KR100817685B1 - 콘크리트 충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조및 이를 이용한 건축물 지하층의 탑-다운 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 충전 강관기둥(Concrete Filled Steel Tubular Column)과 철근콘크리트 무량판이 접합되는 부분에 돌출이 작은 전단지압띠를 부착한 충전강관 기둥을 지중의 천공구멍 안에 설치한 후, 단계별 각층 굴토 후 노출된 전단지압띠에 간단한 구조의 기계적 전단연결장치를 설치하여 콘크리트 충전 강관기둥과 무량판을 접합 연결함으로써 현장 용접이 없는 새로운 형식의 콘크리트 충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조와, 이러한 접합구조를 이용하여 건축물 지하층을 효율적이고 경제적으로 시공할 수 있는 탑다운 시공방법에 관한 것이다.

CFT, 콘크리트 충전 강관, 전단지압띠, 기계적 전단연결장치, 무량판, 탑-다운, 기둥

Description

콘크리트 충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조 및 이를 이용한 건축물 지하층의 탑-다운 시공방법{New RC Plate Slab - to - CFT Column Connection, and Top-down Method for Constructing Underground Floors of Building}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 무량판과의 접합구조가 형성되는 CFT기둥 위치에서 콘크리트충전 강관기둥에 전단지압띠가 설치된 형상을 보여주는 개략적인 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 실시예에서 전단지압띠 위에 본 발명의 전단연결장치를 조립 부착하는 것을 보여주는 분해 사시도이다.

도 3은 도 2에 후속하여 전단연결장치가 부착된 상태에서 콘크리트가 타설되어 무량판이 접합 시공된 형상을 보여주는 사시도이다.

도 4는 무량판 콘크리트 타설 전에 전단연결장치를 철선 또는 밴드 등의 결속부재를 이용하여 CFT기둥에 결합한 상태를 보여주는 측면도이다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 본 발명의 전단연결장치가 2등분된 실시예, 3등분된 실시예 및 4등분된 실시예를 보여주는 개략도이다.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 따라 전단지압띠를 CFT기둥에 부착하는 방법 을 보여주는 사시도이다.

도 6b는 도 6a의 선 A-A에 따른 단면도이다.

도 6c는 본 발명의 또다른 실시예에 의하여 전단지압띠를 CFT기둥에 부착하는 방법을 보여주는 사시도이다.

도 6d는 도 6C의 선 B-B에 따른 단면도이다.

도 7은 본 발명의 CFT기둥과 무량판의 접합구조를 보여주는 단면도이다.

도 8은 도 7의 상태에서의 전단력 전달경로를 보여주는 단면도이다.

도 9a 내지 도 9e는 각각 본 발명에 따라 CFT기둥과 무량판 접합구조를 시공하는 단계를 보여주는 개략도이다.

도 10a 내지 도 10f는 각각 본 발명에 의한 탑-다운 공법에서 지중에 CFT기둥으로 구성된 선기초기둥을 설치하는 단계를 보여주는 개략도이다.

도 11a 내지 도 11e는 각각 본 발명에 의한 탑-다운 공법에서 각 지하층에 무량판을 시공하는 단계를 보여주는 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 ...콘크리트 충전 강관기둥

11 ...전단지압띠

20 ...전단연결장치

21 ...전단 스터드

22 ...강재판

30 ...무량판

본 발명은 콘크리트 충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조 및 이를 이용한 건축물 지하층의 탑-다운 시공방법에 관한 것으로서, 콘크리트 충전 강관기둥(Concrete Filled Steel Tubular Column)(이하 "CFT기둥"이라고 약칭함)과 철근콘크리트 무량판(이하, "무량판"라고 약칭함)이 접합되는 부분에서 CFT기둥에 전단지압띠와 간단한 구조의 기계적 전단연결장치를 설치하여 CFT기둥과 무량판을 견고하게 접합 연결함으로써 번거로운 현장용접작업을 최소화할 수 있는 새로운 형식의 콘크리트 충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조와, 이러한 접합구조를 이용하여 건축물 지하층을 효율적이고 경제적으로 시공할 수 있는 탑-다운(Top-down) 시공방법에 관한 것이다.

