고층 공동주택 층별 강도구획구분에 따른 고강도 콘크리트 적용에 관한 연구

Abstract

현대사회의 고도화된 산업화 및 도시 집중화는 인구의 과밀화를 가져오게 하였다. 이러한 인구의 과밀화는 기반시설의 집약화를 불러일으켜 구조물의 고층화나 대형화에 대한 요구를 증가시켰다. 우리나라의 공동주택은 1992년 분당의 30층 공동주택의 입주를 시작으로 초고층 시대에 진입하였다. 초고층 구조물의 건립은 구조물의 건립에 필요한 재료와 그 기술 개발의 요구를 증가시켰는데 그 중에서도 구조재료로 가장 많이 활용하는 콘크리트의 관점에서 보더라도 지속적인 기술개발을 통해 고강도 콘크리트를 구조물에 적용하여 왔음을 알 수 있다. 고층 공동주택의 지속적인 발전은 구조물 건립과 관련하여 재료와 기술 개발을 가져와 고강도 콘크리트의 사용이 빈번해지고 있다. 고층 공동주택의 경우에 콘크리트의 고강도화는 구조물의 설계 시 많은 장점이 있어 고강도 콘크리트의 요구수준이 점차 올라가는 추세이다. 그리고 고층 공동주택의 경우 콘크리트 강도 구획구분은 최적설계를 위한 필수적 요소이다. 따라서 본 연구는 기존 30층 규모의 공동주택 수직부재 콘크리트 강도구획구분을 새로운 8개 Type의 콘크리트 강도구획 구분으로 설정하여 구조해석을 수행하고 건설물량의 변화량을 비교 공사기간에 미치는 영향, 강도증가에 따른 횡변위 차이 및 환경적 영향을 분석했다. 본 연구를 통한 결과는 다음과 같다.

1) 전층 동일강도로 조닝한 경우와 수직별로 강도조닝을 달리하여 철근물량을 비교한 결과 (기존의 콘크리트강도 27, 24, 21MPa를 50MPa로 전층에 걸쳐 콘크리트를 적용한 결과와 50,30, 24MPa로 구획을 달리하여 콘크리트를 고강도화 시켜 구획구분을 해본 결과) 철근물량 감소효과가 적어 콘크리트를 고강도함에 따른 비용증가와 비교할 때 철근물량 절감으로 인한 경제적 효용성은 없었다.

2) 전층 동일강도로 조닝한 경우 풍하중에 의한 횡변위를 비교한 결과 콘크리트 압축도가 커질수록 변위제어능력이 큰 차이를 보인다. 50MPa로 전층에 걸쳐 콘크리트를 적용한 결과 최대 횡변위는 기준모델의 86%까지감소하게 되며 전반적으로 강도증가에 따라 최대 횡변위는 감소하게 된다. 이는 고강도화에 따른 콘크리트 탄성계수의 증가 때문인 것으로 분석되며, 철근물량 감소율과 비교하여 제어효과가 매우 크다.

3) 수직별 2~3개로 조닝한 경우 전층 동일강도로 조닝한 결과와 유사한 횡 변위제어 효과를 가지며 하부층에서 고강도 콘크리트를 사용하는 것이 횡변위제어효과가 큰 것으로 나타났다.

4) 콘크리트 고강도에 따른 철근물량의 감소량을 비교한 결과 철근물량 감소는 있으나 그 비율이 크지 않아 철근 재료절감에 의한 CO2 저감효과는 크지 않았으며 콘크리트 고강도에 따라 전체적인 CO2 발생량은 오히려 증가 하였다.

5) 콘크리트 탄산화속도에 따른 내구성 증진효과 압축강도가 증가할수록 재료내부의 공극이 반비례하여 현저히 감소하며 기공율이 증가할수록 탄산화속도 계수가 빠르게 증가하여 콘크리트의 압 축강도와 탄산화 진행간에 뚜렷한 인과관계가 있음을 확인할 수 있었다. 30층 규모의 콘크리트전단벽 시스템으로 횡변위 저항 시스템을 이루고 있는 고층아파트의 콘크리트 강도구획 구분에 있어 콘크리트를 고강도화 하는 것은 철근 및 콘크리트 물량 저감에는 효과가 없다. 그러나 횡변위제어 및 콘크리트의 탄산화 속도에는 뚜렷한 인과관계가 있음을 확인할 수 있었다. CO2저감 측면에서는 건설물량 절감의 효과가 현저하지 않아 오히려 고강도 콘크리트를 사용하지 않는편이 유리하였다. 따라서 30층 규모의 콘크리트벽식구조의 아파트에서는 고강도 콘크리트를 사용 하는 것 보다 고성능콘크리트의 사용이 내구성, 사용성, 경제성 측면에서 바람직하며 이에 대한 연구개발이 필요하다.

키워드: 콘크리트 강도 구획구분, 고층 공동주택, 고강도 콘크리트, 횡변위 제어 능력