본 연구에서는 중공 PC 벽체 (PC Double Wall)를 적용한 계단실 공법을 개발하였다. 중공 PC 벽체는 내부 중공으로 인하여 양중 무게를 줄이고 외부 벽체가 거푸집 역할을 하며, 벽체 내부 중공에 현장 콘크리트를 타설하여 기존 PC 벽체와 비교하여 부재간의 일체성 확보가 우수하다. PC Double Wall 제작 및 현장 콘크리트 타설, 구조적 안전성을 고려하여 PC 벽체 단면과 철근 배근 상세를 제안하였다. 제안 상세를 바탕으로 얇은 PC벽체와 중공부를 효과적으로 형성하기 위한 세움 타설 방식의 거푸집 시스템을 개발하였다. PC Double Wall을 이용하여 계단실 Mock-up test를 통하여 부재 간 일체성과 시공성을 검증하였으며, 부재 간 접합부의 변형 및 균열이 발생하지 않고 시공성이 우수한 것으로 나타났다.
본 연구에서는 중공 PC 벽체 (PC Double Wall)를 적용한 계단실 공법을 개발하였다. 중공 PC 벽체는 내부 중공으로 인하여 양중 무게를 줄이고 외부 벽체가 거푸집 역할을 하며, 벽체 내부 중공에 현장 콘크리트를 타설하여 기존 PC 벽체와 비교하여 부재간의 일체성 확보가 우수하다. PC Double Wall 제작 및 현장 콘크리트 타설, 구조적 안전성을 고려하여 PC 벽체 단면과 철근 배근 상세를 제안하였다. 제안 상세를 바탕으로 얇은 PC벽체와 중공부를 효과적으로 형성하기 위한 세움 타설 방식의 거푸집 시스템을 개발하였다. PC Double Wall을 이용하여 계단실 Mock-up test를 통하여 부재 간 일체성과 시공성을 검증하였으며, 부재 간 접합부의 변형 및 균열이 발생하지 않고 시공성이 우수한 것으로 나타났다.
In the present study, hollow precast concrete wall (PC Double Wall) for staircase construction was developed. Comparing the conventional walls, the PC Double Wall can be reduced the lift weight using hollow core and improves the integrity between the PC members. The cross-section and re-bar details ...
In the present study, hollow precast concrete wall (PC Double Wall) for staircase construction was developed. Comparing the conventional walls, the PC Double Wall can be reduced the lift weight using hollow core and improves the integrity between the PC members. The cross-section and re-bar details of the PC Double Wall were developed considering precast concrete manufacturing, constructability, and the structural safety. Particularly, a form system was developed to manufacture thin and hollow core PC wall efficiently. A mock-up test for a staircase using the PC Double wall was performed to verify the constructability and integrity of the PC walls. The test result verified that joint deformation and cracking did not occur as showing good constructability.
In the present study, hollow precast concrete wall (PC Double Wall) for staircase construction was developed. Comparing the conventional walls, the PC Double Wall can be reduced the lift weight using hollow core and improves the integrity between the PC members. The cross-section and re-bar details of the PC Double Wall were developed considering precast concrete manufacturing, constructability, and the structural safety. Particularly, a form system was developed to manufacture thin and hollow core PC wall efficiently. A mock-up test for a staircase using the PC Double wall was performed to verify the constructability and integrity of the PC walls. The test result verified that joint deformation and cracking did not occur as showing good constructability.
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문제 정의
본 연구에서는 PC Double Wall을 적용하여 공법의 단순화 및 공업화가 가능하고 양중 및 조립이 용이한 계단실 구성 부재의 개발을 목적으로 하며, 국내 실정에 맞는 PC Double Wall을 적용한 계단실 공법을 개발하기 위하여 다음과 같은 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 공동 주택 벽식 구조에서 PC 공법을 적용하여 계단실 공법을 개선하기 위해 기존 계단실 공법의 국 · 내외 기술 동향 및 시공 사례를 분석하였다.
본 연구에서는 중공 PC 벽체 (PC Double Wall)를 적용한 계단실 공법을 개발하였다. 중공 PC 벽체는 내부 중공으로 인하여 양중 무게를 줄이고 외부 벽체가 거푸집 역할을 하며, 벽체 내부 중공에 현장 콘크리트를 타설하여 기존 PC 벽체와 비교하여 부재간의 일체성 확보가 우수하다.
가설 설정
PC Double Wall의 상 · 하단부에 대해서는 단순보 지지로 가정하였고 양단부에 대해서는 U형 철물에 의하여 고정된 것으로 가정하여 벽체 인장 측의 균열 모멘트는 식 (2)와 같다[10].
