KR100656286B1

KR100656286B1 - 인장 및 전단 보강을 위한 외부강선의 정착구조

Info

Publication number: KR100656286B1
Application number: KR1020050014023A
Authority: KR
Inventors: 송유석; 장은영
Original assignee: 주식회사 한기엔지니어링건축사사무소
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2006-12-11

Abstract

본 발명은 기둥과 기둥 사이에 보가 설치된 건축물의 골조를 보강함에 보의 길이방향 양 단부의 상부에 정착되면서 보의 길이방향의 중앙부의 하부에 정착되도록 외부강선을 설치하여 보의 인장력을 보강하는 구조에서 전단보강에도 효과적인 외부강선의 정착구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단부에 위치하는 외부강선 정착구가 기둥에 구속되도록 함으로써 외부강선 보강시 발생되는 2차하중이 기둥에 전달되도록 하여 기본적인 인장보강은 물론 추가적으로 전단보강에도 효과를 발휘하는 외부강선의 정착구조에 관한 것이다.

본 발명은 기둥과 보의 접합부에 설치되어 외부강선을 보의 길이방향 단부의 상부에 정착시키면서 기둥과 보 접합부의 전단을 보강하는 단부정착새들을 필수적 구성요소로 포함하는 것을 특징으로 하며, 이때 단부정착부재는 보정착부와 기둥정착부를 포함하여 구성된다.

인장, 전단, 강선, 정착, 보강

Description

인장 및 전단 보강을 위한 외부강선의 정착구조{Anchoring structure of external wire for tension and shear reinforcement}

도 1은 종래의 외부강선의 정착구조를 도시한 정면도이다.

도 2는 도 1의 보강 개념도(a), 보강 전후의 하중상태도(b), 보강 전후의 휨모멘트도(c) 및 보강 전후의 전단력도(d)를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 일실시예를 도시한 정면도(a), 기둥과 보 접합부의 상세 단면도(b) 및 보 중앙부의 상세 단면도(c)이다.

도 4는 도 3의 실시예에서 적용되는 단부정착부재의 사시도(a) 및 중앙정착부재의 사시도(b)이다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한 정면도(a), 기둥과 보 접합부의 상세 단면도(b) 및 보 중앙부의 상세 단면도(c)이다.

도 6은 도 5의 실시예에서 적용되는 단부정착부재의 사시도(a) 및 중앙정착부재의 사시도(b)이다.

도 7은 본 발명에 따른 외부강선의 정착구조의 보강 개념도(a), 보강 전후의 하중상태도(b), 보강 전후의 휨모멘트도(c) 및 보강 전후의 전단력도(d)를 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 단부정착부재

110: 보정착부 112: 강선정착구(단부정착부재)

120: 기둥정착부 127: 볼트홀(단부정착부재)

200: 중앙정착부재 212: 강선정착구(중앙정착부재)

227: 볼트홀(중앙정착부재)

300: 앵커 400: 그라우팅재

C: 기둥 B: 보

S: 슬래브 W: 외부강선

건축물이 노후화되면 구조적인 성능이 감소되기 마련이므로 건축물의 안전성을 확보하기 위해서는 성능개량 등의 보수보강을 통한 건축물의 성능개선을 필요하다. 통상 종래에는 철판, 탄소섬유, 철골보 등을 이용한 보강방법이 많이 채택되어 왔다. 그러나, 이러한 종래의 방법은 부재 자체의 내력을 복원하는 것이 아니라 추가 보강하는 방법이므로 그 보강성능에는 한계가 있었으며, 또한 그 설치작업에 충분한 작업공간이 필요하다는 단점과 보강부재가 중량화되어 시공상 불편하다는 문제를 수반하였다.

이에, 최근에는 도 1과 같은 부재 자체가 경량이면서 현장작업이 단순한 외부강선을 보에 정착시켜 인장력을 보강하는 방법이 개발되었다. 즉, 내력이 부족한 보 단부와 보 중앙부에 직접 외부강선 정착구를 설치하고 이어 외부강선을 긴장 정착시킴으로써 인장력을 보강하는 것이다. 그러나, 이와 같은 방법은 외부강선 설치과정에서 생기는 2차적인 추가하중이 보 부재에 작용하게 되는데 이는 특히 정착구가 설치된 보 단부와 중앙부에 집중하중으로 작용하는 바, 전단보강 등의 추가적인 보강이 요구되었다.

