슬래브의 시공하중에 대한 동바리 강성 및 슬래브 균열의 영향 II: 계측 및 비교 Effects of Shore Stiffness and Concrete Cracking on Slab Construction Load II: Measurements and Comparisons원문보기
연계 논문에서는 슬래브의 시공하중을 산정하는 간략화한 방법을 개발하였다. 기존 방법과 달리, 제안 방법은 동바리 강성과 시공하중에 의한 콘크리트 균열 효과를 고려할 수 있다. 이 연구에서는 실제 플랫 플레이트 슬래브에서 시공하중을 계측하였다. 제안 방법의 입증을 위하여, 계측된 동바리 하중은 제안 방법과 기존 방법으로 예측한 결과와 비교되었다. 또한, 제안 방법은 기존 연구에서 측정된 벽식 구조에도 적용되었고, 예측 결과는 계측 결과와 비교되었다. 비교 결과, 제안 방법은 시공하중을 잘 예측하였고, 기존 방법에 비해 더 우수한 예측 결과를 보여주었다.
연계 논문에서는 슬래브의 시공하중을 산정하는 간략화한 방법을 개발하였다. 기존 방법과 달리, 제안 방법은 동바리 강성과 시공하중에 의한 콘크리트 균열 효과를 고려할 수 있다. 이 연구에서는 실제 플랫 플레이트 슬래브에서 시공하중을 계측하였다. 제안 방법의 입증을 위하여, 계측된 동바리 하중은 제안 방법과 기존 방법으로 예측한 결과와 비교되었다. 또한, 제안 방법은 기존 연구에서 측정된 벽식 구조에도 적용되었고, 예측 결과는 계측 결과와 비교되었다. 비교 결과, 제안 방법은 시공하중을 잘 예측하였고, 기존 방법에 비해 더 우수한 예측 결과를 보여주었다.
In a companion paper, a simplified method for the evaluation of the slab construction load was developed. Unlike existing methods, the proposed method includes the effects of shore stiffness and concrete cracking on the construction load. In the present study, construction loads were measured in act...
In a companion paper, a simplified method for the evaluation of the slab construction load was developed. Unlike existing methods, the proposed method includes the effects of shore stiffness and concrete cracking on the construction load. In the present study, construction loads were measured in actual flat-plate slabs. For verification, the measured shore-forces were compared with the predictions by the proposed method and existing methods. Further, the proposed method was applied to a wall-slab structure, and the prediction results were compared with the measurements. The comparison results showed that the proposed method well predicted the construction loads, furthermore it gave better predictions than the existing methods did.
In a companion paper, a simplified method for the evaluation of the slab construction load was developed. Unlike existing methods, the proposed method includes the effects of shore stiffness and concrete cracking on the construction load. In the present study, construction loads were measured in actual flat-plate slabs. For verification, the measured shore-forces were compared with the predictions by the proposed method and existing methods. Further, the proposed method was applied to a wall-slab structure, and the prediction results were compared with the measurements. The comparison results showed that the proposed method well predicted the construction loads, furthermore it gave better predictions than the existing methods did.
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문제 정의
PMIK는 이전 연구9)에서 새롭게 제안한 방법으로서, 기존의 Grundy's method와 Mosallam's method의 결과 및 시공하중 계측값들과 비교함으로써 시공하중 산정의 타당성을 검증하고자 한다.
가설 설정
0D는 슬래브 자중만의 크기를 의미한다. 이전 연구9)에서 언급하였듯이, 슬래브 자중을 제외한 시공 활하중은 일반적으로 슬래브 자중의 50%로 가정되므로,15) 해석에서 최상층 타설 시에는 최상층 슬래브에 1.5D의 하중이 작용하고, 동바리 제거 시에는 최상층에 자중 1.0D만 작용한다고 가정하여 슬래브 시공하중을 산정하였다. Fig.
