KR100602832B1 - 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근콘크리트 구조물의 수직부재인 기둥이나 벽을 이루는 콘크리트에서 발생하는 수축량을 측정하고, 추후에 발생될 수축량을 예측하여 추후에 시공될 수직부재의 콘크리트 보정량을 시공에 반영할 수 있는 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인터넷 기술을 이용하여, 측정결과를 실시간으로 분석실로 전송하고, 전송된 측정결과를 바탕으로 구조분석 및 추후 발생할 수축량 추정을 실시한 후 이를 시공에 반영함으로써 보다 수직부재의 수축량 보정이 보다 효율적으로 현장에서 실시될 수 있는 철근콘크리트 구조물의 수직부재 변위 보정방법에 관한 것이다.

본 발명은, 철근콘크리트 구조물의 설계자료를 바탕으로 구조해석을 통해 수축량이 과도하게 발생될 것으로 예측되는 수직부재를 선정하는 단계; 상기 선정된 수직부재를 형성하는 과정에서 그 내부에 변형율 게이지를 매립하는 단계; 상기 수직부재 내부에 매립된 변형율 게이지로부터 수직부재의 수축량을 측정하는 단계; 상기 측정된 수직부재를 형성하는 콘크리트의 물성치를 재료시험실에서 측정하는 단계; 측정된 수직부재의 수축량과 그 측정된 수직부재의 시공일에 관한 자료 및 상기 측정된 콘크리트의 물성치를 인터넷을 이용하여 분석실로 전송하는 단계; 전송된 수직부재의 수축량, 그 수직부재의 시공일에 관한 자료 및 그 수직부재를 형성하는 콘크리트의 물성치를 바탕으로 그 수직부재에 추후에 재하될 하중을 근거로 구조해석을 통해 그 수직부재의 수축량을 추정하는 단계; 상기 추정된 수직부재의 수축량을 바탕으로 수직부재의 콘크리트 보정량을 결정하는 단계; 결정된 수직부재의 콘크리트 보정량을 인터넷을 이용하여 현장으로 전송하는 단계; 전송된 수직부재의 콘크리트 보정량을 시공에 반영하여 시공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법을 제공한다.

Description

철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법{Amentment method of differential shortenint of vertical member in reinforced-concrete structures}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 다른 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법의 개략적인 절차흐름도.

본 발명은 철근콘크리트 구조물의 수직부재인 기둥이나 벽을 이루는 콘크리트에서 발생하는 수축량을 측정하고, 추후에 발생될 수축량을 예측하여 추후에 시공될 수직부재의 콘크리트 보정량을 시공에 반영할 수 있는 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인터넷 기술을 이용하여, 측정결과를 실시간으로 분석실로 전송하고, 전송된 측정결과를 바탕으로 구조분석 및 추후 발생할 수축량 추정을 실시한 후 이를 시공에 반영함으로써 보다 수직부재의 수축량 보정이 보다 효율적으로 현장에서 실시될 수 있는 철근콘크리트 구조물의 수직부재 변위 보정방법에 관한 것이다.

철근콘크리트로 시공되는 수직부재인 기둥이나 벽체의 변형은 해당 수직부재에 작용하는 하중에 의해 발생되는 응력의 크기에 비례하여 발생하는 탄성 변형과 장기적인 시간경과에 의하여 추가적으로 발행하는 크리프 변형 및 건조수축 변형에 기인하는 비탄성 변형으로 구분할 수 있다.

철근콘크리트로 시공되는 수직부재의 수축량이란 상술한 탄성 변형과 크리프 변형 및 건조수축 변형 등의 비탄성 변형에 의해 수직부재의 길이가 짧아지는 것을 의미하는 하는데, 철근콘크리트 구조물의 수직부재의 수축량은 다음과 같은 이유에서 강구조로 이루어진 구조물의 수축량에 비해 산정이 어렵다.

일반적으로 구조물에서 발생하는 탄성 변형은 구조물을 이루는 재료의 탄성계수와 그 구조물에 미치는 하중관계에 의해 비교적 쉽게 예측이 가능하기 때문에 탄성 변형에 기인하는 수직부재의 수축량 보정은 어렵지 않다. 강구조로 이루어진 구조물의 경우 비탄성 변형에 기인한 수축량의 발생은 거의 없고, 주로 탄성 변형에 의한 수축량만이 발생하므로 그 수축량에 대한 보정이 비교적 쉬운편이다.

