KR100825268B1 - 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단 및 이를 이용한 박형슬래브 계단의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박형(薄型) 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단 및 이를 이용한 박형 슬래브 계단의 시공방법에 관한 것이며, 디딤판과 챌판으로 형성되는 다수의 스텝 유니트와; 경사 철근과 수평 늑근이 배근되고, 벽체에 연결되는 일측에 수평 늑근의 일단부가 노출되며, 층참 및 중간참에 연결되는 상하측에 각각 경사 철근의 양단부가 노출되고, 상기한 일측에 대향하는 타측에 상기한 수평 늑근의 타단이 직교하게 결합된 경사 철편이 위치하며, 박형 슬래브로 일체로 구성되며; 상기한 스텝 유니트와 슬래브가 시멘트, 굵은 골재, 일반 모래, 세사, 충전재, 실리카 흄, 감수제, 섬유 및 물의 배합 중량비가 1:0.8∼2.0:0.5∼1.1:0.3∼0.8:0.1∼0.3: 0.05∼0.2:0.05∼0.1:0.03∼0.2:0.2∼0.4로 구성되고, 양생 후 강도가 40∼100㎫인 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단이 제공되고, 본 발명에 따르면 계단 슬래브가 박형 이면서도 휨모멘트 특성과 연성거동이 우수하며 고강도 특성을 보유하여 양호한 구조적 내하력과 내구성을 나타내고, 이를 이용한 시공방법은 경제적이고 효율적이며 우수한 시공 품질을 나타내므로 인건비 절감 및 시공 기간 단축에 따른 공사비 절감, 제작비 및 운송비 절감, 그리고 공기 단축을 도모할 수가 있다.

경사 철편, 수평 늑근, 고강도, 시멘트, 섬유, 계단, 프리캐스트, 시공

Description

박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단 및 이를 이용한 박형 슬래브 계단의 시공방법{Precast Stairs Structure Having Thin Slab and Constructing Method for Stairway Using the Same}

본 발명은 박형(薄型) 슬래브(slab)를 갖는 프리캐스트 계단 및 이를 이용한 박형 슬래브 계단의 시공방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 계단 슬래브가 박형 이면서도 증대된 휨모멘트 특성을 보유하여 상대적으로 우수한 연성 거동을 나타내며 약 40∼100㎫ 범위의 상대적 고강도 특성을 보유하여 양호한 구조적 내하력과 내구성을 갖는 경량 프리캐스트 계단과, 이를 이용한 경제적이고 효율적이며 우수한 시공 품질을 보장할 수가 있는 프리캐스트 계단의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 건물, 특히 아파트와 같은 고층 건물의 상하 수직 동선 연결은 엘리베이터와 함께 계단의 설치에 의해 이루어지게 되나, 계단은 좁은 계단실 공간 내에서 층참 및 중간참 슬래브(landing slab)와 연결시켜야 하고 그 형태도 상하 사선 형태로 복잡하므로 슬래브나 상하 벽체와 같은 일반적인 건축 구조와는 달리 시공에 따른 작업 조건이 상대적으로 까다롭고 번거롭다.

주거용 또는 주거 사무 복합형 아파트나 사무용 또는 상가용의 저층 또는 고 층 건물의 경우, 철근콘크리트 일체형 계단을 만드는 방법이 현재 대부분 시행되고 있는 건축방법이다.

그러나 철근콘크리트조로 계단을 시공하는 작업은 경사진 계단 슬래브의 거푸집 조립, 철근 배근, 계단 디딤판 거푸집 조립 등 까다롭고 공기가 요구되는 공정이다. 또한 디딤판 거푸집 탈영 후 고르지 못한 디딤판 면을 마감하거나 미장하는 공사 역시 필수적인 공정이다. 인건비가 상승하는 요즘 추세에서 볼 때, 투입 인력 비율이 높은 공사 형식보다는 프리캐스트 계단을 현장에서 적은 인력으로 간단히 조립하는 효율적인 공사 형식이 당업계에 요청되어 왔다.

따라서, 종래 이러한 요청에 부응하고자 한국특허 제0487893호는 특수한 형태의 층참 및 중간참을 벽체에 고정한 후 프리캐스트 철근콘크리트조 계단을 거치하고 모르타르로 접합시키는 시공방법을 제안하고 있다. 그러나 상기한 프리캐스트 철근콘크리트조 계단은 도 1에 나타낸 바와 같이 디딤판(11)과 챌판(12)으로 구성되는 연속된 스텝 유니트(13)와 두께 t가 약 25㎝ 정도이고 경사 철근(15)이 배근되어 있는 계단 슬래브(14)를 갖는 통상적인 현장 타설 철근콘크리트조 계단(10′)과 동일한 형태로서 체적 및 중량 감소를 전혀 이루지 못하고 있으므로 이동 거치식 프리캐스트 계단으로서 적용성의 한계가 있다. 구체적으로는 하나의 층을 이루는 높이 약 2.9m 공간 내에 계단 2개가 1조로 설치되는 폭 약 1.2m의 계단 하나의 중량이 약 2.5ton 정도이므로 운반 및 시공이 대단히 번거롭고 불편하다는 문제점이 있었다. 또한, 그 시공방법은 계단실을 시공한 다음, 프리캐스트 중간참과 층참을 설치하고, 프리캐스트 계단을 거치한 후, 이를 모르타르로 고정시키는 방안을 제안하고 있으나, 이 방법은 슬래브와 벽체 타설이 동시에 이루어지지 않으므로 시공 중 프리캐스트 계단을 이용한 작업 공간과 동선을 제공하지 못하므로 시공에 있어 여전히 많은 불편이 있으므로 현장에서 원활히 적용되고 있지 못함이 현실이다.

