KR20110085469A - 보강부재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물 그리고 그 시공 방법 - Google Patents

보강부재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물 그리고 그 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철근콘크리트 접합부에 장착되는 보강부재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 구조의 기둥과 보 접합부에 스터드 볼트가 부착된 강판을 결합하여 보강함으로써 설계지진이나 풍하중에 뛰어난 저항성능을 보유할 뿐만 아니라 설계하중 이상의 큰 하중이나 가스나 테러에 의한 폭발에 의한 비정상하중에 의한 건물의 국부적인 붕괴나 전체 붕괴의 위험을 최소화할 수 있는 철근콘크리트 접합부의 보강부재 및 그 시공 방법에 관한 것이다.

Description

보강부재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물 그리고 그 시공 방법 {Reinforced Member And Reinforced Concrete Structure Using It And Construction Method}
본 발명은 철근콘크리트 접합부에 장착되는 보강부재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 구조의 기둥과 보 접합부에 스터드 볼트가 부착된 강판을 결합하여 보강함으로써 설계지진이나 풍하중에 뛰어난 저항성능을 보유할 뿐만 아니라 설계하중 이상의 큰 하중이나 가스나 테러에 의한 폭발에 의한 비정상하중에 의한 건물의 국부적인 붕괴나 전체 붕괴의 위험을 최소화할 수 있는 철근콘크리트 접합부의 보강부재 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
본 발명은 철근콘크리트 구조의 모든 접합부, 특히 기둥과 보 접합부에 적용할 수 있다.
일반적으로 철근콘크리트 구조의 경우 기둥과 보가 일체로 결합하여 하중을 분산하여 구조물을 지지하므로 지진이나 풍하중 등에 의한 비정상 하중이 작용하여 구조물 중 일부 부재가 손상되거나 파괴되어 국부적인 파괴가 발생한 경우 이들 부재가 부담하던 하중은 인접부재로 전달되게 되고, 그 상부층은 지지부재의 손실로 인하여 큰 변형이 발생한다. 이러한 국부적인 파괴는 부재의 연쇄적인 붕괴로 인한 구조물 전체의 붕괴로 이어질 수 있다.
특히 구조물에 널리 사용되는 RC 모멘트 저항골조 건물의 경우 구조형식에 따라 철근을 내진상세에 따라 배근한 경우와 중력하중만을 부담하도록 배근하는 일반상세에 따라 배근한 경우로 나눌수 있다.
폭탄 테러에 의해 파괴된 건물의 조사결과와 관련 연구자들의 해석 및 실험 연구결과에 따르면 현행 내지설계 기준에 따라 건물을 설계할 경우 연쇄붕괴에 대한 충분한 저항 내역을 보유한 것으로 나타났지만, 중력하중 저항골조의 경우 연쇄붕괴에 매우 취약적인 것으로 나타났다.
상기와 같이 연쇄 붕괴에 취약한 중력하중 저항골조에 설계하중보다 발생빈도가 낮은 비정상하중에 의한 연쇄붕괴를 방지하기 위하여 내진 상세를 적용할 경우 많은 철근이 소요되기 때문에 비경제적인 문제가 있다.
또한, 신축 구조물이 아닌 이미 건축된 중력하중 저항골조의 경우 내진 상세 반영 자체가 불가능하므로 근본적인 대책이 될 수 없다.
