KR100644082B1 - The reinforced concrete column improved fire resistance - Google Patents

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KR100644082B1
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박찬규
이승훈
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삼성물산 주식회사
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Abstract

A fireproof steel concrete column is provided to increase improve fire resistance by increasing lateral reinforcing efficiency of a tie band and restricting longitudinal crack in a fire and temperature increase of a corner longitudinal steel reinforcing bar. A main steel reinforcing bar is arranged longitudinally, and a tie band for surrounding the main steel reinforcing bar is arranged horizontally in a steel concrete column. The tie bands are arranged at the interval of less than 150 mm, and organic fiber is mixed with high strength concrete in mixing high strength concrete having the design compression strength of more than 40 MPa for the steel concrete column. The steel concrete column is formed of a rectangular post, and the tie band is anchored with a hook of 90‹. The extension length of the tie band is more than the distance from the corner of the tie band to the longitudinal crack portion after heating the steel concrete column.

Description

내화성능이 향상된 철근콘크리트 기둥{The reinforced concrete column improved fire resistance}Reinforced concrete column with improved fire resistance

도 1은 가열시험에 사용된 기둥 시험체의 단면도(1a) 및 횡방향 배근상세도(1b)이다1 is a cross-sectional view (1a) and a transverse direction detailed view (1b) of a column test body used in the heating test

도 2는 철근콘크리트 기둥 내에 설치되는 온도 센서의 설치위치(2a)와 그 설치방법(2b)을 도시한 도면이다.2 is a view showing the installation position (2a) and the installation method (2b) of the temperature sensor installed in the reinforced concrete column.

도 3은 고강도 콘크리트에 혼입되는 폴리프로필렌 섬유의 SEM사진이다.3 is an SEM photograph of polypropylene fibers incorporated into high strength concrete.

도 4는 표준 화재곡선과 시험체에 가해진 실제 가열곡선과의 비교그래프이다.4 is a comparison graph between the standard fire curve and the actual heating curve applied to the test body.

도 5a 내지 도 5c는 띠철근 간격에 따른 온도 이력 그래프로서 각각 150㎜(5a), 210㎜(5b), 300㎜(5c) 간격에 대한 온도 이력 그래프이다.5A to 5C are graphs of temperature history according to strip reinforcement intervals and are graphs of temperature history for intervals of 150 mm (5a), 210 mm (5b), and 300 mm (5c), respectively.

도 6a 및 도 6b는 각각 단면 크기 500x500㎜ 기둥(6a)과 단면 크기 305x305㎜ 기둥(6b)의 3시간 가열 후 종방향 균열 발생 모습 사진이다.6A and 6B are photographs of longitudinal cracking after three hours of heating of the cross section size 500x500 mm pillar 6a and the cross section size 305x305 mm pillar 6b, respectively.

도 7은 도 6a 및 도 6b와 같이 발생된 종방향 균열의 발전 모습을 도시한 기둥단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the development of longitudinal cracks generated as shown in FIGS. 6A and 6B.

도 8은 본 발명에 따라 횡보강된 띠철근의 정착길이를 보여주는 철근콘크리 트 기둥의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of the reinforced concrete column showing the length of the reinforcing band reinforcing bars in accordance with the present invention.

본 발명은 내화성능이 향상된 철근콘크리트 기둥에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화재시 철근콘크리트 기둥의 구조 내력 저하가 종방향 균열에 따른 모서리종방향 철근의 급격한 온도 상승에 기인한다는 것을 확인하고 띠철근의 횡보강 능력을 향상시킴으로써 효과적으로 내화성능을 증진시켜 구조적인 안정성을 확보하도록 한 철근콘크리트 기둥에 관한 것이다.The present invention relates to a reinforced concrete column with improved fire resistance, and more particularly, it is confirmed that the decrease in the structural strength of the reinforced concrete column at the time of fire is due to the rapid temperature rise of the edge longitudinal bars according to the longitudinal cracking. The present invention relates to a reinforced concrete column that has a structural stability by effectively improving fire resistance by improving lateral reinforcement ability.

철근콘크리트 부재가 높은 온도에 노출되면 그 내력은 감소하며, 이때 이러한 내력이 일정 기준 이상을 유지하는 시간을 내화성능이라고 한다. 일반적으로 내화성능은 1시간, 2시간 및 3시간으로 구분되며, 특히 철근콘크리트 기둥은 건축 구조물에서 주요 부재이기 때문에 그 위치별로 차이가 있지만 보통 3시간 내화성능을 가지도록 설계된다. 철근콘크리트 기둥의 내화성능을 평가하는 방법은 크게 2가지로 나누어진다.When the reinforced concrete member is exposed to a high temperature, its strength decreases. At this time, the time at which the strength remains above a certain standard is called fire resistance. In general, fire resistance is divided into 1 hour, 2 hours, and 3 hours. In particular, reinforced concrete columns are designed to have fire resistance of 3 hours, although they are different depending on their location because they are the main members of a building structure. There are two ways to evaluate the fire resistance of reinforced concrete columns.

