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[건축재료 및 시공] 목구조 건축 평가A+최고예요

목구조를 이용한 환경친화 주택2004. 10. 8.목 조 건 축0. 개요목조건축이란 건축물을 구성하는 주요 구조부가 목재로 이루어져 건물에 작용하는 하중을 목재가 담당하는 건축을 말한다. 흔히 외부에서 보이는 목재의 유무와 관련해 목조건축이라고 하는 경우도 있지만 이는 목조건축에 대한 잘못 된 인식이라고 할 수 있다.전 세계적으로 목재는 인류의 역사와 문명의 발전과 매우 밀접한 관계를 유지해 왔다. 목조건축은 인류가 농경을 시작하고 정착생활을 했던 시기의 수혈식 주거로부터 현재의 경량목구조에 이르기까지 여러 세기에 걸쳐 개발되어 오며 인간과는 가장 친밀한 주거 형태의 하나로 이어져 왔다. 서양식 목조주택은 14~16C시대에 목조주택 중 가장 그 아름다움과 특성이 잘 표현된 기둥 보(Post & Beam) 방식으로 발전하였고, 16~18C에는 세계열강의 신대륙 개척과 19C 산업 혁명을 계기로 오늘날과 같은 다양한 형태의 경량 목구조(Light Timber Frame / 2*4)로 발전해 왔다. 그리고 20C에 들어서는 혁신적인 건축 소재의 개발과 목재의 과학적인 연구를 통해 공학목재 (Engineer Wood)를 이용 좀 더 환경 친화적이고 경제적 실용성까지 갖춘 현재의 목조주택에 이르게 된다.서양식 목구조는 목재의 규격 및 중량, 집을 짓는 방식에 따라 통나무집(Log House), 기둥, 보 방식(Post & Beam)이라는 가구식 구조 , 경량 목구조(Light Timber Frame / 2*4)로 크게 구분 할 수 있으며, 그 밖에도 지붕, 기초 시공 방식, 매스 또는 파사드의 형태, 즉 각 디자인 요소에 따라 더욱더 다양하게 분류할 수 있다.한국의 목구조는 가구식 구조로서 고대로부터 중국대륙의 영향권 안에서 발전되어 왔다. 그러나 단순히 중국식 건축을 그대로 모방함이 아니라 그 안에 우리 민족 나름의 독창적 건축 기법을 가미함으로써 한국 건축의 독창적인 경지를 마련하여 오늘에 이르고 있다. 주심포 양식, 다포 양식, 익공 양식 등은 중국 등지에서 들어무집은 지어졌으리라 추측할 수 있다. 통나무집은 처음에는 창고 등으로 지어진 것으로 보여지나 러시아의 경우 당시의 도시, 촌락의 모든 건물이 통나무집으로 지어지기도 했다.통나무집을 건축학적으로 발전시킨 곳은 북유럽이다. 그곳의 풍부한 나무, 추운 날씨 등은 그들로 하여금 보다 안락한 주거 공간의 확보를 위해 더욱 정교하고 치밀한 기술을 개발하도록 하였다. 15세기경 이미 상당한 수준의 기술력을 확보하고 있었고, 17세기경부터 정밀한 통나무집들이 지어지기 시작했다. 18세기에는 산업혁명의 영향으로 주택의 수요가 급증하였고 제재 기술의 개발과 더불어 대량 생산이 가능한 기계식 통나무집이 발달하여 현재 유럽에서는 수공식 통나무집 기술이 거의 소멸되었다고 한다.한편, 그 당시 아메리카로 이주한 일단의 통나무집 기술자들은 희박한 인구 밀도와 주택 수요 덕분에 수공식 통나무 기술을 유지할 수 있었으며 남북 전쟁 당시 많은 통나무 기술자들이 캐나다로 이주해서 지금까지 그 기술을 발전시켜 왔다. 그리하여 현재는 북유럽은 기계식 통나무집이, 북미 특히 캐나다에서는 수공식 통나무집이 발달되어 있다. 외국의 몇몇 나라들의 통나무집에 대한 간단한 역사를 살펴보면 다음과 같다.1)핀란드지리적 역사적으로 스웨덴과 러시아의 영향을 받으면서 독자적으로 원목의 선택과 로그하우스 개발에 힘썼다. 캐나다에 있는 호텔 "샤도몬테레로"는 1930년에 핀란드 사람이 건축한 것이다2)노르웨이벽체 이외에 일부에 기둥과 보를 거는 구조를 이용, 바이킹의 조선기술에 비롯된 우수한 목공기술과 디자인의 완성도가 높다. 북구를 대표하는 목조건축으로 계승하였다.노르웨이에 있는 주목할 만한 목조건물로는 1979년 세계문화유산으로 지정된 우르네스의 목조 성당과 현존하는 가장 오래된 목조(통나무) 건물인 스테이브 교회가 있다.우르네스 목조 성당은 11~12세기에 건립된 목조 교회로 바이킹의 전통과 켈트풍의 건축예술을 잘 보여준다. 건축되었을 당시의 모습을 그대로 간직한 채, 자연 환경에 둘러싸여 서쪽을 향해 서있는 우사이에 흙을 발랐다. 백두산 일대의 귀틀집.귀틀로 방을 드리고밖에 따로 공간을 형성한 재미있는 집이다.현존하는 가장 오래 된 목조 건물은 11세기 고려 중엽에 건립된 부석사의 무량수전으로 1962년 12월 20일 국보 제 18호로 지정이 되었다. 부석사 무량수전 내부 부석사 무량수전2.2 통나무집의 분류통나무집은 크게 두 가지 방법으로 분류를 한다. 첫 번째 생산 수단에 의한 분류와 두 번째 공법에 의한 분류이다.1) 생산 수단에 의한 분류? 기계식 통나무집(Machine Cut Log House)제재 기계를 사용하여 나무를 일정한 모양과 굵기로 만든 후 기계 가공을 통해서 단순히 조립만 하면 골조가 완성되는 키트 형태의 통나무집으로 이것은 ‘통나무’ 라는 개념에서 보면 통나무집보다는 목조 주택에 가까운 형태라 할 수 있다.? 수공식 통나무집(Hand Craft Log House)껍질만 벗긴 통나무를 사용, 자연의 모습을 최대한으로 살린 정통 통나무집. 