KR100620366B1 - 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법 - Google Patents

복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법에 관한 것으로서, 보 구축용 거푸집으로서 탄소섬유 FRP 및/또는 유리섬유 FRP 소재를 사용하여 와인딩 제작한 구조체를 채용함으로써, 특히 이 FRP 구조체 자체가 보 거푸집 역할을 하는 동시에 별도 해체과정 없이 지하층의 토압을 받게 되는 복합 철근 콘크리트 보 구조물에서 영구 구조체로 사용되어 철근 역할을 보완하는 바, 보 시공시 사용되는 철근의 물량 감소를 기대할 수 있고, 거푸집 해체공정이 삭제될 수 있으며, 공사비 절감 및 공기 단축의 장점과 함께 폐자재의 발생을 줄여 환경친화적인 장점을 가지는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법에 관한 것이다.
탄소-유리섬유 복합 구조체, 섬유강화 플라스틱, FRP, 복합 철근 콘크리트 보, 영구 구조체, 탄소섬유, 유리섬유, 기둥, 브라켓, 거푸집, 흙막이벽, 외벽

Description

복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법{Construction method of underground structures comprising composite reinforced concrete girders and beams using FRP}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법을 보여주는 공정흐름도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 흙막이벽을 설치한 상태를 보여주는 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 1차 터파기를 한 후 노출된 흙막이벽에 전단 연결 부재를 설치한 상태를 보여주는 단면도,
도 4a와 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 흙막이벽에 전단 연결 부재를 설치한 상태를 보여주는 평단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제1지하층의 외벽과 보 및 바닥 슬래브 시공을 위한 거푸집과 보강 철근을 설치한 상태를 보여주는 단면도,
도 6a ~ 도 6c는 본 발명에서 철근 콘크리트 보 구축용 거푸집으로 채용한 탄소-유리섬유 복합 구조체의 제작예를 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명에서 탄소-유리섬유 복합 구조체의 기둥 지지상태를 도시한 개략도,
도 8은 도 7의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도,
도 9는 도 7의 선 'B-B'를 따라 취한 단면도,
도 10은 본 발명에서 탄소-유리섬유 복합 구조체 내 철근을 기둥상의 브라켓에 용접 연결한 예를 보여주는 단면도,
도 11과 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제1지하층의 외벽과 보 및 바닥 슬래브의 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도와 평단면도,
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제1지하층의 외벽과 보 및 바닥 슬래브가 형성된 상태를 도시한 단면도,
도 14a와 도 14b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 2차 터파기 이후 제2지하층의 외벽과 보 및 바닥 슬래브를 시공하는 모습을 보여주는 단면도,
도 15와 도 16은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 제1지하층의 외벽과 보 및 바닥 슬래브의 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도와 평단면도,
도 17은 본 발명에서 제트 그라우트 시공의 예를 보여주는 평단면도,
도 18과 도 19는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 제1지하층의 외벽과 보 및 바닥 슬래브의 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도와 평단면도,
도 20a ~ 도 20c는 본 발명에서 탄소-유리섬유 복합 구조체의 지지상태를 예로 나타낸 개략도,
도 21은 본 발명에서 중간보 구축을 위한 복합 구조체의 배치상태를 도시한 평면도,
도 22는 본 발명에서 중간보 구축을 위한 복합 구조체와 기둥 지지되는 탄소-유리섬유 복합 구조체 사이의 연결상태도,
도 23a와 도 23b는 본 발명에서 보 구축용 구조체와 데크 플레이트간 연결상태의 예를 도시한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 브라켓 20 : 탄소-유리섬유 복합 구조체
21, 22a, 22b, 23, 24 : 보강용 철판
26 : 리브 30 : 중간보 구축용 복합 구조체
100 : 흙막이벽 101 : H-파일
110 : 기둥
본 발명은 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보 구축용 거푸집으로서 탄소섬유 FRP 및/또는 유리섬유 FRP 소재를 사용하여 와인딩 제작한 구조체를 채용함으로써, 특히 이 FRP 구조체 자체가 보 거푸집 역할을 하는 동시에 별도 해체과정 없이 지하층의 토압을 받게 되는 복합 철근 콘크리트 보 구조물에서 영구 구조체로 사용되어 철근 역할을 보완하는 바, 보 시공시 사용되는 철근의 물량 감소를 기대할 수 있고, 거푸집 해 체공정이 삭제될 수 있으며, 공사비 절감 및 공기 단축의 장점과 함께 폐자재의 발생을 줄여 환경친화적인 장점을 가지는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법에 관한 것이다.
1910년대 최초의 철근 콘크리트 건물이 지어진 이래 산업화의 물결과 더불어 급속한 경제성장을 이룩한 1970년대를 거쳐 지금까지 건설산업의 발전에 따라 많은 철근 콘크리트 구조물이 건설되어 왔다.
물론, 철근 콘크리트 건물은 콘크리트와 철근의 합성재료를 부재로 사용하여 지어진 건물이다.
콘크리트는 높은 압축강도를 가지고 있어 압축재료로는 매우 경제적인 재료이나, 콘크리트의 인장강도는 압축강도의 8% ~ 15% 정도밖에 되지 않아 구조재로 쓰이는 데에는 인장측 보강이 요구되는 재료이며, 철근은 콘크리트의 이러한 단점을 보완하기 위하여 적용되어 왔다.
철근 콘크리트 건물은 내구성, 조형성 등의 장점에도 불구하고 많은 단점을 가지고 있는데, 대표적으로 공기가 긴 단점을 들 수 있으며, 그 밖에 거푸집 제작 및 설치에 따른 문제점 발생과 장스팬 구조에 불리한 면, 균열에 따른 구조체의 악영향 등을 들 수 있다.
지금 적용되고 있는 철근 콘크리트 건물 중 공기의 상당부분을 차지하고 있는 것은 거푸집의 제작 및 설치과정과 철근의 배근 및 조립과정이라 할 수 있다.
한편, 콘크리트가 타설될 때에는 반죽상태이기 때문에 거푸집이 없이는 형태를 이룰 수 없다.
예를 들면, 건축 시공시 지하층의 토압을 받는 철근 콘크리트 보를 형성하기 위해서는 철근 콘크리트 보를 타설할 수 있는 보 거푸집을 반드시 설치하여야 하는데, 철근 콘크리트 보는 건축물의 천장으로부터 아래쪽으로 돌출되어지므로, 이러한 철근 콘크리트 보를 시공하기 위해서는 보 거푸집을 통형상으로 돌출되게 설치하여야 한다.
통상적으로 철근 콘크리트 보 구축을 위한 거푸집은 각재와 합판으로 제작한 다수개의 합판 거푸집을 조립하여 설치하는데, 측면 및 하면 성형을 위한 각 합판 거푸집들을 보의 형태에 따라 조립하여 설치하고, 이후 합판 거푸집들이 이루는 내부공간에 철근을 설치하는 배근작업을 한 다음, 거푸집 내부에 콘크리트를 충전한 뒤 양생시키고, 양생 후에는 거푸집을 해체하여 원하는 형태의 구조물이 완성되어지는 일련의 작업과정을 거치게 된다.
이때, 배근된 철근이 양생된 콘크리트의 지지력을 보강하는 바, 견고한 콘크리트 보를 얻게 되는 것이다.
물론, 보 구축용 거푸집을 설치한 뒤 데크 플레이트 등 기타 슬래브 구축용 거푸집 구조체들을 지지시키고, 보와 슬래브의 각 면을 성형하게 되는 거푸집에 콘크리트를 동시 또는 순차 타설하여 보와 슬래브를 구축하게 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 콘크리트 거푸집 제작 및 설치과정은 공기 및 공사비의 상당부분을 차지할 뿐만 아니라, 특히 해체과정을 반드시 거쳐야 하므로 작업인원 및 시간이 과다하게 소요되는 문제가 있다.
