초고층 주거 건물의 수직부재 축소에 따른 마감재의 변위에 관한 연구

Abstract

건물이 고층화됨에 따라 수직부재에 작용하는 과도한 하중은 수직부재를 과도하게 축소하게 하고, 각 수직부재에 작용하는 연직하중의 차이에 따른 수평부재의 기울어짐은 사용성 문제를 발생시키거나 동시에 슬래브 타설 후에 발생하는 부등축소량은 구조체에 부가응력을 유발 하게 된다. 그에 따라 초고층 구조물의 수직부재 축소에 따른 구조안전성 및 사용자의 사용성에 대한 관심이 증대되고 있으며 특히 주거용 초고층 건물의 경우 다양한 마감재가 적용되고 있어 수직부재 축소에 따른 마감의 응력발생으로 인한 파손 및 사용성의 문제가 예상되는바 이에 관한 연구가 절실히 요구 되고 있다.

이러한 수직부재 부등축소현상에 의한 마감재의 변위에 관해 연구하기 위해 동탄 메타폴리스 주상복합 건물을 본 논문 연구모델로 지정, (주)마이다스아이티에서 실시한 재료시험, 스트레인 게이지(Strain gauge)를 이용한 계측자료를 바탕으로 예측한 수직부재 축소량 자료를 기반으로 골조 보정치를 제시하였고 수직부재 축소량으로 영향을 받는 커튼월, 경량칸막이, 전기 부스덕트, 엘리베이터 레일, 타일 등의 마감재의 변위 흡수 능력을 검토하여 안정성과 사용성 확보를 검토하고자 한다.

수직부재 간 Line Group을 형성하여 수직 부재 간 부등축소량을 나타낸 결과, 모든 Line이 허용변형 각 L/240을 만족하였으나, Line2는 커튼월이 한방향 수직변위를 흡수할 수 있도록 설계된Fastener Slot 사이즈 20mm를 초과하는 것으로 나타나 추가 보정이 필요한 것으로 나타나 C2 기동에 대해 3mm 골조 보정을 실시하였다.

커튼월에 대한 검토 결과 보정 후 부등 축소 및 층간축소 최대 발생변위는 19.96mm이며 C2~C3 기둥 간에 발생하였고 커튼월의 변위 흡수 능력이 20mm이므로 사용성에 문제가 없는 것으로 판단하였고, 경량칸막이, 부스덕트 및 엘리베이터 레일 또한 보정 후 수직부재 축소량으로 인한 문제는 없는 것으로 판단된다.

벽체 타일의 변위 검토에서는 경량칸막이의 수직부재 축소에 따른 변위를 흡수하는 것으로 나타났음에도 불구하고 일부 타일의 손상이 발생되는 것으로 나타났다. 이는 벽체 타일로 사용되는 도기질 타일의 경우 작은 충격에도 쉽게 파손이 발생되어, 경량칸막이를 구성하고 있는 보드에 소정의 변위에도 타일이 대응하지 못하기 때문으로 판단된다.

다양한 마감재가 적용 된 초고층 주거건물에서는 본 연구에서의 타일의 손상과 같이 수직부재 축소에 따른 예상치 못한 2차 마감재의 손상이 우려 되는바, 이를 예방하기 위해서는 수직부재 축소량 사전 예측 및 보정을 통한 방법뿐만 아니라, 수직부재 축소에 따른 마감재의 응력을 고려한 자재 선정, 설계 모듈 분할, 시공 방법 개선이 필요하다.

본 연구결과를 통해 향후 초고층 건설현장에서 발생할 수 있는 수직부재 축소로 인한 마감재의 손상을 미연에 방지할 것으로 기대되며 시간의존성이 높은 크리프 현상으로 인한 수직부재 축소의 정확한 발생량을 확인하기 위해 지속적인 계측이 필요하다.