자연과의 조화, 정교함, 내구성 등 모든 면에서 월등하나 대량 생산이 힘든 까닭에 보급의 어려움이 있다. 비교적 굵은 통나무(나무 원래의 힘의 균형이 파괴되지 않은 상태)를 사용하기 때문에 나무의 변형을 최소화하여 하자를 줄일 수 있다.2) 공법에 의한 분류? Notch Style나무와 나무가 서로 반씩 물리며 우물 정자 형태로 쌓아가는 방식으로 가장 보편적이고 전통적인 통나무집의 형태. 구조적으로 강하며 외관상 웅장하다. Settling 문제 때문에 대형 건물에는 적용하기 어렵고 장기 거주 시 압박감을 느낄 수도 있다. 수공식 Notch Style 기계식 Notch Style? Post & Beam Style기둥과 보 등의 주요 구조부에만 통나무를 사용하는 형태. 우리나라 전통 가옹과 비슷한 방식으로 Notch Style에 비해 경비 및 공사기간을 단축할 수 있다. 횡으로 가해지는 힘에는 비교적 약한 편이지만 경량 목구조의 투바이 포(2“×4”) 공법으로 벽체를 마감할 경우 견고한 집을 지을 수 있다. P콘크리트의 7배, 철의 176배나 된다고 한다. Post & Beam 형식의 통나무집에서는 벽체, 바닥, 또는 천장 구조부재들 사이에 공간이 있으며 이러한 공간에 유리섬유와 같은 단열재를 충진함으로써 높은 단열성능을 발휘한다. 실제로 일반 주택에 비해 약 30% 정도의 냉난방비를 절약할 수 있다.4) 내진성과 내풍성구조재로서 통나무가 약하다고 생각하는 경우가 있지만 다른 재료와 비교할 때 통나무는 무게에 비해 강도가 높고 목재 자체가 가지는 유연성이 있어 건축물의 사하중(Dead Load)을 최소화한다. 1995년 일본 고배 지진이나 1994년 미국 캘리포니아 지진의 경우에 목구조 주택의 피해는 타구조보다 훨씬 적었음이 입증되었다.5) 내화성목재는 쉽게 탄다는 것이 일반적인 상식이다. 그러나 통나무집은 화재에 강하다. 통나무에 불을 가하면 표면이 타면서 산화막(숯)이 형성되어 표면만 탈 뿐 속으로 타들어가지 않기 때문에 화재 발생시 구조부재가 전소되어 건물이 붕괴되는 경우는 거의 없다. 화재 시 구조물의 붕괴는 열에 의한 강도 손실이 주 원인이 된다. 열전도율의 경우 목재는 0.5∼1.5이지만, 철은 315로 목재의 약 300배, 알루미늄은 5400으로 10,000∼1300배, 콘크리트는 11∼16으로 약 10배 정도가 크다. 실제로 화재가 발생했을 경우 열에 의한 강도손실은 목재에 비해 다른 건축 재료들이 훨씬 크다. 예를 들면 철은 온도가 38℃ 상승할 때 약 4% 정도의 강도감소율을 보인다. 목재는 주변온도가 약 450℃일 때 목재 표면에서 발화가 시작되지만 철은 450℃에서 이미 자체강도의 50% 정도가 감소하여 붕괴위험에 노출되어 있는 상태이다. 실제로 대형 목구조물의 경우 온도의 전도에 따라 결합철물 부위의 강도가 약화되므로 결합철물의 파괴로 인해 목구조물이 붕괴되는 것을 볼 수 있다. 통나무집의 화재 안전도를 측정하는 데에는 두 가지 측면에서 검사를 한다. 화재의 확산도(fire spread)와 얼마나 잘 타들어 가느냐 하는 연소도(burn tro 및 통나무집 방부 방법공기 중에 떠도는 부후군(일종의 버섯균)이 나무에 정착되어 여러 가지 조건이 잘 맞을 때 나무의 영양분을 빼앗아 먹으며 번식을 하게 된다. 이것을 부후라 하는데 우리가 흔히 이야기 하는 나무가 썩는다는 현상을 말한다. 부후는 부패와 달리 부후가 진행되는 동안 악취가 나지 않는다.1) 부후의 형성 조건적당한 온도, 적당한 습도, 영양분, 공기, 부후균 이상 다섯 가지 조건이 충족되었을 때 부후는 진행된다. 이들 조건 중 단 한 가지만 차단해도 부후균의 활동은 정지된다.2) 통나무 방부의 오일 스테인목재의 방부는 주로 화학 약품에 의한 처리가 대중을 이루고 있다. 대표적인 방부 처리제는 오릴 스테인(oil stain)을 들 수 있는데 이것은 방부 효과는 미미하지만 인체에 안전하기 때문에 친환경적인 방부제로 사용되어 왔다. 지금은 사람에게 전혀 해가 없는 쎄라데코 라는 천연 오일 스테인도 나오고 있다. 또한 이러한 방부제는 습기는 차단하고 수분은 배출 시키는 기능을 한다. 크레오소트(creosote)는 통나무를 땅속에 묻거나 습기가 많은 환경에서 사용하는데 그 연료는 석탄을 건류해서 얻은 콜타르에서 분류 시킨 것이다3) 통나무의 방부와 보호방법제대로 시공된 통나무집은 우리나라의 한옥 같이 수백년까지 수명이 가능한 건축물이다.통나무집의 방부는 통상적으로는 5년 동안에 통나무의 수축 건조의 상황에 따라 오일 스테인을 칠해야 한다. 그 이유는 처음에 칠한 방부제는 통나무의 건조에 따른 크랙(나무의 갈라짐)의 사이로 방부제가 침투되지 않기 때문에 빗물이 스며들어 통나무의 부식이 시작될 수 있기 때문이다. 따라서 일년에 한번은 장마가 오기 전 6월달에 칠하는 것도 좋지만 확실한 방부는 일년 동안에는 3~5개월 사이에 방부제를 사용하는 것이 정석일 것이다. 자연적인 방법으로는 통나무 밑 부분에 소금을 뿌리거나 습도나 빗물의 침투를 방지할 수 있는 타이벡이나 2~3mm 정도의 고무판을 깔고 통나무를 시공하는 것도 하나의 방법이다. 그리고 마당에서 기단의

