KR100887706B1 - 슬래브 속에 매설되는 스페이서 및 이를 이용한 슬래브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 사용량을 감소시킬 수 있도록 슬래브 속에 매설되는 스페이서에 관한 것으로서, 상기 스페이서는 내부가 비어 있는 중공 형태이며, 상기 스페이서의 중심을 기준으로 수평 방향으로 절단한 단면은 원형이며, 상기 스페이서의 중심을 기준으로 수직 방향으로 절단한 단면은, 중심으로부터의 상하방향 길이가 좌우방향 길이보다 더 긴 것을 특징으로 한다.

스페이서, 수직단면, 수평단면, 좌우방향, 상하방향, 구멍, 상하방향 길이, 좌우방향 길이, 슬래브, 콘크리트, 철근, 끼움틀

Description

슬래브 속에 매설되는 스페이서 및 이를 이용한 슬래브{SPACER INSERTED IN SLAB AND SLAB USING IT}

본 발명은 콘크리트 사용량을 감소시킬 수 있도록 슬래브 속에 매설되는 스페이서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상하 방향 길이가 좌우 방향 길이보다 더 긴 스페이서 및 이를 이용한 슬래브 구조물에 관한 것이다.

일반적으로 중저층 건물이나 고층 건물의 건축시 층과 층 사이에는 반드시 바닥 슬래브를 사용하며 이때 철근과 콘크리트가 주로 사용된다.

통상 콘크리트는 압축 강도는 대단히 크나, 굽힘 모멘트(Bending moment) 작용시 콘크리트는 인장력을 받지 못하므로 이를 철근이 대신하게 된다. 이를 보완하기 위해 통상적으로 슬래브 내부에 철선을 엮어 만든 트러스(TRUSS) 구조물이 내장된다. 이때, 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도 산정은 건물바닥 적재하중, 고정하중, 지진하중, 풍하중 등을 고려하여 이루어진다.

이와 같은 종래의 슬래브가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 콘크리트(100)를 부어 슬래브를 형성하게 되면, 그 철근(200) 구조물이 슬래브 내부에 매설되어 굽힘 및 인장 강도를 증진시키고 콘크리트의 크랙 발생을 차단 하도록 하는 역할을 수행한다.

이와 같이 고층 건물의 건축시 사용되는 슬래브 구조물은 다양한 장점을 가짐에도 불구하고 콘크리트로 인한 큰 자중 때문에 철근량이 과다하게 필요하게 되어 왔다. 즉, 콘크리트 구조물의 자중 증가로 인하여 철근량을 증가시키는 결과로 이어지는 악순환이 발생되고 있다.

특히, 최근에는 오일 가격 및 국제 원자재 가격의 상승으로 인해 철근 및 콘크리트 재료의 단가가 증가하여 건설 공사비 상승으로 이어지고 채산성이 낮아지는 문제점이 있었다.

또한, 철근과 콘크리트의 생산시 발생되는 이산화 탄소(CO₂)는 각종 환경 규제의 대상이 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 콘크리트가 많아 사용되는 큰 두께의 슬래브 층이 요구되는 경우에도 콘크리트 사용량을 크게 증대시키지 않는 슬래브 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 슬래브 층 내부에 스페이서를 삽입함으로써 콘크리트 사용량을 절감할 수 있는 슬래브 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 슬래브의 스페이서를 상하로 긴 형태로 구성함으로써 슬래브 층의 하단부에도 콘크리트가 용이하게 타설될 수 있는 스페이서 및 이를 이용한 슬래브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 콘크리트 사용량을 절감하고 이산화탄소 배출을 억제할 수 있는 스페이서 및 이를 이용한 슬래브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명은 콘크리트 사용량을 감소시킬 수 있도록 슬래브 속에 매설되는 스페이서에 있어서, 상기 스페이서는 내부가 비어 있는 중공 형태이며, 상기 스페이서의 중심을 기준으로 수평 방향으로 절단한 단면은 원형이며, 상기 스페이서의 중심을 기준으로 수직 방향으로 절단한 단면은, 중심으로부터의 상하방향 길이가 좌우방향 길이보다 더 긴 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 스페이서는, PP나 PE 계열의 플라스틱, 나무로 구성된 합판, 알루미늄이 포함된 금속, 스티로폼 중 하나로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스페이서의 중심 주위의 중앙부는 원기둥 형상으로 이루어지고, 상기 스페이서의 중앙부로부터 상하 방향으로의 외곽부는 각각 대칭적인 반구 또는 돔 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 스페이서의 중앙부로부터 상하방향으로의 외곽부 중 적어도 하나에는 소정 크기의 구멍이 형성될 수 있다.

