KR20150138785A - 별도의 하중경로를 갖는 건축물의 수직증축 리모델링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신설되는 수직 증축부에 별도의 하중 경로를 제공하여 본래의 건축물에 하중부담을 주지 않도록 하는 기존 건축물의 증축 리모델링 방법에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 별도의 하중경로를 갖는 건축물의 수직증축 리모델링 방법은, (a) 기존 건축물의 수평 구조부재를 수평 방향으로 연장하는 수평 증축부를 증설하는 수평 증축부 구성 단계; (b) 수평 증축부를 수직으로 연결하는 수직 구조시스템과 수직구조시스템의 상부를 연결하는 수평 구조시스템을 형성하여 전이구조를 구성하는 전이구조 구성 단계; 및 (c) 전이구조 상부에 수직 증축부를 신설하는 수직 증축부 구성 단계;를 포함하며, 신설하는 수직 증축부의 하중이 기존 건축물에 전달되지 않고 전이구조를 통해 지반으로 직접 전달되는 것을 특징으로 한다.

Description

별도의 하중경로를 갖는 건축물의 수직증축 리모델링 방법{Vertical expansion remodeling method of existing building with seperate load path}

본 발명은 기존 건축물의 수직증축 리모델링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신설되는 수직증축부에 별도의 하중 경로를 제공하여 본래의 건축물에 하중부담을 주지 않도록 하는 기존 건축물의 증축 리모델링 방법에 관한 것이다.

건축물의 리모델링은 노후 건축물의 증가와 새로운 공간 및 기능에 대한 필요로 인하여 계속적으로 증가하고 있다. 사무소 및 근린생활 시설로 사용되는 중저층 건축물은 기존의 재건축의 대안으로서 수직 및 수평 증축과 함께 리모델링 되고 있다. 특히, 최근 공동주택(APT)의 수직증축 리모델링은 중요한 방안으로 주목받고 있다.

수직 및 수평 증축은 모두 건축물의 기존 구조체에 하중을 증가시키는 요소로 작용한다. 하중은 고정하중, 적재하중에 의한 연직하중이 있고 건물의 중량증가 및 층수증가와 관련한 지진하중이 있다. 이들 하중의 증가는 이를 지지하는 구조부재인 기둥, 벽체 및 기초의 보강을 필요로 한다. 나아가 구조부재의 보강공사를 진행하는 도중에는 건축물 내부를 사용할 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 10-0575057 '캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법'(특허문헌1)이 있다. 이 특허는 캔틸레버 트러스 구조물을 수직 증축부에 설치하고 캔틸레버 자유단 지지부에 제거 가능한 가설 밑판을 미리 설치한 후 공사 단계별로 제거함으로써 본래 건축물의 기둥 및 기초가 받을 수 있는 하중 범위 내에서 증축 리모델링 공사를 수행할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 이 특허가 제안하는 건축물 증축 방법은 본래 건축물의 기둥 및 기초의 보강을 최소화하면서 수직 증축이 가능하고 증축 공사 중에도 건축물의 계속적인 사용이 가능하며 기둥 및 기초 보강에 따른 보강 공사비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 반면에 가설 밑판을 제거하기 위하여 가설 밑판에 가해지는 하중 이상을 들어올려야만 가설 밑판을 제거할 수 있고, 가설 밑판은 일정한 두께를 가지므로 제거하는 가설 밑판의 두께만큼만 기둥을 하강시켜야하는데 이러한 정밀 제어는 실제로 불가능하며 용도변경이나 추가하중이 발행할 경우 본래 건축물에 가해지는 하중 제어가 불가능하다는 단점이 있다.

특허등록 제10-0575057호 ‘캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법'

본 발명은 기존의 건축물을 수직 또는 수평증축 리모델링시 발생하는 제반의 문제점을 해소하고 상술한 배경기술이 가지는 장점을 살리면서 문제점을 해결하기 위한 것으로서 신설되는 수직 증축부의 하중을 지반으로 전달하는 별도의 하중경로를 제공하여 기존 건축물에는 하중이 전달되지 않아 기존 건축물에 별도의 보강이 필요하지 않은 수직증축 리모델링 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 별도의 하중경로를 갖는 건축물의 수직증축 리모델링 방법은, (a) 기존 건축물의 수평 구조부재를 수평 방향으로 연장하는 수평 증축부를 증설하는 수평 증축부 구성 단계; (b) 수평 증축부를 수직으로 연결하는 수직 구조시스템과 수직구조시스템의 상부를 연결하는 수평 구조시스템을 형성하여 전이구조를 구성하는 전이구조 구성 단계; 및 (c) 전이구조 상부에 수직 증축부를 신설하는 수직 증축부 구성 단계;를 포함하며, 신설하는 수직 증축부의 하중이 기존 건축물에 전달되지 않고 전이구조를 통해 지반으로 직접 전달되는 것을 특징으로 한다.