공학/기술| 2005.06.27| 16페이지| 1,000원| 조회(1,658)

건축, 실내환경, 환경친화, 목구조, 통나무집

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[건축재료 및 시공] 콘크리트의 균열 및 파괴 역학

콘크리트의 균열 및 파괴역학- 균열 발생기구 및 매스 콘크리트2004. 6. 4Ⅰ. 서 론콘크리트 구조물에 균열이 발생하면, 구조적 결함, 내구성 저하, 외관손상, 철근 부식 및 방수성능 저하 등으로 치명적인 손실을 초래할 수 있기 때문에, 설계 초기단계부터 콘크리트의 재료선정, 배합설계, 시공 및 구조물 평가에 주의를 기울여야 한다. 특히, 콘크리트 균열발생에 따른 클레임 문제도 많이 제기되고 있기 때문에, 콘크리트의 균열발생 메커니즘을 명확하게 이해하고 각각의 균열발생 원인을 분석하고 이에 따른 방지대책을 검토하여 최대한 억제할 수 있는 방안이 필요하다.콘크리트의 균열은 설계하중, 외적환경의 원인, 재료특성, 배합조건 및 시공적인 요인에 의하여 많이 발생한다. 실제로 균열은 크게 구조적인 균열 (structural crack)과 비구조적 균열(nonstructural crack)의 두 가지로 분류할 수 있다.표1. 균열 원인에 따른 광의의 분류분류정의주요 요인구조적인 균열(Structural crack)구조물이나 구조부재가 사용하중의 작용으로 인해 발생한 균열?설계오류?설계하중을 초과하는 외부하중 작용?단면?철근량의 부족?물리적인 손상, 폭발, 충격?철근의 부식으로 심한 성능저하비구조적인 균열(Non-structural crack)구조물의 안전성 저하는 없으나 내구성, 사용성 저하를 초래할 수 있는 균열?급속한 건조에 의한 소성수축균열?건조수축시 구속에 의한 균열?수화열에 의한 온도응력?철근의 피복두께 부족?콜드 조인트 부위의 균열설계오류(신축줄눈) 철근부식 초기재하단면, 철근량 부족 설계하중 초과그림 1. 구조적 균열의 원인 및 형상초기 건조수축 건조수축의 구속수화열 피복두께 부족 콜드조인트그림 2. 비구조적 균열의 원인 및 형상Ⅱ. 콘크리트의 균열1. 균열발생의 메커니즘콘크리트의 균열발생의 메커니즘은 일반적으로 미세균열(microscopic)의 측면에서 접근하는 것이 바람직하다. 콘크리트 구조물에 하중이 증가하면 모르타르와 골재의 부착계면에 미세균열이 종료된 후에도 콘크리트는 자중에 의하여 계속 압밀되는 경향을 나타낸다. 이러한 소성상태의 콘크리트는 철근이나 거푸집, 골재 등에 의해 국부적으로 제재를 받게 되는데, 이때 철근이나 거푸집, 골재의 하부에 블리딩 수가 모이거나 공극이 발생하게 된다. 건조에 따라 이러한 공극은 상부에 인장응력으로 발생하여 균열을 유발시키게 된다. 이러한 균열은 철근의 직경이 클수록, 슬럼프가 커질수록 많이 발생하게 되며, 현장에서 콘크리트를 시공할 때 진동다짐을 충분하게 하지 않았을 경우 또는 변형을 일으키기 쉬운 거푸집 재료를 사용 할 경우에도 많이 발생한다.(2) 방지대책균열의 발생형태는 철근 상부의 종방향으로 나타나며, 폭은 1mm이상일 수 도 있으나 깊이는 대체로 작다. 소성침하 균열을 방지하기 위해서는 콘크리트의 침하가 완료되는 시간까지 타설 간격을 조정하거나 재다짐을 하는 방안이 필요하며, 특히 충분한 다짐과 거푸집 설계에 유의하는 것이 좋다. 또한, 수직부재일 경우에는 가능한 한 1회 콘크리트의 타설 높이를 낮추고 충분한 다짐을 실시하도록 해야 한다.1-3. 수화열에 의한 온도균열(1) 발생원인시멘트와 물이 만나면 수화반응(CaOH2O→Ca(OH)2)을 하게 되는데, 이때 반응열인 수화열이 발생하게 된다. 특히, 콘크리트는 열전도율이 낮기 때문에 경화되면서 발생하는 수화열이 외부의 노출부위로 발산되는데 많은 시간이 필요하다. 수화열에 의한 균열은 댐, 교량의 하부구조, 도로포장, 옹벽, 원자력 발전소 구조물과 같은 매스콘크리트 구조물에서 발생될 가능성이 높으며, 최근에 많이 건설되는 LNG 저장탱크의 지하 연속벽, 본체 구조물 및 건축물의 고층화 추세에 따른 하부의 매트부분에서도 수화열에 의한 균열이 문제시되고 있다. 일반적으로 콘크리트에서 발생한 열이 외부로 발산하는데 필요한 시간은 구조물의 최소치수의 제곱에 비례하며, 동일구조물에서 수화열에 의해 발생한 콘크리트의 온도차가 25∼30℃ 정도에 도달하면 열응력에 의한 온도균열이 발생한다. 특히, 수화열에 의해 발생한많이 받기 때문에, 재료선정 및 배합단계에서 충분히 검토되어야 할 것이다.⑵ 방지대책콘크리트의 건조수축에 대한 대책으로 적합한 재료선정 및 배합설계, 보강근의 배근 및 시공조인트의 설치, 건조수축을 보상할 수 있는 재료의 사용 등을 들 수 있다.① 시멘트시멘트의 경우, 일괄적으로 분류하기는 어렵지만 C3A/SO3의 비가 낮을수록, Na2O 또는 K2O의 함유량이 낮을수록, C4AF의 함유량이 높을수록 건조수축량이 낮은 것으로 알려져 있다. 또한, 시멘트 분말도가 높을수록 콘크리트의 건조수축량이 약간 증대하는 것으로 나타났다. 특히, 콘크리트를 경화초기에 팽창시켜 수축이 보상될 수 있도록 하여 균열을 억제하는 팽창시멘트의 사용도 효과가 있는 것으로 알려져 있다.② 골재 및 배합수량골재는 골재크기 및 강도가 클수록, 흡수율이 낮을수록 건조수축을 억제하는데 효과적이다. 