또한, 건축물 시공과정에서 거푸집의 설치 후 강도 보강을 위하여 다량의 철 근들을 필수적으로 배근해야 하므로 공기가 길어질 수밖에 없고, 거푸집 해체 후 철근만으로 보강이 이루어지므로 철근의 절대 필요량이 많아질 수밖에 없는 등 문제가 있다.
또한, 콘크리트가 노출된 상태에서 균열이 발생되어 균열을 통해 공기 및 물이 유입되는 경우 콘크리트 및 철근이 쉽게 부식될 수 있는 바, 구조물 전체가 부실해질 수 있으며, 결국 유지 관리 차원에서 많은 손실 요인이 발생한다.
또한, 합판 거푸집 등 폐자재를 대량 발생시키는 바, 이는 환경적 요인에 악영향을 끼치는 주 원인이 되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 지하층의 토압을 받게 되는 철근 콘크리트 보 구축용 거푸집으로서 탄소섬유 FRP 및/또는 유리섬유 FRP 소재를 사용하여 와인딩 제작한 구조체를 채용함으로써, 특히 이 FRP 구조체 자체가 보 거푸집 역할을 하는 동시에 별도 해체과정 없이 복합 철근 콘크리트 보 구조물에서 영구 구조체로 사용되어 철근 역할을 보완하는 바, 보 시공시 사용되는 철근의 물량 감소를 기대할 수 있고, 거푸집 해체공정이 삭제될 수 있으며, 공사비 절감 및 공기 단축의 장점과 함께 폐자재의 발생을 줄여 환경친화적인 장점을 가지는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법은,
(a) 시공되는 건물의 경계선을 따라 강재 파일을 포함하는 흙막이벽을 설치하고, 건물의 기둥이 되는 각 위치에 골조용 수직기둥을 시공하는 단계;
(b) 소정 깊이로 터파기를 진행하여 상기 흙막이벽과 골조용 수직기둥의 상부 일부가 노출되도록 하는 단계;
(c) 상기 노출된 흙막이벽에 복수의 전단 연결 부재를 결합하는 단계;
(d) 제1지하층의 지하 외벽 구축을 위한 거푸집과, 철근 콘크리트 보 구축을 위한 거푸집으로 사용되는 FRP 구조체와, 슬래브 구축을 위한 거푸집을 설치하고, 상기 거푸집과 구조체 내부에 보강 철근을 설치하는 단계; 및
(e) 상기 거푸집과 구조체 내부에 콘크리트를 타설하고 양생하는 단계;
를 포함하고, 제1지하층 아래의 각 지하층 시공시마다 소정 깊이로 추가 터파기를 진행한 후 상기 (b)단계 ~ (e)단계를 반복하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소-유리섬유 복합 구조체(FRP 구조체임), 즉 탄소섬유와 유리섬유 섬유강화 플라스틱(FRP:Fiber Reinforced Plastics)의 복합재료를 소재로 하여 제작한 구조체를 지하층의 토압을 받는 철근 콘크리트 보 구축용 거푸 집으로 사용하는 것에 주안점이 있는 것이다.
특히, 본 발명에서 철근 콘크리트 보 구축용 거푸집으로 사용되는 탄소-유리섬유 복합 구조체는 콘크리트 타설 및 양생 후 별도의 해체작업을 거치지 않고 건축물의 영구 구조체로 이용하는 바, 복합재료를 사용하여 철근 콘크리트의 장점을 극대화하는 동시에 기존 단점을 개선할 수 있도록 한 것이다.
즉, 상기 탄소-유리섬유 복합 구조체는 콘크리트가 경화되기 전에 거푸집의 역할을 하여 여러 형태의 성형이 되도록 해주며, 콘크리트의 자중을 구조적으로 지지해주는 역할을 담당한다.
그리고, 콘크리트가 경화된 후에는 상기 탄소-유리섬유 복합 구조체가 콘크리트와 일체화되어 철근의 구조적 역할을 일부 담당하게 되는 바, 결국 탄소-유리섬유 복합 구조체가 적용된 복합 철근 콘크리트 보가 구축됨에 의해 철근의 물량 감소를 기대할 수 있고, 거푸집 해체공정이 삭제될 수 있으며, 작업인원 및 작업시간을 줄일 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 복합 철근 콘크리트 보 구축방법은 탑/다운(Top/Down) 공법 또는 다운워드(Downward) 공법을 이용한 건축물 시공시에 적용될 수 있다.
여기서, 탑/다운 공법이란 지상층과 지하층을 동시에 시공하는 공법으로서, 지상층의 경우 골격을 세워가면서 그대로 진행하고, 이와 동시에 지하층의 경우 골격을 세운 후 한층씩 파내려가면서 시공을 하는 공법이다.
또한, 다운워드 공법은 탑/다운 공법과는 달리 지하층 부분만 역타시공하는 공법이다.
일반적으로 도심의 빌딩, 고층복합시설 등과 같은 건축물을 시공하는 경우에 상기 탑/다운 공법 또는 다운워드 공법을 많이 적용한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 공정을 개략적으로 나타내었다.
본 발명에 따른 지하구조물의 시공방법은 대략적으로 흙막이벽 설치 단계(S100), 기둥 시공 단계(S200), 1차 터파기 단계(S300), 전단 연결 부재 설치 단계(S400), 거푸집 설치 및 철근 배근 단계(S500), 콘크리트 타설 및 양생 단계(S600)를 거치고, 이어 2차 터파기와 함께 후속 공정들을 반복적으로 되풀이하는 단계들로 구성된다.
이하, 각 단계별로 구체적인 작업공정을 살펴보기로 한다.
먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 지하구조물을 구축하기에 앞서 시공되는 건물의 경계선을 따라 강재 파일(pile;101)을 포함하는 지하 흙막이벽(100)을 설치한다(단계 S100).
이와 같은 흙막이벽의 시공 종류는 본 발명에 의해 한정되지 않으며, 전술한 바와 같은 다양한 공법에 따라 흙막이벽이 설치될 수 있다.
상기 흙막이벽은 소일시멘트벽(SCW)이거나 또는 토류판 흙막이벽이거나 또는 철근 골조를 포함하는 시멘트벽(CIP)일 수 있으며, 이하 모두를 '흙막이벽'으로 통칭한다.
통상, SCW와 CIP의 경우 강재 파일(101)로서 내부에 H-파일을 일정 간격으로 설치하고 있다.
다음으로, 상기 흙막이벽(100)의 설치가 끝난 후에는 지하층의 기둥이 될 각 위치에 골조용 수직기둥(110)을 시공한다(단계 S200).
이 골조용 수직기둥(110)으로는 H-형강이 사용되거나, 또는 원형 또는 각형 강관 내부에 콘크리트를 충전시킨 합성 강관기둥, 즉 CFT(Concrete Filled Steel Tube) 기둥(원형 또는 각형강관기둥)이 사용된다.
상기 H-형강은 기존의 항타공법을 이용하여 필요한 위치의 토양에 타립되거나 천공 후 삽입공법으로 설치될 수 있다.
도 2는 골조용 수직기둥(110)으로서 CFT 기둥이 설치된 예를 보여주고 있다.
이어서, 골조용 수직기둥(110)의 시공이 완료되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 소정 깊이로 1차 터파기를 실시하며(S300), 1차 터파기의 깊이는 적어도 지하 1층 깊이에 해당하는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 터파기가 진행됨에 따라 흙막이벽(100)과 기둥(110)의 상부가 점차로 노출된다.
이어서, 소정 깊이로 1차 터파기가 마무리되면 상기 노출된 흙막이벽(100)에 다수개의 전단 연결 부재(102a)를 설치하며(S400), 이 전단 연결 부재(102)는 지하 외벽 타설시에 지하 외벽과 흙막이벽(100)의 상호 결착력을 증대시키기 위한 것으로서, 바람직하게는 스틸을 베이스로 하는 금속으로 제조된 것을 사용한다.
바람직하게는, 상기 전단 연결 부재는 흙막이벽(100)에 결합되고 그 일부가 지하 외벽의 콘크리트 속에 매립되어 흙막이벽(100)과 지하 외벽간의 결착력을 제공하게 되는 스터드 볼트(102a)로 실시 가능하며, 또는 H-형강의 일부를 절단함으로써 얻어지는 H형 전단 연결 부재로 실시가 가능하다.
