KR101050956B1 - 철근 선조립 기둥공법 - Google Patents

Abstract

본 공법은 철근콘크리트 기둥과 비슷하면서도 공장에서 철근을 선조립하여 현장 반입 후 조립하여 별도의 가설 서포트 없이 철골보를 부착하는 공법이다. 철근 선조립으로 제작한 기둥은 간편한 거푸집 설치로 기둥단면 내부에 콘크리트를 부어넣기 쉽다. 철근 선조립 기둥(1)은 사각형의 네 구석에 굵은철근(2)을 3층 내외의 높이로 배열하고, 각층 보를 부착하는 패널존(12)에는 4개의 굵은철근을 주두강판(10)으로 용접하여 연결한다. 4면으로 구성된 주두강판은 상자형으로 조성하고, 기본 틀 내부에 필요하면 추가로 주두보강용강판(14)과 주근(3)을 배치한다. 상기 4개의 굵은철근과 나머지 주근 외부에는 수평으로 필요한 간격의 띠철근(6)과 보조 띠철근(7)을 용접하여 현장에 운반조립하고 외부에 거푸집을 댄 후 단면 내부에 콘크리트(8)를 부어 넣는 공법이다.

Description

철근 선조립 기둥공법{Method of Pre-Assembled Re-bar Column }

사상 유례가 없는 철강재 폭등으로 건설공사비 상승이 불가항력적이며 노동력을 많이 필요로 하는 철근콘크리트 구조에서 철골구조로 향하던 건설업계의 향방이 또다시 철근콘크리트 구조 선호로 회귀하는 추세에 있다. 그러나 철근콘크리트 구조에서 거푸집 목공과 철근공의 대부분을 외국인 근로자에 의존하는 상태에서 철근콘크리트 구조 일변도로 향하는 것도 바람직한 현상은 아니므로 철근을 주로 사용하면서도 공장에서 선조립 할 수 있는 기둥제작 방안을 모색할 필요가 있다.

기둥은 주응력이 '압축'이며 자재비가 저렴하면서도 압축력에 강한 재료가 콘크리트이므로 철근콘크리트 기둥은 철골기둥에 비하여 경쟁력이 있다. 그러나 보를 철골조로 설계하면서 기둥만을 철근콘크리트조로 바꾸면 이론적으로는 합리적일 것 같으나 실제 현장에서는 보와의 접합 작업이 복잡하며 기둥 콘크리트의 양생이 끝날 때까지 보의 가설지주를 제거하지 못하는 단점이 있다. 또한 강구조와 철근콘크리트 구조는 같은 구조이면서도 해당 기술 업역(業域)이 명확히 구분되어 있어서 기술자간에 교류는 물론 협력체계 조차 갖추어 지지 않아 공동 작업이 이루어지지 않는 형편에 있다.

철골보는 철골기둥에 접합하는 것이 자연스럽다. 그러므로 기둥은 구조 내력 면에서 철골보다 철근콘크리트가 합리적입에도 불구하고 철골 공사업자가 우선 철골 조립공사를 마치는 것을 선호하므로 이른바 '조립용'이라는 명목으로 최소 규격 단면의 기둥을 사용하는 것이 상례로 되어 있다. 도 5-1은 상기 조립형 철골 기둥에 철근콘크리트를 추가한 일반적인 철골 철근콘크리트 기둥 단면이다. 철골 보를 철근콘크리트 기둥에 부착하는 또 한 가지 방법은 우선 철근콘크리트의 콘크리트 양생이 끝난 다음 철골 보를 부착하는 것인데 이는 공사 기간의 제약을 받을 수 있는 단점이 있다. 위에서 철근콘크리트 기둥이 구조상 합리적이라고 한 이유는 기둥의 주응력이 압축력이지만 보에서 전달되는 휨모멘트에도 안전하게 저항하여야 하므로 기둥 단면 최 외곽부에 인장재인 철근을 배열할 수 있기 때문이다.

도 5-6은 이를 설명하는 것으로 어느 누구도 철근콘크리트 기둥단면 중앙에 철근을 배근하는 기술자가 없는 것은 그 때문이다. 그럼에도 불구하고 도 5-1 은 기둥 단면 중앙에 조립 용이한 명목으로 H형강 철골 단면이 자리 잡고 있으므로 결과적으로 비합리적이고 재료의 낭비가 심한 기둥이 되는 것이다. 강재가격이 저렴할 때는 이같이 구조상 비합리적인 공법 적용이 용인될 수 있었으나 앞으로는 보다 합리적인 공법 개발이 필수적이다.

