동일 건축물의 지지력변화 구간이나 이질기초 부위에서 보강방법은 경험적이나 약식검토방법으로 처리되고 있으므로 이를 보완하기 위해 해석적 기법을 도입하여 발생 모멘트를 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. 먼저, 문헌조사를 통한 현재의 보강대책 및 침하량 산정법에 대한 문제점을 도출하고 49$m^2$, 54$m^2$, 84$m^2$(I형 15층) 아파트를 대상으로 말뚝기초와 이질기초사이의 거동을 범용 구조해석 프로그램(SAP 2000)을 통해 구조해석을 실시하였다. 즉, 49$m^2$, 54$m^2$, 84$m^2$(I형 15층) 3가지 형태의 기초슬래브가 이질기초에 설치시 영향을 수치해석한 결과를 바탕으로 이질정도에 따른 발생 모멘트를 예측할 수 있도록 도표로 제시하였다.
동일 건축물의 지지력변화 구간이나 이질기초 부위에서 보강방법은 경험적이나 약식검토방법으로 처리되고 있으므로 이를 보완하기 위해 해석적 기법을 도입하여 발생 모멘트를 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. 먼저, 문헌조사를 통한 현재의 보강대책 및 침하량 산정법에 대한 문제점을 도출하고 49$m^2$, 54$m^2$, 84$m^2$(I형 15층) 아파트를 대상으로 말뚝기초와 이질기초사이의 거동을 범용 구조해석 프로그램(SAP 2000)을 통해 구조해석을 실시하였다. 즉, 49$m^2$, 54$m^2$, 84$m^2$(I형 15층) 3가지 형태의 기초슬래브가 이질기초에 설치시 영향을 수치해석한 결과를 바탕으로 이질정도에 따른 발생 모멘트를 예측할 수 있도록 도표로 제시하였다.
To reinforce bearing capacity-changed section or different foundation in the same building, empirical or simple tools have been used. To solve this problem, an analytical solution which can evaluate and reinforce the stability of foundation is introduced. To suggest a clue for the problems, current ...
To reinforce bearing capacity-changed section or different foundation in the same building, empirical or simple tools have been used. To solve this problem, an analytical solution which can evaluate and reinforce the stability of foundation is introduced. To suggest a clue for the problems, current foundation reinforcing method is studied through recent literature studies and the structural analyses of foundation slab are performed on the pile foundation of 49$m^2$, 59$m^2$ and 84$m^2$ I type apartments in 15 story building. The analyses are conducted with SAP 2000, a computer program for ordinary structural analysis. To predict the moments of slab by ground non-uniformity, the structural analysis results for the foundation slab of 3 types 15 story apartment buildings in 49$m^2$, 59$m^2$ and 84$m^2$ I type on non-uniformity ground are shown in the diagrams.
To reinforce bearing capacity-changed section or different foundation in the same building, empirical or simple tools have been used. To solve this problem, an analytical solution which can evaluate and reinforce the stability of foundation is introduced. To suggest a clue for the problems, current foundation reinforcing method is studied through recent literature studies and the structural analyses of foundation slab are performed on the pile foundation of 49$m^2$, 59$m^2$ and 84$m^2$ I type apartments in 15 story building. The analyses are conducted with SAP 2000, a computer program for ordinary structural analysis. To predict the moments of slab by ground non-uniformity, the structural analysis results for the foundation slab of 3 types 15 story apartment buildings in 49$m^2$, 59$m^2$ and 84$m^2$ I type on non-uniformity ground are shown in the diagrams.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서, 본 연구에서는 구조해석을 실시하여 지반의 이질 정도에 따라 말뚝기초 상부의 기초저판에서 발생하는 최대 휨모멘트 예측과 이때의 이질기초에 대한 보강대책 방안을 제시하였다. 이를 위해 이질 기초경계면에서의 침하량 산정법과 침하량을 고려한 경계면 보강실태를 조사하고 이질 기초부위에서의 침하량을 고려한 해석 프로그램인 SAP 2000 을 사용하여 공동주택의 대표적인 평형인 49m2 -105-15I, 59m2 -90-15I, 84m2 -60-15I(세대면적-세대수-층수)를 대상으로 구조해석을 실시하였다.