도 2는 종래의 계단 형태에서 슬래브(14)를 박형화(薄型化)한 계단(10a′)을 나타내는 가상도로서, 도 1에 도시한 바와 같은 통상적인 현장 시공 철근 콘크리트조 계단(10′)이 계단 하중을 견딜 수 있도록 계단슬래브(14)의 두께 t를 약 25㎝ 정도로 하고 있음에도 이를 무시하고 계단(10a′)의 하중을 줄이기 위하여 도시된 바와 같이 계단슬래브(14)를 얇게 시공하면 경사 철근(15)과 수평 늑근(16)을 배근한다 하더라도 도저히 휨모멘트와 전단력을 감내할 수 없는 상태가 되므로 종래 이러한 구조는 현실적으로 전혀 가능하지 않은 것으로 여겨져 왔다. 미설명 부호 11,12,13은 각각 디딤판, 챌판, 스텝 유니트로서 도 1에서와 동일하고, 16a는 헤드(또는, 헤디드 바(headed bar))이다.

통상적인 현장 시공 철근콘크리트 계단의 시공방법상의 문제점을 해소하기 위한 종래의 방법으로서 한국특허공개 제0500306호는 조립식 철골계단 연결 구조 및 그 시공방법을 제안하고 있으나, 철골조 고층건물에 철골재의 유닛을 결합하여 제작된 계단을 건물의 구조체에 연결하는 방법은 가설의 용이함은 있지만 계단의 제작 시 디딤판 유닛을 일일이 용접하는 고비용 작업과 용접열에 따른 철골계단의 변형이 발생하는 등 제작 초기의 문제점을 가지고 있다. 또한 완성된 철골계단은 금속재료 속성상 하중에 의한 소음이 발생하며, 판의 두께가 얇은 관계로 단면 2차 모멘트가 감소하여 하중에 의한 처짐이 발생하는 등 사용상의 문제점을 가지고 있 다.

따라서, 상기한 철골계단의 일부 문제점을 해소하기 위한 방안으로서 한국실용신안등록 제0343325호는 2중의 디딤판 유닛을 겹이음 함으로써 이동 하중에 의한 소음을 저감시키고 처짐 현상을 감소시킨 개선된 철골계단을 제안하고 있다. 또한 개선된 철골 계단은 디딤판 유닛과 양 측판을 볼트 체결할 수 있도록 하여 제작과 가설의 수월성과 기능성을 제고시켰으나 계단 제작 단가 면에서 종래의 철근콘크리트 계단에 대해 압도적인 우월성을 가지고 있지는 못하며, 철골 계단이라는 소재의 특성상 사용 및 시각적 관점에서 감성 친화적이지 못하다는 문제점은 여전하다.

전술한 바와 같이, 철근콘크리트 건물에서 철근콘크리트 계단의 시공은 정밀성과 많은 시간을 요하는 노동집약적인 난공사임에도 지금까지 이를 대체할만한 충분히 만족스러운 정도의 경제성과 효율성, 그리고 양호한 품질 특성을 갖는 마땅한 기술은 제시되어 있지 못한 실정이다.

종래 이러한 문제점을 해소하고자 본 출원인에 의한 한국특허 제707872호(고강도 섬유보강 시멘트 복합체 프리캐스트 계단 단위 구조체와 그 제조방법 및 계단 단위 구조체를 이용한 계단과 그 시공방법) 및 제707873호(초고강도 섬유보강 시멘트 복합체 프리캐스트 계단 단위 구조체와 그 제조방법 및 계단 단위 구조체를 이용한 계단과 그 시공방법)와 한국특허출원 제10-2006-0049829호(2006.06.02일 출원: 프리캐스트 계단 및 그 단위 구조체와 이를 이용한 계단의 시공방법)는 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이 슬래브를 갖지 않는 단속(斷續) 체결형의 'ㄱ'자 형 또는 'ㄴ'자 형 계단 단위 구조체 및 이들의 일체 연속(連續) 연결형 계단 단위 구조체(10b′)와 이를 이용한 고강도 및 초고강도 프리캐스트 계단(1)을 개시(開示)하고 있다.

