KR100971722B1

KR100971722B1 - 지지력이 증진된 쉘 기초구조물

Info

Publication number: KR100971722B1
Application number: KR1020080020713A
Authority: KR
Inventors: 김상환; 신종호; 박인준; 최충식
Original assignee: 주식회사 포스코건설
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2010-07-22
Also published as: KR20090095402A

Abstract

본 발명은 대형화 되는 지상구조물 기초 저면에 시공되는 쉘 기초구조물에 관한 것으로서, 상기 쉘 기초구조물은 방사형으로 하방 경사진 쉘 판 형태인 몸통부 및 상단으로 이루어지도록 하되, 상기 몸통부가 지반 내부로 근입되도록 설치되며, 상기 상단은 기둥 또는 봉 형태의 부재로써 몸통부 상방으로 연장 돌출되도록 형성되도록 한다.

기초구조물, 쉘

Description

지지력이 증진된 쉘 기초구조물{BEARING-CAPACITY-ENHANCED SHELL FOUNDATION}

본 발명은 지지력이 증진된 쉘 기초구조물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 지반에 매립되어 상부구조물로부터 전달되는 하중을 지반에 전달하는 기초구조물로서 보다 경제적인 시공 및 지지력이 증진된 쉘 형태의 기초구조물에 관한 것이다.

지상의 구조물이 안전하게 지반(20)에 설치되기 위해서는 지반과 지상구조물을 연결해 주는 매개물이 필요한데 이러한 매개물이 바로 기초구조물이다.

이러한 기초구조물의 역할은 모든 지상구조물(30)에 있어서 안전성의 확보라는 측면에서 모든 지상구조물에 없어서는 안 될 필수 요소인 것이다.

이에 기초구조물은 지상구조물의 안전성과 직결되는 필수 요소이기에 경제적인 접근보다는 안전성 위주의 접근방식을 채택하여 발전하여 온 것이 오늘날의 실정이다.

특히 지상구조들의 규모가 커지면서 하중의 분배를 위해 기초구조물이 대형화 되고 기초구조물 설치개소가 많아지며, 따라서 통상 철근콘크리트로 제작되는 기초구조물에 사용되는 콘크리트와 철근량이 증가하게 된다.

도 1은 통상 철근콘크리트로 제작되는 기초구조물의 예를 도시한 것이다.

상기 도 1의 아래 좌측 기초구조물에 의하면 원형 판 형태의 저판(11)과 상기 저판(11) 개략 중앙 상면에 상방 연장 돌출된 기둥형태의 상단부(12)로 이루어진 기초구조물을 확인할 수 있다.

이러한 기초구조물(10)의 상단부(12)의 상면에는 지상구조물(30)이 직접 지지되도록 하여 지상구조물(30)로부터 전달되는 하중이 기초구조물(10)을 매개물로 하여 지반(20)에 전달되도록 하게 된다.

또한 도 1의 아래 우측 기초구조물(10)에 의하면 사각판 형태의 저판(13)과 상기 저판(11) 개략 중앙 상면에 상방 연장 돌출된 기둥형태의 상단부(12)로 이루어진 기초구조물을 확인할 수 있으며, 도 1의 아래 좌측 기초구조물과 단지 저판(11,13)의 형태에 차이가 있을 뿐이라 할 수 있다.

이에, 지상구조물의 초고층 화되고 대형화 될 경우 이러한 도 1에 의한 기초구조물(10)의 단면크기도 역시 대형화 될 수밖에 없고, 이러한 대형화된 기초구조물(10)은 그 제작 및 운반의 어려움 때문에 현장에서 직접 터파기, 거푸집 설치 및 콘크리트 타설 등의 공종을 통해 시공되는 것이 일반적이다.

따라서 대형화 추세에 있는 기초구조물(10)에 있어서는 경제적 측면을 위한 세밀한 검토가 없을 경우 매우 비효율적인 기초구조물(10)의 설계 및 시공이 이루어질 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 대형화되고 있는 지상구조물을 설계 및 시공함에 있어서 그 안전성을 확보함과 더불어 지상구조물에 사용되는 기초구조물의 경제적인 시공이 가능하도록 하여 결국 보다 효율적이고 경제적인 지상구조물 시공이 가능하도록 함을 그 기술적 과제로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같이 구성된다.