제안 방법
따라서 Figure 12 (a)와 같이 PC 계단과 계단참을 미리 선 제작한 몰드를 통하여 콘크리트를 일체 타설하여 하나의 부재로 제작하여 안전성을 확보하고 접합부간 손상 가능성을 억제하였다. Figure 12 (b)와 같이 양중 중량을 초과하지 않기 위하여 계단 요소를 길이 방향으로 두 개로 나누어 제작하였다.
1) PC Double Wall 제작 시 가로 눕힘 타설 대신 세움 타설 공법을 개발하여 PC 벽체의 제작 기간을 단축하였다.
2) PC Double Wall 적용 시 계단실 공법 및 접합부 고려사항을 검토하였다.
3) PC Double Wall을 적용한 계단실 Mock-up test를 실시하여 개발한 공법의 시공성을 평가하였다.
4) Mock-up 시공을 위한 PC Double Wall과 PC 계단 부재를 생산하였다. 벽체 및 계단 부재를 조립하여 계단실 Mock-up을 시공함으로써 PC Double Wall을 적용한 계단실 공법에 대한 시공성을 평가하였다.
중공 PC 벽체는 내부 중공으로 인하여 양중 무게를 줄이고 외부 벽체가 거푸집 역할을 하며, 벽체 내부 중공에 현장 콘크리트를 타설하여 기존 PC 벽체와 비교하여 부재간의 일체성 확보가 우수하다. PC Double Wall 제작 및 현장 콘크리트 타설, 구조적 안전성을 고려하여 PC 벽체 단면과 철근 배근 상세를 제안하였다. 제안 상세를 바탕으로 얇은 PC벽체와 중공부를 효과 적으로 형성하기 위한 세움 타설 방식의 거푸집 시스템을 개발하였다.
1) PC Double Wall은 프리캐스트로 제작된 두 개의 PC Wall이 U형 철물로 결합되어 구성된다. PC Double Wall의 세움 타설 제작을 위한 상세 및 계단실 제작 공법을 제안하였다.
Table 2는 PC Double Wall을 적용한 계단실 Mock-up 시공 시 사용된 부재에 대하여 각 부재의 물량과 중량을 산정하고 기존 Solid PC Wall과 비교하였다. PC Double Wall 부재의 최대 중량은 3.
U 형 철물 간격 500mm에 대하여 콘크리트 측압에 의한 균열모멘트와 변형량을 유한 요소 해석을 통하여 분석하였다. PC Double Wall의 상 · 하단부에 대해서는 단순보 지지로 가정하였고 양단부에 대해서는 U형 철물에 의하여 고정된 것으로 가정하여 벽체 인장 측의 균열 모멘트는 식 (2)와 같다[10].
다만 부재의 양중 용량을 고려하여 길이 방향으로 이등분하여 제작하였기 때문에 양중 횟수는 크게 감소하지 않았다. 계단 부재는 한층당 네 개의 부재로 조립되었고 두 부재씩 각각 오르막 경사와 내리막 경사를 구성하였다. 이렇게 선 시공된 PC 계단과 계단참은 작업 통로로 사용되므로 작업의 효율성을 높일 수 있다.
계단실 시공을 위하여 부지 선정 후 먹메김 작업을 하고 부지 레벨 차이를 조정하였다.
기존 Double Wall 제작 과정에서 두 번의 타설과 양생으로 인한 번거로움 및 공기 지연, 제작 설비의 국내 도입 실정을 고려하여 Figure 5와 같이 새로운 벽체 제작 방법을 제안하였다. 수직 상태에서 PC Wall 한 면의 수평·수직 철근을 배근하고 중공 확보를 위한 U형 철근을 배근한다(Figure 5 (a),(b)).
4) Mock-up 시공을 위한 PC Double Wall과 PC 계단 부재를 생산하였다. 벽체 및 계단 부재를 조립하여 계단실 Mock-up을 시공함으로써 PC Double Wall을 적용한 계단실 공법에 대한 시공성을 평가하였다. 평가 결과, Double Wall을 적용한 계단실의 시공 품질이 우수한 것으로 나타났다.
Figure 13 (e)는 일체로 타설된 계단과 계단참이 벽체 상부에 조립된 것을 나타낸다. 이 일체화된 계단 부재는 양중 무게를 고려하여 기존 계단을 이등분하여 제작하였고, 계단참과 계단을 한 몰드로 일체 타설하여 제작함으로써 계단참을 현장에서 동바리를 덧대어 따로 시공하지 않고 양중으로만 설치 및 조립 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 공동 주택 벽식 구조에서 PC 공법을 적용하여 계단실 공법을 개선하기 위해 기존 계단실 공법의 국 · 내외 기술 동향 및 시공 사례를 분석하였다. 이를 바탕으로 양중이 용이하고 제작이 간편한 PC Double Wall 을 적용한 계단실 PC공법을 제안하였다. 주요 연구 내용은 다음과 같다.
