KR100575057B1 - 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법은 (A) 기존 건축물의 최상층 단부에 제1, 제2 및 제3 가설 밑판을 포함하는 자유단 지지 부재를 설치하는 단계, (B) 상기 제1 가설밑판의 상부에 결합되는 베이스 플레이트가 하부에 형성되어 있고, 캔틸레버 부재의 자유단에 고정되기 위한 기둥을 설치하는 단계, (C) 상기 캔틸레버 부재의 고정단을 지지하기 위한 기둥을 설치하고 보를 설치하는 단계, (D) 상기 기둥 위에 상기 캔틸레버 부재를 설치하고 제1 가설 밑판을 제거하는 단계, (E) 증축되는 층의 슬래브를 타설하고 제2 가설 밑판을 제거하는 단계, 및 (F) 마감공사 후 제3 가설 밑판을 제거하는 단계로 이루어지고 상기 제1, 제2 및 제3 가설 밑판의 두께는 상기 캔틸레버 부재의 처짐 크기에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.

증축 방법, 캔틸레버, 처짐 제어, 내민보, 현수 구조

Description

캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법{Method for a New Extension on an Old Building by Displacement-Controlled Cantilever Structure}

도 1은 종래의 건축물 증축 방법에 따라 증축된 건물의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도 3은 본 발명의 구체예로서 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법에 의해 증축된 건물의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 구체예로서 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법에 의해 증축된 건물의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명의 자유단 지지 부재가 설치되는 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명에서 사용하는 가설 밑판을 도시한 사시도이다.

도 7은 본 발명의 캔틸레버 구조체가 완성되어 골조공사를 마친 상태를 나타낸 사시도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 *

11, 21: 기둥 12: 보강 기둥

13, 23: 보 14: 기초

15: 보강 기초 16: 지반

30: 캔틸레버 부재 31: 자유단 기둥

40: 자유단 지지 부재 41: 제1 가설 밑판

42: 제2 가설 밑판 43: 제3 가설 밑판

45: 앙카 볼트 46: 너트

51: 캔틸레버 부재 52: 고정단

53: 자유단 지지 부재

발명의 분야

본 발명은 건축물의 증축 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 캔틸레버 구조를 지붕 층에 도입하는 방식을 응용하여, 기존 건물 기둥이나 기초에 대한 보강을 최소로 하는 동시에 기존 건축물의 사용에 지장을 주지 않으면서 건물 증축이 가능한 방법에 관한 것이다.

발명의 배경

일반적으로 건축물을 증축하기 위해서는 새로 증축되는 부분의 하중을 기존 건물이 견디기 위해 기초와 기둥의 보강이 필수적으로 요구된다. 기존 건축물의 기초와 기둥을 보강하는 구조에 대해 도 1에 도시하고 있다. 도 1에서 빗금친 부분은 기존 건물을 나타내고, 빗금치지 않은 부분은 증축된 부분을 나타낸다. 도 1에서는 지하 1층 및 지상 7층 건물의 각 지상층을 수평 증축하고, 8층과 9층을 수직 증축한 건물에 대해 나타내고 있다.

도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 증축 방법에 의해 건물을 증축하는 경우에는 기존 기둥(12)이 받는 하중이 증가되므로, 단면 증설법, 철판 보강법, 철골재 보강법 등을 이용하여 기둥(12)을 보강해야 한다. 건물의 기초(14)도 파일 보강법이나 지반 보강법 등에 의해 보강해야 한다.

이러한 종래의 증축 방법에 의할 경우에는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 기둥 및 기초 보강 공사를 많은 부분에 적용해야 하므로, 보강 공사비용이 증가한다. 나아가, 기둥이나 기초 보강 공사를 진행하는 도중에는 건물 내부를 사용할 수 없는 문제점이 발생한다. 특히, 병원이나 연구소 같이 고가의 장비가 건물 내에 고정적으로 설치되어 있어 이동이 불가능한 경우에, 기존의 방법에 의해 기초나 기둥을 보강하는 것은 공사시간, 공사비용, 공사중 건물의 지속적인 사용 측면 등의 관점에서 볼 때 매우 불리하다.

