장수명 공동주택 표준모델 개발을 위한 실험주택 건립과 현장적용성 평가
Constructing Mock-up House and Evaluating Field Application for Development of Standard Long-Life Housing Model
진 주 원* 장 한 두** 최 경 렬*** 박 준 영****
Chin, Ju-Won Jang, Han-Doo Choi, Kyoung-Lyoul Park, Joon-Young
Abstract
The ultimate objective of this research is to develop the technologies for the construction of 100-year housing as the first task for improving housing environments. The technological development of 100-year housing makes it possible to advance construction technologies and part development, to develop long-life housing with durability and Flexibility responding to customers' needs for future living space.
At first, for this purpose, the applications according to the types of the Standard Model of Long-life Housing are proposed to respond to the life-cycle of near-future demographic and social structure, and the construction of the Mock-up House execute based on the location selected during the 2nd year and the basic plan. Then the Standard Model of Long-life Housing are advanced and proposed through evaluating the field applicability of the Mock-Up House.
Keywords : Long Life Housing, Standard Model, Support, Infill, Mock-up House
주 요 어 : 장수명 공동주택, 표준모델, 고정요소, 가변요소, 실험주택
Ⅰ. 서론1)
공동주택 공급의 확대로 높은 주택보급률이 달성되었 으나 건물의 노후화에 따라 재건축과 리모델링이 활성화 되면서 주거공간의 획일화와 내력벽 벽식구조로 인하여 리모델링이 어렵고 거주자 요구 변화에 대응하기 어려운 문제, 그리고 구조체의 내구연한이 남았음에도 재건축이 발생하여 자원 및 에너지 낭비와 폐자재 발생으로 인한 환경문제를 유발하는 문제가 나타나고 있다.
이러한 문제는 주택의 구조체와 내장재를 구별하여 구 조체의 안정성을 높이고 내장재의 건식화를 통해 내장재 의 교체 및 해체가 용이히도록 하는 주택의 장수명화를 통해 개선할 수 있으며 새로운 주택자재 및 부품산업 육 성과 미래지향적 주거문화 구축에도 도움이 될 수 있다.
이상과 같은 배경에서 본 연구의 최종 목표는 내구성 및 가변성을 가지는 장수명 공동주택
2)기술을 개발하고
* 정회원(주저자), 대한주택공사 주택도시연구원 연구원
** 정회원(교신저자), 대한주택공사 주택도시연구원 책임연구원, 공학박사 *** 정회원, 대한주택공사 주택도시연구원 연구원
**** 정회원, 대한주택공사 주택도시연구원 연구위원, 공학박사
본 논문은 국토해양부의 첨단도시개발사업 ＂내구성 및 가변성을 가 지는 장수명 공동주택 기술 개발 (05건설핵심 D04-01)＂과제지원에 의하여 연구되었음.
2) “장수명 공동주택”이라 함은 내구성 및 가변성을 기본으로 주택 을 구성하는 건축구성재를 고정요소와 가변요소로 구분함으로써 주 택의 장수명화를 실질적으로 구현할 수 있는 가용성을 극대화시킨 주택을 의미한다. 본 연구의 관련 용어를 정리하면 다음과 같다.
①고정요소(Support)：주택을 구성하는 건축구성재 가운데서 고정적 요소로 작용하는 구조체 부분인 기둥, 보, 슬래브, 내력벽, 덕트 스페
실용화 추진기반을 마련하는 것이며 5개년간의 연구에서 연차별 연구목표는 1차년도는 개발방향을 설정하고 2차 년도는 최근 계획경향 및 계층별 선호도를 조사하고 표 준모델안을 작성하며 3차년도는 실험주택(Mock-up House) 건립 및 1차 현장적용성 평가를 실시하고 4차년 도는 2차 현장적용성 평가 및 표준모델 개발 5차년도는 표준모델 완성 및 활용방안 제시의 단계로 진행하며 현 재 3차년도까지 연구가 진행되었다.
본 논문의 구체적인 목적을 정리하면 첫째, 장수명 공 동주택 표준모델의 구성체계와 개발과정을 정리하고 라 이프사이클에 따른 표준모델의 활용안을 구체화하며 둘 째, 설험주택 건립의 과정과 특성, 그리고 적용 계획요소 를 파악하고 셋째, 표준모델안의 1차적인 현장적용성 평 가를 위해 실시도면 작성과 건립과정에서 적용성 결과를 파악하는 것이다.
이스를 말하며 고정요소시스템(Support-system)은 일련의 고정요소 들을 말한다.
