사회적 생활환경이 향상되고 안정됨에 따라 도시지역의 건설시장이 포화되고 있다. 신축 보다는 기존건물의 리모델링 혹은 유지관리를 통해 사용수명을 연장시키는 방안에 대한 연구가 활발하다. 국내의 경우에도 노후 구조물 등을 중심으로 이러한 논의가 활발히 이루어지고 있으며, 리모델링의 사회적 중요성은 점점 증가되고 있다. 노후 구조물의 리모델링 공사의 경우 구조도면 및 구조계산서 등이 없는 경우가 대부분이며, 개보수 및 구조변경 등 여러 가지 위해요인으로 인해 구조안정성에 대한 불확실한 요소를 내포한 상태에서 공사가 진행되고 있는 현실이다. 특히 슬래브의 경우 이러한 불확실한 상황을 반영하듯이 리모델링 공사과정 중 부적절한 하중이 작용하여 구조물이 파괴되는 경우가 종종 보고되고 있는 현실이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 제약적인 환경 속에서 좀 더 정확한 구조해석을 실시하고자 유한요소법을 사용하여 설계하중 하에서 유한요소의 종류 및 배근의 유무에 따른 슬래브의 해석결과를 비교분석 하였다. 또한, 해석결과를 실제 리모델링 시공현장에 적용하여 해체잔재 및 해체장비 운용, 또한 동바리 보강에 따른 슬래브의 구조안정성을 평가하였다.
사회적 생활환경이 향상되고 안정됨에 따라 도시지역의 건설시장이 포화되고 있다. 신축 보다는 기존건물의 리모델링 혹은 유지관리를 통해 사용수명을 연장시키는 방안에 대한 연구가 활발하다. 국내의 경우에도 노후 구조물 등을 중심으로 이러한 논의가 활발히 이루어지고 있으며, 리모델링의 사회적 중요성은 점점 증가되고 있다. 노후 구조물의 리모델링 공사의 경우 구조도면 및 구조계산서 등이 없는 경우가 대부분이며, 개보수 및 구조변경 등 여러 가지 위해요인으로 인해 구조안정성에 대한 불확실한 요소를 내포한 상태에서 공사가 진행되고 있는 현실이다. 특히 슬래브의 경우 이러한 불확실한 상황을 반영하듯이 리모델링 공사과정 중 부적절한 하중이 작용하여 구조물이 파괴되는 경우가 종종 보고되고 있는 현실이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 제약적인 환경 속에서 좀 더 정확한 구조해석을 실시하고자 유한요소법을 사용하여 설계하중 하에서 유한요소의 종류 및 배근의 유무에 따른 슬래브의 해석결과를 비교분석 하였다. 또한, 해석결과를 실제 리모델링 시공현장에 적용하여 해체잔재 및 해체장비 운용, 또한 동바리 보강에 따른 슬래브의 구조안정성을 평가하였다.
Due to the improvement and stabilization of the social environment, construction market in the urban region is under shrinking. According, researches to lengthen the service life of the existing building structures are under the way through the remodeling or maintenance of deteriorated structures ot...
Due to the improvement and stabilization of the social environment, construction market in the urban region is under shrinking. According, researches to lengthen the service life of the existing building structures are under the way through the remodeling or maintenance of deteriorated structures other than the new constructions. Similar situations are widely discussed in the domestic building construction market and the social importance of the remodeling of the existing building structures is increased. Although the structural stability of the building is uncertain due to the frequent repairing and structural changing, the remodeling works are usually conducted. In general, documents such as drawings and calculations for the design of the deteriorated structure to be remodeled are not kept. Accident at the remodeling site frequently occur because of the lack of thorough understanding of changed situations such as loadings, loading paths, changing of the mechanical properties of material, etc. In this paper, using the finite element analysis method, we investigated the structural behaviors of slab in the remodeling building and the results are applied to remodeling construction, and the appropriateness of the remodeling works are evaluated.
Due to the improvement and stabilization of the social environment, construction market in the urban region is under shrinking. According, researches to lengthen the service life of the existing building structures are under the way through the remodeling or maintenance of deteriorated structures other than the new constructions. Similar situations are widely discussed in the domestic building construction market and the social importance of the remodeling of the existing building structures is increased. Although the structural stability of the building is uncertain due to the frequent repairing and structural changing, the remodeling works are usually conducted. In general, documents such as drawings and calculations for the design of the deteriorated structure to be remodeled are not kept. Accident at the remodeling site frequently occur because of the lack of thorough understanding of changed situations such as loadings, loading paths, changing of the mechanical properties of material, etc. In this paper, using the finite element analysis method, we investigated the structural behaviors of slab in the remodeling building and the results are applied to remodeling construction, and the appropriateness of the remodeling works are evaluated.