예를 들어, 건축물의 지하층을 시공함에 있어서 탑-다운 공법에서는 흙막이벽 설치 후, 기초기둥을 설치하고 상기 기둥에 지하층의 바닥 슬래브를 시공하고 다시 하부를 굴토하는 순서로 지반으로부터 원하는 지하 깊이까지 차례로 건축물의 지하층을 시공하게 된다. 이러한 탑-다운 공법을 이용하여 건축물의 지하층을 시공할 때, 종래에는 H형강을 기둥부재로서 사용하였으며 바닥 슬래브와 H형강 기둥과의 전단 접합을 위하여 바닥 슬래브에 배근된 휨 철근을 현장에서 H형강 기둥에 용접하여 연결하거나 또는 많은 수의 전단 스터드를 현장 용접에 의하여 H형강 기둥에 직접 설치한 후 콘크리트를 타설하여 바닥 슬래브를 시공하였다.

그런데 이러한 종래의 H형강 기둥을 사용한 탑-다운 시공방법에서는, 요구되는 압축력 지지에 적합한 피어(pier)의 천공직경크기 내에서는 H형강 기둥 주변의 여유 공간이 부족하기 때문에 H형강 기둥의 수직도 조절이 어렵고, 콘크리트 주입을 위한 트레미파이프를 설치할 공간조차도 충분하지 않아 피어콘크리트 타설은 물론이고 H형강 기둥 주변에 콘크리트를 채우는 작업 역시 원활하게 이루어지지 않게 된다. 특히 H형강 기둥의 형상으로 인하여 콘크리트 채울 수 있는 공간이 4개로 분할되어 각각의 공간에 콘크리트가 밀실하게 채워지는 것이 어렵게 된다. 그 결과 콘크리트 타설의 신뢰도가 낮아 피어 지지성능에 문제점이 있는 것으로 지적되고 있다. 일반적으로 이러한 시공상의 문제들을 해결하기 위하여 피어지지력에서 요구되는 직경크기보다 큰 직경크기로 천공하여 H형강 기둥을 설치하게 되는데 이와 같이 천공크기를 키우는 방법은 공사비와 공기를 증가시키게 되는 단점을 가지고 있다. 한편, 종래의 탑-다운 시공방법에서는 지하층을 굴토한 후 강재 기둥과 바닥 슬래브의 접합위치에서 강재 기둥에 전단 스터드를 부착하여야 하는데, 많은 수의 전단 스터드를 현장에서 용접하여야 하므로 작업성이 매우 나쁘게 되며 전단 스터드를 직접 강재 기둥에 용접하는 과정에서 강재 기둥에 열변형이 발생하게 되어 축하중을 지지하는 기둥의 구조적인 안정성에 큰 위험요소가 되고 있다.

최근에는 기둥 부재로서 원형의 강관 내에 콘크리트를 타설하여 형성되는 CFT기둥을 이용하는 것이 주목을 받고 있다. CFT기둥을 이용하게 되면 철근조립 및 거푸집 공사를 생략할 수 있고, 시공 현장에서 해야 하는 작업을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 또한, CFT기둥은 콘크리트와 강관의 합성작용이 발휘됨에 따라 강재량을 절감할 수 있어, 시공성의 향상, 공기단축, 기둥 크기 축소에 따른 공간활용도 증대, 강성, 내진/내풍성능 및 내화성능 등의 향상, 그리고 고층 건축물에 대한 우수한 적용성 등의 효과를 얻을 수 있게 된다. 특히, CFT기둥은 강관이 내부의 콘크리트를 구속하고 있기 때문에 강성, 내력, 변형성능, 내화, 시공 등의 측면에서 우수한 특성을 발휘하는 구조시스템이다. 바닥 슬래브의 형식으로는, 보가 없이 바닥 슬래브가 하중을 직접 기둥에 전달하는 무량판 구조가 여러 가지 장점을 가지고 있다. 즉, 무량판 구조는 층고를 축소할 수 있을 뿐만 아니라 구조를 간단히 할 수 있고 공사비를 줄이며 공기를 단축할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 발명자들은, 위와 같은 철근콘크리트 무량판과 CFT기둥을 탑-다운 공법에 적용하여 각각이 가지는 효과를 극대화시킬 수 있는 방안의 연구에 착수하였으며 그 결과로 본 발명이 도출되었다.