상기한 종래의 프리캐스트 계단(1)은 복수개가 연결된 계단 단위 구조체(10b′)와 그 양 옆의 철제 측판(20), 그리고 철제 측판(21)을 연결하는 보강 부재(31)와 다수의 보강 바(32)를 갖는 연결 부재(30)로 구성되며, 여기서 계단(10b′)은 본질적으로 슬래브를 갖지 아니하며 평판상 챌판(12)과 인장 내력 담보를 위한 강화 바(115)가 매립된 평판상 디딤판(11)으로 형성되고, 상기한 디딤판(11)은 응력 분산용 연결구(連結具)(40)와 응력 분산용 연결 부재(50)를 개재하여 철제 측판(21)의 외측으로부터 볼트(53)를 삽입하여 강화바(115)의 너트공(14)과 체결 고정되는 구조로서, 상기한 프리캐스트 계단(1)은 연성 거동과 수밀성 및 내구성이 양호하고 시공방법도 경제적이고 효율적인 장점은 있으나, 박판의 디딤판(11)과 챌판(12)으로 형성되는 계단 단위 구조체(10b′)의 제조에 있어 강섬유가 많이 소요되어 제작비용 증가 요인이 되며, 특히 양측의 철제 철판(21)의 형상과 박판의 디딤판(11) 및 챌판(12)의 배면 형태가 기존의 현장시공 콘크리트 계단과는 파격적일 정도로 상이하여 시각적 관점에서 감성 친화적이지 못하다는 이유로 시공이 기피되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 첫 번째 목적은 계단 슬래브가 박형이면서도 증대된 휨모멘트 특성을 보유하여 상대적으로 우수한 연성 거동을 나타내며 약 40∼100㎫ 범위 의 상대적 고강도 특성을 보유하여 양호한 구조적 내하력과 내구성을 갖는 경량 프리캐스트 계단을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 현장에서 계단 자체에 대한 거푸집 공사나 동바리공사 없이 간단한 거치 작업만으로 설치가 가능하여, 인건비 절감 및 시공 기간 단축에 따른 공사비 절감, 그리고 공기 단축을 도모할 수가 있는 경량 프리캐스트 계단을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 제작비 및 운송비 절감을 도모할 수가 있는 경량 프리캐스트 계단을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 네 번째 목적은 상기한 첫 번째 내지 세 번째 목적에 따른 경량 프리캐스트 계단의 경제적이고도 효율적인 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 바람직한 일 양태(樣態)에 따르면, 디딤판과 챌판으로 형성되는 다수의 스텝 유니트와; 경사 철근과 수평 늑근이 배근되고 벽체에 연결되는 일측에 수평 늑근의 일단부가 노출되며 층참 및 중간참에 연결되는 상하측에 각각 경사 철근의 양단부가 노출되고 상기한 일측에 대향하는 타측에 상기한 수평 늑근의 타단이 직교하게 결합된 경사 철편이 위치하며 두께 6∼18㎝, 바람직하게는 두께 6∼12㎝, 더욱 바람직하게는 두께 6∼8㎝의 슬래브로 일체로 구성되며; 상기한 스텝 유니트와 슬래브가 시멘트, 굵은 골재, 일반 모래, 세사, 충전재, 실리카 흄(silica fume), 감수제, 섬유 및 물의 배합 중량비가 1: 0.8∼2.0 : 0.5∼1.1 : 0.3∼0.8 : 0.1∼0.3 : 0.05∼0.2 : 0.05∼0.1 : 0.03∼0.2 : 0.2∼0.4로 구성되고, 양생 후 강도가 40∼100㎫인 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 바람직한 다른 양태에 따르면, 상기한 양태에 있어서 벽체에 연결되는 일측에도 수평 늑근이 직교하게 관통된 경사 철편이 위치하는 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 바람직한 또 다른 양태에 따르면, 디딤판과 챌판으로 형성되며 적어도 하나의 보강 바(reinforced bar)가 상기한 디딤판의 길이 방향으로 평행하게 매설되어 있는 다수의 스텝 유니트와; 두께 6∼12㎝, 바람직하게는 두께 6∼8㎝의 상기한 다수의 스텝 유니트의 저면에 일체로 형성되는 슬래브로 구성되며: 상기한 보강 바의 양단에 나사 결합되며 상기한 다수의 스텝 유니트 양측에 노출되게 위치하는 경사 철편으로 구성되며; 상기한 스텝 유니트와 슬래브가 시멘트, 굵은 골재, 일반 모래, 세사, 충전재, 실리카 흄(silica fume), 감수제, 섬유 및 물의 배합 중량비가 1: 0.8∼2.0 : 0.5∼1.1 : 0.3∼0.8 : 0.1∼0.3 : 0.05∼0.2 : 0.05∼0.1 : 0.03∼0.2 : 0.2∼0.4로 이루어지고, 양생 후 강도가 40∼100㎫인 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단이 제공된다.