그러나 시간경과에 따라 발생하는 비탄성 변형에 기인하는 수축량은 사용 콘크리트의 물성치, 철근비, 시공조건 등 여러 가지 영향인자가 복합적으로 작용하며, 장기간에 걸쳐 발생하는 특성을 가지므로 해석적인 방법으로 예측하기가 곤란하다. 더욱이 철근콘크리트 구조물의 수직부재에 발생하는 수축량을 10이라고 할때, 비탄성 변형에 기인한 축소량과 탄성변형에 기인한 축소량의 최종적인 발생량을 개략적으로 비교하면 약 7:3 정도의 비율로 나타나는 것이 일반적이며, 이는 비탄성변형에 기인한 수직부재의 축소량이 탄성 변형에 기인한 수직부재의 축소량에 의한 것보다 2배 이상 크다는 것을 의미하는 것으로서, 비탄성 변형에 의한 수직부재의 수축량의 추정이 매우 중요함을 알 수 있다.

비탄성 변형에 의한 축소량은 장기적인 시간 경과에 따라 발생하는 것이므로 이에 대한 축소량 예측을 하기 위해서는 시공 중에 사용될 콘크리트의 압축강도, 탄성계수, 크리프특성계수 및 건조수축계수 등의 해당 콘크리트에 대한 재료 물성치를 얻기 위한 재료시험을 반복적으로 수행하고, 시공현장에서는 부등 처짐이 상대적으로 많은 다수의 수직부재 내부에 변형률계 게이지를 설치하고 골조 공사기간 중 주기적으로 축소량을 계측하여 실제의 축소량과 해석적 방법으로 예측한 축소량을 비교 검증함으로써 신뢰도가 높은 축소량 보정치를 제시 할 수 있다.

철근콘크리트로 시공되는 수직부재의 축소량은 시공 이후 시간 경과에 따라 발생되는 비탄성 축소량이 필연적으로 발생되기 때문에 이에 대한 시공관리가 불가피하다. 철근콘크리트 건축물의 경우 수직부재에서는 각 층에서 발생한 비탄성 축소량이 수 개층 누적되면 구조적으로 허용할 수 있는 변형량을 초과하여 주요 구조체에 부가응력을 유발시켜 구조적인 안정성을 저하 시킬 수 있으며, 수직부재에 고정되는 창호, 마감재, 설비 등에 과도한 변형을 유발시켜 파손되거나 제대로 기능을 발휘하지 못하는 문제를 발생 시킬 수 있다.

특히, 철근콘크리트로 시공되는 초고층 건축물에서는 서로 인접한 수직부재간의 축소량이 다르게 되면, 그 축소량 차이에 의하여 부등 변형이 발생하게 된다. 이러한 부등변형은 해당 건축물에 부착되는 창호, 마감재, 각종설비 등에 변형을 발생시킬 수 있고, 특히 거더(Girder), 슬래브(Slab), 아웃리거(Out-Rigger), 벨트월(Belt-Wall) 등과 같은 주요 구조체에 부가응력을 발생시켜 구조적인 안전성을 저하 시킬 수 있다. 따라서 초고층 콘크리트 건축물에서는 시공과정 중 수직부재 (기둥,벽체)의 탄성 및 비탄성 축소량을 미리 예측하여, 예상되는 축소량을 보정시켜 시공함으로써 인접 수직부재간의 부등처짐에 의한 영향을 최소화 하고 구조적인 안전성을 확보 할 수 있다.

이렇듯 철근콘크리트 구조물의 수직부재에 발생하는 비탄성 변형에 기인한 축소량의 예측은 구조적으로 안정적인 건물의 건설에 있어 필수적이며, 이러한 요구는 초고층 건물에서 더욱 현실적이다.

종래에는 구조물의 설계단계에서 표준 콘크리트의 물성치를 기준으로 수직부재의 수축량을 예측하여, 그러한 방식에 의해 예측된 수축량만큼 보정하는 방법이 사용되고 있으나, 콘크리트의 불균질한 특성상 시공현장에 실제 타설되는 콘크리트와 표준 콘크리트의 물성치는 서로 상이하게 마련이며 따라서 시공현장의 실제상황이 전혀 반영되지 아니한 수축량 추정이 되어, 실제 발생되는 수축량과는 상이한 결과가 추정되는 문제가 발생하였다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 철근콘크리트 구조물의 수직부재에 매립된 변형율 게이지를 이용하여 실제 발생한 변형을 측정함과 동시에 현장에서 실제로 타설되는 콘크리트의 물성치를 측정하여, 보다 정확한 수직부재의 수축량을 측정하여 보정할 수 있는 방법을 제공하여 보다 구조적으로 안정한 철근콘크리트 구조물의 시공이 가능하게 하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