②가변요소(Infill)：주택을 구성하는 건축구성재 가운데서 가변적 요 소로 작용하는 비구조체 부분으로 세대내벽, 외벽, 창호 및 전용설비 등을 말하며 가변요소시스템(Infill-system)은 일련의 가변요소들을 말한다.
③내구성：원래의 상태에서 변질되거나 변형됨이 없이 유지보수를 통해 오래 견디며 필요한 요구성능을 확보할 수 있는 능력
④가변성：사용자의 요구나 선호에 따라 고유의 형태를 손상시키지 않고 변화시킬 수 있는 능력과 환경변화에 능동적으로 적응하는 능 력
⑤가용성(Capacity)：주거환경과 주택에서 변화에 대응할 수 있는 능력을 의미하며 공간 가변과 용도 변화 등을 수용할 수 있는 능력
그림 2. 구조시스템과 층고계획
그림 1. 기본형 표준모델 B형 계획과정
Ⅱ. 장수명 공동주택 표준모델안 개발
장수명 공동주택 표준모델은 장수명 공동주택의 실용 화와 보급을 위해 계획․설계실무자에게 제공되는 성공 적인 모델로 볼 수 있으며 표준모델안을 개발한 후 실험 주택 건립과 현장적용성 평가를 통해 실용성을 향상시켜 서 최종 표준모델을 완성할 계획이다.
표준모델의 개발은 ①구성체계 설정 단계 ②기본형 및 혼합형 표준모델의 개발단계 ③응용형 개발단계의 과정 을 갖는다. 1단계에서는 최근 계획경향과 일반 계획사항 을 검토하고 가변형 주택으로서의 고정요소와 가변요소 를 검토하여 표준모델의 구성체계를 설정하였으며, 2단계 에서는 전용면적 50m
2와 84m
2표준모델의 주동 및 단위 세대를 계획하였다. 3단계에서는 개발한 표준모델을 활용 하여 세대의 가족생애주기에 따른 다양한 응용형 평면을 개발하여 제안하였다.
구성체계는 고정요소시스템(Support-system)과 가변요소 시스템(Infill-system)으로 구분할 수 있으며 고정요소시 스템은 구조체로서 라멘구조와 무량판구조를 혼합한 혼 합구조시스템을 개발하고 적용하여 공간 가변성을 향상 시키고 물사용공간(Wet Zone)을 설정하며 당해층 배관을 실현하고 층고를 낮출 수 있도록 하였다.
혼합구조시스템과 건식벽체시스템을 적용하여 공간가 변 성능을 향상시키고 세대의 분할과 통합을 고려하여 복도․계단실 전환형 주거동 방식 적용하였다. 그리고 물 사용 공간(Wet-Zone)의 위치 변경이 용이하도록 프레임 영역과 예비덕트를 계획하였다.
전용면적 50m
2와 84m
2의 기본형 표준모델안을 기본으 로 하여 혼합형 모델을 개발하였으며 본 논문에서는 실 험주택에 적용된 전용면적 84m
2의 기본형 표준모델안을 중심으로 살펴보고자 한다.
가족생애주기 단계에 따라 제시한 표준모델의 활용계 획안은 자녀의 연령과 가족수에 따라 세대의 요구에 대 응할 수 있는 활용계획안으로서 세대의 변화 요구에 대 응할 수 있게 침실의 수와 면적의 조정이 가능하도록 계 획하였다.
3)3) 선행연구에서의 가족생활주기 단계를 살펴보면 신동규, 김미섭 (2003)은 ①형성기 ②확대기 ③성장기 ④축소기의 4단계 구분하였고 윤복자, 백금화(1991), 이연숙 등(2005)은 ①미취학아동기 ②초등교육 기 ③중고등교육기 ④자녀성년기의 4단계 구분하였으며 김대년, 홍 형옥(2005)은 ①주거탐색기 ②주거변동기 ③주거규모 확대기 ④주거 의 질 향상기 ⑤주거정착 안정기 ⑥주거축소기 ⑦주거의존기의 7단 계 구분로 구분하였고 곽인숙(1989)은 ①신혼기 ②미취학아동기 ③ 초등교육기 ④중고등교육기 ⑤대학교육기 ⑥자녀독립기 ⑦노인기의 7단계 구분하였다. 본 연구는 이상의 선행연구에 기반하여 6단계의 가족생애주기를 선정하였다.