상기한 본 발명의 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 바람직한 일 양태에 따르면, (A) 전술한 양태의 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단의 상측 슬래브와 하측 슬래브를 층참 및 중간참 형성 부분에 위치하는 동바리(support) 상에 위치시키는 계단 거치 단계; (B) 동바리 상의 층참 및 중간참 형성 부분에 횡철근과 종철 근을 배근하는 단계; (C) 층참과 중간참 및 벽체 시공용 거푸집을 조립하되, 노출된 수평 늑근의 일단부를 벽체 형성 부분 내측에 위치함과 동시에, 노출된 경사 철근의 양단부가 층참과 중간참 형성 부분 내측에 위치하도록 하는 거푸집 조립 단계; (E)상기한 층참과 중간참, 그리고 벽체에 콘크리트를 타설하여 층참과 중간참그리고 벽체를 형성시키는 단계로 구성되는 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단의 시공방법이 제공된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단은 계단의 아랫면이 평면을 이루므로 기존의 전체적인 계단 형태를 그대로 유지하면서도 계단 슬래브가 부담해야할 휨모멘트와 전단력을 경사 철편이 슬래브 내부의 수평 늑근과 결합한 형태로 부담하므로 계단슬래브의 두께를 줄일 수 있어 계단을 경량화 시킬 수 있다. 경량화된 프리캐스트 계단은 운송이 용이할 뿐만 아니라 자체에 대한 동바리의 지지 없이 바로 중간참과 층참거푸집에 크레인으로 간단하게 거치시킬 수 있으므로 시공의 간편화와 공기단축의 이점을 기할 수 있다.

또한, 핸드레일 또는 가이드레일을 디딤판 또는 부분적으로 노출된 경사 철편 상에 시공할 수 있으므로 기존의 현장시공 콘크리트 계단과 구조적으로 차별화되지 않으면서도 현저한 경량화를 기할 수 있는 장점이 있으므로 적용성과 사용성면에서 기존의 현장시공 콘크리트계단을 상당부분 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

아울러, 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단을 이용한 시공 방법은 동바리공 설치, 계단 거푸집 제작, 콘크리트 타설시 어려움, 탈형 후 불균질한 계단 디딤판 품질, 상대적으로 긴 공사시간 등 종래의 현장 시공방법이 안고 있는 문제점을 효과적으로 해소할 수 있으므로 제작비용 절감, 공사 수월성 제고 및, 공기 단축 등의 측면에서 획기적인 진전을 가져오며, 따라서 시공과정 개선, 계단 품질 개선 및, 공기 단축 등 개선해야 할 부분이 많은 현장 시공을 효과적으로 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 일구체예에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10,10a)에 대한 사시도로서, 디딤판(11)과 챌판(12)으로 형성되는 다수의 스텝 유니트(13)와, 수평 늑근(16)의 일단이 결합된 경사 철편(18)이 위치하며 두께 6∼18㎝, 바람직하게는 두께 6∼12㎝, 더욱 바람직하게는 두께 6∼8㎝의 박형 슬래브(14)로 일체적으로 형성되며 양생 후 강도가 40∼100㎫인 프리캐스트 형태로 공사 현장에 제공되므로 계단 시공비의 원가 절감과, 복잡한 계단 시공 절차를 간소화함에 따른 인건비 절감 및 시공기간단축으로 인한 공사비 절감의 효과가 있으며, 기존의 콘크리트계단으로는 결코 달성할 수가 없는 이동 가능한 무게의 프리캐스트 계단을 만들어 현장에서 계단 자체에 대한 거푸집 공사, 동바리공사 없이 간단하게 거치시키고 벽체와 층참 및 중간참 형성 부분에 노출 철근(15,16)을 위치시킨 상태에서 콘크리트를 타설하여 경화시키므로 본 발명에 따른 프리캐스트 계단(10,10a)은 중간참, 층참 및 벽체의 3면과 일체가 되며, 현장 시공 콘크리트 계단과 거의 동일한 정도의 일체성을 가진다.

본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10,10a)은 상기한 스텝 유니트(13)와 슬래브(14)가 시멘트, 굵은 골재, 일반 모래, 세사, 충전재, 실리카 흄(silica fume), 감수제, 섬유 및 물의 배합 중량비가 1: 0.8∼2.0 : 0.5∼1.1 : 0.3∼0.8 : 0.1∼0.3 : 0.05∼0.2 : 0.05∼0.1 : 0.03∼0.2 : 0.2∼0.4로 구성되고, 양생 후 강도가 40∼100㎫이다.

본 발명에 따른 프리캐스트 계단(10,10a)은 체적대비 1∼2%(중량비로는 상기한 바와 같이 시멘트:섬유=1:0.03~0.2)의 섬유 혼입으로 인해 종래의 콘크리트에서 볼 수 없었던 연성거동을 나타내며, 고강도로 인한 충분한 구조적 내하력과 내구성을 가진다. 콘크리트 압축 거동 구역에서 구속거동을 부여하고 인장 거동 구역에서 인장 성능을 향상시키기 위하여 첨가되는 섬유의 예로서는 본 발명에 있어 제한적인 것은 아니나 폴리프로필렌 섬유, 아라미드 섬유, 천연 마 등과 같은 유기 합성 또는 천연 섬유와, 강 섬유 등과 같은 각종 금속재 섬유(와이어)를 들 수 있다.

상기한 배합 구성 성분에 있어서의 굵은 골재는 제한적인 것은 아니나, 평균 입경 10㎜ 이하, 통상적으로는 6∼9㎜의 규사(SiO₂) 성분이 90% 이상, 통상적으로는 90∼99.9%인 골재를 사용하는 것이 바람직하다.

