KR101011263B1 - 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체 및 이를 이용한 전단보강구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체 및 이를 이용한 전단보강구조에 관한 것으로, 특히 양측 와이어의 사이에 일정한 간격으로 철근을 배열하여 줄사다리식으로 제작한 뒤 이를 로울식으로 감은 뒤 슬래브와 기둥 접합부에 설치할 때 달팽이형으로 풀어서 슬래브의 펀칭전단파괴에 대한 저항능력을 방사상방향으로 증대시켜 주도록 전단보강체를 제작함으로써 제작이 간단하고 시공이 용이한 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체 및 이를 이용한 전단보강구조에 관한 것이다.

본 발명의 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체는, 길이가 배타적으로 긴 양측 와이어(11)와, 양측 와이어(11)의 사이에 설정된 간격으로 배열되어 줄사다리식으로 제작되게 하는 철근(12)과, 철근(12)이 배열되어 상기 줄사다리식으로 제작한 양측 와이어(11)를 슬래브(20)와 기둥(30) 접합부에 설치할 때 달팽이형으로 풀어서 슬래브의 펀칭전단파괴에 대한 저항능력을 방사상방향으로 증대시키도록 감겨지는 로울부(R)를 포함하여 구성한다.

전단보강체, 와이어, 철근

Description

슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체 및 이를 이용한 전단보강구조{Shear reinforcement device arranged in the slab-columnconnection and the shear reinforcement structure usingthe device}

본 발명은 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체 및 이를 이용한 전단보강구조에 관한 것으로, 특히 양측 와이어의 사이에 일정한 간격으로 철근을 배열하여 줄사다리식으로 제작한 뒤 이를 로울식으로 감은 뒤 슬래브와 기둥 접합부에 설치할 때 달팽이형으로 풀어서 슬래브의 펀칭전단파괴에 대한 저항능력을 방사상방향으로 증대시켜 주도록 전단보강체를 제작함으로써 제작이 간단하고 시공이 용이한 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체 및 이를 이용한 전단보강구조에 관한 것이다.

토지의 효율적 사용에 대한 요구 및 건설 시공 기술의 발전 등에 따라 근래에 건축되는 건축물들은 대부분 복수개의 층으로 적층 구성되는 다층 건축물로 설계 시공되고 있으며, 도시 건축물을 중심으로 이러한 고층화 현상이 두드러지게 나타나고 있다. 또한, 최근 건설된 고층 건물들은 기존의 철근콘크리트 구조 형식에 비하여 경량화, 공기단축, 연성확보 등의 면에서 유리한 철골구조 또는 철골 철근콘크리트 구조(SRC) 형식으로 건설되고 있으며, 그 주 용도로는 사무소 건물, 대형판매시설 뿐만 아니라 아파트 및 주상복합시설 등과 같은 주거용 건축물로도 확대되고 있는 추세이다. 이러한 주상복합 또는 고층 주거형 건물에 있어서 층고는 경제적인 관점에서 매우 중요한 인자로 취급되어 왔으며 이의 최소화를 위한 기술적 해결이 특히 요구되고 있다.

뿐만 아니라 과거 20년 전부터 공급된 고층건물(10층 ~ 25층)들의 리노베이션(renovation) 붐에 따라 현 거주자들의 다양한 취향에 대응할 수 있는 가변성이 확보된 구조, 즉 평면변경이 용이한 구조시스템에 대한 요구가 증대되고 있는 실정이라 할 수 있다.

이에 상기와 같은 요구를 충분히 만족시키면서 고층 건물의 층고를 줄이기 위한 슬림형 바닥 시스템에 대한 연구가 종래로부터 다양한 방면에서 진행되어 왔으며 플랫 슬래브(Flat Slab) 형식의 바닥 시스템 역시 이러한 슬림형 플로어(Slim Floor)를 위해 적용될 수 있는 슬래브 구조 시스템의 하나로서 널리 알려져 있다.

