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과제기본정보

건축물 천장 달대구조의 면·제진 설계기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C164373-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 기초
과제명 건축물 천장 달대구조의 면·제진 설계기술 개발
주관연구기관 경기대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 문주현
소속 경기대학교산학협력단 직위 조교수
전화번호 031-249-9025 FAX 031-248-5646
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 0 0 0 210,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 최종목표는 지진에 대한 건축물 천장구조 전체 및 각 구성요소들의 파손을 방지할 수 있는 면·제진 달대구조 설계에 대한 원천기술 개발임.
- 목표달성을 위한 세부 목표는 다음과 같음.
① 에너지 흡수 유닛(SDI Unit: Seismic Damping·Isolation Unit) 개발: 탄성 및 복원력이 우수한 재료를 이용한 지진 에너지 흡수 장치 개발
② 천장 마감재의 탈락제어를 고려한 행어볼트 유닛(SHB Unit: Seismic Hanger Bolt Unit) 개발: 유효가속도 및 기둥의 횡변위에 대응할 수 있는 천장재 부속품들의 결합기술
③ 천장 달대 횡변위 흡수 유닛(SDC Unit: Seismic Displacement Control Unit) 개발: 횡변위로부터 발생되는 천장 마감재 손상 제어를 위한 흡수장치 개발
④ 각각의 유닛들을 이용한 면·제진 달대구조 설계기술
최종목표 ● 본 연구의 최종목표는 각 층의 좌우 및 상하방향의 진동 및 지진파를 감쇠시킬 수 있는 고무, 강판 및 스프링을 조합한 에너지 흡수 기술과 기둥의 횡변위에 대응할 수 있는 각 부속품들의 결합력 기술을 융합하여 건축물 천장재의 면·제진보강 설계에 대한 원천기술 개발임.
① 에너지 흡수 유닛(SDI Unit: Seismic Damping·Isolation Unit)의 구성: 고무, 강판 및 스프링의 감쇠재료들과 프리스트레스력의 도입이 가능한 토크 시스템과의 융합하여 지진 에너지에 의한 유효가속도의 크기를 현저하게 감소시킬 수 있음.
② 천장 마감재의 탈락제어를 고려한 행어볼트 유닛(SHB Unit: Seismic Hanger Bolt Unit)의 구성: 탄성력 및 복원력이 우수한 고무와 행어볼트로 구성하여 행어볼트와 캐링 및 M바 채널들과의 결합력의 향상 기술
③ 천장 달대 횡변위 흡수 유닛(SDC Unit: Seismic Displacement Control Unit)의 구성: 지진에 의해 도입된 건축물의 횡변위 흡수를 위한 고무판과 스프링으로 구성되어 횡변위 및 천장패널의 탈락의 대응이 가능함.
④ SDI, SHB 및 SDC 유닛 기술들을 조합한 천장 달대 시스템의 면·제진설계 기술
⑤ 경제성과 시공성을 고려한 면·제진 천장 달대 시스템의 시공기술
※ 토크에 의한 프리스트레스력을 이용한 고무, 강판 및 스프링의 결합방법 및 이들의 제조기술.
※ 건축물의 규모에 따른 각 층의 진동 및 지진파의 크기를 고려한 SDI 유닛의 설계 기술.
※ 기둥의 횡변위에 대응할 수 있는 천장재 부속품들의 결합방법 및 제조기술.
※ 경제성을 고려한 면·제진 천장시스템의 시공기술.
