KR100588194B1 - 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조및 그 시공방법 - Google Patents

콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트충전 강관기둥(CFT 기둥)과 철근콘크리트 무량판(RC 무량판)의 접합구조 및 그 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 RC 무량판에 배근되는 휨철근을 강관기둥 내부까지 연장배근함으로써 구조적 안정성과 함께 시공성의 향상 및 경제성을 도모한 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조는 슬래브의 하중을 직접 기둥에 전달하는 무량판 구조의 슬래브와 기둥의 접합부에서, 상기 기둥은 콘크리트충전 강관기둥으로 형성되고 상기 슬래브는 철근콘크리트 무량판으로 형성되며, 강관기둥 사이에 위치하여 무량판 내에 배근되되 강관기둥 내부까지 연장배근되는 휨철근을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
콘크리트충전 강관기둥, 무량판, 휨철근, 펀칭전단, 전단스터드

Description

콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 시공방법{Joint structure of CFT column and RC flat plate and construction method thereof}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조의 일실시예를 도시한 수평단면도 및 수직단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조의 다른 실시예를 도시한 수평단면도 및 수직단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 콘크리트충전 강관기둥 110: 시어커넥터
200: 무량판 210: 휨철근
250: 가이드 도관
본 발명은 콘크리트충전 강관기둥(CFT 기둥)과 철근콘크리트 무량판(RC 무량 판)의 접합구조 및 그 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 RC 무량판에 배근되는 휨철근을 강관기둥 내부까지 연장배근함으로써 구조적 안정성과 함께 시공성의 향상 및 경제성을 도모한 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.
CFT(Concrete Filled steel Tube)는 원형 또는 각형 강관에 콘크리트를 충전하여 강관이 콘크리트를 구속하도록 한 콘크리트충전 강관을 말하며, CFT를 골조 중 기둥에 채용하여 고축력에 저항하도록 한 구조를 CFT 구조라 한다. CFT 구조는 강성, 내력, 변형 등 구조적으로 안정하고 내화, 시공, 비용 등에서 우수한 장점을 가지므로, 이를 현장에 적용하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있는 실정이다.
한편, 바닥에 보가 없이 바닥판만으로 구성하고 그 하중을 직접 기둥으로 전달하는 무량판 구조가 있는데, 이러한 무량판 구조는 그 구조가 간단하고 층고를 감소시킬 수 있어 비용 및 시공면에서 유리하다, 다만, 기둥 외주 부근에 형성되는 펀칭전단에 따라 구조적인 안정성에 문제가 있으나, 이는 기둥 주위에 지판(drop panel)이나 주두(column capital)를 설치하여 해결하여 왔다.
상기와 같은 CFT 구조와 RC 무량판 구조를 접목시키면 양 구조의 장점에 따라 상승효과를 기대할 수 있을 것이며, 본 발명은 이러한 양 구조의 결합에 관한 것이다. 다만, CFT 기둥과 RC 무량판의 접합부에는 바닥의 중력하중에서 기인하는 전단력을 전달할 구조요소가 완전히 결여되어 펀칭전단에 의한 파괴가 생기므로, CFT 구조와 RC 무량판 구조의 결합시 부재간 접합부에는 어떤 형식으로든 펀칭전단에 저항하기 위한 전단키(Shear Key)의 도입이 고려되어야 할 것이다.
종래에는 무량판에 배근되는 휨철근을 강관기둥에 용접 접합하거나 별도의 시어 커넥터(Shear Connector)를 접합하는 방법으로 이를 해결하여 왔으나, 현장 용접으로 인한 작업량이 증가하여 시공성이 떨어지는 문제가 있었으며 나아가 용접에 대한 품질이 보장되지 않아 구조상 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명자는 RC 무량판에 배근되는 휨철근을 강관기둥 내부까지 연장배근함으로써 콘크리트충전 강관기둥과 RC 무량판의 일체화를 충분히 증가시킨 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 시공방법을 개발하게 되었다.
