Abstract
Shrinkage strains of concrete slab in multi-story building are restrained by structural members such as columns or walls, then can induce cracks due to excessive shrinkage stress over tensile strength of member. In this study, a shrinkage stress analysis method of concrete slab in multi-story building considering not only material properties such as shrinkage, creep and reinforcement effect but also construction sequence is proposed. Tensile stresses of slab due to shrinkage are calculated by converting shrinkage strains into equivalent temperature gradients, creep that can release shrinkage stress can be considered by replacing the modulus of elasticity of concrete, Ec , to the effective secant modulus of elasticity of concrete, E$\_$eff/ Reinforcements are also considered by modeling them as equivalent beam elements in FEM program. Results of step by step analysis reflecting construction sequence summed up to calculate stresses of the whole building considering that shrinkage stresses of the building come from the difference of shrinkage between i-th floor and (i-1)-th floor, named as effecitive shrinkage, and it can be varied by construction sequence. The results of 10-story example building show that shrinkage stresses of lower floors are greater than those of upper floors, that is, stresses of lower floors(1∼2FI.) exceed modulus of rupture of concrete, but stress ratios of higher floors are in the range of 27.9∼92.8%.
고층건물 콘크리트 슬래브에 발생하는 건조수축변형은 기둥이나 벽체 등의 구조부재에 의해 변형발생이 제한되고 이로 인한 인장응력이 부재의 인장강도를 초과하게 되면 균열이 발생한다. 이 논문에서는 건조수축과 크리프, 철근효과 등 콘크리트의 재료특성과 시공단계에 따른 건조수축을 고려하여 슬래브에 발생하는 응력을 산정하는 실용적인 해석방법을 제안하였다. 건조수축으로 인해 부재에 작용하는 인장응력은 건조수축변형을 등가온도하중으로 치환하여 계산할 수 있으며, 건조수축과는 달리 응력을 이완시켜 주는 크리프의 영향은 콘크리트의 탄성계수 Ec 대신에 크리프를 고려한 콘크리트의 유효탄성계수 E eff를 사용하고, 배근된 철근은 등가의 보요소로 모델링하여 해석에 반영할 수 있다. 또한 고층건물 슬래브에서 발생하는 건조수축응력은 그 층에서 발생한 건조수축량과 하부 층의 건조수축량의 차이인 유효건조수축에 의한 응력임을 고려하여 각 시공단계마다 발생하는 응력을 단계별 해석을 수행하여 구하고 이를 합산함으로서 슬래브에 최종적으로 발생하는 응력을 산정한다. 10층 규모에 예제건물을 대상으로 해석한 결과, 상부 층으로 갈수록 점차 건조수축응력이 줄어들며 전체 구조물에 발생한 응력은 저층부(1~2층)에서는 기준강도를 초과하나 3층 이상의 고층부에서는 기준강도의 27.9~92.8% 수준으로 나타났다.