일반 모래는 평균 입경 1㎜ 이하 또는 2㎜ 이하의 통상적인 것이 사용되며 이에 특별한 제한은 없다.

또한 세사는 제한적인 것은 아니나, 평균 입경 0.7㎜ 이하, 통상적으로는 0.1∼0.7㎜의 규사(SiO₂) 성분이 90% 이상, 통상적으로는 90∼99.9%인 골재를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 배합 구성 성분에 있어서의 충전재는 제한적인 것은 아니나, 평균 입경 20㎛ 이하, 통상적으로는 3∼20㎛이고, 규사(SiO2) 성분이 97% 이상, 통상적으로는 97∼99.9%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기한 배합 구성 성분에 있어서의 실리카 흄(fume)은 고로슬래그, 플라이애쉬(fly ash), 석회석 미분체, 또는 이들의 임의의 혼합물을 사용할 수도 있다.

또한, 상기한 배합 구성 성분에 있어서의 감수제는 당업계에 '고성능 감수제'로서 공지 또는 판매되는 것들을 사용할 수 있다. 이러한 감수제의 바람직한 예로서는 폴리카르본산계 감수제를 들 수 있으며, 특정하게는 폴리카르본산 아크릴 에스터를 주성분으로 하는 비중 약 1.1∼0.1이고 고형분 함량 약 40% 정도의 것이다. 이러한 고성능 감수제는 다양한 회사의 다양한 종류가 상업적으로 구입 가능하며 당업자에 공지된 사항이므로 이에 대한 더 이상의 부연 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상기한 배합 구성 성분에 있어서의 섬유는 제한적인 것은 아니나, 평균 길이가 30㎜ 이하, 통상적으로는 0.3∼30㎜이고, 평균 직경이 0.5㎜ 이하, 통상적으로는 0.1∼0.5㎜이며, 형상 계수가 약 60∼70, 바람직하게는 65 정도인 것이 사용되며, 강한 인성을 갖는 강 섬유 등과 같은 금속재 섬유(와이어) 또는 폴리프로필렌 섬유, 아라미드 섬유, 천연 마 등과 같은 유기 합성 또는 천연 섬유가 사용될 수 있다. 이러한 섬유의 혼입은 고강도 콘크리트에 내재된 취성 거동을 완화시키고 연성 거동 특성을 부여하게 된다.

상기한 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10,10a)은 전술한 모든 구성 재료, 특히 섬유가 골고루 분산 가능하게 할 수 있는 믹서를 사용하여 철저히 교반하여 거푸집에 타설한 후, 0.5∼2일 후, 일반적으로는 약 1일 후에 탈영하여, 48시간에서 72시간 동안, 상온 또는 20∼60℃의 온도에서 양생하여 제조함으로써 40∼100㎫의 고강도 섬유 보강 시멘트 복합체 프리캐스트 구조물로 제작하거나 또는 계단의 신속한 제작 및 거푸집 제작에 따른 비용감소를 위해 계단을 진동다짐형 무슬럼프 방법으로 제작할 수 있다.

먼저, 도 4a는 본 발명의 바람직한 일구체예에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10)에 대한 사시도로서, 디딤판(11)과 챌판(12)으로 형성되는 다수의 스텝 유니트(13)와; 경사 철근(15)과 수평 늑근(16)이 배근되고 벽체에 연결되는 일측에 수평 늑근(16)의 일단부가 노출되며 층참 및 중간참에 연결되는 상하측에 각각 경사 철근(15)의 양단부가 노출되고 상기한 일측에 대향하는 타측에 상기한 수평 늑근(16)의 타단이 직교하게 결합된 경사 철편(18)이 위치하며 두께 6∼18㎝, 바람직하게는 두께 6∼12㎝, 더욱 바람직하게는 두께 6∼8㎝의 박형 슬래브(14)로 일체로 형성된다.

상기한 경사 철근(15)의 양단부와 수평 늑근(16)의 노출된 일단부에는 견고한 부착을 위하여 각각 헤드 또는 헤디드 바(15a,16a)를 형성하는 것이 바람직할 수 있으며, 상기한 헤드 또는 헤디드 바(15a,16a)의 형태는 도시된 바와 같이 확대된 직경을 갖는 로드 형태 또는 배근 방향에 직교하는 레버 형태 등으로 할 수 있 다.

경사 철근(15)은 충분한 내하력 확보를 위해 수평 늑근(16)의 바로 아래에 위치시키는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 경사 철편(18)은 벽체에 접촉하는 일측에 대향하는 타측에 수평 늑근(16)의 노출된 일단에 대향하는 타단이 직교하게 결합되며, 본 발명은 이와 같은 특징적 구조를 채택함으로서 계단 슬래브(14)의 두께를 약 6∼8㎝ 정도로 얇게 박형화 하더라도 수평 늑근(16)의 일단과 경사 철편(18)을 연결시킨 결합체가 압축력을 받고 또한 경사 철편(18) 반대편의 노출된 수평 늑근(16)의 타단부는 벽체와 일체가 되고 슬래브(14)로부터 연장되어 외부로 노출된 수평 늑근(16)이 벽체에 대한 콘크리트 타설과 동시에 벽체와 일체가 되므로 이 연결 상태가 압축력을 받는다. 이 압축력의 우력관계로서 계단 슬래브(14)내의 수평 늑근(16)이 인장력을 받는 구조체가 되므로 충분한 내하력을 가지게 된다.