제안 방법
18층은 6일의 기준층 시공 주기가 거의 일정하게 반복되는 구간이며, 33층, 36층, 지붕 층은 각 층당 주기가 6일 이상의 다양한 주기에 의하여 시공되었다. 각 층의 계측 동바리의 위치는 Fig. 1에 표시된 바와 같으며, A슬래브에서는 18층에서만 슬래브 중앙부(#1)와 기둥과 슬래브 중앙부 사이(#2), 기둥 근처(#3)에서 동바리 축력을 계측하였고, B슬래브에서는 33층, 36층, 지붕층에서 슬래브 중앙부(#4) 동바리 축력을 계측하였다. A슬래브의 각 층 슬래브 타설과 동바리 제거 및 로드셀 설치 작업의 작업 순서는 Fig.
각 데이터는 데이터로거를 이용하여 5초 간격으로 측정하였다. 계측은 해당층 바닥 거푸집 설치 과정부터 아래층 바닥 동바리가 제거되는 과정까지 이루어졌다.
이 연구에서는 기둥식 플랫 플레이트의 시공 중 동바리 축력을 계측하고 이를 제안한 시공하중 산정법 및 기존의 방법들과 비교하였다. 또한 기존의 벽식 아파트에서 측정된 동바리 축력과도 비교하였다. 비교 결과 기존 방법들보다 제안된 방법은 계측결과에 근접하였다.
계측지점의 동바리 축력은 PM-IK와 PM-K 모두 평균 동바리 축력보다 13% 감소하였다. 슬래브 시공을 위하여 3개층 동바리지지 시스템이 적용되었고, 시공 스케쥴 및 시공 활하중 작용에 대한 분석결과는 강수민 등14)의 논문에 제시되어 있으며, 이를 적용 하여 동바리 하중을 산정하였다.
이 연구에서는 기둥식 플랫 플레이트의 시공 중 동바리 축력을 계측하고 이를 제안한 시공하중 산정법 및 기존의 방법들과 비교하였다. 또한 기존의 벽식 아파트에서 측정된 동바리 축력과도 비교하였다.
이들 연구와 달리, 이 연구에서는 슬래브의 균열과 처짐에 주로 문제가 되는 짧은 시공주기로 건설되는 장스팬의 플랫 플레이트 슬래브에 대한 동바리 축력을 계측 하였다. 측정결과와 비교를 통하여 제안된 시공하중 평가 방법의 유효성을 검증하였으며, 시공하중에 대한 슬래브 균열과 동바리 강성의 영향을 연구하였다.
시공하중 산정법의 적용성 분석 및 검증을 위하여, 다양한 유형의 구조체에 대한 계측 결과와의 비교가 필요 하다. 이를 위하여, 국내 주거형 건물에 대한 기존의 동바리 축력 계측 결과와의 비교를 수행하였다. 강수민 등14)은 벽식 플랫 플레이트 구조의 주거형 건물에 대한 시공 중동바리 축력을 계측하였다.
6의 동바리 하중은 유효 스팬내의 각 동바리 축력의 평균값을 나타낸다. 제안된 방법에서는 동바리 강성을 고려하므로 동바리 축력의 평균값과 각 동바리의 처짐관계를 이용하면, 각 동바리의 축력을 계산할 수 있다.
18층에서는 A슬래브에서 계측이 이루어졌고, 33층, 36층, 지붕층에서는 B슬래브에서 계측이 진행되었다. 처짐이 가장 크게 발생될 것으로 예상되는 위치의 동바리 하부에 로드셀을 설치하여 시공단계에 따른 동바리에 전달되는 하중 변화를 측정하였다. 측정 구간의 조건은 스팬길이를 제외하고는 A, B슬래브 모두 동일하며, 슬래브 및 동바리 정보는 Table 1과 같다.
동바리의 축력을 측정하기 위해 용량 10톤의 로드셀(load cell)을 사용하였다. 측정 위치 동바리 하부에 편심을 제어하기 위하여 구면좌와 함께 로드셀을 연직으로 설치하였다(Fig. 3). 로드셀은 거푸집 및 동바리 등 가설 재를 설치할 때 동바리 하부에 설치함으로써 가설재 설치 이후 콘크리트 타설, 작업하중 등의 시공하중 변화를 측정할 수 있도록 하였다.