첫째, 지반 내부에 근입되어 상단(120)이 상부구조물에 접하도록 형성되어 상부구조물의 하중을 전달하여 지반에 전달하는 기초구조물(100)로써, 상기 기초구조물은 수평단면이 원형단면으로 형성되는 것으로서 방사형으로 하방 경사진 쉘 판 형태인 몸통부(110)로 이루어지도록 하되, 상기 몸통부가 지반(400) 내부로 근입되도록 설치되도록 하고, 상기 몸통부 상단(120)은 기둥 형태의 부재로써 몸통부 상방으로 연장 돌출되도록 하였다.

결국, 기초구조물(100)은 몸통부(110)가 깔때기 형태의 쉘 판 형태로써 제작되며 상단(120)이 주두부로써 기둥형태의 부재로 형성되도록 한 것이다.

둘째, 상기 기초구조물(100)은 대형화 되고 있는 지상구조물(500)의 저면과 일체화 되면서 지반(400)에 매립되는 형태로 시공되도록 함에 있어서, 이를 프리캐스트 제품 또는 현장에서 직접 제작 및 시공할 수 있도록 하였다.

본 발명에 의한 기초구조물에 대한 수치해석을 통하여 여러 가지 Case의 기초구조물에 대한 침하와 기초구조물의 저면의 응력상태를 파악하고 기초구조물의 거동을 분석하여 기초구조물의 근입 깊이를 결정하기 위한 목적으로 해석을 실시하였다.

1. 2D 수치해석 조건 및 모델링

가. 수치해석 조건 및 사용물성

상기 수치해석은 다음 표와 같이 12가지 Case로 분류하여 각각 항목에 대하여 분석하였다.

분류 Case	몸통부 내측면 사이의 각도(θ)	근입비 (B/Df)	비고
Case a-1	180	75%	종래 기초구조물
Case a-2	180	50%
Case a-3	180	25%
Case b-1	120	75%	본 발명에 의한 기초구조물
Case b-2	120	50%
Case b-3	120	25%
Case c-1	90	75%
Case c-2	90	50%
Case c-3	90	25%
Case d-1	60	75%
Case d-2	60	50%
Case d-3	60	25%

해석에 사용된 지반 및 기초는 적당한 지반 강도를 위하여 마사토로 모사하였으며, 철근 콘크리트를 하나의 단일 Solid로 구성하여 모사하였다. 적용 물성은 다음 표와 같다.

구성매질	E	υ	τ	c	Φ	type
지반(마사토)	1700	0.3	1.69	2.63	28	mohr coulomb
기초(철콘)	2000000	0.3	2.5			elastic

나. 하중 및 경계조건

해석에 적용한 하중은 기초구조물과 지반의 자중과 총 하중 100tonf를 20단 계로 나누어 각각 5tonf 씩 증가하여 재하 하였으며, 경계조건은 해석프로그램인 MIDAS GTS의 User defined 모델인 Ground support 기능을 사용하였다.

이로 인해 기초구조물의 좌· 우측 경계부에는 UX방향으로 변위를 제어하였으며, 모델 저면에는 각각 UX, UZ방향으로 변위를 구속시켰다.

또한 기초구조물의 영향반경을 검토한 사전 수치 해석 결과를 통하여 기초구조물 폭의 약 5배로 하부, 좌· 우측부 Boundary를 설정하였으며 도 2와 같다.

다. 해석 순서

본 해석은 종래 기초 구조물(Footing Foundation)과 본 발명에 의한 기초구조물(Shell Foundation)의 심도(B/Df,근입 깊이)별, 몸통부 내측면 사이의 각도(θ)별 기초구조물 저면의 변위와 응력 검토를 목적으로 하므로 별도의 시공단계는 배제하였으며 해석 순서는 다음과 같다.

