KR100997509B1 - 플랜지보강 합성부재 및 이를 이용한 흙막이 지지구조 - Google Patents

플랜지보강 합성부재 및 이를 이용한 흙막이 지지구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단면을 키우지 않으면서도 T형강 또는 H형강의 플랜지를 보강하여 내력을 극대화하는 한편 T형강 또는 H형강의 모서리부분만을 보강하여 중량을 최소화한 플랜지보강 합성부재와, 이를 말뚝부재로 이용하여 시공성을 개선한 흙막이 지지구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 플랜지보강 합성부재는, 플랜지와 웨브로 구성되는 T형강 또는 H형강; L형앵글, ㄷ형채널, 박스형관 중에서 선택되어 상기 T형강 또는 H형강의 플랜지와 웨브가 만나는 두 모서리 또는 네 모서리 각각에 폐쇄형 내부공간을 형성시키면서 T형강 또는 H형강에 밀착하게 고정 설치되되 T형강 또는 H형강의 플랜지 끝단보다 안으로 들어가게 위치하도록 설치되는 보강재; 상기 보강재 내부공간에 긴장된 상태로 배치되는 긴장재; 및, 상기 긴장재가 매입되게 보강재 내부공간에 콘크리트가 타설되어 형성되는 PC부분;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
플랜지, T형강, H형강, 합성, 말뚝, 흙막이

Description

플랜지보강 합성부재 및 이를 이용한 흙막이 지지구조{Flange-reinforced composite member and strut structure of retaining wall using the same}
본 발명은 단면을 키우지 않으면서도 T형강 또는 H형강의 플랜지를 보강하여 내력을 극대화하는 한편 T형강 또는 H형강의 모서리부분만을 보강하여 중량을 최소화한 플랜지보강 합성부재와, 이를 말뚝부재로 이용하여 시공성을 개선한 흙막이 지지구조에 관한 것이다.
일반적으로 지하 건축물은 흙막이벽을 시공한 후 버팀공사를 병행하면서 흙막이벽 내측을 굴착하는 흙막이 공사가 선행된다.
흙막이벽 시공방법으로는 H-말뚝과 널말뚝으로 흙막이벽을 구성하는 방법이 가장 일반적인데, 이 방법은 소정 간격으로 H-말뚝을 지반에 관입 설치한 후 이웃한 H-말뚝의 플랜지 사이에 널말뚝을 적층 삽입함으로써 흙막이벽을 완성하는 방법이다. 버팀공사는 흙막이벽이 무너지지 않게 하기 위해 추가적인 토압지지체를 설치하는 공사인데, 토압지지체로는 주로 수평버팀대(Strut)나 락볼트 또는 어스앵커 가 이용된다.
한편, 흙막이 공사에서 토압을 효과적으로 지지하기 위해서는 흙막이벽 자체의 내력을 키우거나 토압지지체를 좁은 간격으로 많이 설치할 필요가 있다.
그러나, 토압지지체를 좁은 간격으로 많이 설치한다는 것은 곧 시공성과 관련되어 공기 지연과 공사비 증대로 이어지므로 바람직하지 못하다. 뿐만 아니라, 토압지지체를 좁은 간격으로 설치하면 도 1(b)에서와 같이 토압지지체가 지하 건축물의 건축부분과 간섭하게 되어 지하 건축물의 시공이 불편해진다.
따라서, 일반적으로 토압지지체를 좁은 간격을 많이 설치하는 것보다는 흙막이벽 자체의 내력을 키우는 방법이 채택된다. 하지만, 흙막이벽 자체의 내력을 키우는 방법 또한 그리 유리하지 못하다. 왜냐하면 흙막이벽의 내력을 키우기 위해서는 도 1(a)에서와 같은 단면이 큰 H-말뚝을 이용할 수밖에 없는데, 단면이 큰 H-말뚝은 철골량이 많아져 자재비를 증가시키고 아울러 H-말뚝 관입을 위한 굴착구경이 커져 시공성을 떨어뜨리기 때문이다.