따라서, 신축 및 기존 건물의 비정상적인 하중에 의한 연쇄 붕괴를 방지하기 위한 경제적이고 시공 용이성이 뛰어난 보강방법의 개발이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 철근콘크리트 구조물의 접합부에 일체성을 확보할 수 있는 보강부재를 시공함으로써 내진설계가 반영되지 않은 일반상세를 가진 철근콘크리트 구조물의 연쇄붕괴 저항성능을 향상시킬 수 있는 보강부재 및 이를 구비한 철근콘크리트 구조물 그리고 그 시공방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 보강부재는 철근콘크리트 구조물의 접합부에 형성되는 보강부재로서, 다수개의 관통부를 구비하여 상기 접합부에 부착되는 플레이트와 상기 관통부에 삽입되되, 상기 구조물의 주근 사이에 삽입되어 상기 주근 및 콘크리트와 일체로 형성되어 상기 플레이트와 상기 접합부를 고정하는 볼트부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 볼트부재는 스터드 볼트인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 플레이트는 기둥과 보의 접합면 중 적어도 하나의 접합면에 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플레이트는 상기 기둥과 보의 접합면에서 상기 보 중앙부 방향으로 유효깊이(d) 만큼 연장되어 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물은 상기에 기재된 보강부재가 접합부에 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보강부재 시공방법은 철근콘크리트 구조물의 접합부에 보강부재를 시공하는 방법으로서, (a) 상기 철근콘크리트 구조물 내부에 철근을 배근하고, 상기 철근콘크리트 접합부에 보강부재를 설치하는 단계와 (b) 상기 보강부재가 설치된 철근콘크리트 구조물 내부에 콘크리트를 타설하고 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계는 기둥과 보의 접합면 중 적어도 하나의 면에 관통부를 구비한 플레이트를 배치하는 단계와 상기 주근 사이에 볼트가 위치하도록 상기 볼트를 상기 플레이트의 관통부에 체결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 플레이트는 상기 기둥과 보의 접합면에서 상기 보의 중앙부로 유효깊이(d)만큼 연장되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 (a) 단계는 기둥과 보의 접합부가 상기 제 1 보와 제 2 보가 기둥을 중심으로 기둥에 십자(十)형태로 교차하여 상기 기둥과 제 1 보의 접합면에 플레이트가 형성되고 상기 제 2 보가 상기 플레이트를 관통하는 경우 상기 제 2 보의 철근이 플레이트를 관통하는 부분에 제 2 관통부를 천공하는 단계와 상기 제 2 관통부를 통해 상기 제 2 보의 철근을 관통시켜 철근을 배근하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계는 상기 플레이트가 상기 볼트에 의해 고정된 상태에서 콘크리트를 타설하는 단계와 상기 콘크리트가 경화되어 상기 플레이트, 볼트, 철근 및 콘크리트가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 보강부재를 기둥-보 접합부에 일체로 시공하여 테러로 인하여 기둥이 제거되거나 손상이 발생한 이후 대변형 상태에서 보-기둥 접합부에 집중되는 손상이나 변형을 최소화하여 건물의 연속적인 붕괴를 방지할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
또한, 보강부재의 플레이트가 스터드 볼트를 통해 주 부재인 보-기둥의 콘크리트 및 철근과 일체성을 확보할 수 있으며, 대변형 상태에서 상기 스터드 볼트가 인장력을 부담하는 철근 역할을 수행함과 동시에 상기 플레이트가 콘트리트와 일체로 거동하여 접합부의 변형능력과 강도를 향상시킬 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
이를 통해 본 발명은 설계지진이나 풍하중에 대하여 뛰어난 저항성능을 보유할 뿐만 아니라 설계하중 이상의 큰 하중이나, 가스나 테러에 의한 폭발에 의한 비정상하중에 의한 건물의 국부적인 붕괴나 전체 붕괴의 가능성을 최소화할 수 있다.
또한, 철근콘크리트 부재의 연쇄붕괴 저항성능을 향상시키기 위하여 과도한 철근을 배근하지 않고 본 발명에서 제안한 플레이트만으로 보강함으로써 철근량을 감소시켜 경제적이고, 제작 및 시공의 정밀도가 비교적 덜 요구되므로, 제작이 간편하고 일반 시공기술자가 쉽게 제작할 수 있으므로 시공성이 매우 우수한 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보강부재가 설치된 철근콘크리트 구조체를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 입면도이다.
