내진보강공법의 종류 : 철골가새골조 보강, 전단벽 보강, 부축벽 보강 등 내진보강공법의 종류와 선정방법

안녕하세요 오늘은 내진보강공법의 종류에 대해서 알아보고 적절한 내진보강공법을 선정하는 방법에 대해서 설명해 드리도록 하겠습니다!

 

내진보강공법을 선정하는 방법은 기본적으로 내진성능평가 결과를 근거로 합니다. 그 결과를 바탕으로 가능한 보강공법을 계획하고 경제성과 공사 기간을 고려하여 적절한 보강공법을 선정합니다. 그런데 중요한 점은 내진보강을 하기 전에 우선적으로 해야 할 것이 있습니다. 그것은 중력하중에 대한 보강을 선행해야 하는 것입니다.

 

[중력하중에 대한 보강]

중력하중에 대한 보강은 어떠한 상황에서 이루어질까요? 중력하중은 말 그대로 중력에 의해 아래로 떨어지는 힘입니다. 건축구조에서 중력하중은 건축물을 이용하는 사람, 그리고 콘크리트의 자중, 각종 가구와 설비 장비들의 무게에 의한 하중입니다. 그런데 이미 설계가 되어있는 구조물에 대해서 중력보강이 왜 필요할까요? 그 이유는 다음과 같습니다.

 

1. 원래 계획했던 실용도가 변경되어 하중이 변경된 경우

예를 들면 원래는 사무실로 사용할 계획이어서 사무실에 맞는 하중으로 설계를 진행하고 공사를 수행했습니다. 하지만 시간이 지나면서 실의 용도가 사무실에 중량물 창고로 변경해서 사용되고 있으면 당연히 하중이 증가하고 구조보강이 필요한 경우가 생깁니다.

 

2. 설계기준 강도보다 실제 강도가 낮은 경우

내진성능평가를 할 때 코어테스트를 통해 콘크리트의 실제 강도를 확인합니다. 그런데 이때 설계도면의 명시되어 있는 설계기준 강도보다 낮은 경우들이 있습니다. (생각보다 많습니다...) 이유는 다양할 것입니다. 시공과정이나 재료배합과정에서 각종 오류가 있었을 것입니다. 이렇게 콘크리트의 강도가 낮으면 설계된 하중에서 구조적인 결함이 발생할 수 있습니다. 이럴 때 중력하중에 대한 보강이 필요합니다.

 

3. 철근 누락

현장조사에서 철근 탐사기를 통해서 철근의 배근 상태를 확인합니다. 이때 배근 상태가 계획된 도면과 서로 상이한 경우가 있습니다. 배근이 다르게 된 상태를 반영한 구조해석모델을 만들어 검토했을 때 구조물에 문제가 있으면 중력하중에 대한 보강을 수행합니다.

 

4. 현장조사 결과 육안으로 발생하는 구조결함이 있을 경우

현장조사 결과 구조적인 균열이 많이 발생해 있고 처짐이 기준보다 상당히 많이 발생했으면 구조보강이 필요합니다. 그러므로 현장조사는 중요하고 필수적인 과정입니다.

 

이외에도 다양한 이유에 의해서 중력하중에 대한 보강이 필요합니다. 그리고 내진보강을 수행하기 전에 중력하중에 대해서 검토하는 과정이 필요합니다.

 

[내진보강공법의 종류]

내진보강공법은 다음과 같은 방법으로 분류됩니다.

 

1. 강도와 강성을 증대시키는 보강공법

일반적인 건축재료를 사용하여 보강하는 방법으로 강도가 부족한 경우 강도가 부족한 부재를 보강하는 부재보강공법, 전체적인 구조시스템의 강도를 증가시키는 구조시스템보강공법이 있습니다. 이 방법이 가장 많이 사용되는 보강공법입니다.

 

2. 연성을 향상시키는 보강공법

연성을 향상시키는 보강공법은 변형능력을 향상시켜서 소산되는 에너지의 양을 늘리고 요구하중의 크기를 감소시키는 보강공법입니다. 연성을 증가시키는 방법은 섬유보강공법이나 철판보강공법으로 구조부재를 연성시키는 방법이 있으나 비내진구조의 보강공법으로는 적절하지 않습니다. 또한, 감쇠장치를 통해 구조물의 연성능력을 향상시키는 방법도 있습니다. 하지만 우리가 흔히 부르는 댐퍼라는 감쇠장치는 특허공법이기 때문에 보강공사 비용이 증가합니다.

 

3. 하중을 저감시키는 보강방법

하중을 저감하는 방법은 지진하중의 직접적인 원인과 경로를 차단하거나 저감하는 방법입니다. 구조물의 질량을 저감하여 관성에 의한 지진하중을 저감시킬 수 있고 보통은 감쇠장치, 면진장치를 설치하여 지진하중을 저감하는 방법이 있습니다. 하지만 감쇠장치는 변형이 발생해야 작동되는 장치이기 때문에 변형능력이 크지 않은 구조물에서는 감쇠장치를 설치하는 것은 적절한 보강법은 아닙니다.

 

이제 세부적인 보강공법 종류에 대해서 설명해 드릴 텐데 보강공법이 너무 많아서 대표적으로 많이 사용되는 보강공법에 대해서 설명해 드리도록 하겠습니다.

 

 

먼저 시스템 보강공법입니다.

 

-철근콘크리트 채움벽

철근콘크리트 채움벽은 모멘트골조 내에 철근 콘크리트벽체를 신설하고, 벽체의 수직과 수평철근을 보와 기둥에 정착시키는 공법입니다. 해당 공법은 구조물의 전체적인 강성을 올려서 지진하중에 저항할 수 있도록 하는 일반공법입니다.