도 2에서는 도 1과 같은 종래의 외부강선 정착구조에 대한 보강 개념도 및 보강 전후에 따른 하중상태도, 휨모멘트도, 전단력도를 도시하고 있다. 도 2a에서와 같이 종래의 외부강선의 정착구조는 보 단부에 위치하는 정착구가 기둥에 직접 구속되지 못하고 기둥과 일정거리 떨어져 위치하게 되는 바, 외부강선을 보강한 후 에는 외부강선 보강에 따른 추가하중이 도 2b와 같이 발생, 분포하게 된다. 즉, 도 2b에서와 같이 보강 전 등분포 상태에 있던 보 부재의 하중은 보강 후에는 외부강선 보강에 따라 추가하중이 발생하게 되는데, 이러한 추가하중은 보 부재의 자체 내력을 초과하는 하중에 반대 방향으로 초과하는 하중만큼 보 부재에 작용하고(P1), 이는 곧 보 부재에 수평 및 수직하중(P2, P1/2)을 발생시켜 보 부재에 집중하중으로 작용하게 되는 것이다.

도 2b와 같은 하중분포로 기둥과 보 접합부에는 별도의 전단 보강이 요구된다. 왜냐하면 보에 정착된 외부강선은 인장재로서 역할하므로 외부강선의 보강은 인장 보강효과와 함께 휨모멘트의 보강효과(도 2c 참고)만을 발휘할 뿐 도 2d에서와 같이 전단 보강효과를 발휘하지 못하는 바, 오히려 외부강선 보강시 발생된 추가하중이 보 부재의 전단 내력을 부족하게 하는 원인으로 작용하기 때문이다.

결국, 종래의 외부강선의 정착구조에 따르면 기존의 수동적인 전단 보강방법인 철판, 탄소섬유 등을 설치하는 별도의 전단 보강방법이 병행되어야 건축물의 구조적인 성능개선이 이루어졌다고 할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 추가적인 전단보강 문제는 추가공정작업으로 이어져 비경제적일 뿐만 아니라 작업상의 새로운 문제, 천정 마감재 등의 미장마감재의 추가 제거문제와 제거과정에서 발생되는 분진문제 등을 유발하였다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 단부에 위 치하는 외부강선 정착구가 기둥에 구속되도록 함으로써 외부강선 보강시 발생되는 2차하중이 기둥에 전달되도록 하여 기본적인 인장보강은 물론 추가적으로 전단보강에도 효과를 발휘할 수 있도록 한 인장 및 전단 보강을 위한 외부강선의 정착구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 인장 및 전단을 동시에 보강할 수 있게 되어 경제성 확보에 유리하고 보강작업시 미장마감재 제거를 최소화하여 분진 발생을 억제시킬 수 있는 인장 및 전단 보강을 위한 외부강선의 정착구조를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하고자 본 발명은 기둥과 기둥 사이에 보가 설치된 건축물의 골조를 보강함에 보의 길이방향 양 단부의 상부에 정착되면서 보의 길이방향의 중앙부의 하부에 정착되도록 외부강선을 설치하여 보의 인장력을 보강하는 구조에서, 기둥과 보의 접합부에 고정 설치되어 외부강선을 보의 길이방향 단부의 상부에 정착시키면서 기둥과 보 접합부의 전단을 보강하는 단부정착부재를 더 포함하되, 상기 단부정착부재는, 강선정착구가 장착되며, 보에 접합 설치되는 보정착부; 및, 상기 보정착부의 일단에서 길이방향으로 기둥을 향하여 연장되는 부분으로 기둥에 고정 설치되는 기둥정착부;를 포함하여 구성된 인장 및 전단 보강을 위한 외부강선의 정착구조를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 단부정착부재를 포함하여 이루어지는 외부강선 의 정착구조에서 외부강선을 보의 길이방향 중앙부의 하부에 정착시키기 위한 중앙정착부재가 보 중앙부의 하부에 더 고정 설치되되, 상기 중앙정착부재에는 강선이 정착되는 부분이 곡면처리되는 강선정착구가 장착된 인장 및 전단 보강을 위한 외부강선의 정착구조를 제공한다.

이하, 첨부한 도면과 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3 및 도 5는 본 발명에 따른 일실시예를 도시한 정면도(a), 기둥과 보 접합부의 상세 단면도(b) 및 보 중앙부의 상세 단면도(c)이다. 본 발명의 인장 및 전단보강을 위한 외부강선의 정착구조는 단부에 위치하는 외부강선(W) 정착구가 기둥(C)에 구속되도록 함으로써 외부강선(W) 보강시 발생되는 2차하중이 기둥(C)에 전달되도록 하는 단부정착부재(100)를 필수적인 구성요소로 포함하는 것을 특징으로 한다.

