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부착강도 실험 기반의 건축물 외장재 강풍 취약도 평가 KCI 등재

Extreme-wind Vulnerability Assessment of Building Exterior Cladding Based on Pull-Off Adhesion Strength Test

최승훈, 이승수, 백종현, 황재승
  • 언어KOR
  • URLhttps://db.koreascholar.com/Article/Detail/452864
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한국풍공학회지 (Journal of the Wind Engineering Institute of Korea)
한국풍공학회 (Wind Engineering Institute of Korea)
초록

본 연구에서는 Pull-off 부착강도 실험과 국내 건축구조기준의 건축물 설계하중(KDS 41 12 00 : 2022) 기반 풍하중 확률 모형을 연계하여 건축물 외장재의 강풍 취약도를 정량적으로 평가하였다. 연구 대상은 드라이비트 외장재(dryvit-type EIFS)와 습 식 타일 외장재(wet-installed tile cladding)이며, 실제 시공층을 모사한 시편을 제작하여 Pull-off 부착강도 실험을 수행하였다. 풍하 중은 10분 평균풍속 기반 KDS 산정식을 3초 순간풍속 기준으로 변환하여 산정하였고, 주요 풍하중 산정계수(풍속고도분포계수, 풍향계수, 피크외압계수)의 불확실성을 확률변수로 고려하였다. 또한, Pull-off 부착강도 실험자료에 대한 분포 적합도 검토를 통하 여 웨이블 분포(Weibull distribution)를 외장재 저항성능 분포로 적용하였다. 이후 외장재 종류, 외벽 모서리 구역 및 지표면조도구 분별로 1~80m/s 범위의 풍속에 대해 MCS(Monte Carlo simulation)를 수행하였으며, 평균 손상확률을 로그정규 누적분포함수(lognormal cumulative distribution function)로 곡선 맞춤하여 강풍 취약도를 구축하였다. 분석 결과, 드라이비트 외장재의 강풍 취약도 는 약 15~30m/s 구간에서 급격히 증가하였으며, 습식 타일 외장재는 높은 부착강도로 인하여 상대적으로 낮은 평균 손상확률을 보 였다. 본 연구의 강풍 취약도는 건축물 외장재의 강풍 위험평가, 피해 예측, 유지관리 및 보강 우선순위 설정을 위한 기초자료로 활 용될 수 있다.

This study quantitatively assessed the extreme-wind vulnerability of building exterior cladding by integrating pull-off adhesion strength tests with a probabilistic wind-load model based on the Design Loads for Buildings (KDS 41 12 00:2022). Dryvittype exterior insulation and finish system (EIFS) and wet-installed tile cladding were selected as representative cladding systems, and pull-off adhesion strength tests were conducted using specimens that simulated actual construction layers. Wind loads were estimated by converting the KDS equation based on 10-min mean wind speed to a 3-second gust wind speed basis, and the uncertainties of major wind-load parameters, including the velocity pressure exposure coefficient, wind directionality factor, and peak external pressure coefficient, were considered as random variables. In addition, the Weibull distribution was adopted as the resistance distribution of exterior cladding based on goodness-of-fit tests for the pull-off adhesion strength data. Monte Carlo simulations (MCS) were then performed for wind speeds ranging from 1 to 80 m/s according to cladding type, exterior wall corner zone, and exposure category. The calculated mean probabilities of damage were fitted using a log-normal cumulative distribution function (CDF) to construct extreme-wind vulnerability curves. The results showed that the vulnerability of dryvit-type EIFS increased rapidly in the range of approximately 15–30 m/s, whereas wet-installed tile cladding exhibited relatively lower mean probabilities of damage due to its higher adhesion strength. The proposed vulnerability curves can be used as basic data for extreme-wind risk assessment, damage prediction, maintenance planning, and prioritization of retrofit measures for vulnerable building exterior cladding systems.

키워드
건축물 외장재Pull-off 부착강도 실험강풍 취약도몬테카를로 모사 Building exterior claddingPull-off adhesion strength testExtreme-wind vulnerabilityMonte Carlo simulation
목차
Abstract
요 약
I. 서 론
II. 건축물 외장재 강풍 취약도 평가 방법
    2.1 강풍 취약도 평가 접근법
    2.2 한계상태 설정 및 MCS
III. 국내 건축구조기준 기반 풍하중 확률모형
    3.1 3초 순간풍속 기반 외장재 풍하중
    3.2 풍하중 산정계수의 확률변수화
IV. 건축물 외장재 부착강도 재현실험
    4.1 시편 구성 및 제작
    4.2 부착강도 실험 방법
    4.3 부착강도 실험 결과
V. 건축물 외장재 강풍 취약도 평가
    5.1 MCS 반복횟수의 적정성 검토 결과
    5.2 강풍 취약도 데이터베이스화
    5.3 드라이비트 외장재의 강풍 취약도 결과
    5.4 습식 타일 외장재의 강풍 취약도 결과
VI. 결 론
감사의 글
참고문헌
저자
  • 최승훈(충북대학교 극한재난연구센터 선임연구원, 공학박사) | Choi Seung Hun
  • 이승수(충북대학교 토목공학부 교수, 공학박사) | Lee Sungsu Corresponding author
  • 백종현(충북대학교 극한재난연구센터 선임연구원, 공학석사) | Baek Jonghyeon
  • 황재승(전남대학교 건축학부 건축공학전공 교수, 공학박사) | Hwang Jae-Seung