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문제 정의
특히, 슬래브는 적재 및 장비 하중 등이 직접 재하되는 휨부재로 이와 같이 추가되는 하중에 의해 시공과정에서 발생하는 손상이 비교적 클 것으로 예상된다. 따라서 이 연구에서는 현장시공과정을 고려하여 유한요소해석을 통해 슬래브에 대한 구조거동을 조사하였다. 슬래브 유한요소해석 모델은 앞서 설명한 바와 동일하며, 하중은 슬래브 전면에 등분포형태로 증가시켰다.
이 연구는 리모델링 구조물에 대한 구조거동 조사에 관한 것으로 국내 구조물 신축관련 설계규준을 참조하여 유한요소해석을 통해 거동을 예측하고 실제 시공 현장을 예로 안전성을 평가하였다.
이 연구는 이러한 현실적 상황을 고려 슬래브 구조물을 해석하기 위한 해석기법에 대한 검토를 실시하였다. 해석결과를 실제 시공현장에 적용하여 리모델링 공사시 발생하는 건물잔재 및 해체장비의 운용에 따른 슬래브의 구조안전성을 검토하였다.
이 연구에서는 리모델링 시공의 안전성을 위해 신축시 공시 고려하지 않는 해체잔재의 적재, 해체장비 등의 하중을 고려하여 슬래브에 대한 안전성을 조사하였다. 해석 대상 구조물은 서울시 소재 아파트 구조물로 현재 리모델링 공사를 진행중인 구조물이며, 유한요소해석을 수행하여 슬래브에 대한 구조거동을 조사하였다.
그러나 동바리는 슬래브에 발생하는 손상에 관계없이 현장에서 임의로 설치하고 있어 이에 대한 검토가 필요하다. 이 연구에서는 서울 시내에 위치하고 리모델링 공사중에 있는 아파트 구조물을 대상으로 구조해석을 수행하여 동바리 설치에 따른 슬래브의 구조적 거동을 조사하였다. 해석 대상 구조물은 12층 아파트 구조물로 평면도는 Fig.
가설 설정
7에 나타낸바와 같이 독립적으로 모델링하여 MIDAS Civil 2006을 통해 유한요소해석을 수행하였다. Fig. 7에서 기둥과 보는 프레임요소를 사용 하였으며, 기둥의 양단부는 고정단으로 가정하였다. 또한, 슬래브는 앞에서 수행한 해석결과를 통해 거동의 차이가 없음을 확인하였으므로 판요소로 모델링하였다.
슬래브 단부의 경계조건은 모두 고정단으로 가정하였으며, 하중은 자중과 활하중을 고려하여 등분포하중으로 재하하였다. 또한, 해석결과와 비교하기 위해 슬래브를 무근콘크리트 판요소로 가정하여 추가해석을 수행하였다.
슬래브 단부의 경계조건은 모두 고정단으로 가정하였으며, 하중은 자중과 활하중을 고려하여 등분포하중으로 재하하였다. 또한, 해석결과와 비교하기 위해 슬래브를 무근콘크리트 판요소로 가정하여 추가해석을 수행하였다.
유한요소해석결과 철근을 배근하고 Solid로 콘크리트를 모델링한 해석모델(A-type)의 하부 면내인장응력과, 판요소로 모델링하여 무근콘크리트로 가정한 해석모델(B -type)의 면내인장응력을 각각 Fig. 3에 나타내었다.
, 2008). 유한요소해석에 사용된 프로그램은 ANSYS Mechanical Ver.11이고, 철근은 프레임요소, 슬래브 콘크리트는 Solid요소를 사용하였으며, 철근과 콘크리트는 일체거동 하는 것으로 가정하였다. 슬래브 치수는 가로 4,200mm, 세로 4,200mm이며, 슬래브 두께는 리모델링 구조물로 1988년 이전 건축 관련 설계기준을 고려하여 120mm로 결정하였다(한국리모델링협회, 2008).
활하중은 Fig. 8에서 보여주고 있는 바와 같이 슬래브의 장변에 직각되는 방향을 따라 최대 3대의 해체장비가 이동하는 경우를 가정하여 재하하였다.