또한, 경사 철편(18)의 폭과 두께가 커지면 내하력이 커지므로 계단 슬래브(14)의 두께를 줄일 수 있게 되어 경사 철편(18)의 형태와 계단 슬래브(14)의 두께가 다른 다양한 형태의 경량 프리캐스트 계단(10)을 구현할 수 있게 된다.

경사 철편(18)과 수평 늑근(16)의 연결은 용접이나 철선에 의한 묶음 등에 의할 수 있으나, 바람직하게는 예컨대 도시된 예에서와 같이 경사 철편(18) 상에 일정한 간격으로 구멍(18a)을 내고 여기에 수평 늑근(16)의 일단을 끼워 넣은 후 용접하거나 또는 철선으로 체결하여 묶는 것일 수 있다.

상기한 경사 철편(18)의 높이는 본 발명에 있어 임의적이나 6∼15㎝의 범위 일 수 있으며, 바람직하게는 6∼8㎝의 범위, 특정하게는 약 7㎝ 정도일 수 있고, 슬래브(14)의 두께가 얇은 경우에는 도시된 바와 같이 부분적으로 외부로 돌출된 형태가 될 수 있다.

핸드 레일이나 가이드 레일(미도시)은 디딤판(11)에서 벽체로부터 먼 개방단부 쪽에 설치하거나 또는 위에서 설명한 부분적으로 외부로 돌출된 경사 철편(18) 상에 용접 등에 의해 설치할 수도 있다.

이어서, 도 4b는 본 발명의 바람직한 다른 일구체예에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10a)에 대한 사시도로서, 경사 철편(18)이 양측에 하나씩 2개 사용된 것을 제외하고는 도 4a의 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10)의 구조와 본질적으로 동일하다.

도시된 예에서는 벽체에 당접하는 측면의 반대쪽에는 물론 벽체에 연결되는 쪽의 슬래브(14) 일측면에도 수평 늑근(16)이 직교하게 관통하는 경사 철편(18)을 위치시키고 있으며, 배근 시 수평 늑근(16)의 헤드(18a)가 없는 일단을 경사 철편(18)의 구멍(18a)을 통하여 관통시키고 용접하거나 철선으로 체결하는 방식을 적용하게 된다.

도 4c는 도 4a 및 도 4b의 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10,10a)에 적용되는 경사 철편(18)을 나타내는 사시도로서, 도시된 예에서는 경사 철편(18)이 민자형의 평활한 막대 형상을 나타내고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 L자형, I자형, 또는 역T자형 경사 철편을 사용할 수도 있음은 물론이며, 구멍(18a)에는 전술한 바와 같이 수평 늑근(16)이 끼워진다.

도 4d는 본 발명의 다른 바람직한 일구체예에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10b)에 대한 사시도로서, 도 4a의 경우와 비교하여 부분적으로 노출된 경사 철편(18)을 경사 콘크리트대(帶)(11a)로 피복하여 경사 철편(18)이 외부로 직접 노출되지 않도록 한 것을 제외하고는 본질적으로 동일한 구성이므로 이에 대한 부연 설명은 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 바람직한 일구체예에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10c)에 대한 조립 상태 개략 설명 사시도로서, 슬레브(14)의 두께가 거의 없는 경우, 예컨대 그 두께가 6∼8㎝ 정도인 경우에 적용할 수 있는 예를 나타낸다.

도시된 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10c)은, 디딤판(11)과 챌판(12)으로 형성되며 적어도 하나의 보강 바(reinforced bar)(115)가 상기한 디딤판(11)의 길이 방향으로 평행하게 매설되어 있는 다수의 스텝 유니트(13)와, 두께 6∼8㎝ 정도의 초박형 슬래브(14)와, 상기한 보강 바(115)의 양단에 나사 결합되며 상기한 다수의 스텝 유니트(14) 양측에 노출되게 위치하는 경사 철편(18b)으로 구성된다.

여기서, 상기한 보강 바(115)는 도 3에 나타낸 것과 동일한 것일 수 있으며 그 양단에 너트공(도면부호 미부여)이 형성되어 있어서 볼트(53)를 경사 철편(18b)의 구멍(18e)을 통하여 삽입한 다음 상기한 너트공에 체결하는 형태일 수 있다.

또한, 도시된 예는 슬래브(14)의 두께가 거의 없는 경우이므로 경사 철편(18b)의 양단부를 상방 수평부(18d)와 하방 수평부(18c)로 형성하고 있으며, 경사 철편(18b)은 민자형의 평활한 막대 형상 외에, L자형 경사 철편을 사용할 수도 있다.

