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아파트 리모델링을 위한 부분해체에서 슬래브의 구조적 거동
Structural Behavior of Slab in the Partial Demolition for the Apartment Remodeling 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.16 no.2, 2012년, pp.19 - 30  

최훈 (홍익대학교 부설 과학기술연구소) ,  주형중 ((주)아이스시 이엔씨) ,  김효진 (한국토지주택공사 토지주택연구원) ,  윤순종 (홍익대학교 토목공학과)

초록
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사회적 생활 환경이 향상되고 도시개발이 안정화됨에 따라 신규 주택건설공사에 대한 요구는 점진적으로 감소하고 있다. 이에, 신축 보다는 정비를 통해 구조물의 사용수명을 연장시키는 리모델링의 중요성이 강조되고 있으며, 이와 관련된 많은 연구들이 진행중에 있다. 그러나 국내의 경우 리모델링 해체공사를 위한 구조해석 관련 기준이 미흡한 실정이다. 국내 보고된 리모델링 해체 공사도중에 발생한 사고중 슬래브 붕괴사고는 다수를 차지하고 있으며, 대형사고로 발전할 수 있는 위험성을 내포하고 있어 리모델링 해체공사에 적용할 수 있는 구조해석 관련 기준의 개발은 중요하면서도 시급하다. 슬래브의 경우 하중을 직접적으로 저항하기 때문에 균열에 취약해 질수 있고 균열이 발생할 경우 리모델링의 근본취지에 어긋남과 동시에 붕괴사고의 원인이 될 수 있으므로, 초기균열을 억제함은 상당히 중요하다고 볼 수 있다. 따라서 이 연구는 슬래브 구조물의 초기균열을 억제하기 위한 기준을 마련하기 위한 기초자료를 제공하기 위해 수행되었다. 슬래브 구조물의 구조적 거동과 관련된 주요 요소로는 구조물의 형상과 구조물에 작용하는 하중이 있다. 슬래브 구조물의 형상과 작용하중과의 상호관계를 파악하기 위해 국내 아파트 평면도를 분석하였으며, 해체잔해물의 단위중량, 콘크리트 강도 등과 관련된 자료를 분석하였다. 분석결과를 활용하여 유한요소해석을 실시하였으며, 유한요소해석결과 주요 하중요소인 해체잔해물의 적재제한높이 및 적재방법에 대해 검토할 수 있었다. 또한, 소형해체장비의 이동에 따른 슬래브의 구조적 거동을 파악하기 위해 동적, 정적 재하실험을 실시하였으며, 실험결과 이동하중에 따른 충격의 영향을 반영할 수 있는 충격계수를 결정할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Due to the fact that the social environment is improved and the urban development is stabilized, the demand of new construction of apartment becomes slowdown. Accordingly, there are many researches to lengthen the service life of the existing apartment through the remodeling and its importance is co...

