The 9th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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pp.571-578
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2022
Modularization in a high-rise building is different from a small building, as it is exposed to more lateral forces like wind and earthquakes. The integrity, robustness, and overall stability of the modules and their performance is based on the joining techniques and strong structural systems. High lateral stiff construction structures like concrete shear walls and frames, braced steel frames, and steel moment frames are used for the stability of high-rise modular buildings. Similarly, high-rise stick-built buildings have concrete cores and perimeter frames for lateral load strength and stiffness. Methods for general steel-concrete connections are available in many works of literature. However, there are few modular-related papers describing this connection system in modular buildings. This paper aims to review the various research and practice adopted for steel-to-concrete connections in construction and compare the methods between stick-built buildings and modular buildings. The literature review shows that the practice of steel module-to-concrete core connection in high-rise modular buildings is like outrigger beams-to-concrete core connection in stick-built framed buildings. This paper concludes that further studies are needed in developing proper guidelines for a steel module-to-concrete core connection system in high-rise modular buildings.
Modular systems are widely used in various building types including housing, dormitory, and barracks. Steel studs have many advantages over other materials as construction components of modular buildings in terms of seismic performance, durability and maintenance. However, steel stud modular systems also have weakness in condensation resistance due to high thermal conductivity of steel. The purpose of this study is to investigate the condensation resistance of steel stud wall corner details in modular buildings by thermal simulation. The condensation resistance was evaluated by temperature difference ratio according to ISO 13788. The result showed that there was little difference between the alternatives of adding cavity and insulation. Separation of interstitial steel studs showed outstanding effect on the improvement of temperature difference ratio.
본 논문은 유닛 모듈러를 구성하는 주구조체인 각형강관 기둥과 냉간성형 LEB C-형강 보가 볼트 접합된 접합부를 가진 모듈러 건물의 시공성을 평가하는 것이 연구의 목적이다. 모듈러 건축의 장점은 공사기간 단축, 경량성, 이동가능성 등으로 볼 수 있다. 반면에 유닛 또는 모듈의 운송비용이 공사비 절감 비용을 반감시킬 수 있고 많은 공장들이 외부 지역에 있으므로 이들을 도심지나 원하는 지역으로 이동하기 위해서는 비용이 추가된다. 그리고 유닛이나 모듈 설치에 크레인 등의 장비 사용으로 인해 시공비용이 증가될 수 있는 단점들이 존재한다. 본 연구에서는 앞서 연구한 모듈형상에 근거하여 해체조립이 용이한 모듈러 건축물의 시공사례를 통하여 공기, 비용 등 측면에서 기존 연구와 비교분석을 진행하여 모듈러 건물의 시공성을 평가하고자 한다.
Modular steel scaffolds are commonly used as supporting scaffolds in building construction, and traditionally, the load carrying capacities of these scaffolds are obtained from limited full-scale tests with little rational design. Structural failure of these scaffolds occurs from time to time due to inadequate design, poor installation and over-loads on sites. In general, multi-storey modular steel scaffolds are very slender structures which exhibit significant non-linear behaviour. Hence, secondary moments due to both $P-{\delta}$ and $P-{\Delta}$ effects should be properly accounted for in the non-linear analyses. Moreover, while the structural behaviour of these scaffolds is known to be very sensitive to the types and the magnitudes of restraints provided from attached members and supports, yet it is always difficult to quantify these restraints in either test or practical conditions. The problem is further complicated due to the presence of initial geometrical imperfections in the scaffolds, including both member out-of-straightness and storey out-of-plumbness, and hence, initial geometrical imperfections should be carefully incorporated. This paper presents an extensive numerical study on three different approaches in analyzing and designing multi-storey modular steel scaffolds, namely, a) Eigenmode Imperfection Approach, b) Notional Load Approach, and c) Critical Load Approach. It should be noted that the three approaches adopt different ways to allow for the non-linear behaviour of the scaffolds in the presence of initial geometrical imperfections. Moreover, their suitability and accuracy in predicting the structural behaviour of modular steel scaffolds are discussed and compared thoroughly. The study aims to develop a simplified and yet reliable design approach for safe prediction on the load carrying capacities of multi-storey modular steel scaffolds, so that engineers can ensure safe and effective use of these scaffolds in building construction.
본 논문은 유닛 모듈러를 구성하는 주구조체인 각형강관 기둥과 냉간성형 LEB C-형강 보가 볼트 접합된 접합부를 가진 모듈러 건물의 접합부 구조성능 및 시공성을 평가하는 것이 연구의 목적이다. 모듈러 건축의 장점은 공사기간 단축, 경량성, 이동가능성 등으로 볼 수 있다. 반면에 유닛 또는 모듈의 운송비용이 공사비 절감 비용을 반감시킬 수 있고 많은 공장들이 외부 지역에 있으므로 이들을 도심지나 원하는 지역으로 이동하기 위해서는 비용이 추가된다. 그리고 유닛이나 모듈 설치에 크레인 등의 장비 사용으로 인해 시공비용이 증가될 수 있는 단점들이 존재한다. 본 연구에서는 해체조립이 용이한 볼트접합부 구조성능 및 모듈러 건축물의 시공사례를 통하여 공기, 비용 등 측면에서 기존 연구와 비교분석을 진행하고자 한다.