이에 본 발명자는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 켄틸레버 트러스(cantilever truss) 구조물을 수직 증축부에 설치하고, 캔틸레버 자유단 지 지부에 제거 가능한 가설 밑판을 미리 설치한 후 공사 단계별로 제거함으로써, 기존 건물의 기둥이 받을 수 있는 하중 범위 내에서 증축 공사를 진행할 수 있는 증축 방법을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 기존 건물의 기둥 및 기초의 보강을 최소화하면서 건물의 수직 증축을 시공할 수 있는 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 건물의 증축 공사 중에도 건물 내부의 사용을 중단하지 않고 계속적인 사용이 가능한 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기둥 및 기초 보강에 따른 보강 공사비용을 절감할 수 있는 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

발명의 요약

본 발명에 따른 캔틸레버 트러스 구조를 응용한 건축물 증축 방법은 (A) 기 존 건축물의 최상층 단부에 제1, 제2 및 제3 가설 밑판을 포함하는 자유단 지지 부재를 설치하는 단계, (B) 상기 제1 가설밑판의 상부에 결합되는 베이스 플레이트가 하부에 형성되어 있고, 캔틸레버 부재의 자유단에 고정되기 위한 기둥을 설치하는 단계, (C) 상기 캔틸레버 트러스의 고정단을 지지하기 위한 하나 이상의 기둥을 설치하는 단계, (D) 상기 하나 이상의 기둥 위에 상기 캔틸레버 부재 및 보를 설치하고 제1 가설 밑판을 제거하는 단계, (E) 증축되는 층의 슬래브를 타설하고 제2 가설 밑판을 제거하는 단계, 및 (F) 마감공사 후 제3 가설 밑판을 제거하는 단계로 이루어지고 상기 제1, 제2 및 제3 가설 밑판의 두께는 상기 캔틸레버 부재의 처짐에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 캔틸레버 부재의 고정단에 걸리는 하중을 지지하기 위해 기둥 또는 기초를 보강하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

상기 제2 가설 밑판 및 보는 증축되는 층의 수에 따라 복수로 설치되고, 상기 단계 (E)에서 증축되는 한 층의 슬래브를 타설하고, 그리고 상기 복수의 제2 가설 밑판 중의 하나를 제거하는 단계를 반복하는 것도 본 발명에 포함된다.

상기 제1, 제2 및 제3 가설 밑판은 좌우측으로 분리해 낼 수 있도록 두 조각으로 형성되어 있으며, 상기 베이스 플레이트는 앙카 볼트에 의해 고정될 수 있다.

이하 본 발명의 내용을 첨부된 도면을 참조로 하여 하기에 상세히 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

도 2는 본 발명에 따른 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 캔틸레버 부재(51)는 자유단에 걸리는 하중 P₁에 의해 자유단의 처짐(δ)이 발생한다. 이 처짐의 크기를 제어하기 위해 (b)에서와 같이 자유단 지지 부재(53)를 자유단 하부에 설치한다. 이 때의 처짐을 δ₁이라 하면, 지지 부재(53)에 걸리는 하중은 원래 하중 P₁보다 작게 된다. 이 원리를 이용하여 상기 지지 부재(53)가 견딜 수 있는 최대의 하중보다 작도록 자유단 지지 부재(53)의 높이를 설계한다.

(b)에서와 같은 상태에서 자유단에 P₁보다 큰 P₂의 하중이 걸리는 경우(예를 들어 증축되는 층에 슬라브 타설을 한 경우와 같이)에 자유단 지지 부재(53)에 걸리는 하중이 상기 지지 부재(53)가 견딜 수 있는 최대 하중보다 크다고 가정한다. 이 때, 지지 부재(53)에 걸리는 하중을 감소시키기 위해 자유단에 P₂의 하중이 걸릴 때 발생하는 추가 처짐(δ₂) 만큼의 두께를 갖는 가설부재(54)를 제거해 주면, 지지 부재(53)에 걸리는 하중이 감소하여, 지지 부재(53)가 견딜 수 있는 최대 하중보다 작은 하중을 유지할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 캔틸레버 부재(51)와 높이를 조절하는 지지부재(53, 54)를 이용하여 증축되는 건축물의 최상층에 적용하는 것이다. 이 때, 약 10∼20 m의 캔틸레버 구조를 사용하는 경우의 처짐은 수 ㎝의 범위 내에 있도록 설계가 가능하므로 건물 증축에 효과적으로 적용할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법에 의해 증축된 건물의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 3에서 빗금친 부분은 기존 건축물을 나타낸 것이고, 빗금치지 않은 부분은 증축되는 부분을 나타낸다. 기존 건축물의 각 층을 증축하는데, 증축에 따라 기둥 및 기초의 보강이 필요한 곳에 보강 공사를 한다. 이 때, 캔틸레버 부재(30)의 고정단 기둥(33)이 받는 하중도 함께 고려하여 보강을 한다. 한편, 도 4에서 도시한 바와 같이, 각 층을 수평 증축하지 않고 수직 증축 시공만을 하는 경우에도 적용할 수 있다. 기존 건축물의 한 구간만을 보강하면 다른 구간은 공사 중에도 사용할 수 있기 때문이다.