- Geometry 구성 및 Mesh 생성 (Modeling 단계)

- 경계조건 설정

- 자중 부여 및 변위 초기화

- 단계적으로 하중 부여 (Load Step 20)

라, 결과 검토

첫째, 기초구조물 저면의 변위(처짐) 검토를 살펴보면,

각 몸통부 내측면 사이의 각도(θ)별 심도(근입 깊이)에 따른 처짐을 검토하였을 때 도 3에서 나타나듯이 가장 저 심도인 B/Df=25% 근입깊이를 가진 기초에서 침하가 가장 많이 발생하는 것을 알 수 있었다.

각각의 심도(근입 깊이)별 몸통부 내측면 사이의 각도(θ)에 따른 기초구조물 저면의 변위(처짐)의 크기는 도 4와 같이, 기초구조물의 중앙부위의 저면에서 Case-b 즉 θ=120°에서 가장 컸으며, 기초구조물의 양 끝단에서는 Case-d 즉 θ=60°인 기초구조물이 가장 크게 나타났다.

둘째, 기초구조물 저면의 응력 검토를 살펴보면, 도 5와 같이,

각 몸통부 내측면 사이의 각도(θ)별 심도(근입 깊이)에 따른 응력을 검토하였을 때 θ=180°,θ=120°에서는 가장 저 심도인 B/Df=25%인 근입 깊이를 가진 기초구조물에서 가장 크게 나타났으며, θ=90°,θ=60°에서는 기초구조물 저면 중앙부에서는 B/Df=25% 인 근입 깊이를 가진 기초구조물에서 가장 크게 나타났고, 기초구조멸 저면 양끝단에서는 B/Df=50%인 기초구조물에서 가장 크게 나타났다.

각각의 심도(근입 깊이)별 몸통부 내측면 사이의 각도(θ)에 따른 처짐의 크기는 기초구조물의 중앙부위의 저면에서 Case-b 즉 기초구조물의 각도가 θ=120°에서 가장 컸으며, 기초구조물의 양 끝단에서는 모든 기초구조물이 비슷한 경향을 보이는 것으로 나타났다.

위의 결과로 보아 B/Df=75% 일 때, 도 6과 같이 기초구조물의 침하 및 응력이 가장 적게 나타났다.

2. 3D 수치해석 조건 및 모델링

다음으로는 위 2D 수치해석을 기초로 본 발명에 의한 기초구조물(Shell Foundation)에 대하여 그 변위 및 응력 검토를 위한 3차원 수치해석을 수행하였으며, 이에 상기 수치해석은 최적의 근입 깊이인 B/Df=75%를 도출하여 적용하였다.

가. 해석 조건 및 모델링

본 해석은 다음과 같이 5가지 Case로 분류하여 각각 항목에 대하여 분석하였다.

분류 Case	몸통부 내측면 사이의 각도(θ)	비 고	근입비 (B/Df)
Case 1	180	사각 Foundation	75%
Case 2	180	원형 Foundation
Case 3	120	Shell Foundation
Case 4	90	Shell Foundation
Case 5	60	Shell Foundation

역시 본 해석에 사용된 지반 및 기초구조물은 적당한 지반 강도를 위하여 마사토로 모사하였으며, 철근 콘크리트를 하나의 단일 Solid로 구성하여 모사하였다. 적용 물성은 다음과 같다.

구성매질	E	υ	τ	c	Φ	type
지반(마사토)	1700	0.3	1.69	2.63	28	mohr-coulomb
기초(철콘)	2000000	0.3	2.5			elastic

나. 하중 및 경계조건

해석에 적용한 하중은 기초구조물과 지반의 자중과 총 하중 1tonf를 5단계로 나누어 각각 0.2tonf 씩 증가하여 재하 하였으며,

경계조건은 해석프로그램인 MIDAS GTS의 경계조건 자동설정 모델인 Ground support 기능을 사용하였다.

이로 인해 기초구조물의 좌·우측 경계부에는 UX방향, 모델 전·후방부는 UY방향으로 변위를 제어하였으며, 모델 저면에는 각각 UX, UZ, UY방향으로 변위를 구속시켰다.

본 해석은 종래 기초 구조물(Footing Foundation)과 본 발명에 의한

기초구조물(Shell Foundation)의 몸통부 내측면 사이의 각도별 기초구조물 저면의 응력 검토를 목적으로 해석 순서는 다음과 같다.