여기서 중요한 것은 신설되는 채움벽이 기존보를 관통하지 않을 경우 채움벽은 전단력만을 전달하도록 구조설계를 해야합니다. 그리고 단부 기둥에 별도의 보강이 없는 경우에는 벽체의 휨모멘트는 단부 기둥이 지지하는 것으로 검토되어야 합니다. 이러한 이유로 실제 해석에서는 신설되는 채움벽의 휨강성과 축강성을 감소시켜 해석모델을 수립합니다. 그리고 채움벽이 기존 보를 관통시켜서 시공하는 현실적으로 굉장히 어려우므로 콘크리트 전단벽이 아닌 콘크리트 채움벽 공법을 사용합니다.

 

-철근콘크리트 전단벽

철근콘크리트 전단벽은 철근콘크리트 채움벽과 비슷하다고 생각할 수 있습니다. 실제로 기둥과 기둥사이에 새로운 벽을 신설하는 것이나, 여기서 다른 점은 벽체의 수직 철근이 필요한 위치에서부터 기초까지 연속되는 것입니다. 그리고 전단벽은 축력, 휨모멘트, 전단력에 저항하도록 설계하기 때문에 철근콘크리트 채움벽보다 더 강력한? 보강공법이라고 생각됩니다.

 

-기둥 날개벽

기둥 날개벽 보강은 모멘트골조의 기둥 좌우에 일정 크기의 철근콘크리트 날개벽을 설치하는 공법입니다. 해당 공법은 개구부가 있으므로 건축적으로 창호를 만들 수 있어서 환경적으로는 좋은 공법이지만 보강 효과가 떨어질 수 있습니다. 또한, 신설되는 날개벽의 수직 철근이 보를 관통하지 않을 경우는 채움벽과 같이 휨에 대해서는 저항할 수 없으며 면내 전단에 대해서는 유효한 것으로 설계해야 합니다.

-부축벽

부축벽은 콘크리트 골조 외부에 부착되어 횡력에 저항하는 보강공법입니다. 내부에다가 설치할 여건이 안될 때 외부에다가 설치하는데 만약에 외부에 보강할 수 있는 공간이 없으면 보강을 수행할 수 없으므로 현장을 확인하여 설치 가능 여부를 확인해야 합니다. 또한, 외부에 설치되는 부축벽 하부에는 새로운 기초가 신설되어야 하므로 기초보강이 필수적이라고 할 수 있습니다.

 

-프리캐스트 콘크리트 벽

프리캐스트 콘크리트 벽 보강공법은 고조의 내외부에 프리캐스트 콘크리트 벽체를 추가하는 공법입니다. 전단벽을 현장에서 타설하는 대신 공장에서 제작해오기 때문에 시공이 빠르고 품질이 훨씬 좋습니다. 하지만 단점으로는 보강공사 비용이 많이 들고 시공을 하는 것이 비교적 난이도가 있습니다.

 

 

-철골 가새골조

철골 가새골조는 모멘트골조 외부에 철골 가새골조를 설치하여 강성과 강도를 높이는 효과적인 방식입니다. 외부에 설치하기 때문에 창호를 그대로 유지할 수 있어서 많이 선호하는 방식입니다. 저 또한 실무를 하면서 외부에 부착하는 철골 가새골조를 가장 많이 적용했습니다.

 

-철골 끼움가새

철골 끼움가새는 기존의 철근콘크리트 골조 내부에 철골가새를 설치하는 공법으로 철골 가새골조와 방식은 비슷하지만 골조 내부에 설치한다는 점이 서로 다른 차이점입니다. 그렇기 때문에 실내공사가 필수적이고 창호계획에도 영향을 줄 수밖에 없습니다. 하지만 철골 가새골조와 마찬가지로 일반공법중에서는 내진보강공법중 가장 효율적인 보강공법이라고 생각됩니다.

 

 

이제는 부재 보강공법에 대해서 설명해 드리도록 하겠습니다.

 

-기둥 보강

기둥 보강방법으로는 기둥 단면확대, 기둥 철판 및 탄소섬유보강 등을 주로 사용합니다. 해당 공법들은 하중이 집중되거나 취약한 부재들을 선별적으로 보강하여 기둥의 강도와 연성을 향상 시킬 수 있으므로 경제적인 방법이라고 생각됩니다.

 

-보의 보강

보를 보강하는 방법은 기둥과 마찬가지로 강판 보강 및 탄소섬유보강이 있습니다. 해당 보강공법은 보의 휨강도와 전단강도를 향상시키는 방법으로 내진보강뿐만 아니라 중력하중에 대한 보강으로도 많이 사용됩니다.

 

-벽체보강

벽체 보강은 단면의 증설과 탄소섬유 및 철판보강을 통해 항복 이후의 연성 거동을 확보시키고 강도를 향상시키는 방법입니다.

 

-강구조의 단면 보강

강구조의 경우에는 부재의 보강판이나 T형강 등을 용접을 통해 부착시켜 단면형상을 변화시키고 단면성능을 향상시키는 방법입니다. 이렇게 하면 단면의 휨 강성을 향상시켜서 연성거동을 유도할 수 있습니다.

 

 

오늘은 내진보강공법의 종류에 대해서 알아보고 목적에 따라 어떤 보강법이 좋은지 알아보았습니다. 위의 보강법 말고도 내진보강방법은 굉장히 많이 있습니다. 모두들 개인적으로 공부하셔서 적절한 내진보강이 이루어졌으면 좋겠습니다. 

글을 읽어주셔서 감사합니다😊