KR100343960B1 - 강콘크리트 구조시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조부재의 인장측 외피에 강재를 배치하여 강재와 콘크리트의 합성에 의해 외력에 저항하도록 한 콘크리트 구조에 관한 것이다. 본 발명의 구조시스템은 철근콘크리트 보의 하부 주근 대신에 보의 하단부에 강재를 배치하여 인장력을 부담하도록 한다. 강재는 채널(2) 또는 두 개의 앵글(12)을 사용하며, 스팬이 길지 않은 경우에는 플레이트를 사용할 수도 있다. 채널(2)을 사용할 경우 보의 폭과 같은 폭의 채널을 보의 최하단에 노출시켜서 설치하되, 채널(2)의 플랜지가 상부쪽을 향하도록 설치한다. 채널(2)을 노출시켜 설치함으로써 인장재가 보의 최외곽에 배치되어 철골부재가 콘크리트중에 매립된 기존의 철골철근콘크리트구조보다 단면성능면에서 유리하다. 앵글(12)을 이용하는 경우에는 두 개의 앵글(12)을 보의 하부 코너 양쪽에 설치하고 두 개의 앵글(12)을 결속하기 위하여 앵글(12) 사이에 트러스 바(4) 또는 플레이트 조각을 용접하여 부착한다. 기둥의 경우에는 기둥의 네 모서리에 각각 한 개씩의 앵글(20)이 기둥 주철근 역할을 하도록 배치하며, 앵글(20)의 안쪽면 사이에 트러스 바(22) 또는 용접철망을 수직으로 설치한다. 채널(28)을 사용하는 경우에는 기둥의 단변 방향으로 기둥의 폭과 같은 폭의 두 개의 채널(28)을 설치하고 채널(28) 사이에 채널(28)의 플랜지의 안쪽으로 두 개의 트러스 바(22) 또는 플레이트 조각을 용접하여 부착한다.

Description

강콘크리트 구조시스템 {Steel concrete structure}

본 발명은 강콘크리트 구조시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 구조부재의 인장측 외피에 강재를 배치하여 강재와 콘크리트의 합성에 의해 외력에 저항하도록 한 콘크리트 구조에 관한 것이다.

종래의 건축물의 구조 방식은 크게 4가지로 구분된다. 철근콘크리트구조, 철골구조, 철골철근콘크리트구조 및 합성구조가 그것이다.

철근콘크리트구조는 콘크리트가 압축력을 부담하고 콘크리트중에 매립된 철근이 인장력을 부담하는 구조로써, 콘크리트는 단위체적당 단가가 저렴한 재료이나 인장내력이 부족하여 단독으로는 모멘트나 인장응력을 받을 수 없으므로 단면내에인장응력이 발생하는 부위에만 값비싼 철근을 배열하여 전체적으로 경제적인 설계가 가능하게 한 것이다.

철골구조는 강재는 단위체적당 단가가 비싸므로 단면 성상이 좋은 단면을 개발하여 사용한다. 즉, 목재나 콘크리트 단면이 주로 속이 찬 단면인데 반하여 철골구조 단면은 주로 속이 빈 단면이거나 앵글이나 채널과 같이 판상재를 구부린 형태로 만들어서 사용한다. 그러나, 철골구조는 구조부재의 단면적을 중간에서 변화시키는 것이 어려워 응력이 최대인 단면을 기준으로 설계할 수밖에 없으므로 단면적의 낭비가 크며, 층고가 커지고, 내화피복을 별도로 시공해야 하는 등의 문제가 있다.

철골철근콘크리트구조는 철골이 불연재료이기는 하나 내화구조로는 부적합하며 철근콘크리트조와 철골구조 두 가지 각각의 골조만으로는 내력이 부족할 경우 양자를 같은 장소에 겸하여 시공하는 구조이며 주로 철골구조를 중앙에 배치한 채 철근콘크리트구조를 뒤집어 씌우거나 측면에 부착하여 누가강도식의 설계가 가능하게 하는 방식이다. 일반 철골철근콘크리트구조에서 불편한 점은 철골공사를 마친후 주변에 거푸집을 설치하고 철근콘크리트를 추가로 타설하여야 하는 점이며 철골의 외곽에 최소한의 피복두께가 확보되어야 하기 때문에 단면이 커지고 공사비가 상숭하게 되는 문제가 있다. 철골철근콘크리트구조는 단면크기에 여유가 있는 경우에는 철골을 콘크리트 단면 내부에 배치할 수 있으나, 단면을 줄이다보면 콘크리트 내부에 배치된 철골만으로는 필요한 내력을 확보할 수 없는 문제가 있다.

