수직증축 리모델링

왜 배우는가: 수직증축 리모델링은 기존 건물 위에 층을 더 올리는 공사라서 구조 안전성과 기초 보강이 핵심 쟁점이다. 공동주택 노후화와 용적률 규제 완화로 적용 사례가 늘었고, 기술사 시험에서 구조 검토와 문제점·대책을 묻는 문항으로 반복 출제된다.

출제 이력: 제138회 2교시 2번, 제100회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

수직증축 리모델링은 기존 건축물 위에 층을 추가로 올리면서 기존 구조부재의 보강과 기초 보강을 함께 수행하는 리모델링 공법이다.

• 수직증축 리모델링
• 일체증축
• 기존 부재 보강
• 보강 한계
• 상시 하중
• 말뚝 하중분담
• 안전진단
• 지진력저항시스템

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 낡은 아파트 위에 새 층을 얹는 공사다. 기존 건물은 이미 하중을 받고 있으므로, 새 층의 무게가 더해질 때 기존 기둥·벽·보·기초가 버틸 수 있는지 먼저 확인해야 한다.

정식 정의는 다음과 같다. 수직증축형 리모델링은 「주택법」에 따라 기존 공동주택의 상부에 층을 증가시키는 리모델링이다. 구조설계는 기존 부재의 재료 특성, 지진하중, 기초 지지력을 검토하고, 부족한 부재를 보강하거나 신설 부재로 하중을 분담시키는 방식으로 이뤄진다. 이 기준은 철근콘크리트 벽식구조 공동주택에 적용된다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 기존 부재: 신축 당시 설계된 기둥·벽·보·슬래브·말뚝 등 이미 시공되어 있는 구조부재다. 재료 특성은 현장 조사 결과를 우선 사용한다.
• 보강 한계: 보강된 부재가 화재나 내구성 저하로 보강효과를 잃어도 상시 하중에 의해 보강 전 부재가 파괴되지 않도록 정하는 보강량의 상한이다.
• 상시 하중: 기존 부재의 보강 한계를 정할 때 상시 작용하는 것으로 보는 하중이다. 고정하중에 1.1, 활하중에 0.75를 곱해 산정한다. 상시 하중 = 1.1(고정하중) + 0.75(활하중)
• 일체증축: 기존 건물과 증축부가 하나의 구조체로 거동하는 것으로 보고 지진하중을 검토하는 방식이다.
• 계산값과 통상값: 기존 말뚝의 설계지지력 추정값과 통상적인 설계지지력을 말한다. 통상값은 직경에 따라 차등 적용되며, 말뚝 직경 350mm는 40톤, 400mm는 50톤이다. 직경 350mm 40톤, 400mm 50톤
• 하중 분담: 기존 말뚝과 신설 말뚝이 연직하중을 나눠 지지하는 원칙이다.

3. 등장 배경과 필요성

기존 공동주택은 신축 당시 용적률과 하중을 기준으로 설계되었다. 여기에 층을 더하면 기둥과 기초에 추가 하중이 걸린다. 따라서 철거 없이 층을 올리려면 구조 안전성 검토가 먼저 이뤄져야 한다.

도시에서는 신규 택지가 줄어 기존 단지를 활용하는 요구가 커졌다. 수직증축은 세대 수를 늘리면서 기존 주민의 이주 부담을 줄이는 수단으로 검토된다. 이때 기존 건물의 구조 상태를 확인하는 안전진단이 필수 절차가 되었다.

또한 노후 건물은 콘크리트 중성화, 철근 부식, 균열 등으로 재료 강도가 설계 당시보다 떨어져 있을 수 있다. 그래서 기존 재료 강도를 실측 자료와 통계적 방법으로 평가입력값에 반영한다. 이 과정이 일반 신축 설계와 다른 점이다.

기존 기초에 말뚝을 추가하는 경우에는 하중 분담 원칙이 필요하다. 활하중을 제외한 기존 연직하중은 기존 말뚝이 지지하고, 활하중과 추가 연직하중은 기존 말뚝과 신설 말뚝이 나눠 지지한다. 이 원칙이 없으면 기존 말뚝이 과하중을 받아 침하나 파괴가 생길 수 있다.