상기 전단 연결 부재(102a)는 상기 흙막이벽(100)에 타격되어 결합되거나 앵커 볼트로 시공될 수 있고, 흙막이벽(100)에 내장된 강재 파일(101)에 직접 용접의 방법으로 결합될 수 있으며, 그 밖의 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
도 4a에 도시된 예를 참조하면, 흙막이벽(100)의 일부를 먼저 제거한 후 흙막이벽에 내장된 강재 파일, 즉 H-파일(101)의 측면에 상기 전단 연결 부재로서 다수개의 스터드 볼트(102a)가 용접 설치되고, 그 외 흙막이벽(100)의 일부에도 스터드 볼트(102a)가 타격 등의 방법으로 설치되고 있음을 볼 수 있다.
도 4b에 도시된 예를 참조하면, 흙막이벽(100)에 내장된 H-파일(101)의 측면에 H-형강의 일부를 절단하여 얻어진 H형 전단 연결 부재(102b)가 용접에 의해 결합된 상태가 도시되어 있으며, 이 경우 상기 H형 전단 연결 부재(102b)가 콘크리트 조직과 상대적으로 넓은 면적으로 접촉하므로 그 만큼 지지력과 결착력이 증대될 수 있다.
이러한 전단 연결 부재는 본 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 변형되어 제작될 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 전단 연결 부재(102a)의 결합이 완료된 후에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1지하층의 지하 외벽을 시공하기 위한 거푸집(103)과, 제1지하층의 보 및 바닥 슬래브의 구축을 위한 거푸집(20,137)을 설치한다(S500).
본 발명에 따르면, 상기 거푸집들은 콘크리트를 동시에 타설할 수 있도록 설치될 수 있으며, 따라서 지하층 외벽과 보, 슬래브를 별도로 타설함이 없이 한꺼번에 시공할 수 있다.
도 5의 실시예는 슬래브 구축을 위한 거푸집 구조체(137)로서 데크 플레이트(Deck Plate)를 사용한 실시예이며, 이 데크 플레이트(137)는 추후 슬래브의 콘크리트 내부에 매립되어 영구 구조체로 사용된다.
상기 데크 플레이트(137)는 본 발명에서 복합 철근 콘크리트 보 구축을 위한 거푸집으로 사용되는 탄소-유리섬유 복합 구조체(20) 위에 설치되며, 이와 같이 데크 플레이트(137)를 탄소-유리섬유 복합 구조체(20) 위에 간단히 설치 및 콘크리트를 타설하는 경우 데크 슬래브의 시공이 가능해진다.
그리고, 거푸집(20,103,137)의 설치와 함께 지하층 외벽과 보 구축을 위한 거푸집(20,103) 내부에는 외벽과 보의 적정 부하를 감안하여 그에 상응하는 보강 철근(28,104)을 배근한다.
여기서, 상기 지하층 외벽의 보강 철근(104)의 일부는 거푸집(103) 외부로 연장되도록 하측으로 돌출시켜 이후 지하 2층 외벽 콘크리트의 타설시에 결합체로 작용하도록 한다.
한편, 첨부한 도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 탄소-유리섬유 복합 구조체의 제작예를 나타낸 사시도이다.
본 발명에서는 지하층의 토압을 받게 되는 복합 철근 콘크리트 보 구축을 위한 거푸집으로서 탄소-유리섬유 복합 구조체(FRP 구조체임;20), 즉 탄소섬유 섬유 강화 플라스틱(FRP)(25a)과 유리섬유 섬유강화 플라스틱(25b)의 복합재료를 소재로 하여 성형 제작한 구조체를 사용한다.
특히, 본 발명에서 사용되는 상기 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)는 탄소섬유 FRP(25a)를 내측에 와인딩하고 유리섬유 FRP(25b)를 외측에 와인딩하여 제작한 구조체이다.
본 발명에서 사용하는 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)는 기존 보 거푸집을 대체할 수 있는 형상으로 제작되어야 하는 바, 통상 사각 단면구조를 가지는 보의 형상에 맞게 전체적으로는
Figure 112004041444588-pat00001
형 단면구조를 가지도록 성형 제작된다.
이러한
Figure 112004041444588-pat00002
Figure 112004041444588-pat00003
형 단면구조의 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)는 섬유 와인딩(winding) 공법을 이용하여 제작되며,
Figure 112004041444588-pat00004
형 형틀에 와인딩 후 양생하여
Figure 112004041444588-pat00005
형 단면구조의 튜브를 선 제작한 후 이 튜브의 한쪽 면을 절단하여
Figure 112004041444588-pat00006
형 단면구조가 되도록 제작하게 된다.
이러한 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 제작함에 있어서, 후술하는 바대로 브라켓과의 체결부위라든가 현수용 와이어가 연결되는 부분, 그리고 중간보 구축용 복합 구조체가 연결되는 부분, 데크 플레이트가 체결되는 부분과 같이 다른 부위와 연결되는 부분의 적절한 위치에 보강용 철판(21,22a,22b,24)을 내부에 인서트시키거나, 적층된 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 내외 양쪽면에 보강용 철판을 부착하여서 제작한다.
즉, 도 6a와 도 6b에 도시한 바와 같이, 탄소섬유를 보강재로 사용한 FRP(25a)가 내측에, 유리섬유를 보강재로 사용한 FRP(25b)가 외측에 설치된 적층구 조가 되도록 하여 제작하고, 그 사이에 보강용 철판을 인서트(21,22a,22b,24)시키거나, 적층된 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 내외 양쪽면에 보강용 철판을 부착하여서 제작하게 된다.
도 6a와 도 6b는 탄소섬유 FRP(25a)층을 내측에, 유리섬유 FRP(25b)층을 외측에 적층시키고, 그 사이에는 보강용 철판(21,22a,22b,24)을 인서트시킨 구조를 보여주고 있으며, 다수개의 보강용 철판(21,22a,22b,24)이 구조체(20)의 미리 정해진 다수 위치에 각각 설치되고 있다.
이와 같이 상기 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 구조 설계시에는 내측에 적층된 탄소섬유 FRP(25a)층만 고려하며, 외측에 적층된 유리섬유 FRP(25b)층은 구조체의 형태를 지지하는 역할만 하도록 한다.
이렇게 하면 화재 발생시 외측의 유리섬유 FRP(25b)층이 화력에 견디게 되어 별도의 내화 피복 시공이 필요하지 않게 된다.
첨부한 도 6c는 상기 탄소-유리섬유 복합 구조체의 다른 제작예를 나타낸 것으로서, 이는 탄소섬유 FRP(25a)를 판상의 구조로 우선 제작하고, 이후 이 탄소섬유 FRP(25a)를 저면부에 위치될 수 있도록 형틀에 장치한 후 그 외측에 유리섬유 FRP(25b)를 와인딩하여서 제작한 구조체이다.
즉, 도 6c의 탄소-유리섬유 복합 구조체는, 판상 구조의 탄소섬유 FRP(25a)가 저면부에 위치되도록, 저면부상의 탄소섬유 FRP(25a) 외측으로 유리섬유 FRP(25b)를 와인딩하여, 측면부가 유리섬유 FRP(25b)로만 구성되고, 저면부가 탄소섬유 FRP(25a)와 유리섬유 FRP(25b)가 내외측으로 적층된 구조로 된 것이다.
그리고, 도 6c를 참조하면, 측면부에 설치되는 보강용 철판(24)은 측면부를 이루고 있는 유리섬유 FRP(25b)의 내외 양쪽면에 부착되고 있음을 볼 수 있다.
물론, 상기 보강용 철판을 측면부인 유리섬유 FRP 내부에 인서트시켜 설치할 수도 있다.