단부정착부재(100)는 기둥(C)과 보(B)의 접합부에 설치되어 외부강선(W)을 보(B)의 길이방향 단부의 상부에 정착시키면서 기둥(C)과 보(B) 접합부의 전단을 보강하기 위하여 마련된 구성이다. 도 4(a) 및 도 6(a)에서 도시하고 있는 바와 같이 단부정착부재(100)는 보정착부(110)와 기둥정착부(120)를 포함하여 구성된다.

보정착부(110)는 강선정착구(112)가 장착되며, 보(B)에 접합 설치된다. 강선정착구(112)에는 외부강선(W)이 정착되며, 외부강선(W)의 정착방법은 종래의 방법 과 동일하다. 상기 보정착부(110)는 보(B)와 직접 접하도록 설치되거나, 도 3(b)에서와 같이 보(B)와 소정의 틈을 확보한 채 상기 틈에 그라우팅재(400)가 주입되도록 설치될 수도 있다. 그라우팅재(400)를 주입하여 설치하는 것이 보정착부(110)와 보강할 보(B)의 일체성과 접합력의 확보를 위해 바람직하다. 그라우팅재로는 에폭시계열을 이용한다.

상기 단부정착부재(100)가 보(B) 양면에 대향하여 설치되는 경우 즉, 보(B)의 양 측면에서 보강을 하게 되는 경우에 상기 단부정착부재(100)는 도 6(a)에서 도시한 바와 같이 대향하여 위치하는 보정착부(110)가 서로 이어지도록 새들형으로 제작하여 보(B)의 하부면이 안착되도록 할 수 있다.

기둥정착부(120)는 상기 보정착부(110)의 일단에서 길이방향으로 기둥(C)을 향하여 연장되는 부분으로 기둥(C)에 고정 설치되며, 실질적으로 외부강선(W)을 기둥(C)에 구속시키는 역할을 한다. 즉, 보정착부(110)에 장착된 강선정착구(112)에 외부강선(W)이 정착되면 외부강선(W)은 보정착부(110)에 구속되고, 이는 곧 기둥정착부(120)가 보정착부(110)에서 일체로 연장되므로 외부강선(W)이 기둥정착부(120)에 구속되는 결과로 이어지며, 결국 기둥정착부(120)가 기둥(C)에 고정 설치됨으로써 외부강선(W)이 기둥(C)에까지 걸쳐 구속되는 것이다. 도 3(a)에서와 같이 상기 기둥정착부(120)에는 볼트홀(127)이 형성되어 앵커볼트(300)로서 기둥정착부(120)를 기둥(C)에 고정 설치할 수 있다. 이때, 기둥정착부(120)가 기둥(C)과 소정의 틈을 확보한 채 기둥정착부(120)를 앵커볼트(300)에 의해 고정 설치되도록 하고 이 어 상기 틈에 그라우팅재(400)를 충진하도록 하는 것이 기둥정착부(120)와 기둥(C)의 일체성과 접합력의 확보를 위해 바람직하다.

기둥정착부(120)는 기둥(C)과 보(B)의 설계방법에 따라 그 형상이 달리질 수 있다. 도시하지 않았지만 기둥단면과 보단면 크기가 동일하게 설계된다면 기둥정착부(120)는 각을 형성하지 않고 보정착부(110)에서 연속하여 연장될 것이다. 한편, 기둥단면이 보단면보다 더 크게 설계된다면 도 3 및 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이 기둥정착부(120)는 각을 형성하면서 보정착부(110)에서 연장될 것이며, 이때 기둥정착부(120)가 기둥(C)에 고정되는 위치에 따라 도 3와 도 5로 구분할 수 있다. 즉, 기둥정착부(120)가 보(B)와 접합되는 기둥면에 고정된다면 도 4(a)의 단부정착부재(100)의 채택으로 도 3과 같은 설치상태를 이루게 되고, 기둥정착부(120)가 보(B)와 접합되는 기둥면과 이웃하는 면에 고정된다면 도 6(a)의 단부정착부재(100)의 채택으로 도 5와 같은 설치상태를 이루게 될 것이다.

