인천 서구 청라고등학교 학생휴게실 바닥판 신설 구조검토

안녕하세요. 강한건축구조기술사사무소입니다.

학교, 공공시설, 업무시설, 상업시설 등 기존 건축물 내부를 사용하다 보면 준공도면과 실제 시공 상태가 다른 경우가 종종 확인됩니다.

특히 도면상 오프닝으로 계획된 구간에 임의로 바닥판이 설치되어 있거나, 기존 구조도면에 없는 철골부재,

각파이프, 합판 바닥 등이 시공되어 있는 경우에는 반드시 구조검토를 통해 안전성을 확인해야 합니다.

이번 프로젝트는 인천광역시 서구에 위치한 청라고등학교 지상 2층 학생휴게실 바닥판 신설에 따른 구조안전성검토 사례입니다.

현장조사 결과, 해당 위치는 기존 도면상 오프닝으로 계획된 구간이었으나 실제 현황에서는 각형강관,

즉 각파이프와 합판으로 구성된 바닥판이 설치되어 있는 것으로 확인되었습니다.

이는 당초 설계 의도와 다른 구조 조건에 해당하므로, 현행 구조기준에 따라 구조안전성을 다시 확인할 필요가 있었습니다.

바닥판 신설 구조검토가 필요한 이유

기존 건축물에서 바닥판을 신설하거나 오프닝 구간을 막아 사용하는 경우, 단순히 바닥이 생기는 것처럼 보일 수 있습니다.

하지만 구조적으로는 새로운 하중이 기존 보와 슬래브, 기둥으로 전달되는 구조변경에 해당할 수 있습니다.

특히 학교시설의 학생휴게실처럼 다수의 사용자가 이용하는 공간은 활하중을 고려해야 하며,

바닥판의 강도뿐 아니라 처짐과 진동 등 사용성도 함께 검토해야 합니다.

이번 현장의 기존 바닥판은 각파이프와 합판으로 구성되어 있었습니다.

이러한 구조는 임시적인 바닥 구성으로는 사용될 수 있으나,

교육시설의 학생휴게실처럼 지속적인 사용하중이 작용하는 공간에서는 구조내력과 사용성 확보 여부를 반드시 검토해야 합니다. 

구조검토 결과, 기존 각파이프 바닥 구조는 소요하중이 설계내력을 초과하고, 수직처짐 또한 허용 기준을 만족하지 못하는 것으로 확인되었습니다.

하중 증가와 구조안전성검토

본 구조검토에서는 기존 바닥판 상태와 데크슬래브 및 철골보를 신설하는 상태를 구분하여 구조안전성을 검토하였습니다.

기존 학생휴게실 바닥판은 합판 마감 위주로 구성되어 있었기 때문에 고정하중은 상대적으로 작았지만,

데크슬래브를 신설하는 경우에는 콘크리트 및 마감 자중이 추가되어 고정하중이 크게 증가하게 됩니다.

보고서 검토 결과, 바닥판 신설부의 고정하중은 기존 0.80kN/㎡에서 신설 후 5.05kN/㎡로 증가하였으며,

계수하중은 7.36kN/㎡에서 12.46kN/㎡로 증가하는 것으로 확인되었습니다.

계수하중 기준으로는 기존 대비 약 170% 증가하는 조건이므로,

단순 경험이나 육안 판단이 아니라 구조해석을 통한 구조검토가 필요한 상황이었습니다.

또한 본 검토에서는 보수적인 안전성 평가를 위해 기존 건축물 안전성 평가 시 적용할 수 있는 완화된 강도감소계수가 아니라,

신축 구조물 설계와 동일한 강도감소계수를 적용하여 구조안전성검토를 수행하였습니다.

이는 학생들이 사용하는 교육시설이라는 점과 신설 바닥판의 장기적인 안전성을 고려한 검토 방식입니다.

3차원 구조해석 및 검토 방법

강한건축구조기술사사무소는 발주처 제공 구조도면과 현장조사 결과를 바탕으로 지상 2층 구조해석 모델을 구축하였습니다.

