초록 ▼

※ 총 연구기간 동안 연구수행을 통해 도출한 연구성과에 대해 요약하여 기술함
본 연구에서는 콘크리트구조기준에 규정된 구조적인 설계요구사항을 구속조건으로 만족시키면서 철근콘크리트 구조물의 내재에너지 및 이산화탄소 배출량을 최적화하여 단면을 설계할 수 있는 지속가능 설계법을 개발하였다. 실제 철근콘크리트 보 및 기둥에 대한 설계를 수행하여 지속가능 설계법을 통해 얻을 수 있는 잠재적인 이익을 정량적으로 분석했으며, 공사비, 내재에너지, 이산화탄소 배출량을 각각 목적함수로 고려한 최적 단면설계를 수행하고 그 결과를 상호 비교하여 개

※ 총 연구기간 동안 연구수행을 통해 도출한 연구성과에 대해 요약하여 기술함
본 연구에서는 콘크리트구조기준에 규정된 구조적인 설계요구사항을 구속조건으로 만족시키면서 철근콘크리트 구조물의 내재에너지 및 이산화탄소 배출량을 최적화하여 단면을 설계할 수 있는 지속가능 설계법을 개발하였다. 실제 철근콘크리트 보 및 기둥에 대한 설계를 수행하여 지속가능 설계법을 통해 얻을 수 있는 잠재적인 이익을 정량적으로 분석했으며, 공사비, 내재에너지, 이산화탄소 배출량을 각각 목적함수로 고려한 최적 단면설계를 수행하고 그 결과를 상호 비교하여 개발된 지속가능 설계법의 특성과 효과를 분석하였다. 비용을 최적화한 설계단면과 내재에너지 및 이산화탄소 배출량을 최적화한 설계단면은 철근과 콘크리트의 비용비율( R ) 값에 따라 차이를 나타냈다. 이것은 철근콘크리트 구조물의 설계시 콘크리트와 철근의 재료가격 뿐만 아니라 내재에너지(또는 이산화탄소 배출량)를 함께 고려할 경우 기존의 설계와 다른 패턴을 나타냈다. 또한, 단순히 비용만을 최소화하면서 강도 확보에 집중하는 강도설계법에서 벗어나 지속가능개발개념을 염두에 둔 지속가능 설계법의 활용이 의미 있음을 보였다.
내재에너지는 건설재료의 처리·생산 과정에서 재료의 획득, 운송, 처리, 제작, 분배와 같은 순차적으로 발생하고 소비되는 에너지 자본을 정량화 해주기 때문에, 건설기간 동안 사용되는 다양한 에너지까지 본 연구 방법에 추가로 포함된다면 콘크리트 구조물의 생애주기 전체에 대한 장기적인 관점을 갖는 설계법으로 활용이 가능하다. 또한, 본 연구방법에서는 철근 및 콘크리트와 관련된 비용에 변화가 생기면 비용비율이 바뀌고 최적단면에 변화가 발생하기 때문에 재료가격 변동을 탄력적으로 설계에 반영할 수 있으며, 경제적인 측면과 지속가능성을 함께 고려가 가능하다. 온실가스배출 거래제도와 같은 국제적인 흐름 속에서 지속가능 설계법은 장기적으로 잠정적인 이득을 취할 수 있게 해주기 때문에, 에너지 소비와 온실가스 배출감소를 위한 공학적인 노력이 다양하게 이루어지는 선진국들과 달리 지속가능 개발에 대한 관심이 부족한 국내 실정에서 국내의 구조기준을 만족시키면서 지속가능성 뿐만 아니라 비용, 이산화탄소 배출량까지 고려하여 단면을 설계할 수 있는 기법의 개발은 대단히 중요하다고 할 수 있다. 본 연구 방법은 보,기둥뿐만 아니라 다양한 구조물 설계에도 적용 가능하며, 철근콘크리트가 아닌 강재와 같은 다양한 재료를 다룰 수 있도록 충분히 확장할 수 있다. 그렇기 때문에, 본 연구 결과에 따른 다양한 설계법들이 개발된다면, 국내건설 분야에 새로운 방향성을 제시해 줄 수 있다.
철근콘크리트 보의 경우, 비용과 내재에너지 및 이산화탄소 배출량의 최적단면 차이가 크게 발생하였으며, 이는 지속가능 발전의 개념을 설계에 도입하게 되면 기존의 설계 양상과 큰 차이를 보일 수 있음을 의미한다. 결과적으로, 철근콘크리트 보에 대한 지속가능설계를 통해 약 10% 정도의 비용증가가 발생할 수 있지만 내재에너지는 20% 정도까지 감소가 가능하다는 것을 보였으며, 이산화탄소 배출량의 경우에는 동일한 비용증가에 대해 35% 정도까지 감소시킬 수 있음을 보였다. 비용적 측면만을 고려하는 기존의 설계방법에서는 내재에너지와 이산화탄소 배출량의 증가를 피할 수 없다는 것을 시사한다.
추가적으로 철근콘크리트 기둥 설계를 위한 지속가능 설계법은 인장지배 상태와 압축지배 상태로 구분하여 해석을 수행하였다. 기둥의 압축력과 인장력에 대한 영향은 최적단면 해석결과를 상이하게 만들었으며, 기둥에 가해지는 외력과 거동에 따른 설계의 유연성이 필요함을 보여주었다. 단면을 가정하고 실제 설계과정을 통해 인장 및 압축지배 상태에서 비용과 내재에너지의 변형 모습을 비교·분석하였으며, 일반적인 보 단면과 어떤 차이를 나타내는지 제시하였다.본 연구의 연구 결과는 국제논문(SCI, SCIE) 2편, 국내논문(학술등재지) 2편, 학술발표대회 논문 4편 등의 성과로 정리되어 발표되었으며, 현재 한두 편의 추가적인 국제논문과 국내논문이 작성 중에 있다. 이는 초기의 연구성과 지표를 초과달성한 결과이며, 본 연구가 연구계획에 기초하여 성실하게 진행되었음을 보여준다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 8