I. 제목
내구성 및 가변성을 가지는 장수명 공동주택 기술 개발
II. 연구개발의 필요성 및 목적
본 연구는 지속가능한 주거환경을 구현하기 위한 실천전략의 하나로서 주택의 내구성과 가변성을 동시에 고려한 새로운 개념의 장수명 공동주택 표준모델을 개발하고 실용화 하는데 그 목적이 있다.
최근 정부가 선진한국 건설을 위한 국가 미래성장 동력원의 하나로서 '저탄소 녹색성장'을 강력히 추진하고 있는 현실을 고려할 때, 장수명 공동주택은 100년 이상의 내구연한을 지향하는 주택의 내구성을 확보할 수 있다는 점에서 무분별한 재건축과 재개발 등으로 인한 막대한 양의 CO₂ 발생이나 건설 폐자재 등의 환경파괴요인 자체를 최소화시킬 수 있을 것이다. 또한, 자원 및 에너지의 효율적 활용(3R; Reduce, Reuse, Recycle)을 기본개념으로 수요자의 다양한 공간활용 요구 및 트랜드 변화 등에 효과적으로 대응할 수 있도록 가변성을 극대화시킨 다양한 가변요소개발 및 실용화 추진으로 환경친화적인 주택부품을 생산·공급할 수 있는 녹색산업의 활성화 기반조성에도 기여할 수 있는 특성을 갖고 있다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
4차년도 세부과제별 연구개발 내용 및 범위는 다음과 같다.
제 1세부 : 장수명 공동주택 표준모델 및 지침 개발
장수명 공동주택 표준모델을 적용한 실험주택(Mock-up house, 이하 '실험주택'이라 한다)을 대상으로 수직통합형(전용면적 90㎡ 세대)과 수평확장형(전용면적 60㎡ 세대) 2개 세대의 표준모델을 계획하고, 실험주택의 2차 현장 적용성 검증 결과를 종합하여 4차년도 장수명 공동주택 표준모델(안)과 실용기술로서 설계지침(안) 및 시공지침(안)을 제시한다. 장수명 공동주택 표준모델(안)의 개발은 실용화를 중심으로 하는 근미래형 표준모델과 향후 미래공간의 다양한 변화 등을 종합적으로 고려한 미래 지향형 표준모델로 구분한다.
근미래형 표준모델에서는 실험주택을 대상으로 1~4차까지 개발한 다양한 인필시스템을 적용하고 현장 적용성 2차 평가를 통한 실용성을 검증한다. 특히 장수명 공동주택 건설시 실질적으로 활용할 수 있는 설계·시공 지침(안)과의 유기적인 연계성 확보를 바탕으로 거주자의 생애주기 변화에 따른 공간가변의 다양한 확용 예를 제시한다.
미래 지향형 표준모델에서는 고정요소(Support)와 가변요소(Infill)를 기본원칙으로 기존의 적층식(積層式) 개념에서 탈피함과 동시에, 정주공간의 가변성과 이동성을 극대화 한 미래주택으로서 자유로운 공간조합과 다양한 형태, 기능 및 용도를 갖는 가용성(Capacity)이 풍부한 장수명 공동주택의 표준모델 구상안을 제시한다.
제 2세부 : 고내구 가변형 구조시스템 및 진동제어형 복합구조시스템 개발
근미래형 구조시스템을 완성하기 위하여 실험주택을 대상으로, 수직통합형 현장실험 시 필요한 개구부 설치에 따른 응력 검토 및 보강법을 제시한다. 상하층 통합을 위한 슬래브 천공공사 계획과 시공을 추진하고 슬래브 천공에 따라 발생할 수 있는 2층 슬래브의 바닥진동 성능평가를 천공 전·후로 구분하여 실시한다. 특히 실험주택에 적용한 주요 연직부재인 반건식 PC기둥공법의 시공성 및 경제성을 평가하고 기존 공법과 비교·분석하여 공법의 우수성을 검증한다.
미래 지향형 진동제어 시스템 개발에서는 혼합구조용 판상형 공동주택의 구조설계안을 작성하고, 구조설계안을 바탕으로 지진응답해석을 통한 구조적 안정성을 검토한다. 실험주택 내부에 설치한 고인성 강재 댐퍼를 실험주택과 동일한 조건으로 모델링하여 실험체를 제작하고, 고인성 강재댐퍼를 적용한 실험체의 구조성능을 평가하여 복합구조 시스템 설계 시 고려할 체크리스트를 제시한다.
