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[국내논문] 철골 조립식주택 바닥판 진동 평가에 관한 연구
A Study on Evaluation of Floor Vibration for Steel Frame Modular Housing 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.20 no.1, 2016년, pp.104 - 111  

김종성 ((주)와이즈구조연구소) ,  조민주 ((주)와이즈구조연구소) ,  김승훈 (한밭대학교 건축공학과)

초록
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최근 연구개발이 활발히 이루어지고 있는 철골 조립식주택은 공장에서 생산되고 현장에서 조립되는 건설방식의 특성으로 인해 일반 건축물의 철근콘크리트 바닥판과 같이 일체타설 시공되지 못하게 되며 부재 단면크기 감소 및 경량화 등으로 인해 거주자의 활동에 의한 바닥판의 수직진동 및 처짐이 사용성 평가 측면에서 중요한 문제가 될 수 있다. 따라서 이 연구에서는 대상 조립식주택에서 장변방향 보 중앙에 샛기둥이 설치된 모듈과 설치되지 않은 모듈을 대상으로 실무에서 일반적으로 사용되고 있는 AISC 설계지침서 11의 계산식(이하 AISC 계산식)을 이용하여 바닥판의 진동성능을 평가하고 범용해석프로그램을 이용한 해석결과와 비교를 통해 AISC 계산식의 적용성을 고찰하였다. 이를 토대로 샛기둥이 설치된 모듈의 바닥판에서 AISC 계산식과 해석결과의 오차가 크게 발생되는 구조적 원인을 분석하고 이를 고려하는 방안을 제시하였다. 또한 대상 조립식주택 바닥판에 대한 진동성능 향상방안을 변수로 해석모델을 수립하고 진동응답해석 및 경제성평가를 통해 진동성능과 경제성이 우수한 방안을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The steel frame modular housing of which the research and development has been actively carried out recently cannot be constructed through monolithic placement like the reinforced concrete deck of general structure due to the characteristics of construction method of production in the factory and as...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 이 연구에서는 3차원의 입체 구조모듈로 구성되는 조립식주택 바닥판을 대상으로 실무에서 일반적으로 사용되고 있는 AISC 계산식을 이용하여 바닥판의 최대응답가속도를 계산하고, 범용 해석프로그램의 시간이력 해석결과와 비교를 통해 AISC 계산식의 적용성을 고찰하였다. 이를 토대로 모듈 유형 중 구조적 특성으로 인하여 AISC 계산식과 해석결과의 오차가 크게 발생되는 원인을 분석하고 이를 고려하는 방안을 제시하였으며, 대상 조립식주택 바닥판에 대한 진동 성능 향상방안을 변수로 해석모델을 수립하고 진동성능 및 경제성이 우수한 방안을 제시하고자 한다.
  • 5%g를 약 6~18% 초과하는 것으로 나타났다. 따라서 이 연구에서는 대상 모듈 바닥판의 진동성능이 허용값을 만족하면서 골조공사비가 경제적인 최적방안을 제시하기 위하여, 바닥판의 진동성능 향상방안을 변수로 다양한 해석모델을 수립하고 각 해석모델에 대한 진동성능 및 경제성을 검토하였다.
  • 앞서 AISC 계산식에 의한 바닥판 진동성능 예측은 샛기둥이 없는 Model-1의 해석결과와 잘 일치하는 것으로 나타난 반면, 샛기둥이 설치된 Model-2의 해석결과와는 오차가 비교적 큰 것으로 나타났다. 따라서 이 연구에서는 대상 조립식주택 모듈의 유형중 하나인 샛기둥이 설치된 모듈에 대한 바닥판 진동성능을 실무에서 간략히 예측하고자, AISC 계산식에서 샛기둥에 대한 영향을 고려하는 방안을 제시하고자 한다.
  • 이 연구에서는 샛기둥이 설치된 모듈에 대한 바닥판 진동성능을 실무에서 간략히 예측하고자 샛기둥에 의한 유효강성을 스프링요소로 치환한 바닥보 모델을 대상으로 레일라이 지수식을 이용하여 고유진동수 산정식을 제안하였다. 대상 조립식주택에서 샛기둥에 의한 유효강성의 크기 변화시 제안된 식의 적용범위를 고찰하고자, 유효강성 0~8,000 N/mm 범위에서 식 (14)를 이용하여 산정한 고유진동수와 Fig.
  • 따라서 이 연구에서는 3차원의 입체 구조모듈로 구성되는 조립식주택 바닥판을 대상으로 실무에서 일반적으로 사용되고 있는 AISC 계산식을 이용하여 바닥판의 최대응답가속도를 계산하고, 범용 해석프로그램의 시간이력 해석결과와 비교를 통해 AISC 계산식의 적용성을 고찰하였다. 이를 토대로 모듈 유형 중 구조적 특성으로 인하여 AISC 계산식과 해석결과의 오차가 크게 발생되는 원인을 분석하고 이를 고려하는 방안을 제시하였으며, 대상 조립식주택 바닥판에 대한 진동 성능 향상방안을 변수로 해석모델을 수립하고 진동성능 및 경제성이 우수한 방안을 제시하고자 한다.