이때, 상기 구멍의 둘레에는 외부로 튀어나온 돌출부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 스페이서의 중심으로부터 상하방향 길이는 좌우방향 길이의 0.3 내지 5배인 것이 바람직하다.

이때, 상기 스페이서는 좌우방향 및 상하방향으로 각각 형성되어 서로 교차되고, 일정 두께로 외부로 돌출된 지지 프레임을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 슬래브는, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 스페이서와, 상기 복수의 스페이서의 양 측면과 결합되어 상기 스페이서를 고정하도록 구성된 스페이서 끼움틀과, 상기 끼움틀의 상부 및 하부에 종으로 평행하게 배치되는 철근과, 상기 스페이서, 끼움틀, 철근 사이에 배치되어 결합 가능하도록 일정 두께를 형성하는 콘크리트를 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 끼움틀은, 평행하게 배치되는 한 쌍의 하부 선부재와, 상기 하부 선부재의 상부에 평행하게 배치되는 하나 이상의 상부 선부재와, 상기 하부 선부재 및 상부 선부재와 직교하게 배치되어 상기 하부 선부재 및 상부 선부재를 연결 지지하는 복수의 연결 선부재를 포함할 수 있다.

이때, 상기 끼움틀의 연결 선부재는 하면이 개방된 'ㄷ'자 형상으로 이루어 지고, 개방된 하면 폭이 상면 폭보다 길게 또는 짧게 형성됨으로써, 상기 스페이서는 하면으로부터 상면 방향으로 끼워지는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성됨으로써, 본 발명은 콘크리트가 많이 사용되는 큰 두께의 슬래브층이 요구되는 경우에도 콘크리트 사용량을 크게 증대시키지 않고 슬래브 층을 구성할 수 있다.

또한, 슬래브를 상하 방향으로 길게 형성함으로써 슬래브의 스페이서 하단부에도 콘크리트가 용이하게 타설될 수 있다.

아울러, 슬래브 시공시 콘크리트 타설량을 줄임으로써 이산화탄소(CO₂)배출을 억제하고 환경 규제에도 유연하게 대처할 수 있다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하되, 이는 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로써 본 발명의 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

이하에서는 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

우선 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 스페이서의 구조를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서가 포함된 슬래브를 도시한 사시도, 도 3a 및 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서 및 끼움틀을 도시한 단면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서를 도시한 사시도, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서의 수직 방향 단면과 수평 방향 단면을 도시한 단면도, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스페이서를 도시한 사시도, 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서에 있어서 높이에 따른 수직 단면을 도시한 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슬래브 구조물은 슬래브 층 내부에 스페이서(10) 및 스페이서 끼움틀(20)을 포함한다. 콘크리트 내부에 스페이서(10)를 삽입함으로써 콘크리트 사용량을 절감할 수 있으며, 스페이서 끼움틀(20)은 스페이서(10)를 고정 지지하고 스페이서 사이의 간격을 유지하는 역할도 수행한 다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 스페이서(10)는 좌우 방향보다 상하 방향으로 긴 형태이며, 다양한 재질의 재료가 사용될 수 있다. 일반적으로 PP나 PE 계열의 플라스틱으로 제조될 수 있으며, 나무로 구성된 합판, 알루미늄이 포함된 금속, 스티로폼 등도 사용 가능하다. 이와 달리 다양한 재료가 사용될 수도 있다.

또한, 스페이서는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 것처럼 일정한 두께를 가지고 내부가 비어 있는 중공 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 스페이서(10)는 상하로 분할하여 제작 가능하며 상하 부분을 서로 맞대고 열용착 등의 방법에 의해 서로 접합함으로써 내부가 빈(void) 공간을 가진 중공을 형성할 수 있다. 이와 달리 스페이서(10)는 다른 방법에 의해 제조될 수도 있다는 점이 이해될 것이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 끼움틀(20)은 스페이서(10)를 고정시키고 스페이서의 간격을 일정하게 유지하는 역할을 하며, 상부 선부재(21), 하부 선부재(22), 연결 선부재(23)를 포함할 수 있다.

