노후 건축물 리모델링으로 친환경 도시재생을 실현한다
- 노후 건축물 성능향상 및 재사용 기술 -
“안전성이 확보된 친환경 리모델링으로 노후 시설을
복구하고 공간 효율성을 극대화한다”
[연구자 레터]
노후 건축물을 철거하고 재건축하기보다 성능을 향상시켜 재사용하는 리모델링에 대한 사회적 관심이 점차 높아지고 있다. 하지만 국내에는 기존 건축물 개조나 재활용에 대한 체계화된 기술 기준이 없고 리모델링을 할 때 기존 건물의 진단, 설계 및 시공이 엔지니어나 개발자의 주관적 판단에 의해 진행되고 있어 안전에 대한 문제가 꾸준히 제기되고 있다. 또한 리모델링의 대상이 되는 20∼30년 이상된 노후 건축물은 저하된 성능, 기존 대비 더욱 강화된 구조 기준, 증·개축으로 인한 하중 증가로 높은 수준의 보강이 요구되며 기존 건물을 유지한 상태에서 보강이 이루어지므로 시공성에 많은 제약을 받는다. 이에 연구팀은 노후 건축물 리모델링의 핵심 요소인‘구조 안전성 확보’를 위해 노후 건축물 리모델링 전체 단계(상부 및 지반 구조물의 성능평가, 보수·보강, 유지관리)에 대한 체계화된 기술 매뉴얼 및 증·개축 리모델링에 부합하는 고성능·고효율·저비용의 구조재생 핵심기술을 개발하여 현장적용에 성공했다
01 개발배경 및 현황
최근 노후된 도심의 전면적 재건축·재개발 방식이 점차 지역민이 직접 참여하는 지속가능한 도시재생 모델로 전환되고있다. 하지만 국내에는 기존 건축물 개조나 재활용에 대한 체계화된 기술 기준이 없어 노후 건축물을 리모델링할 때 진단, 설계, 시공이 엔지니어나 개발자의 주관적 판단에 의해 진행되어 안전성 문제가 끊임없이 제기되고 있으며, 이는 사업화를 저해하는 요인으로 작용하고 있다. 따라서 노후 건축물 리모델링의 핵심 요소인‘구조 안정성 확보’를 위해 노후 건축물 리모델링의 전체 프로세스(상부 및 지반 구조물의 성능평가, 보수·보강, 유지관리)에 대한 체계화된 기술 기준과 증·개축 리모델링에 부합하는 고성능·고효율·저비용의 구조재생 기술 개발이 필요하다.
02 기술의 특성
리모델링 준비하기 : 국내 건축물 특성에 적합한 성능평가 기법 개발
건축물 구조재생의 첫 번째 핵심기술은 성능평가로 도시재생사업을 위한 기본 계획 시 기존 건축물의 성능평가를 통해 현재 상태와 재생여부를 판단하는 것이다. 이에 연구진은 기존 건축물의 통합 성능평가 자동화 시스템을 개발했다. 이 시스템은 국내 건축물의 구조적 특징을 효과적으로 반영하였으며 평가 단계를 총 3단계로 나누었다. 가장 간단한 1단계 평가에서는 광범위한 지역의 노후 건축물 중 보강이 필요한 건물을 신속하게 선별하고, 선별된 건물에 한해 후속 단계를 거쳐 성능에 대한 정밀평가가 가능하도록 했다. 본 1단계 평가는 교육부의 학교 내진보강 사업의 1차 성능평가 방법으로 사용되고 있다.
그리고 도심지와 같이 인접 건물의 장애나 지장물의 영향이 큰 곳에서 지반의 상태를 신뢰도 높게 영상화 및 평가할 수 있는 지반 성능평가 원천기술을 개발했다. 지반 성능평가를 통해 노후 건물의 하부 지반상태를 파악할 수 있는 기술을 확보하였으며, 기존 기초 및 지반구조물의 공간적·물리적 정보를 제공할 수 있게 되었다.