이들 연구와 달리, 이 연구에서는 슬래브의 균열과 처짐에 주로 문제가 되는 짧은 시공주기로 건설되는 장스팬의 플랫 플레이트 슬래브에 대한 동바리 축력을 계측 하였다. 측정결과와 비교를 통하여 제안된 시공하중 평가 방법의 유효성을 검증하였으며, 시공하중에 대한 슬래브 균열과 동바리 강성의 영향을 연구하였다.
33층, 36층, 지붕층에서 B슬래브 중앙부의 동바리(#4) 축력을 계측하였다. 특히 시공하중의 크기가 다른 층에 비하여 작은 지붕층을 계측함으로써 시공조건이 다른 경우의 시공하중의 변화를 파악하였다. Fig.
A슬래브의 경우 Grundy's method와 PMI의 큰 차이로 미루어 보아 장스팬 슬래브에서 균열에 의한 영향이 큰 것으로 나타났다. 특히 제안된 방법에서는 동바리 강성을 고려하여 각 동바리 위치에서의 동바리 축력의 차이를 고려할 수 있다.
비교 결과 기존 방법들보다 제안된 방법은 계측결과에 근접하였다. 특히 제안된 방법에서는 슬래브의 처짐을 고려하여 동바리 축력의 변화를 산정할 수 있었다.
해당 슬래브의 스팬은 6,200 mm이며, 경계조건은 한쪽은 벽체 지지되면서 연속이고 다른 한쪽은 슬래브가 연속되지 않으므로 유효 스팬계수 ψ = 0.8을 적용하였다.
대상 데이터
1). 18층에서는 A슬래브에서 계측이 이루어졌고, 33층, 36층, 지붕층에서는 B슬래브에서 계측이 진행되었다. 처짐이 가장 크게 발생될 것으로 예상되는 위치의 동바리 하부에 로드셀을 설치하여 시공단계에 따른 동바리에 전달되는 하중 변화를 측정하였다.
4(b)는 B슬래브에서 계측 결과를 나타내고 있다. 33층, 36층, 지붕층에서 B슬래브 중앙부의 동바리(#4) 축력을 계측하였다. 특히 시공하중의 크기가 다른 층에 비하여 작은 지붕층을 계측함으로써 시공조건이 다른 경우의 시공하중의 변화를 파악하였다.
33층, 36층, 지붕층의 스팬은 9,300 mm이며, 경계조건으로 한쪽은 슬래브가 불연속이고 다른 한쪽은 슬래브가 연속되므로 유효 스팬계수ψ = 0.8을 적용하였고, 상세 조건은 Table 1과 같다.
계측 대상은 실제 시공 중인 기둥 지지형 플랫 플레이트 건물(S-building)로서, 업무 및 주거 복합시설로 계획되어 있으며, 계측은 장스팬 구간이면서 바닥면적이 넓은 주거시설을 대상으로 하였다(Fig. 1). 18층에서는 A슬래브에서 계측이 이루어졌고, 33층, 36층, 지붕층에서는 B슬래브에서 계측이 진행되었다.
동바리의 축력을 측정하기 위해 용량 10톤의 로드셀(load cell)을 사용하였다. 측정 위치 동바리 하부에 편심을 제어하기 위하여 구면좌와 함께 로드셀을 연직으로 설치하였다(Fig.
이론/모형
사용 모델은 Grundy and Kabaila4)의 방법(Grundy's method), Mosallam and Chen5)의 방법(Mosallam's method), 이 연구에서 제안된 방법(PM)이다.
성능/효과
A슬래브에 비해 B슬래브의 유효 스팬이 짧아져서 Fig. 8에 비해서는 제안법과 Grundy's method의 결과가 큰 차이가 발생하지 않았으며, 제안법의 결과들 간에도 큰 차이가 없었다.