제 3세부 : 가변이 용이한 고내구성 Infill 시스템 개발
3차년도에 실험주택 건립을 통해 확인한 각각의 인필시스템에 대하여 시공시 도출한 문제점들을 보완하여 4차년도에서는 실험주택의 수직통합형(전용면적 90㎡ 세대) 및 수평확장형(전용면적 60㎡ 세대) 2개 세대 내에 2차로 인필시스템의 개선안을 적용하고 각 부재의 성능 향상을 추구함과 동시에 새로운 아이템을 발굴한다. 또한, 인필시스템 적용시 실질적으로 활용해야 하는 표준접합디테일을 수정·보완하여 각 구성부재들의 시공 및 공·구법 매뉴얼을 작성하고 각 부재들의 접합부에서 발생하는 시공오차 및 간섭(interference) 등에 대한 원인을 분석하고 이에 대한 합리적인 해결방안을 기술적 차원에서 모색하여 인필시스템을 대상으로 한 인터페이스(Interface)의 설계방향을 제시한다.
제 4세부 : 장수명 주택 활성화를 위한 제도 및 유지관리기술개발
1~3차까지의 연구성과를 토대로 4차년도에서는 장수명 공동주택의 보급 활성화를 위한 법제화의 방향을 마련하고 고정요소(Support)와 가변요소(Infill)의 구분 및 분리기준, SI분리공급 표준절차안을 제안한다. 내구성, 가변성, 가변요소(Infill) 문제(주택부품활성화), SI분리(리모델링), 인허가 등 5가지 부문으로 구분하고, 각 부문마다 기술적 측면과 제도적 측면으로 구분하여 활성화를 저해할 수 있는 법 조항을 도출하고, 각 부문 간의 연동되는 법제까지도 명확하게 파악하여 관련 법제의 개정과 제정을 연구범위로 한다. 해당 행정부처 공무원과의 T/F 월례회의를 통해 법제화 방향을 구체화한다.
일반 공동주택의 유지관리 업무프로세스와 유지관리 업무 지침의 현황 및 문제점, 구성체계 등을 분석하여 효율적인 장수명 공동주택의 유지관리를 위한 대응방향을 제시하고, 관리자용 유지관리 지침 항목을 도출하여 장수명 공동주택 유지관리 업무프로세스에 의해 관리할 수 있는 관리자를 위한 유지관리 지침 및 매뉴얼의 방향성을 제시한다.
IV. 연구개발결과
제 1세부 : 장수명 공동주택 표준모델 및 지침개발
4차에서는 3차부터 추진해 왔던 장수명 공동주택 표준모델(안)을 적용한 실험주택의 1차 건립을 완료하였다. 특히 수직통합형 표준모델과 수평확장형 표준모델의 현장적용성을 실험하기 위하여 제 2세부~제 4세부 연구진과 협력하여 표준모델 평면계획안을 완성하였다. 수직통합형 표준모델 실험시 전제적 조건인 상하층을 연결하는 계단설치를 위하여 프레임 구간 내에 슬래브 천공 위치를 확정하였으며, 제 3세부 연구진과 협력하여 세대 경계벽, 이동수납형 벽체 및 가변벽체를 적용한 공간계획, 천장 및 이중바닥의 수납공간시스템 구성 및 활용계획 등을 구체화하였다. 3차에 이어 4차에서도 한국의 전통·주거문화를 현대적으로 재해석하여 개발한 전통요소(누마루 공간, 전통창호 등)를 상하층 수직통합 및 수평확장을 위한 공간구성에 적용하여 평면계획안을 확정하고 현장 적용성 2차 평가를 추진하였다. 2차 건립을 추진하면서 계획 및 시공과정에서 도출한 현장 적용성 2차 평가 결과를 바탕으로 근미래형 표준모델 개발(안)과 설계·시공 지침간의 유기적인 연계성 확보를 바탕으로 2차 보완을 하였다.
근미래형 표준모델 개발에 있어서는 기본형 표준모델 A, B형의 단위세대를 계획하고, 라이프사이클별 응용형 평면을 전용면적 50㎡, 84㎡ 세대별로 구분하여 제시하였다. 기본형 표준모델을 활용하여 타워형 응용모델 주동계획안을 연도형(連道型도)과 단지형(團地型)으로 구분하고, 상층부, 중층부, 저층부에서 다양한 기능과 역할을 가질 수 있도록 공간을 계획하여 Y형, U형, L형의 3가지 형태로 제시하였다.
또한, 미래 지향형 표준모델은 근미래형 표준모델이 지향하고 있는 적층식(積層式)개념과는 달리, 환경변화, 건축술 및 각종 지원기술의 지속적 발전 등을 종합적으로 고려하여 주거공간 자체가 통합·분리됨과 동시에, 자유롭게 공간이동과 조합이 가능토록 한 'Plug In Space'과 'Movable Space'로 구분하여 다양한 형태, 기능 및 용도를 갖는 가용성(Capacity)이 풍부한 미래공간으로서 장수명 공동주택의 미래 지향형 표준모델 구상안을 제시하였다.
