KR100715328B1

KR100715328B1 - 프리스트레스트 콘크리트 보를 이용한 역타설 구조와 그공법

Info

Publication number: KR100715328B1
Application number: KR1020050075151A
Authority: KR
Inventors: 박형국
Original assignee: 박형국
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2007-05-07
Also published as: KR20070020836A

Abstract

본 발명은 철골기둥(10), 프리스트레스트 콘크리트 보(20), 상기 철골기둥(10)과 상기 프리스트레스트 콘크리트 보(20)을 접합하도록 상기 철골기둥에 설치된 기둥 연결 수단(30)으로 구성된 것을 특징으로 하는 역타설 구조 및 이를 시공하는 공법에 관한 것이다.

본 발명으로 프리스트레스트 콘크리트 보를 역타설 공법에 활용할 수 있게 되었고, 종래의 콘크리트 제의 보는 H-형강 엄지기둥에 허용되는 수직도에 따른 편차를 흡수하기 어려워 역타설 공법에 채택하기 어려웠지만 본 발명은 이런 문제를 해결하여 역타설 공법에 콘크리트 보를 사용할 수 있게 되었다.

또, 본 발명은 콘크리트 보를 현장 타설할 경우 생길 수 있는 품질의 불안정을 해소할 수 있고, 경량이기 때문에 작업이 쉽고, 공기를 단축할 수 있어 전체적으로 공사비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

프리스트레스트 콘크리트 보를 이용한 역타설 구조와 그 공법 {Top-down construction structure and method using prestressed concrete beams}

도1은 본 발명에 따른 철골 기둥과 콘트리트 빔 연결부의 조립도이다.

도2는 본 발명에 따른 역타설 공법의 제1공정도이다.

도3은 본 발명에 따른 역타설 공법의 제2공정도이다.

도4는 본 발명에 따른 역타설 공법의 제3공정도이다.

도5는 본 발명에 따른 역타설 공법에서 상기 제1,2,3공정을 순서대로 나타낸 도면이다.

도6은 본 발명에서 사용하는 현수용 스트랜드의 정착구를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 철골 기둥 20: 콘크리트 빔

21: 보강 철물 23: 길이 홈

24: 연결 봉

30: 기둥 연결 수단 31, 31a: 브라켓

32: 수평 버팀재 33: 수직 버팀재

41: 현수재 42: 정착구

43: 연결 단

50: 상부 슬래브

본 발명은 역타설 공법을 프리스트레스트 콘크리트 빔을 사용하여 공사하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 역타설 공법은 통상 철골기둥과 철골 보, 철골 기둥과 현장타설 콘크리트 방식에 의해 수행되지만 본 발명은 공장에서 미리 제작된 콘크리트 빔을 현장에서 설치함으로서 공사하는 공법에 관한 것이다.

현대 경제 성장에 따라 건축물의 수요가 증가하고 이와 더불어 도심지 땅값은 지속적으로 상승하고 있다. 이에 따라 땅값이 비싼 도심지에 건설되는 오피스 건물 등에서는 토지를 효율적으로 사용하기 위하여 건축물의 고층화 경향이 나타나고 있으며, 이러한 경향에 따라 지하층의 층수 및 굴토 깊이도 점점 깊어지고 있다.

한편, 지하에 구조물을 축조할 경우 종래의 방식을 보면, 먼저 지하의 토사나 암반을 지하층 구조물 형성에 필요한 깊이로 굴착하고 굴착면 지지 토류벽의 붕괴를 방지하기 위하여 가설 스트러트(strut) 또는 어스 앵커(earth anchor) 등을 설치하면서 굴착을 완료한 다음 기초에서부터 지하층 및 지상층의 구조물을 차례로 축조하여 올라오는 방식에 따라 이루어져 왔다. 그러나 이러한 종래의 방식에 의하면 가설 흙막이 공사 및 해체에 상당한 비용 및 시간이 소요되고 그 시공이 부실한 경우 흙막이 토류벽의 붕괴로 인하여 대형 사고가 발생할 우려가 있으며, 또한 지하 구조물로부터 축조하여 올라올 경우 공사 기간이 길어진다는 점의 문제점이 있어 왔다.