본 발명은 상기 종래의 문제를 개선하고자 착안한 것으로, RC 무량판에 배근되는 휨철근을 강관기둥 내부까지 연장배근함으로써 구조적인 안정성을 도모한 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 기둥 거푸집의 설치가 생략되는 CFT 구조와 보가 생략되는 RC 무량판 구조가 결합함으로써 층고를 감소시키면서 시공성을 향상시키고 동시에 경제성을 도모한 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 CFT 구조와 RC 무량판 구조의 결합구조에서 지판 또는 주두의 설치 없이도 펀칭전단에 저항할 수 있도록 한 콘크리트충전 강관기둥 과 철근콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조는 슬래브의 하중을 직접 기둥에 전달하는 무량판 구조의 슬래브와 기둥의 접합부에서, 상기 기둥은 콘크리트충전 강관기둥으로 형성되고 상기 슬래브는 철근콘크리트 무량판으로 형성되며, 강관기둥과 강관기둥 사이에 위치하여 무량판 내에 배근되되 강관기둥 내부까지 연장배근되는 휨철근을 더 포함하여 구성된다. 이를 위해 본 발명은 상기 강관기둥에 마주보는 위치에서 일치하여 다수 쌍의 철근삽입구가 형성되고 상기 휨철근이 상기 철근삽입구를 통과하여 강관기둥을 관통하도록 배근하거나, 또는 상기 강관기둥에 마주보는 위치에서 어긋나서 다수 쌍의 철근삽입구가 형성되고 상기 휨철근이 상기 철근삽입구에 삽입되면 강관기둥에 걸리어 정착되도록 배근하여 완성할 수 있다. 이때, 상기 강관기둥과 무량판의 접합부의 전단보강을 위해 강관기둥에 접합되는 것으로 휨철근 하부에 위치하여 무량판 내에 매립되는 시어커넥터를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합부의 시공방법은 슬래브의 하중을 직접 기둥에 전달하는 무량판 구조의 슬래브와 기둥의 접합부에서 상기 기둥은 콘크리트충전 강관기둥으로 시공하고 상기 슬래브는 철근콘크리트 무량판으로 시공함에, 철근삽입구가 형성된 강관기둥 다수 개를 기둥위치 에 설치하는 제1단계; 슬래브 거푸집을 설치하는 제2단계; 강관기둥과 강관기둥 사이에 위치하는 휨철근을 상기 철근삽입구에 삽입하여 강관기둥 내부까지 연장되도록 배근하는 제3단계; 및, 강관기둥 내부 및 슬래브 거푸집 위에 콘크리트 타설하는 제4단계;를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제1단계에서 설치되는 강관기둥으로 철근삽입구가 마주보는 위치에서 일치하여 다수 쌍이 형성된 것을 채택하면, 상기 제3단계는 마주보는 위치의 철근삽입구에 가이드 도관을 설치하고 상기 가이드 도관을 따라 휨철근을 삽입한 후 상기 가이드 도관을 제거함으로써 휨철근이 강관기둥을 관통하여 배근되는 단계로 구성될 수 있다.
이하, 도면에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1a, 1b, 2a 및 2b에서 보는 바와 같이 본 발명은 슬래브의 하중을 직접 기둥에 전달하는 무량판 구조의 슬래브와 기둥의 접합부에서, 상기 기둥은 콘크리트충전 강관기둥(100)으로 형성되고 상기 슬래브는 철근콘크리트 무량판(200)으로 형성되며, 강관기둥(100) 사이에 위치하여 무량판(200) 내에 배근되되 강관기둥(100) 내부까지 연장배근되는 휨철근(210)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
다시 말해, 본 발명은 RC 무량판(200)에 배근되는 휨철근(210)이 강관기둥(100) 내부까지 연장배근되도록 함으로써, 상기 휨철근(210)이 CFT 기둥(100)과 RC 무량판(200)의 일체화를 꾀하는 전단키로서 역할하도록 한다. 이때 상기 휨철근(210)은 모멘트팔(moment arm)이 저하되지 않도록 철근높이를 가능한 최고로 유지 하여 배근되는 것이 바람직하다.