설계지침 개발에서는 사회문화적 지속성, 환경적 지속성, 경제적 지속성을 기본방향으로 설정하고 실험주택의 설계도서 검토 및 현장 적용성 평가, 표준모델을 포함한 각 세부과제와의 유기적인 연계성 확보 등을 바탕으로, 설계지침의 구성체계를 공통지침과 부문별 지침으로 구분하고 설계지침 해설서와 설계예시도, 활용예시도를 각각 제시하였다.
시공지침 개발에서는 표준모델 및 설계지침과의 유기적인 연계성 확보를 바탕으로 실험주택의 주요 과정별 기술요소 2차 평가와 장수명 공동주택 관련 유사사례 실용성 2차 평가결과 등을 종합하여 주요 과정별 공정 및 경제성을 분석하였다. 장수명 공동주택 시공지침의 구성체계는 총칙과 부문별 지침으로 구분하였으며, 각 부문별로 활용할 수 있는 시공지침 개발안을 제시하였다.
①. 판상형 진동제어 구조시스템 개발
실험주택의 수직통합형 테스트를 위하여 수변공간에 천공을 실시하고 보강한 뒤 현장 적용성 평가를 실시하였다. 실험주택의 슬래브 천공 전·후의 바닥진동 성능평가 결과를 비교·분석하여 사용성에 문제가 없다는 것을 검증하였다. 진동제어구조시스템을 제안하고 그에 따른 고인성 강재를 개발하였으며, 댐퍼를 제작하고 실험주택 현장에 적용하였으며, 실대형 실험을 실시하여 에너지 흡수 능력 및 변형능력이 190% 증대되는 효과를 확인하였다.
② 근미래형 구조시스템 수정보완 및 동적해석 평가
가변성이 용이한 구조시스템으로 라멘구조 무량판구조가 혼합된 복합구조시스템을 제안하고 그 제안을 바탕으로 모델링하여 혼합구조시스템을 적용한 판상형 공동주택 설계안의 지진응답해석을 실시하였다. 각 층의 설계전단력은 15층의 경우에는 20~30%, 20층의 경우에는 10~15% 감소하는 효과가 발생하여 부재 단면적을 절감시킬 수 있는 효과가 있음을 확인하였다. 또한 경제적 측면에서 반건식 PC기둥공법의 시공성 및 경제성 평가도 실시하였다. RC공법의 구조적인 일체화의 장점을 살리면서도 PC공법의 단점을 보완하며, 공사비와 공사기간 및 품질관리 및 정밀도 측면의 장점을 유지할 수 있는 원심 성형된 중공 PC기둥 공법을 제안하였다. 판상형 혼합구조 공동주택의 구조설계에 적용할 수 있는 설계지침을 바탕으로 고내구 가변형 구조시스템 및 진동 제어형 복합구조시스템의 설계흐름을 분석하고 설계 흐름상의 각종 검토 항목을 체크할 수 있도록 체크리스트를 작성하여 대상구조시스템의 유형 특성 및 구조재료에 따라 검토할 수 있도록 제시하였다.
세대간 경계벽 개발에서는 3차년도 연구에서 개발·적용한 경계벽의 차음성능을 수정 보완하여 차음등급 1등급의 고차음성 경계벽을 개발하였으며, 경계벽체의 설계지침 및 표준접합디테일도 수정·보완하였다. 수정·보완한 경계벽체를 실험주택에 설치하여 현장 적용성 평가를 바탕으로 시공성과 경제성 등을 종합적으로 검토하였다.
내벽 개발에서는 벽체의 가변성능 및 시공성을 수정·보완하여 실험주택에 적용하였으며, 이를 통해 각각의 벽체 시스템별 성능을 검토하고 세대내 가변벽체의 최적 시스템안을 도출하였다.
천장부분 개발에서는 3차년도 연구에서 실험주택에 적용한 천장시스템의 현장 적용성을 평가 분석하여 개선점과 문제점을 파악하였다. 특히 장수명 공동주택 표준모델 개발안이 갖고 있는 장점을 최대한 활용한 천장수납, 레일천장시스템 및 각종 시설물 설치 등이 가능한 다기능 천장시스템을 개발하였으며, 4차년도 실험주택에 적용하여 시공성과 유지관리 용이성 등의 제반성능을 검토하였다.
바닥부분 개발에서는 3차 연구에서 시공성과 분리해체가 용이하다고 판단하여 제시한 바닥시스템을 대상으로 실험주택에 적용하여 시공성을 중심으로 제반성능을 검토하였다.