상부 선부재(21)는 스페이서의 상부에 배치되어 있으며 하부 선부재(22)는 스페이서의 하부에 상부 선부재(21)와 평행하게 배치된다. 연결 선부재(23)는 하부 선부재(22) 및 상부 선부재(21)와 직교하게 배치되어 하부 선부재 및 상부 선부재를 연결 지지한다. 상부 선부재(22)는 하나 또는 두 개 이상의 선부재가 사용될 수 있다.

끼움틀(20)의 연결 선부재(23)는 하면이 개방된 'ㄷ'자 형상으로 이루어져 있으며, 개방된 하면부의 폭이 상면부의 폭보다 더 길게 또는 짧게 형성될 수 있 다. 하면부의 폭과 상면부의 폭의 길이를 길거나 짧게 만듦으로써 스페이서(10)가 하면으로부터 상면 방향으로 끼워지는 경우에 끼움틀 안에서 완전히 고정되도록 한다. 이때, 복수의 스페이서(10)는 끼움틀(20)의 복수의 연결 선부재(23) 사이에 차례로 끼워져서 고정될 수 있다.

이와 같이 구성됨으로써, 스페이서(10)의 끼움틀(20)은 여러 개의 스페이서(10)를 고정하고 간격을 유지하는 것이 가능하게 된다.

끼움틀(20)과 스페이서(10)는 별도로 제작된 뒤 건설 현장에서 서로 결합하여 사용할 수도 있으며, 미리 결합되어 현장에서 시공될 수도 있다.

도 2에 도시된 것처럼, 끼움틀(20)과 스페이서(10)의 상부 및 하부에는 철근(200)이 배치되고, 스페이서(10), 끼움틀(20), 철근(200) 사이에는 콘크리트(100)가 일정 두께로 타설된다. 철근(200)은 상부철근과 하부철근으로 나누어 입체적으로 다양하게 배치될 수 있다. 스페이서(10)가 콘크리트(100) 사이에 배치됨으로써 콘크리트 타설량을 줄일 수 있으며, 원가 절감에도 기여할 수 있다.

한편, 도 4, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 스페이서(10)는 상하 방향으로 긴 형태이며 중앙부로부터 상부 또는 하부 외곽부에는 구멍(10a)이 형성될 수 있다. 공기 구멍(10a)은 열팽창에 의한 손상을 방지하며, 생산 및 보관의 편의성을 높이고 시공 후의 구조적 안전성이 보장되게 한다.

스페이서의 구멍(10a) 둘레에는, 도 5b에 도시된 것처럼, 외부로 튀어나온 돌출부(10b)가 형성되는 것이 바람직하다. 돌출부(10b)가 형성됨으로써 구멍 내부로 콘크리트가 들어가는 것을 방지하며, 소음, 진동 효과를 감소시키는 역할을 수 행하게 된다.

이와 같은 스페이서(10)는 긴 형태의 공 형상의 중심(무게중심)을 기준으로 수평 방향으로 절단한 단면은 도 5c와 같은 원형 형상이 된다.

또한, 도 5a에 도시된 바와 같이, 스페이서(10)의 중심(O)을 기준으로 수직 방향으로 절단한 단면은, 중심(O)으로부터의 상하 방향 길이(B)가 좌우 방향 길이(A)보다 더 긴 형상이 된다.

이때, 스페이서(10)의 중앙부는 원기둥 형상으로 이루어질 수 있으며, 스페이서(10)의 중앙부로부터 상하 방향으로의 외곽부는 각각 대칭적인 반구 형상 또는 돔 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 중앙부를 도시한 단면은 B1 부분이고, 외곽부를 도시한 단면은 B2가 된다는 것을 알 수 있다.

상하 방향 길이(B)가 좌우 방향 길이(A)보다 더 길게 형성됨으로써 높은 두께가 요구되는 슬래브 구조물에도 본 발명에 따른 스페이서를 사용하는 것이 가능하게 된다. 또한, 큰 높이가 요구되는 슬래브에도 콘크리트 타설량을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 스페이서의 형상을 반구 형상 또는 돔 형상으로 구성함으로써 콘크리트의 타설로 인한 하중을 골고루 분산시키고 콘크리트 사용량을 절감할 수 있게 된다.

