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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 실제 건축물을 대상으로 동일한 환경에서 부재의 속성에 따라 균열이 어떠한 양상으로 발생하는지를 분석하여, 부재의 특징을 분석하여 균열을 사전에 예측할 수 있는 기반을 조성하고자 한다.
- 본 연구는 균열 사례 분석을 통해 공동주택 외벽에서의 균열을 분석하여 부재의 속성이 균열의 발생과 어떠한 영향이 있는지를 정량화 하고자 한다. 이에 대한 연구 방법은 다음 Fig.
- 본 연구는 부재의 개별 속성과 균열의 관계를 분석하여 특정 조건에서의 균열 발생을 사전에 예측하는 것에 목적을 두고 진행된다. 연구의 신뢰도와 효율성을 확보하기 위해 균열에 영향이 있는 부재 속성과 그렇지 않는 것을 명확히 구분할 필요가 있다.
- 본 연구에서는 공동주택 외벽의 균열 형태를 분석하여 균열과 부재 속성간의 관계를 분석하고 이에 따른 산출식을 도출하였다.
- 본 연구에서는 균열 발생 형태와 부재 형상과의 상관성을 분석하는 것에 목적을 두고 있어 균열의 형태와 균열폭, 균열의 길이를 균열 분석 정보로 설정하였다. 균열 관통 여부는 빈도수가 작아 배제하였다.
- 이때 대상 현장에서의 균열 폭9)이 대체적으로 0.1mm 이하인 관계로 이에 대한 분석을 배제하였다. 또한 부재의 두께 역시 각 부재간의 큰 차이가 있지 않아 큰 상관관계를 보기 어렵다 판단하여 제외하였다.
- 이러한 관점에서 본 연구에서는 부재의 속성에 기초하여 균열의 형태를 추정할 수 있는 방안을 제시하였다. 이를 토대로 특정 부위에서 발생할 수 있는 균열을 예측하고 이에 적합한 대응 방법을 적용하여 이를 최소화할 수 있을 것이라 판단 되며, 앞으로 지속적인 연구를 통해 이를 보완해야할 것이다.
제안 방법
- 균열 관통 여부는 빈도수가 작아 배제하였다. 또한 균열의 건식, 습식 및 기타로 구분하여 항목을 설정하였다.
- 단, 부재의 정형성 또한 상당히 높은 영향을 주는 것으로 나타났으나, 연구 대상의 부재에서는 비정형성이 없어 이를 배제하였다. 또한 이외의 변수와는 다소 영향도에 차이가 있는 것을 토대로 이를 균열 상관 변수로 설정하여 DB를 구축하였다.
- 본 연구에서 추정된 균열 길이 및 방향에 대한 관계식의 신뢰성을 검토하기 위해 실제 사례에 이를 적용하였다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 14개 동 중 DB만을 구축한 1개 동 752건의 균열을 대상으로 하였다.
- 본 연구에서는 균열 길이와 균열 방향을 종속변수로 하고 부재종류, 부재높이, 부재너비, 개구부, 이음부를 독립변수로 하였다. 이때 각각의 변수에 대해 단순회귀분석을 적용할 수 있으나 각 변수를 독립적으로 분석하는 것은 균열의 발생 특성상 적합하지 않다 판단하여 다중회귀분석을 활용하였다.
- 본 연구에서는 연구의 효율성과 연구 결과의 신뢰도를 높이기 위해 부재 속성 변수와 균열 변수에 대해 일정 범위8)를 설정하여 이에 대한 CODE를 부여하였다. 이는 다음 Table 8, 9와 같으며, 이 CODE를 근거로 균열 분석 DB를 구축하였다.
- 부재 속성 중 주요 변수를 도출하기 위해 전문가를 대상으로 설문을 진행하였으며, 각각의 항목에 대해 쌍대비교를 하여 각 항목의 우선순위를 도출하였다.
- 부재의 속성이 균열의 길이와 방향 등의 특성에 어떤 영향을 미치는지를 검토하기 위해 먼저 상관계수를 분석하였다. 이는 다음 Table 10과 같다.
- 신뢰성에 대한 분석 방법은 구축되어 있는 DB에서의 균열 방향과 길이와 본 연구에서 제시한 식을 통해 산출된 결과를 비교하는 형태로 이루어졌다. 이에 대한 예시는 다음 Table 14와 같다.
- 이상의 연구 기반을 토대로 대상 현장에 대한 균열 조사를 실시하였다. 이는 먼저 해당 건물의 정면도와 측면도, 배면도에 균열 형상을 도식화(Fig. 2)하고 각 균열에 별도 기준에 따라 구분하고 사전에 설정한 CODE를 부여하였다.