그리고 배합설계에 있어서 시공성, 강도, 내구성을 해치지 않는 범위에서 건조수축에 영향을 미치는 배합수량 및 시멘트-페이스트 량을 줄이는 방법도 매우 바람직하다. 배합수량과 관련하여 가장 영향을 미치는 요인이 콘크리트의 온도이다. 즉, 동일한 슬럼프 조건에서 콘크리트 온도가 높을수록 배합수량이 증대하기 때문에 콘크리트의 온도를 낮추는 방안도 필요하다.③ 시공상의 대책철근배근으로 균열의 량을 줄이고 적절히 균열을 분담시키는 방안이 바람직하다. 이를 통해 큰 균열보다 미세한 균열을 골고루 분포시키게 되므로 구조물의 안전성과 사용성을 확보할 수 있다. 특히, 단면이 얇은 부재의 건조수축은 철근의 효과가 큰 것으로 알려져 있으며, 바닥·슬래브·벽체에 대해서도 최소철근량 및 배근간격을 준수하도록 한다. 또한, 구조물의 길이가 길거나 방향이 변할 경우에는 적절하게 조인트를 설치하여 균열을 방지할 수 있도록 한다. 특히, 슬래브, 보도, 벽체와 같이 비교적 면이 큰 콘크리트는 스스로 균열을 일으켜 조인트를 형성하기 전에 적절하게 조인트를 주는 방안이 매우 효과적이다.2-2. 알칼리-골재반응에 의한 균열⑴ 발생원인이 가능한 수분함량을 최소화④ 균일한 시공 및 양생 철저⑤ 구조적인 대책 수립 : 균열발생을 억제하기 위하여 표면수의 신속한 배수(물끊기 설치) 및 철근의 피복두께 확보, 철저한 양생·다짐⑥ Polymer 등으로 표면 덧씌움2-4. 염해에 의한 균열⑴ 발생원인鹽害란 콘크리트內의 염화물, 또는 염분침해로 콘크리트를 침식시키고, 철근(강재)을 부식시켜 구조물에 손상을 일으키는 현상으로 여기서는 철근부식에 의한 균열을 정리하고자 한다. 철근의 부식은 화학작용 및 전류작용에 의한 부식으로 크게 나눌 수 있다. 일반적으로 철은 자연상태의 철에 전기에너지와 열에너지를 가하여 불안정한 상태에 존재하지만, 물·공기 등과 반응하여 안정된 상태로 되돌아오려는 성질을 나타낸다. 철근콘크리트에서는 철근을 보호하고 있는 피복 콘크리트의 강알칼리(pH 12.5∼13) 성분이 중성화되면서 화학작용을 일으킨다. 외부의 산성 물질이 철근과 작용하면서 체적팽창(약 2.6배)으로 균열이 발생하며, 이를 통해 계속적인 수분과 탄산가스(CO2)의 침투로 부식작용이 가속화된다. 또한, 수분을 포함한 콘크리트는 전도체에 가깝기 때문에, 누전 등에 의하여 전류가 흐르면 전기적 화학작용으로 부식을 일으키게 된다.⑵ 방지대책철근부식에 의한 균열의 발생형태는 대부분 철근방향과 평행하게 일어나고, 구석부위의 콘크리트가 파손되는 형태를 나타내는데, 이에 대한 대책은 다음과 같다.① 염분의 제거 : 바닷모래를 사용할 경우, 염화물 함량을 0.04%이하(NaCl로 절건중량), 콘크리트내 Cl-이온을 0.3㎏/㎥이하, 배합수의 염소이온을 200ppm이하(국내 150ppm이하)로 관리한다.② 염분의 고정화 : 염분과 결합하여 용해도가 매우 낮은 안정한 화합물 생성으로 염분을 제거한다.(예 : 염화물알미네이트 ⇒ Friedel염 생성 : 난용성)③ 철근의 표면처리 : 부식에 강한 금속 또는 합성수지 도포 (아연도금)④ 콘크리트의 밀실화 : 국부전지의 음극반응(½O2H2O→2(OH)- 억제, 물/시멘트비 감소,재료선정·배용을 위해서도 사전에 철저한 양생계획을 세우고, 정확한 시공절차와 품질관리를 준수하는 것이 필요하다.3-2. 설계오류에 의한 균열⑴ 발생원인콘크리트를 타설할 부재의 특성과 전체 구조체의 구조거동을 충분히 이해하지 못하였을 경우에는 응력이 집중되거나 구조체의 일체성이 결여되어 구조체에 균열이 발생하는 경우가 있으며, 기초의 부동침하, 단면철근의 부족, 과하중 등에 의해서도 구조체에 균열이 발생하는 경우가 많다. 이러한 균열은 타설 직후에 발생하는 경우보다 장기간에 걸쳐서 발생하는 경우가 많기 때문에 사전에 지형 및 구조설계의 조건에 대한 면밀한 검토가 필요하다.⑵ 방지대책지금까지 현장에서는 도면대로 시공하면 최선을 다하는 것으로 많이 인식하고 있으나, 최근 턴키공사가 활발히 이루어지고 있고 시공분야의 기술력 향상으로 현장조건을 고려한 설계도서의 면밀한 검토가 요구되는 경우가 많다. 따라서 시공자의 입장에서 설계도면에 대한 정확한 분석과 오류를 확인하고 실제 현장의 조건과 비교하여 개선해 나가는 노력이 필요하다.3-3. 사용하중에 의한 균열⑴ 발생원인콘크리트를 타설하는 과정에서 부재가 받는 하중이 설계하중보다 클 경우에는 균열이 발생하게 된다. 이러한 현상은 현장에서 콘크리트의 타설 초기에 유발하중으로 인하여 부재에 발생하거나 프리캐스트 부재의 운반·설치과정에서 부주의로 인하여 영구적인 균열로 남는 경우도 있다. 또한, 프리텐션 부재의 긴장 완화 시에 응력방출로 균열이 발생되는 경우도 있다. 이외에도 증기양생으로 제작되는 콘크리트의 온도구배를 잘못 선정하여 발생하는 열충격에 의한 균열, 두꺼운 프리캐스트 부재의 급격한 냉각에 의한 표면균열, 한중 콘크리트 공사에서 난방기구의 사용에 의한 열응력 균열 등이 시공하중에 따른 균열로 분류할 수 있다.⑵ 방지대책현장에서 콘크리트를 타설·양생하는 과정에서 유발하중이 가해지지 않도록 시공계획 및 공사 관리에 있어서 철저한 보양 및 규정을 준수하도록 해야 할 것이다. 특히, 프리캐스트를 공장에서 운반하여 현장적치·양중·설치하는.