상기와 같은 단부정착부재(100)는 보(B) 단부인 기둥(C)과 보(B) 접합부에 설치되며, 이와 더불어 보(B)의 길이방향 중앙부의 하부에 외부강선(W)을 정착시키기 위한 중앙정착부재(200)가 더 설치되는데, 본 발명에서는 도 3(a)(c) 및 도 5에서와 같이 외부강선(W)을 확고하게 정착시키면서 강선의 손상을 줄이기 위하여 도 4(b) 및 도 6(b)와 같은 중앙정착부재(200)를 채택하고 있다.

본 발명의 중앙정착부재(200)는 단부정착부재의 보정착부(110)와 전제적으로 동일하나 보(B)에 직접적으로 고정된다는 점에서 약간의 차이가 있다. 즉, 도 4(b)에서 도시하고 있는 바와 같이 하부에 강선정착구(212)가 장착된 중앙정착부재(200)가 직접 보(B) 중앙부의 하단에 고정 설치되는 것이다. 다만, 중앙정착부재(200)에서 강선정착구(212)는 외부강선(W)이 정착되는 부분이 곡면처리되도록 하여 외부강선(W)이 꺾이지 않고 부드럽게 이어지도록 함으로써 외부강선(W)의 손상을 억제하도록 유도하고 있다.

도 3(c)에서 도시한 바와 같이 상기 중앙정착부재(200)에는 볼트홀(227)이 형성되어 앵커볼트(300)로서 중앙정착부재(200)를 보(B)에 고정 설치할 수 있다. 이때, 중앙정착부재(200)를 보(B)와 소정의 틈이 확보되도록 한 채 앵커볼트(300)의 의해 고정 설치하고, 상기 틈에 그라우팅재(400)를 충진하여 보(B)에 접합 설치하면 보(B)와의 일체성과 접합력 확보에 유리할 것이다.

중앙정착부재(200) 또한 단부정착부재(100)와 마찬가지로 보(B)의 양 측면에서 보강을 하게 되는 경우에 도 6(b)에서 도시한 바와 같이 대향하여 위치하는 중앙정착부재(200)가 서로 이어지도록 새들형으로 제작하여 보(B)의 하부면이 안착되도록 할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 외부강선의 정착구조의 보강 개념도(a), 보강 전후의 하중상태도(b), 보강 전후의 휨모멘트도(c) 및 보강 전후의 전단력도(d)를 도시한 도면으로, 이를 참고하여 본 발명의 구조 메커니즘을 설명한다.

도 7(a)에서와 같이 본 발명에 따른 외부강선의 정착구조는 보(B) 단부에 위 치하는 강선정착구(112)가 기둥(C)에 구속되기 때문에 외부강선(W)을 보강한 후에는 외부강선(W) 보강에 따른 추가하중이 도 7(b)와 같이 발생, 분포하게 된다. 즉, 도 7(b)에서와 같이 보강 전 등분포 상태에 있던 보의 하중은 보강 후에는 외부강선(W) 보강에 따라 추가하중이 발생하게 되는데, 이러한 추가하중은 보(B)의 자체 내력을 초과하는 하중에 반대 방향으로 초과하는 하중만큼 보(B)에 작용하고(P1), 이는 곧 보(B)에 수직하중(P1/2)을 발생시키게 된다. 다만, 이때의 수직하중은 단부정착부재(100)에 의한 기둥(C)의 구속으로 보(B)에 집중하여 작용하지 못하고 기둥(C)에 전달되는 바, 외부강선(W)의 보강에 따른 추가하중은 보(B)에 직접적인 영향을 미치지 않게 될 것이다. 도 7(d)에서는 보강 전후의 보(B)의 전단력 변화가 도시되어 있으며, 이로부터 본 발명의 외부강선의 정착구조를 따르면 보강 전에 비하여 전단력이 감소되는 확인할 수 있다.

하기의 표 1은 본 발명에 따른 외부강선의 정착구조의 보강효과를 확인하기 위해 구조검토조건과 그 결과를 정리한 표로서, 이를 통해 본 발명이 종래의 외부강선의 정착구조에 비하여 휨모멘트는 물론 전단 보강면에서 더 큰 효과를 발휘하는 것을 확인할 수 있다.

