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과제기본정보

노후 조적조 건물의 거주 중 내진보강을 위한 건식 및 바름형 FRM 적정기술 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C152105-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 달리 분류되지 않는 시설물안전 유지관리 기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 시설물 해체 복구기술 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 자연재해 저감기술 과제유형 개발
과제명 노후 조적조 건물의 거주 중 내진보강을 위한 건식 및 바름형 FRM 적정기술 개발
주관연구기관 숭실대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 최경규
소속 숭실대학교 직위 부교수
기관 대표번호 02-820-0644 FAX 02-820-0845
총 연구기간 2019-04-19 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
3차년도 326,000,000 10,870,000 97,800,000 108,670,000 434,670,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 국내 전체 건축물 중 소규모 조적조 건물은 250만여 동이고 그 중 30년 이상 노후화된 조적조 건물은 143만여 동으로 기존 건축물 중 다수를 차지함 이들 소규모 조적조 건물은 대체로 전문가에 의해 설계 또는 구조설계가 되지 않았고, 증·개축이 빈번히 이루어지므로 구조적 안전성이 특히 우려됨. 또한 조적 세로 줄눈의 취약성으로 인하여 실험 결과 실제 조적조의 전단응력성능은 0.1MPa 내외로 횡력에 대한 저항성이 극히 취약함.
조적조 건물의 대부분이 소규모 서민주택인 점을 감안할 때 공사에 따른 이주 비용이 발생하지 않고 거주 상태에서 보강이 가능하며 비용 면에서 경제적인 국민 체감형 기술 개발이 필요함. 대표적인 기존의 조적조 건물 내진보강공법으로는 철근콘크리트 보강공법, 철골 보강공법과 FRP 부착 보강공법, 또는 강판부착 보강공법이 있음. 철근콘크리트 보강공법의 경우 보강성능은 우수하나 철근 설치 등을 동반하고, 습식 시공이 불가피하므로 작업성이 떨어지고 보강 후 건물의 사용까지 1달 이상이 소요되므로 거주자 입장에서 불편이 큼.철골 보강공법은 건축물 외부에 설치가 가능하고 구조성능이 우수하나 건물 전체에 시공하고 기초부를 전면 보강해야 하므로 보강량과 보강비용이 과다한 실정임 FRP 또는 강판부착 보강공법의 경우, 실험실 조건에서와 달리 실제 조적조 건물에서는 벽체의 표면 노후화와 재료 이질성으로 인하여 보강부의 탈락이 우려되고 시공의 난이도가 높아 현장 적용성 및 실효성이 떨어짐. 조적조 보강 시 재료 이질성으로 인한 부착 성능 검증이 필수적임.
최종목표 조적조 건물 거주자의 비용 지불 능력과 기존 내진보강공법의 적용성에 대한 종합적인 분석 결과, 조적조 건물에 적합한 내진보강공법의 타당한 개발 방향은 다음과 같음. 거주 상태에서의 보강이 가능하도록 건식 공법, 반건식 공법 또는 바름형 공법이 개발되어야 함. 조적 벽체와 보강 재료의 이질성을 극복하고 보강 요소 간 연결부 상세의 성능이 검증되어야 함.
공기가 짧고 시공이 간편하여 경제성을 확보할 수 있는 적정 수준의 내진보강공법의 개발이 필요함. 따라서 노후화된 조적조 건물을 간편하게 내진보강하기 위하여, 날개벽형 FRM 프리캐스트 패널 내진보강공법(건식/반건식 거푸집 겸용)과 조적벽체 고강도 FRM 바름 일체성 향상 보강공법을 개발하고 거주 상태에서의 적용성을 실증하는 것이 본 연구의 최종목표임.
연구내용 및 범위 노후화된 조적조 건물을 실용적으로 내진보강하기 위하여 (1) 날개벽형 고강도 FRM(건식/반건식 거푸집 겸용) 내진보강공법 실증 및 특허 추진 (2) 고강도 FRM 바름 일체성 향상 내진보강공법 실증 및 특허 추진 (3) 개발된 보강공법을 적용한 시작품 제작 및 관련 설계·시공 매뉴얼(안) 작성을 통해 거주 상태에서의 적용성을 실증하는 데 있음.
프리캐스트 패널은 공장제작 공법으로써 현장에서 간편하게 시공할 수 있으며 건식/반건식 공법으로 활용도가 높음. 따라서 거주 상태에서 작업이 가능하며 경제적인 기술이므로 조적조 보강에 실용적이고 적합한 공법이라고 할 수 있음.