한편, 도 7에 도시된 것처럼, 스페이서(10)의 상하 방향, 즉 Y 방향으로의 길이는 좌우 방향, 즉 X 방향으로의 길이보다 더 긴 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 스페이서(10)의 상하 방향, 즉 Y 방향으로의 길이, 높이(B)는 좌우 방향, 즉 X 방향으로의 길이, 지름(A)의 1.1배 내지 5배가 되는 것이 바람직하다.

스페이서의 좌우 방향으로의 길이, 즉 지름(A)은 일반적으로 100 내지 600mm가 많이 사용되며 상하 방향으로의 길이(B)는 지름(A)보다는 길어야 한다.

또한, 도 6에 도시된 것처럼, 스페이서(10)는 지지프레임(11)이 배치될 수도 있다. 스페이서(10)의 지지프레임(11)은 좌우방향 및 상하방향으로 각각 형성되어 서로 교차되도록 형성되어 있으며, 일정 두께로 외부로 돌출되어 있다.

지지프레임(11)은 콘크리트의 자중으로 인한 힘을 스페이서에서 지지하고 스페이서 형상을 유지시키는 역할을 한다. 본 실시예와는 달리 지지프레임은 다양한 형태로 형성될 수 있다.

다음으로는 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 스페이서를 사용함으로써 도출되는 효과를 설명하기로 한다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래브에 있어서 스페이서를 삽입한 상태와 제거한 상태를 도시한 사시도, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서를 포함한 슬래브를 도시한 단면도, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서를 포함한 슬래브를 건축물에 시공한 상태를 도시한 평면도이다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 스페이서(10)를 사용한 상태와 제거한 상태를 비교하면 콘크리트(100)의 사용량이 절감됨을 명확히 알 수 있다.

스페이서를 사용한 상태를 도시한 단면도가 도 9에 도시되어 있다. 스페이서(10)가 차지하는 부피만큼은 콘크리트(100)가 타설되지 않음으로써 콘크리트 사 용량 및 무게를 절감할 수 있게 된다.

이를 구체적으로 살펴보면, 스페이서(10)가 삽입된 경우에는 스페이서(10)의 부피만큼 콘크리트 사용량이 절감된다. 만약 600mm 두께의 슬래브 층에 콘크리트를 타설한다고 가정하면, 스페이서(10)가 삽입되지 않은 경우에는 전체 두께인 600mm 에 콘크리트가 타설되어야 하는 반면 스페이서(10)를 삽입한 경우에는 스페이서(10)의 부피로 인해 대략 400mm 두께 정도의 콘크리트가 타설되면 된다. 즉, 스페이서가 삽입되지 않은 경우의 콘크리트 두께 600mm에 비해 약 30% 정도의 콘크리트 타설양이 줄어듦을 알 수 있다. 스페이서(10)의 지름과 수직 방향 높이를 변화시키더라도 콘크리트 타설량이 10% 내지 50% 절감된다.

한편, 스페이서(10)가 삽입된 경우와 삽입되지 않은 경우의 강성을 비교해 보면, 스페이서를 삽입한 슬래브 구조체와 동일한 강성을 갖는 등가강성의 슬래브 두께는 응력 중심거리가 H빔 형태의 플랜지(FLANGE) 내부에 있기 때문에 단면 2차 모멘트를 이용하면, 스페이서를 삽입한 슬래브 구조체의 경우에 전체가 콘크리트로 채워진 슬래브와 비교하여 강성두께에도 큰 차이가 발생하지 않게 된다.

이는 스페이서(10)를 삽입한 슬래브 구조체가 H빔의 형태와 유사한 형태를 갖기 때문이다. 즉, 스페이서(10)의 공간을 제외하면 도 9에 도시된 단면은 대략 H빔의 형태가 되며, 이는 재료를 최대한 줄이면서 강성을 확보하는 구조가 된다.

이와 같이, 세로 방향으로 길이가 긴 스페이서를 콘크리트 내부에 삽입함으로써 콘크리트 무게 및 사용량은 크게 절감할 수 있는 반면에 콘크리트 강성은 크 게 차이가 나지 않는 슬래브 구조체와 콘크리트 속의 최소철근비도 절감되고 제작 및 시공할 수 있음을 알 수 있다.