이에 본 발명자는 토압지지체의 설치간격을 확대할 수 있는 흙막이 지지구조를 개발하게 되었으며, 아울러 이러한 흙막이 지지구조에 바람직하게 이용가능한 합성부재를 개발하게 되었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로서, 단면을 키우지 않으면서도 T형강 또는 H형강의 플랜지를 보강하여 내력을 극대화하는 한편 중량을 최소화한 플랜지보강 합성부재와, 이를 말뚝부재로 이용함으로써 시공성을 개선한 흙막이 지지구조 제공하는데 기술적 과제가 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 플랜지와 웨브로 구성되는 T형강 또는 H형강; L형앵글, ㄷ형채널, 박스형관 중에서 선택되어 상기 T형강 또는 H형강의 플랜지와 웨브가 만나는 두 모서리 또는 네 모서리 각각에 폐쇄형 내부공간을 형성시키면서 T형강 또는 H형강에 밀착하게 고정 설치되되 T형강 또는 H형강의 플랜지 끝단보다 안으로 들어가게 위치하도록 설치되는 보강재; 상기 보강재 내부공간에 긴장된 상태로 배치되는 긴장재; 및, 상기 긴장재가 매입되게 보강재 내부공간에 콘크리트가 타설되어 형성되는 PC부분;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜지보강 합성부재를 제공한다.
또한, 본 발명은 흙이 무너지는 것을 방지하기 위한 흙막이 지지구조로서, 흙막이벽의 말뚝부재를 구성하도록 다수개가 띄엄띄엄 설치되며, 보강된 플랜지 표면이 지반굴착으로 노출하게 되는 상기한 플랜지보강 합성부재; 띄엄띄엄 배치된 상기 플랜지보강 합성부재 사이 사이에 설치되어 플랜지보강 합성부재와 함께 흙막 이벽을 구성하며, 플랜지보강 합성부재에서 T형강 또는 H형강의 플랜지 내측에 걸리게 설치되어 지반굴착으로 표면이 노출하게 되는 널말뚝; 상기 플랜지보강 합성부재에서 지반굴착으로 노출된 T형강 또는 H형강의 플랜지에 밀착하게 설치되어 플랜지보강 합성부재와 널말뚝을 연속적 또는 불연속적으로 둘러싸게 되는 수평띠장; 및, 상기 수평띠장에 정착하도록 시공되어 토압을 지지하게 되는 토압지지체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 지지구조를 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 단면이 크지 않으면서도 내력이 극대화되는 한편 중량은 최소화된 형태의 합성부재로 완성되기 때문에 각종 공사에 유리하게 적용할 수 있다.
둘째, 플랜지보강 합성부재를 말뚝부재로 이용하여 흙막이 공사를 수행하는 경우에는 말뚝부재에 의한 토압지지력이 향상되어 띠장과 토압지지체의 설치간격을 넓게 하면서 흙막이 공사를 수행할 수 있으며, 이에 따라 흙막이 공사에 있어 시공성을 개선하고 아울러 공기 단축과 공사비 절감을 도모할 수 있다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 플랜지보강 합성부재(100)는 T형강 또는 H형강의 플랜 지(111, 121)를 프리스트레스 콘크리트로 보강한 합성부재로서, 단면을 키우지 않으면서도 내력을 극대화하는 한편 중량을 최소화할 수 있는 형태로 완성한다는데 기술적 특징이 있다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 플랜지보강 합성부재의 다양한 실시예로서, 도 2는 T형강의 일 플랜지(111)를 보강한 형태이고, 도 3은 H형강의 일 플랜지(111)만을 보강한 형태이며, 도 4는 H형강의 양 플랜지(111)를 보강한 형태이며, 도 5는 H형강의 양 플랜지(111)를 보강하는 한편 연결재(160)로 추가보강한 형태이다. 도시하고 있는 바와 같이 본 발명에 따른 플랜지보강 합성부재(100)는 T형강(110) 또는 H형강(120), 보강재(130), 긴장재(140), PC부분(150)을 필수적인 구성으로 포함하고, 연결재(160)를 추가적인 구성으로 포함한다.
T형강(110)은 일 플랜지(121)와 웨브(122)로 구성된 철골부재이며, H형강(120)은 양 플랜지(121)와 웨브(122)로 구성된 철골부재이다. 본 발명에서는 T형강(110) 또는 H형강(120)을 합성부재를 구성하는 기본 철골부재로 채택하고 있다.