또한, 도면으로 도시하지는 않았지만, 본 발명에서 지하층의 토압을 받게 되는 복합 철근 콘크리트 보의 구축을 위한 거푸집으로서 사용되는 FRP 구조체는 탄소섬유 FRP와 유리섬유 FRP를 모두 사용한 상기와 같은 탄소-유리섬유 복합 구조체 대신에, 탄소섬유 FRP 보다 상대적으로 저가인 유리섬유 FRP만을 사용한 FRP 구조체로 실시 가능하다.
즉, 섬유 보강재로서 유리섬유 FRP만을 소재로 하여 와인딩 공법으로 제작된 유리섬유 FRP 구조체가 사용될 수 있는 것이다.
그리고, 상기 보강용 철판(21,22a,22b,24)은 볼트 체결이나 와이어 연결시 구조체(20)의 찢김 등을 방지하기 위하여 설치되는 것으로, 볼트 체결 및 와이어 연결 등을 위하여 적절한 위치에 홀이 형성된 구조로 되어 있으며, 전체적으로는 구조체(20) 자체에 홀이 형성된 구조로 되어 있다.
또한, 바람직하게는 구조체(20)와 이 구조체(20) 내부공간으로 타설된 콘크리트와의 일체 거동을 유지하기 위하여 구조체(20)의 제작시 그 내측면상에 다수개의 리브(26)를 돌출되게 설치한다.
이와 같이 탄소섬유 FRP(25a) 및 유리섬유 FRP(25b)를 각각 내, 외측에 와인딩시켜 제작한 본 발명의 철근 콘크리트 보 구축용 구조체(20)는 높은 인장강도를 가지며, 그 자체가 철근 콘크리트 보 거푸집 역할을 하는 동시에 별도의 해체과정 없이 지하층의 토압을 받게 되는 복합 철근 콘크리트 보 구조물에서 영구 구조체로 사용되어 철근을 보완하는 역할을 하게 된다.
한편, 복합 철근 콘크리트 보의 시공을 위하여 상기와 같이 제작된 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 설치할 때에는, 구조체(20)의 일단부를 흙막이벽(100)쪽으로 연결하여 지지시키는 동시에 그 타단부는 골조용 수직기둥(110)에 지지시켜서 설치하며, 이웃한 두 골조용 수직기둥(110) 사이에 설치하는 경우에는 구조체(20)의 양단부를 골조용 수직기둥(110)에 각각 지지시켜서 설치하게 된다.
먼저, 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 골조용 수직기둥(110)에 지지시키는 방법을 상술하기로 한다.
첨부한 도 7은 본 발명에서 탄소-유리섬유 복합 구조체의 기둥 지지상태를 도시한 개략도이고, 도 8은 도 7의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이며, 도 9는 도 7의 선 'B-B'를 따라 취한 단면도이다.
도 7 및 도 8에서 도면부호 110은 골조용 수직기둥으로서 CFT 기둥을 나타낸다.
이 CFT 기둥(110)은 외측으로 철근(112) 배근 및 거푸집 설치, 콘트리트 처리를 거쳐서 SRC 합성기둥(111)으로 시공되어 본 구조물로 사용된다(건축물의 영구 구조체로 사용됨).
그리고, 도면부호 10은 골조용 수직기둥인 CFT 기둥(110)에 고정 설치되는 브라켓을 나타내며, 이는 CFT 기둥(110)에서 본 발명의 철근 콘크리트 보 구축용 구조체, 즉 후술하는 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 지지시키기 위한 브라켓이다.
상기 브라켓(10)은 각 CFT 기둥(110)에서 보 시공높이에 맞추어 미리 정해진 높이에 위치 고정되며, CFT 기둥(110)의 외주면상에 용접 또는 볼팅의 방법에 의해 고정된다.
본 발명의 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)는 철근 콘크리트 보 구축용 거푸집으로서의 역할을 위하여 시공층 높이에 맞게 골조용 기둥(110)상에 지지되도록 설치하여야 하는데, 구조체(20)의 단부를 상기와 같이 기둥(110)상에 미리 고정 설치한 브라켓(10)에 지지시켜서 설치한다.
여기서, 탄소-유리섬유 복합 구조체(20) 하나의 일단부를. 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 기둥(110)에 고정한 하나의 브라켓(10)에 의해 지지시키며, 이때 단부의 하면부를 브라켓(10)에 볼트(27)로 체결하여 고정시킨다.
상기 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)에는 단부에서 브라켓(10)과 볼트(27)로 체결되는 부분에 체결홀이 형성된 보강용 철판(21)이 인서트되어 설치되거나 내외 양쪽면에 보강용 철판이 부착 설치되는 바, 이 보강용 철판(21)이 설치된 부분과 브라켓(10) 상면을 서로 접합상태에서 볼트(27)로 체결하여 고정하게 된다.
상기와 같이 볼트로 체결하는 방법 대신, 다른 방법으로서, 브라켓 상면에 다수개의 스터드 볼트를 용접하여 고정 설치하고, 브라켓상에 탄소-유리섬유 복합 구조체의 단부를 지지시킴과 동시에 각 스터드 볼트를 구조체 단부에 미리 형성시킨 각 홀에 관통 삽입되도록 하여, 이후 콘크리트 타설시에 구조체의 밀림이 방지 되도록 하는 것도 실시가 가능하다.
이때, 탄소-유리섬유 복합 구조체의 단부에서 스터드 볼트가 관통 삽입되는 부분에는 볼트 체결시와 마찬가지로 관통홀이 형성된 보강용 철판이 내부에 인서트되어 설치되거나 내외 양쪽면에 보강용 철판이 부착 설치되며, 이 보강용 철판의 관통홀에 스터드 볼트가 관통 삽입되도록 한다.
도 8에서와 같이 하나의 CFT 기둥(110)에는 사방으로 4개의 브라켓(10)을 고정 설치할 수 있으며, 각 브라켓(10)이 구조체(20) 1개의 일단부를 지지하는 바, 각 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 이웃한 두 기둥(110) 사이에서 지지되도록 설치하며, 이때 각 구조체(20)의 양단부가 이웃한 두 기둥(110)에 각각 설치된 브라켓(10)에 의해 각각 지지되도록 한다.
한편, 상기와 같이 구조체(20)를 설치된 상태에서 보용 콘크리트가 타설되는 구조체 내부공간, 즉 사각 단면형상의 보 성형공간 내에 철근(28)들을 설치하는 배근작업을 하고, 이후 슬래브용 콘크리트 타설시 상기 보 성형공간 내에 콘크리트를 함께 타설하여, 복합 철근 콘크리트 보를 시공하게 된다.
상기 구조체(20) 내부에 철근(28)들을 설치함에 있어서, 도 7과 도 8에 도시한 바와 같이, 철근들의 일부는 기둥(110)을 중심으로 일직선상으로 배치되는 두 구조체(20) 사이에 길게 연결 설치하되 기둥 주변을 지나가도록 설치하고, 경로상 기둥(110)에 의해 막히는 나머지 철근들은 단부를 상측 또는 하측으로 꺾어 설치한다.
바람직하게는, 본 발명의 복합 철근 콘크리트 보 구축을 위한 탄소-유리섬유 복합 구조체(20) 내부에 철근(28)을 설치함에 있어서, 도 10에 도시한 바와 같이, 상부 철근(28a)의 단부를, 하부 철근(28b)과 같이 상측 또는 하측으로 꺾어 설치하는 것 대신에, 기둥(110)상에 설치한 브라켓(29)에 직접 용접하여 연결하는 것도 가능하다.
즉, 탄소-유리섬유 복합 구조체(20) 내부에 설치되는 철근 중 상부 철근(28a)은 단부를 기둥(110) 외주상에 별도로 용접 설치한 또 다른 브라켓(29)상에 직접 용접하여 연결하는 것이다.
이와 같이 탄소-유리섬유 복합 구조체(20) 내에 배근되는 보강 철근(28a)의 단부를 브라켓(29)을 매개로 하여 기둥(110)상에 연결하게 되면 철근의 축력을 기둥으로 전달 및 분산할 수 있는 상승된 효과가 있게 된다.