철근콘크리트 구조물의 설계자료를 바탕으로 구조해석을 통해 수축량이 과도하게 발생될 것으로 예측되는 수직부재를 선정하는 단계;

상기 선정된 수직부재를 형성하는 과정에서 그 내부에 변형율 게이지를 매립하는 단계;

상기 수직부재 내부에 매립된 변형율 게이지로부터 수직부재의 수축량을 측정하는 단계;

상기 측정된 수직부재를 형성하는 콘크리트의 물성치를 재료시험실에서 측정하는 단계;

측정된 수직부재의 수축량과 그 측정된 수직부재의 시공일에 관한 자료 및 상기 측정된 콘크리트의 물성치를 인터넷을 이용하여 분석실로 전송하는 단계;

전송된 수직부재의 수축량, 그 수직부재의 시공일에 관한 자료 및 그 수직부재를 형성하는 콘크리트의 물성치를 바탕으로 그 수직부재에 추후에 재하될 하중을 근거로 구조해석을 통해 그 수직부재의 수축량을 추정하는 단계;

상기 추정된 수직부재의 수축량을 바탕으로 수직부재의 콘크리트 보정량을 결정하는 단계;

결정된 수직부재의 콘크리트 보정량을 인터넷을 이용하여 현장으로 전송하는 단계;

전송된 수직부재의 콘크리트 보정량을 시공에 반영하여 시공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법을 제공한다.

상기 측정된 수직부재의 수축량, 콘크리트의 물성치 및 결정된 보정량을 별도의 전용 웹사이트에 마련된 데이터베이스에 전송함으로써 현장과 분석실에서 동시에 접속하여 그 측정치 및 보정량의 확인이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

본 실시예에 따른 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법은 사전해석단계, 변형율 게이지 설치단계, 변형율 측정단계, 재료실험단계, 구조해석단계, 보정량 결정단계, 보정량을 시공에 반영하는 단계를 포함한다.

상기 사전해석단계란 철근콘크리트 구조물의 설계자료를 바탕으로 구조해석을 통해 수축량이 과도하게 발생될 것으로 예측되는 수직부재를 선정하는 것이다. 수직부재란 지면을 기준으로 수직하게 시공되는 부재로서 기둥이나 벽체 등을 포함하며, 지면을 기준으로 수평하게 시공되는 부재인 거더나 슬래브 등의 수평부재와 대응되는 개념이다.

구조해석을 통하여 수축량을 결정하기 위해서는 콘크리트의 설계강도를 발현시킬 수 있는 표준콘크리트 시편을 제작하여 탄성계수, 건조수축량, 크리프량 등의 물성치를 측정한다. 탄성계수는 탄성변형에 기인한 수축량을 구하기 위한 것이고, 건조수축량이나 크리프량 등은 비탄성 변형에 기인한 수축량을 구하기 위한 것이다. 표준콘크리트 시편의 물성치가 측정되면 그 결과를 바탕으로 구조해석을 하여 수직부재들의 수축량을 계산한다. 이 계산을 통해 특정의 수직부재가 주변의 수직부재에 비해 수축량이 많이 발생하는 경우를 찾아내어 그러한 수직부재에 대해서만 계측을 실시할 수 있도록 하는 것이다. 모든 수직부재에 대하여 계측을 실시하는 것이 보다 바람직하겠지만, 계측지점이 늘어날 경우 계측작업이 많아 짐과 동시에, 게이지와 계측장비의 수가 늘어나야 하므로 자재비가 상승하게 되며, 계측에 필요한 인원을 고용하기 위한 인건비 또한 늘어나게 된다. 따라서 계측이 필요한 수직부재를 미리 선정하여 최적화된 계측을 실시할 수 있도록 하는 것이다.

상술한 바와 같이 계측이 필요한 수직부재가 결정되면, 변형율 게이지를 설치한다. 변형율 게이지를 설치하기 위해서는, 시공과정 중 상기 계측이 필요하다고 판단된 수직부재의 콘크리트를 타설하는 과정에서 미리 변형율 게이지와 그 변형율 게이지와 연결된 리드선 등을 미리 매립한다.

