KR100644745B1 - 피씨 기둥-보 접합부 구조 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PC 부재를 이용한 1방향 골조시스템에 관한 것으로, 특히 PC 기둥-보 접합부 구조를 개선하여 구조적 안정성을 확보하는 동시에 종래 2방향 골조시스템과 유사한 구조적 거동특성을 갖도록 하면서, 접합부 내 패널존에서 철근 간의 상호 간섭 발생이나 추가 배근시 복잡성을 간략화할 수 있고 시공순서에 제약을 받기 않기 때문에 시공성이 우수한 PC 기둥-보 접합부 구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 기둥-보 접합부 구조는 1개층 단위로 제작되고 단부에 나사가 가공된 고정봉이 돌출 매입된 PC 기둥과, 단부가 상기 PC 기둥의 고정봉에 삽입되어 상기 PC 기둥 위에 보의 길이방향으로 적어도 100mm 이상 보의 직각방향으로 적어도 50mm 이상 걸쳐지며 하면에는 기둥 삽입용 블럭아웃부가 형성된 와이드 PC 보와, 접합부의 일체성과 연속성을 확보하도록 기둥-보 접합부에 타설되는 현장치기 콘크리트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

PC, 기둥, 보, 접합부, 모멘트 타이바(Moment Tie Bar), 기둥 삽입용 포켓

Description

피씨 기둥-보 접합부 구조 및 그 시공방법{PC Column-Beam Joint System and Construction Method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조를 보여주는 분해사시도.

도 2는 본 발명에 적용된 PC 보를 보여주는 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조의 요부를 보여주는 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조에 있어 기둥 위에 보를 결합한 상태를 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조에 있어 기둥 위에 보를 결합하고 슬래브를 올려놓은 후 콘크리트틀 타설한 상태를 도시한 단면도..

도 6은 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조에 있어 보의 걸침길이와 기둥-보 접합부에 콘크리트가 채워진 상태를 도시한 평면도.

도 7은 본 발명에 적용된 매입구를 도시한 사시도.

도 8은 본 발명에 적용된 모멘트 타이바의 사시도.

도 9는 종래 PC 기둥-보 접합부 구조를 보여주는 분해사시도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10, 10' : PC 보 11 : PC 보의 바닥부

12, 12' : PC 보의 측벽부 13 : 보 바닥부의 블럭아웃부(우묵 들어간 부분)

14 : 보 측벽부의 블럭아웃부 15 : 보 바닥부의 기둥 삽입용 블럭아웃부

16 : 관통공 17 : 슬래브 결합용 철근

20, 20' : PC 기둥 22, 22' : PC 기둥의 주근

24 : 고정봉 26 : 스플라이스 접합부

26a : 주입구 26b : 배출구

30 : 매입구 32 : 매입부

34, 34' : 상, 하부 플레이트 36 : 구멍

40 : 모멘트 타이바 42, 42' : 플레이트

44, 44' : 연결바 50 : PC 슬래브

52 : 카이저트러스근 60 : 덧침 콘크리트

본 발명은 PC 부재를 이용한 1방향 골조시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PC 기둥-보 접합부 구조를 개선하여 구조적 안정성을 확보하는 동시에 종래 2방향 골조시스템과 유사한 구조적 거동특성을 갖도록 하면서, 접합부 내 패널존에서 철근 간의 상호 간섭 발생이나 추가 배근시 복잡성을 간략화할 수 있고 시공순서에 제약을 받기 않기 때문에 시공성이 우수한 PC 기둥-보 접합부 구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.

PC 부재를 이용한 구조 시스템은 공사의 안전성, 내구성, 고품질, 공기 단축 등의 장점을 가지고 있어 현재 폭 넓게 사용되고 있다.

PC 부재를 이용한 일반적인 PC 구조 시스템은 1개층 단위로 제작된 PC 기둥 위에 하프 PC 보가 설치되고, 보 위에 다시 하프 PC 슬래브가 설치된 후, 보-기둥 접합부와 보 및 슬래브 상부 철근을 배근하고 현장에서 덧침 콘크리트를 타설되는 1층 단위의 시공법이 많이 적용되고 있다.

이러한 접합부 상세는 보의 상부 철근이 접합부 내로 직접 배근되므로 보의 연속성 확보와 기둥의 설치가 용이하다는 장점이 있으나, PC 보의 하부철근이 접합부 내에서 단절되기 때문에 일체성 확보를 위한 접합부 상세가 필요하다.