리모델링 실행하기 : 노후 건축물 보수·보강 기술로 건물 성능향상
건축물 구조재생의 두 번째 핵심기술은 보수 및 보강 기술이다. 연구팀은 기존 건물 보강 공법에 비하여 지진에 의한 충격을 감소시켜 손상을 최소화하는 변위증폭 제진시스템을 개발하였다. 개발된 공법은 기존 제진공법에 비해서 성능이 4배 이상 향상되고 건물에 적용할 경우 고가의 제진 장치의 소요 개수와 용량을 감소시켜 경제적 설계가 가능해진다. 현재까지 창원과 전주의 도시재생 테스트베드사업에 적용된 2건을 비롯하여 학교내진 보강공사에 11건이 적용되었고 복합상업시설 및 공공건물 등으로 적용을 확대하고 있다.
지반구조물의 보수·보강 분야에서는 건축 및 토목 구조물의 부족한 기초 지지력을 향상시켜주는 복합지지형 마이크로파일 공법이 개발되었다. 복합지지형 마이크로파일 공법은 기존 공법과는 달리 토사층에서 마찰지지력을 활용한 추가 지지력을 확보해 기존 구조물의 증·개축에 따른 추가 하중을 분담하는 방식이다. 협소한 공간에서도 시공이 가능하며 설치되는 마이크로파일의 길이 또는 개수를 줄임으로써 공사기간 단축 및 비용 절감이 가능하다.
또한 지반의 지지력을 효과적으로 보강하는 고효율 동적 다점주입 그라우팅 공법 개발에도 성공했다. 고효율 동적 다점주입 그라우팅공법은 도심지 현장의 열악한 근접시공 상황에서도 지반구조물을 신속하고 안전하게 보수·보강할 수 있는 민원저감형 지반보강공법이다. 해당 기술을 적용할 경우 동시 다발적 보강이 가능하며 기존 공법 대비 품질이 향상되고 이동식 장치에 의해 시공성이 극대화된다.
아울러 지반보강공사의 시공성을 극대화하기 위한 또 다른 기술로 기초터파기 작업시에 사용되는 흙막이 공법에서 기존 가로방향 버팀보를 없앤 타워 트러스형 무지보 흙막이 공법을 개발하여 작업 공간을 확보하고, 작업공간에 의한 시공영향을 최소화시켜 효율성을 제고하였다.
리모델링 후 유지하기 : 실시간 모니터링 경보시스템 개발
건축물 구조재생의 세 번째 핵심기술은 노후 건축물의 보강 후 유지관리를 위한 모니터링 기술이다. 연구진은 노후 건축물 구조재생의 사후관리를 위한 실용화 모니터링 기술을 개발했다. 미진동 무선 계측센서를 개발하여 이를 통해 실시간·단시간 모니터링 결과를 분석하여 기존 건물의 구조적 안전성을 상시 모니터링하고 거주자에게 건물의 위험요소를 경보하도록 했다. 본 시스템은 고층건물 위주로 개발된 기존 기술에 비해 중저층 건물의 미진동 특성을 반영한 계측 및 분석에 유용하다. 또한 분석기간을 획기적으로 단축해 도심지와 같이 다수 건물을 평가하는데 효과적으로 사용될 수 있다.
03 기술개발 효과
노후 건축물 리모델링의 안전성 확보 및 공간 효율성 극대화
본 연구에서 개발된 노후 건축물 구조재생 통합시스템은 기존에 개별적으로 시행되고 있던 성능평가, 보강, 모니터링을 통합하고 체계화함으로써 기존 건축물 구조 안전 분야의 효율적인 설계 및 시공이 가능하게 되었다. 또한 각 분야별 고성능·고효율 핵심기술 개발을 통해 증개축이 수반되는 리모델링 공사와 같이 높은 수준의 구조 안전성이 필요한 건축물도 효과적으로 개선할 수 있게 되었다. 이를 통해 기존 리모델링의 구조 안전성에 대한 의구심을 해소하고 환경친화적 리모델링 활성화가 가능할 것으로 기대된다. 또한 철거와 재건축에 따른 막대한 건설 폐기물 발생 및 환경개선 비용을 절감하고 공용수명을 연장함으로써 국가적 차원의 자원관리 효율성이 크게 증대될 것이다.
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