변형율 게이지가 매립되면, 정기적으로 그 변형율 게이지가 매립된 수직부재의 수축량을 측정한다. 수축량은 시공이 완료되기 전까지 정기적으로 계속해서 측정되게 되게 되는데 이는 비탄성 변형의 원인인 크리프 변형이나 건조수축 변형은 시간의 함수이므로 정기적인 수축량 측정이 필요하게 되는 것이다.

계측이 필요한 것으로 선정된 수직부재의 수축량이 측정되면 그 측졍결과와 그 측정된 수직부재의 시공일에 관한 자료를 별도의 전용 웹사이트에 마련된 데이터베이스에 인터넷을 이용하여 전송하게 된다. 이러한 전송은 데스크탑 피씨, 노트북 피씨, PDA 등을 이용하여 행할 수 있다. 상술한 바와 같이 비탄성 변형의 원인인 크리프 변형이나 건조수축 변형은 시간의 함수이기 때문에, 변형율이 측정되는 수직부재의 시공일로 부터 며칠째에 측정된 변형율 결과인지도 매우 중요한 요소이므로, 수축량 측정결과와 함께 전송하는 것이다.

수직부재의 수축량 측정과는 별개로 그 수직부재를 형성하는 콘크리트의 시편을 현장에서 제작하여 그 콘크리트의 물성치를 재료시험실에서 측정하는 작업도 병행하게 된다.

콘크리트는 재료의 특성상 매우 불균질하고, 그 배합비에 따라 물성치가 다르게 측정되므로, 같은 공장에서 생산된 콘크리트의 경우에도 그날 그날 그 물성치가 다를 수 있다. 이러한 특성을 감안하여 현장에서 타설되는 콘크리트의 일부를 채취하여 시험편을 만들고, 이렇게 만들어진 시험편을 가지고 별도의 재료시험실에서 그 물성치를 측정하게 되는 것이다.

이렇게 측정된 물성치 역시 상기 전용 웹사이트에 마련된 데이터 베이스에 전송하게 된다. 콘크리트 시험편으로 건조수축이나 크리프 변형을 측정하는 경우에는 일정한 시간 간격으로 측정하게 되며, 그 결과를 정기적으로 전용 웹사이트에 전송하는 것이다.

상기 수직부재의 측정된 수축량과 그 측정된 수직부재의 시공일에 관한 자료 및 콘크리트의 물성치는 전용 웹사이트에 마련된 데이터 베이스에 모두 저장되게 되는데, 분석실에서는 그 저정된 결과를 바탕으로 각각의 수직부재에 추후에 재하될 하중을 고려하여 구조해석을 통해 그 수직부재의 추가적인 수축량을 추정하게 된다.

예를 들어 20층짜리 건물의 2층에 형성된 기둥에서 수축량을 측정하였다면, 정기적으로 측정된 수축량과 그 기둥을 형성하는 콘크리트의 물성치 측정결과 등을 바탕으로 추후에 건설될 18층의 높이에 해당하는 구조물에 의한 하중과 그 건물의 사용하중 등을 근거로 하여 추가적으로 발생할 수축량을 계산해 내는 것이다.

수직부재에 앞으로 발생될 수축량이 추정되면 그 추정치를 바탕으로 추후에 시공될 수직부재의 보정량을 결정하게 되는데, 수직부재에 추가적으로 발생될 수축량을 계산하는 것과 추후에 시공될 수직부재의 보정량을 결정하는 것은 별개의 문제이다. 어떤 수직부재에 추가적으로 발생될 수축량과 그 수직부재 위에 시공될 수직부재에 발생될 수축량을 모두 더한 누적 수축량이 수축량의 허용범위 내에 들어온다면 보정이 필요없으며, 누적 수축량이 허용범위내에 있지 않게 될 경우에만 보정이 필요하게 된다. 누적 수축량의 허용범위의 결정은 수직부재에 발생하는 과도한 수축량에 의해 그 수직부재에 부착되는 창호, 마감재, 각종설비 등에 발생하는 변형을 고려함과 동시에, 거더(Girder), 슬래브(Slab), 아웃리거(Out-Rigger), 벨트월(Belt-Wall) 등과 같은 주요 구조체에 발생되는 변형량을 고려하여 이루어지며, 이러한 누적 수축량의 허용범위를 바탕으로 각각의 수직부재의 보정량을 결정하게 된다.