또한, 도시하지는 않았지만 상기한 경사 철편(18b)은 벽체에 당접하는 쪽에도 존재할 수 있으며, 슬래브(14)의 두께가 지나치게 얇은 경우가 아니라면 전술한 바와 같은 경사 철근(도 4a 및 4b에서의 도면부호 15)을 설치할 수도 있다.

도시된 바와 같이 계단 슬래브(14)의 두께가 거의 없는 경우는 스텝 유니트(14)를 양측의 경사 철편(18b)이 지지하는 형태가 되며, 이러한 프리캐스트 계단(10c)의 장점으로서는 그 상면은 디딤판(11)과 챌판(12)으로 기존의 계단 구조와 완전히 동일하고 하면은 현장 시공 콘크리트 계단과 같이 경사를 가진 평면으로 이루어져 있으며 대폭적인 경량화가 가능하다는 것이다.

한편, 핸드레일 또는 가이드레일(미도시)을 경사 철편(18b) 또는 디딤판(11)에 설치할 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10,10a,10b,10c)은 슬래브(14)의 두께에 따라 차이는 있지만 0.5∼1.5ton, 바람직하게는 0.5∼0.8ton, 더욱 바람직하게는 0.5∼0.6ton이다.

도 6은 일례로써 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10)의 시공방법에 대한 측면 설명도이다.

도 6은 층참(2a), 중간참(3a) 및 벽체(도 7에서의 도면부호 80)를 동시에 시공하는 본 발명에 따른 시공방법을 나타내며, 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10)의 상단측 슬래브와 하단측 슬래브는 각기 동바리(90,90a)로 지지된 계단참 플레이트 상에 각각 거치된다. 도시된 예에서 벽체 형성용 거푸집은 규격화된 다수의 사각형 거푸집(70,70a,70b,70c)(즉, 순서대로 F,C,A,B 부분)과 계단 슬래브에 매치되는 부분(즉, D 및 E 부분)에 당접하는 규격화된 다수의 삼각형 거푸집(71,71a)으로 구성될 수 있으며, 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10)의 일측면과 상하단면은 그 자체가 거푸집으로 기능하게 된다.

한편, 벽체의 거푸집이 알루미늄 거푸집과 같은 여러 형태의 영구 거푸집인 경우 또는 그 외의 다른 임시 거푸집 형태인 경우의 어느 경우에도 기존의 거푸집과 호환하여 측판이 거푸집의 일부를 이루는 벽체 거푸집을 용이하게 형성할 수가 있다.

도 7은 마찬가지의 일례로써 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10)의 시공방법에 대한 평면설명도이다.

박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10)의 상단측 슬래브와 하단측 슬래브를 동바리에 의해 지지되는 계단참 플레이트 상에 각각 거치하여 임시 지지하고, 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10)의 상단측 슬래브와 하단측 슬래브로부터 노출된 헤드(15a)를 갖는 다수의 경사 철근(15)을 포함하는 영역에 횡철근(19)과 종철근(19a)을 배근한 다음 거푸집을 만들고 이와 동시에 슬래브 일측으로부터 외부로 노출된 수평 늑근(16)은 타설될 벽체(80) 형성 영역 내에 위시킨 상태에서 콘크리트를 타설하여 층참(도 6에서의 도면부호 2a 참조) 및 중간참(도 6에서의 도면부호 3a 참조)을 벽체(80)와 동시에 형성함으로서 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10)이 시공되며, 프리캐스트 계단(10)의 상하 단부와 층참(2a) 및 중간참(3a), 그리고 일측 단부와 벽체(80)가 그 경계면에서의 균열이나 빈 틈 없이 확실하고 견고하게 일체로 연결된다.

본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10,10a,10b,10c)을 제조하기 위한 거푸집은 반복적으로 사용되므로 그 제작에 철제 거푸집을 이용함이 일반적일 수 있으나, 거푸집 제작이 수월성과 제조 원가 저감을 위하여 플라스틱 또는 보강 플라스틱(FRP)으로 틀을 형성하여 사용할 수도 있다.

선택적으로는, 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단(10,10a,10b,10c)을 성형함에 있어서, 당업계 공지의 다양한 유기 또는 무기 안료를 미리 혼합하고 교반한 후, 성형, 양생하는 것에 의해 다양한 칼라로 제조함으로써, 계단 완성 후 칼라 마감 작업을 간편화 또는 생략 가능하게 할 수도 있다.

결론적으로, 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단은 기존의 현장시공 콘크리트 계단에 비해 고강도(40㎫ ∼ 100㎫)를 가지며, 섬유의 혼입으로 인해 연성거동을 보여주며, 수평 늑근과 경사 철편의 연결체가 계단슬래브가 받을 수 있는 휨모멘트를 증가시키는 장점을 가지고 있다. 즉 계단이 설계하중을 받기 위해서는 디딤판 하부에 약 25㎝ 정도 두께의 계단슬래브 형태를 가져야하는데 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단은 바람직하게는 슬래브 두께를 1/3∼1/4 정도까지 줄인 계단슬래브, 특정하게는 약 7㎝ 정도 두께의 계단슬래브를 채택하더라도 디딤판을 연결하는 경사 철편과의 우력작용에 의해 충분한 모멘트를 받을 수 있는 형태가 될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단은 현장에서 거푸집 공사, 동바리 공사 없이 간단하게 거치시키는 작업으로 계단을 설치할 수 있으 며, 프리캐스트 계단의 상하단면은 계단참과 일체가 되도록 참 슬래브 콘크리트를 타설하고, 계단의 일측면은 벽체와 일체가 되도록 벽체 콘크리트를 타설함으로써 3면이 견고하게 고정된 형태의 프리캐스트 계단이 된다.

