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탄소섬유시트 보강사례

1. 개 요
    대상건축물은 현재 지하 2층, 지상 3층이나 수직 3개층 증축을 위하여 안전성을 검토한 결과 지하2층과 지하1층 슬래브의 내력비가 각각 1.15이며 보의 경우는 1.11～1.62로 1.0을 초과하여 구조적으로 안전하지 못한 것으로 검토되며 지붕층 보는 기존의 하중에 대해서는 구조적으로 안전하나, 증축하여 사무실로 변경이 될 경우 내력이 부족한 것으로 검토되고 있다.

2. 조사 및 결함 원인․현상
   가. 조사 사항
        1) 콘크리트 강도는 구조적으로 적절한 것으로 판단된다

  * 평균 콘크리트 강도 계산시 평균 강도에서 ±15%이상의 편차를 갖는 값은 제외 시킴으로 지하1층의 강도는 미 포함  
        2) 철근 배근의 상태는 설계 도면에 명기된 배근 상태와 전반적으로 일치한다.

        주) 주근과 스터럽 철근직경은 추정치임.

     3) 부재의 단면 치수는 설계도면 치수와 일치하는 것으로 조사되고 있다.
     4) 지하1층 바닥과 지상1층 슬래브에 균열이 많이 발생한 것을 발견할 수 있다.
     5) 위의 내용은 건축물의 상태 평가나 구조 부재의 내하력 평가시 보조 수단으로 이용된다.

  나. 결함 원인
       슬래브에 발생된 균열로 인하여 부재 내력이 저하되고 증축으로 인한 하중의 증가에 따라 구조 부재의 부재력 부족이 나타난다.

  다. 발생 현상
     1) 균열에 따른 부재 내력 감소
     2) 증축에 따른 구조 부재의 하중 부담 증가로 부재력 부족

3. 원인 추정
    구조 부재의 부재력 부족 원인은 대상건축물의 증축에 따라 사용 용도 변경과 추가 하중 발생으로 부재의 내력 저하가 그 원인이다.

4. 보수․보강
   1) 제1안 무수지 탄소 섬유 보강 공법
       무수지 탄소 섬유 공법은 일방향 배열로 된 탄소섬유 시트를 상온 경화형 에폭시 수지를 이용하여 구조 내력이 부족한 콘크리트 단면에 부착, 보강함으로써 구조물의 강도, 내구성등의 증대를 가져올 수 있는 공법이다. 본 대상물에서는 증축에 따른 내하력 확보 방안으로 1겹의 탄소섬유를 슬래브 하부, 보의 중앙부에는 휨 보강을, 보의 단부에는 전단 보강을 실시하므로써 충분한 내하력을 확보한다. 특히 이 공법은 탄소섬유가 일방향으로 배열되어 있어 탄소섬유가 가지는 뛰어난 강도 특성을 최대한 발휘하며 기존 철판 보강 공법에 비해 사하중의 증가가 거의 없다.

    또한 구조물의 균열을 억제하고 내구력을 향상시켜 탁월한 보강의 효과를 거둘 수 있어본 대상건축물의 보강에 적절한 방안으로 판단된다.

                       <그림1> 무수지 탄소섬유 보강 공법 시공 개요도

   2) 제2안 철판 보강 공법
       철판 보강 공법은 콘크리트 슬래브 하면 또는 보 하면에 강판을 에폭시계 접착제로 부착시켜 콘크리트 구조물과 일체화하여 내하력을 증대시키는 보강 공법이다. 본 대상물에서는 하부 슬래브와 보에 내하력 증대를 위해 4.5T의 강판을 부착 중앙부에서는 휨 보강을, 단부에는 전단 보강을 실시한다. 이 공법은 강력한 부착력을 가지며 경화 후 수축이 없고 휨모멘트 또는 전단력에 대한 초과 허용응력을 충당할 수 있으나 다만 보강시 철판으로 인해 모체에 사하중이 증가하고 앵카 등에 의한 손상이 발생할 수 있으며 구조체와 강판 사이의 박리와 강판의 부식 등의 문제를 가지고 있다.

                                   <그림2> 철판 보강 공법 시공 개요도

5. 결 론
   본 대상건축물은 내하력의 부족으로 인해 구조물의 안전성에 큰 위협을 받고 있어 위 보강 방안을 제시하여 슬래브 하부의 중앙부의 휨에 대한 보강을 실시하고 보의 단부에는 전단을 중앙부에는 휨에 대한 보강을 실시하여 부재의 내력을 확보한다. 그리고 제1안의 무수지 탄소섬유를 이용한 보강 공법은 내하력 증가는 물론 철판에 비해 사하중의 부담이 거의 없으며 시공 성과 부착 성능이 우수하여 기존의 보강 공사에 비하여 공사비를
약 10～20%, 유지 관리비는 30% 이상 절감할 수 있다. 이러한 현황으로 미루어 볼 때 본 구조물에는 제1안의 무수지 탄소 섬유 보강이 적절한 보강 방안이다. 그리고 제2안의 철판 보강의 경우 내하력 증가는 기대할 수 있으나 보강에 따른 사하중 증가와 모체의 손상, 보강 후 부식과 박리 등 유지관리에 경제적 부담이 추가될 우려가 있다.

<출처:시설물안전관리공단>