이렇게 보정량이 결정되면 이는 시공에 반영되어야 하므로, 보정량을 상기 전용 웹사이트의 데이터 베이스에 인터넷을 이용하여 전송하게 된다.

보정량 데이터가 전용 웹사이트에 전송되면 시공현장에서는 그 콘크리트 보정량을 시공에 반영하여 수직부재를 시공하게 된다.

이러한 데이터의 전송 역시 데스크탑 피씨, 노트북 피씨, PDA 등을 적절히 상황에 맞게 이용하여 행할 수 있다.

상술한 수직부재의 수축량 측정, 실제 시공되는 콘크리트의 물성치 측정, 추 후에 발생될 수축량을 추정하기 위한 구조계산 및 보정량 결정과정은 구조물의 뼈대를 형성하는 골조공사가 진행되는 동안 계속적으로 반복되며, 반복적인 과정을 실시함으로써 보다 정확한 수축량의 추정 및 보정량의 계산이 가능하게 되어 부등수축에 의한 악영향이 최소화되는 철근콘크리트 구조물의 시공이 가능하게 되는 것이다.

한편, 별도의 전용 웹사이트를 마련하고, 그 전용 웹사이트에 데이터 베이스를 형성한 후 그 데이터 베이스에 상술한 데이터 들을 모두 저장함으로써 시공의 처음부터 완료까지 모든 데이터를 간단하게 저장할 수 있는 장점이 있으며, 현장, 재료시험실, 분석실에서 인터넷을 이용하여 상기 전용 웹사이트에 접속하여 데이터를 볼 수 있게 됨으로 인해 데이터 베이스에 대한 접근성도 뛰어난 장점이 아울러 발생하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 위배되지 아니하는 범위내에서 다양한 형태의 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법으로 구체화 될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 구조해석을 통해 수직부재에 발생될 수축량을 예측하여 문제가 발생할 만한 수직부재를 미리 선정함으로써 실제 실시면에서나 비용면에서 최적화된 수직부재의 수축량 측정위치를 결정하고, 측정이 필요한 수직부재에 매립된 변형율 게이지를 이용하여 실제 발생한 수축량을 측정함과 동시 에 현장에서 실제로 타설되는 콘크리트의 물성치를 측정하여, 이를 바탕으로 구조계산을 실시함으로써 정확한 수직부재의 수축량을 추정할 수 있게되며, 이를 바탕으로 허용가능한 수축량과 비교하여 필요한 경우 수직부재의 시공에 사용되는 콘크리트의 양을 보정할 수 있는 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법을 제공하여 보다 구조적으로 안정한 철근콘크리트 구조물의 시공이 가능하게 된다.

Claims (2)

1. 철근콘크리트 구조물의 설계자료를 바탕으로 구조해석을 통해 수축량이 과도하게 발생될 것으로 예측되는 수직부재를 선정하는 단계;

   상기 선정된 수직부재를 형성하는 과정에서 그 내부에 변형율 게이지를 매립하는 단계;

   상기 수직부재 내부에 매립된 변형율 게이지로부터 수직부재의 수축량을 측정하는 단계;

   상기 측정된 수직부재를 형성하는 콘크리트의 물성치를 재료시험실에서 측정하는 단계;

   측정된 수직부재의 수축량과 그 측정된 수직부재의 시공일에 관한 자료 및 상기 측정된 콘크리트의 물성치를 인터넷을 이용하여 분석실로 전송하는 단계;

   전송된 수직부재의 수축량, 그 수직부재의 시공일에 관한 자료 및 그 수직부재를 형성하는 콘크리트의 물성치를 바탕으로 그 수직부재에 추후에 재하될 하중을 근거로 구조해석을 통해 그 수직부재의 수축량을 추정하는 단계;

   상기 추정된 수직부재의 수축량을 바탕으로 수직부재의 콘크리트 보정량을 결정하는 단계;

   결정된 수직부재의 콘크리트 보정량을 인터넷을 이용하여 현장으로 전송하는 단계;

   전송된 수직부재의 콘크리트 보정량을 시공에 반영하여 시공하는 단계를 포 함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 측정된 수직부재의 수축량, 콘크리트의 물성치 및 결정된 보정량을 별도의 전용 웹사이트에 마련된 데이터베이스에 전송함으로써 현장과 분석실에서 동시에 접속하여 그 측정치 및 보정량의 확인이 가능한 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 수직부재 수축량 보정방법.

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