보강재(130)는 L형앵글, ㄷ형채널, 박스형관(각관) 중에서 선택된 부재인데, T형강 또는 H형강에서 플랜지(111, 121)와 웨브(112, 122)가 만나는 모서리에 폐쇄형 내부공간을 형성시키면서 T형강(110) 또는 H형강(120)에 밀착하게 고정 설치되 는 구성이다. 도 2에서는 2개의 보강재가 T형강의 두 모서리에 설치된 형태를 보여주고, 도 3에서는 2개의 보강재가 H형강의 두 모서리에 설치된 형태를 보여주며, 도 4에서는 4개의 보강재가 H형강의 네 모서리에 설치된 형태를 보여준다. 이와 같이 보강재는 T형강 또는 H형강의 웨브(112, 122)를 중심으로 대칭으로 설치된다.
상기 보강재(130)는 T형강 또는 H형강의 플랜지(111, 121) 끝단보다 안으로 들어가게 위치하도록 설치되는데, 그래야 본 발명에 따른 플랜지보강 합성부재(100)를 단면을 키우지 않으면서도 내력을 극대화하는 한편 중량을 최소화할 수 있는 형태로 완성할 수 있고, 나아가 본 발명에 따른 플랜지보강 합성부재(100)를 흙막이벽 시공을 위한 말뚝부재로 이용할 수 있다. 상기 보강재로(130)는 강재, FRP 등의 소재를 채택할 수 있다.
긴장재(140)는 강봉, 강선 등의 부재로 보강재(130) 내부공간에 긴장된 상태로 배치되는 구성이며, PC부분(150)은 상기 긴장재(140)가 매입되게 보강재(130) 내부공간에 콘크리트가 타설되어 형성된다.
상기 긴장재(140)는 긴장된 상태로 H형강(120)에 직접 정착될 수도 있는데, 이 경우에는 긴장재(140)의 긴장력이 H형강(120)에도 전달되기 때문에 T형강 또는 H형강 플랜지(111, 121)의 프리스트레싱 효과를 기대할 수 있다. 이 경우 긴장재(140)는 통상의 정착방법을 따른다.
한편, 도 5는 H형강의 양 플랜지를 보강한 형태의 플랜지보강 합성부재(100) 로서 연결재(160)를 추가 구성한 예인데, 연결재(160)는 서로 대면하게 위치한 두 보강재(130)의 측면을 서로 연결하도록 설치되는 부재이다. 연결재(160)는 서로 떨어져 설치된 두 보강재(130)를 하나로 구속하여 H형강의 양 플랜지(121)가 일체로 거동할 수 있게 한다. 상기 연결재(160)는 H형강(120)의 길이방향으로 트러스 형태로 연속적으로 이어지게 설치하는 것이 유리하다. 상기 연결재(160)로는 강재, FRP 등의 소재를 채택할 수 있으며, 플레이트, 앵글, 박스형관(각관) 등의 형태를 채택할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 플랜지보강 합성부재(100)는 T형강 또는 H형강 플랜지(111, 121)에 보강재(130)가 접촉하여 설치되는 한편 보강재(130) 내부에서 긴장재(140)가 PC부분(150)에 구속되는 형태로 완성되는데, 그 결과 보강재(130), 긴장재(140), PC부분(150)의 합성력으로 T형강 또는 H형강의 플랜지(111, 121)를 보강하게 된다. 특히, 횡력에 대한 휨저항과 전단저항이 취약한 T형강(110) 또는 H형강(120)의 모서리부분을 보강하면서도 모서리부분에만 부분적으로 PC부분(150)을 형성하기 때문에, 내력을 극대화하면서도 보강에 따른 중량 증대를 최소화할 수 있게 된다. 이러한 플랜지보강 합성부재(100)는 철골구조물 시공에서 말뚝부재, 기둥부재, 보부재 등으로 적절하게 이용할 수 있다.
도 6a와 도 6b는 도 5의 플랜지보강 합성부재(100)를 말뚝부재로 이용하여 완성한 흙막이 지지구조를 보여주며, 이를 참고하여 본 발명에 따른 흙막이 지지구 조를 살펴본다.
