3.1 실험체 계획

본 연구에서는 VPS시스템(^{Hur et al., 2021})이 적용된 1층 실물 스케일의 Mock-up 실험체를 계획하였다. 계획된 Mock-up 실험체에 사용하중 단계에 해당하는 하중을 재하하고 국내 처짐 기준을 만족하는지를 검토하고자 한다. 또한, 시간경과에 따른 사용하중에 대한 처짐도 검토하고자 한다(Fig. 1 참조). Fig. 2는 Mock-up 실험체의 슬래브 배근도를 나타낸 것이고, 중공재는 기둥 주위에서 2d 이상 떨어뜨려 설치하였다(^{Hur et al, 2021}). 또한, Mock-up 실험체의 적용된 중공재의 중공률은 24%로 적용하였다.

① 재하하중 : 바닥슬래브에 콘크리트 블록을 설치하여 재하하고 그 하중에 의한 처짐을 관측

② 실험방법 : 실험은 스팬 8,600×8,600㎜에 각 방향으로 1.5m의 발코니를 둔 실구조물을 제작 한 후, 구조물 상부에 고정하중에 해당하는 중량을 콘크리트 블록으로 치환하여 재하. 재하 후 처짐을 계측하여 즉시~ 3개월간의 처짐 계측

③ 실험기간 : 3개월[장기 처짐은 콘크리트의 특성(건조수축 및 크리프)에 따른 처짐 계측]

Fig. 1 Concept for deflection review

Fig. 2 Mock-up shape

3.2 하중재하

Fig. 3은 하중 재하를 위한 실물크기 Mock-up 실험체 실별 활하중을 기준으로 구분한 그림이다. Mock-up 실험체는 거실 및 발코니로 구분하였고, Table 3에 해당 부분에 적용된 하중을 나타내었다.

하중은 고정하중과 활하중의 50%(Dead load+0.5Live load)를 적용하였다. 하중은 400kg(Fig. 4참조)의 콘크리트 블록을 제작하여 재하 하였고 가급적 균등하게 실험체에 상적하여 재하 하였다.

콘크리트 블록의 재하 순서는 중앙부 적재 → 중앙부 2단 적재 → 좌우측 적재 → 발코니 적재 → 좌우측 2단 적재 → 발코니 2단 적재 → 중앙부 3단 적재 → 발코니 3단 적재 순으로 재하 하였다(Fig. 5 참조).

Fig. 3 Section of the specimen for loading

Fig. 4 Concrete block layout

Fig. 5 Concrete block installation

3.3 계측계획 및 일정

3.3.1 계측장비 배치

처짐의 측정은 다이얼 게이지(측정범위 : 0~10㎜, 최소표시 : 0.01㎜, 눈금사양 : 0~100, 축 직경 : 8㎜)를 현장에서 확인하는 방법으로 계측하였다. 계측은 실험체를 X방향과 Y방향으로 구분하였으며 편의상 건축물의 중심을 기준으로 좌우 대칭 형태로 처짐이 발생할 것으로 예상하여 한쪽을 측정하고 반대쪽은 동일 값으로 가정하였다. 변형은 총 10곳에 다이얼 게이지를 설치하고 측정하였으며 Fig. 6에 측정 장비의 배치현황을 나타내었다.

Fig. 6 Dial gauge layout (unit:㎜)

3.4 실험체 제작

Fig. 7은 실험체 제작 과정을 나타낸 사진이다. Mock-up 실험체는 충청북도 음성군에 위치한 공장에서 제작하였다. Fig .6은 제작된 콘크리트 블록의 재하 나타낸 것이다. 콘크리트의 압축 강도 실험 결과는 평균 35.2MPa을 나타내어 설계기준압축강도(fck)를 상회하는 것으로 나타났다.

Fig. 7 Mock-up test specimen production

4.1 콘크리트 블록 재하 전 처짐 계측

Fig. 8은 동바리를 제거 후 콘크리트 자중에 의한 처짐을 측정하기 위하여 콘크리트 블록 재하 전 바닥 슬래브를 1.0m 간격으로 나누어서 각 위치의 높이를 레이저 거리 측정기(측정범위 : 0.05~80m, 측정 정밀도 : 1.5㎜, 최소 측정 단위 : 0.1㎜)로 측정한 결과이다.