도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법의 각 단계에 대하여 설명하면 다음과 같다.

단계(A): 자유단 지지 부재의 설치

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 증축 방법에서는 먼저 기존 건축물의 최상층에 기둥(31, 33)을 설치해야 하는데, 상기 기둥 중 자유단 기둥(31)을 설치하기 전에 그 하부에 자유단 지지 부재(40)를 설치한다. 이 자유단 지지 부재(40)에 대한 자세한 그림은 도 5에 도시되어 있다.

도 5에서 보는 바와 같이, 상기 자유단 지지 부재(40)는 영구적으로 사용할 밑판(35) 하부에 시공단계별로 제거할 가설 밑판을 설치한다. 가설 밑판은 제3 가설 밑판(43), 제2 가설 밑판(42), 제1 가설 밑판(41)의 순으로 설치한다. 상기 가 설 밑판(41, 42, 43)은 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 대칭되는 절편으로 분리 가능하도록 설계되어 있다. 이는 캔틸레버 부재(30)의 설치 후에 제거가 용이하도록 하기 위한 것이다. 따라서, 제거가 용이하다면 반드시 대칭구조에 한정되는 것이 아니고 다양한 변형이 가능하도록 설계할 수 있다.

도 3 및 도 4에서는 증축되는 층이 2개 층일 경우의 예를 든 것인데, 만일 증축되는 층이 3개 층일 경우 상기 제2 가설 밑판을 2개로 설정하여 각 층의 슬래브를 타설한 다음, 2개의 상기 제2 가설 밑판 중 하나를 제거하고, 다른 층의 슬래브를 타설한 다음 또 다른 하나의 제2 가설 밑판을 제거한다. 이와 같은 방식으로 복수개의 층이 증축되는 경우에는 증축되는 층의 수보다 하나 적은 개수의 제2 가설 밑판을 설치한다.

상기 제1, 제2 및 제3 가설 밑판의 두께는 각 시공단계별 캔틸레버 부재(30)의 처짐에 따라 설정함으로써, 각 시공 단계에서 기존 건축물의 기둥(11)에 걸리는 하중이 기존 기둥이 받을 수 있는 하중 범위 내로 작용하도록 할 수 있다.

단계(B): 자유단 기둥의 설치

도 5에서 보는 바와 같이, 제1 가설 밑판 위에는 베이스 플레이트(35)가 고정된다. 상기 베이스 플레이트(35)는 자유단 기둥(31)의 하부에 형성되어 있다. 상기 자유단 기둥(31)은 H형강 기둥을 예로 들어 도 5에 도시하고 있다.

상기 베이스 플레이트(35)를 고정시키는 방식으로는 일반적인 방법인 앙카 볼트(45)를 사용하는 것을 도시하고 있다. 각 가설 밑판(41, 42, 43)에는 홈(예를 들면 도 6의 411a와 411b)이 형성되어 있으므로, 상기 베이스 플레이트(35)는 앙카 볼트(45)에 의해 상기 가설 밑판(41, 42, 43)과 함께 기존 건축물의 지붕층 단부에 견고하게 고정된다. 이렇게 하여, 자유단 기둥(31)을 설치한다.