그림 3. 장수명 공동주택의 가족생애주기 변화 대응
가족생애주기 단계
거주 인수
자녀
교육주기 가족구성 현황 전용면적 변화 1 부부 중심형 1-4 미취학아동
기
신혼부부와 자녀가 미취학 아동기의 시기 84m2 2 자녀 중심형 1 3-4 초등학교 교
육기
자녀가 초등학교 교육받는
시기 84m2
3 자녀 중심형 2 3-4 중학교, 고등 학교 교육기
자녀가 중학교와 고등학교 에서 교육받는 시기 84m2
4 확대가족형 4-6 대학교육기
확대가족형, 노부부+자녀부 부, 자녀가 대학교육기인 4-5인 가족
126m2 (84＋42)
5 3대동거형 5-6 대학교육기, 성년기
3대동거형, 노부부와 부부, 손주 동거
126m2 (84＋42) 6 독신자형 1-2 성년기 미혼, 노부부, 독거노인 59+25
m
2 표 1. 가족생애주기 유형 및 주택규모 설정 (전용면적 84m2)가족생애주기
단계 전용면적 84㎡ 표준모델의 활용안 자녀중심형1
[2단계]
가족구성 : 부부+초등교육기 자녀 (3-4명) 계획특성 : 초등교육기 자녀공간의 변화 고려
3대동거형 [5단계]
가족구성 : 노부부＋부부＋손주 (5-6명) 계획특성 : 노부부 거주공간의 독립성 및 대학
교육기, 성년기 자녀공간의 변화 고려
독신자형 [6단계]
가족구성 : 미혼, 독거노인, 노부부 (1-2명) 계획특성 : 1-2인을 위한 다양한 면적의 주택 세대 분리방안 고려
표 2. 가족생애주기 단계에 따른 표준모델의 활용안 (전용면적 84m2
전용면적 84m
2표준모델의 활용계획안에서는 현관진입 시 시각적 개방성을 향상시키도록 하였고 거실과 안방 사이에 가변형 수납벽체시스템을 도입하여 공간의 가변 성을 향상시켰으며 누마루 등 다목적 공간을 도입하고 3 대동거형 활용계획안에서는 노부부공간의 독립성을 향상 시키고 공간가변성이 향상되도록 하였으며 인접세대와 부분적으로 확장․통합할 수 있는 계획안을 제안하였다.
근미래의 인구․사회구조 변화를 고려하여 가족생애주 기 단계를 설정하고 유형별 계획 주안점과 주요 계획요 소에 부합하는 가변요소시스템의 변화를 계획하였으며 근미래에 적용가능한 장수명 공동주택 표준모델의 유형 별 활용안을 제시하였다.
Ⅲ. 실험주택 건립과 적용성 평가
1. 실험주택(Mock-up House) 건립
장수명 공동주택 실험주택은 실험 및 검증의 장(場)으 로서 아산신도시 배방 택지개발사업지구 업무 5블럭에 건립되었으며 건립일정은 2008년 4월부터 2010년 6월까 지 단계적으로 진행된다. 3차년도에는 구조체 및 전용면 적 84㎡ 세대, 4차년도에는 수직통합형 세대 (전용면적 90㎡), 5차년도에는 전용면적 50㎡ 1세대를 건립한다.
3차년도에는 2차년도에 선정된 대상지와 기본계획안을 바탕으로 실험주택 건립을 추진하였으며 건립범위는 고 정요소인 구조체 부분과 외벽․창호, 그리고 전용면적
84m
2표준모델안의 가변요소가 적용되었다.
4)4) 철근콘크리트 구조기준에서 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙 (2005, 국토해양부), 건축구조 설계기준(2005)이 적용되었으며 사용재 료의 종류와 설계기준 강도는 각각 콘크리트(fck=27MPa), 철근 (fy=400MPa)이며 고내구성 확보에 유리한 물시멘트를 45-49%를 확 보하였다.
그림 4. 장수명 공동주택 실험주택에 적용된 계획요소 (전용면적 84㎡ 모델안)
실시설계도면 작업은 2차년도 표준모델을 기본으로 하여 약 4개월간의 수정 및 보완작업이 이루어졌으며 실 시설계작업과 함께 외부입면계획안이 진행되었으며 최초 계획안의 단조로운 색상계획이 수정되어 현재 건립된 실 험주택의 최종 적용되었다.