제안 방법
동바리 설치 리모델링 구조물에 대한 안전성을 평가하기 위해 Fig. 11에 나타낸 바와 같이 유한요소해석 모델링을 하였으며, 동바리 보강층을 변수로 유한요소해석을 하였다.
해석결과를 실제 시공현장에 적용하여 리모델링 공사시 발생하는 건물잔재 및 해체장비의 운용에 따른 슬래브의 구조안전성을 검토하였다. 또한, 동바리 보강법을 적용하여 동바리 보강에 따른 슬래브의 구조안전성을 조사, 분석하였으며 이를 통해 공법의 적절성을 평가 할 수 있었다.
7에서 기둥과 보는 프레임요소를 사용 하였으며, 기둥의 양단부는 고정단으로 가정하였다. 또한, 슬래브는 앞에서 수행한 해석결과를 통해 거동의 차이가 없음을 확인하였으므로 판요소로 모델링하였다.
유한요소해석결과 해체장비에 의해 단독층에 대한 동바리 보강이 필요한 것으로 조사되어 현장시공계획을 참고하여 시공층 하부에 대한 동바리 간격을 0.9m로 결정하였다. 보강에 사용한 동바리 및 제원은 각각 Photo 5, Table 5에 나타내었다.
이 연구에서는 우선 철근배근에 따른 강성효과를 고려하기 위해 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 슬래브 내부에 철근을 포함한 유한요소해석 모델링을 하였다(ANSYS Inc., 2008). 유한요소해석에 사용된 프로그램은 ANSYS Mechanical Ver.
이 연구에서는 현재 적용되고 있는 설계기준(건축구조 설계기준 및 해설, 2006)을 참고하여 리모델링 대상 구조물 한 개 층만을 Fig. 7에 나타낸바와 같이 독립적으로 모델링하여 MIDAS Civil 2006을 통해 유한요소해석을 수행하였다. Fig.
이 연구는 이러한 현실적 상황을 고려 슬래브 구조물을 해석하기 위한 해석기법에 대한 검토를 실시하였다. 해석결과를 실제 시공현장에 적용하여 리모델링 공사시 발생하는 건물잔재 및 해체장비의 운용에 따른 슬래브의 구조안전성을 검토하였다. 또한, 동바리 보강법을 적용하여 동바리 보강에 따른 슬래브의 구조안전성을 조사, 분석하였으며 이를 통해 공법의 적절성을 평가 할 수 있었다.
대상 데이터
유한요소해석에서 슬래브 두께는 120mm이고, 보의 단면의 크기는 가로 25cm, 세로 50cm, 기둥 단면의 크기는 가로 30cm, 세로 50cm를 각각 사용하였으며, 콘크리트 설계기준압축강도(fck)는 21MPa이다.
이 연구에서는 서울 시내에 위치하고 리모델링 공사중에 있는 아파트 구조물을 대상으로 구조해석을 수행하여 동바리 설치에 따른 슬래브의 구조적 거동을 조사하였다. 해석 대상 구조물은 12층 아파트 구조물로 평면도는 Fig. 5에 나타내었다.
이 연구에서는 리모델링 시공의 안전성을 위해 신축시 공시 고려하지 않는 해체잔재의 적재, 해체장비 등의 하중을 고려하여 슬래브에 대한 안전성을 조사하였다. 해석 대상 구조물은 서울시 소재 아파트 구조물로 현재 리모델링 공사를 진행중인 구조물이며, 유한요소해석을 수행하여 슬래브에 대한 구조거동을 조사하였다. 유한요소해석 결과 리모델링 공사에서 적재하중 및 해체장비하중에 의해 슬래브의 설계강도를 초과하므로 하부 동바리 보강은 불가피하다.
이론/모형
또한, 해석결과 각 부재에서 발생한 부재력을 Table 3에 정리하였으며, 구조물의 안전성을 판단하기 위해 각 부재에 대한 설계강도와 해석결과를 비교하여 Table 4에 나타내었다. 여기서, 각 부재의 설계강도는 콘크리트구조 설계기준(2007)에서 제안하고 있는 방법을 적용하여 계산하였다(대한건축학회, 2008).
성능/효과
0003)(한국콘크리트학회, 2004, 2008)과 비교할 때 매우 낮은 응력상태에 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 해석시 가정한 크기의 슬래브는 설계기준 활하중 2.0kN/m2에서 매우 안전함을 확인 할 수 있으며, 슬래브의 설계기준강도에 비교적 낮은 하중이 재하되고 있기 때문에 슬래브를 판요소로 모델링하여 해석하더라도 구조적 거동에서는 큰 차이를 발생시키지 않는다. 그러나 리모델링 시공과정에서 일부 부재의 제거, 장비의 탑재 등 신축 설계시 고려하지 않은 여러 가지 하중이 추가될 수 있으므로 다양한 하중 조건에서 슬래브의 안전성을 검토할 필요가 있다.