단계(C): 고정단 기둥, 캔틸레버 부재 및 보의 설치

자유단 기둥(31)을 설치한 다음에는 고정단 기둥(33)을 설치한다. 물론 단계(B)와 (C)의 순서는 바뀌어도 된다. 고정단 기둥(33)은 상기 자유단 기둥(31)과 마찬가지로 하부에 베이스 플레이트가 형성되어 있는 형강을 사용한다. 기둥을 설치하는 방법은 상기 단계 (B)에서 가설 밑판을 설치하는 것을 제외하면 동일하다.

도 3 및 도 4에는 고정단 기둥(33)을 2개 설치한 것으로 되어 있지만, 증축부 설계에 따라 복수개로 설치할 수도 있다. 여기서 기둥의 갯수는 단면도에 나타난 기둥의 갯수만을 의미한다.

상기와 같이 설치된 자유단 기둥(31)과 고정단 기둥(33)에 층고를 일치시키면서 캔틸레버 부재(30)를 설치한다. 여기서 캔틸레버 부재(30)는 도 3에 도시한 바와 같이 트러스 구조체를 사용할 수 있으며, 그 설치 방법은 일반적으로 철골부재를 설치하는 것과 같이 대형 크레인을 이용할 수 있다. 이러한 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 것이다.

상기 캔틸레버 부재(30)를 설치한 다음에는 보(32)를 설치한다. 보(32)를 설치할 경우 지지될 필요가 있는 부분에는 추가로 하나 이상의 기둥(34)을 설치한다. 본 발명의 증축 방법에 따라 증축한 건축물은 캔틸레버 부재(30)를 적용하기 때문에 증축되는 층의 일부를 현수 구조로 형성하여, 기둥이 없는 장지간 공간이 형성되도록 설계할 수도 있다.

본 발명에서는 캔틸레버 부재의 고정단에 걸리는 하중을 지지하기 위해 기둥(12) 또는 기초(15)를 보강하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

도 7은 캔틸레버 부재(30)가 설치되어 골조공사를 마친 상태를 나타낸 사시도이다.

단계(D): 제1 가설 밑판의 제거

이렇게 캔틸레버 부재가(30)가 완성되면, 자유단 기둥(31) 하부의 자유단 지지 부재(40)에는 상당한 하중이 걸리게 된다. 이 하중은 기존 건축물의 기둥(11)에 그대로 전달되므로, 기둥(11)이 견딜 수 있는 하중의 범위 이내로 줄여주기 위해 제1 가설 밑판(41)을 제거한다. 제1 가설 밑판(41)이 제거되면 상기 캔틸레버 부재(30)에 처짐이 발생하여, 고정단 기둥(33) 측으로 하중이 전이되는 효과가 있으므로, 기존 건축물의 기둥(11)의 보강을 최소화하면서 증축 공사가 가능하다. 따라서, 기존 건축물의 기둥이 견딜 수 있는 처짐의 크기를 계산하여 제1 가설 밑판의 두께(δ_a)를 설정해야 한다.

본 발명에서 제1 가설 밑판을 제거하는 방법으로는 유압 잭을 이용하여 베이스 플레이트(35)를 들어올린 다음, 제1 가설 밑판(41)을 양쪽 방향으로 잡아 당겨 제거한다. 이와 같이 제1 가설 밑판(41)을 제거하기 위하여 상기 제1 가설 밑판은 도 6에서와 같이 두 개의 부분으로 나누어져 있다. 이 때, 가설 밑판의 제거를 용이하게 하기 위하여 상기 가설 밑판(41a, 41b) 각각에 손잡이(도시되지 않음)를 설치할 수도 있다.

단계(E): 슬래브 타설과 제2 가설 밑판의 제거

상기와 같이 증축되는 건물의 기둥과 보의 골조를 시공한 다음에는 각 층의 슬래브를 타설한다. 슬래브를 타설하면 또다시 상당한 하중이 자유단 기둥(31) 측에 걸리게 된다. 따라서, 제2 가설 밑판을 제거하여 캔틸레버 부재(30)의 처짐을 유도함으로써, 자유단 기둥(31) 측의 하중을 고정단 기둥(33)으로 전이시켜, 기존 기둥(11)이 자기 내력 이하의 하중만 받도록 한다.