첫 번째 방법은 KS F 2257-1에 나타나 있는 바와 같이 기둥에 일정한 하중을 가하고 가열시험을 실시하여 기둥의 수축정도를 측정하여 평가를 하는 방법으로, 축방향 수축한계와 최대 축방향 수축률 2가지를 측정하여 기준값 내에 드는 시간까 지를 내화성능으로 규정하고 있다. The first method is to evaluate the contraction degree of the column by applying a constant load to the column and conducting a heating test as shown in KS F 2257-1. Fire resistance is defined as the time measured within the reference value.

두 번째 방법은 KS F 2257-7에 간단히 언급되어 있지만 일본에서 많이 시행되고 있는 비가력 가열시험으로서 철근콘크리트 기둥 내 종방향 철근의 온도가 500℃를 넘지 않는 시간까지를 내화성능으로 규정하는 방법이다. The second method is briefly mentioned in KS F 2257-7, but it is a non-heating heating test that is widely used in Japan. It is a method of defining the fire resistance performance until the temperature of the longitudinal rebar in the reinforced concrete column does not exceed 500 ℃. .

화재시 콘크리트는 표면에서 125㎜까지 크게 온도가 변화한다. 통상 철근콘크리트 기둥 부재에서 콘크리트 피복은 40㎜정도이므로 주철근의 중심은 표면으로부터 대개 60~70㎜에 위치하며, 그 결과 기둥 부재 내의 주철근은 화재시 높은 온도를 나타내게 된다. 실제 ISO-KS 가열 곡선에 따른 3시간 가열시험에서 모서리 주철근의 온도는 2시간20분이 경과하면 500℃를 넘어서고 3시간이 경과하면 600℃까지 증가하는 것으로 나타났다. 이는 피복두께가 40㎜로 설계되는 통상의 철근콘크리트 기둥이 내화성능이 부족하다는 것을 보여주는 결과이다.In the event of fire, the concrete changes temperature greatly up to 125 mm from the surface. In the case of reinforced concrete column members, the concrete cover is about 40 mm, so the center of the main reinforcing bar is usually located at 60 to 70 mm from the surface. As a result, the reinforcing bar in the column member shows a high temperature in case of fire. In the three-hour heating test according to the ISO-KS heating curve, the temperature of the edge reinforcing bar was increased to 500 ℃ after 2 hours and 20 minutes and to 600 ℃ after 3 hours. This is a result showing that a conventional reinforced concrete column having a coating thickness of 40 mm lacks fire resistance.

철근이 고온에 노출되면 철근의 탄성계수와 항복강도는 상온에서 보다 낮은 값을 나타내며, 주철근 바깥쪽 콘크리트 피복은 강도가 매우 낮은 상태에 있기 때문에 종방향 주철근은 좌굴 파괴가 일어나기 쉽다. 주철근의 국부적인 좌굴파괴는 궁극적으로 기둥 전체의 파괴로 이어지기 때문에 가능한 발생하지 않도록 해야 할 것인 바, 철근콘크리트 기둥에서도 내화성능을 향상시키기 위한 별도의 조치가 필요하다고 하겠다.When the rebar is exposed to high temperature, the elastic modulus and yield strength of the rebar are lower than at room temperature, and the longitudinal concrete reinforcement is prone to buckling failure because the outer concrete cover of the reinforcing bar is in very low strength. The local buckling failure of the cast iron will ultimately lead to the destruction of the entire column, so it should be avoided as much as possible.Therefore, additional measures to improve the fire resistance of reinforced concrete columns will be required.

종래에는 철근콘크리트 기둥의 내화성능을 향상시키는 방법으로 첫째 콘크리 트 피복을 증진시키는 방법, 둘째 높은 온도에 저항성능이 있는 내화판을 기둥의 표면에 덧붙이는 방법, 셋째 내화성능이 우수한 내화재료를 표면 전면에 도포하는 방법 등을 적용하여 왔다.Conventionally, the method of improving the fire resistance of a reinforced concrete column is to improve the first concrete coating, the method of adding a fireproof plate with resistance to high temperature to the surface of the column, and the third, a fireproof material with excellent fire resistance. The method of apply | coating to the whole surface, etc. have been applied.