가설 설정
즉, 벽체 부위로 상부 하중이 균등하게 전달되는 것으로 가정하였다.
제안 방법
3. 84m2-I형 15층, 59m2-I형 15, 49m2-I형 15층 3가지 형태의 기초슬래브가 이질기초에 설치될때 구조적 영향을 수치해석을 통해 이질정도에 따른 최대 발생모멘트를 예측하였다.
기초저면의 일부는 말뚝기초이고 일부는 강성이 큰 기초 지반에 전면기초로 배치되는 경우를 상정하기 위하여 기초저면 1/2이 말뚝기초이고 1/2이 전면기초인 지반에서, 전면기초부 지반의 지반반력계수가 말뚝기초부의 강성과 같은 크기의 지반반력계수를 다음과 같은 방식으로 산정하여 말뚝기초부 위와 상응하는 전면기초부 지반의 지반반력계수 13,889t/m2/m 로 결정하였다. 즉, PHC 400 말뚝의 스프링 정수 29,383t/m 를 저판 1/2 부위에 배치하고 나머지 1/2 부위에는 말뚝이 없이 지반으로만 지지하는 경우를 상정하였으며, 기본적으로 격자 크기를 1m×1m로 하고 벽체 부위는 0.
대부분의 건축구조물은 지반 지지력의 조건에 따라 전면기초(매트기초)와 말뚝기초로 나누어 설계와 시공을 하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 해석대상 구조물인 15층 아파트 기초에 적용되는 말뚝기초로 기초형식을 설정하고 기초 하부의 지반조건을 변화시키면서 구조물 하중재하시 각 위치 별 모멘트 분포를 관찰하였다.
말뚝기초에서 한쪽 말뚝지반의 지반반력계수를 식(3)에 의해 산정하고 한쪽 지반은 이와 비슷한 강성의 암반지반 반력계수를 찾아 이 강성에서부터 차등을 두어 이질지반 조건을 모사하였다.
말뚝의 스프링정수와 전면기초부위 지반반력계수의 모델링 지지면적에 따른 수정은 전면기초부에서의 방식과 동일하며 이질지반은 말뚝기초와 같은 강성의 지반반력계수에서부터 일정 값씩 지반반력계수를 작게 고려하였다.
말뚝의 스프링정수와 전면기초부위 지반반력계수의 모델링 지지면적에 따른 수정은 전면기초부에서의 방식과 동일하며 이질지반을 고려하기 위해 전면기초부 지반반력계수를 낮추어 각각의 지반반력계수를 산정하였으며 이를 요약하면 다음과 같다(표 5∼표 6).
이 문제를 해결하기 위해 각 기둥 아래에서 집중적으로 탄성지점된 격자보로 생각하면 된다. 이 모델에 각 기둥하중을 가하여 지점반력과 지점의 침하량을 계산하고 동시에 지점 상대침하에 의한 격자보의 응력을 산정한다. 단, 이 기둥하중에는 기초슬래브 자중을 포함하지 않는다.
이를 위해 이질 기초경계면에서의 침하량 산정법과 침하량을 고려한 경계면 보강실태를 조사하고 이질 기초부위에서의 침하량을 고려한 해석 프로그램인 SAP 2000 을 사용하여 공동주택의 대표적인 평형인 49m2 -105-15I, 59m2 -90-15I, 84m2 -60-15I(세대면적-세대수-층수)를 대상으로 구조해석을 실시하였다. 이때, 기초형식은 말뚝기초이며 구조물 평면을 4등분하여 지반강성의 차이를 두고 발생 모멘트를 검토하였다. 즉, 기초구조물의 형상, 크기, 자체강성, 토질 조건을 고려한 구조해석 실시하여 구조부위(슬라브, 기둥, 보 등)의 보강철근 범위 및 기초하부 시공방안을 제시하였다.
말뚝기초에서 한쪽 말뚝지반의 지반반력계수를 식(3)에 의해 산정하고 한쪽 지반은 이와 비슷한 강성의 암반지반 반력계수를 찾아 이 강성에서부터 차등을 두어 이질지반 조건을 모사하였다. 이때, 말뚝과 같은 강성을 가지는 지반반력계수는 약 13,889.12t/m2/m였으며 9,000t/m2/m, 5,000t/m2/m, 1,000t/m2/m의 종류지반이 구조물 평면을 4등분하여 1/2와 3/4 면적비에 위치하는 각 경우에 대해 해석하였다.