종래에는 단절된 보-기둥 접합부분에 이형철근을 연결재로 배근함으로써 시공성과 일체성을 확보하는 방법이 주로 사용되어 왔으나 이 경우 접합부 내 기둥 주근과 접합부 보강용 후프근 및 보 상부 철근과의 간섭이 발생하고 보-기둥 접합부를 조립하는 과정에서도 순서에 맞춰 시공되어야 하는 문제가 있다.

도 9는 종래 PC 기둥과 PC 보의 접합부 구조를 나타낸 것으로, 하부 기둥(3) 위에 소정의 길이(대략 15mm)를 걸쳐서 한 쌍의 PC 보(1,1')를 설치하고, PC 보(1,1') 위에 다시 하프 PC 슬래브를 설치한 후, 현장에서 보- 기둥 접합부와 슬래브 상부에 콘크리트(8)를 타설하고, 콘크리트(8)가 충분히 양생된 후 상부 기둥(2)의 주근(4) 하부에 형성된 관통공을 통해 하부 기둥(3)의 상부로 노출된 하부 기둥(3)의 주근(5)을 삽입하고 상부 기둥(2)의 주근(4) 하부에 형성된 타원형상의 스플라이스 접합부(6) 내로 주입구(6a)를 통해 고강도 모르타르를 주입하여 스플라이스 접합부(6) 내에서 하부 기둥(3)의 주근(5)과 상부 기둥(2)의 주근(4)이 연결되도록 하였다.

한편, 종래 경제성, 시공성 등을 고려하여 PC 구조 시스템에서 수평부재인 보를 1방향 골조로 구축하고 여기에 보 직각방향으로 슬래브를 설치하여 작용하중에 저항하는 1방향 골조 시스템이 사용되고 있으나, 구조물 전체의 거동 안정성을 확보하는 측면에서 슬래브의 평면 내 강성은 충분하지만 접합부가 보 방향으로는 강도와 강성이 충분하나 보에 직각방향으로는 방향성이 결여되어 전체적으로 2방향 골조시스템과 같은 거동특성을 나타내는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 창작된 것으로, 접합부 내 배근의 복잡성을 간략화할 수 있고, 시공순서에 제약을 받기 않기 때문에 시공성이 우수한 PC 기둥-보 접합부 구조 및 그 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 1방향 골조 시스템의 구조적 안정성을 확보하여 2방향 골조 시스템과 유사한 거동특성을 갖도록 한 PC 기둥-보 접합부 구조 및 그 시공방법을 제공하는데 있다.

즉, PC 기둥과 와이드 PC 보를 활용하여 1방향 골조 시스템을 구축하는 것으로 와이드 PC 보의 바닥부 하부를 블럭아웃하여 기둥 삽입용 포켓을 형성하여 기둥 머리를 삽입함으로써 보에 직각방향으로 고정 정착효과가 발생하도록 하여 와이드 PC 보 상부에 얹혀지는 PC 슬래브와의 평면 내 강성(다이아프램 작용능력)과 강도를 발현시켜 작용하중에 대해 구조적으로 안정되게 저항할 수 있는 2방향 골조 시스템과 유사한 거동특성을 갖도록 한 PC 기둥-보 접합부 구조 및 그 시공방법을 제 공하는데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조를 보여주는 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 적용된 와이드 PC 보를 보여주는 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조는, 1개층 단위로 제작되고 단부에 나사가 가공된 고정봉(24)이 돌출 매입된 PC 기둥(20)과, 단부가 PC 기둥(20)의 고정봉(24)에 삽입되어 PC 기둥(20) 위에 보의 길이방향으로 적어도 100mm 이상 보의 직각방향으로 적어도 50mm 이상 걸쳐지며 하면에는 기둥 삽입용 블럭아웃부(15)가 형성된 한 쌍의 와이드 PC 보(10, 10')와, PC 기둥(20) 위에 걸쳐진 한 쌍의 와이드 PC 보(10, 10')를 서로 연결시키는 모멘트 타이바(40)와, 상기 모멘트 타이바(40)와 함께 접합부의 일체성과 연속성을 확보하도록 기둥-보 접합부에 타설되는 현장치기 콘크리트(60)를 포함한다.