본 발명은 탑-다운 공법을 이용하여 건축물의 지하층을 시공함에 있어서, 무량판과 CFT기둥을 적용하므로써 CFT기둥이 가지는 장점과, 바닥 슬래브로서 철근콘크리트 무량판이 가지는 장점을 극대화시켜서 층고를 감소시킬 수 있고, 경제적이며 신속하게 건축물의 지하층을 시공할 수 있도록 하는 것을 궁극적인 목적으로 하고 있다.

구체적으로 본 발명은 CFT기둥과 무량판의 접합을 위하여 사용되는 전단연결수단을 설치함에 있어서, 번거로운 현장 용접작업이 필요하지 않도록 하므로써 경제적인 시공을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조로서, 무량판 내에 매립되어 전단키 역할을 하는 전단연결장치를 공장에서 원형의 강재판에 미리 용접설치한 후, 콘크리트충전 강관기둥에 전단지압띠를 일체 결합하고, 상기 전단지압띠 위에 상기 전단연결장치를 조립한 후 콘크리트를 타설하여, 현장 용접작업을 최소화한 상태로 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판을 일체로 접합하게 되는 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조와, 이러한 접합구조를 이용하여 탑-다운 방식으로 건축물의 지하층을 시공하게 되는 건축물 지하층 시공방법이 제공된다.

구체적으로, 본 발명에서는 중공을 갖는 강관으로 이루어지며 상기 중공 내에는 콘크리트가 타설되어 채워진 콘크리트 충전 강관기둥과, 철근콘크리트 슬래브로 이루어진 철근콘크리트 무량판이 일체로 접합되는 접합구조로서, 상기 콘크리트 충전 강관기둥과 무량판이 접합되는 위치에서 상기 콘크리트 충전 강관기둥의 외면에는 무량판으로부터의 연직 하중을 콘크리트 충전 강관기둥에 전달하는 전단지압띠가 일체로 부착되어 있으며; 상기 전단지압띠의 상부에는 강재판과 전단 스터드로 이루어진 전단연결장치가 상기 콘크리트 충전 강관기둥의 외면에 밀착하여 상기 전단지압띠에 의해 강재판의 하부가 지지된 상태로 설치되고; 상기 전단지압띠와 상기 전단연결장치가 설치된 상태에서, 상기 전단연결장치에 구비된 전단 스터드가 콘크리트에 매립되도록 무량판 시공용 콘크리트가 타설되어 무량판이 상기 콘크리트 충전 강관기둥과 일체로 접합되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조가 제공된다.

상기한 접합구조에서 상기 전단 스터드가 부착되어 있는 강재판은 밴드로 이루어진 결속부재에 의하여 콘크리트 충전 강관기둥에 묶임으로써 상기 전단연결장치가 상기 콘크리트 충전 강관기둥에 밀착하여 설치될 수 있다.

본 발명에서는 상기한 접합구조의 또다른 실시예로서, 강재판과 전단 스터드로 이루어진 전단연결장치가 상기 전단지압띠의 하부 위치에서 상기 콘크리트 충전 강관기둥의 외면에 밀착하여 설치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조가 제공된다.

