[논문]평면확장형 공동주택 리모델링 공사에서 신/구 슬래브 접합부의 횡방향 하중전달 능력

유영찬; 김승훈; 최기선; 김긍환; 임병호; 유지영

문제 정의

이와 같이 주거공간의 확장을 전제로 한 “평면확장형” 공동주택 리모델링 공사에서는 기존 슬래브에 연속하여 신규 슬래브를 접합하여 내부공간을 확장하는 평면확장 기술이 요구된다. 이에 본 연구에서는 GS건설에서 재건축을 추진 중인 공동주택으로부터 직접 채취한 구 슬래브에 신규 슬래브를 접합한 실험체를 대상으로 하여 신/구 슬래브 접합부의 횡 방향 하중전달 능력을 평가하기 위한 실험을 실시함으로써, "평면확장형”공동주택 리모델링 공사에서 실내공간의 확장을 위한 평면확장 기술을 검증하고자 하였다.

제안 방법

경간의 1/3과 2/3 지점에 선(line) 하중을 가력하여 신/구 슬래브의 합성 거동.정도를 평가함으로써 접합부의 성능을 평가하였다. 실험체의 가력은 변위 제어 방식으로 단조 가력하였으며, 실험은 경간 중앙부 변위가 L/20 (=135mm)에 도달하거나, 콘크리트 압괴가 일어날 때까지 진행하였다.
정도를 평가함으로써 접합부의 성능을 평가하였다. 실험체의 가력은 변위 제어 방식으로 단조 가력하였으며, 실험은 경간 중앙부 변위가 L/20 (=135mm)에 도달하거나, 콘크리트 압괴가 일어날 때까지 진행하였다. 실험체의 변위는 경간의 1/4, 2/4, 3/4 지점에 각각 4개의 변위계를 설치하여 신 슬래브와 구 슬래브의 처짐 및 접합 면의 전단에 의한 상대 처짐을 측정하였다.
실험체의 가력은 변위 제어 방식으로 단조 가력하였으며, 실험은 경간 중앙부 변위가 L/20 (=135mm)에 도달하거나, 콘크리트 압괴가 일어날 때까지 진행하였다. 실험체의 변위는 경간의 1/4, 2/4, 3/4 지점에 각각 4개의 변위계를 설치하여 신 슬래브와 구 슬래브의 처짐 및 접합 면의 전단에 의한 상대 처짐을 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 리모델링 공사에서 발생 가능한 기존 부재의 치수/제원 및 성능의 불확실성에 기인한 신/구 슬래브의 접합성능을 실증적으로 검토하기 위하여 철거계획 중인 라멘조 공동주택으로부터 그림 1과 같이 슬래브를 절단하여 실험체로 사용하였다.
실험체는 총 6개로 표 1에서 보는 바와 같이 기존 슬래브 실험체 2개, 신 슬래브 실험체 1개 및 신/ 구 슬래브 접합부 실험체 3개를 각각 계획하였다. 여기에서 JS1, JS2, JS3 실험체는 구 슬래브에 신 슬래브를 전단 연결 철근으로 접합시킨 실험체로, 후 매립 전단 연결 철근을 케미컬 앵커 형태로 시공하였다.
슬래브 접합부 실험체 3개를 각각 계획하였다. 여기에서 JS1, JS2, JS3 실험체는 구 슬래브에 신 슬래브를 전단 연결 철근으로 접합시킨 실험체로, 후 매립 전단 연결 철근을 케미컬 앵커 형태로 시공하였다. 이때 JS 계열 실험체의 신 슬래브와 구 슬래브의 형상은 각각 NS 개열과 OS 계열 실험체와 같다.
0S1 실험체와 0S2 실 실험체 제원명체휨 보강근 접합 상세 비고 (cm)험체는 기존 건물에서 채취된 슬래브 실험체로 형상이 유사하지만, 현장 배근의 특성 3-SD10@300구슬래브상 철근의 배근 형상은 틀리게 나타났다. 신 슬래브에 사용된 콘크리트의 설계 강도 접합는 24 MPa이며, 철근은 SD40을 사용하였다.