- 이때 아파트 14개 동 중에서 13개 동의 균열을 대상으로 관계 분석을 하였고, 1개 동은 연구 결과의 신뢰성 검토를 위해 DB만을 구축하였다.
- 연구의 신뢰도와 효율성을 확보하기 위해 균열에 영향이 있는 부재 속성과 그렇지 않는 것을 명확히 구분할 필요가 있다. 이를 위해 본 연구에서는 부재 속성을 분류하고 선행 연구와 전문가의 경험적 지식에 기반한 계층분석 기법3)를 통해 각 속성의 영향도를 분석하였다. 이는 다음과 같다.
- 이상의 연구 기반을 토대로 대상 현장에 대한 균열 조사를 실시하였다. 이는 먼저 해당 건물의 정면도와 측면도, 배면도에 균열 형상을 도식화(Fig.
- 이상적인 연구가 진행되기 위해서는 표에서 제시한 모든 속성과 균열의 관계를 검토해야 하나 모든 속성이 유사한 영향을 가지고 있는 것은 아니며, 연구의 효율적인 진행 등을 고려하여 우선순위를 통해 3~4개의 주요 항목을 도출하였다.
- .이에 기존 연구 및 문헌에서 제시되고 있는 자료를 토대로 9개의 변수를 추출하였다(Table 4).
대상 데이터
- 위와 같은 연구의 진행을 위해 본 연구에서는 경기도의 아파트 1개 단지, 14개 동의 결함현황 및 현장 조사 기록을 자료로 하여 연구를 진행하였다.
- 본 연구에서 추정된 균열 길이 및 방향에 대한 관계식의 신뢰성을 검토하기 위해 실제 사례에 이를 적용하였다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 14개 동 중 DB만을 구축한 1개 동 752건의 균열을 대상으로 하였다.
- 이를 토대로 아파트 1개 단지, 14개 동에서 총 9,784건의 균열을 조사하였으며 이에 대한 예시는 다음 Fig. 3과 같다.
- 추출된 변수를 토대로 이루어진 설문은 시공 및 안전진단, 유지관리 등 균열과 관련이 있는 업체 종사자 42인을 대상으로 실시하였으며, 이중 31인으로부터 결과를 도출하였다. 이에 대한 예시는 다음 Table 5와 같다.
데이터처리
- 본 연구에서는 균열 길이와 균열 방향을 종속변수로 하고 부재종류, 부재높이, 부재너비, 개구부, 이음부를 독립변수로 하였다. 이때 각각의 변수에 대해 단순회귀분석을 적용할 수 있으나 각 변수를 독립적으로 분석하는 것은 균열의 발생 특성상 적합하지 않다 판단하여 다중회귀분석을 활용하였다.
- 이후 산출된 값을 다음의 식 (3)에 대입하여 평균 제곱근 편차(Root Mean Square Deviation; RMSD)10)를 구하였다.
이론/모형
- 이때 각각의 평가자들의 평가의견을 단일화해야 하는데, 이를 위한 방법에는 그룹의 토론을 통한 그룹평가방법과 각 평가자들의 평가치를 종합하는 수치통합방법이 있다(Satty, 1980). 본 연구에서는 수치통합방법을 적용하였다5). 이를 위해 각 요인별 평가치를 기하평균을 통해 종합하여 그에 따른 분석 결과 각각의 항목에 대한 중요도 평가 결과는 다음 Table 6과 같다.
성능/효과
- 각 변수에 대한 평균값을 분석해보면 수직 균열일 경우 부재의 높이가 낮고 너비가 넓어지는 경향을 나타내며, 수평 균열의 경우 그와 반대로 부재의 높이는 높아지고 너비는 줄어드는 경향을 보이고 있다.
- 먼저 균열의 길이는 수직부재보다 수평부재에서의 균열이 상대적으로 더 길게 발생하는 것으로 분석되었으며, 부재의 높이가 높고, 너비가 넓을수록 즉, 부재가 클수록 균열의 길이가 증가할 수 있는 것으로 나타났다. 개구부와 이음부 모두 부(-)의 영향이기는 하나 각각이 명목변수이기에 개구부와 이음부에 인접한 것이 그렇지 않는 것보다 균열의 길이가 길게 발생할 수 있음으로 나타났다.
- 4%의 확률로 실제 발생할 균열을 예측할 수 있음을 의미한다. 균열의 길이에 대한 결과값이 다소 낮게 나타났으나, 실질적으로 균열의 방향이 균열의 사전 대응에 더 중요한 요인임을 고려해볼 때 본 연구의 결과물에 대한 적용 가능성은 충분하다 판단된다.