[표 1]구조검토조건

콘크리트강도(fck)	210㎏/㎠
철근의 항복강도(fy)	4000㎏/㎠
span	6.0M
보	350×700
기둥	500×500
고정하중(Wp)	3t/m
활하중(W_L)	3t/m
외부강선 보강에 의한 치올림 하중(P1)	10ton

[표 2]검토결과-보강효과 비교

구분		보강 전	종래 방법 적용	본 발명 적용
휨모멘트	단부	32.9tm	28.4tm	27.4tm
휨모멘트	중앙부	12.9tm	5.25tm	4.78tm
전단력	단부	30.4ton	30.4ton	25.4ton

이하부터는 본 발명의 인장 및 전단 보강을 위한 외부강선의 정착구조를 적용하여 건축물을 보강하는 방법을 설명한다.

기둥(C)과 기둥(C) 사이에 보(B)가 설치된 건축물의 골조에 외부강선(W)을 설치하여 보(B)의 인장력은 물론 전단력을 보강함에, 우선 보강할 보(B)의 측면, 보(B) 단부와 중앙부의 하부면 및 보(B) 아래에 위치하는 기둥(C) 일부의 미장마감재를 제거한다. 인장과 전단을 동시에 보강할 수 있게 되어 마감재 제거 작업은 간편해지고 이때 보 하부면의 일부분에 해당하는 미장재만 제거해도 되므로 미장재 제거과정에서 발생되는 분진량을 최소화할 수 있게 된다.

이어, 전술한 단부정착부재(100)와 중앙정착부재(200)를 각각 보(B) 단부인 기둥(C)과 보(B)의 접합부 및 보(B) 중앙부에 고정 설치하고, 상기 단부정착부재(100)에 장착된 강선정착구(112)와 중앙정착부재(200)에 장착된 강선정착구(212)에 강선(W)을 설치하여 긴장 정착시키면 건축물의 보강이 완료된다. 다만, 도 3 및 도 5에서와 같이 단부정착부재(100)와 중앙정착부재(200)의 고정 설치에 유리하도록 그라우팅재(400)를 추가적으로 주입하는 과정을 포함시킬 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명의 외부강선의 정착구조에 따르면, 단부에 위치하는 외부강선 정착구가 기둥에 구속되도록 함으로써 외부강선 보강시 발생되는 2차하중이 기둥에 전달되도록 하여 기본적인 인장보강은 물론 추가적으로 전단보강에도 효과를 발휘하게 된다.

이와 같은 본 발명의 외부강선의 정착구조를 건축물의 보강에 적용하면 인장 및 전단을 동시에 보강할 수 있게 되어 경제성 확보에 유리하고 나아가 보강작업시 미장 마감재 제거를 최소화하여 분진 발생을 억제시킬 수 있을 것으로 기대된다.

Claims

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기둥과 기둥 사이에 보가 설치된 건축물의 골조를 보강함에 보의 길이방향 양 단부의 상부에 정착되면서 보의 길이방향의 중앙부의 하부에 정착되도록 외부강선을 설치하여 보의 인장력을 보강하는 구조에서,

기둥과 보의 접합부에 고정 설치되어 외부강선을 보의 길이방향 단부의 상부에 정착시키면서 기둥과 보 접합부의 전단을 보강하는 단부정착부재;와, 보 중앙부의 하부에 고정 설치되어 외부강선을 보의 길이방향 중앙부의 하부에 정착시키는 부재로, 강선이 정착되는 부분이 곡면처리되는 강선정착구가 장착되는 중앙정착부재;를 포함하되,

상기 단부정착부재는,

강선정착구가 장착되며, 보에 접합 설치되는 보정착부; 및,

상기 보정착부의 일단에서 길이방향으로 기둥을 향하여 연장되는 부분으로 기둥에 고정 설치되는 기둥정착부;를 포함하여 구성되며,

상기 단부정착부재의 기둥정착부와 중앙정착부재에는 볼트홀이 형성되며,

상기 단부정착부재는 기둥 및 보와 소정의 틈을 확보한 채 기둥정착부의 볼트홀을 통해 앵커볼트로서 기둥에 고정 설치되면서 상기 중앙정착부재는 보와 소정의 틈을 확보한 채 앵커볼트의 의해 고정 설치되고, 상기 틈에 그라우팅재가 충진되어 상기 단부정착부재와 중앙정착부재가 접합 설치되는 것을 특징으로 하는 인장 및 전단 보강을 위한 외부강선의 정착구조.
제5항에서,

상기 단부정착부재와 중앙정착부재가 보 양면에 대향하여 설치되는 경우에 상기 대향하여 위치하는 단부정착부재와 중앙정착부재는 서로 이어지도록 각각 새들형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 인장 및 전단 보강을 위한 외부강선의 정착구조.