상기의 첫 번째 방법은 기둥의 단면이 너무 커져 가용 공간이 줄어드는 단점이 있는데, 예를 들면 일본 가지마(鹿島) 건설에서 개발한 철근콘크리트 기둥의 콘크리트 피복두께는 72mm로서 일반적인 피복두께인 40mm보다 32mm나 증가시켰다. 이 경우 기둥의 폭은 64mm(32+32)나 커지기 때문에 콘크리트 사용량도 증가할 뿐만 아니라 기둥 사이의 거리도 짧아져 가용면적이 줄어들며, 건축물의 자중이 증대하는 문제가 있다. 두 번째 및 세 번째 방법은 기둥 전면에 내화재로 피복하기 때문에 경제성이 떨어지며, 구조체 시공과 별도로 내화피복공정을 거쳐야 하기 때문에 작업성이 떨어진다는 단점이 있다.The first method has the disadvantage that the cross section of the pillar is too large and the available space is reduced. For example, the concrete covering thickness of the reinforced concrete column developed by Kajima Construction in Japan is 72 mm, which is 32 mm higher than the general coating thickness of 40 mm. Increased. In this case, the width of the column is 64mm (32 + 32), which increases, so that not only concrete use is increased but also the distance between the pillars is shortened, thus reducing the available area and increasing the weight of the building. The second and third methods have a disadvantage in that economic efficiency is reduced because the front surface of the pillar is coated with a refractory material, and workability is inferior because a fireproof coating process is required separately from the construction of the structure.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 시험을 통해 화재시 철근콘크리트 기둥의 구조 내력 저하가 종방향 균열에 따른 모서리 종방향 철근의 급격한 온도 상승에 기인한다는 것을 확인하고 띠철근의 횡보강 능력을 향상시킴으로써 효과적으로 내화성능을 증진시킨 철근콘크리트 기둥을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above-mentioned conventional problems, and the test confirmed that the decrease in structural strength of the reinforced concrete column during the fire is due to the rapid temperature rise of the edge longitudinal reinforcement due to the longitudinal cracking. The purpose of the present invention is to provide reinforced concrete columns that effectively improve fire resistance by improving lateral reinforcement ability.

본 발명의 다른 목적은 내화성능의 향상을 철근의 배근과정을 통해 해결함으로써 별도의 내화피복공정을 생략할 수 있도록 한 내화성능이 향상된 철근콘크리트 기둥을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a reinforced concrete column with improved fire resistance that can eliminate the fireproof coating process by solving the improvement of the fire resistance through the reinforcement process of the rebar.

상기한 목적달성을 위해 본 발명은 종방향으로 주철근이 배근되고 횡방향으로 상기 주철근을 둘러싸는 띠철근이 소정 간격으로 배근되는 철근콘크리트 기둥에서, 상기 띠철근은 150㎜이하의 간격으로 배근되는 내화성능이 향상된 철근콘크리트 기둥을 제공한다. 상기 철근콘크리트 기둥이 콘크리트의 설계 압축강도가 40MPa 이상인 고강도 콘크리트로 배합설계되는 경우에는 상기 고강도 콘크리트에 유기섬유가 혼입되도록 설계하는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, the present invention is a reinforcement in which the reinforcing bar is reinforced in a longitudinal direction and the reinforcing steel bars surrounding the main reinforcing bars in the transverse direction are reinforced at a predetermined interval, the reinforcing bar is reinforced at intervals of 150 mm or less Provides reinforced concrete columns with improved performance. When the reinforced concrete column is designed to be mixed with high-strength concrete having a compressive strength of 40 MPa or more, it is preferable to design the organic fiber into the high-strength concrete.

특히, 본 발명은 상기 철근콘크리트 기둥이 사각기둥으로, 상기 띠철근이 90°의 갈고리를 가지면서 정착되며, 그 정착길이가 설계정착길이에서 더 연장되는 연장길이를 가지되 상기 연장길이가 띠철근의 모서리로부터 철근콘크리트 기둥의 가열시험 후 종방향 균열이 발생하는 지점까지의 길이 이상으로 되는 철근콘크리트 기둥을 제안한다. 구체적으로는 상기 철근콘크리트 기둥에서 철근의 피복두께가 40㎜로 설계되는 경우에는 상기 띠철근의 연장거리를 60㎜이상으로 할 것을 제안하고 있다.In particular, the present invention is the reinforcement concrete pillar is a square pillar, the band reinforcement is fixed while having a 90 ° hook, the fixing length has an extension length that extends further from the design fixing length, but the extension length is the band reinforcement We propose a reinforced concrete column that extends beyond the length from the edge of to the point where longitudinal cracking occurs after the heating test of the reinforced concrete column. Specifically, when the cover thickness of the reinforcing bar is designed to be 40 mm in the reinforced concrete column, it is proposed to extend the strip reinforcing bar to 60 mm or more.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.