본 발명에서 복합 철근 콘크리트 보 구축을 위한 거푸집으로 사용되는 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)는 일부가 흙막이벽(100)과 골조용 수직기둥(110) 사이에 설치되고, 그 나머지가 이웃한 두 골조용 수직기둥(110) 사이에 설치되는데, 흙막이벽(100)과 골조용 수직기둥(110) 사이에 설치되는 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)는 일단부를 흙막이벽(100)쪽으로 연결하여 지지시키는 동시에 그 타단부를 상술한 바의 브라켓 지지방법으로 골조용 수직기둥(110)상에 지지시킨다.
탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 일단부를 흙막이벽(100)쪽으로 연결하여 지지시키는 방법에 대해 도 5를 참조하여 설명하면, 도시한 바와 같이, 지하층의 지하 외벽을 시공하기 위한 거푸집(103)과, 본 발명에서 복합 철근 콘크리트 보 구축을 위한 거푸집으로 사용되는 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 모두 동바리 (135)에 지지시켜 설치한다.
이때, 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)는 일단부를 흙막이벽(100)쪽으로 연결하여 지지시키는 동시에 그 타단부를 상술한 바의 브라켓 지지방법으로 골조용 수직기둥(110)상에 지지시키는데, 탄소-유리섬유 복합 구조체(20) 내에 배근되는 보강 철근(28)의 흙막이벽(100)쪽 단부는 지하 외벽의 공간 내로 돌출시킨 상태에서 상측 또는 하측으로 꺾는다.
그리고, 탄소-유리섬유 복합 구조체(20) 위로는 슬래브 구축용 거푸집 구조체인 데크 플레이트(137)를 설치하며, 이 데크 플레이트(137)를 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)에 고정하는 방법은 이후 도 23a와 도 23b를 참조로 상술하기로 한다.
다음으로, 상기와 같이 거푸집 설치 및 철근 배근의 단계(S500)를 완료한 후에는 외벽과 보, 슬래브의 각 거푸집(20,103,137) 내에 콘크리트를 동시에 타설한 후 양생하는 단계(S600)를 거치게 되고, 콘크리트가 양생되고 나면 외벽 시공용 거푸집(103)과 동바리(135)를 해체한다.
첨부한 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제1지하층의 외벽과 보 및 바닥 슬래브의 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도이고, 도 12와 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제1지하층의 외벽과 보 및 바닥 슬래브가 형성된 상태를 도시한 단면도와 평단면도이다.
도 11은 도 5의 거푸집 설치상태에서 콘크리트가 타설 및 양생된 상태를 나타내며, 도 5 및 도 12, 도 13과 함께 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 일단부를 흙막이벽(100)쪽으로 연결하여 지지시키는 방법을 보여주고 있다.
도 12와 도 13에는 콘크리트의 양생이 완료된 뒤에 외벽 시공용 거푸집(103)과 동바리(135)을 철거한 상태가 도시되어 있다.
각 도면에서, 도면부호 BW1은 제1지하층의 지하 외벽을, 도면부호 BG1은 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)와 일체화된 복합 철근 콘크리트 보를, 도면부호 BS1은 데크 플레이트(137)에 의해 시공된 슬래브를 나타낸다.
본 발명에서 복합 철근 콘크리트 보(BG1)의 구축을 위한 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)는, 도시한 바와 같이, 콘크리트 타설 및 양생 후 별도의 해체작업을 거치지 않고 건축물의 영구 구조체로 사용되며, 철근 콘크리트 보와 일체화되어서 본 구조물인 복합 철근 콘크리트 보(BG1)를 구성하게 된다.
도면부호 111은 SRC 합성기둥으로, 이는 CFT 기둥(110)의 외측으로 미도시된 철근 및 거푸집을 설치하고, 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 콘크리트 타설과 함께 상기 거푸집 내에 콘크리트를 동시에 타설하여 시공한다.
물론, 브라켓(10)의 일부는 SRC 합성기둥(111) 내에 영구 매입된다.
이어서, 상기와 같이 제1지하층의 시공이 완료된 후 제2지하층 및 그 아래 지하층의 구조물을 구축하기 위해서는 전술한 공정을 반복적으로 되풀이한다.
첨부한 도 14a와 도 14b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 2차 터파기 이후 제2지하층의 외벽과 보 및 바닥 슬래브를 시공하는 모습을 보여주는 단면도이다.
여기서, 도면부호 BW2는 제2지하층의 지하 외벽을, 도면부호 BG2는 탄소-유 리섬유 복합 구조체(20)와 일체화된 복합 철근 콘크리트 보를, 도면부호 BS2는 데크 플레이트(137)에 의해 시공된 슬래브를 나타낸다.
도시한 바와 같이, 추가적인 지하 구조물 구축을 위해 2차 터파기 작업을 실시한 후 후속 공정들을 반복적으로 되풀이하게 된다.
제2지하층에서 지하 외벽(BW2)을 시공하기 위한 거푸집(103)과, 복합 철근 콘크리트 보(BG2)의 구축을 위한 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)와, 바닥 슬래브 구축(BS2)을 위한 거푸집(137)의 설치과정은 앞서 설명한 바와 모두 동일하며, 제2지하층 및 그 아래 원하는 지하층까지의 시공을 위하여 앞서 설명한 과정이 계속 반복된다.
도 14a는 앞서 설명한 바와 동일하게 동바리(135)를 이용하여 제2지하층의 지하 외벽 시공을 위한 거푸집(103)과 복합 철근 콘크리트 보 시공을 위한 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 지지시킨 것을 보여주고 있다.
아울러, 도 14b에서는 선시공된 상측의 보, 즉 제1지하층의 복합 철근 콘크리트 보(BG1)에 상단이 고정된 다수개의 현수용 와이어(132b)에 의해 제2지하층의 복합 철근 콘크리트 보(BG2) 시공을 위한 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)가 지지된 상태를 보여주고 있다.
이에 도시한 바와 같이, 시공하고자 하는 제2지하층의 보(BG2) 구축용 거푸집, 즉 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 선시공된 상측의 복합 철근 콘크리트 보(BG1)에 연결된 현수용 와이어(132b)에 의해 지지시킬 수 있으며, 이는 기둥과 기둥 사이에 설치되는 탄소-유리섬유 복합 구조체의 경우도 마찬가지인 바, 이는 도 20b를 참조로 하여 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
하측의 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 현수용 와이어(132b)를 매개로 하여 선시공된 상측 보(BG1)에 지지시키기 위하여, 상측 보(BG1)의 콘크리트 타설 전에 미리 현수용 와이어(132b) 상단의 고리가 연결될 수 있는 연결부재(134a)를 상측 보(BG1)의 탄소-유리섬유 복합 구조체(20) 내부에 설치하고, 이 연결부재(134a)를 상측 보(BG1)의 콘크리트에 인서트시켜 고정한다.
그리고, 상측 보(BG1)의 콘크리트 타설 및 양생 후에 상기 연결부재(134a) 하부의 고리에 현수용 와이어(132b) 상단의 고리를 연결하여 지지시킨다.
상기와 같이, 각 층의 시공시, 복합 철근 콘크리트 보(BG1,BG2)의 구축을 위한 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 흙막이벽(100)쪽으로 연결하여 지지시킨 후 지하 외벽(BW1,BW2)과 보(BG1,BG2) 및 슬래브(BS1,BS2)에 해당하는 공간에 콘크리트를 동시에 타설하여 양생하고, 콘크리트가 양생된 후 외벽 시공용 거푸집(103)을 철거하게 되면, 지하 외벽(BW1,BW2)을 보(BG1,BG2) 및 슬래브(BS1,BS2)와 동시에 시공할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명의 공정에 따르면, 지하구조물 축조를 위해 터파기를 진행함과 동시에 거푸집을 설치하여 보 및 슬래브를 지하 외벽과 동시에 역타설할 수 있는 바, 공기의 단축은 물론 테두리보(띠장)를 생략할 수 있는 장점이 제공된다.