본 발명에서는 본 발명에서는 중공을 갖는 강관으로 이루어지며 상기 중공 내에는 콘크리트가 타설되어 채워진 콘크리트 충전 강관기둥과, 철근콘크리트 슬래브로 이루어진 철근콘크리트 무량판이 일체로 접합되는 접합구조를 이용하여 건축물의 지하층을 시공하는 방법으로서, 지중에 천공하는 단계; 피어철근이 단부에 부착되어 있고, 상기 콘크리트 충전 강관기둥과 무량판이 접합되는 위치의 외면에는 전단지압띠가 부착되어 있는 CFT기둥을 천공된 구멍 내부에 삽입하는 단계; 상기 피어철근의 주변에 콘크리트를 채우는 단계; 상기 구멍내의 CFT기둥 주변을 토사로 채우는 단계; 구멍 내부에 삽입되어 있던 케이싱을 인발하는 단계; CFT기둥에 무량판을 접합할 수 있도록 상기 전단지압띠를 노출시키기 위하여 상기 전단지압띠 설치 위치에서 CFT기둥 주변의 토사를 제거하여 CFT기둥의 외면을 노출시키고 지반을 굴착하는 정지작업을 시행하고, 정지작업된 위치에 무량판 시공을 위한 거푸집을 설치하고, 상기 전단지압띠의 상부에 강재판과 전단 스터드로 이루어진 전단연결장치를 상기 CFT기둥의 외면에 밀착하여 상기 전단지압띠에 의해 강재판의 하부가 지지된 상태가 되도록 설치하고, 무량판 및 접합부 내에 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설하여 상기 CFT기둥과 일체가 되도록 무량판을 형성하는 단계; 및 상기 무량판의 하부 지반을 굴토하는 단계를 반복하여 탑-다운 방식으로 시공하는 것을 특징으로 하는 건축물 지하층의 시공방법이 제공된다.

다음에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 CFT기둥과 무량판의 접합구조를 설명한다. 도 1 내지 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 CFT기둥과 무량판의 접합구조를 형성하는 과정을 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 1은 CFT기둥과 무량판이 접합되는 위치에서 CFT기둥(10)에 전단지압띠(11)가 설치된 형상을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1에 도시된 실시예에서 전단지압띠(11) 위에 본 발명의 전단연결장치(20)를 조립 부착하는 것을 보여주는 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2에 후속하여 전단연결장치(20)가 부착된 상태에서 콘크리트가 타설되어 무량판(30)이 접합 시공된 상태를 보여주는 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는 무량판(30)의 시공을 위한 콘크리트를 타설하기 전에 전단연결장치(30)를 철선 또는 밴드 등의 결속부재(23)를 이용하여 CFT기둥(10)에 결합한 상태를 보여주는 측면도가 도시되어 있고, 도 5의 (a), (b) 및 (c)에는 상기 전단연결장치(20)가 2등분된 실시예, 3등분된 실시예 및 4등분된 실시예를 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 도 6a에는 전단지압띠(11)를 CFT기둥(10)에 부착하는 방법을 보여주는 사시도가 도시되어 있고, 도 6b에는 도 6a의 선 A-A에 따른 단면도가 도시되어 있다. 도 6c에는 또다른 방법에 의하여 전단지압띠(11)를 CFT기둥(10)에 부착하는 방법을 보여주는 사시도가 도시되어 있고, 도 6d에는 도 6c의 선 B-B에 따른 단면도가 도시되어 있다. 도 7에는 본 발명에 따른 CFT기둥과 무량판의 접합구조를 보여주는 단면 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명에 따른 CFT기둥과 무량판의 접합구조에서 전단력의 전달경로를 보여주는 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에서 CFT기둥(10)은 원형 강관으로 이루어져 있고 그 내부에는 보강철근이 삽입된 상태로 콘크리트가 채워진 구성을 가지고 있다. 본 발명에 있어서 무량판과 접합되는 위치 즉, 무량판 접합부에서 상기 CFT기둥(10)의 외면에는 무랑판으로부터의 전단하중을 지지하여 이를 CFT기둥(10)으로 전달하는 전단지압띠(11)가 일체로 구비되어 있다. 상기 전단지압띠(11)는 CFT기둥(10)의 외경에 맞게 곡선으로 가공된 후 공장에서 용접에 의해 CFT기둥(10)의 외면에 일체로 부착된다. 전단지압띠(11)를 CFT기둥(10)의 외면에 용접하여 부착하는 방법으로는 다양한 용접 방법을 사용할 수 있는데, 도 6a 및 도 6b에 예시한 것처럼, 전단지압띠(11)의 하부는 필렛 용접(FILLET WELD)하고 상부는 그루브 용접(GROOVE WELD)로 용접할 수도 있고, 도 6c 및 도 6d에 예시한 것처럼, 전단지압띠(11)에 원형 구멍 또는 슬로트 구멍(SLOT HOLE)(12)을 형성하고, 상기 구멍(12)에 플러그 용접(PLUG WELD)을 할 수도 있다. 그러나 상기 전단지압띠(11)를 CFT기 둥(10)의 외면에 일체로 부착하는 방법은 위와 같은 용접 방법에 한정되지 아니하며, 다양한 형식의 방법을 이용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 전단지압띠(11)는 무량판(30)에 작용하는 연직 하중을 CFT기둥(10)에 전달하는 기능을 갖고 있다. 즉, 무량판(30)이 CFT기둥(10)의 표면에서 미끄러지지 않도록 무량판(30)을 지지하는 역할을 하는 것이다. 도 8에 도시된 것처럼, 무량판(30)에 작용하는 연직 하중(V₁)은, CFT기둥(10)에 결합되고 무량판의 콘크리트에 매립되는 전단연결장치(20)를 통하여 전단지압띠(11)에 모아져서 하중(V₄)의 형태로 CFT기둥(10)으로 전달된다. 강재는 지압강도(Bearing Strength)가 크므로 이러한 하중 전달 방식은 무량판(30)에 작용하는 큰 연직 하중을 작은 면적만으로도 효율적으로 CFT기둥(10)에 전달할 수 있어 전단지압띠의 돌출두께가 작아지므로 전단지압띠(11)를 부착한 CFT기둥(10)을 작은 천공 구멍 내에 설치하기가 매우 유리하다.