최근에는 아파트 공사의 합리화를 위하여 아파트 구조를 철골구조로 설계하고자 하는 시도가 많아지고 있으나, 철골구조는 층고를 줄이는데 한계가 있어 현실적으로 적용하기가 쉽지 않은 문제가 있다.

본 발명의 목적은 강재의 단면적 전부를 인장재로 사용할 수 있고, 강재의 단면적이 부재의 최외곽에 있어 응력상 효율적인 구조 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 층고를 획기적으로 줄일 수 있어 아파트 공사에도 적용이 가능한 구조 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 거푸집과 내화피복 공사를 겸할 수 있도록 하여 거푸집의 해체 비용을 절감할 수 있고 별도로 내화피복 공사를 하지 않아 경제적으로 유리한 구조 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 증축 또는 적재하중의 추가가 필요한 경우 보강공사가 용이한 구조 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 부재의 최외곽에 강재가 배치되어 균열의 발생을 방지할 수 있는 구조 시스템을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명인 강콘크리트 구조시스템에서 보의 단면도 및 보에 사용되는 강재의 사시도이다.

도2는 보의 강재로 앵글을 사용한 경우의 단면도 및 사시도이다.

도3은 채널에 트러스 바가 부착된 상태의 단면도이다.

도4는 와이어 스트랜드의 단부에 스위지 소켓을 부착한 경우와 와이어 스트랜드를 루프형으로 결속한 상태의 도면이다.

도5는 본 발명인 강콘크리트 구조시스템에서 기둥의 단면도 및 기둥에 사용되는 강재의 사시도이다.

도6은 기둥의 강재로 앵글을 사용한 경우의 단면도 및 사시도이다.

도7 및 도8은 기둥과 보의 접합부의 평면도 및 측면도이다.

도9는 센데크의 사시도이다.

도10은 센데크를 슬래브 거푸집으로 설치한 상태의 평면도 및 측면도이다.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

2, 28: 채널 4, 22: 트러스 바

6: 수평철근 8, 26: 래티스 근

10: 콘크리트 12, 20: 앵글

14: 와이어 스트랜드 24: 수직철근

30: 고정플레이트 32: 접합플레이트

34: 볼트 36: 접합앵글

38: 센 데크 40: 수평판

42: 삼각리브 44: 구멍

46: 타이 바 48: 내화피복 거푸집

도면에 따라 본 발명을 설명한다.

도 1은 본 발명의 강콘크리트 구조 시스템의 보의 단면도 및 보에 사용되는 강재의 사시도이다. 본 발명의 구조시스템은 철근콘크리트 보의 하부 주근 대신에보의 하단부에 강재를 배치하여 인장력을 부담하도록 한다. 강재는 채널(2) 또는 두 개의 앵글(12)을 사용하며, 스팬이 길지 않은 경우에는 플레이트를 사용할 수도 있다.

채널(2)을 사용할 경우 보의 폭과 같은 폭의 채널을 보의 최하단에 노출시켜서 설치하되, 채널(2)의 플랜지가 상부쪽을 향하도록 설치한다. 채널(2)은 콘크리트를 수용하는 거푸집의 역할을 동시에 수행함으로써 보 하부 거푸집을 별도로 설치할 필요가 없어 시공이 간편하며, 채널(2)을 노출시켜 설치함으로써 인장재가 보의 최외곽에 배치되어 철골부재가 콘크리트중에 매립된 기존의 철골철근콘크리트구조보다 단면성능면에서 유리하다. 또한 채널의 중앙에는 콘크리트와의 부착력을 높이기 위해 일정간격으로 스터드볼트를 용접하여 부착할 수도 있다.

앵글(12)을 이용하는 경우에는 두 개의 앵글(12)을 보의 하부 코너 양쪽에 설치하고 두 개의 앵글(12)을 결속하기 위하여 앵글(12) 사이에 트러스 바(4)를 용접하여 부착한다. 트러스 바(4)는 수평철근(6) 두 개를 평행하게 배치하고 상기 두 개의 수평철근(6) 사이에 삼각형상으로 반복적으로 절곡된 래티스 근(8)을 용접하여 부착한 것으로, 각 앵글(12)의 상면에 수평철근을 용접하여 부착하면 앵글이 서로 결속된다. 앵글(12)을 이용하는 경우에는 보 하부 거푸집(내화피복 겸용)을 별도로 설치하여야 한다. 또한 상기 트러스 바(4)를 대신하여 앵글(12)과 앵글(12) 사이에 다수개의 폭이 좁고 길이가 긴 플레이트 조각을 수평으로 일정간격으로 용접하여 부착할 수도 있다.