만일, 증축되는 층이 3개층 이상일 경우에는 제2 가설 밑판을 복수로 형성하여 각 층의 슬래브를 타설하면서 제2 가설 밑판을 하나씩 제거하는 단계를 반복함으로써, 자유단 기둥(31) 측의 하중을 고정단으로 전이시키는 방법을 사용한다.

본 발명에서 제2 가설 밑판(42)을 제거하는 방법은 상기 제1 가설 밑판(41)을 제거하는 방법과 동일하며, 상기 제2 가설 밑판(42)의 두께(δ_b)는 제1 가설 밑판과 마찬가지로 새로 타설되는 슬라브 하중으로 인한 캔틸레버 부재(30)의 처짐의 크기에 의해 결정되어야 한다.

한편, 본 발명에서는 증축되는 층에 타설된 슬라브를 지지하기 위한 복수의 기둥(34)을 설치하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

단계(F): 마감공사 및 제3 가설 밑판의 제거

각 층의 슬라브 공사를 마친 다음에는, 지붕층의 마감공사를 한 다음에 제3 가설 밑판을 제거한다. 마감공사의 내용으로는 외장재, 물탱크 등의 설비 등이 포함되며 건축물의 용도나 필요에 따라 당업자가 적절하게 실시할 수 있다. 이러한 마감공사를 통해 발생하는 하중을 분산시키기 위해 제3 가설 밑판(43)을 제거한다. 제거하는 방법은 상기 제1 및 제2 가설 밑판(41, 42)을 제거하는 방법과 동일하며, 제3 가설 밑판의 두께는 마감공사에 따른 하중의 증가에 의해 발생하는 처짐(δ_c)을 고려하여 설계한다.

본 발명에 따른 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법을 사용할 경우 종래의 일반적인 기초, 기둥의 보강에 의해 증축하는 방법과 비교해 볼 때, 비록 골조공사 비용이 추가되지만, 기초 및 기둥 보강에 소요되는 비용이 일반적인 보강 방법보다 절감되며, 특히 건축물 내부를 그대로 계속하여 사용할 수 있기 때문에 건물의 사용을 중지함에 따라 발생하는 손실을 방지할 수 있다.

본 발명은 기존 건물의 기둥 및 기초의 보강을 최소화하면서 건물의 증축할 수 있으며, 건물의 증축 공사 중에도 건물 내부의 사용을 중단하지 않고 계속적으로 사용할 수 있으며, 증축되는 건물층 내부에 기둥이 없는 대공간 구조를 가질 수 있도록 설계할 수 있고, 기둥 및 기초 보강에 따른 보강 공사비용을 절감할 수 있는 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법이 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (5)

1. (A) 기존 건축물의 최상층 단부에 제1, 제2 및 제3 가설 밑판을 포함하는 자유단 지지 부재를 설치하는 단계;

   (B) 상기 제1 가설밑판의 상부에 결합되는, 영구 밑판이 하부에 형성되어 있고, 캔틸레버 부재의 자유단에 고정되기 위한 기둥을 설치하는 단계;

   (C) 상기 캔틸레버 부재의 고정단을 지지하기 위한 하나 이상의 기둥을 설치하고 상기 하나 이상의 기둥 위에 캔틸레버 부재와 보를 설치하는 단계;

   (D) 상기 자유단 지지부재의 제1 가설 밑판을 제거하는 단계;

   (E) 증축되는 층의 슬래브를 타설하고 제2 가설 밑판을 제거하는 단계; 및

   (F) 마감공사 후 제3 가설 밑판을 제거하는 단계;

   로 이루어지고 상기 제1, 제2 및 제3 가설 밑판의 두께는 상기 캔틸레버 부재의 처짐의 크기에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 가설 밑판 및 보는 증축되는 층의 수에 따라 복수로 설치되고, 상기 단계 (E)에서 증축되는 한 층의 슬래브를 타설하고, 그리고 상기 복수의 제2 가설 밑판 중의 하나를 제거하는 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 캔틸레버 부재는 트러스 구조체인 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 가설 밑판은 좌우측으로 분리해 낼 수 있도록 두 조각으로 형성하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증축되는 층에 타설된 슬라브를 지지하기 위한 복수의 기둥을 설치하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조를 응용한 건축물 증축 방법.

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