Department of Architecture _ structural engineering lab 

 T 031) 219 - 2499 / F 031) 219 - 2945  / 우) 16499    경기도 수원시 영통구 월드컵로 206 아주대학교 산학협력원 809호

RESEARCH category

고층고형 건식벽체 면외방향 하중 저항성능 평가 및 설계자동화

 

고층고형 건식벽체 면외방향 하중 저항성능 평가 및 설계자동화

 

  • 과제명 : 고층고형 건식벽체 면외방향 하중 저항성능 평가 및 설계자동화 

  • 연구책임자 : 조봉호 아주대학교 산학협력단 

  • 총 연구기간 : 2018. 02. 01. ~ 2018. 07. 31.

  • 발주처 : POSCO 

  • 참여연구원 : 조봉호, 이재섭(아주대), 김홍진(경북대), 하태휴, 한규홍(포스코), 한정만(지오엔지니어링), 김정학(광스틸)

  • 연락처 : 이재섭 연구원, jaesubyoyo@ajou.ac.kr

 

 

연구배경 및 목표

 

연구배경 

 

  • 첨단 반도체 공장, LED 공장 등 산업시설의 고층고형 건식벽체 수요는 지속적으로 증가하고 있음

  • 첨단 산업시설의 건식벽체의 높이는 최대 16m 이상 수준으로, 내화(최대 2시간) 및 클린룸 적용을 위한 고풍압 적용(KBC 2016 적용 시 0.25kN/m2)으로 건식벽체를 구성하는 스터드의 경량화 및 고강도화가 필요함

  • 항복강도 550MPa급의 STR550강재 적용 시 기존의 항복강도 275MPa급 강재에 비해 강재량 절감 및 벽체의 경량화를 기대할 수 있음

  • 고층고 건식벽체는 내화를 위해 일반적으로 2겹 이상의 방화석고보드가 적용되며, 특히 SGP형 석고보드는 면외방향 구조성능 향상에 기여할 것으로 판단되나 실험 등을 통한 실증자료 부족으로 실제 설계에 적용되지 못하고 있음

 

연구목표

 

  • 등분포 하중을 적용한 구조실험을 통해 Sheathing재의 합성효과 평가

  • 실제 시공상세를 적용한 실물 Mock-up실험을 통해 고강도강재 적용을 통한 효용성 검증

 

 

연구내용

 

건식벽체 면외방향 구조성능 관련 기술조사

 

  • 고층고 건식벽체 접합상세(상하 슬래브 접합부), 스터드(C형 또는 각형강관) 배치상세 및 Sheathing재 접합 상세(마감재 두께, 직결피스 사양 및 간격 등) 분석

  • Sheathing재 합성효과를 고려한 건식벽체 면외방향 구조성능 관련 기술조사

  • KBC 2016 및 AISI Cold-Formed Steel Design 기준 분석(하중 산정/ 박판의 냉간성형강 단면성능 평가 / 직결나사 접합 등)

  • KS F 4724(건축용 철강제 벽판), KS F 2273(조립용 판의 성능 시험방법), ASTM E 330(Standard Test Method for Structural Performance of Exterior Windows, Doors, Skylights and Curtain Walls by Uniform Static Air Pressure Difference)등 관련 규격 분석

 

 [ CH-스터드 활용 고층고 비내력벽체 구성 예 (KSC) ]

 

  

항복강도 550급(SRT550) 고강도 강재 적용 표준높이별, 면외방향 풍압별 건식벽체 하지재 설계(KBC2016, AISI CFSD 2013 적용)

 

  • 고층고 비내력벽체 표준 높이 및 스터드 배치 설계

  • 표준사양에 따른 고층고 하지재 구조설계(KBC 2016 및 AISI CFSD 2013 적용)

  • 일반강(SRT275급) 및 고강도강(SRT550급) 하지재 적용에 따른 비내력벽체 사양 비교

  • 가로부재 설치에 따른 구조성능 평가

  • 스터드, 상하부런너 및 슬래브 앵커링 접합 상세 설계

  • 고층고형 건식벽체 면외방향 구조성능 향상을 위한 슬래브 상하부 접합상세 설계 및 3D Printing을 활용한 접합자재 시제품 제작

 

Sheathing재 효과를 고려한 등분포 하중 저항성능 평가

 

  • Sheathing재 효과 고려를 위한 등분포 하중 저항성능 평가 시험체 설계 : 6개 이상 시험체 설계

  • KS F 2273(조립용 판의 성능 시험방법)에 따른 시험장치 설계

  • 등분포 하중 저항성능 평가 실험 수행

  • 실험결과 분석을 통한 Sheathing재 구조성능 기여도 평가

 [ KS F 2273에 따른 건축용 벽체 패널 등분포 하중 저항성능 평가 상세 ]

 

 

실제 시공상세를 적용한 높이 8m 이상 고층고 비내력벽체 면외방향 내풍압 실대형 실험 평가

 

  • 실제 시공상세를 고려한 실대형 실험체 설계

  • ASTM E330 활용 실험장치 설계

  • Sheathing재 기여도 평가를 위한 계측장치 설계

  • 내풍압 실대형 실험 실험 수행

  • 실험결과 분석을 통한 일반강 및 고강도강 면외방향 성능 비교 분석

 [ ASTM E330에 따른 내풍압 실대형 실험 사례 (CNC/KCL) ]

 

 

항복강도 550급(SRT550) 고강도 강재 적용 건식벽체 설계 자동화 프로그램 개발

 

  • 높이별, 연직하중 및 횡하중별 건식벽체용 하지구조물 설계자동화 프로그램 개발

  • 건식벽체 강도(스터드, 런너 및 접합자재) 및 사용성 검토 포함

  • Stand-alone 프로그램(Matlab 등 활용) 또는 Data Sheet(MS Excel) 형태로 제작

  • 하중별, 자재별, 스터드 간격별 설계 Table 작성

 [ 외벽패널 내풍압 설계 테이블 예(스틸커튼월/C형 스터드 패널) ]

 

 

 

 

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