계측 결과에서 알 수 있듯이 81개소의 평균값은 1,998㎜로 슬래브 타설 전 높이 2,000㎜에서 2㎜가 발생하였다. 이러한 결과는 시공 상 발생한 오차에 인한 것으로 콘크리트 자중에 의한 처짐은 없는 것으로 가정하였다.

Fig. 8 Deflection measurement result before loading

4.2 재하 시 처짐 변화

Fig. 9는 처짐 발생을 측정하는 계측기의 위치를 도식화하여 나타낸 그림이다. X방향으로의 처짐은 D6, D7, D8, D2, D9를 통해서 알 수 있으며, Y방향으로의 처짐은 D5, D4, D3, D2, D1을 통해서 알 수 있다. 재하가 시작되기 전 모든 계측기기의 영점을 맞추어놓고 재하를 시작하였다.

Table 4에 콘크리트 재하 시 계측된 처짐 양을 나타낸다. 콘크리트 블록을 1단 쌓을 때부터 중앙부의 처짐이 발생하였으며 No.2 점의 처짐은 0.5 ㎜로 나타났다. 슬래브 1단 쌓기가 종료될 때까지 처짐은 탄성적으로 진행되었으며 2단 쌓기가 진행된 6 step 부터는 처짐의 크게 증가하였다(Fig. 10 참조).

재하가 종료되었을 때까지의 현황을 살펴보면 Fig. 10과 같이 콘크리트 블록 재하 시 슬래브 중앙부(No.2, No.3, No.8)에서 처짐이 많이 발생하는 것을 알 수 있었으며, 중앙부에서 멀어질수록 처짐의 양도 줄어드는 것을 알 수 있었다. 슬래브 중앙부 No. 2의 처짐은 하중 재하 시 8.88㎜ 발생하였고 이는 즉시 처짐에 대한 기준 값(ln/240= 17.93㎜)에 비하여 안전한 값을 나타내고 있다.

Fig. 9 Deflection measurement location

Fig. 10 Deflection measurement value(loading)

4.3 처짐 경향

Table 5는 콘크리트 블록 재하 후 3개월 간 계측한 처짐 값들이다. 슬래브 중앙부(No.2)의 3개월 계측 결과, 초기 처짐에서 6.792㎜ 더 추가되어 처짐이 발생하였지만, 이는 국내 구조기준에서 제시하고 있는 사용하중에 의한 기준 값(ln/240= 17.93㎜)을 만족하고 있는 것으로 나타났다(Fig. 11 참조).

Fig. 11에서 알 수 있듯이 다른 계측 점들은 중앙부 처짐에 미치지 못하는 수준으로 발생하는 것이 확인 되었다.

Fig. 12는 각 방향별도 3개월 간 측정한 값들을 그림으로 나타낸 것이다. Fig. 12에서 알 수 있듯이 X방향 및 Y방향 모두 초기 3주간은 처짐 량이 증가하다가 이후 6주가 지나고 나서는 처짐 량은 유사하게 나타나 처짐은 안정화되어 가고 있는 것이 확인되었다. 하지만, 하중의 분포 상 발코니부분의 처짐이 슬래브 처짐과 동일하거나 더 크게 나타날 것으로 예측되었으나 슬래브 중앙부의 처짐이 더 크게 나타났다. 이는 발코니의 하중이 슬래브 전체의 처짐에 큰 영향을 주지 않는 것으로 판단된다. 각 방향별로 처짐은 지속적으로 증가하고 있는 것으로 나타났다. 으며 이는 콘크리트의 수화작용이 어느 정도 안정화 되어가며 처짐 원인이 외부 하중요인에서 콘크리트 내부에서 작용하는 건조수축 및 크리프에 의한 처짐으로 변경되고 있기 때문으로 판단된다.

Fig. 11 Deflection result after 3 months

Fig. 12 Maximum deflection after the end of the experiment