이러한 프리캐스트 패널의 개발 시 자중 경량화, 높은 인장 및 전단강도와 연성능력의 확보가 관건임. 따라서 FRM(Fiber Reinforced Mortar) 또는 FRC(Fiber Reinforced Concrete)가 적정 기술 개발에 사용할 수 있는 보강재료임
다만, 노후화된 조적조 벽체와 보강요소 간 연결부 상세 개발과 패널의 경량화에 대한 연구, 그리고 실용성과 시공 간편성을 검증하는 것이 선결 사항임. 이를 통하여 부착 성능을 실증함.
조적조는 수직 줄눈이 밀실하게 채워진 경우와 그렇지 않은 경우의 전단강도에 약 2.5배의 큰 차이가 있으며, 대부분 줄눈의 사춤상태가 불량하여, 개선 또는 조적개체간 일체성 강화 시 상당한 전단강도 증진 효과가 예상되며 추가적으로 조적벽체의 단면적 증대효과를 얻을 수 있음.
모르타르에 섬유 혼입 시 우수한 인장강도를 가지는 피복과 조적개체 사이의 부착강도에 의해 조적벽 일체성 개선 정도가 크게 향상될 것으로 예상됨.
거주 중 건물 외부에서 용이하게 시공 가능하여 적정기술로서 적합함.
외부 치장조적벽 표면에 적용 시 내부 구조벽체 또는 슬래브와의 연결을 위한 접합상세 개발 및 내진성능 실험 검증 필요.
연구목표 1: 조적벽 내진보강 연결부 상세 개발 및 성능 실증: 프리캐스트 패널 정착 부, 패널-패널 간 연결부 소재 성능 실험 (구조체의 목표 보강성능 달성, 적합한 실험 방법 제시).
연구목표 2: 고강도 FRM 조성 및 두께에 따른 프리즘 압축, 인장, 전단강도 정량화 등 조적 벽체 소재 실험: 고강도 FRM 바름 보강 조적조 압축강도 20% 향상, 전단강도 50 % 향상(ASTM C 1314, ASTM E 519 등 실험 규격 사용).
연구목표 3: 날개벽형 고강도 FRM 내진보강공법개발 및 구조성능 실증 : 프리캐스트 건식 패널/반건식 거푸집 겸용 패널 개발 (표준 조적조 건물의 붕괴방지 성능 확보를 위한 적정 보강 목표 도출 및 검증, 보강 후 구조성능 약 100% 개선).
연구목표 4: 조적벽체 고강도 FRM 바름 일체성 향상 보강공법 개발 및 구조성능 실증 (강재 활용 등 기존 공법과의 비교를 통하여 붕괴방지 성능 확보를 위한 적정공법 개발 보강목표 도출, 외부 치장벽돌에 적용한 목표성능 검증)
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 -최종목표
주관연구기관 (숭실대학교): FRM 프리캐스트 패널 연결부 소재 성능 실증
공동연구기관 1(인천대학교): 고강도 FRM 바름 적용 조적조의 소재 성능 실증
공동연구기관 2((주)세진 기술): 기존 내진보강공법 사례 조사를 통한 개발 공법의 적정성 검토
공동연구기관 3((주)한울구조안전기술사사무소): 기존 조적조 구조 상세 및 특성 조사를 통한 제안 공법 적정성 검토
-숭실대학교
FRM 프리캐스트 패널 배합에 대한 기존 연구자료 수집 및 분석
국내외 학계 연구 자료와 기업의 제품자료를 조사
기존 FRM 배합의 프리캐스트 패널 적용성 분석
분석결과 기반 적정 재료 선정 및 FRM 배합 개발
형상비, 길이, 강도 등 고려하여 적정 강섬유 검토 및 선정
FRM 배합의 목표배합강도, 슬럼프, 공기량 선정 및 이를 확보하기 위한 시멘트 물성, 잔골재 입도 결정
FRM 프리캐스트 패널 연결부 소재 성능 실증 실험방법 제안
연결부 소재 성능을 실증하기 위한 실험법이 부재하므로 기존 ASTM, KS 규격의 관련 실험방법 분석
분석 결과를 바탕으로 프리캐스트 패널 조적벽 정착부 성능 실증 적합 실험방법 제안
ASTM D 5961을 준용하여 패널과 패널 간 스크류 관통 연결부 성능 실증 적합 실험방법 제안
프리캐스트 패널 정착부, 패널과 패널 간 연결부 성능 실증 소재실험 수행
스크류, 앵커 인발 시험 등 자체 성능 실증 및 벽체 관통 시 모체 손상 여부 검토
ASTM D 961을 준용한 실험법 등 적합 실험 수행을 통한 프리캐스트 패널 앵커 정착부와 패널과 패널 간 스크류 연결부 안전성 확보 (예: 보강 후 벽체 전단응력성능 0.2 MPa 만족을 위한 연결부 파단 방지 수준)

-인천대학교
섬유혼입 및 바름 시공에 적합한 모르타르 배합비 도출 및 검증 실험