휨철근(210)이 강관기둥(100) 내부까지 연장배근되는 것을 보완하여 펀칭전단에 대한 저항을 향상시키기 위해 시어커넥터(Shear Connector, 110)를 상기 휨철근(210)과 간섭이 일으키지 않는 범위내에서 강관기둥(100)에 접합시킬 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 상기 시어커넥터(100)로 휨철근(210) 하부에 위치하도록 강관기둥(110)에 접합시키는 전단스터드를 채택하고 있다. 즉, CFT 기둥(100)에 공장용접(전주모살용접)된 스터드를 배치하여 접합부의 강도를 확보할 수 있도록 하고, 이때 스터드는 전단항복(Shear Yielding)의 개념을 응용하여 설계한다. 상기 스터드는 다우얼작용(Dowel Action)에 의해 계면전단력을 충분히 저항할 수 있어야 한다. 이 경우 전단내력은 Von Mises 항복조건에 의해 평가한다.
<실시예1>
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조의 일실시예를 도시한 수평단면도 및 수직단면도로, 강관기둥(100) 사이에 위치하여 무량판(200) 내부에 배근되는 휨철근(210)이 강관기둥(100)을 관통하도록 배근되는 것을 특징으로 한다. 즉, 도 1a에서와 같이 강관기둥(100)에 마주보는 위치에서 일치하여 다수 쌍의 철근삽입구(150)가 형성되도록 하고, 휨철근(210)이 상기 철근삽입구(150)를 통과하여 강관기둥(100)을 관통하도록 배근되는 것이다.
강관기둥(100)에 형성된 철근삽입구(150)는 강관기둥(100) 제작시 공장에서 미리 천공하도록 하는 것이 정확한 위치의 가공과 현장작업의 감소를 위해 바람직하다.
무량판(200)에 배근되는 휨철근(210)은 상당 길이를 가지므로 직접 강관기둥(100)에 형성된 철근삽입구(150)를 통과시키기 어려울 수 있는 바, 시공 현장에서는 도 1a 및 도 1b와 같이 휨철근(210)에 비해 비교적 길이가 짧은 가이드 도관(250)을 이용하면 휨철근(210)의 배근을 용이하게 할 수 있게 된다. 즉, 강관기둥(100)이 설치되면 마주보는 위치에 일치하는 철근삽입구(150) 쌍에 가이드 도관(250)을 설치하고 휨철근(210)을 상기 가이드 도관(250)을 따라 삽입시킨 후, 가이드 도관(250)을 제거하면 상기 휨철근(210)을 강관기둥(100)에 관통하도록 배근할 수 있게 되는 것이다.
휨철근(210)으로는 이형철근을 이용하는 것이 바람직하다. 이는 휨철근(210)을 강관기둥(100)에 관통시킨 후 제위치에 놓으면 이형철근의 마디가 철근삽입구(150)에 걸리게 됨으로써 휨철근(210)이 제위치에서 이탈하지 않도록 하기 위함이다.
<실시예2>
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조의 다른 실시예를 도시한 수평단면도 및 수직단면도로, 강관기둥(100) 사이에 위치하여 무량판(200) 내부에 배근되는 휨철근(210)이 강관기둥(100)에 삽입되어 그 내부에 정착되는 것을 특징으로 한다. 즉, 도 2a에서와 같이 강관기둥 (100)에 마주보는 위치에서 어긋나서 다수 쌍의 철근삽입구(150)가 형성되도록 하고, 휨철근(210)이 상기 철근삽입구(150)에 삽입되면 강관기둥(100)에 걸리어 정작되도록 배근하는 것이다. 다만, 건축물의 최외곽에 위치하는 강관기둥의 경우에는 외곽쪽으로 향하는 부분에 철근삽입구가 형성되지 않아 휨철근을 단(單)방향으로 배근될 수 있음은 당연하다.