본 발명에 따른 흙막이 지지구조는, 앞서 살펴본 플랜지보강 합성부재(100)를 말뚝부재로 이용하여 널말뚝(200)과 함께 흙막이벽으로 시공하고, 흙막이벽에 수평띠장(300)을 설치하고, 수평띠장(300)에 토압지지체(400)를 정착시켜 완성된다.
구체적으로, 흙막이벽은 플랜지보강 합성부재(100) 다수개를 띄엄띄엄 지반에 박아 말뚝부재로 설치한 후 플랜지보강 합성부재(100) 사이 사이에 T형강 또는 H형강 플랜지(111, 121) 내측으로 널말뚝(200)을 걸리게 설치함으로써 완성된다. 이렇게 흙막이벽을 완성한 후 지반굴착하면 플랜지보강 합성부재(100)에서 T형강 또는 H형강의 일 플랜지(111, 121)가 노출되게 되는데, 수평띠장(300)은 플랜지보강 합성부재(100)에서 노출되는 T형강 또는 H형강의 플랜지(111, 121)에 밀착하게 설치되어 흙막이벽을 연속적 또는 불연속적으로 둘러싸게 된다. 아울러, 토압지지체(400)는 흙막이벽이 무너지지 않게 토압을 지지하는 구조로 설치되는데, 통상적으로 방법에 따라 수평버팀대, 락볼트(rock bolt), 어스앵커(earth anchor) 등이 선택될 수 있다.
특히, 도 6a와 도 6b에서는 토압지지체(400)로 락볼트 또는 어스앵커로 시공한 예를 보여주는데, 이를 위해서는 우선적으로 2열로 이격 배치되는 단위유닛(310);과 2열의 단위유닛(310)을 연결하는 연결판(320);으로 구성된 수평띠장(300)을 준비하여 설치하도록 한다. 락볼트 또는 어스앵커는 그 선단이 수평띠장(300)의 단위유닛(310) 사이에서 관입되어 널말뚝(200) 배후의 지반에 정착하는 한편 후단이 수평띠장(300)의 연결판(320)에 정착하게 시공된다.
이와 같이 본 발명에 따른 흙막이 지지구조는 플랜지보강 합성부재(100)를 이용하기 때문에 흙막이벽 자체의 구조적인 내력이 증대하게 된다. 이에 따라 흙막이벽이 직접적으로 지지하는 토압저항분이 커지게 되며, 그 결과 수평띠장(300)과 토압지지체(400)의 설치간격을 넓게 하면서 시공할 수 있게 된다. 또한, 도 6b에서와 같이 수평띠장(300)이 두 플랜지보강 합성부재(100)를 격간(隔間)식으로 연결하도록 설치함으로써 플랜지보강 합성부재(100)와 널말뚝(200)을 불연속적으로 둘러싸게 설치할 수 있는데, 이 경우에는 아래·위로 배치된 수평띠장(300)끼리는 서로 엇갈리게 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으며, 다만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 흙막이 지지구조와 이에 이용되는 합성부재를 도시한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 플랜지보강 합성부재의 다양한 실시예를 도시한다.
도 6a와 도 6b는 도 5의 플랜지보강 합성부재를 이용하여 완성한 흙막이 지지구조를 도시한다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 플랜지보강 합성부재
110: T형강
120: H형강
130: 보강재
140: 긴장재
150: PC부분
160: 연결재
200: 널말뚝
300: 수평띠장
400: 토압지지체

Claims (8)

  1. 일 플랜지(111)와 웨브(112)로 구성되는 T형강(110);
    L형앵글, ㄷ형채널, 박스형관 중에서 선택되어 상기 T형강의 일 플랜지(111)와 웨브(112)가 만나는 두 모서리 각각에 폐쇄형 내부공간을 형성시키면서 T형강(110)에 밀착하게 고정 설치되되, T형강의 플랜지(111) 끝단보다 안으로 들어가게 위치하도록 설치되는 보강재(130);
    상기 보강재(130) 내부공간에 긴장된 상태로 배치되는 긴장재(140); 및,
    상기 긴장재(140)가 매입되게 보강재(130) 내부공간에 콘크리트가 타설되어 형성되는 PC부분(150);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜지보강 합성부재.