공학/기술| 2005.06.27| 17페이지| 1,000원| 조회(796)

콘크리트, 매스콘크리트, 파괴역학, 균열, 수화열

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[건축재료 및 시공] 재생골재를 사용한 콘크리트의 구조체 활용을 위한 강도증진 방안

재생골재를 사용한 콘크리트의 구조체 활용 위한강도증진 방안 연구1. 연구개발의 필요성가. 기술개발의 중요성?필요성우리나라 건설교통부의 ‘건설산업 폐기물의 리사이클링 시스템 및 재활용 기술개발에 관한 연구’에 따르면 1995년 이후의 전체 폐콘크리트의 발생 추정 및 예상량은 다음의 과 같다. 이는 90년대 초반에 이루어진 연구결과로 최근에 각종 재개발의 열풍이 부는 사회풍토를 감안한다면 이보다 더욱 많은 양의 폐콘크리트가 발생할 것으로 사료된다. 국내 폐콘크리트 발생 추정 및 예측량년 도구 분199519961997199819*************0폐콘크리트(천m3)2,5392,7192,9273,1303,3683,6225,3335,507이와 같이 막대한양의 폐콘크리트의 발생은 매립지 부족의 문제를 야기시킨다. 폐콘크리트 매립에 의한 복토재의 수요가 증가하여, 삼림파괴에 대한 우려가 있다. 환경처의 자료에 의하면 쓰레기 발생량은 l일 62,000톤, 연간 2천3백만톤이며, 이를 처리할 매립지 소요면적은 연간 80만평(여의도 규모)이다.[환경처('94), 환경백서] 현재, 김포 수도권 매립지를 제외하고는 대규모 매립지가 확보되어 있지 아니한 현실을 감안하면 매립지 확보대책은 심각한 실정이다. 반면, 건설폐기물의 총 발생량이 전체 폐기물의 30～40%를 점하고 있으므로 건설폐기물의 재생이용은 매립지 사용연한을 늘릴 수 있다는 측면에서 또 하나의 자원절약의 의미를 갖는다.한편 우리나라는 경제적 급성장을 거듭하며, 수많은 콘크리트 구조물이 건축되면서, 콘크리트에 사용되는 잔골재 및 굵은 골재의 수요가 급증하였고, 필연적으로 골재부족에 대한 우려가 나타났다. 게다가 사회적으로 환경에 대한 관심이 높아져 골재의 채취가 더욱 어려워지고 있는 실정이다. 현재 국내에서 생산되는 자연골재는 이미 고갈의 위험을 우려하지 않을 수 없다. 골재원의 장기적인 수급대책을 세우지 않는다면 2천년대에는 골재수입이 불가피하게 될 것이라는 평가가 나오고 있다. 건설교통부에 따르면 우리나라의 골재부및 특수폐기물(Special Waste)은 약 2억 600백만톤이고 이중 건설업과 관련한 토사, 건설폐기물이 l억2,000만톤으로 가장 많아 전체의 60%정도를 점유하고 있다.'89년 통일후에는 구동독지역의 개발과 함께 이 지역으로부터의 건설폐재 발생량이 급격히 증가하였다. 통일 후 독일 연방정부는 l990년 [건설폐기물억제를 위한 목표결정안]을 마련하여 건설폐기물의 재활용대책을 강구하였다.③ 기타 국가들의 건설폐기물 재활용 현황이상에서 언급한 일본, 독일의 사례 외에도 영국, 미국, 덴마크 등도 건설폐기물의 재활용이 활발히 추진되고 있다. 영국은 매년 2,000만톤 이상의 건설 폐자재가 발생되고 있으며 그중 콘크리트가 50～55%, 폐벽돌이 30～40%에 달하고 있다. 영국의 경우 대부분의 건설폐기물이 순환골재로 재활용되고 있으며 천연골재의 고갈, 자원 및 에너지 절약의 중요성이 재인식되면서 건설폐기물의 재활용이 증가되고 있다.덴마크는 폐콘크리트를 l929년에 도로포장, 1959년에는 공항에서의 도로포장, 1969년에는 자동차용 도로포장에 활용하였다. 최근 건설폐기물의 발생량이 증가되면서 폐콘크리트의 재활용에 대한 다양한 연구가 추진되고 있다.프랑스는 1976년 파리근교의 자동차 도로 보조기층과 노반재에 사용된 이후 현재 파리지역에서는 일상적으로 사용되고 있으며, 미국의 경우도 연방도로국(Federal Highway Administration : FHWA) 주도하에 건설폐기물의 재활용시범사업을 적극 추진하고 있다. 이상에서 언급한 바와 같이 주요 선진국의 경우도 건설폐기물의 재활용이 도로의 보조기층재와 노반재 등 토목공사에 주로 사용하고 있음을 보여주고 있다. 앞으로는 노반재 중에서도 고급의 기층재 용도로 사용하는 방안에 대한 연구가 활발히 추진되고 있으며, 건축자재의 부족과 함께 고도 선별처리 후 건축자재로의 이용방안이 활발히 추진되고 있다. 재활용기술개발에 대한 국가차원과 그룹차원의 공동연구가 활발히 추진되고 있으며 앞으로 건축분야에서도 재생부산물이 활발는 다음과 같은 문제가 있다.① 재생 골재의 입형이 거칠어 작업성이 떨어지는 문제가 있다. 또한 이를 보완하기 위하여 물-시멘트비를 증가하면, 수화열이 크게 발생하고, 건조수축량이 증가한다.② 재생골재의 공극이 커서 흡수율이 크다. 이는 상기한 바와 같은 문제를 발생시킨다.③ 물-시멘트비를 낮추기 위하여 혼화제, 즉 플라이애쉬 등을 첨가하는 경우, 건조수축을 감소시키며, 강도는 향상되나 동결융해의 저항성이 크게 감소되는 것으로 나타났다.상기 문제를 해결하기 위해서는 구조물에 사용 가능한 재생콘크리트 최적배합을 위해서는 물-시멘트비를 낮추고, 플라이애쉬의 혼입률을 낮추며, 재생골재의 혼입률을 높이는 방안이 강구되어야 한다. 따라서 재생골재콘크리트는 품질의 확보를 위한 최대한의 배려가 필요하나 현장에서는 현실적인 어려움이 있는 것이 사실이다. 