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과재하중에 의해 손상된 RC보 보강사례

1. 개 요

    대상건축물은 준공 후  10년이 경과된 지하1층, 지상4층의 철골 철근콘크리트 구조물로서 체육시설 용도로 사용되고 있다. 이 건축물은 지하1층과 지상1～2층은 철근콘크리트 구조이고 지상3～4층은  철골구조물인데  지상3층,  4층에서  용도변경과  함께  증축이  이루어  졌는바,  무리한 용도변경으로 인하여 지상2층 바닥의 RC보 부재  46개소에서 양단부의 사인장 균열과 중앙부의 휨균열이 집중적으로 발생되어 있으며 일부의 보는 철판으로 보강되어 있다.

2. 조사 및 손상 원인․현상

    가. 조사사항

          1) 증축 및 용도변경  : 당초 체육시설로 설계ㆍ시공되었으나 사용도중에 체육, 방송시설로 용도변경 되었고  1개 층이 증축되어 하중이 증가되었음.

                                       <표1> 대상건물 증축 및 용도변경

         2) 부재실측  : 콘크리트부재의 규격과 치수는 도면과 일치함.

         3) 보강부위 검사  : 증축 및 용도변경시 보강된 철판의 부착상태를 조사한 결과 기존부재와  보강  철판사이가  들뜬  채로  밀착되지  않은  곳이  일부분  있으며,  이로 인해 기존부재와 보강부재가 일체 거동이 곤란한 상태로 판단됨.

    4) 균열현황  : 보부재의 양단부에서 전단력에 의한 사인장 균열과 중앙부위 휨 모멘트에 의한 인장균열이 심하게 발생된 상태이고, 현재 진행중인 것으로 확인 됨.

     
                    <그림1> 보의 균열상태28. 과재하중에 의해 손상된 RC보 보강사례

    5)  콘크리트  압축강도  :  비파괴법으로  추정한바  설계기준강도인  210㎏f/㎠의  82%인  172㎏f/㎠로 매우 낮게 조사됨.

 
                               <표2> 콘크리트 압축강도 측정

     나. 손상원인

         1) 유지관리소홀  : 무리한 증축, 용도변경에 따른 과재 하중

             2) 시공결함  : 콘크리트 강도부족

     다. 발생현상

          ․ 보의 균열과 처짐 발생

     라. 구조안전성 검토
           대상부재의  소요강도가  부재강도를  초과하여  안전율(소요강도/부재강도)이  1.01～2.19로 매우 불안한 것으로 나타나고 있으며, 특히 부재의 콘크리트 압축강도가 설계기준강도인  210㎏f/㎠의  82%수준인  172㎏f/㎠로 품질이 매우 저급하므로 부재강도의 저하는  전단력에서  현저하게  나타날  수밖에  없는  상태이다.  따라서  대상부위  의  보들은 휨인장부와 사인장(전단)부위 보강이 시급히 필요한 실정임.

3. 원인추정
    대상건축물에  발생된 균열은 콘크리트 타설시  다짐부족에 따른 콘크리트 밀실도 저하 및  강도부족  등의  시공적인  결함도  있지만,   근본적인  원인은  당초  설계조건을  무시한 무리한 증축과 용도변경에 따른 과재하중과 이에 대비한 보강설계의 미흡으로 추정된다

4. 보수․보강안
    대상부위의 바닥보 전체를 다음과 같이 보강한다.

                <그림2> H-Beam에 의한 단면 보강

1) 제  1 안
    제  1안의 장점은 하중의 분담이 확실하다는 것이고, 단점은 미관상 깨끗하지 못하고 공간사용이 비효율적이며 별도의 기초보강이 필요하다.
-균열보수는 에폭시수지 또는 마이크로시멘트를 이용한 표면밀봉처리 또는 충전․주입공법을 사용
-구조계산에  의하여  보강부재(기둥과  보부재)의  규격을  선정하여  그림2와  같이  시공한다.

2) 제  2 안
    제  2안의  장점은  하부공간  이용율이  좋고  미관상  깨끗하며,  단점은  응력부담의 한계가 작고 보의 콘크리트강도에 따라 제한적이다.
-균열보수는 에폭시수지 또는 마이크로시멘트를 이용한 표면밀봉처리 또는 충전․주입공법을 사용
-구조계산에  의하여  보강철판부재의  두께와  종류를  선정하여  기존의  콘크리트  보부재에 앵커를 사용하여 부착시킨다.
-보강철판과  콘크리트보  사이의  들뜬  부분  및  층분리  부분은  에폭시수지  또는  마이크로시멘트를 사용하여 저압으로 장시간 주입한다

                                                 <그림3> 전단보강 개념도

5. 결 론
    보강시 보강재의 부착과 전단보강 앵커의 설치시에 기존의 철근콘크리트부재의 유효
철근의  절단이나  손상이  야기되지  않도록  세심한  주의가  필요하고  보수․보강  부위에 
대하여  장기적이고  계속적인  관찰이  요망되며,  보강시  제1안과  제2안을  현장여건에 
맞게 적절히 분배하여 사용한다.  또한 현재의 용도로 사용하기에는 구조 내력상의 한계를
보이고 있으므로 장기적 안전 및 유지관리 차원에서 사용하중이 작은 용도로 변경하는
것이 바람직하다고 판단된다

                        <사진1> 보단부의 사인장 균열

                                       <사진2> 보중앙부의 휨균열