유한요소해석 결과 슬래브의 구조적 거동은 유사함을 확인하였으며, 콘크리트의 인장강도는 각각 0.65MPa, 0.72 MPa, 변형률은 각각 0.000025, 0.000027로서 콘크리트의 인장강도(3.0MPa) 및 파괴시 변형률(0.0003)(한국콘크리트학회, 2004, 2008)과 비교할 때 매우 낮은 응력상태에 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 해석시 가정한 크기의 슬래브는 설계기준 활하중 2.
하중을 증가시키면서 유한요소해석을 수행한 결과 슬래브 상부에 3.0kN/m2이 작용할 때 슬래브 단변 상부 중앙에서 면내인장응력이 약 1.96MPa이 발생하였으며, 하부 중앙에서는 약 0.87MPa의 면내인장응력이 발생하였다. 또한, 6.
후속연구
따라서 보강층의 수는 시공 층에서 발생하는 하중에 의해 증가할 수 있으며 해체잔재의 신속한 반출이 요구된다. 또한, 시공층에서 발생하는 하중에 대한 정량적인 평가방법 및 적재량에 대한 연구가 선행되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건축구조설계기준 및 해설(2006)에서 제안하는 것은?
건축구조설계기준 및 해설(2006)에서는 2방향 슬래브에 대한 구조해석을 유한요소법을 통해 수행하도록 제안 하고 있으며, 특히 슬래브의 형상과 기둥의 배치가 매우 비정형일 경우 유한요소법을 적용하여 2방향 슬래브의 해석을 수행하도록 강조하고 있다(대한건축학회, 2006). 그러나 신축 구조물에 대한 설계에 대해 언급하고 있으며 리모델링에 대한 해석 및 설계에 대해서는 언급하고 있지 않다.
경제적, 환경적 측면에서 여러 가지 문제를 야기시키고 있어 이에 대한 대안으로 리모델링에 대한 사회적 요구가 크게 증가한 이유는?
국내에서도 이미 오래전부터 구조물에 대한 수명, 유지 관리 등에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 구조물의 수명을 무시하고 환경개선을 위해 재건축을 하던 사회적 분위기가 경제적, 환경적 측면에서 여러 가지 문제를 야기시키고 있어 이에 대한 대안으로 리모델링에 대한 사회적 요구가 크게 증가하였다(박윤섭, 2003). 그러나 현재 리모델링 시공의 경우 구조물의 설계도서가 없는 경우가 많고, 무분별한 개보수 및 구조변경 등으로 현재 구조물의 상황과 도면이 불일치하는 경우 등 여러 가지 제약적인 요인 등이 있기 때문에 구조해석 없이 경험에 의해 시공하는 경우가 많다.
시공도중 붕괴사고로 이어질 가능성이 매우 크며 최근 리모델링 공사와 관련한 크고 작은 사고가 빈번히 발생하고 있다고 본 이유는?
국내에서도 이미 오래전부터 구조물에 대한 수명, 유지 관리 등에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 구조물의 수명을 무시하고 환경개선을 위해 재건축을 하던 사회적 분위기가 경제적, 환경적 측면에서 여러 가지 문제를 야기시키고 있어 이에 대한 대안으로 리모델링에 대한 사회적 요구가 크게 증가하였다(박윤섭, 2003). 그러나 현재 리모델링 시공의 경우 구조물의 설계도서가 없는 경우가 많고, 무분별한 개보수 및 구조변경 등으로 현재 구조물의 상황과 도면이 불일치하는 경우 등 여러 가지 제약적인 요인 등이 있기 때문에 구조해석 없이 경험에 의해 시공하는 경우가 많다. 따라서 시공도중 붕괴사고로 이어질 가능성이 매우 크며 최근 리모델링 공사와 관련한 크고 작은 사고가 빈번히 발생하고 있다(한국리모델링협회, 2008).
참고문헌 (17)
건설교통부, 콘크리트 구조물의 효율적인 유지 관리를 통한 내구수명 확보방안연구, 연구보고서, 2005.
대한건축학회, 2008년도 콘크리트 구조설계기준 건축구조물 설계예제집, 기문당, 2008.
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