상기 문제점을 해결하기 위한 수단으로 개발한 기둥들은 도5-2, 5-3, 5-4, 5-5 등으로 단면 외곽에 강재, 내부에 콘크리트로 구성되어 도 5-1 보다 한결 개선된 것이다. 그러나 강판이나 ㄱ형강 등 강재는 철근 보다 단위 중량당 단가가 높고, 동일 강재이면서도 구조설계 기준상 강재가 철근에 비하여 오히려 내력이 과소 평가 되므로 상대적으로 철근콘크리트가 강콘크리트에 비하여 경쟁력이 있는 것이 현실이다.

한편 도 5-1과 도 5-6을 제외한 도 5-2∼도 5-5의 기둥들은 CFT(Concrete Filled Tube)라고 하며 선진 외국에서는 내화피복 없이도 1.5시간 정도의 내화성을 인정받고 있으나 국내에서는 아직도 표면을 내화피복재를 덮어야 하는 어려움이 있다. 내화피복 중 가장 값싼 것은 뿜칠재이지만 이는 표면이 거칠기도 하고 강도도 약하여 외부에 노출 시 다른 마감재를 추가하여야 하는 부담이 있다.

결과적으로는 도 5-6의 철근콘크리트 기둥이 값도 싸고 내화피복도 불필요한 기둥 단면인데 이를 시공하기 위한 가설재 및 철골보의 접합성이 어려운 것이 큰 단점으로 작용하고 있다. 그러므로 철근콘크리트의 범주에 속하면서도 강구조 시공자가 큰 불평 없이 수용할 수 있으며 별도의 내화피복 공사가 없이도 내화구조로 인정받을 수 있는 철근콘크리트 기둥단면을 도출해 내는 것이 본 발명의 목적이다.

기존의 철골 철근콘크리트 기둥을 사용하는 이유는 이렇다. 철근콘크리트 단면이 좋기는 하지만 철골보와 접합성에 문제가 있으므로 가설용 영구 철골 기둥을 설치하고 그 주변에 또다시 철근콘크리트 기둥을 시공하는 2중 작업을 감수한다(도 5-1). 그러므로 철근콘크리트 기둥이면서도 공장에서 사전 조립하여 현장에 반입 후 철골보와 손쉽게 접합할 수 있는 공법이 본 발명의 주요 과제이다. 지금까지 개발된 강콘크리트 기둥들은 도5-2∼도 5-5에서 보는 바와 같이 콘크리트를 감싸는 외곽면이 강판으로 되어 있어서 매끄러운 강판 표면에 시멘트 모르터를 직접 바르고자 한다면 와이어메쉬 설치에 따른 추가비용을 부담하여야 한다. 따라서 일반적으로 내화뿜칠을 한 후 석고보드로 마감하는 방법을 채택하는데 비용이 많이 드는 것도 문제이지만 지하주차장이나 창고 등에 적용 시 파손과 흡습 탈락 우려가 있다.

따라서 철근콘크리트 기둥이면서도 공장에서 제작하여 현장에 반입 조립하고 철골보와 접합이 용이하며, 별도 동바리 없이도 단면 내부에 콘크리트를 부어 넣을 수 있어야 한다. 또한 상하부 기둥 접합이 용이하고 일반 철근콘크리트 구조에 비해 공기 절감 및 공사비 절감이 가능하여야 한다.

철근 선조립 기둥은 기둥 4개 구석에 철골답게 굵은철근(2)을 배열하고, 매 층 철골보를 조립할 패널존(Panel Zone, (12))에 네 개의 굵은철근을 서로 연결하는 주두강판(10)을 용접하여 기둥 외곽을 형성한다. 기둥이 조성된 기본 틀 안에 필요하면 주두보강용강판(14)과 주근(3)을 추가 배치한다. 굵은철근과 띠철근(6)은 용접으로 고정시키고, 보조 띠철근(7)을 끼워 띠철근에 용접한다.

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위와 같이 완성된 철근 선조립 기둥을 현장 반입하여 세우고 보를 조립한 다음 기둥 외곽에 거푸집을 대고 내부에 콘크리트(8)를 부어 넣으면 철근 선조립 기둥이 완성된다.

철근 선조립 기둥은 철근콘크리트 기둥과 같은 단면과 표면을 갖게 되며, 철골 철근콘크리트 기둥에 비하여 공사비와 공기가 절감되는 효과가 있다. 일반적인 철근콘크리트 기둥은 콘크리트를 부어 넣는 동안 철근 형태가 외주(外周)의 거푸집에 의존하여야 한다. 그러나 철근이 소정의 위치를 고수하는 철근 선조립 기둥은 공장에서 선조립 한 후 현장 반입하여 세운 철근 선조립 기둥이 보를 조립하는 기본 틀이 된다. 그러므로 철근 선조립 기둥은 슬래브와 보 및 기둥 콘크리트를 부어넣었을 때까지 서포트 역할도 겸하므로 기둥 거푸집은 오히려 선조립한 철근 틀에 기대어 단지 기둥 콘크리트를 부어넣는 동안 굳지 않은 콘크리트의 측압에 견디는 단순역할만 해도 된다.