- Geometry 구성 및 Mesh 생성 (Modeling 단계)

- 경계조건 설정

- 자중 부여 및 변위 초기화

- 단계적으로 하중 부여 (Load Step 5)

다. 해석 결과

각 Case 별 변위 및 응력 분포양상은 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d 및 도 7e와 같다.

라. 결과 검토

각 Case별 기초구조물 저면의 변위(처짐)와 응력은 다음과 같다.

- Case 1-사각 Foundation

	Load 1	Load 2	Load 3	Load 4	Load 5
변위(mm)	0.617494	1.2352	1.85534	2.48409	3.13175
응력(tonf/m²)	-14.0579	-26.5638	-39.0835	-51.6489	-64.3013

- Case 2-원형 Foundation

	Load 1	Load 2	Load 3	Load 4	Load 5
변위(mm)	0.652164	1.30433	1.95808	2.62714	3.31713
응력(tonf/m²)	-16.9993	-33.2713	-49.5566	-65.9682	-82.534

- Case 3-Shell Foundation(θ=120°)

	Load 1	Load 2	Load 3	Load 4	Load 5
변위(mm)	1.24576	2.50233	3.81712	5.1892	6.60136
응력(tonf/m²)	-28.7047	-55.8144	-81.4057	-106.937	-132.517

- Case 4-Shell Foundation(θ=90°)

	Load 1	Load 2	Load 3	Load 4	Load 5
변위(mm)	0.698671	1.398525	2.103165	2.838455	3.60356
응력(tonf/m²)	-21.3526	-35.1254	-49.2253	-64.9311	-81.6832

- Case 5-Shell Foundation(θ=60°)

	Load 1	Load 2	Load 3	Load 4	Load 5
변위(mm)	1.018555	2.05051	3.157255	4.311155	5.607325
응력(tonf/m²)	-17.563	-30.1677	-42.7629	-54.5211	-66.0401

도 8의 해석 결과에서 보여 지듯이 각각 침하(변위)는 몸통부 내측면 사이의 각도 θ=120°에서 가장 크며 사각 기초구조물에서 가장 작게 나타났으며, 그 차이는 약 100%정도인 것으로 나타났다.

또한 응력검토에서는 θ=120°에서 가장 크게 나타났으며, 사각 기초구조물과 θ=60°에서 가장 작은 것으로 나타났고 그 차이 역시 100% 정도인 것으로 나타났다.

마. 지지력 산정

위에서 살펴본 종래 기초구조물(사각형, 원형 Foundation) 본 발명에 의한 기초구조물(몸통부 내측면 사이의 각도:θ=120°,θ=90°,θ=60°)형태의 3D 수치해석을 시행하여 얻은 하중-침하를 고려하여 산정하여 본 결과는 도 9와 같으며, 이를 토대로 지지력을 산정하여 본 결과는 아래와 같다.

따라서 종래 기초구조물과 본 발명에 의한 기초구조물의 지지력을 비교하여본 결과 본 발명에 의한 기초구조물이 종래 기초구조물에 비해 지지력이 약 17%정도 높았으며, θ=60°에서는 약 21%정도의 지지력을 더 가지는 것을 알 수 있었다.

기초형태	사각형 기초구조물	원형 기초구조물	본 발명의 기초구조물 (θ=120°)	본 발명의 기초구조물 (θ=90°)	본 발명의 기초구조물 (θ=60°)
지지력	0.58	0.5	0.63	0.64	0.68