본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단은 계단 슬래브 두께를 감소시켜 현저히 경량화함에도 불구하고 고강도 및 우수한 연성 거동 등으로 인한 충분한 구조적 내하력과 내구성을 지닌다.

도 1은 종래의 일반적인 계단의 측면도이다.

도 2는 종래의 계단 형태에서 슬래브를 박형화(薄型化)한 경우의 현실적 실현성이 없는 가상도이다.

도 3a 및 도 3b는 종래의 다른 형태의 계단 및 그 조립 구조체에 대한 사시도이다.

도 4a는 본 발명의 바람직한 일구체예에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단에 대한 사시도이다.

도 4b는 본 발명의 다른 바람직한 일구체예에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단에 대한 사시도이다.

도 4c는 도 4a 및 도 4b의 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단에 적용되는 경사 철편을 나타내는 사시도이다.

도 4d는 본 발명의 또 다른 바람직한 일구체예에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단에 대한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일구체예에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단에 대한 조립 상태 개략 설명 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단의 시공방법을 나타내는 측면 설명도이다.

도 7은 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단의 시공방법을 나타내는 평면 설명도이다.

- 도면 중 주요부에 대한 부호의 설명 -

10,10a,10b,10c: 본 발명에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단

11: 디딤판(tread) 12: 챌판(riser)

13: 스텝 유니트(step unit) 14: 슬래브(slab)

15: 경사 철근 15a: 헤드

16: 수평 늑근 16a: 헤드

18,18b: 경사 철편(鐵片) 18a,18e: 구멍

18c: 하방 수평부 18d: 상방 수평부

19: 횡배근 19a: 종배근

70,70a,70b,70c: 사각형 거푸집 71,71a: 삼각형 거푸집

80: 벽체 90,90a: 동바리

Claims (11)

1. 디딤판(tread)과 챌판(riser)으로 형성되는 다수의 스텝 유니트(step unit)와;

   경사 철근과 수평 늑근이 배근되고, 벽체에 연결되는 일측에 수평 늑근의 일단부가 노출되며, 층참 및 중간참에 연결되는 상하측에 각각 경사 철근의 양단부가 노출되고, 상기한 일측에 대향하는 타측에 상기한 수평 늑근의 타단이 직교하게 결합된 경사 철편(鐵片)이 위치하며, 두께 6∼18㎝의 박형(薄型) 슬래브(slab)로 일체로 구성되며;

   상기한 스텝 유니트와 슬래브가 시멘트, 굵은 골재, 일반 모래, 세사, 충전재, 실리카 흄(silica fume), 감수제, 섬유 및 물의 배합 중량비가 1: 0.8∼2.0 : 0.5∼1.1 : 0.3∼0.8 : 0.1∼0.3 : 0.05∼0.2 : 0.05∼0.1 : 0.03∼0.2 : 0.2∼0.4로 구성되고, 양생 후 강도가 40∼100㎫인

   박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단.
2. 제1항에 있어서, 상기한 벽체에 연결되는 일측에도 수평 늑근이 직교하게 관통된 경사 철편이 위치하는 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 슬래브의 두께가 6∼8㎝인 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단.
4. 제3항에 있어서, 경사 철편이 민자형, L자형, 또는 역T자형이고, 상기한 경사 철편이 부분적으로 외부로 노출되어 있는 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단.
5. 제1항에 있어서, 상기한 경사 철근의 노출된 양단부와 수평 늑근의 노출된 일단부에 헤드 또는 헤디드 바(headed bar)가 형성되어 있는 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단.
6. 제1항에 있어서, 상기한 경사 철편이 경사 콘크리트대(11a)에 의하여 매설되어 있는 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 하기의 단계로 구성되는 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단의 시공방법:

    (A) 제1항 또는 제2항에 따른 박형 슬래브를 갖는 프리캐스트 계단의 상측 슬래브와 하측 슬래브를 층참 및 중간참 형성 부분에 위치하는 동바리(support) 상에 위치시키는 계단 거치 단계;

    (B) 동바리 상의 층참 및 중간참 형성 부분에 횡철근과 종철근을 배근하는 단계;

    (C) 층참과 중간참 및 벽체 시공용 거푸집을 조립하되, 노출된 수평 늑근의 일단부를 벽체 형성 부분 내측에 위치함과 동시에, 노출된 경사 철근의 양단부를 층참과 중간참 형성 부분의 내측에 위치하도록 하는 거푸집 조립 단계;

    (D)상기한 층참과 중간참, 그리고 벽체에 콘크리트를 동시에 일체적으로 타설하여 층참과 중간참 그리고 벽체를 일체로 형성시키는 단계.

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