도3은 채널(2)에 수직으로 트러스 바(4)가 설치된 상태의 단면도로써, 상기트러스 바(4)는 추후 콘크리트(10)가 타설된 상태에서 콘크리트(10)와 채널(2)을 일체화시키는 역할을 하며, 콘크리트의 전단 보강근 역할을 한다. 상기 트러스 바(4)는 두 개의 수평철근(6) 사이에 삼각 형상으로 반복적으로 절곡된 래티스 근(8)을 부착한 것을 각각 채널(2)의 플랜지 안쪽면에 부착할 수도 있고, 상부에 두 개, 하부에 하나의 수평철근(6)을 설치하고 상하부 수평철근 사이에는 삼각 형상으로 반복적으로 절곡된 래티스 근(8)을 부착하고 상부철근 사이에는 타이바(46)를 부착한 것을 채널(2)의 웨브의 중앙에 부착할 수도 있으며, 래티스 근 대신 일반 용접철망을 사용할 수도 있다. 래티스 근(8)은 슬래브 거푸집으로 센 데크(38)를 사용할 경우 이를 지지하기 위한 지지대의 역할도 한다.

보의 스팬이 작아서 보에 가해지는 응력이 크지 않은 경우에는 채널(2) 또는 앵글(12)만을 사용할 수 있으나, 채널(2) 또는 앵글(12)만으로는 보의 춤이 부족한 경우에는 채널 또는 앵글의 측면으로 별도로 보 거푸집을 설치하여 보의 춤을 증가시킬 수도 있다. 보 측면 거푸집은 통상 사용하는 합판 거푸집을 사용할 수 있으나, 거푸집재로써 내화피복재를 겸하는 거푸집(48)을 사용하여 상기 내화피복 거푸집(48)을 탈형하지 않고 존치하면 강재의 내화피복을 겸할 수 있다.

채널(2)을 일반적으로 사용하는 방향이 아닌 눕혀서 사용하므로 그 자체로는 구조 내력을 기대하기 어렵다. 따라서, 일반 철골공사와는 달리 채널(2)을 설치할 때 가설 서포트를 설치하거나 채널(2) 또는 앵글(12)을 가설용 트러스의 압축부재로 사용하는 임시 트러스를 필요로 한다. 즉, 채널(2)과 채널의 상부에 타설되는 콘크리트(10)가 일체가 될 때까지 채널과 콘크리트 모두 구조적인 역할을 수행할수 없는 것으로 본다. 본 발명의 강콘크리트 구조시스템은 철근콘크리트구조의 이론과 유사한 구조로써, 철근 대신 강재를 사용하되 그 강재를 구조부재의 외피에 노출시키는 점이 다르다.

보의 단부에 부 모멘트가 작용하는 부분은 강재 대신 철근이나 와이어 스트랜드(Wire Strand, 14)를 콘크리트 내에 배근하여 일반 철근콘크리트 구조 개념으로 해결하는 것이 유리하며, 이는 강재가 보의 상단에 노출되면 콘크리트를 밀실하게 타설하는 것이 어렵기 때문이다. 와이어 스트랜드(14)는 강도에 비하여 단면적이 적어서 부착 내력이 부족할 수 있으므로 도4에 도시된 바와 같이 단부에 스위지 소켓(swage socket, 16)을 부착하거나 루프(loop)로 제작할 수 있다. 즉, 와이어 스트랜드(14)의 단부에 원형 와셔(18)를 끼우고 와셔(18) 뒤에 스위지 소켓(16)을 설치하여 와이어 스트랜드(14)에 가해지는 인장력을 와셔(18)가 저항할 수 있도록 하거나, 와이어 스트랜드(14)의 단부에 고리를 형성하고 스위지 소켓(16)으로 결속한 다음 상기 고리를 철근에 끼워 설치함으로써 와이어 스트랜드(14)에 가해지는 인장력에 저항할 수 있도록 한다.

또한, 철근 콘크리트 구조는 콘크리트가 양생되면 거푸집을 제거하는 것이 원칙이나, 본 발명의 강콘크리트 구조시스템에서는 구조부재의 외피에 강재가 노출되어 있기 때문에 거푸집 재료로써 내화재를 사용하여 영구적으로 존치시키는 것이 바람직하다.