※ 천장 시스템의 면·제진보강을 위한 설계 가이드라인
연구내용 및 범위 연구 목표 달성을 위한 전체 핵심연구내용
1) 복원력이 우수한 재료를 이용한 SDI 유닛의 제조 및 설계 기술
- 복원력이 우수한 재료를 융합한 에너지 흡수능력을 극대화 시킬 수 있는 SDI 유닛 단면의 제조 및 설계 방법의 제시
- SDI 유닛의 수직저항력, 횡저항력 및 에너지 흡수 능력의 평가
2) 유효가속도 및 기둥의 횡변위에 대응가능한 천장재 부속품들의 결합기술
- 부속품들의 최적의 결합방법 및 결합력 제시
- SDI 유닛과 SHB 유닛이 결합된 천장 달대 구조의 휨 성능평가
3) 천장 마감재 횡변위 손상 제어를 위한 에너지 흡수장치 개발
- 횡변위 대응이 가능한 천장재의 최적의 결합방법 제시
- 천장 마감재 횡변위 및 에너지 흡수 유닛의 시공성 평가
4) 천장 달대 구조의 보강을 위한 시공 기술
- SDI, SHB 및 SDC 유닛과 천장재 부속품들의 연결방법 및 천장재의 전체 시공에 대한 공정 제시 및 시공기술의 개발
- 면·제진 천장 달대 구조의 시공성 및 경제성 평가
5) 천장 시스템의 면·제진보강을 위한 설계 기술
- SDI, SHB 및 SDC 유닛과 주요 부속품들이 결합된 면·제진 천장 달대 구조 시스템의 지진 안전성 평가 및 설계 가이드라인 개발
연구개발성과
- 바 및 캐링채널의 최대 잔류휨량 = 5 mm 이하
- 바 및 캐링채널의 잔류 휨량 = 2 mm 이하
- 면·제진 달대 구조의 상대변형(횡변위 수용능력) = 1%이상
- 면·제진 달대 구조의 유효가속도 감소율 = 20%이상
- 면·제진 달대 구조의 설계내력 대비 보유지진력의 증가율 = 20%이상

1차년도 연구 목표 달성을 위한 세부 핵심연구내용(SDI 유닛의 설계 및 감쇠능력 평가)
● 제시된 연구목표 달성을 위한 목표 달성 접근법 측면에서 각 핵심성과별 연구 목표에 따라 세분화 하여 연구를 수행하며, 계획된 1차년도 연구내용은 다음과 같음.
1) SDI 유닛의 설계 및 감쇠능력 평가
2) 천장 달대 구조 부속품들의 결합기술 방법 제시
3) SDI 및 SHB 유닛의 제조기술 정립 및 시작품 제시
4) SDI 및 SHB 유닛과 부속품들의 결합기술이 적용된 천장 달대 구조의 시공성 평가

2차년도 연구 목표 달성을 위한 세부 핵심연구내용
● 2차년도 연구 목표 달성을 위해 1차년도의 연구와 연계하여 각 전문분야별 세부 연구내용을 수립하였음.(개발된 천장 달대 구조 시스템의 설계 가이드라인 제시)
1) SDC 유닛의 제조기술 정립 및 시작품 제시
2) SDI, SHB 및 SDC 유닛을 이용한 천장 달대 구조의 증폭비 및 감쇠능력 제시
3) 면·제진 천장 달대 구조 시스템의 지진 안전성평가(실사이즈 진동대 실험)
4) 천장 달대 구조 시스템의 내진설계 기법 제시(설계 가이드라인 제시)
5) 면·제진 천장 달대 구조의 시작품 제작, 시공성 및 경제성 평가
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 1) SDI 유닛의 설계 및 감쇠능력 평가
2) 천장 달대 구조 부속품들의 결합기술 방법 제시 및 성능평가
3) SDI 및 SHB 유닛의 제조기술 정립 및 시작품 제시
4) SDI 및 SHB 유닛과 부속품들의 결합기술이 적용된 천장 달대 구조의 시공성 평가
연구 목표 달성을 위한 세부 핵심연구내용
● 제시된 연구목표 달성을 위한 목표 달성 접근법 측면에서 각 핵심성과별 연구 목표에 따라 3파트의 전문 분야로 세분화 하여 연구를 수행하며, 계획된 1차년도 연구내용은 다음과 같음.