강관기둥(100)에 형성된 철근삽입구(150)는 강관기둥(100) 제작시 공장에서 미리 천공하도록 하는 것이 정확한 위치의 가공과 현장작업의 감소를 위해 바람직하다. 상기 다수 쌍의 철근삽입구(150)는 마주보는 위치에서 휨철근(210)의 직경만큼 어긋나도록 형성되도록 하면 강관기둥(100) 내에서 휨철근(210)이 겹침이음의 방법으로 연결 정착된다.
상기 휨철근(210)으로는 이형철근을 이용하는 것이 바람직하며, 이는 휨철근(210)을 강관기둥(100)에 관통시킨 후 제위치에 놓으면 이형철근의 마디가 철근삽입구(150)에 걸리게 됨으로써 휨철근이 제위치에서 이탈하지 않게 하고 동시에 연결되는 휨철근(210) 상호간에 마디와 리브의 결합을 유도하여 효과적으로 겹쳐지게 하기 위함이다.
본 발명의 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 시공방법에 따르면, RC 무량판에 배근되는 휨철근을 강관기둥 내부까지 연장배근함으로써 구조적인 안정성을 도모할 수 있게 되고, 기둥 거푸집의 설치가 생략되는 CFT 구조와 보가 생략되는 RC 무량판 구조의 결합으로 층고를 감소시키면서 시공성을 향상시키고 동시에 경제성을 도모할 수 있게 된다. 또한, CFT 구조와 RC 무량판 구조의 결합구조에서 지판 또는 주두의 설치 없이도 펀칭전단에 안전하게 저항할 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 슬래브의 하중을 직접 기둥에 전달하는 무량판 구조의 슬래브와 기둥의 접합부에서,
    상기 기둥은 콘크리트충전 강관기둥으로 형성되고 상기 슬래브는 철근콘크리트 무량판으로 형성되며, 강관기둥과 강관기둥 사이에 위치하여 무량판 내에 배근되되 강관기둥 내부까지 연장배근되는 휨철근을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조.
  2. 제1항에서,
    상기 강관기둥에는 마주보는 위치에서 일치하여 다수 쌍의 철근삽입구가 형성되고, 상기 휨철근이 상기 철근삽입구를 통과하여 강관기둥을 관통하도록 배근됨으로써 강관기둥 내부까지 연장배근되는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조.
  3. 제1항에서,
    상기 강관기둥에는 마주보는 위치에서 어긋나서 다수 쌍의 철근삽입구가 형성되고, 상기 휨철근이 상기 철근삽입구에 삽입되면 강관기둥에 걸리어 정착되도록 배근됨으로써 강관기둥 내부까지 연장배근되는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조.
  4. 제3항에서,
    상기 다수 쌍의 철근삽입구는 마주보는 위치에서 휨철근의 직경만큼 어긋나도록 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 강관기둥에 접합되는 것으로 무량판 내에 매립되는 시어커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조.
  6. 슬래브의 하중을 직접 기둥에 전달하는 무량판 구조의 슬래브와 기둥의 접합부에서 상기 기둥은 콘크리트충전 강관기둥으로 시공하고 상기 슬래브는 철근콘크리트 무량판으로 시공함에,
    철근삽입구가 형성된 강관기둥 다수 개를 기둥위치에 설치하는 제1단계;
    슬래브 거푸집을 설치하는 제2단계;
    강관기둥과 강관기둥 사이에 위치하는 휨철근을 상기 철근삽입구에 삽입하여 강관기둥 내부까지 연장되도록 배근하는 제3단계; 및,
    강관기둥 내부 및 슬래브 거푸집 위에 콘크리트 타설하는 제4단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘 크리트 무량판의 접합부의 시공방법.
  7. 제6항에서,
    상기 제1단계에서 설치되는 강관기둥은 철근삽입구가 마주보는 위치에서 일치하여 다수 쌍이 형성되는 것으로,
    상기 제3단계는 마주보는 위치의 철근삽입구에 가이드 도관을 설치하고 상기 가이드 도관을 따라 휨철근을 삽입한 후 상기 가이드 도관을 제거함으로써 휨철근이 강관기둥을 관통하여 배근되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합부의 시공방법.
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