도 2를 참조하여 본 발명에 적용된 와이드(Wide) PC 보(10, 10')를 보다 상세히 살펴보면, 와이드 PC 보(10, 10')는 바닥부(11)와 상기 바닥부(11)의 양측 단부로부터 상방향으로 일체로 돌출 형성되며 서로 소정 간격으로 이격된 양측벽부(12, 12')로 구성되어 대략 "U"자 형상을 이루며, 상기 바닥부(11)와 양측벽부(12, 12')의 양단부 및 바닥부(11)의 하면은 블럭아웃(Block-out)부가 형성되어 우묵 들 어가 있고(도 2에서 도면번호 "13"은 바닥부(11)의 블럭아웃부를 나타내고, 도면번호 "14"는 양측벽부(12, 12')의 블럭아웃부를 나타내고, 도면번호 "15"는 바닥부(11)의 하면에 형성된 블럭아웃부를 나타낸다), 하부돌출철근은 제거되어 있으며, 단부측 바닥부(11)에는 PC 기둥(20)에 돌출 매입된 고정봉(24)이 관통하는 구멍(16)이 형성되어 있으며, 양측벽부(12, 12')의 상단에는 단부에 후크가 형성된 다수의 슬래브 결합용 철근(17)이 소정 길이로 돌출되어 있다.

이때, 바닥부(11)와 양측벽부(12, 12")의 블럭아웃부(13, 14)는 기둥(20)과 보(10, 10')의 접합부에 현장치기 콘크리트(60)가 타설되는 포켓을 형성하게 되며, 바닥부(11)의 하면에 형성된 블럭아웃부(15)은 기둥(20) 머리가 삽입되는 포켓을 형성하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 PC 보(10, 10')는 기둥 폭에 대한 보 폭의 비율 즉, 보-기둥 폭비가 1.67 내지 2.00이 되는 와이드 PC 보로 하였으며, 실험결과 보-기둥 폭비가 증가함에 따라 강도는 12~16% 증가하였으며 변위 연성도는 16~26% 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 보-기둥 폭비가 증가함에 따라 콘크리트 단면이 증가하여 압축측 내력이 증가함으로써 철근의 항복 이후 거동을 증가시키고 이로 인하여 PC 보의 강도 및 변위 연성도가 증가하는 것으로 판단된다.

도 3은 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조의 요부를 보여주는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조에 있어 기둥 위에 보를 결합한 상태를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조에 있어 기둥 위에 보를 결합하고 슬래브를 올려 놓은 후 콘크리트틀 타설한 상태를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 PC 기둥-보 접합부 구조에 있어 보의 걸침길이와 기둥-보 접합부에 콘크리트가 채워진 상태를 도시한 평면도이다.

도 3, 4, 5를 참조하면, 와이브 PC 보(10, 10')는 PC 기둥(20)에 보의 길이방향으로 적어도 100mm 이상 보의 직각방향으로 적어도 50mm 이상 걸쳐져 볼트 결합되는데 그에 따라 기둥-보 접합부의 전단슬립강도를 볼트결합의 프리텐션 힘으로 저항하게 하여 반복 작용하중에 의한 층간 인장력에 저항케 한다.

또한, 도 4, 5에 도시된 바와 같이 보 부재간의 수평적 연속성이나 기둥 상부에서 보의 연속화로 인해 발생하는 부모멘트에 효과적으로 저항하도록 모멘트 타이바(40)를 설치하여 고정봉(24)과 일체화시킨다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이 PC 기둥(20) 상면에 걸쳐지는 보(10, 10')의 걸침길이를 늘려 즉, 지압면적(도 6에서 "A" 면적)을 증대시켜 기둥 외부면의 전단 마찰 저항 능력을 증가시킴으로서 보의 하부돌출철근을 없애는 것이 가능하고, 블럭아웃된 보의 바닥부(11)와 양측벽부(12, 12')에 의해 기둥 걸침면 내부가 4방향으로 모두 구속되어진다.

즉, 본 발명에서는 종래 PC 보의 하단에 최소 150mm 이상 돌출된 후크철근의 기능이 미미하고 접합부의 보 철근, 기둥 철근 그리고 보강 철근을 고려했을 때 그 시공성 즉, 몰탈 충전성이나 작업성이 매우 번잡한 점을 감안하여 후크철근을 제거하고, 층간 인장력에 의한 기둥과 보 부재간의 저항모멘트나 전단력에 효율적으로 저항할 수 있도록 고정봉(24)을 이용하여 PC 기둥(20)과 와이드 PC 보(10, 10')를 볼트결합시키고 보 부재를 기둥에 거치한 후 작업하중에 대한 지압응력을 최소화할 목적으로 보의 길이방향으로 적어도 100mm 이상 보의 직각방향으로 적어도 50mm 이상 거치하고 서로 인접하는 보를 모멘트 타이바(40)를 이용하여 서로 연속시키는 방식을 활용한다.