본 발명은 화재시 철근콘크리트 기둥의 구조 내력 저하가 종방향 균열에 따른 모서리 종방향 철근(주철근)의 급격한 온도 상승에 기인한다는 것을 확인하고 띠철근의 횡보강 능력을 향상시킴으로써 철근콘크리트 기둥의 내화성능을 효과적으로 증진시킬 수 있도록 하는데 기술적 특징이 있다. 즉, 철근콘크리트 기둥에서 주철근 주위로 배근되는 횡보강근(띠철근)의 배근간격을 줄여 횡방향 구속력을 향상시킴으로써 철근콘크리트 기둥의 종방향 균열을 억제하고 그 결과 주철근의 온도상승에 따른 좌굴파괴를 저감시켜 안정적인 거동을 유도하고 있는 것이다.The present invention confirms that the decrease in the structural strength of the reinforced concrete column at the time of fire is due to the rapid temperature rise of the longitudinal longitudinal reinforcing bars (cast bars) due to the longitudinal cracking, and the fire resistance performance of the reinforced concrete column is improved by improving the lateral reinforcement ability of the band reinforcing bars. There are technical features to enable effective promotion. In other words, by reducing the reinforcement spacing of transverse reinforcement bars (reinforcing bars) reinforced around the reinforcing bar in the reinforced concrete column, it improves the lateral restraint force, thereby suppressing the longitudinal cracking of the reinforced concrete column and consequently reducing the buckling fracture due to the temperature rise of the reinforcement concrete column. To induce stable behavior.

한편, 콘크리트는 내부에 수분이 급격한 온도상승이 있을 때면 수증기가 되어 콘크리트 중의 틈새로 빠져나오게 되며 빠져나오는 속도보다 수증기 발생속도가 빠르면 증기압이 발생하게 되는데 이러한 증기압은 콘크리트 표면이 폭발하듯이 떨어져 나오는 폭열(spalling)현상을 일으키는데, 폭열현상은 콘크리트 피복을 조기에 탈락시켜 곧바로 종방향 철근이 높은 온도에 노출되게 하여 철근콘크리트 부재가 빠른 시간에 붕괴되는 원인이 된다. 따라서, 철근콘크리트 부재가 콘크리트의 설계 압축강도 40MPa 이상인 고강도 콘크리트로 배합설계되는 경우에는 상기 고강도 콘크리트에 유기섬유를 혼입하여 배합설계하도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 통상적으로 보통강도 콘크리트에서는 폭열이 발생하지 않는데, 고강도 콘크리트에서는 폭열현상이 쉽게 발생하기 때문이다. On the other hand, concrete becomes water vapor when there is a sudden temperature rise inside the concrete and escapes into the gaps in the concrete. When the steam generation rate is faster than the exiting speed, steam pressure is generated. Spalling is caused by the premature dropping of concrete cladding, which causes the longitudinal rebar to be exposed to high temperatures, causing the reinforced concrete member to collapse quickly. Therefore, when the reinforced concrete member is designed to be mixed with high strength concrete having a concrete compressive strength of 40 MPa or more, it is preferable to mix the organic fiber in the high strength concrete and mix the designed design. This is because the thermal explosion usually does not occur in normal strength concrete, because the thermal phenomenon easily occurs in high strength concrete.

즉, 고강도 콘크리트는 시멘트와 플라이 애쉬, 슬래그 또는 실리카흄 등으로 구성되는 분체 재료에 물, 잔골재, 굵은 골재와 유동성을 증진시키는 고성능 감수제를 첨가시켜서 제조되는 것으로, 콘크리트 표준 시방서에 따르면 구조물을 설계시 사용하는 압축강도 수준이 40MPa 이상일 때 고강도 콘크리트로 규정되는데, 콘 크리트 강도가 높아질수록 내부의 공극이 적어 발생하는 공극압(주로 수증기압)을 유효하게 배출시키지 못하기 때문에 고강도 콘크리트에서는 일반 콘크리트에 비하여 폭열현상이 쉽게 발생하게 된다. 이에, 고강도 콘크리트에서는 이러한 폭열현상이 예방되도록 유기섬유를 콘크리트 내에 혼입시키고 있는 것이다. 유기섬유는 폭열이 발생하기 전에 녹기 때문에 이렇게 유기섬유가 녹은 통로는 공극압(주로 수증기압)이 유효하게 배출되는 통로가 되어 폭열현상을 미연에 방지한다.In other words, high-strength concrete is manufactured by adding water, fine aggregates, coarse aggregates, and high performance water reducing agents to improve fluidity to powder materials composed of cement, fly ash, slag, or silica fume. It is defined as high-strength concrete when the compressive strength level is 40MPa or more.The higher the concrete strength, the less the voids inside, so that the void pressure (mainly water vapor pressure) is not effectively discharged. This happens easily. Therefore, in high-strength concrete, organic fibers are incorporated into concrete to prevent such thermal expansion. Since the organic fibers are melted before the thermal explosion occurs, the passage in which the organic fibers are melted becomes a passage through which the void pressure (mainly water vapor pressure) is effectively discharged, thereby preventing the thermal explosion phenomenon.