반면 중공 부분에 해당하는 거푸집을 따로 제작해야 하므로 벽면을 연결하는 철물을 단순화해야한다. 이를 위하여 본 연구에서는 기존 방법의 라티스 철근을 대신할 U형 철물을 배치하여 중공 생성 구조물의 제작과 삽입을 용이하게 하고 배근을 단순화하였다.
PC Double Wall 제작 및 현장 콘크리트 타설, 구조적 안전성을 고려하여 PC 벽체 단면과 철근 배근 상세를 제안하였다. 제안 상세를 바탕으로 얇은 PC벽체와 중공부를 효과 적으로 형성하기 위한 세움 타설 방식의 거푸집 시스템을 개발하였다. PC Double Wall을 이용하여 계단실 Mock-up test를 통하여 부재 간 일체성과 시공성을 검증하였으며, 부재 간 접합부의 변형 및 균열이 발생하지 않고 시공성이 우수한 것으로 나타났다.
성능/효과
기존 PC 공법은 계단참과 PC 계단의 걸침길이를 50mm이상 확보하여 시공하는데 PC 계단의 자중으로 인하여 걸침부의 손상 가능성이 크며 안전사고 발생 가능성도 높다(Figure 2 (b)). 따라서 Figure 12 (a)와 같이 PC 계단과 계단참을 미리 선 제작한 몰드를 통하여 콘크리트를 일체 타설하여 하나의 부재로 제작하여 안전성을 확보하고 접합부간 손상 가능성을 억제하였다. Figure 12 (b)와 같이 양중 중량을 초과하지 않기 위하여 계단 요소를 길이 방향으로 두 개로 나누어 제작하였다.
2) PC Double Wall의 중공에 콘크리트 타설 시 양쪽 PC Wall에 작용하는 콘크리트 측압과 부재 제작 시 발생하는 콘크리트 건조 수축을 평가하였으며, 시공성이나 구조 성능에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 나타났다.
3) PC Double Wall이 접하는 부재와 조립 위치에 따라 중공부의 철근 이음 상세는 현행 구조 설계 기준을 만족하도록 제안하였다.
3) PC부재 간의 접합부에서는 기존 RC와 동일한 철근 정착 길이를 확보하고 현장 콘크리트 타설을 통하여 구조적 안전성을 도모한다.
PC Double Wall 부재의 최대 중량은 3.93ton이었으며, 기존 Solid PC Wall보다 31%∼48%의 양중 무게 감소 효과가 나타났다.
제안 상세를 바탕으로 얇은 PC벽체와 중공부를 효과 적으로 형성하기 위한 세움 타설 방식의 거푸집 시스템을 개발하였다. PC Double Wall을 이용하여 계단실 Mock-up test를 통하여 부재 간 일체성과 시공성을 검증하였으며, 부재 간 접합부의 변형 및 균열이 발생하지 않고 시공성이 우수한 것으로 나타났다.
[2]은 철골 건축물에 보편적으로 적용되는 시스템 철골 계단을 RC에 적용하여 구조적 안전성을 검증하였다. 구조적 안전성에 가장 큰 영향을 미치는 시스템 철골 계단과 계단 참의 스테어 앵커 접합부에 대하여 실험을 수행한 결과, 구조 설계상 요구되는 설계하중을 지지할 수 있는 내력의 3배 이상 보유한 것으로 평가되었다.
)는 콘크리트 수축 변형률을 나타낸다. 두께가 60mm이고 길이가 최대 5m인 PC Wall을 콘크리트 강도 fck=24MPa, 상대습도 50%, 콘크리트 타설 후 재령 t=30일, 습윤 양생 기간 ts=5일의 조건으로 제작할 경우 벽체 길이 방향 콘크리트 수축 길이는 1.6mm로 계산되었다. 이는 무근 콘크리트에서의 건조 수축을 나타내며.
반면에 PC Double Wall을 적용한 계단실 공법은 PC 계단 조립과 동시에 조립된 계단참에서 벽체 중공부에 삽입되는 이음 철근의 배근 작업을 동시에 진행할 수 있으며 별도의 거푸집 설치 및 해체 작업이 발생하지 않는다. 따라서 PC Double Wall을 적용한 계단실 공법은 기존 RC 공법보다 2일의 공기 감소 효과를 기대할 수 있다.