도 10에는 주상복합 건물에 스페이서가 삽입된 슬래브 구조체가 설치된 평면도가 도시되어 있다. 이와 같이 전체 바닥 면을 콘크리트로 타설할 때 스페이서를 이용해 콘크리트 두께 및 콘크리트 철근 사용량을 줄임으로써 이산화탄소(CO₂)의 배출량도 크게 절감할 수 있게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 슬래브를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서가 포함된 슬래브를 도시한 사시도.

도 3a 및 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서 및 끼움틀을 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서를 도시한 사시도.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서의 수직 방향 단면과 수평 방향 단면을 도시한 단면도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스페이서를 도시한 사시도.

도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서에 있어서 높이에 따른 수직 단면을 도시한 단면도.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래브에 있어서 스페이서를 삽입한 상태와 제거한 상태를 도시한 사시도.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서를 포함한 슬래브를 도시한 단면도.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서를 포함한 슬래브를 건축물에 시공한 상태를 도시한 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 콘크리트

200: 철근

300: 슬래브

10: 스페이서

10a: 공기구멍

10b: 돌출부

11: 지지 프레임

20: 끼움틀

21: 상부 선부재

22: 하부 선부재

23: 연결 선부재

O: 스페이서 중심

X: 좌우방향

Y: 상하방향

A: 스페이서 중심으로부터 좌우방향으로의 길이(좌우방향 지름)

B: 스페이서 중심으로부터 상하방향으로의 길이(상하방향 높이)

B1: 스페이서의 반구 또는 돔 형상부의 상하방향 길이

B2: 스페이서의 원기둥 형상부의 상하방향 길이

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 콘크리트 사용량을 감소시킬 수 있도록 슬래브 속에 매설되는 스페이서에 있어서,

   상기 스페이서는 내부가 비어 있는 중공 형태이며,

   상기 스페이서의 중심(O)을 기준으로 수평 방향으로 절단한 단면은 원형이며,

   상기 스페이서의 중심을 기준으로 수직 방향으로 절단한 단면은, 중심으로부터의 상하방향 길이가 좌우방향 길이보다 길고,

   상기 스페이서의 중심 주위의 중앙부는 원기둥 형상이고, 상기 스페이서의 중앙부로부터 상하 방향으로의 외곽부는 각각 대칭적인 반구 또는 돔 형상으로 이루어지고,

   상기 스페이서의 중앙부로부터 상하방향으로의 외곽부 중 적어도 하나에는 소정 크기의 구멍이 형성되고, 상기 구멍의 둘레에는 외부로 튀어나온 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬래브 속에 매설되는 스페이서.
6. 제5항에 있어서,

   상기 스페이서의 중심으로부터 상하방향 길이(B)는 좌우방향 길이(A)의 1.1배 내지 5배인 것을 특징으로 하는 슬래브 속에 매설되는 스페이서.
7. 제6항에 있어서,

   상기 스페이서는 좌우방향 및 상하방향으로 각각 형성되어 서로 교차되고, 일정 두께로 외부로 돌출된 지지 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래브 속에 매설되는 스페이서.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 스페이서와,

   상기 복수의 스페이서의 양 측면과 결합되어 상기 스페이서를 고정하도록 구성된 스페이서 끼움틀과,

   상기 끼움틀의 상부 및 하부에 종으로 평행하게 배치되는 철근과,

   상기 스페이서, 끼움틀, 철근 사이에 배치되어 결합 가능하도록 일정 두께를 형성하는 콘크리트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서가 포함된 슬래브.
9. 제8항에 있어서,

   상기 끼움틀은,

   평행하게 배치되는 한 쌍의 하부 선부재와,

   상기 하부 선부재의 상부에 평행하게 배치되는 하나 이상의 상부 선부재와,

   상기 하부 선부재 및 상부 선부재와 직교하게 배치되어 상기 하부 선부재 및 상부 선부재를 연결 지지하는 복수의 연결 선부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서가 포함된 슬래브.
10. 제9항에 있어서,

    상기 끼움틀의 연결 선부재는 하면이 개방된 'ㄷ'자 형상으로 이루어지고, 개방된 하면 폭이 상면 폭보다 길게 또는 짧게 형성됨으로써,

    상기 스페이서는 하면으로부터 상면 방향으로 끼워지는 것을 특징으로 하는 스페이서가 포함된 슬래브.

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