Table 5에서 슬래브 콘크리트 28일 강도는 설계강도이다. 계측지점의 동바리 축력은 PM-IK와 PM-K 모두 평균 동바리 축력보다 13% 감소하였다. 슬래브 시공을 위하여 3개층 동바리지지 시스템이 적용되었고, 시공 스케쥴 및 시공 활하중 작용에 대한 분석결과는 강수민 등14)의 논문에 제시되어 있으며, 이를 적용 하여 동바리 하중을 산정하였다.
8을 적용하였고, 상세 조건은 Table 1과 같다. 계측지점의 동바리 축력은 PMIK와 PM-K 모두 동바리 #4의 처짐에 따라 평균 동바리축력보다 10% 증가하였다. A슬래브에 비해 B슬래브의 유효 스팬이 짧아져서 Fig.
또한 기존의 벽식 아파트에서 측정된 동바리 축력과도 비교하였다. 비교 결과 기존 방법들보다 제안된 방법은 계측결과에 근접하였다. 특히 제안된 방법에서는 슬래브의 처짐을 고려하여 동바리 축력의 변화를 산정할 수 있었다.
4(a)는 18층 A슬래브에서 시공단계에 따른 동바리의 축력 변화를 나타낸다. 시공단계의 변화에 따라 큰 축력 변화를 보이는데 각 층 콘크리트를 타설하는 공정에서 축력이 가장 많이 상승하고 최하층 동바리가 제거 되는 단계에서 축력이 가장 많이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 슬래브 내의 위치에 따라 동바리 축력이 다양하게 분포한다.
상대적으로 유효스팬이 짧아 PM-IK는 균열에 의한 유효강성 감소효과가 크지 않아서 PM-K와 유사한 값을 가졌다. 전반적으로 동바리 강성효과가 균열에 의한 유효강성 감소효과보다 더 우세한 것으로 나타났다.
전반적으로 유효 스팬길이에 따라 동바리 강성과 슬래브 균열 효과의 비중이 달라졌으며, 상대적으로 유효 스팬이 긴 슬래브에서는 균열에 의한 영향이 우세하였으며, 유효 스팬이 짧은 슬래브에서는 동바리 강성의 영향이 우세하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
장스팬 플랫 플레이트 구조의 문제점은?
최근 국내에서 선호하고 있는 장스팬 플랫 플레이트 구조는 보 없이 슬래브 바닥판만으로 중력하중에 저항해야 하기 때문에 휨모멘트에 의한 균열손상에 취약하다. 특히 시공 중에는 조기재령 슬래브가 구조 내력을 충분히 발휘하기 전에 과도한 시공하중이 작용하여 슬래브에 균열을 발생시키고, 과도한 장기 처짐을 발생시킬 수 있다.1-3) 따라서, 시공 중 슬래브의 균열 손상을 억제하기 위해서는 설계와 시공 계획 단계에서 대책 마련이 필요하며, 정확한 시공하중 예측이 중요하다.
슬래브에 재하되는 시공하중에 영향을 미치는 주요 변수는?
일반적으로 슬래브에 재하되는 시공하중에 영향을 미치는 주요 변수는 동바리에 의하여 지지되는 슬래브의 층 수, 층당 시공기간, 조기재령 콘크리트의 재료 특성 등이다. Grundy and Kabaila4)는 상부 슬래브 타설 혹은 하부 동바리 제거로 인하여 추가로 재하되는 하중을 동바리로 연결된 슬래브들의 재료강성비에 따라서 분배하며, 슬래브 콘크리트의 재령에 따른 강성의 변화를 고려하였다.
시공하중을 평가하기 위한 기존 연구들의 한계는?
시공하중을 평가하기 위하여 기존의 연구들10-12)은 슬래브의 단기 혹은 장기 처짐을 계측하였다. 그러나 슬래브 처짐은 여러 가지 설계변수에 의하여 영향을 받아 시공하중을 정확히 평가할 수 없으므로, 최근 연구들에서는 동바리에 전달되는 시공하중을 계측하였다. Puente 등13) 은 3개층에 대해 시공 중 각각 34개의 동바리 축력을 계측하여 시간에 따른 동바리 축력의 변화뿐만 아니라 각 위치에 따른 동바리 축력의 차이를 연구하였다.
참고문헌 (15)
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