따라서 재생골재콘크리트를 프리캐스트 제품화하는 것이 소요의 품질을 확보하며, 효과적인 재생골재콘크리트의 실용화에 대한 대안이 될 수 있을 것으로 사료된다.이상과 같이 현재 폐콘크리트의 재활용은 재생시멘트, 재생골재 등으로 재생산되며, 이 중 폐콘크리트의 재생골재 사용용도는 비구조체에만 매우 제한적으로 사용되고 있고, 재생골재 및 재생콘크리트와 관련된 연구는 주로 재료적인 성능에 치우쳐 있을 뿐 아니라 연구결과에 의하면 품질관리의 어려움과 내구성에 문제가 있는 것으로 나타났다.표 3. 재생콘크리트 관련 연구결과구 분연구 결과비 고목 적변 수결 과재생콘크리트의공학적 특성건조수축량재생콘크리트실용화순환골재 혼입률70～80% 증가구봉근 외탄성계수재생콘크리트 일반구조물에 적용배합비탄성계수15～40%저하이봉학 외 3명압축강도재생콘크리트의 품질확인순환골재 혼입률소요강도 확보가능작업성 개선 필요남영국 외 3명인장강도, 휨강도재생콘크리트의 품질확인순환골재 혼입률소요강도 확보가능작업성 개선 필요남영국 외 3명동결융해 성능재생콘크리트 일반구조물에 적용순환골재 혼입률플라이애쉬 혼입률성능개선이진용 외 3명재생골재의품질특성안정성 마모감량과 파쇄강도화학지에 효과가 있을 뿐 아니라, 재사용 골재를 사용함으로써 제품생산의 재료비가 감소하여, 경제적인 효과도 기대된다.마. 기술 개발시 예상되는 파급효과 및 활용방안본 연구과제를 통하여? 기존의 순환골재 파쇄, 처리공정을 개선? 재생골재를 사용한 콘크리트 배합기술 제시,? 1차적인 구조 제품에 재생콘크리트를 사용함으로써 부가가치를 창출? 재생콘크리트의 구조재로서의 성능에 대한 기초자료 제시? 폐콘크리트를 저감시킴으로써 환경오염을 방지? 기계화 시공이 가능한 프리캐스트화를 통해 교량의 유지관리비용을 절감하고, 지중암거의 쾌속시공으로 공기 단축을 실현하여 사회간접비용의 절감? 건설기술 및 콘크리트 산업의 적극적인 건설폐기물 재활용으로 산업전반에 대한 이미지 제고? 전반적인 콘크리트 기술의 향상에 기여할 것으로 사료된다.2. 목표 및 내용가. 최종목표1) 최종목표본 연구의 구체적인 내용은 다음과 같다.- 재생골재의 품질저하에 가장 큰 요인으로 작용하는 고흡수율을 30% 이상 저감- 천연골재와 재생골재의 혼합사용을 위하여 각 사용 용도별 최적 혼합비 도출하고 콘크리트 2차 제품 및 재생골재콘크리트의 활용가능성 극대화- 재생골재를 사용한 레미콘강도 400kgf/cm2 이상의 콘크리트 제조를 위한 범용적 배합기술 도출▶ 고품질의 재생골재 생산 및 수율 증대를 위한 처리공정 개선방안 도출재생골재의 생산 공정 및 처리 기술 개선을 통한 전반적인 물성의 개선방안을 도출하고자 한다. 특히 재생골재의 품질 저하에 가장 큰 요인으로 작용하는높은 흡수율에 대해 표면의 페이스트 제거 공정이나 공극의 처리 등 여러 가지 복합적인 기법을 활용하여 최고 30% 이상 흡수율을 저감시킬 수 있는 방안을 모색한다.▶ 재생골재를 사용한 콘크리트의 물성 개선 및 활용가능성 확대를 위한범용적 배합?제조기술 개발재생골재콘크리트의 역학적, 내구적 특성 평가를 통해 보통콘크리트에 비해 다소 취약한 재생골재콘크리트의 요구성능을 도출하고, 이를 중심으로 최적의 콘크리트 제조 기술 및 품질관리 방안을 도출한다. 특히이상 발현 여부- 재생골재콘크리트의 내구특성 검토를 통한 구조체로서의 적합성 검토 및 개선 방안 모색- 기타 특성에 대해 일반골재 콘크리트 물성에의 근접성 여부 확인▶ 재생골재를 사용한 2차 콘크리트 제품 적용에 관한 타당성 고찰전술한 바와 같이 폐콘크리트 재활용의 대부분은 국내외를 막론하고 토목용 성토재 및 노반재 등으로 활용되어 왔으며, 최근에 이르러 폐콘크리트로부터 발생되는 재생골재의 콘크리트용 골재로서의 재활용 노력이 경주되고 있다. 그러나 폐콘크리트를 비롯한 건축폐기물의 재활용 기술구축의 시작단계에 있는 국내의 경우는 이처럼 단순히 외국의 경우를 바탕으로 재활용 방안과 용도를 설정하는 것이 바람직하지 못한 것으로 판단된다. 이는 건설산업의 환경과 조건이 판이한 각국의 실정 속에서 각기 자국의 실정에 적합한 재활용 처리시스템의 구축이 경제적이고 효율적인 방안으로서 성공 가능성이 있다는 상식적인 가정으로부터 유추할 수 있다.일반적으로 폐콘크리트가 재활용의 가능성이 높은 폐기물로서 인정받고 있는 것은 폐기물로서 발생되는 상태가 양호하고 비교적 용이한 처리와 가공을 통하여 쉽게 재활용할 수 있다는 장점이 있기 때문이며, 그로 인한 제반기술이 갖추어져 있기 때문이다. 따라서 이러한 특성을 고려한다면 재활용 방안으로 적합한 PC전주, PC파일, PHC파일 등 다양한 종류의 2차제품 생산과 활용은 순환골재의 구조용 콘크리트로서 활용으로 그 가치가 상당하다고 할 수 있다.따라서 본 연구에서는 이러한 국내외 실정을 감안하고 재생골재의 생산과 품질특성을 최대한 활용할 수 있는 2차제품으로서의 적용에 관한 타당성을 고찰하기 위해 국내 실정에 적합한 용도 및 방향제시 및 재생골재의 활용이 가능한 2차 콘크리트 제품류에 대하여 조사함으로써 보다 진일보한 기술을 개발하기 위한 자료로써 활용하고자 한다.▶ 배합요인에 따른 재생골재콘크리트의 물리적, 역학적 특성 및 강도증진 방안연구재생골재콘크리트의 역학적 성능은 재생골재의 혼입율이 증대될수록 그리고 재생잔골재 및 미립분 사용량이.