도 3은 도 1의 보강부재의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플레이트 너비 산정을 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명과 종래의 RC 접합부의 모멘트도를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명과 종래의 RC 접합부의 파괴 거동을 도시한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 시공방법에 따른 보강부재가 시공된 사시도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철근 배근 및 보강부재 장착과정에 대한 예시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 보강부재에 따라 보강된 RC 접합부와 종래의 RC 접합부의 힘-변위 곡선을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보강부재가 설치된 철근콘크리트 구조체를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 입면도이고, 도 3은 도 1의 보강부재의 상세 구성도이다.
본 실시예는 철근콘크리트 구조물의 기둥과 보의 접합부에 보강부재가 형성되는 경우에 한하여 설명하지만, 철근콘크리트 구조물 중 인장이 취약한 부재간 접합부에 적용될 수 있음은 자명한 것이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보강부재(30)는 철근 콘크리트 구조물의 접합부에 부착되는 플레이트(310)와 상기 플레이트의 관통부에 삽입되어 상기 플레이트와 콘크리트 사이의 일체성을 확보하기 위해 상기 플레이트와 구조물을 고정하는 볼트(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 보강부재(30)는 기둥(10)과 보(20)의 접합면(상,하,좌,우) 중 적어도 하나에 설치될 수 있으며, 상기 보강부재의 플레이트(310)는 강성이 취약한 보의 단부에서의 강성을 보강하기 위해 상기 기둥(10)과 보(20)의 접합면에서 보의 중앙부로 연장되는 크기로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 기둥이 일측에만 보와 연결되는 경우는 플레이트(310)의 길이(W)는 하기와 같이 산출될 수 있다.
플레이트 길이(W) = 기둥의 너비(WC) + 보의 유효깊이(d)
그리고 기둥이 양측에서 보와 연결되는 경우는 하기와 같이 산출될 수 있다.
플레이트 길이(W) = 기둥의 너비(WC) + (보의 유효깊이(d) × 2)
또한, 플레이트의 높이(H)는 최외단 피복간 높이(H1)와 보의 상하부 철근간 길이(WG) 사이의 값에서 임의로 선택될 수 있으며, 두께는 철근콘크리트 구조물의 응력과 강성을 고려하여 설정될 수 있으며, 3mm 이상의 강판으로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 보강부재의 볼트(320)는 상기 플레이트의 관통부를 관통하여 콘크리트와 일체성을 확보할 수 있는 수단은 무엇이나 가능하고, 스터드 볼트가 사용될 수 있다.
이하, 상기 볼트로 스터드 볼트가 사용된 경우로 한정하여 설명하기로 한다.
상기 스터드 볼트는 상기 기둥과 보의 접합부의 변형시 플레이트가 분리되지 않고 콘크리트 속에 잘 매입되도록 끝단이 넓게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 스터드 볼트는 철근콘크리트 보와 기둥의 철근(주근)과 간섭이 되지 않도록 배치하여야 하고, 이를 위해 상기 플레이트에 형성된 관통부 위치 선정이 중요하다.
상기 관통부는 플레이트가 부착되었을 때 콘크리트 내의 철근이 배치되는 부분을 피해서 상기 배치된 철근 사이에 위치하도록 천공하여야만, 상기 스터드 볼트가 상기 관통부에 삽입되었을 경우 보와 기둥의 철근과 간섭을 배제할 수 있다.
도 5를 통해 알 수 있듯이, 보강부재가 보강되기 전 기둥과 보 접합부의 모멘트도는 일정한 곡률(A)을 가지고 변하지만 플레이트로 보강한 경우는 보강지점에서 모멘트 저항력이 급격하게 증가함을 알 수 있다.