도 2에 도시된 것처럼, 본 발명에서, 상기 전단지압띠(11)의 상부에는 전단연결장치(20)가 조립 설치된다. 상기 전단연결장치(20)는 그 표면에 다수 개의 전단 스터드(21)가 일체로 부착되어 있는 곡면 형상으로 가공된 강재판(22)으로 구성된다. 즉, 상기 전단연결장치(20)는 CFT기둥(10)의 외면에 대응되도록 곡면형태로 가공된 강재판(22)에 다수 개의 돌출된 전단 스터드(21)가 용접되어 부착되어 있는 구성을 가지고 있는 것이다. 이러한 전단연결장치(20)는 공장에서 사전에 제작되는데, 도 5의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 것처럼 상기 강재판(22)은 2등분, 3등분 또는 4등분으로 분할된 형태로 제작될 수 있다.

이와 같이 복수개로 분할된 형태의 강재판(22)과, 그 외면에 부착된 다수개의 전단 스터드(21)로 구성된 전단연결장치(20)는, 현장으로 이송되어 무량판 콘크리트를 타설하기 전에 CFT기둥(10)의 외면을 감싸면서 CFT기둥(10)에 부착된 전단지압띠(11) 위에 밀착되어 설치된다. 즉, 전단연결장치(20)의 강재판(22) 하면이 상기 전단지압띠(11)의 상면에 의해 지지되도록 설치되는 것이다. 무량판 콘크리트 타설시까지 전단연결장치(20)가 CFT기둥(10)에 밀착 설치되어 있도록 도 4에 도시된 것처럼, 철선 또는 밴드 등으로 이루어진 결속부재(23)로 상기 전단연결장치(20)의 강재판(22)을 묶어둔다. 상기 가설용 결속부재(23)는 콘크리트 타설 후 양생되면 아무런 역할이 없으며, 단지 콘크리트 타설 전까지 상기 전단연결장치(20)가 제 위치를 유지하도록 하는 역할만 수행한다. 이와 같이 본 발명에서는 전단연결장치(20)를 밴드 등과 같은 간단한 구조의 결속부재(23)로 묶어두면 충분하므로 현장에서 전단 스터드를 직접 CFT기둥(10)에 용접 부착할 필요가 없으며, 그에 따라 설치작업이 간편하게 되고, 전단 스터드의 직접 용접으로 인한 기둥의 열변형 등의 구조적 불안정요소들도 사전에 예방할 수 있게 된다.