본 공법은 철근콘크리트 기둥과 비슷하면서도 공장에서 철근을 선조립하여 현장 반입 조립한 후 별도의 가설 서포트 없이 철골 보를 부착하고, 간편한 거푸집 설치로 기둥단면 내부에 콘크리트를 부어넣을 수 있는 철근 선조립 기둥공법이다. 철근 선조립 기둥(1)에 부착되는 보는 그림 2, 그림 3과 같이 철골 보가 설치된다. 철골 보와 철근콘크리트 기둥이 접합되기 위해 철근 선조립 기둥(1)과 보(11)가 접합되는 부위에는 강재로 제작된 패널존(12)을 설치하고 여기에 보가 접합된다.
공장에서 제작되는 철근콘크리트 기둥은 도 3과 같이 사각형의 네 구석에 굵은철근(2)을 배열하고 매 층 패널존(12)에 상기 굵은철근 상호간을 보 높이보다 상부와 하부 각각 50∼100mm 정도 폭이 큰 강판을 용접하여 외관상 상자형 강관으로 제작한다. 이렇게 제작한 상자형 강관과 굵은철근으로 기둥의 기본 틀이 조성되며 상자형의 직각도를 유지한다. 주두보강용강판(14)은 보 상부 플랜지에서 전달되는 인장력을 다른 보의 상부 플랜지로 전달하며, 상자 내부에 외곽면과 대각선 방향으로 용접한 후 구조계산상 추가로 필요시 기본 틀 내부에 주근(3)을 삽입하여 주두강판(10)에 점용접 한다. 또한 굵은철근과 주근 주변에는 구조계산상 필요한 굵기의 철근을 필요 간격으로 띠철근(6)을 수평으로 둘러싸서 단부를 용접하고, 보조 띠철근(7)도 철근콘크리트 구조계산규준에서 필요로 하는 최대 간격으로 배근하여 용접한다. 이렇게 완성된 철근 선조립 기둥을 현장 반입하여 일반 철골 기둥과 같은 방법으로 세워서 보를 접합하면 가설 서포트 없는 보 조립용 기둥 역할을 하며 주변에 거푸집을 설치하고 거푸집 내부에 콘크리트를 부어넣으면 철근 선조립 기둥이 완성된다.

도 1은 철근 선조립 기둥의 중앙부 단면도,

도 2는 철근 선조립 기둥의 보 접합부(Panel zone) 단면도,

도 3은 철근 선조립 기둥의 입면도,

도 4는 철근 선조립 기둥의 시공순서 사시도,

도 5-1은 일반 철골 철근콘크리트 기둥의 단면도,

도 5-2∼도 5-4는 CFT(Concrete Filled Tube)의 단면도,

도 5-5는 y형강판 띠기둥의 단면도,

도 5-6은 일반 철근콘크리트 또는 PC 기둥의 단면도 이다.

＜도면의 부호에 대한 간단한 설명＞

1 : 철근 선조립 기둥 2 : 굵은철근

3 : 주근 6 : 띠철근

7 : 보조 띠철근 8 : 콘크리트

9 : 콘크리트 피복 10 : 주두강판

11 : 보 12 : 패널존

14 : 주두보강용강판

Claims (1)

1. 철근콘크리트 기둥의 철근을 공장에서 제작함에 있어서 ;

   (a) 사각형의 네 모서리에 굵은철근(2)을 3개 층 높이로 배치하는 단계 ;

   (b) 각 층의 보가 붙는 위치인 패널존(12)에 주두강판(10)을 상자형이 되도록 굵은철근과 용접하고, 주두강판 내부에는 주두보강용강판(14)을 부착하는 단계 ;

   (c) 상기 굵은철근과 주두강판으로 형성된 기본 틀 내부에 주근(3)을 배열하고, 굵은철근과 주근 외부에 수평 방향의 띠철근(6)을 둘러 용접하며, 보조 띠철근(7)을 추가하여 띠철근에 용접하고 현장 반입하여 세우는 단계 ;

   (d) 상기 패널존에 보를 부착하고 철근 선조립 기둥 주변에 거푸집을 설치하고 거푸집 내부에 콘크리트(8) 타설하는 것을 특징으로 하는 철근 선조립 기둥 공법

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