경영/경제| 2005.06.27| 17페이지| 1,500원| 조회(616)

콘크리트, 건축재료, 구조체, 재생골재, 건설폐기물구조체

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[건축재료] 콘크리트의 시험- 중성화・크리프・동결융해 시험 평가A좋아요

콘크리트의 시험- 중성화?크리프?동결융해 시험Ⅰ. 중성화 시험1. 개요 및 방법콘크리트는 응결과정에서 수화반응으로 수산화칼슘(Ca (OH)2)이 형성되어 pH 12~13을 나타나게 되나, 시간이경과함에 따라 대기중의 탄산가스(CO2 : 0.03%)가 침투하면, 다음식에서와 같이 시멘트의 수화에 의해 생성된 수산화칼슘(Ca (OH)2)과 반응해서 비활성의 탄산칼슘(CaCO3) 으로 변화한다. 이에 따라, 콘크리트의 액성(pH)이 알칼리성(pH 12∼13)에서 중성화(pH 8.5∼10)으로 변화한다. 이를 콘크리트 중성화라 한다.CaO + H2O → Ca(OH)2Ca(OH)2 + CO2 → Ca(OH)3 + H2O{ Ca(OH)3 → 중성 }중성화의 판정은 페놀프탈레인 1%의 알콜 용액을 콘크리트면에 뿌리면 알칼리성의 부분은 붉은 보라색으로 나타나기 때문에 색깔이 변하지 않는 부분을 중성화된 것으로 판정한다.2. 중성화에 따른 열화콘크리트속에 뭍혀있는 철근은 콘크리트의 알카리성에 의해 부식환경으로부터 보호되고 있으나 시간의 경과에 따라 콘크리트의 알카리성분이 중성화가 진행된다. 철근의 표면에 부동태 피막이 생성되는 것은 pH=11 정도 이상의 강알칼리 환경이 필요하고 중성화하면 부동태 피막이 소멸되므로 강재가 부식된다. 따라서, 장시간 경과한 콘크리트는 녹을 발생시켜 철근을 부식, 철근의 부착강도 저하, 철근단면적 감소로 인한 저항모멘트의 저하, 피복 콘크리트의 균열 박리 등을 발생시켜 미관, 기능 및 안정성이 저하된다. 중성화 속도는 콘크리트의 투시성, 옥내·옥외의 환경조건, 콘크리트 표면의 마무리재의 종류 등에 따라 다소 다르고, 특히 중성화한 콘크리트 중으로 탄산이 들어오면 부식은 급속하게 진행되는 것으로 알려지고 있다. 이러한 중성화반응은 일정속도로 장기간 동안 진행되며, 이는 자연적인 현상으로 억제할 수 없다.3. 측정방법조사대상 구조물에 임의의 개소(가능한 철근매립부분)에 코어를 뚫고 청소를 깨끗이 한 후 1%의 페놀프탈레인 용액을 분사하면 알칼리성 부분(pH=10이상)은 분홍색으로 변하며 색상의 변화상태에 의해 중성화 정도를 파악한다. 이때 코어채취할 때 콘크리트 내부의 분말이 중성화부분에 덮여 중성화를 왜곡시킬 수 있으므로 깨끗이 청소 후 실시하여야 하며, 코아채취후 48시간이지나면 표면이 중성화될 수 있어 측정이 불가능 하므로 채취 즉시 시험을 행하는 것이 가장 좋다. 또한 코어 채취가 곤란할 때는 시설물에 손상을 주지 않는 부위에서 약간 V-Cut 나 모서리부에 파취하여 중성화시험을 실시할 수 있다.4. 판 정(1) 중성화의 이론적인 깊이추정중성화 깊이를 추정하는 실험식은 여러 가지가 있지만 일반적으로 사용되고 있는 岸谷式을 적용한다.岸谷式 ; W/C < 0.6 인 경우 t = (7.2 X2 )/ (R2(4.6W/C-1.76)2 * 100)W/C > 0.6 인 경우 t = (X2(0.3 * (1.15+3W/C)))/(R2 (W/C-0.25)2 *100)여기서 t ; 경과시간(년), X ; 중성화깊이(mm), W/C ; 물시멘트비, R ; 중성화비율상수(강자갈,보통포틀랜드시멘트는 1.0적용)(2) 중성화에의한 성능저하등급중성화에 의한 콘크리트의 성능저하등급은 아래에 의하고 이표에서 등급 A, B, C, D, E로 할 수 있으며, 등급D, E의 경우는 철근의 부식도를 검토 하여야하며, 필요한 경우에는 보수를 하여야 한다. 중성화에 의한 성능저하 등급등급중성화 깊이비 고A표면으로부터 0.5cm 이하중성화 속도 추정B표면으로부터 피복 두께의 1/3 또는1.0cm 이하중성화 속도 추정, 도장 등 보호 필요C표면으로부터 피복 두께의 1/2 또는1.5cm 이하중성화 속도 추정, 도장 등 보호 필요D표면으로부터 피복 두께 또는 3.0cm 이하중성화 속도 추정, 염화물 함량과 철근부식도 검토 또는 보수 필요E표면으로부터 철근 위치 이상철근부식도 또는 보수 필요5. 결과 분석각 시설물의 평균피복두께와 중성화 깊이의 평균 측정치를 비교한 결과 중성화로 인한 철근 부식의 우려는 없는 것인지 판단하고, 이론적인 중성화깊이 추정치와도 비교분석한다. 이때 철근피복두께가 설계값이나 철근 피복두께 측정값과 중성화 측정값만 비교할 것이 아니라 철근피복부족구간 및 철근노출구간은 철근부식이 진행되고 있는 것을 판단하여야한다. 중성화 측정 결과표(Sample)위 치중성화 깊이(mm)경과년수(년)진행속도(mm/년)비 고교대5150.33교각4150.276. 중성화에 의한 열화 방지 대책중성화를 방지하기 위해서는 재료, 설계, 시공의 3가지 측면에 대하여 대책을 수립하여야 한다.(1) 재 료재료는 공극이 적은 재료를 선정하고, 유해성분(NaCl, 점토)이 포함되지 않는 재료를 선정한다.(2) 설 계설계할 때에는 철근의 피복두께를 두껍게 하고, 스페이서 등을 작은 간격으로 배치하며, 물·시멘트비를 작게 하고, 혼화제(AE감수제, 방청제등)를 사용한다. 그리고 시공결함(Bleeding, Cold Joint 등)이 생기지 않도록 시공하며, 반드시 콘크리트의 표면처리를 하고 CO2 와 SO3 에 대해서 유효한 마무리재로 시공한다.(3) 시 공시공할 때에는 정성들인 세심한 시공 및 충분한 다짐을 하고, 초기 양생을 철저히 하며, 될수 있는대로 시공이음을 줄여 준다.Ⅱ. 수축 및 크리이프(creep) 시험KSF 24531. 적용범위굵은골재 최대치수 50mm 이하의 콘크리트동일치수의 공시체를 재하한 것과 재하하지 않은 것의 변형율을 비교하여 그 차로서 크리이프를 구하는데, 부재의 처짐을 직접 구하는데는 적용하지 않는다.2. 공시체수3개 원칙, 각 시험 조건에 대해 적어도 6개 필요2개는 압축강도 2개는 하중재하 변형측정, 2개는 하중이외의 원인으로 일어나는 변형율 조사3. 시험방법① 크리이프 공시체에 재하 하기전에 압축강도 측정② 크리이프 공시체에 재하재형의 압축강도의 40%이하가 되도록 재하③ 변형측정 : 재하직전, 직후 2∼6시간 후, 1일, 1주, 1월④ 변형 측정 전에 하중측정, 2%이상 변할 때 재조정재하한 공시체와 같은 요령으로 표준공시체의 변형측정4. 계산- 크리이프 공시체와 표준공시체의 평균변형율의 차를 평균응력으로 나눈값을 단위응력에 대한 합계 변형율로 한다.- 반대수지에 가로축은 시간 세로축은 단위응력에 대한 총변형율 Plot- 1/E 과 F(K)를 구한다.- ε = (1/e)+ F(K) in(t+1)ε : 단위응력에 대한 총 변형율1/E : 단위응력에 대한 초기 탄성변형률이며 재하직전 및 전후의 변형율을 구한다.E : 순간 탄성계수t : 재하시간(일)F(K) : 크리이프 율 ; 반대수지에 Plot한 크리이프 곡선을 직선으로 보고 그 경사를 구해 크리리프 율로 한다.Ⅲ. 동결 융해 저항성 시험콘크리트의 동결 융해 작용에 대한 저항성은 골재의 품질, 콘크리트의 배합 및 콘크리트의 내부 기포 조직 등에 따라 차이가 있다. 또한 실제 구조물 콘크리트에서는 기상 조건, 구조물의 종류, 노출 조건 등에 따라 성능 저하의 정도는 현저하게 달라진다. 현재 일반적으로 사용되고 있는 방법은 콘크리트의 동결 융해작용을 반복시켜 실제 기상 조건하에서의 동결작용을 재현시켜 시험을 행하는 것을 기본으로 하고 있다. 이러한 시험 방법에는 ASTM의 방법이 각국에서 가장 많이 채용, 사용되고 있다.1. ASTM의 방법 (ASTM C 666, KS F 2456)이 방법은 콘크리트 공시체의 급속 동결작용에 대한 저항성을 구하기 위한 목적으로 규정되었으며, 일반적으로는 혼화재료 및 종류, 콘크리트의 배합조건 등의 영향에 대하여 비교하는 경우에 많이 사용된다.