상기와 같은 플랫 슬래브 형식은 슬래브를 구성함에 있어 보 부재를 사용함이 없이 바닥 슬래브와 기둥부재(또는 내력벽)만으로 구성하고 슬래브 상에 가해지는 하중을 직접 기둥에 전달하는 평판 슬래브 구조로서, 이러한 플랫 슬래브 시스템에 의하면 슬래브 하부를 지지하는 보 부재를 생략함으로써 층고를 상당히 감소시킬 수 있는 효과가 있음은 물론, 일정한 천정고가 유지되므로 칸막이 벽의 이동설치가 용이하여 실내 공간의 가변성 확보에도 유리하며, 그 시공면에 있어서도 거 푸집 형상이 단순하여 시공 능률이 향상되는 것과 같은 장점을 기대할 수 있게 된다.

그러나 한편으로, 상기와 같은 플랫 슬래브 시스템의 경우 보 부재 없이 슬래브 만으로 이루어지는 관계로 통상의 보-슬래브 시스템에 비하여 경간(span)에 대한 한계가 있고 슬래브의 강성 확보를 위해 슬래브 두께가 상당히 증가하여 콘크리트소요량 및 건물의 자중면에서 불리하며 또한 고층 건물에 적용할 경우 횡력 지지능력이 떨어진다는 단점을 가지고 있다.

아울러, 슬래브와 기둥 부재가 만나는 접합부인 기둥의 주두부(柱頭部)에서는 기둥 주변을 따라 발생하는 응력 집중에 의해 펀칭 전단이 발생할 우려가 있다는 단점을 가지고 있어 이에 대한 적절한 보강을 필요로 하며, 나아가 철골 또는 철골철근콘크리트 구조에 이러한 플랫 슬래브 시스템을 적용할 경우 철골 세우기 공정에 있어서 접합부 처리에 대한 부가적인 비용 및 공정이 추가되어야만 한다는 단점들을 가지고 있는 바 전술한 것과 같은 여러 장점들에도 불구하고 실제 현장에서 거의 적용되지 못하고 있는 실정이었다.

따라서, 고층 주거형 또는 주상 복합형 건물에 있어 특히 요구되는 경제성과 구조적 안전성, 시공성의 향상을 고려한 낮은 층고의 실현 및 실내 가변성 확보 등을 함께 만족시킬 수 있는 바닥 시스템의 개발이 절실히 요청되고 있는 실정이었다.

플랫 슬래브 또는 플랫 플레이트와 같이 보 없이 직접 기둥에 지지되는 무량판 구조에서 슬래브와 기둥 접합부에는 응력이 과도하게 집중되며, 이로 인해 기둥 주위의 슬래브에는 하부로부터 경사지게 균열이 발생하고 나아가 구멍이 뚫리는 형태로 전단파괴되기 쉽다. 이런 형태의 전단을 펀칭전단(punching shear, 뚫림전단)이라고 하며, 이러한 전단파괴는 매우 취성적이어서 구조물의 안정성에 치명적일 수 있는 바, 무량판 구조는 이러한 전단파괴에 대하여 충분히 저항할 수 있도록 구조설계되어야 한다.

무량판 구조에서 슬래브-기둥 접합부의 전단성능을 높이는 종래의 방법으로는 (ⅰ)슬래브의 두께를 전체 판에 걸쳐 증가시키는 방법, (ⅱ)지판(드롭패널)을 사용하여 기둥에 인접한 슬래브의 두께를 증가시키는 방법, (ⅲ)기둥 크기를 증가시키는 방법, (ⅳ)기둥에 기둥머리(주두)를 사용하는 방법, (ⅴ)기둥주위의 슬래브(주열대 구간)를 전단보강체로서 보강하는 방법 등이 있다.

상기한 방법 중 (ⅰ)~(ⅳ)의 방법은 경제성 및 시공성이 떨어지고 층고 등에 대한 설계 과정에서 제약이 수반되며, 특히 지진과 같은 하중을 받을 경우 탄성한계를 넘어 비탄성영역에서의 변형능력을 보장할 수 없다는 문제점을 내재하고 있는 바, (ⅴ)의 전단보강체를 슬래브에 설치하는 방법이 가장 현실적인 방법으로 이용되는 실정이다.

전단보강체를 슬래브에 설치하는 방법으로는 설치하는 전단보강체에 따라 스터럽방식, 스터드레일방식, 전단머리방식, 전단밴드방식, 트러스방식 등으로 구분할 수 있다. 도 1은 이러한 전단보강체를 슬래브에 설치하는 종래의 방법에 대하여 도시하고 있다.

