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 캔틸레버 처짐 보강사례

1. 개 요
    대상건축물은 준공 후 10년이 경과된 문화 및 집회시설로 2층관람대 스탠드위 캔틸 레버 지붕에 방수 보수공사시 증가된 방수 보호층(누름콘크리트)이 과하중으로 작용하여 캔틸레버 슬래브의 처짐과 균열 및 누수현상이 발생되어있다.

2. 조사 및 결함원인ㆍ현상
   가. 조사사항
        1) 지붕방수 보수공사 실태 : 지붕방수 보수공사시 기존의 방수 및 보호층위에 신규 방수 및 보호층을 추가 시공하여 총두께가 26.5㎝로 증가됨.
        2) 주요구조물 부재실측 : 설계도면치수와 대체로 일치함.
        3) 균열현황 : 슬래브 상부의 캔틸레버 구조물의 지점부에 폭 0.3㎜～10.0㎜정도의 휨균열이 발생되어있어 구조적으로 문제가 됨.
        4) 부재의 처짐 : 캔틸레버 슬래브 바닥이 5.12㎝～6.8㎝정도 처졌으며 이는 안전 기준치의 1/150을 초과하고 있음.
        5) 누수현황 : 장기간 누수에 의한 콘크리트 속의 수산화칼슘이 다량으로 누출되어 백화로 발전됨.

                                                                    <표1> 처짐 조사결과

        6) 탄산화 : 표면에서 깊이 2.5㎜정도의 미약한 상태로 철근피복두께가 25㎜인 점을 감안하면 탄산화 피해는 없는 것으로 조사됨.
        7) 철근배근 및 부식 : 설계도서와 대체로 일치하였고, 철근의 녹발생은 없음.
        8) 콘크리트 강도 : 설계기준강도인 210㎏f/㎠의 92.%인 194㎏f/㎠로 측정오차를 감안하면 비교적 양호함.

   나. 결함원인
        ㆍ유지관리 소홀 : 방수보호를 위한 누름콘크리트 과대시공
   다. 발생현상
        1) 보, 슬래브 과다처짐 및 균열
        2) 누수현상
        3) 백화발생

                                    <그림1> 결함손상발생 위치도

                                   <그림2> 결함부 상세도

        라. 구조안전성 검토
              대상구조물 주요 보부재의 구조검토 결과 안전율이 기준치를 초과하고 있어 불안한 것으로 나타나고 있다. 특히 방수 누름콘크리트의 고정하중증가에 따른 캔틸레버 보부재의 부모멘트의 영향이 매우 커서 지점부분의 소요강도가 증가되어 지점부분의 부재강도를 상회하고 있어서 그 영향으로 보부재에 균열과 처짐이 발생되므로 근본적인 보수ㆍ보강대책이 필요하다.

3. 원인추정
    캔틸레버 지붕층 방수 보수공사시 마감재 두께가 당초의 설계조건인 6㎝의 4.4배인 26.5㎝로 증가됨에 따라 1차적으로 고정하중이 증가된 캔틸레버 지붕구조물이 처졌고, 자연히 지붕면의 역 구배가 형성되어 처마 쪽으로 빗물이 고여 작용하중이 더욱 증가되어 처짐량의 증가와 함께 균열이 증가된 것으로 판단되며, 이 구조물의 처짐과 균열은 지붕방수층의 고정하중 증가가 주원인으로 추정된다.

                                          <그림3> 캔틸레버구조물 처짐상태도

4. 보수․보강안

1) 제1안

                               <그림4> 공간골조 구조물 설치개념도

기존의 캔틸레버 슬래브 지붕 구조물을 철거하고 대신에 공간골조 구조물을 설치하고 이를 현수부재(구조용 강관이나 와이어)로 지지기둥에 정착ㆍ지지시키는 방안이다. 이방안은 관람석에 기둥을 설치하지 않아도 되므로 관람객의 시야에 지장이 없을 것이나, 현수구조물의 유지관리라는 새로운 부담이 생길 것으로 예상된다.

2) 제2안

                                         <그림5> 철주기둥 보강
기존의 캔틸레버 슬래브 구조물을 철거하고 대신에 공간골조구조물을 신설하여 강재기둥과 건물내측 기존의 라멘구조에 지지되도록 하는 개념이다. 이때 강재 기둥이 관람석의 중간에 설치되므로 관람객의 시야에 지장을 초래하며, 또한 관람석하부(사무실)에도 지지기둥을 설치하고 기초를 설치해야 하는 어려움이 예상된다.

5. 결 론
   보강공법 채택시 건축물에 부여된 설계조건을 고려하지 않은 보강공법은 건축물의 안전성과 내구성에 악영향을 끼쳐 건물의 내구성능 및 수명을 단축시키는 원인이 되기도한다. 따라서 보강시에 설계조건, 시공상태를 세밀히 검토하여 그 결과를 토대로 적정한 공법을 채택하여야 하며, 대상건축물에서는 제1안과 제2안을 검토하였는바, 제2안의 경우에는 강재기둥을 설치할 경우 관람시설이라는 본래의 기능이 일부 상실될 수 있음을
고려하여 문제발생에 대한 근본적인 치유대책으로서 제1안이 타당하다고 사료된다.

                       <사진1> 고정하중 증가에 의한 캔틸레버 구조물의 처짐

                                     <사진2> 고정하중 증가에 의한 캔틸레버 구조물의 균열