이때, (a)단계에서, 수평 증축부의 일부를 수직하게 관통하는 코어를 더 형성해서, 수평 증축부의 하중을 코어가 집중적으로 분담하여 기존 건축물이 추가적인 하중을 부담하지 않도록 할 수 있다.

한편, (b)단계에서, 전이구조와 기존 건축물 사이에 브레이스를 더 설치해서, 풍하중이나 지진하중과 같은 횡하중에 대한 저항성능을 향상시킬 수 있다.

또한, (b)단계에서, 전이구조에 댐퍼를 더 설치해서, 기존 건축물을 수직 증축함과 동시에 내진보강을 실시할 수 있다.

한편, (b)단계에서, 전이구조의 수직 구조시스템과 수평 구조시스템을 PC부재나 합성부재를 적용하고 Prestress를 도입하여 건축물의 강도와 내진성능을 높일 수 있다.

본 발명에 따르면 수직 증축부는 독립적인 구조를 갖고 동시에 그 하중을 지반으로 전달하는 하중 경로를 독립적으로 확보한다.

따라서 본 발명에 따르면 신설되는 증축부를 기존 건축물의 상부에 수직으로 직접적으로 리모델링하지만 그 하중은 기존 건축물이 부담할 필요가 없어지기 때문에 기존 건축물의 구조와 기초를 보강하지 않아도 되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 리모델링된 구조물은 기존의 구조와 신설되는 전이구조의 이중 구조방식을 갖게 되므로 지진하중과 같은 수평하중에 이중으로 저항할 수 있는 효과가 있다.

기존의 수직증축 방법은 기존 건축물을 단면 증설이나 탄소섬유 또는 철판을 덧대는 방식으로 구조부재를 보강하여 건물 일체성 확보와 거동의 검증 방법이 어려웠으나 본 발명에 따르면 기존 건축물과 신설되는 증축부의 구조 거동이 명확하여 정확한 설계를 할 수 있고 구조 거동을 정확하게 예측할 수 있다는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따라 수평 증축부가 시공되는 건축물의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따라 전이구조가 시공되는 건축물의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따라 수직 증축되는 기존 건축물 단위 유닛의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따라 수직 증축부가 시공되는 건축물의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 수직증축되는 건축물의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 수직증축되는 건축물의 단면도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명은 기존 건축물을 수직 증축함에 있어서, 신설되는 수직 증축부의 하중을 지반으로 전달하는 별도의 하중경로를 형성하여 기존 건축물을 별도의 보강없이 보존하면서 증축할 수 있도록 개발된 것으로 이하에서는 본 발명에 따른 별도의 하중경로를 갖는 건축물의 증축 리모델링 방법의 각 단계를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 수평 증축부가 시공되는 건축물의 사시도이다.

(a) 수평 증축부 구성

먼저, 기존 건축물(1) 보존 상태에서 기존 건축물(1)의 수평 방향으로 수평 증축부(10)를 증설한다. 수평 증축부(10)는 후술되는 전이구조를 구성하기 위한 것으로 신설되는 수직 증축부의 하중경로를 형성하기 위한 수단이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수평 증축부(10)는 기존 건축물의 보나 슬래브 등의 수평 구조부재를 연장하는 방식으로 구성될 수 있으며, 결과적으로 기존 건축물의 면적을 증축하게 된다. 본 명세서에서는 기존 건축물(1)에 연장 슬래브(11)를 구성하여 수평 증축부를 구성하는 것으로 도시 및 설명하고 있으나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 먼저 보가 연장되고 슬래브를 구성하거나 보가 연장되고 후술되는 전이구조를 형성한 뒤 슬래브를 구성할 수도 있다.