도5 및 도6은 본 발명의 강콘크리트 구조시스템의 기둥의 단면도 및 강재의 사시도이다. 강재는 네 개의 앵글(20)을 사용하거나 두 개의 채널(28)을 사용한다. 앵글(20)을 사용하는 경우에는 기둥의 네 모서리에 각각 앵글(20)을 배치하여 네 개의 앵글(20)이 기둥 주철근 역할을 하며, 앵글(20)의 안쪽면 사이에 트러스 바(22) 또는 용접철망을 수직으로 설치한다. 트러스 바(22)는 두 개의 수직철근(24) 사이에 삼각으로 반복적으로 절곡된 래티스 근(26)을 부착한 것을 사용하며, 트러스 바(22)의 수직철근(24)을 앵글(20)의 안쪽면에 용접하여 부착한다. 채널(28)을 사용하는 경우에는 기둥의 단변 방향으로 기둥의 폭과 같은 폭의 두 개의 채널(28)을 설치하고 채널(28) 사이에 채널(28)의 플랜지의 안쪽으로 두 개의 트러스 바(22)를 용접하여 부착한다. 또한 상기 트러스 바(4)를 대신하여 앵글(12)과 앵글(12) 사이에 다수개의 폭이 좁고 길이가 긴 플레이트 조각을 수직으로 일정간격으로 용접하여 부착할 수도 있다.

앵글(20) 또는 채널(28)의 바깥쪽 면으로 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하면 기둥이 완성된다. 거푸집은 기존의 합판 거푸집을 그대로 사용할 수 있으며, 거푸집으로 내화피복재를 겸하는 거푸집을 사용하면 거푸집을 탈형하지 않아도 되고 내화피복 공사를 겸할 수 있어 시공이 간편하다.

상술한 기둥 또는 보에서 앵글(12, 20) 또는 채널(2, 28)에 트러스 바(4, 22)를 부착하는 작업은 현장에서 수행할 수도 있으나, 앵글(12, 20) 또는 채널(2, 28)의 가공과 트러스 바(4, 22)의 용접 작업을 공장에서 수행하고 조립품을 현장으로 운반하여 설치할 수도 있으며, 이 경우 현장 철근 배근공사가 기계화되고 현장 작업이 줄어드는 장점이 있다.

도7 및 도8은 보와 기둥의 접합부의 평면도 및 측면도이다. 기둥의 측면 앵글(20)과 앵글(20)의 사이에 보의 채널(2)이 맞닿는 부위에 수평으로 고정플레이트(30)를 부착하고, 상기 고정플레이트(30) 좌우에 두 개의 접합플레이트(32)를 수직으로 보의 폭 만큼 간격을 두고 부착한다. 상기 두 개의 접합플레이트(32) 사이에 보의 채널(2)이 끼워지며, 상기 접합플레이트(32)와 보의 채널(2)의 플랜지 단부에는 각각 다수개의 볼트구멍이 형성되며, 상기 볼트구멍에 볼트(34)를 끼우고 너트로 조여서 기둥의 앵글(20)과 보의 채널(2)을 결속한다. 볼트(34)는 채널(2)을 관통하여 설치됨으로써 채널(2)의 내부에 타설되는 콘크리트(10)와 일체가 되어 앵글(20)과 채널(2)을 결속한다.

도8은 기둥과 보를 결속하기 위한 다른 방법의 평면도 및 측면도로써, 두 개의 접합플레이트(32)를 이용하지 않고 하나의 접합앵글(36)만을 사용한 것이다. 기둥의 앵글(20) 사이에 부착된 고정플레이트(30)에 접합앵글(36)을 앵글의 한쪽 날개가 보의 채널(2)의 웨브 위로 겹쳐지도록 수평으로 부착하고, 접합앵글(36)의 돌출된 날개와 채널(2)의 웨브 단부에 형성된 볼트구멍에 볼트(34)를 체결하여 결속한다.

도9는 슬래브 거푸집으로 사용할 수 있는 센 데크(38)의 사시도이며, 도10은 센 데크(38)를 이용하여 슬래브 거푸집을 설치한 상태의 사시도이다. 슬래브 거푸집은 일반 합판 거푸집을 이용할 수도 있으나, 센 데크(38)를 이용할 경우 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

센 데크(38)는 합성구조용 데크플레이트로써, 단순히 거푸집의 용도가 아닌 콘크리트와 일체가 되어 외력에 저항하는 구조용 데크플레이트이다. 센 데크(38)는 하부면은 평활하고 상부면으로는 다수개의 삼각 리브(42)가 돌출하도록 철판을 연속하여 절곡한 것으로, 삼각 리브(42)는 직선부와 삼각부로 구성되어 수평판(40)에서 수직으로 직선부가 돌출하고 직선부의 상단에서 다시 삼각으로 절곡된 것이다. 양 단부에는 일정 모듈로 제작된 센 데크(38)를 서로 연결할 수 있도록 암수 결속부가 형성되며, 자착식으로 연결해 나갈 수 있다.