공학/기술| 2005.06.27| 8페이지| 1,000원| 조회(1,735)

건축재료, 중성화, 클리프, 동결융해, 시험방법

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[건축재료] 21세기 건축과 목재

21세기 건축과 목재목 차1. 목재이용과 지구환경1.1 나무 한 그루가 지구온난화에 미치는 영향1.2 탄소순환의 과거, 현재 그리고 미래1.3 세계의 산림자원1.4 지구환경에 걸 맞는 목재이용1.5 도시 속의 숲1.6 제로에미션(Zero Emission)2. 목조건축의 이해와 종류2.1목조건축의 종류2.1.1 경량목구조(Light weight Wood Building)2.1.2 기둥-보 구조(Post & Beam)2.1.3 중목구조(Heavy Timber Framing system)2.1.4 통나무 구조(Log House)2.2 목조주택의 시공법2.3 목구조 조적조 철근콘크리트조의 차이점3. 목조주택의 구조 설계 및 시공관리3.1 목조주택의 구조설계3.2 목조주택의 구조 특성3.2.1 수직하중 저항구조3.2.2 수평하중 저항구조3.2.3 접합 구조3.3 설계 하중3.3.1 영역3.3.2 수직 하중3.3.3 수평 하중3.3.4 하중 조합3.4 구조 설계의 원리3.4.1 허용응력 설계법(ASD)3.4.2 목구조 설계 기준4. 목질 복합재료4.1 합판4.2 집성재(laminated wood)4.3 삭편판(particleboard)4.4 섬유판(fiberboard)4.4.1 연질 섬유판(insulation board, tex)4.4.2 경질섬유판 반경질섬유판5. 구조용 집성재5.1 개요5.2 특성5.3 구조용 집성재 구조물5.4 집성재의 효과6. 21세기 목재문화운동6.1 목재문화운동의 필요성6.2 목재문화와 목재문화운동의 개념 특성6.3 21세기 목재문화운동의 추진방향6.4 목재가 인체 교육 주거생활에 미치는 효과1. 목재이용과 지구환경태양에서 지구로 쪼여주는 에너지의 량은 태고부터 지금까지 변하지 않지만, 지각에서 에너지를 받아들임은 몇 차례의 빙하기가 말하듯이 변동되고 있다. 산업혁명 이후, 화석연료의 소비증가에 따라 대기 중의 계속해서 상승하는 탄산가스 농도는 오늘날의 지구온난화와 결코 무관 하지 않다는 것은 누구나 알고 있는 사실이다. 지구온난화는 인류생존과원이용의 질적인 변화가 절실히 요구된다.국제적으로 동일한 기준에서 산림자원량의 조사가 실시되어 진 것이 없고, 세계각국의 산림면적이나 산림자원량을 정확하게 산정하는 데는 어려움이 있지만, 지금 전 세계 산림면적은 약 35억 ha, 이 가운데 약 15억 ha를 선진국이 보유하고 있다. 자원으로서 목재를 공급할 수 있는 산림면적(상업림)은 전 산림면적의 거의 50%에 상당하는 약 17억 ha이며, 선진국과 개발도상국에 거의 같은 비율로 분포하고 있다.상업림의 약 6%에 지나지 않는 약 1.1억 ha가 인공림이다. 인공림도 선진국이나 개발도상국이 거의 균등한 상태로 보유하고 있으며, 나라별 인공림 보유면적의 크기는 중국(2,100만 ha), 인도(2,000만 ha), 러시아(1,700만 ha), 미국(1,300만 ha), 일본(1,067만 ha)이며, 우리나라는 220만 ha의 보유면적과 인도네시아에 해외조림지를 확보하고 있다. 금후 인공림으로는 소나무, 유카리, 아카시아 등의 속성수의 조림이 증가할 것으로 예측한다.. 목재의 50%가 신탄재산림자원의 이용에 눈을 돌리면 용재(제재, 목질재료 및 종이 펄프의 원료로서 이용되고 있는 목재)로서 이용이 약 17억 ㎥으로 산림자원으로 수확된 량의 약 48%에 상당한다. 그 외는 신탄재 등의 에너지원으로 소비되고 있다.선진국의 인구는 세계인구의 4분의 1에 해당하지만, 용재의 소비는 4분의 3을 차지한다. 한편 개발도상국은 에너지원으로 산림자원의 대부분을 소비하고 있다. 그러므로 개발도상국에 산림자원을 지나치게 사용하지 않는 에너지 혁명(전력이나 석탄 등의 공급)이 일어난다면 용재로서의 이용가능한 자원량이 증가할 수 있을 것이다.중국에서는 1970년대 초반에 수확된 산림자원의 약 75%를 신탄재 등의 에너지원으로 이용하였지만, 석탄의 공급이 증대되면서 에너지원으로서 목재의 이용이 감소하였으며, 1990년대 초기에는 전 산림자원 소비량의 3분의 1이하로 줄어들었다. 반면 용재로서 이용은 약 1억 3천만 ㎥에 달하며, 전 소비되며, 통나무 건축(Log Building)은 수공식 통나무 건축(Handcraft Log)과 기계식 통나무 건축(Machine Cut Log)으로 구분된다.이 중 주거형태의 목건축에 널리 적용되고 있는 공법은 경량 목구조공법이다. 이 공법은 다시 플랫폼과 밸룬(Platform/ Balloon)의 두 가지 공법이 있는데, 주거용으로는 Platform 법이 가장 많이 사용되고 있다. 우리들이 알고 있는 통나무 건축공법은 펜션이나 카페 등의 상업용 건축물에서 많이 적용된다.2.1.1 경량목구조(Light weight Wood Building)(1) 발룬 구조(Balloon Framing)1830년 경, 기존의 기둥-보 방식(Heavy Timber Constuction)에서의 칸막이 벽체로 사용된 소단면 각재의 프레임이, 구조체에 전달되는 하중을 지지하기에 충분하다는 것을 알게되어 대단면의 기둥을 불필요한 것으로 만든 구조방식이 고안되었다. 그것은 작은 단면의 각재들만 사용하고 그 간격을 좁혀서,벽체에는 스터드(stud)로, 바닥에는 장선(joist)으로, 지붕에는 서까래(rafter)로 구성하는 방식이었다. 이러한 부재들은 목수들이 다루기에도 용이하였고,기계로 양산된 못으로 쉽고 신속하게 조립될 수 있었다.{이러한 구조법은 발룬(Balloon)구조라 이름지워 졌는데, 구조방식의 우수성과 건물을 가볍게 구성하여 풍선처럼 날아갈 듯한 인상에서 비롯되었다.발룬구조의 특징은 벽체 스터드가 기초에서 지붕에 이르기까지 2개층의 길이를 지니고 있다는 점이다. 이층 바닥은 이러한 2개층의 길이를 지니는 스터드의 중간에 끼워진 부재(ribbon)에지지된다. 지붕의 서까래와 천장틀은 벽체 스터드 상부의 두겁대(top plates)위에 지지된다.이러한 발룬구조의 가장 큰 약점은 벽체와 바닥장선의 결합방식이 화염 진행을 적절하게 차단하지 못하여 화재시 2개층에 달하는 스터드간의 중공이 연도의 역할을 하게되는 것이었다. 또한 이러한 스터드는 그 길이가 길어 시공 시 다루기 힘들었던 것이이며, 국내 실정에 맞는 자료가 없기 때문이라고 할 수 있다. 이러한 문제의 해결을 위하여 현재 건설교통부 및 대한건축학회가 공동으로 목구조설계기준 제정 작업을 하고 있다.3.1 목조주택의 구조설계목조주택은 주요 구조부가 목재로 이루어진 주택을 의미한다. 따라서 목조주택에서는 주택에 작용하는 여러 가지 하중들이 주택의 주요 구조부를 구성하는 목재부재들과 목재 접합부를 통하여 전달, 분산 및 지지된다.목구조는 콘크리트 구조물에 비하여 유연한 구조에 속한다. 다시 말하면 비교적 큰 변형이나 진동을 자체적으로 흡수하는 성질을 가지고 있기 때문에 콘크리트 구조물처럼 어느 순간에 급격하게 무너져 내리는 사태의 발생 가능성이 낮다고 할 수 있다. 비록 목조주택에서는 건축 후 바로 나타나는 변형이 적을지라도 장기적으로 하중이 작용하는 상황과 주변 환경의 온도 및 습도가 변화되면 변형이 서서히 증가하는 크리프(crep)현상을 나타낸다.따라서 등급과 치수, 함수율 등이 부적절한 목재를 주택의 구조부재로 사용하게 되면 장기하중 하에서의 과도한 변형으로 건축 후 상당 시간이 흐른 다음엔 하자나 과도한 변형 이 발생하는 원인이 될 수 있다.구조물에 작용하는 하중의 종류, 크기, 방향, 성질 등을 종합하여 각 부재에 작용하는 인장, 압축, 휨 및 전단 응력의 크기를 계산하고 이를 견딜 수 있는 수종, 치수, 및 등급을 결정하게 된다. 이와 같은 구조계산의 적용을 위하여 먼저 구조용 목재의 수종, 등급 및 치수별 강성 및 강도에 대한 정확한 자료가 필요하고 사용되는 목재의 성질을 확인할 수 있는 등급구분 규정과 그 규정의 정확한 적용이 필요하다.구조용 목재에서 올바른 품질의 확인이 필요한 이유는 바로 이와 같은 구조계산의 적용에 의한 안전의 확보를 위한 것이라고 할 수 있다.3.2 목조주택의 구조 특성주택이 하중을 지지하는 원리에 따라서 크게 기둥-보 구조(column - beam system)와 상자형 구조(box system)로 구분할 수 있다. 기둥-보 구조는 큰 치수의 기둥과 하다.0.5~1.5mm소드 베니어판재를 만드는 것과 같은 방법으로 얇게 톱으로 쪼개는 단판으로 만든 것이다.* 아름다운 결을 얻을 수 있다.* 결의 무늬를 좌우 대칭의 위치로 배열한 합판을 만들 때에 효과적이다.1~6mm(3) 합판의 특성- 판재에 비해 균질이며, 유리한 재료를 많이 얻을 수 있다.- 단판을 서로 직교시켜서 붙인 것이므로 잘 갈자지지 않으며, 방향에 따른 강도의 차가 적 다.- 단판은 얇아서 건조가 빠르고, 뒤틀림이 없으므로 팽창, 수축을 방지할 수 있다.- 아름다운 무늬가 되도록 얇게 벗긴 단판을 합판 양 표면에 사용하면 값싸게 무늬가 좋은 판을 얻을 수 있다.- 나비가 큰 판을 얻을 수 있고, 쉽게 곡면판으로 만들 수가 있다.(4) 일반 합판(Ordinary Plywood)다른 말로는 준내수 합판(準耐水合板)목재의 특성을 살리면서 다른 목질판류들보다 4대 공학적 강도(굽힘,늘임,압축,대패가공성)를 개량시켜 제조한 제품으로 주택 내외장, 천정, 벽, 악기, 가구, 인테리어, 건축 자재 등 그 용도가 매우 다양하다.일반합판에는 몸에 해로운 포르말린 냄새가 나는데 이는 우레아 포르말린 수지(접착제)를 쓰기 때문이다.일반적으로 MR GLUR 라고 하는데 포르말린 냄새가 10∼12ppm정도이다.아직 한국에서는 관심을 두고 있지 않지만 미국과 일본에서는 포르말린 냄새가 암을 유발한다고 강력한 규제를 두고 있다.미국에서도 내장제로 LFE(Low Formaldehyde Emission) 수지 합판을 쓰는 데 포르말린 냄새가 0.2ppm 정도이고, 일본에서는 F1/F2 라고 JAS(Japanese Agricultural Standard)규격을 가지고 있는데, F1은 0.5~0.7ppm이고 F2은 5~7ppm이다.(5) 거푸집용 합판(Concrete Forming Plywood)다른 말로는 내수합판(耐水合板)이라고도 하며 일반 합판보다 접착성, 강도 등에 중점을 두어 습윤 상태를 견딜 수 있게 제조된 콘크리트 거푸집용 합판이다.(6) 태고 합판(Phenoli않는다.

공학/기술| 2005.06.21| 47페이지| 2,000원| 조회(1,572)

목구조, 목조건축, 목질, 집성재, 목재문화운동

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