도 1a의 스터럽방식은 슬래브의 상단철근과 하단철근에 스터럽을 감아 이것 이 전단내력을 발휘할 수 있도록 보강하는 방식이다. 이러한 방식은 특별한 철물없이 현장에서 철근을 절곡하여 이용하므로 경제적이지만, 반면에 슬래브 상·하부 철근을 둘러 감싸야 하므로 슬래브 피복 두께 유지가 어렵고 설치할 때 모두 결속하여야 하므로 시공성이 많이 떨어진다는 점이 문제점으로 지적된다.

도 1b의 스터드 레일 방식은 외국에서 가장 많이 사용되고 있는 방식으로서, 스터드를 좁고 긴 판에 수직으로 용접하여 전단내력을 발휘케 하고 스터드 머리부분에는 둥근판을 용접하여 정착성을 높인 전단보강방법이다. 설치는 용이하나 용접등의 번거로운 제작과정이 있고, 정착을 위한 스터드의 머리 또한 기성품과는 다른 특수 제작이 필요하다는 문제점을 가지고 있다.

도 1c의 전단머리 보강법은 H형강 I형강 등의 구조용 강재로 구성된 전단머리 보강체를 완전 용입용접으로 제작하여 기둥단면에서 연속되도록 슬래브 단면내에 대칭형태로 설치하는 방식으로, 이러한 방법은 전단보강에는 효과적이지만 비싸고 용접과정상 어려움이 있으며 육중하여 취급하기 힘들다는 문제점이 있다.

도 1d의 트러스 보강방식은 철근 또는 철선을 기본 트러스 모양으로 결합하여 이를 기둥을 향하여 설치하는 전단보강 방법으로, 이 방법은 트러스 형식으로의 제작과정이 복잡하며, 전단보강체가 슬래브의 상·하부철근 사이에 설치되므로 정착성이 나쁠 뿐만 아니라 슬래브의 하부철근 위에 별도의 결속수단을 가지고 고정시켜야 하는 바, 현장설치도 용이하지 않다는 문제점이 있다.

상술한 문제점들을 해결하고자 선출원된 특허공개번호 제2005-38665호가 제안되어 있다.

즉, 선출원된 특허공개번호 제2005-38665호의 전단보강체는, 무량판 구조에서 슬래브와 기둥 접합부에 설치하여 슬래브의 펀칭전단파괴에 대한 저항능력을 증대시키기 위해 사용되는 전단보강체로서, 길이방향의 상부정착부; 상기 상부정착부의 하방에 위치하는 부재로 상기 상부정착부의 길이방향과 수직 또는 경사지게 배치되는 너비방향의 하부정착부; 및, 상기 상부정착부와 하부정착부를 연결하는 높이방향의 중간전단부; 를 포함하여 구성되어 있다.

상기 전단보강체는 철근 또는 봉재를 절곡하되 자립이 가능하도록 하부정착부는 확장바닥으로 형성하며, 상기 상부정착부 아래와 하부정착부 위가 개방되도록 상기 하부정착부를 상부정착부와 어긋나게 배치하고, 상기 철근 또는 봉재는 기다란 부재로서 이를 반복적으로 절곡하여 상부정착부, 중간전단부 및 하부정착부를 연속적으로 형성시키며, 상기 하부정착부는 방향을 달리하면서 엇갈리게 교차로 절곡하여 형성한다.