조해석은 MIDAS MODS, GEN, SDS, DESIGN+ 및 BeST PRO 프로그램을 활용하여 수행하였으며,

전체 골조의 하중 전달 경로와 주요 부재의 내력비를 검토하였습니다.

검토 대상은 기존 철근콘크리트 보, 신설 데크슬래브, 신설 철골보, 바닥판 처짐 등이었습니다.

기존 구조물의 경우 바닥판 신설 전후를 비교하여 보 부재에 작용하는 모멘트와 전단력 증가율을 확인하였고,

신설 구조물의 경우 데크슬래브와 철골보가 활하중과 고정하중을 안전하게 지지할 수 있는지 검토하였습니다.

구조검토 결과

구조검토 결과, 바닥판 신설로 인해 기존 구조부재의 소요내력은 최대 약 15% 증가하는 것으로 확인되었습니다.

그러나 기존 철근콘크리트 보 부재는 설계강도가 소요강도를 상회하여 구조안전성에는 문제가 없는 것으로 판단되었습니다.

반면 기존 각파이프 부재는 구조적 안전성을 확보하지 못하는 것으로 검토되었습니다. 특히 기존 각파이프는 조합응력비가 기준을 초과하였고,

수직처짐 검토에서도 장기처짐이 허용값을 크게 초과하는 것으로 확인되었습니다.

따라서 기존 각파이프와 합판 바닥판을 그대로 사용하는 것은 적절하지 않은 것으로 판단되었습니다.

이에 따라 데크슬래브와 철골보를 신설하는 방안으로 재검토를 수행하였습니다. 검토 결과,

신설 데크슬래브는 1방향 콘크리트 슬래브 조건에서 구조내력을 만족하는 것으로 확인되었으며,

신설 철골보 역시 조합응력과 전단 검토에서 모두 허용범위 이내로 확인되었습니다.

또한 수직처짐 검토에서도 신설 후 순간처짐과 장기처짐 모두 허용기준을 만족하여 사용성 기준을 확보하는 것으로 검토되었습니다.

최종적으로 청라고등학교 지상 2층 학생휴게실에 데크슬래브 및 철골보를 적용하여 바닥판을 신설할 경우,

기존 구조물과 신설 구조물 모두 구조적인 안전성을 확보하는 것으로 판단되었습니다.

바닥판 신설 시 주의사항

기존 건축물에 바닥판을 새로 설치하는 경우에는 단순히 철골부재를 걸치고 합판을 설치하는 방식으로 판단해서는 안 됩니다.

실제 사용하중, 활하중, 바닥 마감하중, 장기처짐, 접합부 조건, 기존 구조체의 내력까지 종합적으로 검토해야 합니다.

이번 구조검토에서도 현장여건이 보고서에서 제시한 조건과 달라지는 경우에는 구조기술자에게 재검토를 의뢰해야 하는 것으로 정리하였습니다.

또한 매입플레이트 설치 시에는 콘크리트 최하단 면으로부터 일정 이격거리를 확보해야 하며,

접합부 상세와 시공 조건을 준수하는 것이 중요합니다.

강한건축구조기술사사무소

강한건축구조기술사사무소는 바닥판 신설 구조검토, 데크슬래브 구조검토, 철골보 구조검토,

학교시설 구조안전성검토, 기존 건축물 구조검토 및 구조안전확인서 발급 업무를 수행하고 있습니다.

학교, 학원, 공공시설, 상업시설, 업무시설에서 기존 오프닝 구간을 바닥으로 사용하거나,

임의 설치된 바닥판의 안전성이 우려되는 경우에는 시공 전 구조검토를 통해 안전성을 확인하는 것이 중요합니다.

강한건축구조기술사사무소는 현장조사, 구조도면 검토, 3차원 구조해석, 보강안 검토, 구조안전확인서 발급까지 건축구조기술사가 직접 수행합니다.