※ Part A : SDI 유닛의 설계 및 감쇠능력 평가
※ Part B : 상대 횡변위 대응이 가능한 SHB 및 SDC 유닛 부속품들의 결합방법 및 조립기술개발
※ Part C : SDI 및 SHB 유닛들의 시작품 제작
연구성과 기술적 기대성과 - SDI, SHB 및 SDC 유닛을 이용하여 기존 내진보강으로부터 발생하는 유효가속도 증폭 및 횡저항력의 증가의 한계를 극복한 면·제진 보강 기술의 경쟁력 제고 및 국내 원천기술 확보
- 지진에 대한 구조물의 내력을 기존기술 대비 약 20% 이상 확보
- 국토교통부의 중장기 연구개발 추진전략 중 4대 전략인 ‘사람 중심의 국토교통 기술개발’에서 재난·재해예방 등 안전기술 개발에 직접적 관련이 있는 기술로서 국토부 건설신기술 추진을 위한 인프라 구축의 가능.
- 국내·외 내진설계 기준의 강화 및 비구조요소의 내진 설계의 수요의 증가에 대응하면서 건축물의 지진 안전성 향상 및 사회적 비용을 절감할 수 있는 국가 공공복지 기술.
- 건설 신기술 등 국가 건설기술 브랜드 창출에 기여.
- 한국판 그린뉴딜에서 ‘녹색산업 혁신 생태계 구축’의 전체적인 정책기조에 부합한 자원 재활용의 기술.
사회 경제적 파급효과 ▶ 경제적 측면
- 기존 기술은 면·제진 천장 달대 구조로 대체시 재료비 및 시공성의 절감이 가능하며, 약 30% 이상의 비용을 절감할 수 있음.
- 국산화를 통한 해외시장으로의 수출 기대.
- 기존 국내 내진 천장 시장의 약 5%를 본 제안 기술로 대체시 약 100억원 수준의 시장점유가 가능하며, 비구조요소의 내진 수준의 강화에 따른 천장 구조의 내진보강 적용이 확산됨에 따라 그 규모는 증가할 것으로 기대됨.
▶ 사회적 측면
- 지진으로부터의 재산 및 인명피해(경주지진 110.2억원 및 23명, 포항지진 850.2억 및 135명)를 최소화 시킬 수 있는 국민안전 및 재산보호 확보가 가능한 재난안전기술.
- 에너지 흡수 및 횡변위 대응능력 향상에 따른 건축물의 내력향상은 기존기술 대비 약 20% 이상 증가시킬 수 있을 것으로 기대됨.
- 재해예방형 건설신기술 및 비구조요소의 지진 안전성 향상 기술에 대한 전문 인력 양성효과.
활용방안 1. 기술 적용처
- 제안 기술은 건축물에 SDI, SHB 및 SDC 유닛들을 이용하여 면·제진성능 향상시킬 수 있는 달대 천장 구조이며, 기술의 수요처는 내진 천장 구조분야임.
- 국내 지진발생의 규모가 약 6.0 이상으로 증가함에 따라 내진성능을 확보한 비구조요소 중 특히 천장 구조에 대한 수요가 증가하고 있으며, 대규모의 지진 에너지의 흡수가 가능한 본 제안기술의 적용이 유리할 것으로 판단됨.
- 또한 본 제안기술은 높은 면·제진성능의 확보를 기대할 뿐만 아니라, 공장생산 및 결합방법의 단순화로 인한 시공성 향상도 가능함.
- 최근 5년간 국내에서 대규모의 지진이 발생함에 따라, 비구조요소의 내진에 대한 설계기준은 지속적으로 강화됨에 따라 내진 천장 구조에 대한 수요처는 증가하고 있음.
2. 적용성 확대를 위한 연구확장 방안
- 아이디어의 검증이 성공적으로 완료되면, 추가 연구를 통하여 현장적용 및 사업모델을 구축하여 실용화로 연결될 수 있음.
- 공인인증기관의 인증을 통해 제안기술의 현장 적용 시 품질에 대한 신뢰성을 확보할 수 있음.
- 기존 내진 천장 달대 구조의 문제를 해결하면서 SDI, SHB 및 SDC 유닛들을 기반한 면·제진 천장 달대구조의 제품 개발로 연구가 확장될 수 있음.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 천장 달대구조 면·제진 장치 에너지흡수 지진 안전성 -
영문 Hanging Elements in Ceiling Structures Seismic Isolation and Vibration Control Unit Energy Dissipation Seismic Safety -
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