위와 같이 CFT기둥(10)의 외면을 감싸면서 전단지압띠(11) 위에 밀착 설치된 전단연결장치(20)는 콘크리트 타설 후 양생되면 도 7에 도시된 것처럼 바닥 슬래브 즉, 무량판 콘크리트 속에 매립되어, 무량판(30)에 작용하는 연직 하중을 전단지압띠(11)를 통해서 CFT기둥(10)에 전달하는 역할을 한다. 즉, 도 8에 도시된 것처럼, 연직 하중이 작용하고 있는 바닥 슬래브에 의하여 CFT기둥(10)의 주변에는 전단력과 부(negative) 휨모멘트가 발생된다. 상기 전단력은 전단 스터드(21)를 통해 강재판(22)으로 전달되고, 강재판(22)에 전달된 전단력은 전단지압띠(11)를 통해 CFT기둥(10)으로 전달된다. 상기 부모멘트는 무량판(30)의 상부 보강철근(32)과 무량판(30) 하부의 콘크리트 압축면에 의해 저항하게 된다. 도 8에서 부재번호 13은 CFT기둥(10) 내부에 배치되는 보강철근(13)이고, 부재번호 32는 무량판(30)에 배치되는 보강철근(32)이다. 도 8에서 CFT기둥(10)은 내부에 콘크리트가 채워진 상태로 도시되어 있다.

다음에서는 위와 같이, CFT기둥(10)에 전단지압띠(11)와 전단연결장치(20)를 설치하여 무량판(30)과 접합 시공하는 단계를 도 9a 내지 도 9e를 살펴본다. 도 9a 내지 도 9e에는 각각 본 발명에 따라 CFT기둥(10)과 무량판(30)의 접합구조를 시공하는 단계를 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 9a는 전단지압띠(11)가 구비되어 있는 CFT기둥(10)이 지반에 매립된 상태를 부분적으로 보여주는 개략도이고, 도 9b는 지반을 굴토하여 전단지압띠(11)가 노출되어 무량판과의 접합구조를 이룰 수 있도록 지반의 정지작업을 시행한 상태를 보여주는 개략도이고, 도 9c는 무량판 시공을 위하여 거푸집(31)을 설치하고 전단연결장치(20)를 설치한 상태를 보여주는 개략도이고, 도 9d는 무량판 및 접합부 내에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 무량판(30)을 형성한 상태를 보여주는 개략도이고, 도 9e는 CFT기둥(10)과 무량판(30)이 접합되도록 접합부의 시공을 완료한 후 하부 지반을 굴토한 상태를 보여주는 개략도이다. 도 9b 내지 도 9e에서 CFT 기둥(10)의 상단부는 도시를 생략하였다.

도면에 도시된 것처럼, 우선 외면에 전단지압띠(11)가 구비된 CFT기둥(10)이 지반에 매립된 상태에서 지반을 굴토하여 전단지압띠(11)가 노출되도록 함과 동시에 무량판과의 접합구조를 이룰 수 있는 공간을 확보한다(도 9a, 도 9b). 지반 굴토에 의하여 확보한 공간에 무량판 시공을 위하여 거푸집(31)을 설치하고 상기 전단지압띠(11)의 상부에 전단연결장치(20)를 잇대어 설치한다(도 9c). 무량판(30) 내부 그리고 전단연결장치(20)가 설치되어 있는 접합부 내에 보강철근(32)을 배근하고 콘크리트를 타설하여 무량판(30)을 시공한 후 콘크리트가 양생되면 그 하부의 지반을 굴토하여 하부의 지하층을 계속 시공하게 된다(도 9d, 도 9e).

위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 CFT기둥(10)과 무량판(30)의 접합구조는 다양한 형태의 건축구조물에 사용될 수 있는데, 후술하는 것처럼, 특별히 탑-다운 공법으로 건축물의 지하층을 시공하는 데에 매우 유용하다.

도 10a 내지 도 10f에는 각각 탑-다운 공법에 의하여 건축물의 지하층을 시공함에 있어서 지중에 CFT기둥(10)으로 구성된 선기초기둥을 설치하는 단계를 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 10a는 지중에 천공하여 케이싱(41)을 설치하는 단계를, 도 10b는 피어철근망(40)이 단부에 부착되어 있고 외면에는 전단지압띠(11)가 부착되어 있는 CFT기둥(10)을 구멍 내부에 삽입하는 단계를, 도 10c는 CFT기둥(10)이 구멍 내부에 삽입되어 있는 상태를, 도 10d는 피어철근(40)의 주변에 콘크리트를 채우는 단계를, 도 10e는 구멍내의 CFT기둥(10) 주변을 토사로 채우는 단계를, 도 10f는 구멍 내부에 삽입되어 있던 케이싱(41)을 인발하는 단계를 각각 보여준다. 위와 같이 CFT기둥(10)을 지중에 설치하는 작업을 완료한 후에는 탑-다운 방식으로 지반을 굴토하여 내려가면서 각 지하층의 바닥 슬래브를 이루는 무 량판을 CFT기둥과 접합하여 시공하게 된다.