이에 종래의 구조물 축조 방법을 개선하여 지상으로부터 아래로 지하 구조물을 축조해 나가는 동시에 지상 구조물을 병행하여 시공해 나가는 역타설 공법이 개발되어 적용되고 있다. 역타설 공법은 Top down 공법, 역타설공법 또는 하향 시공법으로 불리기도 하는 것으로, 지하층 소요 깊이로 지반을 먼저 굴착하는 대신 강재 기둥을 미리 선시공하고 선시공된 강재 기둥을 토대로 슬래브 및 기둥 형틀을 설치하여 콘크리트를 타설함으로써 지상층부터 아래쪽으로 지하층 구조물을 축조해 나가는 공법을 말한다. 이와 같은 역타설 공법에 따르면 지반을 소요 깊이만큼 한꺼번에 굴착하는 일이 없으므로 지하층 굴토 공사에 따르는 붕괴 사고의 위험을 줄일 수 있고 또한 지하층 공사의 진행과 동시에 지상층의 시공을 병행할 수 있어 공사 기간을 단축하는 효과가 있다.

역타설 공법은 지반을 정지한 상태에서 지반위에 슬래브 또는 보와 같은 콘크리트 구조물을 타설하는 방법과 지반을 파내고 지반을 고른 뒤 동바리를 세우고 거푸집을 설치한 다음 콘크리트를 타설하는 방법이 통상 사용되고 있다. 그런데 이런 방법들에 따를 경우 대개 콘크리트를 타설한 후 하부층의 굴착 작업에 착수하기 위해서는 충분한 양생 기간을 거쳐 구조체가 제 강도를 발현할 때까지 기다려야 하 므로 작업 대기 시간이 불가피하게 발생하게 된다. 또한 구조체 하부의 지반을 굴착하기 위해서는 거푸집 및 동바리를 해체하고 이를 굴토 작업에 방해가 되지 않도록 상층으로 옮긴 다음 굴토 공사를 진행하므로 작업이 번거롭고 공기 및 비용면에서 어려움이 많았다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 상부층 구조체에 스트랜드 와이어(strand wire) 또는 락볼트(rock bolt)와 같은 현수부재를 정착하고 이에 모듈화된 슬래브 거푸집을 매달아 지지한 다음 상기 거푸집에 콘크리트틀 타설한 뒤 하부층의 굴착작업을 진행한 후에는 상기 매달려 지지된 거푸집을 그대로 하강하여 하부층 공정을 반복적으로 진행해 나가는 방식의 현수식 무지주 역타설 공법이 개발되어 본 발명자 등에 의해 출원하여 등록된 대한민국 등록특허 제10-0261775호 등에서 확인할 수 있다.

상기 현수식 역타설 공법은 통상의 역타설 공법과는 달리 지주, 즉 슬래브 지지용 동바리를 사용하지 않고 현수식 거푸집을 사용하여 역타설 공사를 진행해 나가는 공법으로서, 이 공법에 따르게 되면 가설 동바리를 사용하지 않음으로써 가설 공사가 간편해지고 비용이 절감되는 것은 물론, 통상의 역타설 공법을 적용할 때에는 해당 층의 작업을 할 때, 그 층의 아래에서는 전혀 터파기 작업을 진행할 수 없었으나 상기 공법에서는 콘크리트의 경화 양생 기간 중에도 거푸집 하부에 터파기 작업을 추진할 수 있어 공사 기간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

상기 현수식 공법을 사용할 경우 거푸집틀을 구성함에 H형강을 사용하였는 바, 이러한 H형강은 비교적 고가의 자재이고, 상당한 단위 중량을 가지고 있어 전 체 거푸집의 중량이 증가되는 단점이 있었고, 이러한 H형강을 사용하여 거푸집틀을 구성하려 하면 이에 필요한 치수로 H형강을 재단하고 거푸집틀 전용(全用)으로만 사용하여야 하는 바, 이 H형강은 거푸집틀로서의 사용이 끝나면 다른 용도로서의 전용(轉用)이 제한되므로 자재의 범용성 및 경제성 면에서 불리한 점이 있었다.

상기 현수식 거푸집 공법과 대형 공법을 사용하지 않고, 기성 콘크리트 보를 현수 시킨다면 지반 위에 동바리와 거푸집을 설치하지 않으면서 공기를 줄일 수 있어 요용한 점이 많다.

그러나 콘크리트의 재료의 특성상 치수 변화에 적응성이 떨어지기 때문에 H형강 엄지기둥에게 허용되는 치수 범위에 대응하여 콘크리트 보를 설치할 수 있는 방안이 마련되지 않으면 적용하기 어렵다.

