 타설과하부 동바리 제거 두 단계로 나누어진다. 각 단계에서 시공하중 증가분만큼 동바리와 슬래브의 강성비에 따라 하부 슬래브로 하중이 전달된다. 제안방법은 기존 시공하중 산정법과 비교되었다. 실제 시공하중 계측결과와 제안법의 비교는 연계된 논문에서 기술된다.
고층건물에 플랫 플레이트의 사용이 증가하면서, 과도한 시공 하중의 작용과 그에 따른 슬래브의 장기 처짐은 콘크리트 슬래브 설계에 큰 영향을 미칠 수 있다. 콘크리트의 균열과 조기재령 슬래브의 처짐을 예측하기 위해서는 시공하중을 정확히 산출할 필요가 있다. 이러한 플랫 플레이트의 시공하중은 다양한 설계 요소에 영향을 받음에도 불구하고, 대부분의 기존 시공하중 산정법의 영향 요소는 시공주기와 콘크리트의 재료적 성질, 동바리 지지층수로 국한되어왔다. 이 연구에서는 이러한 영향을 포함하여, 동바리 강성과 콘크리트 균열의 영향을 이론적으로 연구하였다. 연구결과를 바탕으로 시공하중 산정을 위한 간단한 방법을 개발하였다. 제안법에서 시공하중 산정은 최상층 슬래브 타설과하부 동바리 제거 두 단계로 나누어진다. 각 단계에서 시공하중 증가분만큼 동바리와 슬래브의 강성비에 따라 하부 슬래브로 하중이 전달된다. 제안방법은 기존 시공하중 산정법과 비교되었다. 실제 시공하중 계측결과와 제안법의 비교는 연계된 논문에서 기술된다.
Long-term floor deflection caused by excessive construction load became a critical issue for the design of concrete slabs, as a flat plate is becoming popular for tall buildings. To estimate the concrete cracking and deflection of an early age slab, the construction load should be accurately evaluat...
Long-term floor deflection caused by excessive construction load became a critical issue for the design of concrete slabs, as a flat plate is becoming popular for tall buildings. To estimate the concrete cracking and deflection of an early age slab, the construction load should be accurately evaluated. The magnitude of construction load acting on a slab is affected by various design parameters. Most of existing methods for estimating construction load addressed only the effects of the construction period per story, material properties of early age concrete, and the number of shored floors. In the present study, in addition to these parameter, the effects of shore stiffness and concrete cracking on construction load were numerically studied. Based on the result, a simplified method for estimating construction load was developed. In the proposed method, the calculation of construction load is divided to two steps: 1)Onset of concrete placement at a top slab. 2)Removal of shoring. At each step, the construction load increment is distributed to the floor slabs according to the ratio of slab stiffness to shore stiffness. The proposed method was compared with existing methods. In a companion paper, the proposed method will be verified by the comparison with the measurements of actual construction loads.
Long-term floor deflection caused by excessive construction load became a critical issue for the design of concrete slabs, as a flat plate is becoming popular for tall buildings. To estimate the concrete cracking and deflection of an early age slab, the construction load should be accurately evaluated. The magnitude of construction load acting on a slab is affected by various design parameters. Most of existing methods for estimating construction load addressed only the effects of the construction period per story, material properties of early age concrete, and the number of shored floors. In the present study, in addition to these parameter, the effects of shore stiffness and concrete cracking on construction load were numerically studied. Based on the result, a simplified method for estimating construction load was developed. In the proposed method, the calculation of construction load is divided to two steps: 1)Onset of concrete placement at a top slab. 2)Removal of shoring. At each step, the construction load increment is distributed to the floor slabs according to the ratio of slab stiffness to shore stiffness. The proposed method was compared with existing methods. In a companion paper, the proposed method will be verified by the comparison with the measurements of actual construction loads.
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문제 정의
이 연구에서는 동바리로 지지되는 슬래브의 수, 층당시공기간, 조기재령 콘크리트의 재료특성 뿐만 아니라 동바리 강성과 슬래브 균열의 영향을 고려할 수 있는 시공하중 산정방법을 개발하였다. 특히 이러한 다양한 변수들을 고려하면서도 엔지니어들이 실무에서 쉽게 적용할 수 있도록 단순화된 방법의 개발에 초점을 맞추었다.
이 연구에서는 플랫 플레이트의 시공하중을 산정하는 방법을 제안하였다. 동바리 강성 효과 및 균열에 따른 슬래브 유효단면강성 저하 효과는 시공 중 슬래브 시공 하중 분포에 큰 영향을 줄 수 있으며, 이러한 영향 요소들을 고려하여 시공하중 산정법을 개발하였다.