가설 설정

  • 6(a) 및 6(b)에 나타내었다. 해석모델 바닥판에서 보행이동 경로는 바닥판 한쪽 끝에서 대각선 방향 바닥판 끝으로 보행하는 것으로 가정하였으며, 보행하중 작용간격은 성인의 보폭을 고려하여 750 mm로 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
조립식주택이란? 이러한 현장에서 시공하는 방식은 최근 인건비 상승 및 건설폐기물로 인한 환경문제 등이 대두되면서 이에 대한 해결책으로 중·저층에서 조립식주택을 적용하기 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 조립식주택은 철골부재로 이루어진 3차원 입체 구조모듈과 모듈의 내부를 구성하는 건축설비 및 내장재 등의 70%이상을 공장에서 생산하고, 개별 모듈이 건설현장에서 수평, 수직으로 적층되고 연결되어 하나의 건축물이 형성되는 주택으로 해체 및 이동이 용이하여 재사용이 가능하고 공장생산으로 표준화 및 부품화가 가능한 장점을 가지고 있다.
조립식주택에 생기는 문제점은? 이러한 조립식주택은 철골부재로 이루어진 각 모듈의 연결에 의해 구성되기 때문에 일반 철골조 건축물과 같이 철근콘크리트 건축물 대비 부재 단면크기 감소 및 경량화 등으로 인하여 거주자의 활동에 의한 바닥판의 진동 및 처짐이 사용성 평가 측면에서 중요한 문제가 될 수 있다. 또한 조립식주택 바닥판은 공장에서 생산되고 운반되어 현장에서 모듈간 접합부에 의하여 조립되는 건설방식의 특성으로 인해 일반 건축물의 철근콘크리트 바닥판과 같이 일체타설 시공되지 못하며, 따라서 각 모듈의 바닥판은 개별적인 구조거동으로 인하여 진동 및 처짐에 더욱 취약하다고 할 수 있다.
벽식구조 공동주택 방식 대신 다른 방식을 선택하게 된 이유는? 기존 우리나라의 주택건설 산업은 습식에 의한 그리고 노동 집약적인 현장생산방식으로 벽식구조 공동주택이 주를 이루었다. 이러한 현장에서 시공하는 방식은 최근 인건비 상승 및 건설폐기물로 인한 환경문제 등이 대두되면서 이에 대한 해결책으로 중·저층에서 조립식주택을 적용하기 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 조립식주택은 철골부재로 이루어진 3차원 입체 구조모듈과 모듈의 내부를 구성하는 건축설비 및 내장재 등의 70%이상을 공장에서 생산하고, 개별 모듈이 건설현장에서 수평, 수직으로 적층되고 연결되어 하나의 건축물이 형성되는 주택으로 해체 및 이동이 용이하여 재사용이 가능하고 공장생산으로 표준화 및 부품화가 가능한 장점을 가지고 있다.
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참고문헌 (9)

  1. Allen, D.E., and Murray, T.M. (1993), Design Criterion for Vibrations due to Walking, Engineering journal, AISC, 4th Qtr, 177-129. 

  2. AIJ (1991), Guidelines for the Evaluation of Habitability to Building Vibration, AIJ. 

  3. AISC/CISC (2003), Steel Design Guide Series 11 Floor Vibrations due to Human Activity, AISC, Illinois. 

  4. Chopra, A.K. (2007), Dynamics of Structures, Prentice Hall, New Jersey. 

  5. ATC (1999), ATC Design Guide 1 Minimizing Floor Vibration, ATC. 

  6. Kim, W.K., and Park, J.K. (2000), Evaluation Method of Floor Vibration for Steel Structure Buildings, Journal of Architectural Institute of Korea, AIK, 16(11), 11-18 (in Korean, with English abstract). 

  7. KPI (2015), Comprehensive Estimation Information, KPI, Seoul. 

  8. Lee, S.S. (2005), Evaluation of the Vibration Response Formulas for Walking Induced Floor Vibration, Journal of Architectural Institute of Korea, AIK, 21(9), 27-34 (in Korean, with English abstract). 

  9. MIDAS (2015), http://kor.midasuser.com/building. 

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