3. 모형시험 내용 및 방법

가. 실험개요

기초구조물의 형상을 달리한 본 발명에 의한 기초구조물(Shell Foundation)의 형상과 종래 기초구조물(Footing Foundation)을 동일한 조건하에서 시험함으로써 제하하중에 따른 기초의 지지력 및 침하량을 측정하고 결과를 비교 분석하여 본 발명의 우위성을 제시하고 이러한 우위성이 부피의 증가가 아닌 구조적 우수성에 의한 향상임을 나타냄으로써 재료적 비용 절감에 따른 경제적 효율성을 역설하고 최적 형상을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 의한 기초구조물(Shell Foundation)의 시험적 연구는 정적거동 평가 방법에 부합될 수 있도록 계획하였으며, 최적의 구조 형태를 도출하기 위하여 본 발명에 의한 기초구조물(Shell Foundation)의 몸통부 내측면 사이의 각도를 θ=120° ,θ=90° ,θ=60°인 모형을 제작하고 이와 동일 면적비를 갖는 일반적인 원형기초와 정사각형 기초를 제작하여 대조군 시험을 실시하였다. 또한, 기초구조물의 지반조건에 따른 지지력 변화 양상을 보기위한 시험을 실시하였다.

나. 시험장비 및 모형지반

본 시험의 지반조성은 표준사를 사용하며, 시험데이터 값의 신뢰성을 위하여 표준사의 기본 물성치를 재확인하고 강사 높이 조절이 가능한 강사기를 이용하여 느슨한 지반과, 중간 조밀한 지반을 조성하였다.

지반조성 후 종래 기초구조물과 본 발명의 기초구조물(원형 Shell Foundation)의 각도를 변화시킨 3가지의 Case를 구성하였다.

또한 도 10과 같이 모형 기초구조물 상부에 가해지는 하중을 로드셀을 통하 여 측정함으로써 시험오차를 줄였다.

다. 지반조성 재료 특성

(1) 기본물성시험

아래와 같이 본 시험의 지반은 비중 2.6, 유효입경(D₁₀) 0.21mm의 비소성 물성을 지닌 전형적인 사질토(주문진 표준사)로써 균등계수(C_g) 1.19의 매우 균등한 입도분포를 지녔으며, 통일분류법상 SP로 분류된다.

(2) 상대밀도시험

상대밀도(relative density)는 사질토의 밀(dense)한 상태나 느슨한(loose)한 상태를 상대적으로 나타내는 요소로 0%부터 100% 사이의 값을 가지며,

다짐 몰드(부피 2830㎤)에 상대밀도를 유지하기 위해 일정 높이에서 채를 통과시켜 낙하하여 낙하 높이 및 낙하 속도에 따른 상대밀도시험을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

지반조건	단위중량(kPa)	상대밀도(%)	간극비
느슨한 지반	13.51	32	0.911
중간 조밀한 지반	14.22	59	0.811

(3) 기초모형은 도 11과 같다.

(4) 모형시험 결과 및 분석

모형 실내 시험의 각 기초구조물별로 3번씩 침하량을 측정하였으며, 오차를 줄이기 위해 하중에 따른 평균 침하량 산정하여 하중-침하량 그래프를 나타내어 본 결과는 도 12와 같다.

위에서 보여준 종래 기초구조물(사각형, 원형 기초구조물), 본 발명에 의한 기초구조물(θ=120°, θ=90°,θ=60°)형태의 실험을 실시한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

종래 기초구조물과 본 발명에 의한 기초구조물의 지지력을 비교하여본 결과 본 발명에 의한 기초구조물이 종래 기초구조물에 비해 지지력이 약27%정도 높았으며, 본 발명에 의한 기초구조물(θ=60°)에서는 약 33%정도의 지지력을 더 가지는 것을 알 수 있었다.

기초형태	사각형기초	원형 기초	Shell 기초 (θ=120°)	Shell 기초 (θ=90°)	Shell 기초 (θ=60°)
극한지지력	20	18	22	25	30

4. 결론

가. 종래 Terzaghi의 파괴 형상을 이용한 본 발명에 의한 기초구조물의 파괴형상에 Prandtl mechanism을 적용하여 지지력 이론적 고찰하고, 이론식을 적용하여본 결과, 본 발명에 의한 기초구조물은 종래 기초구조물에 비해 기초구조물의 지지력이 15% 증가함을 알 수 있었으며,

나, 본 발명에 의한 기초구조물의 최적 근입 깊이(B/Df)를 산정하기 위하여 각각 B/Df=75%, 50%, 25% 로 나누어 수치해석을 실시한 결과, 그 결과 가장 고심 도인 75%일 때의 지지력 및 침하는 가장 안정되고 적은 침하가 발생함을 알 수 있었다.