한편, 일방향으로 설치되는 보에 수직한 방향에 슬래브 방식으로 구성된 구조물의 저항방식을 보다 짜임새 있는 구성 형성으로 변경하고자 본 발명에서는 보 부재를 기둥에 단순히 거치하는 방식이 아닌 보의 단부에 기둥 머리가 삽입되는 포켓을 형성하여 슬래브 시스템에서 주열대가 갖는 보 작용(beam action) 시 작용하중에 의한 기둥 부에서의 부모멘트에 의한 상부측 인장력은 슬래브의 인장철근으로 저항하도록 하고 하부측 압축력은 보의 하면에 형성된 포켓에 직접 기둥 지압응력으로 작용하여 슬래브 시스템의 연속화로 수직방향에 대한 모멘트 저항시스템을 형성하였다.

이상과 같이 본 발명에 따른 구조 시스템은 1방향성 부재로 구성된 구조 부재(보, 슬래브)를 짜임새 있게 구성하여 2방향 저항 시스템을 구성하도록 하는데, 보 시스템은 1-way 구조로 배치하고 나머지 방향성은 슬래브 시스템의 충분한 강성(in-plane stiffness)과 격막작용(in-plane diaphragm)을 활용하여 기둥과 기둥 간의 슬래브에 주열대를 형성시켜 보 작용이 일어나도록 한다.

도 7은 PC 기둥(20)에 매입된 고정봉(24)이 관통하는 위치의 와이드 PC 보(10, 10')에 매입되는 매입구(30)을 도시한 것으로, 매입구(30)는 와이드 PC 보(10, 10')에 매입되는 매입부(32)와 매입부(32)의 상, 하부에 결합되고 와이드 PC 보(10, 10')의 바닥부(11) 외부로 노출되는 상, 하부 플레이트부(34, 34')로 구성 된다. 이때, 매입부(32)는 매입부(32)에 채워지는 몰탈과 와이드 PC 보(10, 10') 사이의 결합력을 고려하여 원통형 철망으로 구성된 것으로 도시하였으나 통상의 파이프 또는 주름진 파이프로 구성할 수도 있다.

도 8은 모멘트 타이바(Moment Tie Bar, 40)를 도시한 것으로, 볼트공(43)이 형성된 양단 플레이트(42, 42')와 상기 양단 플레이트(42, 42')의 양측에서 이들을 서로 연결시키는 연결바(44, 44')로 구성되며, 이들 연결바(44, 44')는 콘크리트의 굵은 골재가 통과할 수 있을 정도로 서로 이격되도록 한다. 이 모멘트 타이바(40)는 PC 기둥(20)의 상면에 서로 이격되어 설치된 와이드 PC 보(10, 10')를 서로 연결시키는 것으로, 고정봉(24)에 각각 결합된다.

이하에서는 본 발명에 따른 기둥-보 접합부의 시공방법을 도 1, 4, 5를 참조하여 설명한다.

먼저, 공장 제작되어 현장에 반입된 복수의 PC 기둥(20)을 소정 위치에 설치하고, PC 기둥(20) 위에 보 방향으로 적어도 100mm, 보 직각 방향으로 적어도 50mm를 걸쳐서 한 쌍의 와이드 PC 보(10, 10')를 설치한 다음, 기둥(20)에 매입된 고정봉(24)을 이용하여 PC 기둥(20)과 와이드 PC 보(10, 10')를 볼트 결합시키고, PC 기둥(20) 위에 인접하는 와이드 PC 보(10, 10')의 단부를 모멘트 타이바(40)로 서로 연결시킨다.

다음으로, 상기 와이드 PC 보(10, 10') 위에 다시 하프 PC 슬래브(50)를 설치하고, 슬래브(50) 상부에 철근을 배근한 다음, 현장에서 보- 기둥 접합부와 슬래브 상부에 콘크리트(60)를 타설하면 된다.

한편, 기둥(20) 위에 다시 기둥(20')을 설치하고 할 경우에는 콘크리트가 충분히 양생된 후 슬래브(50) 위에 설치될 기둥(20')의 주근(22') 하부에 형성된 관통공을 통해 하부 기둥(20)의 상부로 노출된 하부 기둥(20)의 주근(22)을 삽입하고 상부 기둥(20')의 주근(22') 하부에 형성된 타원형상의 스플라이스 접합부(26) 내로 주입구(26a)를 통해 고강도 모르타르를 주입하여 스플라이스 접합부(26) 내에서 하부 기둥(20)의 주근(22)과 상부 기둥(20')의 주근(22')이 연결되도록 하면 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 1방향 골조 시스템의 구조적 안정성을 확보하여 2방향 골조 시스템과 유사한 거동특성을 갖도록 한 PC 기둥-보 접합부 구조 및 그 시공방법이 제공된다.

