R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201616CTAP-C077924-03 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 1억 이하 비용으로 시공할 수 있는 고품격 학교건물 리모델링 내진보강 공법 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-07-18 ~ 2017-07-17 | |||||
| 연구책임자 | 유승룡 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
13명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 300,000,000 원 기업 : 100,000,000 원 계 : 400,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 900,000,000 원 기업 : 300,000,000 원 계 : 1,200,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 동국대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001996-01 | |||||
| ISBN | 979-11-960855-1-3 | |||||
| 주요 내용 |
1. 근래에, 우리나라에서 지진의 규모 - 2013년에는 우리나라에서 규모 2.0 이상의 지진이 93번, 규모 3 이상의 지진이 17번 발생하였다. - 최근, 2014년 4월 1일 충남 태안에서 지난 역대 네 번째로 큰 규모인 진도 5.1의 지진이 발생하였다. 2. 근래의 교육부 발표: 시급하게 내진보강을 실행하여야 할 학교건물 - 12,000여 동 - 이 건물의 95%가 철근 콘크리트구조 건물이다. - 콘크리트 건물에 가장 적합한 내진보강 재료는 동일한 재료적 성능과 질감을 가지고 있는 PC(Precast Concrete)재라 할 수 있다. - 그러나 지금까지 국내에서 PC를 활용한 내진보강 연구는 거의 없었다. 3. 학교건물 내진 또는 제진 보강공법 등으로 약 20여 개가 이미 사용 중 - 여전히 공사비는 비싸고, 효율성과 공사 후 외관 등에서 많은 문제가 있다. 4. 문제의 원인 분석과 대안제시 - 공사 후 사용자의 입장에서 건물 외관의 중요성은 무시되었다고 할 수 있다. - 그러나, 건물 외관을 손상시키지 않아도 현행 내진기준을 충분히 만족 시 킬 수 있는 공법 제안이 가능하다. - 일본 제진댐퍼를 사용하는 등 고비용 비효율의 공법을 주로 사용하고 있다. - 경험사례에 의하면, 3？5층 규모의 저층 노후 철근 콘크리트 건물이 조적조로 채워져 있을 때, 지진하중 하에서 이 건물들은 진동을 발생하지 않고 층 전단력에 의하여 취성 파괴되는 것이 일반적이었다. 전단파괴에 효과적인 공법은 단면 확장에 의한 공법이다. - 콘크리트 구조물 보강재로 주로 철골재를 사용하였다. 이 경우 보강 후 외관은 불량하게 되고, 철골은 고비용 재료이며, 철골재와 기존 콘크리트재료와의 부착 또는 합성에서 추가 문제가 발생 할 수 있다. 5. 따라서, 이 연구에서는 단면 확장에 의한 PC 벽패널 내진 보강공법을 개발하려 한다. [최종목표] 연구개발이 종료될 시점에 달성하고자 하는 최종목표 다음과 같다. 1. 아래 사항을 만족시키는 독창적인 PC벽패널 내진보강 공법을 개발한다. - 최저 비용 1억원 이하로 공사 할 수 있는 실용적인 공법, - 방학기간 안 40일 안에 충분히 완공 가능한 공법, - 단면 확장 공법으로 현재 신축건물에 적용되는 현행 국내 내진기준을 완벽하게 만족함을 - 구조 실험과 설계로 입증 할 수 있는 공법, - 아름다운 외관 : 실재 시공에서 공사 전, 후가 동일하고, 다양한 치장이 가능한 내진보강 공법, 지금까지의 시공된 어떠한 보강 공법보다 외관이 아름다운 공법. 2. 