수직증축 리모델링의 구조 검토는 기존 부재의 실제 강도 평가, 보강 한계 설정, 기초 하중 분담의 세 가지가 핵심이다.

4. 구성요소·원리·절차

수직증축형 리모델링은 기존 건물 위에 층을 더하므로 구조 부재의 강도와 기초의 지지력을 함께 검토해야 한다. 구성요소는 신설 벽체, 단면증설 벽체, 기초 보강(직접기초와 말뚝기초), 기존 부재 보강으로 나뉜다. 각 요소는 기존 부재와 신설 부재의 하중 분담 관계를 기준으로 설계한다.

연직하중 보강은 기존 부재의 설계강도가 상시하중 조합 부재력 이상인 경우에만 단순 접착형 보강을 쓸 수 있다. 내화성과 내구성이 확인된 공법은 이 검토 없이 적용한다. 보강 원리는 기존 부재를 상시하중 수준에서 보호하고 증축 하중은 새 부재가 나눠 지는 데 있다.

횡력 저항에서는 강도요구조건을 만족하지 않는 부재를 원칙적으로 모두 보강한다. 연결보와 날개벽은 지진하중을 부담하지 않는 것으로 모델링할 수 있으나 연직하중 조합의 강도는 만족해야 한다.

전단벽 수평접합부는 지진하중 조합에서 모멘트접합 조건을 만족하는 경우에만 모멘트접합으로 모델링한다. 그 외에는 전단접합으로 모델링하고 전단력 전달과 전단방향 이동 구속 상세를 적용한다.

말뚝의 하중 분담 절차는 다음과 같다.

• 철거 후 기초보강 전 연직하중 조합에 대해 기존 말뚝 지지력을 검토한다.
• 기초보강 및 증축 후 연직하중 조합에 대해 기존 및 신설 말뚝 지지력을 검토한다.
• 횡하중 조합을 포함한 전체 하중조합에 대해 기존 및 신설 말뚝 지지력을 검토한다.

기존 말뚝과 신설 말뚝의 하중 분담은 활하중을 제외한 기존 연직하중을 기존 말뚝만 지지하고, 활하중과 추가 연직하중을 두 말뚝이 분담하는 것으로 본다. 기존 말뚝의 지지력은 허용지지력을 초과할 수 없다.

기존 말뚝과 신설 말뚝의 하중 분담 범위를 구분해 산정한다

구조 해석 강성은 기둥과 전단벽 1.0EIg, 보 0.5EIg 이상으로 본다. 설계하중에 의한 횡변위 산정은 기둥 0.7EIg, 균열 벽체 0.35EIg, 보 0.35EIg 등 저감 강성을 쓴다.

5. 관련 법령·기준·표준

수직증축형 리모델링 구조설계는 수직증축형 리모델링 구조기준을 기본으로 하고, 정하지 않은 사항은 건축구조기준과 콘크리트구조기준을 따른다. 매뉴얼은 한국건설기술연구원이 정한 수직증축형 리모델링 구조매뉴얼을 참고한다. 안전진단은 주택법 제68조에 따르며 증축형 리모델링 안전진단기준의 2-1-5(1차), 3-1-5(2차 정재하시험) 항을 준용한다.

재검토 기한은 국토교통부장관이 2021년 1월 1일 기준으로 매 3년째 12월 31일까지마다 타당성을 검토하도록 정해져 있다.

기준 수치는 아래 표와 같다.

말뚝 설계지지력 평균값 조정 규정은 개별 설계지지력이 평균값의 90% 이하인 경우 편차가 10% 이내가 되도록 조정하는 것이다. 정재하시험 결과는 개별 설계지지력의 최소값으로 한다. 정재하시험 결과가 구조설계 지지력보다 작으면 최소값에 맞춰 재설계한다.

개정 연혁은 본 기준의 현행 시행일자를 기준으로 쓰며, 개정 내용의 세부는 본 자료에 근거가 없다.

6. 유형과 비교

수직증축 리모델링은 증축 방식과 하중 전달 방식에 따라 여러 유형으로 나뉜다. 기존 구조와 신설 구조가 하중을 어떻게 나누어 받는지가 설계와 시공의 핵심이므로, 유형별 특징을 비교해 두어야 한다.