장수명 공동주택 실험주택의 전용면적 84㎡ 표준모델 안에 적용된 요소로는 ① 건식 현장조립과 모듈적용이 가능한 경량외벽체와 세대간 경계벽체로 적용된 복합경 량벽체(ALC패널) 시스템과 세대내벽체로 사용된 건식벽 체시스템 ② 라멘조 부분의 프레임구간 이중바닥에 적용 된 가변형 이중바닥 바닥수납시스템 ③ 리모델링 및 발 코니, 공용공간의 공간 가변시 계획을 고려한 건식 현장 조립시공이 가능한 고정형 건식온돌난방 ④ 주방공간의 가변성을 고려한 설비 가변성 적용 중 가변형 싱크시스 템 ⑤ 실의 분리 및 공간 가변성 적용을 위한 벽체에 수 납기능을 도입한 가변형 수납벽체시스템과 건식벽체의 이동을 고려한 건식벽체 내 전기배선 ⑥ 공간의 가변성 과 채광, 수납기능을 위한 기술을 전통적 디자인으로 표 현한 이동형 누마루와 누마루 하부수납기능, 쪽마루 도어 벽체, 들어열개문, 두껍닫이문, 불밝기문, 공간분리와 전기
설비 이용이 가능한 슬라이딩 벽체 등이 있다.
2. 1차 현장적용성 평가
현장적용성 평가는 가변요소시스템의 적용이 완료된 전용면적 84㎡ 표준모델안에 대하여 실시하였으며 기본 계획에서 실시설계로 계획안이 구체화되는 과정에서 도 출된 문제와 시공과정에서 나타난 문제점을 종합하여 개 선방향을 정리하였다.
당해층에서 설비의 교체가 용이하도록 하는 이중바닥 기술 적용을 위해 수직덕트와 수평덕트를 연결하는 슬리 브(sleeve) 설치가 필요하였으며 이중바닥의 결로발생을 고려하여 점검구를 설치하여 결로수준을 확인할 수 있도 록 하였으며 이중바닥의 아래바닥에 배수를 고려하여 드 래인을 설치하고 수직덕트와 연결되도록 구배를 두었다.
주택의 수납공간에서는 거실과 서재 사이에 수납벽체 를 두어 주택의 수납면적을 넓게 하였고 누마루의 하부 공간을 수납공간으로 사용할 수 있도록 하였다. 또한, 현 관 입구의 수납벽체는 신발장 등 다용도로 활용할 수 있 으며 이동이 가능하도록 설계하였으나 실제 적용되지는 않았다.
설비에서는 이동가능한 벽체 내부에 전기설비시설을
분류 사진 적용기술 및 적용성 평가 결과
이 중 바 닥
- 이중바닥 기술을 적용하기 위해 슬리브 (sleeve)를 설치
- 건식온돌바닥에 대한 제반적인 성능을 검 증, 보완하여 건식온돌시스템 및 이중바 닥재의 시방서, 실시도면을 완성하여 상 용화 할 예정
- 바닥면의 기울기로 인한 삐걱꺼림 발생 할 수 있으므로 이전공정 관리가 필요 이중바닥 내부 지지대 설치 이중바닥 내 설비 시공 상부바닥 건식온돌 시공
내부 건식 벽체 (ALC 패널)
- 외기에 직접 면하는 외벽과 간접 면하는 외벽을 ALC패널로 설치함
- 일반 철근콘크리드보다 4~5배 정도 경량 - 단열성능 철근콘크리트 비해 우수 - 시공 후 내구성이 약하다는 단점 확인 (강도가 약하여 시공 시 모서리등이 파손
되는 경우 발생)
- 외벽 마감 시 모듈화를 통한 생산 이나 현장에 맞는 맞춤 생산으로 미적요소를 고려해야 함
- 마감 페인트의 국산화 및 활성화 필요 - 접합부위에 대한 마감이 다소 미흡 (콘크리트 구체와 석고보드, 문틀의 접합
방식에 대한 고려 또한 필요함) 패널운반 패널 시공 과정 1차 시공 완료(최종마감 전)
외부 건식 벽체 (ALC 패널)
외벽 패널 공사 전 패널 시공 과정 외벽패널 1차 시공 완료
세대 간 벽체
- 습식공법에 비해 경제적
(조적공사 100% 가정 시 61~77% 수준) - 공사기간 단축(경량벽체 시 1일 시공가능) - 현재까지 가변 벽체에 대한 연구가 사용
자의 가변 요구에 대응하기엔 다소 미흡 - 새로운 벽체 개발 시 천장, 벽, 바닥 및
설비시스템 등과의 오기적 연계를 고려한 복합기능을 갖는 벽체 개발이 필요함.
