공동주택의 수직증축 리모델링에 있어 보강된 벽체의 축력 변화에 따른 횡하중저항성능에 관한 연구

Abstract

20세기 후반부터 시작된 과도한 도시화·산업화로 1980년대부터 시작된 건설주택시장의 과잉공급으로, 현재 국내 노후 공동주택 수가 빠른 속도로 증가를 하고 있는 실정이다. 국토해양부 조사에 따르면, 2012년 기준, 15년 이상 된 노후 공동주택수가 전국 400만호를 돌파하였다고 발표하였다. 이에 정부는 2013년 4월 1일 부동산 대책에 일환으로 공동주택의 수직증축을 허용하였고, 개정된 법안으로 수직증축 허용 범위를 15층 이상 최대 3개층, 14층 이하 최대 2개층으로 규정을 하였다. 이러한 주택법 개정안을 통해, 최근 수직증축 리모델링 활성화가 되면서, 수직증축시 여러 보강기술이 사용되고 있지만, 수직증축으로 하중이 증가할 시 현재 사용되고 있는 보강기술을 그대로 적용 할 수 있는지에 대해서는 의구심을 갖게 하고 있다. 이에 본 연구에서는 수직증축으로 증가되는 압축력에 관해 현재 사용되고 있는 보강기술 적용이 가능한지에 대해 검토해 보고, 안전성을 평가하기 위해 철근콘크리트 전단벽 보강시 압축력 상승에 의한 내진성능의 영향을 평가하고자, 연구에 목적을 두었다. 실제 철근콘크리트 전단벽체는 지진 발생시 중력하중과 횡하중에 의해 유발되는 압축력에 의한 압축파괴가 발생하므로, 철근콘크리트 전단벽체는 지진에 안정성을 확보하기 위해 별도의 보강이 필요하게 된다. 특히 벽체의 압축 파괴는 중력하중에 대한 지지능력의 상실로 구조물 전체에 심각한 영향을 주게 되므로, 보강 방안에 대한 고찰이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는, 수직증축을 위한 주택법 법안 개정에 따른 건축물의 안전성을 보장하기 위해 벽체에 작용하는 압축력의 증가에 따른 보강기술 적용시 횡하중 하에서의 안전성을 검토하기로 하였다. 다양한 압축력과 보강방법을 고려하기 위해 유한요소해석을 수행하였으며, 유한요소해석모델의 적합성을 확보하기 위해, 기존 철근콘크리트 전단벽의 보강에 대한 연구 결과를 해석 결과와 비교하여 적합성을 확보하였다. 유한요소해석 모델을 사용하여 압축력의 수준과 보강방법의 종류 및 벽체의 상태를 변수로 변수해석을 하였으며, 이를 통해 작용하는 압축력의 크기와 벽체 거동의 관계를 검토하였다. 결론은 다음과 같다.

(1) 수직증축시 증가하는 최하층에 작용하는 압축력의 크기는 기존 부재에 작용하는 하중의 크기에 비해 1.2~1.4배로 나타났다.

(2) 압축력 증가에 대한 모재의 압괴 방지 현상을 유한요소해석 모델로 구성하였으며, 해당 모델을 사용한 해석 결과를 기존 실험체와 비교 결과, 최대 강도 및 해당 시점에서의 연성은 적절하게 파악할 수 있는 것으로 나타났다.

(3) 인장지배단면으로 모재가 설계된 경우 보강된 벽체에 작용하는 압축력의 증가는 보강된 벽체의 횡력 저항 성능을 향상시키는 효과가 나타났지만, 기존 벽체에 작용하는 압축력의 1.6배에 달하는 하중 이상이 압축력으로 작용할 경우 지지능력 증가분이 감소하였다.

(4) 기존 부재에 작용하는 압축력의 1.6배 이상의 압축력이 작용할 경우, 하중지지능력의 감소 현상이 나타났다.