모듈단위 포스트텐션 접합부를 갖는 모듈러 건축물의 내진성능 평가

Abstract

모듈러 건축의 시공단계에서는 현장으로 운송된 모듈러 유닛을 설치하고 모듈러 유닛 간 접합을 수행한다. 모듈러 공법에 보편화 또는 표준화된 접합 시스템은 미비한 상태이며, 프리팹 공법, 철골 구조 공법 등과 같이 기존의 접합에 적용되는 볼트 접합을 수행하기 위해서는 접합공간 확보를 위해 접합부위의 마감을 일부 완료할 수 없다는 단점이 있다. 국내의 건설관련 정책으로 인해 최근 크게 주목 받고 있는 “재사용“ 이점은 접합부와 마감 간 간섭으로 인해 활용도가 제한될 수 있다. 본 연구에서는 접합부의 시공성과 구조성능, 마감과의 간섭 등을 고려한 새로운 모듈러 접합 시스템을 제안하였으며, 이는 필요에 따라 포스트텐션을 적용할 수 있고 마감과의 간섭이 없는 모듈러 유닛 간 접합 시스템이다. 본 연구에서는 새롭게 제안한 포스트텐션 접합 시스템에 대해 포스트텐션 크기와 횡력, 접합부 거동의 관계를 이론적으로 규명하고 제안한 접합 시스템의 접합부 거동 및 내진성능을 평가하였다. 제안한 접합 시스템은 포스트텐션의 크기에 따라 모듈 간 접합부의 거동이 달라질 수 있으므로 횡력과 포스트텐션, 갭오프닝 사이의 관계를 이론적으로 규명하였다. 모든 층 동시 긴장과 모듈 단위 긴장의 거동 차이를 분석하였으며, 갭오프닝의 발생 시점을 조절할 수 있는 포스트텐션 도입량 산정식을 제안하였다. 기존 시스템과 달리 제안한 접합 시스템은 상부 모듈 적층에 따라 하부 모듈의 포스트텐션이 감소할 수 있으며, 이를 고려하여 목표 횡하중에서의 포스트텐션 최소 요구량을 계산할 수 있도록 하였다. 또한, 포스트텐션 접합을 적용한 모듈러의 보-기둥 접합부의 거동을 이론적으로 규명하고, 접합부 특성에 따라 횡강성 예측식을 제안하였다. 모듈단위 포스트텐션 접합 시스템을 포함한 보-기둥 접합부의 내진성능을 평가하기 위해 횡력저항 성능 실험을 수행하였으며, 포스트텐션 크기를 변수로 2개의 실험체에 대해 반복가력 실험을 수행하였다. 실험결과 두 실험체 모두 층간변위비 2%에서 소성모멘트의 80% 대비 약 1.5배 이상의 성능을 유지하였으며, 보의 좌굴로 하중이 급감하여 실험을 종료하였다. 보 내부에 소성힌지를 유도하기 위해 보 플랜지를 덧판으로 보강하였으며, 보와 기둥 용접부의 취성파괴를 방지하는 효과를 확인하였다. 실험체는 천장보와 바닥보에 소성힌지가 발생하여 안정적인 거동을 보였고, 보의 소성변형이 전체 소성회전능력의 80% 이상을 차지하였다. 본 연구에서는 포스트텐션 접합 시스템에 대한 실무에서의 활용을 목적으로 접합 시스템별 구조설계 예제를 제안하였다. 본 연구에서 제안한 포스트텐션 산정식을 통해 기둥에 요구 포스트텐션을 적용할 경우 강접합과 유사한 거동을 확보할 수 있으며, 해석모델에서 모듈 간 접합부는 강접합으로 가정할 수 있다. 요구 포스트텐션량보다 적은 포스트텐션을 도입할 경우, 강봉(긴장재)의 신장을 고려할 수 있는 해석모델을 적용할 필요가 있다. 또한, 포스트텐션 접합부를 갖는 모듈러 건축물의 경우, 1차 설계단계에서 적용하고자하는 포스트텐션의 크기를 고려하여 기둥 규격을 여유있게 가정해야 한다.