주제어

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문제 정의

  • 이 논문에서는 특정한 크기와 경계조건의 슬래브에 대하여 연구를 진행하였다. 그러므로 슬래브가 다른 경계조건을 가지거나, 현장조사 결과 건조수축에 의한 균열이 발생하거나 과거 재해로 인한 위해요소를 포함하는 경우에는 해당 변수를 고려해 해체잔해물의 적정제한높이를 새롭게 구해야 함을 밝혀두는 바이다. 다만, 이 논문을 통해 아파트의 리모델링시 해체잔해물의 적정높이를 구하는 접근방법 및 관련 프로세스, 현장실험 방법 및 분석 프로세스를 제공하고자 한다.
  • 현장재하실험은 정적, 동적 재하실험 2종류를 실시하였다. 그러한 이유는 소형해체장비가 정지시, 이동시 각각 슬래브에 미치는 영향을 고려하여 소형해체장비의 운용과 관련된 해석적 기초자료를 마련하기 위해서다. 이 연구에서는 정적 재하실험을 실시하여 해체장비의 재하위치에 따른 슬래브의 구조적 거동을 조사하였고, 동적 재하실험을 실시하여 장비의 이동에 따른 슬래브의 구조적 거동을 조사하였다.
  • 그러므로 슬래브가 다른 경계조건을 가지거나, 현장조사 결과 건조수축에 의한 균열이 발생하거나 과거 재해로 인한 위해요소를 포함하는 경우에는 해당 변수를 고려해 해체잔해물의 적정제한높이를 새롭게 구해야 함을 밝혀두는 바이다. 다만, 이 논문을 통해 아파트의 리모델링시 해체잔해물의 적정높이를 구하는 접근방법 및 관련 프로세스, 현장실험 방법 및 분석 프로세스를 제공하고자 한다. 이러한 노력들이 계속 쌓여 다양한 하중, 경계조건, 해석변수 모두를 포함하는 자료가 확보 될 때 보다 완벽한 자료가 마련될 것이며, 시방기준으로 발전할 수 있을 것이라 생각된다.
  • 이 논문에서는 특정한 크기와 경계조건의 슬래브에 대하여 연구를 진행하였다. 그러므로 슬래브가 다른 경계조건을 가지거나, 현장조사 결과 건조수축에 의한 균열이 발생하거나 과거 재해로 인한 위해요소를 포함하는 경우에는 해당 변수를 고려해 해체잔해물의 적정제한높이를 새롭게 구해야 함을 밝혀두는 바이다.
  • 국내에는 해체공사에 대한 표준작업안전지침 및 시방 기준을 마련하기 위해 이미 수행된 연구들이 다수 있으나 일부 내용이 국부적이고 통일되지 않아 해체공사 전반에 운용될 수 있도록 체계적인 정비가 필요하다(국토해양부, 2009). 이 연구는 기존 연구들의 내용을 정비하여 해체공사를 위해 좀 더 합리적인 기준을 마련하기 위한 노력의 일부이다.
  • 이 연구는 해체공사를 위한 좀 더 합리적인 기준을 마련하기 위한 연구의 일부이다. 리모델링 등의 부분해체공사와 관련 해체잔해물 등의 고정하중, 해체장비 등의 이동하중에 의한 슬래브의 구조적 거동을 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 2에서 보여주고 있는바와 같이 크게 2부분으로 이루어졌다. 해체잔해물의 적재량 및 적재방법에 따른 슬래브의 거동을 파악하고 적절한 적재제한높이 및 적재방법을 제안하기 위해 해체잔해물의 단위중량을 현장조사 및 문헌자료를 바탕으로 조사하였다. 국내에서 시공 및 분양되고 있는 아파트의 평면도를 입수하여 분석한 후 대표 슬래브의 표본을 결정하였으며, 국내 여러 아파트의 안전진단결과, 현장조사 및 문헌자료를 바탕으로 구조물의 연도경과별 설계강도를 결정하였다.