수평 증축부(10)는 전이구조(20)를 구성하기 위한 것으로 시공중 수평 증축부(10)의 하중을 기존 건축물(1)에 전달된다. 따라서 수평 증축부(10)는 기존 건축물(1)이 수평 증축부의 하중을 부담할 수 있는 범위 내의 크기로 계산되어 형성되어야 한다.

수평 증축부(10)의 하중이 범위 이상으로 크게 형성될 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 수평 증축부(10)의 일부를 수직하게 관통하는 코어(12)를 더 형성할 수 있다. 코어(core)란 엘리베이터나 계단 등 건물의 제설비를 집중시키고 이것을 내력벽으로 둘러싸서 건물 전체를 견고하게 하는 것으로 수평 증축부(10)의 하중을 코어(12)가 집중적으로 분담하므로 기존 건축물(1)이 추가적인 하중을 부담하지 않게 된다.

도 2는 본 발명에 따라 전이구조가 시공되는 건축물의 사시도이다.

(b) 전이구조 구성

다음으로, 수평 증축부(10)를 수직으로 연결하는 전이구조(20)를 구성한다. 전이구조(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 상,하층 슬래브(11)의 돌출단을 연결하는 기둥(21)으로 구성할 수 있으며, 이때 최고층 기둥의 상단에는 기둥 상단을 연결하는 거더(22)를 더 설치하고 최하층 기둥의 하단에는 기초부(미도시)를 구성할 수 있다.

이러한 프레임 작업으로 형성되는 전이구조(20)는 신설되는 수직 증축부(30)의 하중을 지반으로 전달하는 하중 경로를 확보하기 위한 수단이다.

도 3은 본 발명에 따라 수직 증축되는 기존 건축물 단위 유닛의 사시도이다.

본 실시예에서 기존 건축물(1)에는 기존 건축물의 보와 슬래브가 수평하게 연장되는 수평 증축부(10)가 형성되며 상,하층 슬래브(11)의 돌출단을 연결하는 기둥(21)이 전이구조(20)를 형성한다.

본 명세서에서는 전이구조(20)가 기둥(21)으로 형성되는 것을 기본으로 설명 및 도시하고 있으나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 전단벽이나 다른 형태의 수직 구조시스템이 적용될 수도 있다.

또한, 전이구조(20)를 구성하는 보와 기둥과 같은 수평 및 수직 구조부재를 PC부재, 합성부재로 구성하고 이들에 prestress를 적용함으로서 건물의 구조적인 횡력 및 내진성능을 확보할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따라 수직 증축부가 시공되는 건축물의 사시도이다.

(c) 수직 증축부 구성

이상과 같이 하중 경로를 제공하는 전이구조(20)가 구성되고 나면, 기존 건축물(1) 상부에 수직 증축부(30)를 신설한다.

이전 단계에서 수직 증축부(30)의 하중을 지반으로 전달하는 하중경로가 제공되어 있으므로 수직 증축부(30)의 하중은 기존 건축물(1)에 전달되지 않고 전이구조(20)로 전달되어 지반으로 흡수된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 수직증축되는 건축물의 단면도이다.

수직 증축부(30)는 다양한 구조 시스템을 갖도록 형성될 수 있으며 도 4에 도시된 바와 같이 단순한 구조를 가질 수 있으나, 바람직하게는 도 5에 도시된 바와 같이 메가프레임(도면에 진하게 표시됨)으로 구성될 수 있다. 메가프레임(Mega frame) 구조시스템이란 기둥, 보, 가새 등의 구조 부재들의 조합으로 대형 부재를 만들고 이러한 대형 부재들이 건물 외곽으로 모듈을 형성하여 건물 전체의 수직 및 수평력을 지지하는 구조시스템을 말한다. 이처럼 건물 전체의 수직하중을 최외각에 위치한 몇 개의 대형 기둥으로 집중시키게 되면 이 기둥들의 횡력에 의한 전도모멘트 저항 성능이 높아지면서 횡하중에 대한 구조물의 강성을 확보하여 구조물 전체의 효율이 높아지게 된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 수직증축되는 건축물의 단면도이다.