설비부분 개발에서는 장수명 공동주택 표준모델 개발안에 적용 가능한 최적시스템을 도출하기 위하여 공조시스템에 대해 CFD 해석을 하였으며, 실험주택에 설비시스템에 적용하여 시공성과 경제성을 검토하였다.
특히 다양한 Infill system을 실험주택에 적용하면서 각종 부재와 부재 사이에 발생할 수 있는 문제를 조합원칙(Interface Rule)을 바탕으로 종합적으로 검토하여 장수명 공동주택을 위한 조합설계지침과 표준접합디테일의 시안을 수정·보완하였다.
장수명 공동주택 활성화를 위한 제도적 차원의 기반을 조성하기 위하여 내구성, 가변성, 가변요소(Infill), SI(Support & Infill)분리, 인허가 등 5부문으로 나누어 활성화 저해 법령을 대상으로 합리적인 개선안을 도출하고 각종 인센티브 부여를 통한 제도적 차원의 지원제도 정비방안을 마련하였다.
내구성 부문에서는 구조재료의 수명을 100년 이상 확보하는 것을 목표로 내구연한을 6등급화 하였으며, 가변성 부문에서는 사용자의 다양한 요구 반영 및 규모가변을 목표로 비내력벽 철거를 신고행위로, '구조체+공용설비·소방기준 만족시점'에 준공필증을 부여받을 수 있는 관련 법령 개정안을 제시하였다.
가변성과 가변요소(Infill) 부문에서는 가변요소 개발 및 활성화를 목표로 '우량주택부품인정제도(가칭)'의 제정 필요성과 정비방향을 제시하였다. SI(Support & Infill)분리 부문에서는 명확한 소유구분 확립 및 리모델링의 용이성 확보를 목표로 SI구분 및 소유구분의 명확한 정리와 리모델링 특례 법률 정비방안을 제시하였다. 인허가 부문에서는 일괄사업승인이 아닌 개별사업승인으로 전환하는 것을 목표로 사업변경 승인시 자유롭게 전환할 수 있도록 활성화 방안도 제안하였다.
주요 성과물로 "리모델링 용이성" 관련 조항 개정을 위한 정책적 제안을 바탕으로 건축법시행령 6조의3(리모델링이 쉬운 구조 등)을 개정(2009.7)하였다. 서울시 임대주택 건축심의 기준에 장수명 주택 관련 기준을 적용하기 위한 정비방안을 제안하고 임대주택 건축심의기준에 장수명 임대주택 건축기준을 반영시키기 위한 단계별 노력을 추진하고 있다.
장수명 공동주택의 효율적인 유지관리를 위해 일반 공동주택의 문제점을 분석하여 대응방향을 모색하였으며, 장수명 공동주택의 유지관리 범위를 설정하고 관리자를 위한 유지관리 지침의 기본항목과 구성체계를 구축하였다.
관리자 측면에서 효율적인 유지관리가 가능하도록 장수명 공동주택의 유지관리업무프로세스를 제시하였으며, 이를 바탕으로 관리자를 위한 장수명 공동주택의 유지관리 지침과 매뉴얼의 개발 방향을 제시하였다.
V. 연구개발결과의 활용계획
본 연구결과는 사람과 주택이 함께 100년을 영위할 수 있는 장수명 공동주택 구현을 통해, 환경 친화적이며 미래 지향적인 녹색산업을 육성할 수 있는 지속 가능한 건축 및 환경을 조성한다는 점에서 중요한 가치와 의미를 갖는다고 할 수 있다.
본 연구에서 개발된 장수명 공동주택 표준모델은 지속 가능한 건축 및 환경을 실질적으로 구현하는 실천도구로서 활용할 수 있으며, 저탄소 녹색사회의 실용화 기반 조성 지원 및 대외 기술 경쟁력 제고 등을 기대할 수 있다. 특히 재생, 재사용, 재활용이 용이한 건식 부품화 관련 설계기술, 기법, 시스템 등의 개발로 녹색부품시장 활성화와 국내 주택부품 산업의 녹색산업화 촉진을 통한 생산성 향상 과실용화 촉진도 기대할 수 있다.
따라서 내구성과 가변성을 가지는 장수명 공동주택 표준모델 개발 및 실용화는 수요자의 다양한 요구 및 생활주기의 지속적 변화 등에 능동적으로 대응함과 동시에, 새로운 미래 주거환경을 선도해 나감으로써 국민의 실질적인 주생활 수준 향상과 창조적인 새로운 미래 주거문화를 구현하는데 기여할 수 있을 것이다.