따라서, 도 6을 통해 알 수 있듯이 기둥과 보의 접합부에 외부하중이 작용하게 되면 보강을 하지 않은 경우 파괴는 보-기둥 접합면(D)에서 발생하지만, 본 발명과 같이 플레이트 보강된 경우 강판이 끝나는 지점(C)에서 파괴가 발생하고, 보-기둥 접합면과 플레이트의 끝지점 사이(B)는 큰 저항내력을 보유하게 된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 보강부재의 시공방법에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명은 보강부재의 시공 방법과 관련 기둥과 보의 접합부의 위치에 따라 2가지 방법으로 구분된다.
첫번째는 도 1과 같이 보강부재가 구조물의 최외측에서 기둥이 하나의 보와 접합하는 부분에 형성되는 경우(제 1 시공방법)이고, 두번째는 보강부재가 도 7과 같이 구조물의 내측에서 기둥이 십자(+) 형태로 교차하는 2개의 보와 접합하는 부분에 형성되는 경우(제 2 시공방법)이다.
이하, 차례대로 보강부재의 시공방법에 대해 살펴보기로 한다.
제 1 시공방법은 도 8의 (a)와 같이 먼저, 상기 철근콘크리트 구조물 내부에 철근을 배근한다.
보다 구체적으로, 설계 시방서에 따라 구조부재인 기둥과 보의 내부에 매입되는 철근(주근, 보조근, 보강근 등)을 배근한다.
다음으로, 도 8의 (b)와 같이 상기 철근이 배근된 기둥과 보의 접합부에 플레이트를 장착하고, 상기 플레이트의 관통부를 통해 스터드 볼트를 삽입하여 플레이트를 고정한다. 여기서, 상기 기둥과 보의 철근과의 간섭을 배제하기 위해 상기 스터드 볼트는 상기 철근 사이에 배치된다.
여기서, 상기 플레이트와 배근된 철근 사이의 간격을 유지하기 위해 플레이트와 철근 사이에 스페이서를 설치할 수 있다.
상기와 같이 스터드 볼트에 의해 플레이트가 기둥과 보의 접합부에 고정되면 거푸집에 콘크리트를 타설하여 경화한다.
상기와 같이 경화과정이 종료하면 상기 플레이트와 스터드 볼트로 구성되는 보강부재는 콘크리트 및 철근과 일체성을 확보하면서 결합되므로 강성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 스터드 볼트는 플레이트를 기둥과 보의 접합부에 단단히 고정하는 역할 뿐만 아니라, 콘크리트에 매립되어 인장력을 보완하는 철근의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
한편, 제 2 시공방법은 보강부재가 기둥이 2개의 보(제 1 보와 제 2 보)와 십자(+)형태로 교차하는 부분에 형성되므로 상기 제 1 시공방법과는 시공 방법이 상이하다.
여기서, 설명의 편의를 위해 보강부재가 기둥과 제 1 보의 접합부에 설치되는 경우를 한정하여 설명하지만, 제 2 보의 접합부에 형성될 수 있음은 자명한 것이다.
먼저, 보강부재의 플레이트는 스터드 볼트가 삽입되는 관통부와 제 2 보의 철근이 관통되는 제 2 관통부를 포함한다.
먼저, 기둥과 제 1 보의 철근을 설계 시방서 대로 배근한다.
이어서, 보강부재의 플레이트를 상기 기둥과 제 1 보의 접합부에 장착하고, 스터드 볼트를 관통부에 삽입하여 플레이트를 고정한다.
그리고, 상기 제 2 보의 철근을 배근하되, 상기 플레이트를 관통하는 부분의 철근은 상기 제 2 관통부를 통해 배근한다.
상기와 같은 과정을 통해 철근 배근 및 플레이트 고정에 완료되면 거푸집을 통해 콘크리트를 타설하여 경화한다.
상기와 같이 경화과정이 종료하면 상기 플레이트와 스터드 볼트로 구성되는 보강부재는 콘크리트 및 철근과 일체성을 확보하면서 결합되므로 강성을 확보할 수 있다.