본 발명은 철근콘크리트 기둥에서 횡보강근(띠철근)의 간격에 따른 내화성능을 파악한 후 이를 바탕으로 적절한 띠철근의 배근간격과 정착길이를 선정한 결과 완성되었다.The present invention was completed as a result of selecting the appropriate reinforcement spacing and anchoring length of the reinforcing bar reinforcement after grasping the fire resistance performance of the reinforcement concrete column according to the spacing of transverse reinforcement (strip reinforcing bar).

[실시예 1]Example 1

1. 시험계획1. Test plan

횡보강근인 띠철근이 철근콘크리트 기둥의 내화성능에 미치는 영향을 파악하기 위하여 띠철근이 배근된 사각형 고강도 콘크리트 기둥을 모델로 선정하였다. In order to investigate the effect of lateral reinforcing bars on the fire resistance of reinforced concrete columns, a rectangular high-strength concrete column with reinforced bars was selected as a model.

(1)철근 배근 계획(1) reinforcement plan

콘크리트 기둥 부재의 단면 및 철근 상세는 도 1에 나타낸 바와 같다. 실험 변수는 띠철근 간격으로서, 띠철근이 배근된 사각형 철근 콘크리트 기둥 단면은 도 1(a), 그리고 띠철근 간격은 도 1(b)과 같다.Cross section and reinforcement details of the concrete pillar member are as shown in FIG. Experimental variables are the band reinforcement intervals, the cross section of the rectangular reinforced concrete column with the reinforcing bars is shown in Fig. 1 (a), and the band reinforcement interval is shown in Fig. 1 (b).

기둥 단면의 크기는 ACI/TMS Committee 216의 'Standard Method for Determining Fire resistance of Concrete and Masonry Construction Assemblies" 에 근거하여 3시간 내화성능이 확보되는 12in(305㎜)로 결정하였으며, 콘크리트 피복은 일반적인 40㎜로 결정하였다. 도 1b에 나타낸 바와 같이 띠철근의 간격을 300mm, 210mm, 150mm로 중앙부에 배근하였으며, 도 1a에 나타낸 바와 같이 띠철근의 정착은 135도 표준 갈고리를 사용하였다. 그리고 종방향 철근과 기둥 단면 중심의 온도를 측정하기 위하여 도 2와 같이 온도 센서를 설치하였다.The column section size was determined to be 12in (305mm) for 3 hours fire resistance, based on ACI / TMS Committee 216 'Standard Method for Determining Fire resistance of Concrete and Masonry Construction Assemblies'. As shown in Fig. 1b, the interval of the band reinforcing bars was placed in the center at 300 mm, 210 mm, and 150 mm, and as shown in Fig. 1a, the band reinforcing bars were set at 135 degree standard hooks. In order to measure the temperature at the center of the column cross section, a temperature sensor was installed as shown in FIG. 2.

(2)콘크리트 배합 계획(2) concrete combination plan

콘크리트 배합비는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 폭열을 방지하기 위하여 PP섬유(길이 6mm, 직경45.2㎛)를 0.9kg/㎥ 혼입하였다. 도 3은 사용된 PP(폴리프로필렌)섬유에 대한 SEM사진이다. Concrete mixing ratio is as shown in Table 1, and in order to prevent the thermal expansion of PP fiber (length 6mm, diameter 45.2㎛) 0.9kg / ㎥ was mixed. 3 is a SEM photograph of the PP (polypropylene) fibers used.