다. 본 발명에 의한 기초구조물의 몸통부 내측면 사이의 각도 별 침하 및 지지력을 검토하기 위하여 사전 3D 수치해석을 θ=180°(종래),θ=120°,θ=90°,θ=60°(본 발명)로 나누어 시험을 실시한 결과,

침하는 본 발명에 의한 기초구조물에서 비해 많이 발생하였지만, 지지력은 θ=60°인 본 발명에 의한 기초구조물에서 그 지지력이 약 21%정도 높게 나타남을 알 수 있었다.

라. 상대 밀도가 상이한 지반에서 기초형상을 5가지로 변화시켜 재하시험을 수행한 결과, 느슨한 지반과 중간 조밀한 지반에서 종래 기초구조물 및 본 발명에 의한 기초구조물 설치에 두 지반 모두 본 발명에 의한 기초구조물의 지지력이 종래 기초구조물에 비해 25%~30%의 지지력이 향상됨을 알 수 있었다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

도 13a, 도 13b 및 도 13c는 본 발명에 의한 쉘 기초구조물(100,200,300)을 도시한 것이다.

도 13a에 의한 상기 쉘 기초구조물(100)은 크게 몸통부(110) 및 상기 몸통부(110)의 상단에 일체로 형성되는 상단(120)으로 나누어 볼 수 있다.

상기 몸통부(110)는 원추형 깔때기 형태로서 방사형으로 하방 경사진 쉘 판 형태로 형성되어 있으며, 몸통부(110)의 상단(120)은 기둥형태의 부재로써 몸통부 상방으로 연장 돌출되도록 형성된다.

이때 상기 원추형 깔때기 형태를 본 발명에서는 수평단면이 원형단면으로 형성되는 것으로서 지칭하도록 한다.

이때 반드시 원추형이 아니더라도 방사형으로 하방 경사진 쉘 판 형태로 형성되어 있다면 이는 본 발명에 의한 몸통부(110)의 기술적 범위에 속한다.

또한 상기 몸통부(110)의 하단 외곽면은 하방으로 연장된 테투리부(111)가 더 형성되어 지반(400)에 보다 효과적으로 설치될 수 있도록 할 수 있다.

이러한 쉘 기초구조물(100)의 몸통부(110) 내측면 사이의 각도(θ)는 몸통부(110)가 방사형으로 하방 경사지도록 적어도 180도 이내로 형성되도록 하되, 도 13a에 있어서는 120도인 경우가 도시되어 있다.

이러한 각도의 차이는 본 발명의 기술적 효과에 살펴보았듯이, 쉘 기초구조 물(100)이 지반(400)에 근입 되는 깊이(지표로부터 기초 저면까지의 깊이를 의미하며, 통상 B/Df로 표현한다. 이때 B:기초구조물의 폭(직경), Df:지표로부터 기초구조물 저면까지의 깊이를 지칭한다.)에 따라 쉘 기초구조물(100)의 변위(침하), 쉘 기초구조물(100)에 발생하는 지지력 등에 영향을 주게 된다.

물론, 이러한 변위, 지지력은 종래 기초구조물에 하중에 가해졌을 경우 발생하는 변위 및 지지력 산정식을 이용할 수도 있고, 실험적 결과에 따른 실험식을 통해 새롭게 변위 및 지지력 산정식을 통해 결정할 수 있다.

또한, 상기 도 13a에 의한 상기 쉘 기초구조물(100)은 공장에서 프리캐스트 제품으로써 일체로 형성시킬 수 있으며, 현장에서 거푸집을 이용하여 형성시킬 수도 있다.

이러한 쉘 기초구조물(100)의 상단(120)은 지상구조물(500)의 기초 저면에 예컨대 미 도시된 두부보강재의 매개물에 의하여 쉘 기초구조물(100)이 서로 결합되어 설치될 수 있도록 하는 기능을 가진 부재로서, 통상은 기둥 또는 봉 형태의 부재로써 몸통부 상방으로 연장 돌출되도록 형성되며, 굳이 상기 상단(120)을 이용하지 않고서도 지상구조물(500)의 기초에 쉘 기초구조물(100)이 서로 결합될 수 있다면 이를 생략하여 본 발명의 쉘 기초구조물(100)은 상단(120) 없는 몸통부로만으로도 형성 가능하다.