도 11a 내지 도 11e에는 각각 탑-다운 공법에서 각 지하층에 무량판을 시공하는 단계를 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 11a는 지중에 CFT기둥(10)을 매립 설치한 상태를 보여주는 개략도이고, 도 11b는 무량판에 의하여 1층 바닥 슬래브를 시공한 후 지하 1층을 굴토한 상태를 보여주는 개략도이고, 도 11c는 무량판에 의하여 지하 1층의 바닥 슬래브를 시공한 후 지하 2층을 굴토한 상태를 보여주는 개략도이고, 도 11d는 무량판에 의하여 지하 5층의 바닥 슬래브를 시공한 후 지하 6층을 굴토한 상태를 보여주는 개략도이고, 도 11e는 기초판, 배수층 및 지하 6층의 바닥 슬래브를 시공한 상태를 보여주는 개략도이다. 도 11a 내지 도 11e에서 무량판에 의하여 바닥 슬래브를 시공하는 구조 및 과정 즉, CFT기둥(10)과 무량판(30)을 접합하는 구조 및 과정은 앞서 상세히 설명하였으므로, 반복 설명은 생략한다.

한편, 도 11e에 도시된 것처럼 최하부층에서 CFT기둥(10)과 기초판 또는 피어 캡(pier cap)(50)이 접합될 때에는 상기 전단연결장치(20)가 전단지압띠(11) 아래에 설치한다. 즉, 전단연결장치(20)의 강재판(22) 상면이 전단지압띠(11)의 하부 아래에 위치하게 되도록 전단연결장치(20)가 CFT기둥(10)의 외면에 밀착 설치되는 것이다. 왜냐하면 최하부층의 기초판 또는 피어 캡(50)은 기둥에 작용하는 축력의 일부를 지지하므로 연직 상향 수직 반력이 생기기 때문이다.

본 발명에서는 위와 같은 방식으로 CFT기둥(10)과 무량판(30)의 접합구조를 이용하여 탑-다운 방식으로 건축물의 지하층을 용이하게 시공할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의한 CFT기둥과 무량판의 접합구조에 의하면, CFT기둥과 무량판의 접합을 위하여 사용되는 전단연결장치를 설치함에 있어서, 종래의 H형강 기둥에서 전단 스터드를 설치하기 위하여 반드시 필요하였던 번거로운 현장 용접작업 없이도 간편한 방법으로 CFT기둥과 무량판 간의 견고한 접합을 이룰 수 있게 된다. 따라서 현장 용접작업의 감소에 따른 작업성의 향상 및 시공경제성의 향상 등의 효과를 발휘할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 전단 스터드를 현장에서 직접 CFT기둥에 용접하여 부착하는 것이 아니라, 공장에서 강재판에 부착한 후 상기 강재판을 현장에서 밴드 등과 같은 간단한 결속부재를 이용하여 CFT기둥에 묶어두면 충분하므로, 전단 스터드를 직접 기둥에 용접함에 따른 기둥의 열변형, 그로 인한 구조적인 불안정성 유발 등의 문제점이 본 발명에서는 전혀 발생하지 않게 되는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 의하면 무량판과 CFT기둥간의 견고한 접합이 이루어지게 되므로 무량판과 CFT기둥에 의한 건축물을 시공할 수 있게 되고, 그에 따라 앞서 설명하였던 CFT기둥이 가지는 여러 가지 장점과 무량판 형식의 바닥 슬래브가 가지는 다양한 장점들을 극대화시킨 건축물을 시공할 수 있게 된다.