센 데크(38)는 단순한 거푸집의 용도가 아닌 구조재로써도 역할을 하는 바, 콘크리트가 양생되기 전까지는 거푸집 역할을 하고, 양생 후에는 철근을 대신하는 용도로도 사용되어 슬래브의 하부 철근을 생략할 수 있고, 상부에 와이어 메쉬만을 배근하여 구조물을 축조할 수 있다. 센 데크(38)는 일반적인 데크플레이트 설치 방식대로 보 측면 거푸집 사이에 걸쳐지도록 설치할 수도 있고, 보의 상부를 센 데크(38)로 모두 덮은 후에 보가 지나가는 부위에만 센 데크(38)의 수평판(40)에 구멍(44)을 뚫어 콘크리트를 타설할 수도 있다.

본 발명의 강콘크리트 구조시스템은 강재의 단면적 전부를 인장재로 사용하므로 경제적이며, 채널과 앵글은 구조재이면서도 공사중에는 거푸집 역할을 동시에 수행할 수 있어 효율적이다. 또한, 거푸집을 내화피복을 겸하는 재료를 사용함으로써 거푸집의 해체가 필요없고 내화피복을 겸할 수 있어 공기 단축에 유리하다. 또한, 강재가 구조부재의 최외곽에 배치됨으로써 응력상 효율적이며, 균열을 방지할 수 있다. 또한, 기존의 철골구조보다 층고를 획기적으로 줄일 수 있어 아파트설계에 적합하며, 증축 또는 적재하중 추가가 필요한 경우 보강공사가 용이하다. 또한, 강재와 트러스 바의 제작 및 조립을 공장에서 할 수 있으므로 현장 작업의 양이 줄어들고 정밀 시공이 가능한 장점이 있으며, 철근의 배근이 조밀하지 않으므로 콘크리트 타설이나 전선관의 배관 등이 용이한 장점이 있다.

Claims (8)

1. 기둥 또는 내력벽, 보 및 슬래브로 구성되는 철근콘크리트구조에서, 상기 보는 보의 하부 주철근을 대신하여 보의 하단부에 강재를 노출시켜 설치하고, 보의 스터럽 철근을 대신하여 상기 강재의 상부에 수직으로 트러스 바(4) 또는 용접철망을 설치하는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 구조.
2. 제1항에서, 상기 강재는 웨브의 길이가 보의 폭과 동일하며 플랜지가 위쪽을 향하도록 설치된 채널(2)이거나 또는 보의 하부 모서리에 설치되며 트러스 바(4)에 의해 서로 연결된 두 개의 앵글(12)인 것을 특징으로 하는 강콘크리트 구조.
3. 제1항에서, 상기 트러스 바(4)는 일정 간격으로 상부와 하부에 평행하게 배치된 두 개의 수평철근(6) 사이에 삼각으로 반복적으로 절곡되어 용접되는 래티스 근(8)으로 구성되거나, 또는 상부에 두 개 하부에 한 개 평행하게 세 개의 수평철근(6)이 배치되고 상부와 하부 수평철근 사이에는 삼각으로 반복적으로 절곡된 래티스 근(8)이 용접되고 상부의 수평철근 사이에는 타이바(46)가 부착되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 구조.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에서, 상기 보의 강재 또는 강재에 부착된 트러스 바(4)의 위로 센 데크(38)를 설치하고, 상기 센 데크(38)의 수평판(40)에서보가 지나가는 부분에 구멍(44)을 뚫어 콘크리트를 타설하는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 구조.
5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에서, 상기 보의 단부 상부에는 다수개의 와이어 스트랜드(14)를 설치하고, 상기 와이어 스트랜드(14)의 단부에 와셔(18)와 스위지 소켓(16)을 설치하거나, 루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 구조.
6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에서, 상기 강재의 외부면에 내화피복 거푸집(48)를 설치하여 콘크리트를 타설하고 상기 내화피복 거푸집(48)을 제거하지 않는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 구조.
7. 기둥 또는 내력벽, 보 및 슬래브로 구성되는 철근콘크리트구조에서, 기둥의 주철근을 대신하여 기둥의 외부면에 다수개의 강재를 노출시켜 설치하고, 기둥의 띠철근을 대신하여 상기 강재의 각각의 사이에 트러스 바(22) 또는 용접철망을 부착한 것을 특징으로 하는 강콘크리트 구조.
8. 제7항에서, 상기 강재는 기둥의 네 모서리에 각각 수직으로 설치된 앵글(20)이거나, 또는 기둥의 네 면중 마주보는 두 면에 각각 수직으로 설치된 채널(28)인 것을 특징으로 하는 강콘크리트 구조.