In accordance with changes in the domestic construction environment, interest in off-site construction methods (factory-manufactured construction methods) including modular construction methods is rapidly increasing. Among various off-site (OSC) construction methods, the front runner is the steel-based box-type modular construction method. Compared to the existing wet construction method, the steel modular construction method is increasing in terms of securing economic feasibility by shortening the construction period and increasing the prefabrication rate. However, due to the recent rise in raw materials and a sharp rise in the exchange rate, the economic feasibility of the wet method is deteriorating compared to the wet method. Therefore, a hybrid between 9-Matrix-based OSC construction methods is considered as a solution, away from the steel-box type combination, and a comparative study of the construction process between each construction method is being conducted. It was analyzed that the PC modular construction method shortened the construction period by 9% compared to the existing steel modular construction method. On the other hand, when comparing the construction period of the Gayang-dong demonstration complex calculated assuming that all modules are applied, it is estimated that there will be a 12% reduction in construction period compared to the steel modular method and a whopping 43% compared to the RC method.
With the progress of national policy researches on the modular construction, many studies have been conducted regarding the standardization of interior building materials. However, studies on the standardization of exterior building materials are still insufficient, and there are no dedicated exterior materials for modular construction. In this regard, this study investigated the necessary of standardization through the analysis on 7 kinds of exterior materials used in general buildings and exterior building materials applied to modular apartment houses in order to establish design criteria for the standardization of dedicated modular exterior materials. Based on the analysis results, assembly reference plane in conjunction with inside dimensions was set, and panelizing standardized in five parts was proposed to solve the problem of low exterior material standardization rate. It also proposed elastic gasket and steel bracket details that can compensate for the fabrication errors of unit boxes and construction errors in stacking.
Currently, the structural material, namely glass fiber reinforced polymer (GFRP) is focused on innovative structure due to lightness, excellent workability and noncorrosive characteristics, etc. However, the lack of GFRP connection technology produces only an imitation of steel and wood structures. This uses univentive design principles as well as unsuitable material applications, causes tons of surplus of materials to be wasted, and results in uneconomical structures, because the characteristics between steel and GFRP are completely different. Thus, this research develops the new, innovative GFRP connection system with considerations of the characteristics of GFRP and adopts it to a mobile und modular membrane pavilion.
Modular steel buildings consist of prefabricated room-sized structural units that are manufactured offsite and installed onsite. The inter-module connections must fulfill the assembly construction requirements and soundly transfer the external loads. This work proposes an innovative assembled connection suitable for modular buildings with concrete-filled steel tube columns. The connection uses pretensioned strands and plugin bars to vertically connect the adjacent modular columns. The moment-transferring performance of this inter-module connection was studied through monotonic and cyclic loading tests. The results showed that because of the assembly construction, the connected sections were separated under lateral bending, and the prestressed inter-module connection performed as a weak semirigid connection. The moment strength at the early loading stage originated primarily from the contact bonding mechanism with the infilled concrete, and the postyield strength depended mainly on the tensioned strands. The connection displayed a self-centering-like behavior that the induced deformation was reversed during unloading. The energy dissipation originated primarily from frictional slipping of the plugin bars and steel strands. The moment transferring ability was closely related to the section dimension and the arrangements of the plugin bars and steel strands. A simplified strength calculation and evaluation method was also proposed, and the effectiveness was validated with the test data.
본 연구에서는 스터드패널과 경량철골골조로 구성된 모듈러건물 유닛의 강성, 하중재하능력, 연성능력, 에너지소산능력 등 내진성능을 평가하기 위하여 주기실험을 수행하였다. 모듈러건물 유닛의 횡력저항요소로서 스트랩브레이스 및 시트강판으로 보강된 스터드패널을 사용하였다. 실험 결과, 스트랩브레이스 및 시트강판 보강 스터드패널을 사용한 모듈러건물유닛은 우수한 연성거동을 보였다. 최대변위비는 5.37% 이상을 보였고, 변위연성도는 5.76 이상인 것으로 나타났다. 그러나 주기거동 동안 핀칭이 크게 발생하여 주기당 에너지소산량은 좋지 않은 것으로 나타났다. 모듈러건물유닛의 소성메커니즘을 바탕으로 내진설계를 위한 강도, 항복변위, 탄성강성 등 설계식을 제안하였고 실험 결과와 비교를 통하여 제안된 설계식을 검증하였다. 제안된 방법은 모듈러건물유닛의 하중재하능력, 강성 등 내진성능을 합리적으로 예측하였다. 그러나 스트랩브레이스 보강 스터드패널의 탄성강성은 크게 과대평가되었으므로, 안전한 내진설계를 위해서는 구조해석 시 탄성강성을 50%로 줄이는 것이 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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