이러한 전단보강체는 제작과정이 단순하고 경제적이며 2방향으로 배근되는 슬래브철근과 간섭되지 않고 동일한 레벨에 위치하도록 설치할 수 있어 현장 결속작업없이 용이하게 설치할 수 있는 동시에 슬래브의 피복두께를 유지할 수 있는 잇점은 있으나, 기둥 주변을 따라 발생하는 펀칭 전단은 방사상으로 발생함에도 불구하고 상술한 종래 전단보강체와 마찬가지로 직선방향으로 제작되므로 기둥 주변에 병열로 한쪽방향으로만 설치하도록 되어 있어 전단 보강성능을 향상시키는데 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 양측 와이어의 사이에 일정한 간격으로 철근을 배열하여 줄사다리식으로 제작한 뒤 이를 로울식으로 감은 뒤 슬래브와 기둥 접합부에 설치할 때 달팽이형으로 풀어서 슬래브의 펀칭전단파괴에 대한 저항능력을 방사상방향으로 증대시키도록 하는 전단보강체를 제작함으로써 제작이 간단하고 시공이 용이한 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체 및 이를 이용한 전단보강구조를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 길이가 배타적으로 긴 양측 와이어와, 양측 와이어의 사이에 설정된 간격으로 배열되어 줄사다리식으로 제작되게 하는 철근과, 철근이 배열되어 상기 줄사다리식으로 제작한 양측 와이어를 슬래브와 기둥 접합부에 설치할 때 달팽이형으로 풀어서 슬래브의 펀칭전단파괴에 대한 저항능력을 방사상방향으로 증대시키도록 감겨지는 로울부를 포함하여 구성하는 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체를 제공하는 데 그 특징이 있다.

상기 양측 와이어 사이에 배열되는 철근의 고정방법은, 제작의 편리와 단순화를 위해 압접고정방법을 이용하는 것이 바람직하다. 이는 양측 와이어에 철근의 양단을 고리모양으로 가압하여 고정시키면 되므로 생산능률면에서도 보다 효과적이다.

그리고, 철근 콘크리트 구조물의 슬래브와 기둥이 접합하는 접합부에 다수개의 전단보강체를 설치하여 전단내력을 보강할 수 있도록 하는 슬래브 기둥 접합부 전단보강구조에서,

슬래브의 상,하부철근과; 슬래브와 기둥이 접합하는 접합부에 위치하도록 상,하부철근사이에 달팽이형으로 풀어서 설치되는 상기 전단보강체; 를 포함하여 구성되는 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강구조를 제공하는 데 그 특징이 있다.

본 발명의 전단보강체는 양측 와이어의 사이에 일정한 간격으로 철근을 배열하여 줄사다리식으로 제작한 뒤 이를 로울식으로 감은 뒤 슬래브와 기둥 접합부에 설치할 때 달팽이형으로 풀어서 슬래브의 펀칭전단파괴에 대한 저항능력을 방사상방향으로 증대시켜 줄 수가 있으며, 또한 제작이 간단하고 시공이 용이한 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면에서 도 2는 본 발명의 줄사다리식으로 제작된 전단보강체의 전개도이며, 도 3은 도 2의 전단보강체를 로울식으로 감은 상태의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 전단보강체를 달팽이형으로 풀어서 슬래브와 기둥 접합부에 설치한 상태의 평면도이며, 도 5는 도 4의 종단면도이다.

본 발명의 전단보강체(10)는 도 2와 같이 와이어(11)와 철근(12)으로 구성된다.

상기 와이어(11)는 길이가 배타적으로 긴 것을 사용하며, 그 길이는 로울식으로 감은 뒤 달팽이형으로 풀어서 기둥 접합부 부근을 방사상방향으로 슬래브의 펀칭전단파괴에 대한 저항능력을 증대시킬 수 있을 정도의 길이를 말한다.

또한 와이어(11)는 줄사다리식으로 제작할 수 있도록 2개의 와이어를 사용하며, 로울식으로 감기기 용이하도록 유연한 재질의 금속재를 사용한다.

상기 철근(12)은 2개의 양측 와이어(11) 사이에 일정한 간격으로 배치되어 줄사다리식으로 제작하기 위한 것으로, 그 길이는 슬래브의 상,하부철근 사이에 전단보강체를 설치할 수 있을 정도의 규격으로 한다.

상기 양측 와이어 사이에 배열되는 철근의 고정방법은, 양측 와이어(11)에 철근(12)의 양단을 고리모양으로 가압하여 고정시키도록 하는 것으로, 이는 사다리용으로 사용되는 것이 아니고 단순히 양측 와이어(11)의 사이에 철근(12)이 일정한 간격으로 배치할 수 있을 정도이면 되므로 견고한 고정력은 필요하지 않으며, 또한 일정한 간격으로 배치되는 철근(12)에 의하여 와이어(11)가 철근들을 잡아주는 형태가 되어 별도의 철근 고정작업을 하지 않아도 된다.