위에서는 건축물의 지하층 시공을 예시하여 본 발명에 따른 접합구조를 설명하였으나, 본 발명에 따른 CFT기둥과 무량판의 접합구조는 건축물의 지상층 시공이나, 기타 초고층 주상복합 건물이나 아파트의 시공에도 적용될 수 있다.

Claims (5)

1. 중공을 갖는 강관으로 이루어지며 상기 중공 내에는 콘크리트가 타설되어 채워진 콘크리트 충전 강관기둥(10)과, 철근콘크리트 슬래브로 이루어진 철근콘크리트 무량판(30)이 일체로 접합되는 접합구조로서,

   상기 콘크리트 충전 강관기둥(10)과 무량판(30)이 접합되는 위치에서 상기 콘크리트 충전 강관기둥(10)의 외면에는 무량판(30)으로부터의 연직 하중을 콘크리트 충전 강관기둥(10)에 전달하는 전단지압띠(11)가 일체로 부착되어 있으며;

   상기 전단지압띠(11)의 상부에는 강재판(22)과 전단 스터드(21)로 이루어진 전단연결장치(20)가 상기 콘크리트 충전 강관기둥(10)의 외면에 밀착하여 상기 전단지압띠(11)에 의해 강재판(22)의 하부가 지지된 상태로 설치되고;

   상기 전단지압띠(11)와 상기 전단연결장치(20)가 설치된 상태에서, 상기 전단연결장치(20)에 구비된 전단 스터드(21)가 콘크리트에 매립되도록 무량판 시공용 콘크리트가 타설되어 무량판(30)이 상기 콘크리트 충전 강관기둥(10)과 일체로 접합되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전단 스터드(21)가 부착되어 있는 강재판(22)이 밴드로 이루어진 결속 부재(23)에 의하여 콘크리트 충전 강관기둥(10)에 묶임으로써 상기 전단연결장치(20)가 상기 콘크리트 충전 강관기둥(10)에 밀착하여 설치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   강재판(22)과 전단 스터드(21)로 이루어진 전단연결장치(20)가 상기 전단지압띠(11)의 하부 위치에서 상기 콘크리트 충전 강관기둥(10)의 외면에 밀착하여 설치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판의 접합구조.
4. 삭제
5. 중공을 갖는 강관으로 이루어지며 상기 중공 내에는 콘크리트가 타설되어 채워진 콘크리트 충전 강관기둥(10)과, 철근콘크리트 슬래브로 이루어진 철근콘크리트 무량판(30)이 일체로 접합되는 접합구조를 이용하여 건축물의 지하층을 시공하는 방법으로서,

   지중에 천공하는 단계;

   피어철근(40)이 단부에 부착되어 있고, 상기 콘크리트 충전 강관기둥(10)과 무량판(30)이 접합되는 위치의 외면에는 전단지압띠(11)가 부착되어 있는 CFT기둥(10)을 천공된 구멍 내부에 삽입하는 단계;

   상기 피어철근(40)의 주변에 콘크리트를 채우는 단계;

   상기 구멍내의 CFT기둥(10) 주변을 토사로 채우는 단계;

   구멍 내부에 삽입되어 있던 케이싱(41)을 인발하는 단계;

   상기 CFT기둥(10)에 무량판(30)을 접합할 수 있도록 상기 전단지압띠(11)를 노출시키기 위하여 상기 전단지압띠(11) 설치 위치에서 CFT기둥(10) 주변의 토사를 제거하여 CFT기둥(10)의 외면을 노출시키고 지반을 굴착하는 정지작업을 시행하고, 정지작업된 위치에 무량판 시공을 위한 거푸집(31)을 설치하고, 상기 전단지압띠(11)의 상부에 강재판(22)과 전단 스터드(21)로 이루어진 전단연결장치(20)를 상기 콘크리트 충전 강관기둥(10)의 외면에 밀착하여 상기 전단지압띠(11)에 의해 강재판(22)의 하부가 지지된 상태가 되도록 설치하고, 무량판 및 접합부 내에 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설하여 상기 CFT기둥(10)과 일체가 되도록 무량판(30)을 형성하는 단계; 및

   상기 무량판(30)의 하부 지반을 굴토하는 단계를 반복하여 탑-다운 방식으로 시공하는 것을 특징으로 하는 건축물 지하층의 시공방법.

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