또, 콘크리트 보로서 프리스트레스트 보를 사용하면 단위 체적에 비해 강도가 높아 같은 상대적으로 치수가 작고 경량인 보를 만들 수 있어 유용할 것이다.

본 발명은 역타설 공법에 기성 콘크리트 보를 사용하여 공사하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 보를 현수 설치함으로서 시공이 용이하고 경제성이 뛰어난 현수식 역타설 공법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적달성을 위해 본 발명은 철골기둥; 상기 철골기둥에 설치된 브라켓; 및, 끝단에 길이 홈이 형성되면서 측면에 연결 봉이 꽂힐 구멍이 형성된 프리스트레스트 콘크리트 보;를 포함하여 구성되되,
상기 브라켓이 프리스트레스트 콘크리트 보의 길이 홈에 끼워지면서 연결 봉에 걸리게 함으로써 프리스트레스트 콘크리트 보가 철골기둥에 접합 설치되는 것을 특징으로 하는 역타설 구조를 제공한다.
또한, 본 발명은 엄지 말뚝으로 철골기둥을 설치하고, 프리스트레스트 콘크리트 보가 접합될 곳의 철골기둥에 브라켓을 설치하고; 끝단에 길이 홈이 형성되고 측면에는 연결 봉이 꽂힐 구멍이 형성된 프리스트레스트 콘크리트 보를 현수재로 매달아 상기 브라켓이 프리스트레스트 콘크리트 보의 길이 홈에 끼워지기까지 달아 올린 다음 상기 현수재를 상부 층 슬래브에 정착구로서 고정시키고; 상기 프리스트레스트 콘크리트 보의 구멍을 통하여 연결 봉을 꽂아 브라켓이 연결 봉에 걸리게 함으로써 프리스트레스트 콘크리트 보를 철골기둥에 결합시키고; 그리고, 상기 프리스트레스트 콘크리트 보를 결합한 후 슬래브 콘크리트를 타설하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 보를 이용한 역타설 공법을 제공한다.
첨부한 도면에 나타난 실시례에 의해 본 발명을 설명한다.

본 발명은 역타설 공법을 시공하기 위한 구조 및 공법으로서 철골기둥(10), 프리스트레스트 콘크리트 보(20), 기둥 연결 수단(30)으로 구성된다.

철골 기둥(10)은 통상 역타설 공법에서 엄지 기둥으로 사용하는 H-형강을 사용한다. 해당 기둥 위치에 천공 설치된다. 역타설 공법의 특성상 엄지기둥의 수직 정밀도는 통상 1/500이하로 제한된다.

프리스트레스트 콘크리트 보(20)는 공장에서 제작된다. 보 제작용 몰드 속에는 시스(sheath)가 설치되고, 시스 내부에 스트랜드(strand)를 삽입하여 콘크리트가 양생된 후 긴장하여 미리 하중을 가해 둔다. 이는 통상 프리스트레스트 콘크리트 보(prestressed concrete beam)를 제작하는 방식에 따른다.

프리스트레스트 콘크리트 보로 제작할 경우 미리 하중이 주어져 있기 때문에 그 하중 만큼 큰 하중을 더 견딜 수 있어 보 단면을 작게 제작할 수 있고, 부재의 중량을 줄일 수 있는 장점이 있다. 더욱이 보의 중간에 중공부를 둠으로서 구조적 성능은 높지만 경량인 보로 제작할 수 있다.

프리스트레스트 콘크리트 보는 공장에서 미리 제작하기 때문에 엄격한 품질관리가 가능하여 신뢰도 높은 제품을 사용할 수 있다.

프리스트레스트 콘크리트 보의 끝 부분에는 수직방향으로 형성되고, 한 쪽이 열린 길이 홈(slot, 23)이 있다. 이 길이 홈을 통하여 기둥에 돌출 설치된 브라켓이 관입될 수 있도록 형성된 것이다. 이 길이 홈이 없다면 프리스트레스트 콘크리 트 보를 기둥 제 위치에 설치하기가 어렵다.

이 길이 홈은 나중에 설명할 기둥에 설치되는 브라켓과 결합된다. 길이 홈은 엄지기둥의 허용수직도로 인하여 경간(span)에 편차가 있더라도 편차를 흡수하여 무리 없이 접합시킬 수 있는 수단을 제공한다.