[표 1] 콘크리트 배합비[Table 1] Concrete mixing ratio

물결합재비 W/B(%)Water Binder Ratio W / B (%) 잔골재율 S/a(%)Fine Aggregate S / a (%) unit weight(kg/m3)unit weight (kg / m 3 ) 물 (W)Water (W) 시멘트 (C)Cement (C) 플라이애쉬 (FA)Fly Ash (FA) 잔골재 (S)Fine Aggregate (S) 굵은골재 (G)Coarse aggregate (G) 폴리프로필렌 (PP)Polypropylene (PP) 고성능감수제 (SP)High Performance Supervisor (SP) 3030 41.241.2 168168 476476 9999 629629 878878 0.90.9 5.045.04

2. 가열시험2. Heating test

콘크리트 부재는 콘크리트 타설 후 기건 양생을 실시하였으며, 재령 60일이 경과한 시점에 가력 가열시험을 실시하였으며, 이때의 압축강도는 68.7MPa이었다.The concrete members were subjected to air curing after the concrete was placed, and the compressive heating test was carried out at 60 days of age, and the compressive strength was 68.7 MPa.

가열을 하기 전에 기둥 부재에 142ton의 중심 축하중을 가하였다. 로(爐)안 의 가열 온도는 도 4에 나타낸 바와 같은 ISO-KS 규격의 표준 시간-가열 온도 곡선에 맞추었다. ISO-KS 표준 시간-가열 온도 곡선은 각종 재료 및 부재의 내화 성능을 평가하는데 사용되는 기준 값이다.Before heating, the pillar member was subjected to a central axial load of 142 tons. The heating temperature in the furnace was fitted to the standard time-heating temperature curve of the ISO-KS standard as shown in FIG. 4. The ISO-KS standard time-heat temperature curve is a reference value used to evaluate the fire resistance performance of various materials and members.

3. 가열시험 후의 각 위치별 온도 이력3. Temperature history for each location after heating test

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 기둥 각 위치에서의 온도 이력 곡선을 나타낸 것이다. 각 도면에서 알 수 있는 바와 같이 모서리에 위치한 종방향 철근의 온도는 띠철근의 간격에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 5A, 5B and 5C show temperature hysteresis curves at each column position. As can be seen in each figure, the temperature of the longitudinal reinforcing bars located at the corners was greatly affected by the spacing of the band reinforcing bars.

즉, 띠철근 간격이 300mm의 경우에는 약 132분 경과시, 띠철근 간격이 210mm의 경우에는 약 157분이 경과한 시점에서 모서리에 위치한 종방향 철근중 하나의 온도가 급격하게 상승함을 알 수가 있다. 특히, 띠철근 간격이 150㎜인 경우에는 180분이 경과하여도 모서리에 위치한 종방향 철근의 온도가 급격하게 증가하지 않는 것으로 나타났다.In other words, the temperature of one of the longitudinal bars in the corner increases sharply when about 132 minutes have elapsed in the case of the 300 mm strip reinforcement and about 157 minutes has elapsed when the strip reinforcement spacing is 210 mm. . In particular, in the case where the band reinforcement is 150 mm, the temperature of the longitudinal reinforcing bars located at the corners does not increase rapidly even after 180 minutes.

4. 가열시험 후의 기둥의 종방향 균열4. Longitudinal crack of column after heating test

도 6a 및 도 6b는 가열시험 후의 시험체를 나타낸 것으로, 모서리 근처에 뚜렷한 종방향 균열이 발생해 있음을 알 수가 있다. 이러한 종방향 균열은 가열시험 시작 후 약 40분이 경과하면서 미세하게 나타나기 시작한다. 그 이후에 종방향 균열의 폭은 더욱 확대되어 최종적으로 도 7에 나타낸 바와 같이 부분적으로는 모서리 부분을 관통하는 균열로 발전될 것이다. 6A and 6B show the test specimens after the heating test, and it can be seen that distinct longitudinal cracks were generated near the edges. These longitudinal cracks begin to appear fine about 40 minutes after the start of the heating test. After that, the width of the longitudinal cracks will be further enlarged and eventually develop into cracks which partially penetrate the edges as shown in FIG. 7.

이와 같이 기둥 모서리에 발생하는 종방향 균열은 모서리에 위치한 종방향 철근의 급격한 온도 증가의 원인으로 작용한다. 왜냐하면 가열에 따른 뜨거운 열은 종방향 균열을 따라 콘크리트 기둥 내부로 침입하여 모서리에 위치한 종방향 철근의 온도증가에 직접적으로 영향을 미칠 것이기 때문이다.The longitudinal cracking at the corners of the column acts as a cause of the rapid temperature increase of the longitudinal reinforcing bars located at the corners. This is because the hot heat from heating will penetrate into the concrete column along the longitudinal crack and directly affect the temperature increase of the longitudinal reinforcing bars located at the corners.