본 발명에 따라 수직증축 리모델링되는 구조물은 기존의 구조와 신설되는 전이구조의 이중 구조방식을 갖게 되므로 지진하중과 같은 수평하중에 이중으로 저항하게 된다. 이에 도 6에 도시된 바와 같이 전이구조(20)와 기존 건축물(1) 사이에 브레이스(24)를 설치하면 풍하중이나 지진하중과 같은 횡하중에 대한 저항성능을 향상시킬 수 있다.

특히, 내진설계 기준이 제정되기 이전 건설된 기존 건축물은 내진성능이 부족하기 때문에 지진발생시 상당한 손상 및 붕괴가 예상되므로 내진 보강이 필요하다. 이에 도 6에 도시된 바와 같이 지진하중 저항성능을 확보하기 위하여 댐퍼(25)를 더 설치하면 기존 건축물을 수직 증축함과 동시에 내진보강을 실시할 수 있다. 댐퍼(25)로는 이 분야에서 공지된 강재 이력형, 마찰형, 점탄성형 등 임의의 댐퍼가 사용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따르면 수직 증축부는 독립적인 구조를 갖고 동시에 그 하중을 지반으로 전달하는 하중 경로를 독립적으로 확보한다.

따라서 본 발명에 따르면 신설되는 증축부를 기존 건축물의 상부에 수직으로 직접적으로 리모델링하지만 그 하중은 기존 건축물이 부담할 필요가 없어지기 때문에 기존 건축물의 구조와 기초를 보강하지 않아도 되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 리모델링된 구조물은 기존의 구조와 신설되는 전이구조의 이중 구조방식을 갖게 되므로 지진하중과 같은 수평하중에 이중으로 저항할 수 있다.

기존의 수직증축 방법은 기존 건축물을 단면 증설이나 탄소섬유 또는 철판을 덧대는 방식으로 구조부재를 보강하여 건물 일체성 확보와 거동의 검증 방법이 어려웠으나 본 발명에 따르면 기존 건축물과 신설되는 증축부의 구조 거동이 명확하여 정확한 설계를 할 수 있고 구조 거동을 정확하게 예측할 수 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

1: 기존 건축물 10: 수평 증축부
11: 연장 슬래브 12: 코어
20: 전이구조 21: 전이구조 기둥
22: 전이구조 거더 23: 전이구조 기초부
24: 브레이스 25: 댐퍼
30: 수직 증축부

Claims (5)

1. (a) 기존 건축물(1)의 수평 구조부재를 수평 방향으로 연장하는 수평 증축부(10)를 증설하는 수평 증축부 구성 단계;
   (b) 수평 증축부(10)를 수직으로 연결하는 수직 구조시스템과 수직 구조시스템의 상부를 연결하는 수평 구조시스템을 형성하여 전이구조(20)를 구성하는 전이구조 구성 단계;
   (c) 전이구조(20) 상부에 수직 증축부(30)를 신설하는 수직 증축부 구성 단계;를 포함하며,
   신설하는 수직 증축부(30)의 하중이 기존 건축물(1)에 전달되지 않고 전이구조(20)를 통해 지반으로 직접 전달되는 것을 특징으로 하는 별도의 하중경로를 갖는 건축물의 수직증축 리모델링 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   (a)단계에서,
   수평 증축부(10)의 일부를 수직하게 관통하는 코어(12)를 더 형성해서,
   수평 증축부(10)의 하중을 코어(12)가 집중적으로 분담하여 기존 건축물(1)이 추가적인 하중을 부담하지 않는 것을 특징으로 하는 별도의 하중경로를 갖는 건축물의 수직증축 리모델링 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   (b)단계에서,
   전이구조(20)와 기존 건축물(1) 사이에 브레이스(24)를 더 설치해서,
   풍하중이나 지진하중과 같은 횡하중에 대한 저항성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 별도의 하중경로를 갖는 건축물의 수직증축 리모델링 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   (b)단계에서,
   전이구조(20)에 댐퍼(25)를 더 설치해서,
   기존 건축물을 수직 증축함과 동시에 내진보강을 실시하는 것을 특징으로 하는 별도의 하중경로를 갖는 건축물의 수직증축 리모델링 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   (b)단계에서,
   전이구조(20)의 수직 구조시스템과 수평 구조시스템을 PC부재나 합성부재를 적용하고 Prestress를 도입하여 건축물의 강도와 내진성능을 높이는 것을 특징으로 하는 별도의 하중경로를 갖는 건축물의 수직증축 리모델링 방법.

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