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해석적 연구를 통한 고층 모듈러 건축물의 다이어프램 성능 개선에 관한 연구

A study for the improvement of performance of diaphragm in high-rise modular building through analytical study

  • 주정환 (아주대학교 일반대학원)

초록/요약

모듈러 건축이란 블록 형태의 3차원 구조체에 벽체, 바닥, 설비 등 건축물의 일부 또는 전부를 공장에서 제작하고 현장에서 조립하는 건축시스템을 의미한다. 최근 국내에서는 그린스마트스쿨 정책으로 인해 모듈러 건축 시장이 크게 확대되었으며 이로 인하여 교육시설 및 저층 주거시설이 주를 이루던 모듈러 건축 시장이 용도와 규모가 확대되고 있다. 모듈러 건축물의 규모가 확대되면서 모듈러 건축의 구조적 성능의 중요성이 커지고 있다. 특히 건축물이 고층일수록 횡하중에 의해 구조설계가 영향을 받게 되는데, 이때 횡하중에 저항하며 하중을 횡력저항요소로 전달시키는 다이어프램의 역할이 중요하게 작용한다. 하지만 일반적인 전통적인 건축물과 달리 모듈러 건축물의 경우 모듈이 서로 분절되어 있기 때문에 일반적인 건축물과 같이 rigid diaphragm으로 전체 바닥판을 가정하기 어려운 상황이다. 따라서 본 연구는 구조해석을 통하여 다이어프램 가정에 따른 모듈러 건축물의 거동일 비교하며 다이어프램 성능을 개선할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 개선방안을 제시하기 전, 모듈러 건축에서 모듈과 모듈 사이 접합부 모델링은 해석에 많은 영향을 미치는 요소이다. 본 연구에서는 모듈러 건축물의 성능을 과대 또는 과소평가하지 않는 실제 거동과 유사한 특징을 가지는 합리적인 접합부 모델링 방안을 제시한다. 또한 다이어프램 가정을 층 단위와 모듈 단위로 나누어 두 건축물의 구조해석을 진행하고 층 단위 다이어프램 가정이 모듈 단위 다이어프램 가정했을 때보다 건축물 해석에 있어 유리한 부분이 있는지 확인하는 과정을 거친다. 두 건축물의 비교를 바탕으로 모듈러 건축의 다이어프램 성능을 향상시킬 수 있는 방안을 모색할 수 있다. 모듈러 건축물의 다이어프램 성능을 향상시킬 수 있는 방안을 위치 별로 천장보 연결, 바닥보 연결 2가지로 나누었다. 바닥보 연결하는 개선 방안이 가장 큰 성능 개선효과를 보였으나 국내 모듈러 바닥판에 대부분 콘크리트를 타설하기 때문에 실제 현장에서 바닥부 작업은 어려울 것으로 판단된다. 천장보를 연결하는 개선 방안의 경우, 바닥보 연결 개선 방안과 기본형의 중간정도 성능을 보이는 것으로 확인되었으며 현장 작업성이 우수하다는 장점이있다. 천장보 연결 상세의 경우, 연결부가 rigid할 경우에 그 효과가 나타났기 때문에 두 모듈 사이에 작용하는 모멘트를 전달할 수 있는 천장보에서의 접합부를 소개한다.

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목차

제 1장 서 론 1
1.1. 연구의 배경 및 목적 1
1.2. 연구의 범위 및 방법 5
제 2장 이론적 고찰 6
2.1. 모듈러 건축의 특징 6
2.2. 국내외 중고층 모듈러 건축물 사례 분석 14
2.3. 모듈러 건축의 다이어프램 20
2.4. 모듈러 건축의 다이어프램 관련 선행 연구 고찰 24
제 3장 고층 모듈러 건축물 해석을 위한 접합부 모델링 방법 제안 26
3.1. 대상 건축물 개요 26
3.2. 대상 건축물 구조해석 31
3.3. 소결 40
제 4장 다이어프램 가정에 따른 모듈러 건축물 거동 비교 41
4.1. 다이어프램 가정 42
4.2. 구조해석 결과 44
4.3. 소결 53
제 5장 고층 모듈러 건축물 다이어프램 성능 개선 방안 제시 54
5.1. 고층 모듈러 건축물 다이어프램 성능 개선 방안 54
5.2. 개선 방안별 구조해석 결과 60
5.3. 다이어프램 개선방안의 적용 71
5.4. 소결 73
제 6장 결론 74
참 고 문 헌 76

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