이 연구에서는 동바리로 지지되는 슬래브의 수, 층당시공기간, 조기재령 콘크리트의 재료특성 뿐만 아니라 동바리 강성과 슬래브 균열의 영향을 고려할 수 있는 시공하중 산정방법을 개발하였다. 특히 이러한 다양한 변수들을 고려하면서도 엔지니어들이 실무에서 쉽게 적용할 수 있도록 단순화된 방법의 개발에 초점을 맞추었다. 논문 I에서는 이론적 방법을 개발하고 기존의 방법과 비교를 하였으며, 논문 II11)에서는 실제 계측 결과와 비교를 통하여 개발된 시공하중 예측 방법을 검증하였다.
가설 설정
일반적인 플랫플레이트의 설계범위인 콘크리트 탄성 계수 15,000~35,000 MPa, 피복두께 20~30 mm, 슬래브 두께 160~300 mm, 인장철근 대비 압축철근비 0~100%범위 내에서 계산하면, Icr은 Ig의 12~35%의 값을 갖는다. 따라서 Icr의 단순화를 위하여 Ig의 25%로 가정한다.
1단계는 최상층 슬래브가 타설되는 시점으로, 거푸집 및 동바리 하중, 작업자의 활하중, 타설시 발생하는 충격하중, 슬래브의 자중이 작용한다. 슬래브자중을 제외한 시공하중은 일반적으로 자중의 50%로 가정되므로,5) 최상층 슬래브에 1.5D의 하중이 작용한다고 가정한다. 여기서, D는 슬래브 1개층 자중을 의미하며, D 앞의 계수값(1.
제안 방법
예제의 평면은 Fig. 8 (a)와 같이 X방향과 Y방향의 스팬은 10,000 mm로 동일하며, X방향 중간대 슬래브에 적용 하였다. 이때, 슬래브의 유효 길이계수 ψ = 0.
Table 2와 같이 기존의 시공하중 산정방법들(Grundy's method와 Mosallam's method)과 이 논문에서 제안한 시공하중 산정법을 비교하였다.
8(b)와 같이 가정하였다. 각 층 시공하중 분포 시점은 최하부 동바리를 제거하여 하중 분포가 완료된 시점이며, 예제에서는 다음 단계인 최하부 동바리 제거 3일 후에 최상층 슬래브를 타설하는 경우 슬래브 중앙부에서 제안된 방법을 적용하였다.
특히 이러한 다양한 변수들을 고려하면서도 엔지니어들이 실무에서 쉽게 적용할 수 있도록 단순화된 방법의 개발에 초점을 맞추었다. 논문 I에서는 이론적 방법을 개발하고 기존의 방법과 비교를 하였으며, 논문 II11)에서는 실제 계측 결과와 비교를 통하여 개발된 시공하중 예측 방법을 검증하였다.
이 연구에서는 플랫 플레이트의 시공하중을 산정하는 방법을 제안하였다. 동바리 강성 효과 및 균열에 따른 슬래브 유효단면강성 저하 효과는 시공 중 슬래브 시공 하중 분포에 큰 영향을 줄 수 있으며, 이러한 영향 요소들을 고려하여 시공하중 산정법을 개발하였다. 이 연구의 주요 결과는 다음과 같이 요약할 수 있다.
또한, 기존 방법들인 Grundy's method와 Mosallam's method는 슬래브의 스팬과 두께에 관계없이 동일한 시공하중을 나타내는 반면, 제안한 방법은 설계변수의 영향을 고려하고 있다.
슬래브 처짐에 대한 동바리 강성의 영향을 나타내기 위하여, 먼저 슬래브와 동바리 강성의 상호 관계를 분석한다. 이를 위하여, 단순화된 모델로서 동일 간격의 스프링으로 지지되는 단순지지 보를 고려한다(Fig.
시공하중이 분배되는 과정을 기술하기 위하여, 제안된 방법을 간단한 예제에 적용하였다. 층당 시공주기는 6일로서 최상층 타설 3일 후에 최하부 동바리를 제거한다.
슬래브의 유효강성 Ie를 고려할 때, 시공하중의 변화는 Ie 변화에 따라 달라지므로 반복계산이 필요하다. 이 연구에서는 이를 단순화하기 위하여 이전 단계의 시공하중에 의해 결정된 각 슬래브의 Ie값을 사용하여 현재 단계에서의 하중 분배에 사용한다. Ie 적용시 이전 단계에서 한번 감소한 Ie는 다음 단계에서 증가 할 수 없다.
슬래브 처짐에 대한 동바리 강성의 영향을 나타내기 위하여, 먼저 슬래브와 동바리 강성의 상호 관계를 분석한다. 이를 위하여, 단순화된 모델로서 동일 간격의 스프링으로 지지되는 단순지지 보를 고려한다(Fig. 1). 여기서 단순보와 스프링은 각각 슬래브와 동바리를 나타내며, 슬래브와 동바리의 강성비에 따라 하중을 분담한다.