제 1 시공방법에 의한 보강부재는 플레이트 전면이 외부에 노출되지만 상기 제 2 시공방법의 경우 상기 기둥과 제 1 보의 접합면이 외부로 노출되지 않고 제 2 보의 콘크리트에 의해 매입되므로 제 1 보의 단부의 플레이트만 노출된다.
도 9는 본 발명에 따른 보강부재에 따라 보강된 RC 접합부와 종래의 RC 접합부의 힘-변위 곡선을 도시한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 종래의 RC 접합부의 힘-변위 곡선(P)은 특정 한계 변형(하중)에 도달하면 철근의 파단(BK)이 발생하여 힘-변위 곡선이 급격하게 하강하는 것을 알 수 있다.
그러나, 본 발명에 따라 보강된 RC 접합부의 힘-변위 곡선(Q)은 보다 높은 하중까지 상승하고 변형도 크게 발생함을 알 수 있으며, 이를 통해 접합부의 강성이 크게 향상되었음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 기둥 110 : 기둥의 주근
20 : 보 220 : 보의 주근
30 : 보강부재 310 : 플레이트
320 : 볼트

Claims (10)

  1. 철근콘크리트 구조물의 접합부에 형성되는 보강부재로서,
    다수개의 관통부를 구비하여 상기 접합부에 부착되는 플레이트와;
    상기 관통부에 삽입되되, 상기 구조물의 주근 사이에 삽입되어 상기 주근 및 콘크리트와 일체로 형성되어 상기 플레이트와 상기 접합부를 고정하는 볼트부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강부재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 볼트부재는
    스터드 볼트인 것을 특징으로 하는 보강부재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플레이트는
    콘크리트와 보의 접합면 중 적어도 하나의 접합면에 형성된 것을 특징으로 하는 보강부재.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 플레이트는
    상기 기둥과 보의 접합면에서 상기 보 중앙부 방향으로 유효깊이(d) 만큼 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 보강부재.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 선택된 어느 하나의 보강부재가 접합부에 형성된 철근콘크리트 구조물.
  6. 철근콘크리트 구조물의 접합부에 보강부재를 시공하는 방법으로서,
    (a) 상기 철근콘크리트 구조물 내부에 철근을 배근하고, 상기 철근콘크리트 접합부에 보강부재를 설치하는 단계와;
    (b) 상기 보강부재가 설치된 콘크리트 구조물 내부에 콘크리트를 타설하고 경화하는 단계를 포함하는 보강부재 시공방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 (b) 단계는
    기둥과 보의 접합면 중 적어도 하나의 면에 관통부를 구비한 플레이트를 배치하는 단계와;
    상기철근 사이에 볼트가 위치하도록 상기 볼트를 상기 플레이트의 관통부에 체결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강부재 시공방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 플레이트는
    상기 기둥과 보의 접합면에서 상기 보의 중앙부 방향으로 유효깊이(d)만큼 연장되도록 형성된 것을 특징으로 하는 보강부재 시공방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 (b) 단계는
    기둥과 보의 접합부가 상기 제 1 보와 제 2 보가 기둥을 중심으로 기둥에 십자(十)형태로 교차하여 상기 기둥과 제 1 보의 접합면에 플레이트가 형성되고 상기 제 2 보가 상기 플레이트를 관통하는 경우
    상기 제 2 보의 철근이 플레이트를 관통하는 부분에 제 2 관통부를 천공하는 단계와;
    상기 제 2 관통부를 통해 상기 제 2 보의 철근을 관통시켜 철근을 철근을 배근하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강부재 시공방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 플레이트가 상기 볼트에 의해 고정된 상태에서 콘크리트를 타설하는 단계와;
    상기 콘크리트가 경화되어 상기 플레이트, 볼트, 철근 및 콘크리트가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 보강부재 시공방법.






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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014046522A1 (en) 2012-09-24 2014-03-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Multiview image generating method and multi view image display apparatus

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