프리스트레스트 콘크리트 보의 단 수직면에는 보강 철물(21)이 설치된다. 보강 철물은 프리스트레스트 콘크리트 보의 끝단을 보강하여 응력을 분산시키고 끝단이 파손되는 것을 막는다. 보강 철물 상단에는 기둥의 수직 보강근이 접합(볼트, 압접, 기계식 이음 등 다양한 방법으로)되어 프리스트레스트 콘크리트 보에 걸리는 하중의 일부를 분담하기도 한다. 보강 철물은 프리스트레스트 콘크리트 보에 접합하거나 콘크리트를 타설할 때 매입 설치할 수 있다.

프리스트레스트 콘크리트 보는 경량화를 위해 미리 응력을 주고, 더욱 경량화를 위해 보 중간에 중공부를 형성할 수 있다. 중공부를 형성함으로서 구조적 강성은 더욱 크게 하면서 중량을 줄일 수 있다.

프리스트레스트 콘크리트 보 측면에는 상기 길이 홈을 관통하는 구멍(25)이 형성되어 있다. 이 구멍을 통하여 연결 봉(24)이 끼워질 곳이다.

기둥에는 브라켓(31, 31a)이 설치된다. 브라켓은 프리스트레스트 콘크리트 보(20)를 기둥과 접합할 때 지지하기 위한 것이다.

브라켓은 기둥에 용접 또는 볼트와 접합되며, 1자형(31), T자형(31a) 등 다양한 형태로 만들 수 있다.

브라켓 상단 또는 측면에는 버팀재(32, 33)를 더 설치할 수 있다. 프리스트 레스트 콘크리트 보(20)와 브라켓(31, 31a)이 결합하기 위해서는 소정의 간격(clearance)이 필요하지만 설치된 후에는 간격을 없애는 것이 좋다. 간격이 없어야 프리스트레스트 콘크리트 보(20)를 통하여 전달되는 횡력이 기둥을 통하여 다음 프리스트레스트 콘크리트 보에 전달되어 횡력에 저항할 수 있다. 이 간격을 없애기 위해 버팀재를 설치한다.

도면을 참고하며 공사 순서를 설명한다.

<도2: 제1공정>

먼저 엄지 말뚝으로 철골기둥(10)을 설치한다.

프리스트레스트 콘크리트 보(20)가 접합될 곳의 기둥 연결수단(30)으로 브라켓(31, 31a)을 설치한다. 프리스트레스트 콘크리트 보(20)는 그 끝단에 길이 홈(23)이 형성되면서 측면에 연결 봉(24)이 꽂힐 구멍이 형성된 것을 준비하도록 한다. 물론 단부면에 보강 철물(21)이 설치된 프리스트레스트 콘크리트 보(20)이면 더욱 바람직하겠다.

브라켓(31, 31a)이 설치된 하부로 운반된 프리스트레스트 콘크리트 보(20)를 현수재(41)로 매달아 브라켓(31, 31a) 위치까지 달아 올린다.

<도3: 제2공정>

브라켓이 프리스트레스트 콘크리트 보(20)의 길이 홈(23)에 끼워지기까지 달아 올리고 현수재의 상부는 상부 층 슬래브(50)에 정착구(42)로 고정시킨다.
정착구(42)는 제6도와 같이 수나사가 새겨진 내편(a), 상기 내편에 대응되게 암나사가 새겨진 외편(b), 외편의 하단에는 쇠공(c)이 설치된다. 외편은 슬래브 위 정착판(d) 위에 설치된다. 한편, 내편의 상단에는 원뿔형의 구멍이 형성되고, 그 구멍 속으로 원뿔형 쐐기(e)가 설치된다. 현수재로 쓰이는 스트랜드는 하중이 가해진 후 적절 위치에서 원뿔형 쐐기에 의해 고정된다. 프리스트레스트 콘크리트 보(20)가 설치된 후에는 스트랜드를 다시 사용하기 위해 풀어야 하는데 종래에는 스트랜드에 하중이 가해지고 있어 마찰력 때문에 외편을 돌리기 어려워 스트랜드를 어쩔 수 없이 절단해야 하는 경우가 많았다. 본 발명에서 사용하는 정착구는 하단에 베어링 역할을 하는 쇠공을 설치함으로서 쉽게 회전시켜 스트랜드를 풀어 낼 수 있어 편리하다.

삭제

프리스트레스트 콘크리트 보(20)가 제 위치를 잡으면 구멍(25)을 통하여 연결 봉(24)을 꽂아 프리스트레스트 콘크리트 보(20)를 기둥에 결합시킨다. 즉, 프리스트레스트 콘크리트 보(20)의 구멍(25)을 통하여 연결 봉(24)을 꽂아 브라켓(31, 31a)이 연결 봉(24)에 걸리게 함으로써 프리스트레스트 콘크리트 보(20)를 철골기둥(10)에 결합시키는 것이다.