나아가, 이러한 쉘 기초구조물(100)은 그 제작, 운반 및 시공이 허락한다면 1개씩 제작하는 것이 아니라, 다수의 쉘 기초구조물(100)이 서로 결합된 상태로 제작, 운반 및 시공이 가능하다.

또한, 본 발명의 쉘 기초구조물(100)은 철근콘크리트 구조물로 제작 또는 형성시키는 것이 일반적이나, 이에 한정되는 것은 아니고 다른 재질로서 예컨대, PE제품, FRP 제품 등과 같은 다른 재질로 제작할 수도 있으며 이는 프리캐스트 제품으로 제작하여 사용하면 된다.

도 13b에 의한 상기 쉘 기초구조물(200)은 크게 몸통부(210) 및 상기 몸통부(210)의 상단에 일체로 형성되는 상단(220)으로 나누어 볼 수 있다.

상기 몸통부(210)는 원추형을 비롯한 깔때기 형태로서 방사형으로 하방 경사진 쉘 판 형태로 형성되어 있으며, 몸통부(210)의 상단(220)은 기둥형태의 부재로써 몸통부 상방으로 연장 돌출되도록 형성됨은 동일하며, 역시 상기 상단(220)의 생략은 가능하다.

단지 도 13a와 다른 것은 쉘 기초구조물(100)의 몸통부(110) 내측면 사이의 각도(θ)가 90도인 경우라 할 수 있다.

도 13c에 의한 상기 쉘 기초구조물(300) 역시 크게 몸통부(310) 및 상기 몸통부(310)의 상단에 일체로 형성되는 상단(320)으로 나누어 볼 수 있다.

상기 몸통부(310)는 원추형을 비롯한 깔때기 형태로서 방사형으로 하방 경사진 쉘 판 형태로 형성되어 있으며, 몸통부(310)의 상단(320)은 기둥형태의 부재로써 몸통부 상방으로 연장 돌출되도록 형성됨은 동일하며, 역시 상기 상단(320)의 생략은 가능하다.

단지 도 13a와 다른 것은 쉘 기초구조물(100)의 몸통부(110) 내측면 사이의 각도가 60도인 경우라 할 수 있다.

다음으로는 프리캐스트 제품으로 본 발명의 쉘 기초구조물(100)을 제작하였을 때 그 시공과정을 살펴본다.

즉, 도 14a와 같이 쉘 기초구조물(100)이 설치되어야 위치에 지반(400)의 터파기(A)를 통하여 쉘 기초구조물(100)이 안착될 수 있도록 한다.

터파기(A)는 현장여건 및 지반성질 등에 따라 자연적으로 또는 인위적으로 형성시킬 수 있을 것이며, 쉘 기초구조물(100)의 내측 공간에 쉘 기초구조물(100)의 몸통부(110)가 서로 접하도록 하면 된다.

다음으로는 도 14b와 같이 상기 터파기된 지반(400)에 쉘 기초구조물(100)을 그대로 안착시키게 되며, 만약 쉘 기초구조물(100) 다수개가 일체로 제작된 경우에는 터파기도 이에 맞추어 시공하면 된다.

다음으로는 도 14c와 같이 터파기(A) 공간을 되 메움(410)하여 전체적으로 쉘 기초구조물(100)의 몸통부(110)는 지반(400)에 상단(120)은 지반 표면에 노출되도록 시공하게 되며,

쉘 기초구조물(100)의 상단(120)은 추후 지상구조물(500)의 기초와 결합되도록 시공될 것이다.

이에 지상구조물(500)의 기초를 통해 쉘 기초구조물(100)에 하중이 전달되고, 이러한 하중은 쉘 기초구조물(100)의 몸통부(110)를 따라 쉘 기초구조물(100) 하부에 위치한 지반에 상기 하중을 분산시키는 과정을 통해 기초구조물의 지지력을 확보할 수 있게 된다.