또한 접합부 내 배근의 복잡성을 간략화할 수 있고, 시공순서에 제약을 받기 않기 때문에 시공성이 우수한 PC 기둥-보 접합부 구조 및 그 시공방법이 제공된다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형이 가능하다. 따라서 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 어떠한 수정이나 변형도 포함할 것이다.

Claims (7)

1개층 단위로 제작되고 단부에 나사가 가공된 고정봉(24)이 돌출 매입된 PC 기둥(20)과;

단부가 상기 PC 기둥(20)의 고정봉(24)에 삽입되어 상기 PC 기둥(20) 위에 보의 길이방향으로 적어도 100mm 이상 보의 직각방향으로 적어도 50mm 이상 걸쳐지며 하면에는 기둥 삽입용 블럭아웃부(15)가 형성된 한 쌍의 와이드 PC 보(10, 10')와;

접합부의 일체성과 연속성을 확보하도록 기둥-보 접합부에 타설되는 현장치기 콘크리트(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 기둥-보 접합부 구조.

제 1 항에 있어서,

상기 와이드 PC 보(10, 10')는 보-기둥 폭비가 1.67 내지 2.00인 것을 특징으로 하는 PC 기둥-보 접합부 구조.

제 2 항에 있어서,

상기 와이드 PC 보(10, 10')는 바닥부(11)와 상기 바닥부(11)의 양측 단부로부터 상방향으로 일체로 돌출 형성되며 서로 소정 간격으로 이격된 양측벽부(12, 12')로 구성되며, 상기 바닥부(11)와 양측벽부(12, 12')의 양단부 및 바닥부(11)의 하면은 블럭아웃부(13, 14, 15)가 형성되어 우묵 들어가 있고, 하부돌출철근은 제 거되어 있으며, 단부측 바닥부(11)에는 상기 PC 기둥(20)에 돌출 매입된 고정봉(24)이 관통하는 구멍(16)이 형성되어 있으며, 양측벽부(12, 12')의 상단에는 단부에 후크가 형성된 다수의 슬래브 결합용 철근(17)이 소정 길이로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 PC 기둥-보 접합부 구조.

제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 PC 기둥(20) 위에 걸쳐진 한 쌍의 와이드 PC 보(10, 10')를 서로 연결시키는 모멘트 타이바(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 기둥-보 접합부 구조.

제 4 항에 있어서,

상기 모멘트 타이바(40)는 볼트공(43)이 형성된 양단 플레이트(42, 42')와 상기 양단 플레이트(42, 42')의 양측에서 이들을 서로 연결시키는 연결바(44, 44')로 구성된 것을 특징으로 하는 PC 기둥-보 접합부 구조.

제 5 항에 있어서,

상기 PC 기둥(20)에 돌출 매입된 고정봉(24)이 관통하는 상기 와이드 PC 보(10, 10')에는 원통형 철망으로 구성된 매입부(32)와 상, 하부 플레이트부(34, 34')로 구성된 매입구(30)가 매립되어 있고, 상기 매입부(32)에 상기 고정봉(24)이 삽입된 후 몰탈이 주입되는 것을 특징으로 하는 PC 기둥-보 접합부 구조.

공장 제작되어 현장에 반입된 복수의 PC 기둥(20)을 소정 위치에 설치하는 단계;

상기 PC 기둥(20) 위에 보 방향으로 적어도 100mm, 보 직각 방향으로 적어도 50mm를 걸쳐서 한 쌍의 와이드 PC 보(10, 10')를 설치하는 단계;

상기 PC 기둥(20)에 매입된 고정봉(24)을 이용하여 상기 PC 기둥(10)과 상기 와이드 PC 보(20, 20')를 볼트 결합시키고, 상기 PC 기둥(10) 위에 인접하는 상기 와이드 PC 보(10, 10')를 모멘트 타이바(40)로 서로 연결시키는 단계; 및

상기 와이드 PC 보(10, 10') 위에 다시 하프 PC 슬래브(50)를 설치하고, 슬래브 상부에 철근을 배근한 다음, 현장에서 보- 기둥 접합부와 슬래브 상부에 콘크리트를 타설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 기둥-보 접합부 시공방법.

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