따라서, 본 연구에서는 구조해석을 실시하여 지반의 이질 정도에 따라 말뚝기초 상부의 기초저판에서 발생하는 최대 휨모멘트 예측과 이때의 이질기초에 대한 보강대책 방안을 제시하였다. 이를 위해 이질 기초경계면에서의 침하량 산정법과 침하량을 고려한 경계면 보강실태를 조사하고 이질 기초부위에서의 침하량을 고려한 해석 프로그램인 SAP 2000 을 사용하여 공동주택의 대표적인 평형인 49m2 -105-15I, 59m2 -90-15I, 84m2 -60-15I(세대면적-세대수-층수)를 대상으로 구조해석을 실시하였다. 이때, 기초형식은 말뚝기초이며 구조물 평면을 4등분하여 지반강성의 차이를 두고 발생 모멘트를 검토하였다.
즉, PHC 400 말뚝의 스프링 정수 29,383t/m 를 저판 1/2 부위에 배치하고 나머지 1/2 부위에는 말뚝이 없이 지반으로만 지지하는 경우를 상정하였으며, 기본적으로 격자 크기를 1m×1m로 하고 벽체 부위는 0.2m×0.2m의 격자 크기로 상정하였다(그림 2).
이때, 기초형식은 말뚝기초이며 구조물 평면을 4등분하여 지반강성의 차이를 두고 발생 모멘트를 검토하였다. 즉, 기초구조물의 형상, 크기, 자체강성, 토질 조건을 고려한 구조해석 실시하여 구조부위(슬라브, 기둥, 보 등)의 보강철근 범위 및 기초하부 시공방안을 제시하였다.
2m 벽 체두께 격자망이 겹치는 경우)으로 구분하고 지반조건에 따라 지반반력계수를 산정하였다. 즉, 이질기초의 종류를 말뚝의 스프링 정수(29,383t/m2/m), 지반조건별 반력계수(13,889t/m2/m, 9,000t/m2/m, 5,000t/m2/m, 1,000t/m2/m)로 구분하고 기초단면을 4등분하여 이질기초 전체가 말뚝의 스프링 정수인 경우 (A)등 9가지로 구분하였다.
지지력 변화구간, 이질기초 부위에서 지반의 이질정도에 따라 말뚝기초 상부의 기초저판에서 발생하는 최대 휨모멘트를 SAP 2000 프로그램을 통해 산정하고 이질기초에 대한 보강대책 방안을 제시하였다.
표 4는 모델링 조건에서 기초단면의 위치에 따라 해석을 위한 스프링 위치에 따라 4개의 점유면적(격자크기 1m×1m 위치가 4,3,2 모서리가 겹치는 경우와 1m 격자망과 0.2m 벽 체두께 격자망이 겹치는 경우)으로 구분하고 지반조건에 따라 지반반력계수를 산정하였다.
대상 데이터
해석대상은 다양한 구조물형태중 보편적이고 향후, 시공가능성이 높은 경우를 해석대상으로 선정하였다(표 1).
해석자료는 구조계산서, 1층 및 지하층 전체 평면도, 지하층 부분확대도, 지지력별 말뚝기초 평면도, 말뚝기초의 철근량 산정표 또는 배근도등을 사용하였으며 슬래브 두께는 80cm이다. 일반적으로 아파트기초에서 사용되는 바닥슬래브의 발생 모멘트 값에 해당하는 철근량은 표 2와 같다.
이론/모형
상기 선정된 구조물을 해석하기 위한 프로그램은 SAP 2000을 이용하였다. 일반적으로 구조해석용 범용 프로그램으로는 SAP 2000, MIDAS, ETABS등이 있으나 이중 기초부위의 조건을 고려하기 위해 SAP 2000을 주프로그램으로 활용하였다.
성능/효과
1. 말뚝기초에 이질지반이 면적비로 1/2이나 3/4이 분포하는 59m2, 84m2형의 경우는 지반반력계수 kv = 5,000t/m2/m ∼ kv = 13,889t/m2/m인 이질지반에서는 전체가 말뚝기초인 경우에 비해 기초저판 슬래브에 발생하는 최대모멘트 약 80∼90t·m이며 기초슬래브의 두께를 변경시키지 않고 배근량 조정만으로 발생모멘트를 저항 할 수 있는 범위는 kv = 5,000t/m2/m 정도의 이질성을 가지는 지반조건이다.