한편, 첨부한 도 15와 도 16은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 제1지하층의 지하 외벽과 보 및 바닥 슬래브의 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도와 평단면도로서, 이는 탄소-유리섬유 복합 구조체의 일단부를 흙막이벽쪽으로 연결하여 지지시키는 또 다른 방법을 보여주고 있다.
본 실시예는 전술한 실시예에서 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 일단부를 지지시키는 방법에 차이가 있을 뿐 나머지 공정들은 대동소이하며, 따라서 이하에서는 전술한 실시예와 차이가 있는 공정에 대해서만 설명하기로 한다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 1차 터파기 후에 노출된 흙막이벽(100) 내의 강재 파일, 즉 H-파일(101) 측면에 별도 브라켓(105)을 용접하여 설치하고, 이 브라켓(105) 위에 복합 철근 콘크리트 보(BG1)의 구축을 위한 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 일단부를 지지시킨다.
즉, 보 시공 위치에 해당하는 H-파일(101)의 외부 흙막이벽(100) 일부를 긁어서 제거한 다음, 노출된 H-파일(101)의 측면에 보 시공 높이에 맞추어 브라켓(105)을 용접하여 설치하고, 이 브라켓(105)에 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 일단부를 직접 연결시킨다.
또한, 흙막이벽(100) 가설시에 일정 간격으로 시공되는 H-파일(101) 외에 보(BG1)가 시공되는 위치, 즉 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)가 설치될 위치에 상응하도록 복수의 H-파일(101a)을 선택적으로 추가 타립할 수 있으며, 이때는 추가 시공된 각 H-파일(101a)의 측면에 보 시공 높이에 맞추어 브라켓(105)을 용접하여 설치한 후 이 브라켓(105)에 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 일단부를 연결 지지시킨다(도 16의 (b) 참조).
그리고, 첨부한 도 17의 (c)에 도시한 바와 같이, 필요에 따라서는 H-파일(101b)의 설치위치에 따라서 추가 시공된 각 H-파일(101b) 주변의 흙막이벽(100) 후방으로 보강을 위한 제트 그라우트(Jet Grout;106) 시공을 할 수도 있다.
실제 시공시에는 도 16의 (b)와 도 17의 (c)에 나타낸 바와 같이 보(BG1)의 시공 위치가 흙막이벽(100) 내에 일정 간격으로 설치된 H-파일(101)의 위치와 일치하지 않는 경우가 다수 발생할 수 있는 바, 이러한 점을 감안하여 상기 두 경우는 별도의 H-파일(101a,101b)을 보(BG1)가 시공될 위치에 추가로 시공하여 이 추가된 H-파일(101a,101b)에 브라켓(105)을 매개로 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 일단부를 지지시킨 예이다.
상기 제트 그라우트(106) 시공은 H-파일이 정위치가 아닌 곳에 추가됨에 따라서 흙막이벽(100)의 토압 지지구조를 보다 강화시킬 목적으로 실시하는 것이다.
한편, 첨부한 도 18과 도 19는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 제1지하층의 지하 외벽과 보 및 바닥 슬래브의 콘크리트를 타설한 상태를 보여주는 단면도와 평단면도로서, 이는 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 일단부를 흙막이벽(100)쪽으로 연결하여 지지시키는 또 다른 방법을 보여주고 있다.
본 실시예에서는 지하층의 외벽(BW1)이 될 부분에 H-형강(107)을 일렬로 박아서 설치한 후 이 H-형강(107)의 측면에 보 시공 높이에 맞추어 브라켓(109)을 용접 설치하고, 이 브라켓(109) 위에 복합 철근 콘크리트 보 구축을 위한 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 일단부를 지지시킨다.
상기 H-형강(107)은 보(BG1)의 시공 위치, 즉 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)가 설치될 위치에 설치되어야 하며, 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)가 설치될 위치에 상응하도록 복수의 H-형강(107)을 기존의 항타공법을 이용하여 필요한 위치 의 토양에 타립하거나 천공 후 삽입공법으로 설치할 수 있다.
바람직하게는, 지하 외벽(BW1)과의 결착력 및 지지력을 더욱 증대시키기 위하여, 상기 H-형강(107)의 내측면에는 양측으로 전단 연결 부재로서 스터드 볼트(108)를 용접 설치할 수 있다.
한편, 제1지하층 시공 후 2차 터파기 작업을 실시하고, 이후 제2지하층 및 그 아래 지하층을 반복 시공하는 과정에서, 복합 철근 콘크리트 보 시공을 위한 상기 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)는, 전술한 바와 같이 단부를 골조용 수직기둥(110) 및 흙막이벽(100)에 지지시키되, 앞서 설명한 바대로 하측에 설치한 동바리(135)에 의해 지지시키거나, 다른 방법으로 골조용 수직기둥(110) 상부 또는 선시공된 상측 보(134)에 와이어(132a,132b)에 의해 현수시킬 수 있다.
즉, 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 지지시키는 지지수단으로서 하측으로 동바리(135)를 설치할 수 있으며, 그 외 다른 방법으로 기둥(110) 상부 또는 선시공된 상측 보(134)에 상단이 연결된 현수용 와이어(132a,132b)의 하단을 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 여러 곳에 연결하여 지지킬 수도 있는 것이다.
이를 첨부한 도 20a ~ 20c를 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 20a는 상단이 기둥(110) 상부에 고정된 다수개의 현수용 와이어(132a)에 의해 본 발명의 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)가 지지된 상태를 보인 개략도이다.
그리고, 도 20b는 선시공된 상측 보(134)에 상단이 고정된 다수개의 현수용 와이어(132b)에 의해 본 발명의 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)가 지지된 상태를 보인 개략도이다.
하측의 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)를 현수용 와이어(132b)를 매개로 하여 선시공된 상측 보(134)에 지지시키기 위하여, 상측 보의 콘크리트 타설 전에 미리 현수용 와이어(132b) 상단의 고리가 연결될 수 있는 연결부재(134a)를 상측 보의 탄소-유리섬유 복합 구조체(20) 내부에 설치하고, 이 연결부재(134a)를 상측 보(134)의 콘크리트에 인서트시켜 고정한다.
상기 연결부재(134a)는 상측의 복합 철근 콘크리트 보(134)를 구축하기 위한 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)의 하면부 통공(20a)으로 통과시켜 상부가 구조체(20) 내부에, 하부가 구조체(20) 아래로 위치되게 설치하고, 상측 보(134)의 콘크리트 타설 및 양생 후에 상기 연결부재(134a) 하부의 고리에 현수용 와이어(132b) 상단의 고리를 연결하여 지지시킨다.
그리고, 하측의 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)에서 현수용 와이어(132a,132b)가 연결되는 부분에는 전술한 바와 같이 보강용 철판(22a,22b)을 내부에 인서트시키거나 내외 양쪽면에 보강용 철판을 부착 설치하여, 이 보강용 철판(22a,22b)에 현수용 와이어(132a,132b)의 하단을 연결한다.
도 6a에서 도면부호 22a는 상단이 기둥(110) 상부에 고정된 현수용 와이어(132a)(도 20a 참조)의 하단이 연결되는 보강용 철판들이며, 이들은 구조체(20)의 좌우 양 측면부에 소정 간격으로 배치되어 내부에 인서트 설치되거나 구조체 좌우 양 측면부의 내외 양쪽면에 부착 설치된다.
또한, 도 6b에서 도면부호 22b는 선시공된 상측 보(134)에 상단이 고정된 현 수용 와이어(132b)(도 20b 참조)의 하단이 연결되는 보강용 철판들이며, 이들은 구조체(20) 하면부에 소정 간격으로 배치되어 내부에 인서트 설치되거나 구조체 하면부의 내외 양쪽면에 부착 설치된다.
그리고, 도 20c는 동바리(135)에 의해 본 발명의 탄소-유리섬유 복합 구조체(20)가 지지된 상태를 보인 개략도로서, 하측에서 굴토작업을 한 뒤 버림 콘크리트(136)를 타설하고, 그 위로 동바리(135)를 설치하여 구조체(20)를 지지시키게 된다(도 14와 같음).
