조적식 구조물의 부분 매입식 격자철근 보강기법의 내진 성능 평가 document_id A220517030228

조적조 구조물은 전 세계적으로 중·저층 주거시설, 상업시설, 종교용 건축물, 학교, 관공서 등의 용도로 폭넓게 사용되어 왔다. 그러나 조적벽체는 조적개체와 모르타르의 이질재료를 접착하여 쌓는 방식의 구조벽체로 지진과 같은 횡력 발생 시 접착력을 잃거나 미끄러지면서 파괴될 수 있다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하고자 조적식 구조물의 내진보강 기법을 제안하였으며, 진동대 실험을 통하여 내진 성능을 검증하였다. 진동대 실험 결과, 본 연구에서 제안한 내진보강 기법을 이용한 벽체는 한국 건축설계기준이 제시하는 내진 기준인 0.14g와 미국 IBC에서 제시하는 내진 기준인 0.4g에서 모두 최종 파괴에 도달하지 않았다. 그러나, 0.14g 이상의 지진을 경험한 면외방향 실험체의 경우 급격한 강성저하가 관찰되어, 적절한 보수·보강이 필요할 것으로 예측된다. 본 연구에서는 무공벽돌을 이용하여 조적된 조적벽체의 내진성능 향상을 위한 보강방안을 제안하였다. 이 방안은 조적벽체 외부에 홈을 파고, 수직 및 수평 보강철근을 배근한 뒤, 무수축 모르타르로 마감하는 기법으로, 본 연구에서는 진동대 동적시험을 통하여 그 성능을 평가하였다. 시험 결과, 한국 건축구조설계기준에서 제시하는 0.14g와 미국 IBC 코드에서 제시하는 0.4g에서 모두 양호한 성능을 나타냈으며, 최종 파괴가 일어나지 않았다. 본 연구에서 도출된 결론은 다음과 같다. 본 연구에서 제안한 보강방안을 적용하여 보강된 조적벽체의 진동대 실험결과 회전, 전단, 미끄러짐 등 일반적인 벽체의 파괴거동을 보이지는 않았으며 보강 철근으로 인한 강체거동을 보였다. 이러한 거동으로 인해 실험체의 하부 앵글 주변에서 많은 균열이 발생하였다. 또한, 수직 보강철근의 휨거동으로 인하여 보강철근을 고정하고 있는 무수축 모르타르 주변에서 세로방향으로 균열이 발생하였다. 반면, 수평 보강철근 주변에는 균열이 발생하지 않았는데, 이는 실험체의 내진 거동 시, 수평 보강철근 보다는 수직 보강철근의 휨 거동에 지배된다는 것을 알 수 있었다. 진동대 시험의 상대변위 계측 결과 약축방향으로 설치된 실험체의 경우 0.4g를 바로 가력한 실험체의 최대 상대변위가, 0.08g부터 0.4g까지 단계적으로 가력한 실험체의 최대 상대변위의 절반 이하 수준으로 나타났다. 따라서 지진의 크기에 상관없이 기존에 지진을 경험했던 벽체가 경험하지 못했던 벽체에 비하여 상당히 큰 응답을 보인다는 것을 알 수 있었다. 반면, 면내방향으로 가력한 실험체의 경우에는 최대 상대변위 값이 유사하게 나와, 면외방향 벽체의 경우지진 경험에 의한 미세균열 등의 영향이 크다는 것을 알 수 있었다. 본 실험에서 측정된 변위비와 한국 건축구조설계기준에서 제시하고 있는 변위비를 비교하였다. 약축방향 벽체의 경우 우리나라 건축구조설계기준의 내진규준인 0.14g에서는 첫 번째 가력 시 내진등급을 모두 만족하는 결과가 나왔다. 그러나 한번 이상의 지진을 경험한 벽체의 경우에는 내진등급은 만족하나, 내진등급에는 미치지 못하는 결과가 나왔으며, 이는 본 연구에서 제안한 조적벽체의 내진보강기법을 적용 시 지진을 경험한 뒤에는 추가적인 보수 및 보강이 필요할 수도 있다는 것을 알 수 있다. 이에 반해 강축방향 벽체의 경우, 0.14g 가력 시 모든 경우에서 내진등급을 만족하는 결과가 나타나 안정적인 내진 성능을 발휘하는 것을 알 수 있다.본 연구에서는 위와 같이 조적 벽체의 내진보강 기법을 제안하고, 진동대 실험을 통하여 성능을 평가하였다. 평가 결과 미국 내진 기준인 0.4g에서도 적정한 안전 수준을 확보하고 있음을 확인하였으며, 수평 보강철근보다는 수직 보강철근의 거동이 조적 벽체의 거동에 많은 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제안한 내진보강 기법을 응용하여 수평 보강철근 및 수직 보강철근의 최적 간격 산정, 내 외벽 벽체간 관통철근의 삽입 등 추가적인 연구가 가능할 것으로 판단된다. 이를 통하여 본 내진 보강기법의 실질적인 현장 적용과 보강 상세 결정이 이루어지리라 기대된다.