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과재하중에 의해 손상된 RC보 보수보강사례

1. 개요

    대상건축물은 준공 후 13년이 경과된 철골철근콘크리트조로서 지하 2층 지상4 층규모의 체육시설물이다

    이 건물의 지하 1층 바닥의 RC보가 상부에 위치한 수영장바닥 균열 부위에서의 누수에 대한 하자보수를 하면서 증설한 마감재의 하중증가로 균열과 처짐이 발생하였고 균열부위로 누수와 백화현상이 초래되고 있다.

2. 조사 및 손상 원인현상

    가 조사사항

        1) 주요구조부재 실측 실측결과 설계도면과 대체로 일치함

        2) 균열 현황: RC 보의 양단부에는 사인장 관통균열형태이고,  중앙부에는 휨균열 형태로 폭 0.1 ～ 0.5  ㎜  의 크기로 발생됨

           
                               <그림 1> 균열발생 형태도

        3)  콘크리트 탄산화 측정 : 탄산화깊이는 2 ～12㎜  이며 피복두께는  20  ～30㎜  탄산화 피해는 없음.

        4) 콘크리트의 압축강도 :  조합법으로 측정결과 설계기준강도인 210 ㎏f/㎠의 92%인 194 ㎏f/㎠이고 코아시험결과 설계기준강도의 71%인  150 ㎏f/㎠로 품질이 불량함

             <표1> 강도측정결과

          5)  철근 배근상태 : 구조도면과 대체로 일치함

          6) 철근 부식상태 : 노출된 철근에서 녹이 발생되어 있고,  매립된 철근에 대하여 철근부식 측정기 로 조사한 결과 부식은 없음 (TR-01) .

         7) 연직하중변경 수영장 바닥의 마감두께 증설로 고정하중이 100 ㎏f/㎡ 증가됨

         8) 처짐현황 최대처짐량이  52.5 . ㎜ 로 허용한계치를 초과하고 있음

                                                           <표2> 처짐현황

    나. 손상 원인  
         1) 유지관리 소홀
              ㆍ마감재 증설에 따른 고정하중 증가

              ㆍ보수시 설계도서 검토 소홀

         2) 시공결함 콘크리트 강도부족 (설계기준강도의  71%)

    다. 발생현상
         1) 보의균열및과대처짐
         2) 균열부위 누수 백화

    라. 구조안전성 검토

         수영장 바닥의 마감재증설로 하중이 100 ㎏f/㎡정도 증가된 조건에서 구조검토한 결과, 철근콘크리트보의 휨내력은 안전하나 전단내력이 부족한 것으로 검토되었음.

3. 원인추정

   수영장 바닥의 철근콘크리트보에 발생된 균열과 처짐의 원인은 바닥마감재의 증설에 따른 고정하중의 증가와 콘크리트 강도부족으로 추정됨.

4. 보수 보강

   ㅇ철판부착공법

                  <그림2>  전단 보강 개념도

        -. 공법 하부공간 이용율이 좋고 미관상 깨끗하다는 것이 장점이다.
       -. 응력부담의 한계가 작고 보의 콘크리트강도에 따라 제한적이라는 점이 단점이다 .
       -. 균열보수는 에폭시수지 또는 마이크로시멘트를 이용한 표면밀봉처리 또는 충전주입공법을 사용한다.
       -. 구조계산에 의하여 보강철판부재의 두께를 선정하여 기존의 콘크리트 보부재에 앵커를 사용하여 부착시킨다.
       -.  보강철판의 들뜬 부분 및 층분리 부분은 에폭시수지 또는 마이크로시멘트를 사용하여 저압으로 장시간 주입하여 부착력을 향상시킨다.

5. 결론

구조물의 용도변경시 또는 하자보수시 설계조건을 사전에 충분히 검토하여 사용하중의증가가당초설계기준치범위이내에서이루어져야한다. 대상건축물은설계도서 검토를 소홀히 하고 보수공법을 채택함으로써 구조물의 처짐과 균열현상을 초래하였다. 구조안전성 검토 결과 내하력 부족으로 나타났으며 균열의 형상이 전단균열이므로 철판부착공법이 보강공법으로서 적절할 것으로 사료된다.

      <사진 1>  과재하중으로 인한 보단부 균열

        <사진2>  과재하중으로 인한 보중앙부의 균열

<출처 : 시설안전관리공단>