도 20a 내지 도 20c에서는 이웃한 두 골조용 수직기둥 사이에 설치되는 탄소-유리섬유 복합 구조체에 대한 적용예가 도시되어 있으나, 동바리 및 현수용 와이어의 사용은 흙막이벽과 골조용 수직기둥 사이에 설치되는 탄소-유리섬유 복합 구조체에서도 동일하게 적용된다.
한편, 첨부한 도 21은 본 발명에서 중간보 구축을 위한 복합 구조체의 배치상태를 도시한 평면도로서, 중간보 구축을 위한 복합 구조체(30) 또한 본 발명에서 제시한 탄소-유리섬유 복합 구조체로 실시된다.
상기 중간보 구축용 복합 구조체(30)는 앞서 설명한 기둥에 의해 지지FRP 구조체(20)와 동일 소재로 하여 철근 콘크리트 보 성형공간을 가지는
Figure 112004041444588-pat00007
형 단면구조의 형태로 와인딩 제작되고, 기둥에 의해 지지FRP 구조체(20)와 직각 배치하여 양단부를 나란한 두 기둥 지지 FRP 구조체(20) 사이에 연결 고정하는 방식으로 지지시키게 된다.
즉, 첨부한 도 22에 도시한 바와 같이, 양쪽 기둥에 의해 지지되는 보 구축 용 탄소-유리섬유 복합 구조체(기둥에 의해 지지FRP 구조체;20)의 제작시에 중간보 구축용 FRP 구조체(30)의 단부가 연결되는 부분의 양 측면부를 절개된 상태로 제작하고, 이 절개된 부분을 통해 직각 배치된 중간보 구축용 FRP 구조체(30)의 단부를 삽입한 후 기둥 지지 FRP 구조체(20) 하면부와 중간보 구축용 FRP 구조체(30)의 단부 하면부를 서로 접합시킨 상태에서 볼트 체결한다.
물론, 볼트 체결 후 구조체의 찢김 등을 방지하기 위하여, 상호 체결되는 양쪽 구조체 부분에는 역시 보강용 철판(23,31)이 각각 내부에 인서트 설치되거나 각각의 내외 양쪽면에 보강용 철판이 부착 설치되며, 보강용 철판(23,31)이 설치된 부분을 서로 겹친 상태에서 볼트로 체결하게 된다.
그리고, 이와 같이 설치되는 중간보 구축용 FRP 구조체(30) 또한 해체과정을 거치지 않고 영구 구조체로서 이용되며, 별도 도면으로 도시하지는 않았지만 이 중간보 구축용 FRP 구조체 또한 기둥에 의해 지지FRP 구조체와 마찬가지로 현수용 와이어를 이용하여 선시공된 상측 중간보에 지지시킨다(도 20b 참조).
물론, 앞서 설명한 기둥에 의해 지지FRP 구조체(20)와 마찬가지로, 중간보 구축용 FRP 구조체(30) 또한 선시공된 상측 중간보에 상단이 고정된 현수용 와이어(도 20b 참조)의 하단이 연결되는 위치에는 보강용 철판들을 설치하며, 이들은 구조체의 하면부에 소정 간격으로 배치되어 내부에 인서트 설치되거나 구조체 하면부의 내외 양쪽면에 부착 설치된다(도 6b 참조).
도 21에서 도면부호 137은 슬래브 구축용 거푸집 구조체인 데크 플레이트(Deck Plate)를 나타내며, 도시한 바와 같이, 양쪽의 보 구축용 FRP 구조체(20,30) 위에 데크 플레이트(137)를 간단히 설치 및 콘크리트를 타설하는 경우 데크 슬래브의 시공이 가능해진다.
이 데크 플레이트(137)는 중간보 구축용 FRP 구조체(30)와 양단부가 기둥에 의해 지지되는 보 구축용 FRP 구조체(20) 사이에 걸쳐지는 방식으로 지지되는 바, 이와 같이 FRP 구조체(20,30)와 데크 플레이트(137)를 설치한 후 콘크리트를 동시 타설하거나 어느 한쪽을 후타설하는 방식으로 보 및 슬래브를 시공할 수 있게 된다.
첨부한 도 23a와 도 23b는 본 발명에서 보 구축용 FRP 구조체와 데크 플레이트간 연결상태의 예를 도시한 개략도로서, 데크 플레이트(137)가 중간보 구축용 FRP 구조체(30)와 양단부가 기둥에 의해 지지되는 보 구축용 FRP 구조체(20) 사이에 걸쳐져 고정되는 구조를 보여주고 있다.
데크 플레이트(137)의 지지구조로서, 도 23a에 도시한 바와 같이, 데크 플레이트(137)의 양단부를 하측으로 절곡시킨 꺾임구조로 구성하고, 이 절곡된 부분(137a)을 양쪽 두 FRP 구조체(20,30)의 측면부와 접합시킨 상태에서 볼트 체결하여 데크 플레이트(137)를 지지시키는 구조가 실시 가능하다.
그리고, 다른 방법으로는, 도 23b에 도시한 바와 같이, 데크 플레이트(137)의 양단부 하면상에 별도의 체결 브라켓(137b)을 돌출 설치한 후 각 체결 브라켓(137b)과 각 FRP 구조체(20,30)의 측면부를 접합시킨 상태에서 볼트로 체결하여 데크 플레이트(137)를 지지시키는 구조가 실시 가능하다.
물론, 볼트 체결 후 FRP 구조체의 찢김 등을 방지하기 위하여, 데크 플레이 트(137)와 볼트로 체결되는 부분인 FRP 구조체(20,30)의 측면부에는 별도의 보강용 철판(24,32)이 내부에 인서트 설치되거나 내외 양쪽면에 부착 설치된다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법은, 철근 콘크리트 보 구축용 거푸집으로서 탄소섬유 FRP를 내측에 와인딩하고 유리섬유 FRP를 외측에 와인딩하여 제작된 탄소-유리섬유 복합 구조체를 사용하는 것을 주된 특징으로 하며, 이러한 본 발명에 따르면 탄소-유리섬유 복합 구조체 자체가 철근 콘크리트 보 거푸집 역할을 하는 동시에 별도 해체과정 없이 복합 철근 콘크리트 보 구조물에서 영구 구조체로 사용되어 철근 역할을 보완하는 바, 철근 콘크리트 보 시공시 사용되는 철근의 물량 감소를 기대할 수 있고, 거푸집 해체공정이 삭제될 수 있으며, 작업인원 및 작업시간을 줄일 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법에 의하면, 철근 콘크리트 보 구축용 거푸집으로서 탄소섬유 FRP를 내측에 와인딩하고 유리섬유 FRP를 외측에 와인딩하여 제작된 탄소-유리섬유 복합 구조체를 사용함으로써, 다음과 같은 장점이 있게 된다.
1) 높은 인장강도의 FRP 구조체 자체가 복합 철근 콘크리트 보 거푸집 역할을 하는 동시에 별도의 해체과정 없이 복합 철근 콘크리트 보 구조물에서 영구 구조체로 사용되어 철근 역할을 보완하는 바, 보 시공시 사용되는 철근의 물량 감소를 기대할 수 있다.
2) 거푸집 설치가 간소화되고 거푸집 해체공정이 삭제될 수 있어 작업인원 및 작업시간을 줄일 수 있고, 빠른 설치가 가능하며, 거푸집 공정에 지출되는 비용을 크게 절감할 수 있는 바, 전체 공사비 절감 및 공기 단축의 효과가 있게 된다.
3) 높은 인장강도의 FRP 구조체가 영구 구조체로 사용되어 더욱 견고한 복합 철근 콘크리트 보를 얻을 수 있게 된다. 적은 단면에 높은 모멘트 저항이 요구되는 단면에 적용이 가능하고, 우수한 구조성능에 의해 동일 내력에 대한 단면 감소가 가능하며, 효과적인 공간 구성이 가능해진다.