실재 노후 학교 건물에 제안 공법을 적용하여 상기 4가지 사항 준수 여부를 입증한다. 3. 학교건물 실무설계에 활용할 수 있는 설계 예시와 구조설계 지침서 작성하여 사용의 편리성을 높인다. [연구내용 및 범위] - 근래에 국외에서 많은 부실한 학교건물들의 비참한 지진참사가 보도되고 있다. 또한 해가 갈수록, 우리나라에서 지진의 규모와 빈도수가 증가하고 있다. 1978년 기상대 관측이후 1980년대 연평균 16회에서 2000년대엔 44회, 2010~2014년엔 58회, 최근 몇 년 사이에는 80년대와 대비해 3배 이상 빈도수가 증가한 것을 볼 수 있다. 작년인 2014년에는 우리나라에서 규모 2.0 이상의 지진이 49번, 규모 3 이상의 지진이 8번 발생하였고, 2015년 4월까지만 13회의 지진이 발생했다. 아울러, 국내에서는 12,000여동의 초, 중, 고등학교 건물이 국외 쓰촨성 또는 아이티 건물과 같이 지진에 대하여 무방비 상태인 것으로 조사되었다. - 현행 내진기준에 의한 진도 6정도의 지진에서도 대규모 피해가 예상되는 12,000여 동의 학교 건물에 대한 내진 보강공사를 신속하게 완료할 수 없는 첫 번째 이유는 36조로 추정되는 공사에 대한 정부예산 부족인 것으로 보도되었다. 따라서 학교 건물 내진 보강 연구에서, 가장 중요한 화두는 “저렴한 공사비”라 할 수 있다. 즉, 학교건물 1개동을 1억 이하의 공사비로, 현행 내진 규정을 만족시킬 수 있도록, 보강 할 수 있다면 우리사회가 가지고 있는 큰 문제 중 하나를 해결할 수 있는 방안이 될 수 있다. 또한 건물형식 중에 대부분인 철근 콘크리트 보-기둥 구조물의 내진보강 공법을 개발하여 앞으로의 노후건물의 구조 변경 보강 방법으로 활용할 수 있다. - 즉, 모재가 철근 콘크리트인 노후 학교건물에 대하여 가장 효율적이고 경제적인 공법을 제안할 수 있다면, 민생현안을 합리적인 비용으로 안전하게 해결한다는 차원에서 국가적으로나 사회적으로나 바람직한 시도라 할 수 있다. 이 PC 벽패널 공법은 다음과 같은 구체적인 성능을 가지고 있다. - PC 재료는, 고강도 콘크리트와 고강도 철근을 사용하므로 기존의 철근콘크리트 콘크리트 물량을 절감 할 수 있는 탄소저감형 건설재료라 할 수 있다. 또한, PC 공법은 나무 거푸집을 사용하지 않고 영구 거푸집(permanent form)을 사용하므로 하나의 영구 거푸집에 의해서 백 여개의 PC를 생산하므로 친환경 공법이라 할 수 있다. 또한 단면 확장에 의한 강도와 강성 증가시킬 수 있다. 지진 횡력에 대해 기둥의 휨강성과 전단강성을 증가시킬 수 있다. 특히 기둥의 전단파괴 강도를 증가시킬 수 있다. 횡력으로 인하여 보에 전달되는 축력 일부분을 가로 부분이 분담하고. 보의 순 경간을 축소하여 보의 축강성을 증가시킬 수 있다. 건물 외곽 기둥과 테두리 보를 보강할 수 있다. 인양 상태에서 PC 패널은 건물 외곽 부재로 바로 설치하는 공법이다. 횡력에 가장 효과적으로 대응하는 방법은 내부 부재보다 건물 외곽 기둥과 테두리 보를 보강하는 것이다. 이는 내부 부재 보강보다 효과적이고, 공비와 공기를 크게 줄일 수 있기 때문이다. 기존 창문 보존할 수 있다. 보강 후 창문은 원래 크기를 그대로 유지할 수 있고, 상부 보아래 탁 트인 창문 공간을 확보할 수 있다. 즉, 제안하는 PC패널 공법은 구조적 성능뿐만 아니라 외장 기능도 함께한다. 또한 보강재에 가능한 변형을 구속하지 않는 방법으로 내진 구조물의 연성을 확보할 수 있다. - 따라서, 이 연구에서는 다음과 같은 내용으로 연구를 진행하려 한다. PC 벽패널 공법의 효율성을 극대화하기 위하여 이 연구의 목표는 다음과 같이 요약된다. - PC 벽패널 공법 개발 - 개선된 PC 벽패널 공법 개발 - PC 벽패널 공법 사업화 |
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