증축건물의 구조안전 검토 방법

[A-one/정용화]

예시) 

지상2층 (1층 115m2, 2층 85m2, 계 200m2)건물의 2층에 경량철골조 유리로 21m2 의 선룸(4.1x5.1m, 최고높이 2.5m의 아취형태)을 증축할 때 구조계산는 어떻게 작성됩니까?

2층에 **경량철골조 유리 선룸(21m², 아치형 최고 높이 2.5m)**을 증축하는 경우, 구조 계산은 기존 건물의 구조적 안정성과 추가 하중을 고려하여 작성해야 합니다. 아래는 구조계산서 작성 방법을 단계별로 설명하겠습니다.

1. 기본 개요 정리

① 건물 개요

기존 건물:

1층: 115m² (철근콘크리트조 or 철골조)

2층: 85m² (철근콘크리트조 or 철골조)

구조: 일반적으로 철근콘크리트조 

증축 부분 (선룸):

면적: 21m² (4.1m × 5.1m)

형태: 아치형 최고 높이 2.5m

구조: 경량철골조 + 유리

② 검토 대상 하중

고정하중 (D.L, Dead Load)

경량철골조 자체 하중

유리 패널 하중

바닥 마감재 및 골조 하중

활하중 (L.L, Live Load)

사람 및 적재 하중 (사용 목적에 따라 200~250kg/m² 적용)

적설하중 (S.L, Snow Load) 및 풍하중 (W.L, Wind Load)

지역 기후 조건에 따른 적설하중 적용

아치형 구조이므로 풍하중 영향 고려 필요

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2. 구조 계산 주요 항목

① 기존 건물의 구조 검토

기초 및 기둥 내력 검토

기존 2층의 바닥이 추가 하중을 견딜 수 있는지 검토 (슬래브 두께 및 보 구조 확인)

보강이 필요한 경우 철골 보강 또는 기둥 증설 고려

② 경량철골조 구조 검토

주요 구조부재 설계

H형강, C형강, 각파이프 등 적절한 부재 선정

부재별 단면 검토 (휨응력, 전단응력, 좌굴 등)

볼트 접합부 및 용접부 강도 검토

③ 유리 패널 하중 검토

유리의 두께 및 프레임 강도 검토

자중을 견딜 수 있도록 프레임 설계

안전율 고려하여 구조적 안정성 확보

④ 하중 조합 및 안정성 검토

구조해석 프로그램 (MIDAS, SAP2000 등) 활용 가능

하중 조합 예시:

자중 + 활하중 + 풍하중

자중 + 적설하중 + 활하중

지진 하중 고려 (필요 시)

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3. 구조 보강 필요 여부 판단

2층 슬래브가 하중을 버틸 수 있는가?

기존 슬래브 내하력 검토 후 보강(철판 보강, 보강보 설치 등) 필요 여부 확인

경량철골 구조 자체의 강성 확보

횡력 보강 (버팀대, 가새 등) 필요 여부 검토

기초 연결부 및 접합부 강도 확보

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[질의]

[ 2층 단독주택의 2층일부를 증축하고 용도변경을 할때 구조안전성 검토]

1층 115.5㎡, 2층 84.75㎡, 연면적 200㎡의 RC조건물 단독주택 2층 테라스(규격 4.1x5.1m, 면적 20.91㎡)에 기존 설치된 높이 850난간위에 경량철골조의 아취형 선룸 (면적 21㎡)이 지어졌을 때

구조적으로 안전하게 설계되었는지 검토  ( 기존 건물과 선품구조물의 하중은 아래와 같음)

. 기존건물의 구조

- 본건물의 위치는 용인시 기흥구 신갈동 317-5로서 지진 중요도 계수2지역에

 설계지내력(가정치) fe=150 t/m2, 전체 건물중량 4,700 kN, 지진응답계수0.1416

 허용층간위 Δax=0.020hs, 밑면전단력 VSx= 319.06 kN, VSy= 182 KN으로 설계됨

- 활하중은 250 50kg/m² 를적용하였고 지역특성에 적합하게 적설하중과 풍하중을 고려함

  선룸 하부 1층기초는 600T두께의 온통기초

-철근콘크리트 벽식구조 평지붕으로 바닥두께 200mm에 시멘트몰탈 30mm위 타일마감

-선룸 창호샤쉬를 받치는 난간은 3면이 높이 850, 두께200인 철근콘크리트조 난간으로 설치됨

2. 난간위 설치된 선룸구조

- 높이 850 난간위에 설치된 4.100X1300HX2개소, 5100X1300HX1개소 80mm두께 알미늄 창설치

 (유리는 12mm 복층유리임)

- 4.1m길이의 전면과 후면 난간상에는 폭 2m지점에에 50X80X1300H 알미늄바가 있고(총2개소),

 측면 5.1m길이의 난간상에는 폭 1400위치에 50X80X1300H 알미늄바가 1개 2800위치에 1개,

 3700위치에 1개 총 3개가 설치되어 있음

- 알미늄창호 3면 코너 4개소에 높이 1300의 100X100X2T SUS304 각관기둥과

 상부 4면에 스틸각관을 연결하는 테두리보기능의 100X100X2T SUS304각관을 설치

- 이 테두리 각관보에 길이5.5m,100X50X2T SUS304각관, 아취형 트러보를 5개소 용접접합

  아취형 트러스보는 길이 5m, 3개소에 80X80X2T SUS304각관 의 퍼린이 용접 접합됨

이상의 조건으로 설치된 선룸의 구조적 안전성과 이로인한 기존건물의 내진및 구조적 안전성에 대해 적합성을 판단해 주십시요

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[답변]

1. 기존 건물의 구조적 적합성 확인

우선, 기존 RC(철근콘크리트) 건물이 설계된 상태에서 기초가 추가된 하중을 안전하게 지지할 수 있는지 확인해야 합니다.