다음으로는 현장타설 제품으로 본 발명의 쉘 기초구조물(100)을 제작하였을 때 그 시공과정을 살펴본다.

즉, 도 15a와 같이 쉘 기초구조물(100)이 설치되어야 위치에 터파기(A)를 통하여 쉘 기초구조물(100)이 형성될 수 있도록 한다.

역시 터파기(A)는 현장여건 및 지반성질 등에 따라 자연적으로 또는 인위적으로 형성시킬 수 있을 것이다.

다음으로는 도 15b와 같이 상기 터파기 면에 거푸집(600)을 설치하여 쉘 기초구조물(100)의 형태를 갖출 수 있도록 하고,

상기 거푸집(600) 내부에 콘크리트(700)를 타설시켜 터파기(A)된 위치에 본 발명의 쉘 기초구조물(100)이 형성될 수 있도록 하게 되며,

만약 쉘 기초구조물(100) 다수개가 일체로 제작할 경우에는 먼저 다수의 거푸집을 설치하고, 한꺼번에 쉘 기초구조물(100) 다수를 시공할 수 있을 것이다.

다음으로는 설치된 거푸집을 해체하고, 도 15c와 같이 터파기(A) 공간을 되 메움하여 전체적으로 쉘 기초구조물(100)의 몸통부(110)는 지반(400)에 상단(120)은 지반 표면에 노출되도록 하게 된다.

물론 쉘 기초구조물(100)의 상단(120)은 추후 지상구조물(500)의 기초와 결합되도록 시공하게 된다.

도 1은 종래 기초구조물의 예를 도시한 것이다.

도 2 내지 도 12는 본 발명에 의한 기술적 효과를 시험함에 따른 데이타들을 도시한 것이다.

도 13a, 도 13b 및 도 13c는 본 발명에 의한 쉘 기초구조물의 예들을 도시한 것이다.

도 14a, 도 14b 및 도 14c는 본 발명에 의한 쉘 기초구조물이 프리캐스트 제품으로 제작된 경우 그 시공하는 과정을 개략 도시한 것이다.

도 15a, 도 15b 및 도 15c는 본 발명에 의한 쉘 기초구조물이 현장타설 제품으로 형성된 경우 그 시공하는 과정을 개략 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,200,300: 쉘 기초구조물

110,210,310:몸통부

120,220,320:상단

400:지반

500:지상구조물

600:거푸집 700:콘크리트

Claims

지반 내부에 근입되어 상단(120)이 상부구조물에 접하도록 형성되어 상부구조물의 하중을 전달하여 지반에 전달하는 기초구조물(100)로써,

상기 기초구조물은 수평단면이 원형단면으로 형성되는 것으로서 방사형으로 하방 경사진 쉘 판 형태인 몸통부(110)로 이루어지도록 하되, 상기 몸통부가 지반(400) 내부로 근입되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 지지력이 증진된 쉘 기초구조물.
제 1항에 있어서, 상기 몸통부 상단(120)은 기둥 또는 봉 형태의 부재로써 몸통부 상방으로 연장 돌출되도록 형성시키는 것을 특징으로 하는 지지력이 증진된 쉘 기초구조물.
제 2항에 있어서, 상기 몸통부 및 몸통부 상단은 공장에서 콘크리트로써 일체로 제작된 프리캐스트 제품인 것을 특징으로 하는 지지력이 증진된 쉘 기초구조물.
제 2항에 있어서, 상기 몸통부 및 몸통부 상단은 지반을 몸통부 내측면 형상에 맞추어 터파기 한 지반에 직접 콘크리트를 타설하여 일체로 제작된 구조물인 것을 특징으로 하는 지지력이 증진된 쉘 기초구조물.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 몸통부 내측면 사이의 각도는 180도 이내로 형성되도록 하되, 상기 각도는 적어도 120도, 90도 또는 60도 중 어느 하나로 형성시키는 것을 특징으로 하는 지지력이 증진된 쉘 기초구조물.
제 3항에 있어서, 상기 몸통부 및 몸통부 상단이 일체로 제작된 쉘 기초구조물은 적어도 1개 이상이 서로 접합된 다수개로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 지지력이 증진된 쉘 기초구조물.