- 균열의 방향에 대해서는 부재의 종류와 높이, 너비, 이음부가 영향을 주고, 이 중 부재 높이와 이음부는 정(+)의 영향을, 부재 종류와 너비는 부(-)의 영향을 주는 것으로 분석되었다.
- RMSD가 작을 수록 결과값을 신뢰할 수 있음을 의미한다. 또한 DB에서의 실제 값과 추정 값에서의 결과만을 비교해볼 때 전체 752개의 항목에서 균열의 길이는 315개의, 균열의 방향은 537개의 항목이 조건에 부합한 것으로 나타났다. 이는 비율적으로 보면 각각 41.
- 또한, 균열이 발생한 후의 대처는 이에 대한 균열조사와 유지·보수 등에 비용적, 시간적 피해를 야기할 수 밖에 없고, 잠정 적으로 건축물의 가치가 하락되기에 이를 사전에 대처하여 최소화 하는 것이 가장 이상적이라 할 수 있다.
- 본 연구에서 산출된 식에 대한 분석은 다음과 같다. 먼저 균열의 길이는 수직부재보다 수평부재에서의 균열이 상대적으로 더 길게 발생하는 것으로 분석되었으며, 부재의 높이가 높고, 너비가 넓을수록 즉, 부재가 클수록 균열의 길이가 증가할 수 있는 것으로 나타났다. 개구부와 이음부 모두 부(-)의 영향이기는 하나 각각이 명목변수이기에 개구부와 이음부에 인접한 것이 그렇지 않는 것보다 균열의 길이가 길게 발생할 수 있음으로 나타났다.
- 분석 결과 p값이 .000(p<0.05)이나 균열의 방향에 대해 개구부의 t값이 ±1.96이하이기에 적합하지 않은 것으로 판단되었다.
- 분석 결과 각 부재의 속성이 균열의 길이와 방향에 일정부분 상관계수가 있는 것으로 나타났다. 특히 부재의 종류와 높이, 개구부에 관련된 속성이 높은 관계가 있는 것으로 보이며, 이음부의 경우 상대적으로 낮은 영향을 주는 것으로 분석 된다.
- 분석 결과 균열의 길이에 대해 각 독립변수의 t값이 ±1.96이상이고, 유의확률(p값)이 .000(p<.05)이므로 회귀모형이 적합하다 할 수 있다.
- 분석 결과 균열의 방향에 대해 각 독립변수의 t값이 ±1.96이상이고, 유의확률(p값)이 .000(p<.05)으로 회귀모형이 적합 하다 할 수 있다.
- 분석 결과 대체적으로 유사한 영향도를 나타내고 있으나 부재종류, 부재치수6), 개구부, 이음부가 상대적으로 중요한 영향을 미치는 것으로 판단된다. 이는 기존 문헌에서 정성적인 형태로서 중요성을 강조했던 바와 일정 부분 합치하는 것으로 나타났다.
- 산출된 RMSD을 검토한 결과 균열 길이와 방향에 대해 각각 1.105과 0.697의 낮은 수치를 나타냈다. RMSD가 작을 수록 결과값을 신뢰할 수 있음을 의미한다.
- 앞서 각 변수간의 상관관계 분석에서 균열 길이의 경우 25.2%의 설명력을 가지고 있고, 균열 방향의 경우 균열의 길이보다 높은 39.6%의 설명력을 가지고 있는 것을 고려해볼 때, 본 연구의 신뢰도 평가에서 위와 같은 결과가 도출된 것은 충분한 당위성이 있다고 판단된다. 또한 설명력 대비 실제 결과값의 정확도가 증가한 점은 상당히 고무적이라 볼 수 있다.
- 연구 결과 부재의 종류, 높이, 너비, 개구부 및 이음부의 유무가 균열의 길이에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이중 부재의 높이, 너비는 정(+)의 영향을, 부재 종류, 개구부 및 이음부는 부(-)의 영향을 주는 것으로 분석되었다.
- 05)이므로 회귀모형이 적합하다 할 수 있다. 이때 부재 높이와 너비는 정(+)의 영향을 미치고, 부재 종류 및 개구부와 이음부는 부(-)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 회귀모형은 F값이 659.
- 05)으로 회귀모형이 적합 하다 할 수 있다. 이때 부재높이와 이음부는 정(+)의 영향을 미치고, 부재종류와 부재너비는 부(-)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 회귀모형은 F값이 1603.