기초의 허용 지내력 검토

기존 건물의 총 중량:W=4700 kNW = 4700 \text{ kN}W=4700 kN

설계 지내력 (가정치):fe=150 t/m2=1500 1500 kN/m2 

기초 면적 (A):A=Wfe=47001500= 3.13 m2 

즉, 기초 면적이 3.13 m² 이상이면 기존 건물 자체는 허용 지내력 내에서 안전하다고 판단할 수 있습니다.

2. 선룸 추가로 인한 하중 증가 검토

선룸이 난간 위에 설치되었으므로 추가되는 하중이 기존 구조에 문제가 없는지 검토해야 합니다.

선룸의 추가 하중 계산

추가된 선룸의 면적: As=21 m2

(1) 활하중

qL=250 kg/m2=> 21㎡ × 2.5 kN/m² = 52.5 kN

(2) 적설하중 용인 지역 평균 적설하중: 0.5 kN/m² 가정

qS=50 kg/m2=> 21㎡ × 0.5 kN/m² = 10.5 kN

(3) 선룸 자체의 자중 (구조체 포함)

알루미늄 창호와 프레임 하중 (약 30 kg/m²로 가정):Wframe=0.3×21=6.3 kNW_{frame} = 0.3 \times 21 = 6.3 \text{ kN}Wframe​=0.3×21=6.3 kN

복층유리 하중 (약 40 kg/m²로 가정):Wglass=0.4×21=8.4 kNW_{glass} = 0.4 \times 21 = 8.4 \text{ kN}Wglass​=0.4×21=8.4 kN

총 하중 계산

Wtotal=WL+WS+Wframe+Wglass=52.5+10.5+6.3+8.4=77.7 kNW_{total} = W_L + W_S + W_{frame} + W_{glass} = 52.5 + 10.5 + 6.3 + 8.4 = 77.7 \text{ kN}Wtotal​=WL​+WS​+Wframe​+Wglass​=52.5+10.5+6.3+8.4=77.7 kN

따라서 추가되는 총 하중은 약 78 kN 입니다.

3. 난간의 구조적 안정성 검토

선룸의 주요 하중이 난간을 통해 전달되므로, 난간이 이를 지지할 수 있는지 확인해야 합니다.

난간의 휨 모멘트 검토

난간은 철근콘크리트 구조이며, 주요 치수는 다음과 같습니다.

높이: 0.85 m

두께: 0.15 m

콘크리트 강도 (f’c): 24 MPa 가정

철근비: 0.5% 가정

최대 휨 모멘트 (Mmax)

난간 상단에 추가된 하중을 집중하중으로 모델링하여 휨 모멘트를 계산하면,

Mmax=Wtotal×h2=78×0.852=33.15 kN\cdotpmM_{max} = \frac{W_{total} \times h}{2} = \frac{78 \times 0.85}{2} = 33.15 \text{ kN·m}Mmax​=2Wtotal​×h​=278×0.85​=33.15 kN\cdotpm

난간의 휨 저항 능력 (Mn)

Mn=Rb×b×d2M_n = R_b \times b \times d^2Mn​=Rb​×b×d2

여기서,

난간 두께 b=0.2mb = 0.2mb=0.2m, 높이 h=0.85mh = 0.85mh=0.85m에서 유효 깊이 d

d(유효깊이) =h−피복두께=0.85−0.05=0.80md = h - 피복두께 = 0.85 - 0.05 = 0.80md=h−피복두께=0.85−0.05=0.80m

R_b = 0.167 (철근비 0.5%에 대한 값)

Mn=Rb×b×d2M_n = R_b \times b \times d^2Mn​=Rb​×b×d2Mn=0.167×0.2×(0.80)2M_n = 0.167 \times 0.2 \times (0.80)^2Mn​=0.167×0.2×(0.80)2Mn=21.47 kN\cdotpmM_n = 21.47 \text{ kN·m}Mn​=21.47 kN\cdotpm

(2) 기존 하중으로 인한 휨 모멘트 (MmaxM_{max}Mmax​) 비교

기존과 동일한 하중 조건에서는 휨 모멘트는 변함이 없습니다.

Mmax=Wtotal×h2=78×0.852=33.15 kN\cdotpmM_{max} = \frac{W_{total} \times h}{2} = \frac{78 \times 0.85}{2} = 33.15 \text{ kN·m}Mmax​=2Wtotal​×h​=278×0.85​=33.15 kN\cdotpm

(3) 비교 및 안정성 평가

Mn=21.47 kN\cdotpm<Mmax=33.15 kN\cdotpmM_n = 21.47 \text{ kN·m} <M_{max} = 33.15 \text{ kN·m}Mn​=21.47 kN\cdotpm<Mmax​=33.15 kN\cdotpm

여전히 휨 모멘트 저항력이 부족하여, 추가적인 보강이 필요

2111구조계산서(추계리 단독).pdf

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