  2. 양 플랜지(121)와 웨브(122)로 구성되는 H형강(120);
    L형앵글, ㄷ형채널, 박스형관 중에서 선택되어 상기 H형강의 일 플랜지(121)와 웨브(122)가 만나는 두 모서리 각각에 폐쇄형 내부공간을 형성시키면서 H형강(120)에 밀착하게 고정 설치되되, H형강의 플랜지(121) 끝단보다 안으로 들어가게 위치하도록 설치되는 보강재(130);
    상기 보강재(130) 내부공간에 긴장된 상태로 배치되는 긴장재(140); 및,
    상기 긴장재(140)가 매입되게 보강재(130) 내부공간에 콘크리트가 타설되어 형성되는 PC부분(150);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜지보강 합성부재.
  3. 양 플랜지(121)와 웨브(122)로 구성되는 H형강(120);
    L형앵글, ㄷ형채널, 박스형관 중에서 선택되어 상기 H형강의 양 플랜지(121)와 웨브(122)가 만나는 네 모서리 각각에 폐쇄형 내부공간을 형성시키면서 H형강(120)에 밀착하게 고정 설치되되, H형강의 플랜지(121) 끝단보다 안으로 들어가게 위치하도록 설치되는 보강재(130);
    상기 보강재(130) 내부공간에 긴장된 상태로 배치되는 긴장재(140); 및,
    상기 긴장재(140)가 매입되게 보강재(130) 내부공간에 콘크리트가 타설되어 형성되는 PC부분(150);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜지보강 합성부재.
  4. 제3항에서,
    서로 대면하게 위치한 두 보강재(130)의 측면을 서로 연결하면서 설치되는 연결재(160);를 더 포함하여 구성되며,
    상기 연결재(160)는 플레이트, 앵글, 박스형관 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플랜지보강 합성부재.
  5. 제4항에서,
    상기 연결재(160)는 H형강(120)의 길이방향으로 트러스 형태로 연속적으로 이어지게 설치되는 것을 특징으로 하는 플랜지보강 합성부재.
  6. 흙이 무너지는 것을 방지하기 위한 흙막이 지지구조로서,
    흙막이벽의 말뚝부재를 구성하도록 다수개가 띄엄띄엄 설치되며, 보강된 플랜지(111, 121) 표면이 지반굴착으로 노출하게 되는 상기 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 플랜지보강 합성부재(100);
    띄엄띄엄 배치된 상기 플랜지보강 합성부재(100) 사이 사이에 설치되어 플랜지보강 합성부재(100)와 함께 흙막이벽을 구성하며, 상기 플랜지보강 합성부재(100)에서 T형강 또는 H형강의 플랜지(111, 121) 내측에 걸리게 설치되어 지반굴착으로 표면이 노출하게 되는 널말뚝(200);
    상기 플랜지보강 합성부재(100)에서 지반굴착으로 노출된 T형강 또는 H형강의 플랜지(111, 121)에 밀착하게 설치되어 플랜지보강 합성부재(100)와 널말뚝(200)을 연속적 또는 불연속적으로 둘러싸게 되는 수평띠장(300); 및,
    상기 수평띠장(300)에 정착하도록 시공되어 토압을 지지하게 되는 토압지지체(400);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 지지구조.
  7. 제6항에서,
    상기 수평띠장(300)은, 2열로 이격 배치되는 단위유닛(310);과 2열의 단위유닛(310)을 연결하는 연결판(320);으로 구성되게 설치되며,
    상기 토압지지체(400)는, 선단이 수평띠장의 단위유닛(310) 사이에서 관입되어 널말뚝(200) 배후의 지반에 정착하는 한편 후단이 수평띠장의 연결판(320)에 정착하도록 시공되는 락볼트(rock bolt) 또는 어스앵커(earth anchor)임을 특징으로 하는 흙막이 지지구조.
  8. 제7항에서,
    상기 수평띠장(300)은, 두 플랜지보강 합성부재(100)를 격간(隔間)식으로 연결하도록 설치되어 플랜지보강 합성부재(100)와 널말뚝(200)을 불연속적으로 둘러싸게 되는 한편 아래·위로 배치된 수평띠장(300)끼리 서로 엇갈리게 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 흙막이 지지구조.
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