성능/효과

이때 JS 계열 실험체의 신 슬래브와 구 슬래브의 형상은 각각 NS 개열과 OS 계열 실험체와 같다. 0S1 실험체와 0S2 실 실험체 제원명체휨 보강근 접합 상세 비고 (cm)험체는 기존 건물에서 채취된 슬래브 실험체로 형상이 유사하지만, 현장 배근의 특성 3-SD10@300구슬래브상 철근의 배근 형상은 틀리게 나타났다. 신 슬래브에 사용된 콘크리트의 설계 강도 접합는 24 MPa이며, 철근은 SD40을 사용하였다.
구 슬래브인 0S1과 0S2 실험체 및 신 슬래브인 NS1 실험체는 모두 하중이 증가함에 따라 가력부사이의 구간에 휨 균열들이 발생하였고, 휨 균열이 커짐에 따라 최종적으로 상부 콘크리트의 압괴에 의해 최종파괴에 도달되는 전형적인 휨 파괴 거동을 나타내었다. 한편, 신/구 접합부 실험체는 신 슬래브에만 하중을 가력하였음에도 불구하고 신/구 슬래브 모두 휨 파괴되는 완전합성 거동을 나타내었다.
한편, 신/구 접합부 실험체는 신 슬래브에만 하중을 가력하였음에도 불구하고 신/구 슬래브 모두 휨 파괴되는 완전합성 거동을 나타내었다. 즉, 작용하중에 대하여 신 슬래브가 휨 변형을 일으키면서 구 슬래브까지 휨 파괴가 발생되었고, 이때, 접합면에 미세균열은 발생하였지만 균열 폭이 증가하지 않았고 접합 면의 상대 변위 차도 거의 관측되지 않았다. 특히, 전단연결 철근을 제거한 JS3 실험체에서도 JS1과 JS2 실험체와 동일하게 최종 휨 파괴되어 충분한 합성능력을 보유하고 있는 것으로 확인되었다.
즉, 작용하중에 대하여 신 슬래브가 휨 변형을 일으키면서 구 슬래브까지 휨 파괴가 발생되었고, 이때, 접합면에 미세균열은 발생하였지만 균열 폭이 증가하지 않았고 접합 면의 상대 변위 차도 거의 관측되지 않았다. 특히, 전단연결 철근을 제거한 JS3 실험체에서도 JS1과 JS2 실험체와 동일하게 최종 휨 파괴되어 충분한 합성능력을 보유하고 있는 것으로 확인되었다.
영향에 지배되어 전반적인 거동이 신 슬래브의 거동과 유사한 것으로 나타났다. 그러나 최대내력은 신 슬래브와 구 슬래브의 내력이 중첩되어 각각 41.13, 41.73, 43.27 kN으로 신 슬래브에 비하여 각각 10.75, 11.35, 12.89 kN이 증가된 것으로 나타났다. 따라서, 최대내력 측면에서 평가해도 신/구 슬래브 접합 실험체는 완전합성 거동을 보인 것으로 판단된다.
89 kN이 증가된 것으로 나타났다. 따라서, 최대내력 측면에서 평가해도 신/구 슬래브 접합 실험체는 완전합성 거동을 보인 것으로 판단된다. 한편, 신/구 슬래브 접합 실험체에서는 접합 상세에 따른 거동의 차이를 거의 관측할 수 없었다.
제한된 실험 결과에 의하면, 본 실험에서 검토한 전단 연결 철근에 의한 접합 상세만으로 신/구 슬래브가 파괴시까지 완전합성거동을 하는데 충분한 것으로 평가되었다. 그러나, 구 슬래브의 휨성능이 신 슬래브의 1/3 정도로 낮아 접합부의 최대강도를 확인하기 어려웠으며, 접합 면의 전단마찰력은 시공조건과 환경에 따라 변동 폭이 크게 나타나므로 충분한 안전율을 가지고 전단 연결 철근을 배근해야 할 것으로 판단된다.

후속연구

"평면확장형” 공동주택 리모델링 공사에서 신설되는. 슬래브는 통상적으로 1방향 슬래브로 설계되며, 독립적인 하중 지지요소(벽체, 또는 라멘)에 의해 지지되므로 단일부재의 극한 강도에 대한 추가검토는 필요하지 않다. 또한, 신 슬래브와 구 슬래브에 동일한 하중이 작용할 경우에는 신/구 슬래브의 변형이 유사하게 나타나므로 접합부에는 특별한 응력이 작용하지 않는다.
파괴시까지 완전합성거동을 하는데 충분한 것으로 평가되었다. 그러나, 구 슬래브의 휨성능이 신 슬래브의 1/3 정도로 낮아 접합부의 최대강도를 확인하기 어려웠으며, 접합 면의 전단마찰력은 시공조건과 환경에 따라 변동 폭이 크게 나타나므로 충분한 안전율을 가지고 전단 연결 철근을 배근해야 할 것으로 판단된다.

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Load Transfer Capacity for the Planar Joints between Existing and New Slab in Apartment Remodelling Construction for Enlarging the Interior Space 원문보기

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