Table 2와 같이 기존의 시공하중 산정방법들(Grundy's method와 Mosallam's method)과 이 논문에서 제안한 시공하중 산정법을 비교하였다. 제안된 방법에서 슬래브 콘크리트의 균열효과만을 적용한 PM-I, 동바리 강성 효과만을 적용한 PM-K, 슬래브 균열과 동바리 강성 효과를 모두 적용한 PM-IK로 나타내어 슬래브 균열 효과와 동바리 강성 효과를 구분하여 비교하였다.
대상 데이터
슬래브의 유효 스팬길이와 두께는 각각 6 m, 200 mm와 10 m, 300 mm 두 가지를 사용하였다. 동바리 지지 층 수는 3층 지지(n = 3)와 4층 지지(n = 4)를 사용하였으며, 시공주기는 3일 또는 6일을 적용하였다. 그 외 변수는 Table 1의 값과 동일하다.
9의 예제모델에 기존 시공하중 산정법과 제안방법을 적용하였다. 슬래브의 유효 스팬길이와 두께는 각각 6 m, 200 mm와 10 m, 300 mm 두 가지를 사용하였다. 동바리 지지 층 수는 3층 지지(n = 3)와 4층 지지(n = 4)를 사용하였으며, 시공주기는 3일 또는 6일을 적용하였다.
이론/모형
14,15) 특히, 슬래브와 같이 철근비 1% 미만의 경우, Branson 식은 유효 단면 2차 모멘트 값이 실제보다 크게 산정되는 경향이 있으나, Bischoff 식은 유효 단면 2차 모멘트에 대한 실험값과 매우 유사한 결과를 보이고 있다. 따라서 슬래브를 연구대상으로 하는 이 연구에서는 Bischoff 식을 적용하여, 유효 단면 강성 감소 효과를 고려하고자 한다.
성능/효과
2) 슬래브 유효강성 저하 효과는 시공하중과 슬래브 콘크리트 재령에 따른 강도발현을 고려하여 정의된다. 슬래브 균열 효과를 고려할 경우, 시공하중이 큰 하부지지층 슬래브의 유효단면강성이 작아지므로, 상부지지층 슬래브가 지지하는 시공하중이 증가하게 된다.
3) 이 결과 제안된 시공하중 산정법의 결과는 Grundy's method 결과의 경향과 유사하나, 최대 시공하중은 보다 작게 평가하며 초기 재령 시공하중을 크게 평가한다.
위의 결과는 슬래브 균열 및 동바리 강성 효과를 고려지 않는 경우 상부 슬래브의 시공하중을 과소평가하고, 하부 슬래브의 시공하중을 과대평가할 우려가 있음을 보여주고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
플랫 플레이트 시스템의 장점은?
최근 국내 건축물에서 층고 감소 및 시공성 향상, 공기 단축 등의 장점으로 인하여 플랫 플레이트 시스템의 사용이 크게 증가하였다. 그러나 장스팬의 플랫 플레이트에서는 슬래브의 낮은 강성으로 인하여 큰 처짐이나 균열이 발생하기 쉽다.
슬래브에 재하되는 시공하중에 영향을 미치는 주요 변수는?
일반적으로 슬래브에 재하되는 시공하중에 영향을 미치는 주요 변수는 동바리에 의하여 지지되는 슬래브의층 수, 층당 시공기간, 조기재령콘크리트의 재료특성 등이다. Grundy and Kabaila4)는 이러한 변수의 영향을 고려할 수 있는 시공하중 산정방법을 제시하였다.
플랫 플레이트의 시공하중을 산정하기 위해 본 논문에서 제시된 시공하중 산정법에 대한 연구 요약 및 결과는?
1) 슬래브-동바리 등가강성비를 적용하여, 각 슬래브에 분배되는 시공하중을 정의하였다. 동바리 강성 및 동바리 변형 효과를 고려할 경우, 슬래브에서 동바리로 전달되는 하중이 감소하므로, 상부지지층 슬래브가 지지하는 시공하중이 증가하게 된다.
2) 슬래브 유효강성 저하 효과는 시공하중과 슬래브 콘 크리트 재령에 따른 강도발현을 고려하여 정의된다. 슬래브 균열 효과를 고려할 경우, 시공하중이 큰 하부지지층 슬래브의 유효단면강성이 작아지므로, 상부지지층 슬래브가 지지하는 시공하중이 증가하게 된다.
3) 이 결과 제안된 시공하중 산정법의 결과는 Grundy's method 결과의 경향과 유사하나, 최대 시공하중은보다 작게 평가하며 초기 재령 시공하중을 크게 평가한다.
참고문헌 (16)
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