이렇게 제작되는 줄사다리식의 전단보강체(10)를 도 3과 같이 로울식으로 감아서 로울부(R)를 구성하여 주므로써 시공시 슬래브(20)와 기둥(30)이 접합하는 접합부에 위치하도록 상,하부철근(21)(22)사이에 달팽이형으로 풀어서 설치되게 하여 슬래브의 펀칭전단파괴에 대한 저항능력을 방사상방향으로 발생되게 한다.

상기 달팽이형으로 설치되는 전단보강체(10)는 철근(12)들이 와이어(11)에 의하여 자연스럽게 세워지게 되는 동시에 상호간이 연결되므로 별도의 세움 및 연결작업이 필요없으며, 기둥을 중심으로 기둥 접합부에 발생되는 슬래브의 펀칭전단파괴에 대하여 방사상방향으로 충분히 저항할 수가 있게 된다.

이러한 본 발명의 전단보강체를 이용하여 기둥 접합부에 설치되는 전단보강구조에 대하여 설명하고자 한다.

본 발명의 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강구조는 도 4 및 도 5와 같이, 슬래브(20)의 상,하부철근(21)(22)과; 슬래브(20)와 기둥(30)이 접합하는 접합부에 위치하도록 상,하부철근(21)(22)사이에 달팽이형으로 풀어서 설치되는 상기 전단보강체(10); 를 포함하여 구성된다.

본 발명의 전단보강체(10)는 슬래브(20)와 기둥(30) 접합부에서 우려되는 균열 및 전단파괴에 효과적으로 저항할 수 있도록 한다.

즉, 로울식으로 감겨진 전단보강체(10)를 기둥 접합부에 달팽이형으로 풀어주게 되면 줄사다리식으로 일정한 간격으로 배치된 철근(12)들은 상,하부 양측 와이어에 의하여 고정되므로 철근(12)들은 별도의 고정작업이 필요없이 즉시 설치가 가능하게 되며, 또한 철근들이 세워진 상태에서 달팽이형으로 배열되므로써 기둥 접합부를 겹겹이 둘러싸게 되어 균열 및 전단파괴에 대하여 방사상방향으로 저항할 수 있게 되는 것이다.

또한 전단보강체(10)는 기둥 중심부에서 점차적이면서 겹겹이 달팽이형으로 설치가 되므로 종래 일직선상으로 시공되는 전단보강체보다는 시공상의 편리함과 균열 및 전단파괴에 대한 저항능력이 월등히 우수한 효과를 볼 수가 있는 것이다.

도 1은 종래의 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강구조를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명의 줄사다리식으로 제작된 전단보강체의 전개도이며,

도 3은 도 2의 전단보강체를 로울식으로 감은 상태의 평면도이고,

도 4는 본 발명의 전단보강체를 달팽이형으로 풀어서 슬래브와 기둥 접합부에 설치한 상태의 평면도이며,

도 5는 도 4의 종단면도이다.

* 도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10;전단보강체 11;와이어

12;철근 20;슬래브

21,22;상,하부철근 30;기둥

Claims (3)

1. 길이가 배타적으로 긴 양측 와이어(11)와, 양측 와이어(11)의 사이에 설정된 간격으로 배열되어 줄사다리식으로 제작되게 하는 철근(12)과, 철근(12)이 배열되어 상기 줄사다리식으로 제작한 양측 와이어(11)를 슬래브(20)와 기둥(30) 접합부에 설치할 때 달팽이형으로 풀어서 슬래브의 펀칭전단파괴에 대한 저항능력을 방사상방향으로 증대시키도록 감겨지는 로울부(R)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 양측 와이어(11) 사이에 배열되는 철근(12)의 양단을 고리모양으로 가압하여 고정시키도록 한 것을 특징으로 하는 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강체.
3. 철근 콘크리트 구조물의 슬래브(20)와 기둥(30) 접합부에 다수개의 전단보강체(10)를 설치하여 전단내력을 보강할 수 있도록 하는 슬래브 기둥 접합부 전단보강구조에서,

   슬래브(20)의 상,하부철근(21)(22)과; 슬래브(20)와 기둥(30) 접합부에 위치하도록 상,하부철근(21)(22)사이에 달팽이형으로 풀어서 설치되는 상기 전단보강 체(10); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 슬래브와 기둥 접합부의 전단보강구조.

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