R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515TBIP-C076290-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 폭렬제어형 무용접 콘크리트 충전강관(CFT) 기둥의 실용화 설계·시공기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-06-02 ~ 2016-06-01 | |||||
| 연구책임자 | 김형준 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 315,000,000 원 기업 : 210,000,000 원 계 : 525,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 630,000,000 원 기업 : 420,000,000 원 계 : 1,050,000,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)목양종합건축사사무소 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001374-01 | |||||
| ISBN | 11-1613000-001374-01 | |||||
| 주요 내용 |
콘크리트 충전 각형강관(CFT) 기둥은 고층화，대형화 추세인 최근 건축물의 평면효율을 극대화하고, 경제적이며 합리적인 구조시스템으로 인정받고 있다. 그러나 CFT 기둥의 제작 특성상 강판을 용접하여 폐단면을 형성하여야 하는데, 이러한 용접부위는 용접열에 의한 잔류응력의 영향으로 취성적인 경향을 가지며 화재 시 취약부위가 된다. 또한 강관의 폐단면은 시공 시 별도의 거푸집이 불필요하고 구조내력이 크다는 장점이 있으나, 화재 시에는 충전된 콘크리트의 내부의 수분이 외부로 빠져나올 수 없게 만들어 폭렬에 의한 강도저하를 크게 만드는 단점이 된다. 이처럼 화재 시 취약한 용접부와 폐단면으로 인한 폭렬제어의 어려움으로 인해 CFT기둥은 경제성, 시공성 등에 장점이 있음에도 그 활용도가 높지 않은 실정이다 이에 CFT기둥 제작을 위한 용접부를 없애고, 화재 시 폭렬제어가 가능한 CFT 기둥의 설계·시공 기술 개발의 필요성이 대두되고 있으며, 본 연구에서는 폭렬제어형 무용접 CFT기둥을 개발하고 국토교통부 공인 3시간 내화구조 인정을 획득함으로써 경제적이고 내화성능을 확보한 기술의 사업화 기반을 마련함으로써 국가경쟁력 확보에 기여하고자 한다. [최종목표] 현재 CFT 기둥의 경우, 화재 시 용접부의 취성파괴 및 내부 콘크리트의 폭렬을 제어하지 못함에 따라 3시간 내화성능을 확보하지 못하고 있으며, 적용에 제한을 받고 있는 실정이다. 이를 해결하여 모든 건물에 적용 가능한 3시간 내화성능을 확보하는 폭렬제어형 무용접 CFT 기술을 개발, 실용화하는 것을 목표로 한다. 세부적으로는 이를 ①설계·시공할 수 있는 기술을 확보하고, 대상기술의 설계반영, ②현장적용을 위한 구조성능의 확보, ③기둥-보 접합부 상세설계방안의 개발, ④설계 및 시공매뉴얼 구축 및 3시간 내화성능의 확보 등 우수한 기술력 및 현장 적용성을 기반으로 폭렬제어형 무용접 CFT기둥 공법의 제품화 및 실용화를 이루어 건설기술의 선진화를 이룩하는데 목표가 있다. [연구내용 및 범위] 본 연구에서는 세계 최초로 모든 건물에 적용할 수 있는 3시간 내화성능을 확보한 폭렬제어형 무용접 CFT기둥의 설계 및 시공기술을 확보하고 제품화하여 실용화하고자 한다. 따라서 효율적인 연구수행을 위해 각 연구연차별로 주관 및 공동연구기관에서의 연구수행에 대한 역할 분담을 통해 연구의 내용과 범위를 설정하여 연구를 진행한다. 1차년도 : 폭렬제어형 무용접 CFT기둥의 경제성 확보를 위해 다공형상임에도 불구하고 기존 CFT기둥 대비 구조성능의 저하가 없는 단면을 개발한다. 또한 개발 대상기술인 폭렬제어형 무용접 CFT기둥과 기존 CFT기둥의 실물실험을 수행하여 성능 및 구조안전성을 검증하고, 상세 구조해석을 통한 기술의 분석 및 고찰을 통해 실용화 기법 및 방안을 모색한다. 또한 내화실험을 통해 2시간 내화성능의 확보를 확인하고, 현장적용을 위한 실용화 기법을 도출한다. 2 차년도 :1차년도 개발내용을 기반으로 폭렬제어형 무용접 CFT기둥의 기둥-보 접합부 상세를 개발, 구조해석모델을 제시하고 구조안전성 확보를 위한 실물실험을 수행하여 성능검증 및 최적 시스템을 도출한다. 또한 국토교통부 공인 3시간 내화구조 인정을 획득함으로써 현장적용을 위한 기반을 마련하며, 이를 통해 폭렬제어형 무용접 CFT기둥-보 접합부의 설계？시공 지침(안)을 제시하여 개발기술의 사업화 기반을 마련한다. 이러한 단계별 연구를 통해 3시간 내화성능을 확보하여 모든 건물에 적용이 가능한 폭렬제어형 무용접 CFT기둥의 제품화 및 실용화를 이루어 국내 건설시장의 활성화에 기여하고 경쟁력있는 선진 기술을 확보하고자 한다.- 무용접 및 다공형 강관을 적용한 CFT기둥의 경우 최초로 시도되는 기술로써 구조성능 및 접합부 성능검증과 동시에 경제적인 최적화 설계·시공이 가능하게 하여 현장적용 기술력 향상을 동시에 확보하고자 한다. - CFT기둥은 외부에 폐단면 강판을 적용하여 현장에서의 거푸집 공정을 제거할 수 있고 장주의 경우에도 기둥의 배부름 현상과 같은 시공오차를 줄일 수 있는 기술임. 하지만 강관이 외부에 노출되는 점은 화재와 같은 고온에 노출될 경우 취약부로 작용할 수 있는 단점이 있음. - 특히 폐단면 강관을 제작하기 위하여 현재까지 용접에 의존하는 방식을 고수하였지만 본 개발 대상공법의 경우 용접을 배재한 폐단면 구성방식을 채택하여 용접열의 의해 발생하는 CFT기둥의 단점을 보완하고자 함. - CFT기둥의 특성상 내부 충전 콘크리크는 고강도를 적용하는 경우가 많음. 이때 고강도 콘크리트가 고온에 노출되면 외부 강관에 의해 수분배출이 어려워 내부응력이 증가하게 된다. 이에 외측 강관에 다공형 수분 배출구를 확보하여 화재 시 내부 충전 콘크리트에서 발생하는 응력을 효과적으로 제어할 수 있음. - 본 연구의 다양한 요소기술을 적용한 CFT기둥의 사업화 기반을 마련하기 위하여 현장 애로기술을 해결한 설계·시공 매뉴얼을 제시하여 현장시공 시 작업자의 이해를 높이고 보급이 확대될 수 있게 하고자 한다. - 위에 거론된 다양한 최종목표설정을 근거로 하여 부재의 성능검증 및 개발 부재에 최적화 설계·시공 매뉴얼 및 내화성능 인정 등의 과정을 통해 개발부재의 건설신기술을 추진하고자 한다. 이를 통해 개발 부재의 현장적용성을 극대화 할 수 있으며 사업화 추진을 위한 발판을 마련할 수 있을 것이라 판단한다. |
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| 색인어 | 한글 | 콘크리트 충전강관 기둥 | 폭렬 | 슬롯 | 내화 | 합성기둥 |
| 영문 | Concrete Filled Tube Column (CFT Column) | Spalling | Slot | Fire Resistance | Composite Column | |
| 최종보고서 | 01_최종보고서.pdf 최종보고서.pdf | |||||