- 이상의 내용을 검토해볼 때 본 연구에서의 산출식은 충분한 당위성이 있는 것으로 나타났다. 물론 본 연구에서의 결과물에서도 균열과 관련된 모든 요인을 종합적으로 검토하지 못한 한계가 있다.
- 4%의 정확성을 가지고 있어 결과값 예측에 대한 본 연구에서의 추정식이 신뢰할 수 있음을 나타낸다. 즉, 해당 식을 적용하였을 경우 균열의 길이에 대해서는 41.9%의 확률로, 균열의 방향에 대해서는 71.4%의 확률로 실제 발생할 균열을 예측할 수 있음을 의미한다. 균열의 길이에 대한 결과값이 다소 낮게 나타났으나, 실질적으로 균열의 방향이 균열의 사전 대응에 더 중요한 요인임을 고려해볼 때 본 연구의 결과물에 대한 적용 가능성은 충분하다 판단된다.
- 분석 결과 각 부재의 속성이 균열의 길이와 방향에 일정부분 상관계수가 있는 것으로 나타났다. 특히 부재의 종류와 높이, 개구부에 관련된 속성이 높은 관계가 있는 것으로 보이며, 이음부의 경우 상대적으로 낮은 영향을 주는 것으로 분석 된다.
후속연구
- 또한 1개 단지를 대상으로 연구가 이루어져 연구의 적용 범위가 다소 제한적으로 보이는 한계가 있다. 하지만 균열에 대한 새로운 접근 방법을 제시한다는 점과 기존 이론과의 비교를 토대로 검토한 결과에서 유사한 결론을 도출하고 있는 점을 고려할 필요가 있다.
- 이상의 내용을 검토해볼 때 본 연구에서의 산출식은 충분한 당위성이 있는 것으로 나타났다. 물론 본 연구에서의 결과물에서도 균열과 관련된 모든 요인을 종합적으로 검토하지 못한 한계가 있다. 즉, 건축물의 특성을 토대로 균열과의 관계를 추론하는 과정에서 단지 부재의 종류, 크기, 개구부 및 이음부 유무 등으로 이를 한정하여 해당 건축물의 완공시점과, 방향, 지역의 날씨에 대한 고려가 이루어지지 못한 것이다.
- 본 연구의 범위인 벽의 경우 단기 설계 하중과 건조수축 및 온도에 영향을 많이 받는 것으로 보이며, 특히 건조수축이 건축물의 대다수 균열에 관여하고, 이러한 건조수축이 부재의 속성에 연관성이 있음을 고려해볼 때 부재 속성을 통해 균열 발생 형태를 분석할 필요가 있다.
- 즉, 특정 부위에서 균열이 어떤 방향으로 어느 정도의 길이로서 발생하는 지는 추론할 수 있으나 얼마나 많이 발생할 수 있는지를 분석하는 것은 불가능하다는 것이다. 이 또한 빈도 분석 등의 추가 연구를 통해 보완해야할 것이다.
- 이는 균열이 발생한 환경을 역으로 분석하여 요인을 추론 하는 것이기에 각 요인을 개별적으로 분석하는 것에 비해 다소 정확성이 떨어질 수 있으나 현실적으로 불가능한 직접적인 산출 방식의 한계를 극복하고 경험과 실제 사례를 활용하여 이를 정량화 하여 관련 연구의 기틀을 마련할 수 있을 것이라 기대된다.
- 이러한 관점에서 본 연구에서는 부재의 속성에 기초하여 균열의 형태를 추정할 수 있는 방안을 제시하였다. 이를 토대로 특정 부위에서 발생할 수 있는 균열을 예측하고 이에 적합한 대응 방법을 적용하여 이를 최소화할 수 있을 것이라 판단 되며, 앞으로 지속적인 연구를 통해 이를 보완해야할 것이다.
- 하지만 균열에 대한 새로운 접근 방법을 제시한다는 점과 기존 이론과의 비교를 토대로 검토한 결과에서 유사한 결론을 도출하고 있는 점을 고려할 필요가 있다. 즉, 실제 변수에서는 일정 범위 내에서 다소 차이가 있을 수 있으나 추가적인 연구의 진행에서 나오는 결과에는 큰 차이가 없을 것이라 판단하는 바이다.
- 추가적으로 본 연구에서의 경우 균열의 형상은 예측하나 빈도는 그렇지 못하는 한계가 있다. 즉, 특정 부위에서 균열이 어떤 방향으로 어느 정도의 길이로서 발생하는 지는 추론할 수 있으나 얼마나 많이 발생할 수 있는지를 분석하는 것은 불가능하다는 것이다.
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