4) 탄소-유리섬유 복합 구조체에 의해 콘크리트 보가 외부로 노출되지 않으므로 콘크리트 및 철근의 부식을 최소한으로 줄일 수 있게 되고, 습기에 노출될 수 있는 지하구조물에 대하여 내식성이 우수한 탄소-유리섬유 복합 구조체의 적용으로 부재의 단면성능 유지가 보장된다. 균열 및 부식의 염려가 없는 건축물의 시공이 가능하고, 유지 관리비용이 절감된다.
5) 경량재료이므로 설치 및 콘크리트 타설과정이 단순화되는 장점이 있으며, 환경적 요인에 악영향을 끼지는 합판 거푸집 등 폐자재를 발생시키지 않는다. 청결한 현장의 유지 관리가 가능하고, 폐기물 발생량 감소에 따라 환경친화적 시공이 가능해진다.
6) 탄소-유리섬유 복합재료가 적용된 복합 철근 콘크리트 구조를 활용할 경우, 탄소섬유 자체의 높은 인장강도와 압축강도가 좋은 콘크리트를 활용할 수 있다는 장점 때문에 철근 콘크리트 구조물의 축조 비용으로 장스팬의 구조물을 축조할 수 있게 되며, 콘크리트 장스팬 구조 가능으로 뛰어난 공간 설계가 가능해진다. 경 량화된 장스팬 구조물은 건축 구조물뿐만 아니라 교량과 같이 유지 관리의 비용이 많이 드는 사회간접자본에도 널리 활용될 수 있다.
7) 시공 완료된 복합 철근 콘크리트 보에서 탄소-유리섬유 복합 구조체의 유리섬유 FRP가 내화재 역할을 하므로 별도의 내화 피복 시공이 필요하지 않게 된다.
8) 지하구조물 축조를 위해 터파기를 진행함과 동시에 거푸집을 설치하여 보 및 슬래브를 지하 외벽과 동시에 역타설할 수 있는 바, 공기의 단축은 물론 테두리보(띠장)를 생략할 수 있는 장점이 제공된다.

Claims (15)

  1. (a) 시공되는 건물의 경계선을 따라 강재 파일을 포함하는 흙막이벽을 설치하고, 건물의 기둥이 되는 각 위치에 골조용 수직기둥을 시공하는 단계;
    (b) 소정 깊이로 터파기를 진행하여 상기 흙막이벽과 골조용 수직기둥의 상부 일부가 노출되도록 하는 단계;
    (c) 상기 노출된 흙막이벽에 복수의 전단 연결 부재를 결합하는 단계;
    (d) 제1지하층의 지하 외벽 구축을 위한 거푸집과, 철근 콘크리트 보 구축을 위한 거푸집으로 사용되는 FRP 구조체와, 슬래브 구축을 위한 거푸집을 설치하고, 상기 거푸집과 구조체 내부에 보강 철근을 설치하는 단계; 및
    (e) 상기 거푸집과 구조체 내부에 콘크리트를 타설하고 양생하는 단계;
    를 포함하고, 제1지하층 아래의 각 지하층 시공시마다 소정 깊이로 추가 터파기를 진행한 후 상기 (b)단계 ~ (e)단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (d)단계의 FRP 구조체로서, 탄소섬유 FRP와 유리섬유 FRP의 복합재료를 소재로 하여 철근 콘크리트 보 성형공간을 가지는
    Figure 112004041444588-pat00008
    형 단면구조의 형태로 와인딩 제작된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구 조물의 시공방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 FRP 구조체가,
    탄소섬유 FRP를 내측으로 와인딩하고 유리섬유 FRP를 외측에 와인딩하여 탄소섬유 FRP와 유리섬유 FRP가 내외측으로 적층된 구조로 제작된 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 FRP 구조체가,
    판상 구조의 탄소섬유 FRP가 저면부에 위치되도록, 저면부상의 탄소섬유 FRP 외측으로 유리섬유 FRP를 와인딩하여, 측면부가 유리섬유 FRP로만 구성되고, 저면부가 탄소섬유 FRP와 유리섬유 FRP가 내외측으로 적층된 구조로 제작된 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 (d)단계의 FRP 구조체로서, 유리섬유 FRP의 단일 소재로 하여 철근 콘 크리트 보 성형공간을 가지는
    Figure 112004041444588-pat00009
    형 단면구조의 형태로 와인딩 제작된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 FRP 구조체는,
    이웃한 두 골조용 수직기둥 사이 그리고 흙막이벽과 골조용 수직기둥 사이에 설치하되, 내부의 철근 배근 및 콘크리트 타설과 양생 후에는 별도 해체과정 없이 철근 콘크리트 보와 일체화되어서 본 구조물인 복합 철근 콘크리트 보를 구성하게 되는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 이웃한 두 골조용 수직기둥 사이에 상기 FRP 구조체를 설치하는 과정에서, 상기 FRP 구조체는 양단부를 각 골조용 기둥상에 고정 설치한 브라켓에 체결하여 고정하는 동시에 동바리 또는 현수용 와이어에 의해 추가 지지시키는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FRP 구조체의 설치 후 내부에 배근되는 보강 철근 중 경로상 상기 골조용 수직기둥에 의해 막히는 상부 철근의 단부는 골조용 수직기둥에 별도 설치한 브라켓에 용접하여 연결하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 흙막이벽과 골조용 수직기둥 사이에 상기 FRP 구조체를 설치하는 과정에서, 상기 FRP 구조체는 일단부를 흙막이벽쪽으로 연결하여 지지시키면서 그 타단부를 골조용 수직기둥상에 고정 설치한 브라켓에 체결하여 고정하는 동시에 동바리 또는 현수용 와이어에 의해 추가 지지시키는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 FRP 구조체의 일단부를 흙막이벽 내에 일정 간격으로 내장된 강재 파일에 고정 설치한 브라켓에 연결 지지시키는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  11. 청구항 1 또는 9에 있어서,
    상기 (a)단계에서 흙막이벽 내에 일정 간격으로 시공되는 강재 파일 외에 각 보 시공 위치에 강재 파일을 추가 시공하고, 상기 FRP 구조체의 일단부를 흙막이벽쪽으로 연결 지지시키는 과정에서 FRP 구조체의 일단부를 상기 추가 시공된 강재 파일에 고정 설치한 브라켓에 연결 지지시키는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  12. 청구항 1 또는 9에 있어서,
    상기 (a)단계에서 흙막이벽 내에 일정 간격으로 시공되는 강재 파일 외에 각 보 시공 위치에 강재 파일을 추가 시공한 후 추가 시공된 각 강재 파일 주변의 흙막이벽 후방으로 보강을 위한 제트 그라우트(Jet Grout) 시공을 하고, 상기 FRP 구조체의 일단부를 흙막이벽쪽으로 연결 지지시키는 과정에서 FRP 구조체의 일단부를 상기 추가 시공된 강재 파일에 고정 설치한 브라켓에 연결 지지시키는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  13. 청구항 1 또는 9에 있어서,
    상기 (a)단계 이후 지하 외벽이 될 부분에 각 보 시공 위치에 맞게 H-형강을 박아서 설치하고, 상기 FRP 구조체의 일단부를 흙막이벽쪽으로 연결 지지시키는 과 정에서 FRP 구조체의 일단부를 상기 H-형강에 고정 설치한 브라켓에 연결 지지시키는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 (d)단계에서, 상기 FRP 구조체와 동일 소재로 제작된 중간보 구축용 구조체를, 나란한 두 상기 FRP 구조체 사이에 추가 설치하고, 상기 FRP 구조체와 중간보 구축용 구조체 사이에 데크 플레이트를 설치하여 이를 슬래브 구축을 위한 거푸집으로 사용하는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 중간보 구축용 구조체는 그 단부를 상기 FRP 구조체의 절개된 측면부를 통해 삽입한 후 삽입된 단부의 하면부와 상기 FRP 구조체의 하면부를 서로 접합시킨 상태에서 볼트 체결하여 고정하는 동시에 동바리 또는 현수용 와이어에 의해 추가 지지시키는 것을 특징으로 하는 복합 철근 콘크리트 보를 포함한 지하구조물의 시공방법.
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