2. 구조체의 벽체구조가 조밀한 경우는 이질 정도에 따른 기초저판 슬래브에 발생하는 모멘트값의 변화가 다른 평형에 비하여 크지 않으므로 kv = 10,000t/m2/m 정도의 차이가 나는 한쪽지반이 암반중 가장 등급이 낮은 CL이나 D등급에 해당하고 한쪽은 말뚝기초로 지지되어도 기초 저판 슬래브에 발생하는 모멘트의 차이는 크지 않다.
4. 기초지반의 이질성이 분포할 때 구조물 재설계에 의한 기초보강보다는 지반반력계수 크게에 따라 기초 슬래브 두께 변경없이 배근량 조정에 의해 휨모멘트에 해당하는 방안을 제시하였다.
후속연구
/m인 이질지반에서는 전체가 말뚝기초인 경우에 비해 기초저판 슬래브에 발생하는 최대모멘트 약 80 ∼ 90t·m를 나타내고 있다. 기초슬래브의 두께를 변경시키지 않고 배근량의 조정만으로 무리없이 발생모멘트를 저항 할 수 있는 범위는 kv = 5,000t/m2/m 정도의 이질성을 가지는 지반 정도로 볼 수 있으며 이때 발생 모멘트에 해당하는 배근을 대책으로 제시할 수 있을 것으로 사료된다. 이때, kv값에 해당하는 지반상태를 선정하기 위하여는 표 7～9를 참조한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주차장과 건축물을 통합하는 통합주차장의 기초에는 어떤 대책을 적용하는가?
구조물 기초가 불균질하거나 경사진 지반, 또는 일반토사에서 암반으로 지지력이 급변하는 지반구간에서 시공되는 경우가 빈번하다. 특히, 주차장과 건축물을 통합하는 통합주차장의 기초는 영역별로 다른 형식으로 계획하는데 이 경우 말뚝과 지내력 기초 또는 지내력 기초과 매트등 이질기초로 시공하고 경계부위에 대한 보강대책을 적용하고 있다.
본 연구에서는 해석대상 구조물인 15층 아파트 기초에 적용되는 말뚝기초로 기초형식을 설정하고 기초 하부의 지반조건을 변화시키면서 구조물 하중재하시 각 위치 별 모멘트 분포를 관찰한 이유는?
대부분의 건축구조물은 지반 지지력의 조건에 따라 전면기초(매트기초)와 말뚝기초로 나누어 설계와 시공을 하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 해석대상 구조물인 15층 아파트 기초에 적용되는 말뚝기초로 기초형식을 설정하고 기초 하부의 지반조건을 변화시키면서 구조물 하중재하시 각 위치 별 모멘트 분포를 관찰하였다.
동일 건축물의 지지력변화 구간이나 이질기초 부위에서 보강방법은 어떤 방법으로 처리되고 있는가?
동일 건축물의 지지력변화 구간이나 이질기초 부위에서 보강방법은 경험적이나 약식검토방법으로 처리되고 있으므로 이를 보완하기 위해 해석적 기법을 도입하여 발생 모멘트를 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. 먼저, 문헌조사를 통한 현재의 보강대책 및 침하량 산정법에 대한 문제점을 도출하고 49$m^2$, 54$m^2$, 84$m^2$(I형 15층) 아파트를 대상으로 말뚝기초와 이질기초사이의 거동을 범용 구조해석 프로그램(SAP 2000)을 통해 구조해석을 실시하였다.
참고문헌 (7)
김형원(2002), 말뚝기초의 설계.시공노하우, 탐구문화사, 서울, pp. 79-80.
대한주택공사(1999), 기초지지력 변화구간에서의 기초안정성 검토방안.
손덕길 . 한경렬 . 하영배 . 정득재 . 강득렬 . 주인돈 . 한규범 . 이완철 . 최경륜 . 김춘구 . 김일환 . 이영직 . 송민준(2002), 실무자를 위한 건축 구조 문제해결-기초편, 대한주택공사, 서울, pp. 67-68.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.