바름 시공에 적합한 FRM 배합비 관련 기존 연구 조사
섬유 분산을 위해 요구되는 고유동성 및 바름 시공을 위한 유동성 조절을 위한 혼화제 배합비 도출(에폭시 모르타르 적용성 검토)
재료의 조성 및 섬유의 종류 및 혼입량의 영향 실증
테이블 플로우 시험을 통한 시공성 검증
조적벽체 내진보강 성능분석을 위한 모르타르 기초 소재시험(압축 및 인장강도 시험)
일체성 향상 공법적용 조적조 프리즘 시편의 강도증진 효과 검증 실험
표면에 모르타르 조성별로 조적조에 바름 시공한 프리즘 시편 제작
일체성향상 공법이 적용된 프리즘 시편의 압축 및 전단 강도증진 효과를 각각 ASTM C 1314 및 ASTM E519를 준용하여 실험 검증
적용조건에 따른 보강효과 변수연구
보강공법의 최적화를 위해 다양한 변수를 고려하여 프리즘 시편 제작 및 실험
보강효과 검증에서 고려할 변수 : 조적개체 종류, 모르타르 배합비, 모르타르 두께, 섬유의 종류 및 혼입량 등

-(주)세진 기술
FRP 부착 보강 공법 등 기존 내진보강공법 사례 조사
경제성, 시공성의 지표를 바탕으로 개발 보강공법의 적정성 검토
기존 내진보강공법 자료 조사 결과를 바탕으로 경제성, 시공성 등 목표 지표 선정
개발될 날개벽형 고강도 FRM 내진보강공법의 적정 성능목표 검토
유사 선행 연구의 전단보강절차 및 시공 절차 분석

-(주)한울구조안전기술사사무소
국내 기존 조적조 건물의 구조적 특성 조사 분석
공간 쌓기 형식 조적벽체의 재료 및 구조적 특성 조사 분석
치장조적벽과 상하부 슬래브와의 연결 상세 조사 분석
고강도 FRM 바름 일체성향상 공법에 활용 가능한 조적조 보수보강 시공기술 조사분석
기존 조적조 구조상세에 기초한 개발 보강공법의 적정성 검토
구조상세조사를 토대로 보강공법(안)의 구조성능 및 시공성 검토 및 개선 방향 제시
연구성과 기술적 기대성과 국민 복지 및 안전: 개발 기술은 공법이 간단하며 경제성이 있는 보강방법으로 소규모 민간 건물에 대해 적용성이 우수함. 따라서 저층 조적조 주택에 보강이 필요한 경우 적절한 공법으로 국민 안전 측면에서 반드시 개발이 필요함
노후화된 조적조 건물을 간편하게 내진보강하기 위하여, 날개벽형 FRM 프리캐스트 패널 내진보강공법(건식/반건식 거푸집 겸용)과 조적벽체 고강도 FRM 바름 일체성 향상 보강공법을 개발하고 거주 상태에서의 적용성을 실증
사회 경제적 파급효과 시장성: 비내진설계된 우리나라 건물군 중 많은 비율을 차지하는 조적조 건물(주거 건물, 소방서 및 파출소 등)에 대한 내진보강이 필요한 실정임. 또한 모르타르 바름형 공법은 학교 건물 등 조적채움벽의 내진보강에도 적용 가능함, 개발 공법은 건축물의 구조보강 시 개발기술의 활용도가 매우 높을 것이며 국민주거 안전보장이라는 사회이슈해결에 부합함
경제적 기대성과: 경주지진과 포항지진의 건물 피해사례로 인해 민간인들이 내진에 대한 요구가 증가하고 있기 때문에 구조보강 시장의 활성화가 될 것으로 기대됨. 개발기술은 다른 공법에 비해 시공성과 경제성이 우수해 경쟁력이 있을 것으로 예상됨
활용방안 수요처: 내진성능이 취약한 기존의 노후화된 조적조 건물의 보수·보강에 활용이 가능
실용화/제품화 방안: 개발 공법을 이용하여 제품을 생산하고 시공할 수 있는 절차를 구축하고 제품화 및 사업화를 위한 기반을 마련함. 개발된 공법을 실제 건축물의 보강 시 활용할 수 있도록 설계 방법을 제공하여 현장 적용성을 높임
현장 적용 방안: 개발상세 및 시공절차는 특허출원 및 기술 이전함. 기존 구조물에 개발 공법(시작품)을 정착할 수 있는 상세를 개발 및 제공함으로써 실용성을 높임
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 조적조 내진보강 프리캐스트 패널 모르타르 바름 적정 보강기술 시작품
영문 Masonry seismic retrofit Precast concrete panel Mortar plastering Appropriate retrofit technology Pilot product
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