가설 설정

  • 해석을 위해 콘크리트 설계기준 압축강도는 21MPa로 가정하였다. Table 4에서 보여주고 있는 바와 같이 조사된 대부분의 실측강도가 설계강도보다 크게 나타났기 때문에(Table 4 참조) 별도의 계수를 적용하지 않는 설계기준압축강도를 해체 당시의 콘크리트 슬래브의 압축강도(fck)로 가정하였고, 콘크리트 슬래브의 인장강도(ft)는 압축강도의 1/7(한국콘크리트학회, 2004)를 적용하여 3MPa로 가정하였다. 포아송비(ν)는 0.
  • 이 연구에서는 Fig. 5에서 보여주고 있는 바와 같이 슬래브의 경계조건을 슬래브의 4변이 모두다 전면 고정(Fixed)되어 있는 경우와 3변(단면 2개, 장변 1개)이 전면 고정되어 있고 1변은 자유단(Free)인 경우 총 2가지 경우를 가정하여 고려하였다. 이 연구에서는 내력벽과 접하는 슬래브의 경계를 고정단(Fixed)으로 가정하였지만, 경우에 따라 단순지지(Simple) 혹은 반강접(Semi-rigid)으로도 볼 수도 있기 때문에 실재 건설현장에 적용할 경우에는 현장조건과 구조물의 상태를 정확히 조사하여 적절한 경계조건에 따른 해석을 실시해야 한다.
  • 리모델링의 경우 안전진단을 통해 대상 구조물의 구조 안전성을 확인하거나 안전진단 결과 구조적으로 안전하지 못할 경우에는 구조안전성 보강공사를 추가적으로 실시한 후 리모델링공사를 실시해야 한다. 이 연구에서는 리모델링 대상 구조물의 콘크리트의 역학적 성질과 관련된 사항은 이상이 없거나 혹은 보수가 실시되었다는 가정하에서 이루어졌다.
  • 이 연구에서는 소형해체장비를 이용하여 리모델링 부분해체 공사를 실시하는 경우를 가정하였다. 소형해체장비를 이용하여 구조물을 부분해체할 경우에는 Fig.
  • 6tf/m3)임을 알 수 있었고, 이는 현장조사, 국토해양부(2009) 및 최훈 등(2010)의 연구 결과로부터 얻은 해체잔해물의 단위부피당 무게와 유사함을 알 수 있다. 이러한 조사결과를 정리하여 Table 2에 나타냈으며, 연구에서는 해체잔해물의 단위부피당 무게를 13.35kN/m3(1.5tf/m3)로 가정하였다.
  • 18(Park and Paulay, 1975)로 가정하였다. 초기균열상태의 낮은 하중상태만을 연구결과로 활용하기 때문에 최훈 등(2010)의 연구결과를 참고하여 슬래브는 철근이 배근되지 않은 무근콘크리트로 가정하였다.
  • 포아송비(ν)는 0.18(Park and Paulay, 1975)로 가정하였다.
  • 슬래브의 두께는 1988년 이전의 최소슬래브 두께 규정을 참고하여 120mm, 150mm 2가지로 결정하였다(한국리모델링협회, 2008). 해석을 위해 콘크리트 설계기준 압축강도는 21MPa로 가정하였다. Table 4에서 보여주고 있는 바와 같이 조사된 대부분의 실측강도가 설계강도보다 크게 나타났기 때문에(Table 4 참조) 별도의 계수를 적용하지 않는 설계기준압축강도를 해체 당시의 콘크리트 슬래브의 압축강도(fck)로 가정하였고, 콘크리트 슬래브의 인장강도(ft)는 압축강도의 1/7(한국콘크리트학회, 2004)를 적용하여 3MPa로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
신규 주택건설공사에 대한 요구가 점진적으로 감소하게 된 이유는 무엇인가? 사회적 생활 환경이 향상되고 도시개발이 안정화됨에 따라 신규 주택건설공사에 대한 요구는 점진적으로 감소하고 있다. 이에, 신축 보다는 정비를 통해 구조물의 사용수명을 연장시키는 리모델링의 중요성이 강조되고 있으며, 이와 관련된 많은 연구들이 진행중에 있다.
슬래브의 초기균열을 억제하는 것이 중요한 이유는 무엇인가? 국내 보고된 리모델링 해체 공사도중에 발생한 사고중 슬래브 붕괴사고는 다수를 차지하고 있으며, 대형사고로 발전할 수 있는 위험성을 내포하고 있어 리모델링 해체공사에 적용할 수 있는 구조해석 관련 기준의 개발은 중요하면서도 시급하다. 슬래브의 경우 하중을 직접적으로 저항하기 때문에 균열에 취약해 질수 있고 균열이 발생할 경우 리모델링의 근본취지에 어긋남과 동시에 붕괴사고의 원인이 될 수 있으므로, 초기균열을 억제함은 상당히 중요하다고 볼 수 있다. 따라서 이 연구는 슬래브 구조물의 초기균열을 억제하기 위한 기준을 마련하기 위한 기초자료를 제공하기 위해 수행되었다.
신규 주택건설공사에 대한 요구가 점진적으로 감소됨에 따라 강조되는 것은 무엇인가? 사회적 생활 환경이 향상되고 도시개발이 안정화됨에 따라 신규 주택건설공사에 대한 요구는 점진적으로 감소하고 있다. 이에, 신축 보다는 정비를 통해 구조물의 사용수명을 연장시키는 리모델링의 중요성이 강조되고 있으며, 이와 관련된 많은 연구들이 진행중에 있다. 그러나 국내의 경우 리모델링 해체공사를 위한 구조해석 관련 기준이 미흡한 실정이다.
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참고문헌 (14)

  1. 건설공사안전관리(해체공사) 업무프로세스의 체계화 및 구체화 연구, 연구보고서, 국토해양부, 2009. 

  2. 건축구조설계기준 및 해설, 기문당, 대한건축학회, 2006. 

  3. 교량 재하시험 매뉴얼, 한국시설안전기술공단, 2006. 

  4. 구조물의 해체 공법에 관한 연구(Ι), 연구보고서, 대한주택공사, 1996. 

  5. 김재욱, 최훈, 이영근, 윤순종, "콘크리트 구조물 해체시 장비 이동의 영향", 한국구조물진단유지관리공학회 춘계학술발표대회 논문집, 2010, pp.7-10. 

  6. 도로교설계기준 해설, 기문당, 대한토목학회, 2008. 

  7. 리모델링 총설, 기문당, 한국리모델링협회, 2008. 

  8. 이원식, 건축 리모델링, 기문당, 2007. 

  9. 최훈, 주형중, 이승식, 윤순종, "리모델링 공사를 고려한 슬래브 구조물의 거동에 관한 해석적 연구", 한국구조물진단유지 관리공학회 논문집, 제14권 2호, 2010, pp.106-112. 

  10. 콘크리트구조설계기준 해설, 기문당, 한국콘크리트학회, 2008. 

  11. Code of Practice for Demolition of Buildings, Building Department, The Government of Hong Kong, 2004. 

  12. GTSTRUDL, User Reference Manual, Version 31, Latest Revision K, May, GTICS Systems Laboratory, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia, 2010. 

  13. Park, R. and Paulay, T., Reinforced Concrete Structures, John Wiley & Sons, New York, 1975. 

  14. ZAXIS17U manual, HITACHI Construction Machinery. 

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