보강 철물(21)이 설치된 프리스트레스트 콘크리트 보의 경우에는 보강 철물 상단에 수직 보강철근의 하단을 용접으로 결합하여 보에 걸리는 하중의 일부를 철근에 분담시키는 것이 바람직하겠다.

브라켓 상단 또는 측면에는 버팀재(32, 33)를 더 설치하여 프리스트레스트 콘크리트 보(20)와 기둥 사이에 간격을 없앰으로서 수평하중에 대응할 수 있도록 한다.

<도4: 제3공정>

프리스트레스트 콘크리트 보(20)가 고정되고 나면 슬래브 콘크리트를 타설한다. 프리스트레스트 콘크리트 보(20)가 고정되어 있으므로 거푸집용 데크플레이트를 설치하거나 일반 합판거푸집 등으로 설치해도 무방하다.

콘크리트가 양생되고 나면 현수재(41) 상단에서 현수재를 정착시키고 있는 정착구(42)의 외편(b)를 돌려 스트랜드를 풀어내려 다시 사용하도록 함으로서 제1공정으로 되돌아간다.

도5는 위 공정을 순서대로 보인 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 의해서 설명되었지만, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속한다고 해석될 것이다.

본 발명으로 프리스트레스트 콘크리트 보를 역타설 공법에 활용할 수 있게 되었다.

종래의 콘크리트 제의 보는 H-형강 엄지기둥에 허용되는 수직도에 따른 편차를 흡수하기 어려워 역타설 공법에 채택하기 어려웠지만 본 발명은 이런 문제를 해결하여 역타설 공법에 콘크리트 보를 사용할 수 있게 되었다.

Claims

철골기둥(10);

상기 철골기둥(10)에 설치된 브라켓(31, 31a); 및,

끝단에 길이 홈(23)이 형성되면서 측면에 연결 봉(24)이 꽂힐 구멍이 형성된 프리스트레스트 콘크리트 보(20);

를 포함하여 구성되되,

상기 브라켓(31, 31a)이 프리스트레스트 콘크리트 보의 길이 홈(23)에 끼워지면서 연결 봉(24)에 걸리게 함으로써 프리스트레스트 콘크리트 보(20)가 철골기둥(10)에 접합 설치되는 것을 특징으로 하는 역타설 구조.
제1항에서, 상기 브라켓(31, 31a)은 상단 또는 측면에 버팀재(32, 33)가 더 설치된 것임을 특징으로 하는 역타설 구조.
삭제
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엄지 말뚝으로 철골기둥(10)을 설치하고, 프리스트레스트 콘크리트 보(20)가 접합될 곳의 철골기둥(10)에 브라켓(31, 31a)을 설치하고;

끝단에 길이 홈(23)이 형성되고 측면에는 연결 봉(24)이 꽂힐 구멍이 형성된 프리스트레스트 콘크리트 보(20)를 현수재(41)로 매달아 상기 브라켓(31, 31a)이 프리스트레스트 콘크리트 보(20)의 길이 홈(23)에 끼워지기까지 달아 올린 다음 상기 현수재를 상부 층 슬래브(50)에 정착구(42)로서 고정시키고;

상기 프리스트레스트 콘크리트 보(20)의 구멍(25)을 통하여 연결 봉(24)을 꽂아 브라켓(31, 31a)이 연결 봉(24)에 걸리게 함으로써 프리스트레스트 콘크리트 보(20)를 철골기둥(10)에 결합시키고; 그리고,

상기 프리스트레스트 콘크리트 보(20)를 결합한 후 슬래브 콘크리트를 타설하는 단계;

로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 보를 이용한 역타설 공법.
제5항에서,

상기 정착구(42)는

수나사가 새겨진 내편(a);

상기 내편에 대응되게 암나사가 새겨진 외편(b);

상기 외편의 하단에 설치된 쇠공(c); 그리고,

상기 내편의 상단에 설치되는 원뿔형 쐐기(e);를 포함하여 구성된 현수재 고정용 정착구인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 보를 이용한 역타설 공법.
제5항 또는 제6항에서, 상기 브라켓(31, 31a)은 상단 또는 측면에 버팀재(32, 33)가 더 설치된 것임을 특징으로 하는 프리스트레스트 보를 이용한 역타설 공법.