다만, 이러한 종방향 균열의 폭은 띠철근 간격이 작을수록 좁게 될 것이다. 이는 띠철근 간격이 좁을수록 띠철근 내부 콘크리트의 팽창을 억제하여 모서리에 발생한 종방향 균열의 폭을 저감하기 때문이다. 시험결과 또한 사각형 철근콘크리트 기둥에서 띠철근의 간격을 150mm로 배근할 때 종방향 철근의 급격한 온도 상승을 제어할 수 있는 것으로 나타났다. However, the width of these longitudinal cracks will be narrower as the strip rebar spacing is smaller. This is because the narrower the rebar spacing, the smaller the width of longitudinal cracks generated at the edges by suppressing the expansion of the concrete inside the reinforcing bar. The test results also show that it is possible to control the rapid temperature rise of the longitudinal reinforcing bars when the rebar spacing is 150 mm in the square reinforced concrete column.

한편, 도 6a와 도 6b는 기둥 두께에 따른 3시간 가열 후의 기둥의 모습을 나타낸 것으로, 기둥 두께에 관계에서 모서리에서 약 100mm 지점에 종방향 균열이 발생함을 보여준다. 즉, 도 6a는 두께 500㎜(콘크리트피복 40㎜), 도 6b는 두께 305㎜(콘크리트피복 40㎜)의 기둥에 해당하며, 이들 기둥에서 종방향 균열은 두께 500㎜ 기둥의 경우에는 두께의 1/5지점, 두께 305㎜ 기둥의 경우에는 두께의 1/3지점에서 발생하였다.On the other hand, Figure 6a and Figure 6b shows the appearance of the column after 3 hours heating according to the thickness of the column, showing that the longitudinal crack occurs at the point about 100mm from the corner in relation to the column thickness. That is, FIG. 6A corresponds to a pillar having a thickness of 500 mm (concrete coating 40 mm), and FIG. 6B corresponds to a pillar having a thickness of 305 mm (concrete coating 40 mm), in which the longitudinal crack is 1 In the case of the / 5 point and the 305mm thickness column, it occurred at one third of the thickness.

종방향 균열은 기둥 모서리 부근의 온도가 다른 곳보다 상대적으로 높기 때문에 온도차에 의해 발생한 것이며, 균열이 발생한 위치는 온도가 매우 높은 곳과 낮은 곳의 경계선에 해당한다. 즉, 기둥 모서리에서 균열이 발생한 곳까지는 온도가 높은 곳, 나머지 구간(중앙 부근)은 온도가 상대적으로 낮은 구간으로 분류되는 것이다. 상기한 바와 같이 온도가 상대적으로 낮은 중앙부에 위치한 종방향 철근의 온도는 3시간 가열에도 500℃를 넘지 않았다.Longitudinal cracks are caused by temperature differences because the temperature near the edge of the column is relatively higher than elsewhere, and the location of the crack corresponds to the boundary between the very high and low temperatures. In other words, the area where the temperature is high from the edge of the column to the crack is generated, and the remaining sections (near the center) are classified into relatively low temperatures. As described above, the temperature of the longitudinal reinforcing bars located at the relatively low central temperature did not exceed 500 ° C. even when heated for 3 hours.

이와 같이 종방향 균열이 발생하면, 궁극적으로 띠철근 90°표준 갈고리의 경우 그 정착성능에 문제가 발생하게 된다. 왜냐하면 종방향 균열이 콘크리트 피복에 발생함에 따라 90° 표준 갈고리의 경우에는 콘크리트 두께가 충분치 못하게 되기 때문이다(135°갈고리의 경우에는 그 끝이 기둥 중심을 향해 있기 때문에 그 정착성능에 문제없음). 이에, 띠철근의 바깥선(모서리)을 기준으로 인장력에 저항할 수 있는 길이가 종방향 균열이 발생하는 지점까지 줄어드는 결과가 나타나게 된다. 즉, 띠철근의 인장력은 종방향 균열이 발생하는 지점 이후부터 발휘하게 되며, 그만큼 정착성능도 떨어지게 되는 것이다. When longitudinal cracking occurs in this way, ultimately, a problem occurs in the fixing performance of the band reinforcing bar 90 ° standard hook. Because longitudinal cracking occurs in concrete cladding, the concrete thickness is not sufficient for 90 ° standard hooks (with 135 ° hooks, the tip is towards the center of the column, so there is no problem with its anchoring performance). As a result, the length that can resist the tensile force based on the outer line (edge) of the strip reinforcement is reduced to the point where the longitudinal crack occurs. In other words, the tensile strength of the strip reinforcement is exerted after the point where the longitudinal crack occurs, and the fixing performance decreases accordingly.