이는 무근 콘크리트에서의 건조 수축을 나타내며. 따라서 철근 보강 시의 건조 수축 길이는 무근 콘크리트의 건조 수축보다 더 작기 때문에 건조 수축으로 인한 PC Wall의 제작 오차는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다.
계단참과 PC Double Wall의 외부 접합부에서는 불균형 모멘트로 인하여 발생하는 처짐이나 균열이 발생하지 않았다. 또한, 벽체 간 수직 접합부에 적용한 우레탄 폼 충진은 별도의 마감처리 없이도 페이스트 유출을 억제하는 데에 효과적인 성능을 발휘하였다.
수직 접합부의 경우, 실험체의 최대 내력이 설계 기준식에 의한 공칭강도보다 높은 값을 보여 일체 타설 벽체와 동등한 성능이 있는 것을 확인하였다. 수평 접합부 또한 면내휨 실험 결과, 실험체 강도가 예측값보다 안전측으로 나타났으나 PC 벽체와 충전 콘크리트 사이의 경계면에서 수직 균열이 발생하여 내력이 급격히 저하됨에 따라 최종 파괴 양상이 일체 타설 벽체와 상이하게 나타남을 확인하였다.
벽체 및 계단 부재를 조립하여 계단실 Mock-up을 시공함으로써 PC Double Wall을 적용한 계단실 공법에 대한 시공성을 평가하였다. 평가 결과, Double Wall을 적용한 계단실의 시공 품질이 우수한 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구에서는 PC Double Wall 제작성 및 시공성을 평가하였으며, 구조성능 검증을 위한 추가적인 연구가 필요 하다. 제안한 PC Double Wall은 공동 주택의 벽식 구조에 대한 PC부재 활용 기반을 마련하였으며, 기존 PC계단 공법 대비 시공성 향상을 도모할 수 있을 것으로 판단된다.
국내에서는 주로 Full PC 벽체의 구조 성능에 대해서만 고려하고[9,10], PC Double Wall에 대한 연구는 많이 부족하다. 이와 같이 PC Double Wall의 국내 도입은 아직 미비한 상태로 국내 실정에 맞는 PC Double Wall 제작 및 시공 방법을 개발하여 현장에 도입한다면 기존 PC 계단 공법의 한계성을 극복할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 PC Double Wall 제작성 및 시공성을 평가하였으며, 구조성능 검증을 위한 추가적인 연구가 필요 하다. 제안한 PC Double Wall은 공동 주택의 벽식 구조에 대한 PC부재 활용 기반을 마련하였으며, 기존 PC계단 공법 대비 시공성 향상을 도모할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기존 PC 계단 공법의 한계는 무엇인가?
현재 철골 건축물에 적용되는 계단 공법은 조립식 철골 계단 공법이 보편화되어있으며, 철근콘크리트 건축물에 적용되는 기존 PC 계단 공법은 계단실의 모든 부재를 선제작 하는 방식과 계단은 선제작하고 계단참만 현장타설 하는 방식이 적용되고 있다[2]. 계단실의 모든 부재를 선제작하는 경우, PC 부재가 양중 용량을 초과할 우려가 있고 양중시에 안전사고의 위험이 크다. 또한 계단참을 재래식으로 시공하는 경우에는 현장 콘크리트 타설 시 이음부에서 형틀과 철근 공정 간 간섭이 발생하고 이에 따른 공기 지연과 시공성 저하를 야기한다[3].
현재 보편화되어 있는 철골 건축물에 적용되는 계단 공법은 무엇인가?
현재 철골 건축물에 적용되는 계단 공법은 조립식 철골 계단 공법이 보편화되어있으며, 철근콘크리트 건축물에 적용되는 기존 PC 계단 공법은 계단실의 모든 부재를 선제작 하는 방식과 계단은 선제작하고 계단참만 현장타설 하는 방식이 적용되고 있다[2]. 계단실의 모든 부재를 선제작하는 경우, PC 부재가 양중 용량을 초과할 우려가 있고 양중시에 안전사고의 위험이 크다.
중공 PC 벽체의 특징은 무엇인가?
본 연구에서는 중공 PC 벽체 (PC Double Wall)를 적용한 계단실 공법을 개발하였다. 중공 PC 벽체는 내부 중공으로 인하여 양중 무게를 줄이고 외부 벽체가 거푸집 역할을 하며, 벽체 내부 중공에 현장 콘크리트를 타설하여 기존 PC 벽체와 비교하여 부재간의 일체성 확보가 우수하다. PC Double Wall 제작 및 현장 콘크리트 타설, 구조적 안전성을 고려하여 PC 벽체 단면과 철근 배근 상세를 제안하였다.
참고문헌 (12)
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