시공 전 실측 세대 간 경계벽 시공 1차 시공 완료(최종마감 전)
천장
- 벽체의 가변 및 리모델링에 대응하도록 강구조 천장시스템에 가변형 마감패널을 도입하여 마감
- 탈부착식(영구자석식 천장재)으로 시공하 여 가변성과 편의성을 고려
- 탈부식 흡음보드의 활용으로 흡음성과 난 연성 상승(난연 1급)
천장부 1차 설비 시공 천장부 2차 설비 시공 천장 마감/시공완료(마감전)
구 조 체
- 프레임구조 부분 수직통합 시 계단의 위 치를 예상하여 단위세대 후반부 배치 및 이중바닥 구조를 활용한 수변공간 (Wet-zone)을 계획
- 구조체는 완성되었으며, 차후 계획인 전용면적 90㎡ 시공 시 연구기술 적용 예정임
이중바닥 철근 배근 기둥부 철근 배근 시공 완료
기 타
- 벽체의 이동에 따른 전기 및 통신의 가변 가능한 가변배선 시스템 벽체 내 시공 - 이중바닥사이의 공간에 욕조에서 사용된
물을 세정용수로 재사용할 수 있는 욕조 시스템 개발 중(적용기술 개발)
- 당해층 배관으로 벽부형 위생기구, 이중 바닥내(높이:250mm) 비매립 시공의 두가 지당해층 배관시스템 도입
벽체 내 전기설비 욕실 석고보드 벽체 이중바닥(당해층 배관) 표 3. 실험주택 적용기술 시공 및 현장적용성 평가
정면도 배면도
좌측면도 우측면도
표 4. 실험주택(Mock-up House) 전경 사진
함께 매입하여 노출방지 및 활용성을 극대화시켰다. 또한 당해층 배관을 실현하여 각 세대가 당해층에서 설비의 교체가 용이하게 되었다. 건식벽체와 내력벽체의 연결부 에 두께차이를 사전에 고려하지 못하여 마감이 평활하지 못한 부분이 인방부분 등에 발생하여 건식벽체 사용에 따른 부재의 두께와 마감면에 대한 구체적인 계획이 필 요하다. 또한 건식벽체의 단열처리에 있어서 건식벽체간 의 접합과 건식벽체와 기둥의 접합에서 차이가 있어서 기둥과의 접합에서는 내단열 모르타르를 사용하여 단 열․결로를 처리하여 기둥과 접합되는 건식벽체의 단 열․결로에 대한 고려가 필요하다.
Ⅵ. 결론
본 연구는 표준모델안 개발, 실험주택 건립, 현장저거 용성 평가의 일련의 과정을 통하여 장수명 공동주택 표 준모델을 개발하고 실용성을 향상시키고자 하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다.
첫째, 장수명 공동주택 표준모델안은 근미래의 인구․
사회구조 변화를 고려하여 6단계의 라이프사이클 유형을 설정하였고 유형별 계획 주안점과 주요 계획요소를 바탕 으로 가변요소시스템(Infill-system)의 변화를 계획하였으 며 근미래에 적용가능한 장수명 공동주택 표준모델의 유 형별 활용안을 제시하였다.
둘째, 장수명 공동주택 실험주택 건립 추진 및 현장적 용성 평가결과, 기본계획 단계부터 자재생산, 설계, 시공, 유지관리 분야 상호간에 유기적인 연계성 확보가 자재생
산의 효율성, 설계의 합리화, 시공성 향상 및 유지관리의 최적화에 중요한 요소로 작용하는 것으로 나타났다. 특 히, 생산, 설계, 시공 분야 상호간에 공통적으로 인식할 수 있는 기술 관련 용어, 치수, 디테일 등의 정비가 필요 한 것으로 나타났다.
본 논문에서 제안한 장수명 공동주택 표준모델안은 3 차년도까지의 연구내용을 정리한 것이며, 4-5차년도 연구 를 통하여 라이프스타일의 변화와 적용성 검토 결과를 반영하여 지속적으로 보완․발전시킬 것이다.
1차적으로 이루어진 적용성평가 결과는 실시설계와 건 설과정에서 파악한 결과이며 전용면적 84m
2표준모델안 에 한정되는 한계가 있다. 향후 수직․수평통합모델의 인 필시스템 적용에 따라 현장적용성 평가와 지침과의 연계 를 통하여 실용성을 향상시켜 표준모델과 지침을 완성하 고 활용방안을 제시할 계획이다.
참고문헌
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