띠철근의 정착성능 저하문제는 도 8에서와 같이 띠철근의 정착길이를 설계정착길이보다 더 연장함으로써 해결할 수 있을 것이며, 이때 연장되는 연장길이는 띠철근의 모서리로부터 철근콘크리트 기둥의 가열시험 후 종방향 균열이 발생하는 지점까지의 거리 이상이어야 할 것이다. 예를 들어, 본 실시예에서와 같이 상기 철근콘크리트 기둥에서 철근의 피복두께가 40㎜로 설계되는 경우에는 상기 띠철근의 연장길이를 60㎜(균열발생 지점(철근콘크리트 기둥 모서리로부터 100㎜) - 철근 피복두께(40㎜)) 이상으로 하면 띠철근에 발생하는 인장력을 충분히 견딜 수 있을 것으로 기대된다.The problem of deterioration of the fixing performance of the band reinforcing bar can be solved by extending the fixing length of the band reinforcing bar longer than the design fixing length, as shown in FIG. It should be at least as far as the point where the direction crack occurs. For example, when the cover thickness of the reinforcing bar is designed to be 40 mm in the reinforced concrete column as in the present embodiment, the extension length of the band reinforcing bar is 60 mm (cracking point (100 mm from the edge of the reinforced concrete column)- It is expected that the tensile strength generated in the strip reinforcing bar can be sufficiently withdrawn when the thickness of the reinforcing bar is 40 mm or more.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 띠철근의 횡보강 능력이 향상되어 화재시 종방향을 균열이 억제되고 그 결과 모서리 종방향 철근의 온도 상승이 억제되는 바, 철근콘크리트 기둥의 내화성능을 효과적으로 증진시킬 수 있게 된다.According to the present invention as described above, the lateral reinforcement capacity of the band reinforcement is improved to suppress cracks in the longitudinal direction during the fire and as a result the temperature rise of the longitudinal longitudinal bars is suppressed, thereby effectively improving the fire resistance performance of the reinforced concrete column It becomes possible.

Claims (4)

종방향으로 주철근이 배근되고 횡방향으로 상기 주철근을 둘러싸는 띠철근이 소정 간격으로 배근되는 철근콘크리트 기둥에서,In the reinforced concrete column in which the main reinforcing bars in the longitudinal direction and the band reinforcing bars surrounding the main reinforcing bars in the transverse direction are reinforced at a predetermined interval, 상기 띠철근은 150㎜이하의 간격으로 배근되는 것을 특징으로 하는 내화성능이 향상된 철근콘크리트 기둥.Reinforced concrete pillars with improved fire resistance, characterized in that the reinforcing strip is reinforced at intervals of 150mm or less. 제1항에서,In claim 1, 상기 철근콘크리트 기둥이 콘크리트의 설계 압축강도가 40MPa 이상인 고강도 콘크리트로 배합설계되는 경우에 상기 고강도 콘크리트에는 유기섬유가 혼입되는 것을 특징으로 하는 내화성능이 향상된 철근콘크리트 기둥.When the reinforced concrete column is designed to be mixed with high-strength concrete having a compressive strength of 40 MPa or more, the high-strength concrete is characterized by the fact that the organic fiber is mixed in the reinforced concrete column. 제1항 또는 제2항에서,The method of claim 1 or 2, 상기 철근콘크리트 기둥은 사각기둥이며,The reinforced concrete column is a square pillar, 상기 띠철근은 90°의 갈고리를 가지면서 정착되고 그 정착길이는 설계정착길이에서 더 연장되는 연장길이를 가지되, 상기 연장길이는 띠철근의 모서리로부터 철근콘크리트 기둥의 가열시험 후 종방향 균열이 발생하는 지점까지의 거리 이상인 것을 특징으로 하는 내화성능이 향상된 철근콘크리트 기둥.The band reinforcing bar is settled with a hook of 90 ° and the fixing length has an extension length that extends further from the design fixing length, the extension length is longitudinal crack after heating test of the reinforced concrete column from the edge of the band reinforcing bar Reinforced concrete column with improved fire resistance, characterized in that more than the distance to the point of occurrence. 제3항에서,In claim 3, 상기 철근콘크리트 기둥에서 철근의 피복두께가 40㎜로 설계되며,The cover thickness of the reinforcing bar in the reinforced concrete column is designed 40mm, 상기 띠철근의 연장길이는 60㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 내화성능이 향상된 철근콘크리트 기둥.Reinforced concrete pillars with improved fire resistance, characterized in that the extension length of the strip reinforcing bar 60 mm or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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