KR101059496B1 - 콘크리트 슬래브 구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 처짐에 대한 강성 즉 휨강성이 향상된 구조의 콘크리트 슬래브 구조물 및 그 시공방법을 개시한다. 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물은: 콘크리트를 타설하여 형성되는 콘크리트 슬래브층; 그리고 상기 콘크리트 슬래브층의 처짐을 지지하기 위하여, 상기 콘크리트 슬래브층과 일체로 되어 상기 콘크리트 슬래브층과 일체 거동을 하는 에프알피 파이프(FRP Pipe)를 포함하여 구성된다.
상술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 인장강도 및 인장에 대한 저항력이 우수한 에프알피(섬유강화플라스틱)의 특성을 갖는 상기 FRP 파이프가 콘크리트 슬래브층과 일체적 거동을 하면서 처짐을 감소시키고, 기존 콘크리트 슬래브 구조물에 비해 처짐방지를 위한 철근 등의 재료비가 절감되며, 더 나아가 상기 FRP 내부에 콘크리트가 타설되지 않도록 중공의 비충전식인 경우 시멘트 기타 골재의 소모량이 절감되어 콘크리트 슬래브 구조물의 자중이 감소된다.
FRP 파이프, 콘크리트 슬래브층, 데크 플레이트, 주근, 래티스, 받침부재

Description

콘크리트 슬래브 구조물 및 그 시공방법{Concrete Slab Structure and Constructing Method for The Same}
본 발명은 콘크리트 슬래브 구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트의 타설로 형성되는 콘크리트 슬래브층과 에프알피 파이프가 일체화되어 휨에 대한 저항력이 향상으로 처짐이 감소되고 재료비가 절감될 수 있는 구조의 콘크리트 슬래브 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트로 축조된 건축 구조물 또는 토목 구조물은 압축에는 강하나 인장에는 취약한 재료적 특성을 보이는데, 시멘트와 골재를 주재료로 하여 건물의 바닥이나 천장을 이루거나 교량의 상판 터널의 천장을 이루는 콘크리트 슬래브 구조물 역시 구조물 자체의 자중 및 상부에서 가해지는 하중에 의한 처짐현상으로 상측면은 압축되고 하측면은 인장되는 처짐현상이 발생하고, 처짐이 과도하면 슬래브에 균열이 생기거나 붕괴의 위험에 노출된다.
일반적인 콘크리트 슬래브 구조물은 넓은 뜻으로는 평판상(平板狀)의 것을 가리키며, 바닥슬래브 또는 상판(床板)이라고도 한다. 일반적인 철근콘크리트구조에서는 주위가 들보로 둘리고 슬래브 구조물에 걸리는 하중은 주위의 들보에 분담 되어 각 기둥으로 힘이 흘러간다. 그리고 플랫슬래브는 들보에 의한 지지 없이 직접 기둥 위에 얹은 철근콘크리트 슬래브로서, 이것은 특히 바닥의 굽힘강도가 안전한 정도로 유지되도록 철근이 배열된다.
도 1을 참조하면, 상기 콘크리트 슬래브 구조물은 일반적으로 콘크리트 슬래브층(10)과 상기 콘크리트 슬래브층의 내부에 배열되는 다수개의 철근들(20)을 포함하여 구성되는데, 상기 콘크리트 슬래브층(10)은 상측에 상기 철근들(20)이 배열된 바닥 거푸집(30) 위에 콘크리트를 타설하여 형성되며, 상기 콘크리트의 양생후에 상기 거푸집(30)은 제거됨으로써 콘크리트 슬래브 구조물이 완성된다.
여기서, 상기 콘크리트 슬래브층(10)의 그 하부를 따라 길게 배열되는 철근(21)은 주로 인장에 저항하는 역할을 하고, 상기 콘크리트 슬래브층(10)과 그 상부를 따라 배열되는 철근(22)은 주로 압축에 저항하는 역할을 하게 된다.
한편, 건물이나 교량 등의 지점과 지점사이, 즉 기둥과 기둥사이나 교각과 교각사이를 스팬(Span) 또는 경간이라고 칭하며, 일반적인 종래의 콘크리트 슬래브 구조물이 건물 등에 적용되는 경우 상기 콘크리트 슬래브 구조물의 처짐을 고려하여 상기 스팬을 대략 4m 내지 7m 정도로 하였다.
한편, 건축적 요구에 따라 스팬의 증가가 필요한 경우, 즉 스팬을 더 길게 늘여야 할 때에는 춤(슬래브의 두께)을 높게 하는 경우가 있는데, 이러한 경우 재료비와 슬래브 구조물의 자중이 증가하여 현실적으로 장스팬의 구현이 어렵고 공사기간이 길어지게 되고, 진동 등에 대한 조건들을 만족시키기가 어렵게 된다.
따라서 종래의 콘크리트 구조물에 의하면 기둥과 기둥 사이의 거리 즉 스팬 이 제한되므로, 기둥의 수나 거더에 의해 지지되는 보의 수가 증가하게 되어 건축물이나 토목구조물의 설계자유도가 제한되고, 건물의 경우 기둥수의 증가로 내부공간이 축소되며 내부 설계조건 또한 제한되는 문제점이 있다.
이에 본 발명자는 인장에 대한 저항력이 우수한 특성을 갖는 에프알피를 이용하여 슬래브의 장스팬화가 가능한 구조의 콘크리트 슬래브 구조물을 발명하였다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 처짐에 대한 저항력, 즉 높은 휨강성을 가지는 콘크리트 슬래브 구조물과 그 시공방법 및 콘크리트 슬래브 구조물의 시공을 간편하게 하는 데크 플레이트 유닛을 제공하기 위한 것이다.
상술한 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은: 콘크리트를 타설하여 형성되는 콘크리트 슬래브층; 그리고 상기 콘크리트 슬래브층의 처짐을 지지하기 위하여, 상기 콘크리트 슬래브층과 일체로 되어 상기 콘크리트 슬래브층과 일체 거동을 하는 에프알피 파이프(FRP Pipe)를 포함하여 구성되는 콘크리트 슬래브 구조물 및 이를 위한 슬래브용 데크 플레이트 유닛을 제공한다.
상기 콘크리트는 상기 에프알피 파이프의 내부에 충전되지 않도록 상기 에프알피 파이프의 외부에 타설되어 상기 에프알피 파이프와 일체를 이루는 상기 콘크리트 슬래브층을 형성하며, 상기 에프알피 파이프는 상기 콘크리트 슬래브층의 내 부를 가로지르도록 상기 콘크리트에 의해 매립된다.
상기의 구성에 더하여, 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물은: 상기 에프알피 파이프가 구비되는 데크 플레이트 유닛을 더 포함하여 구성된다. 여기서 상기 테크 플레이트 유닛은; 상기 콘크리트의 타설을 위한 바닥 거푸집을 이루며, 상측에 상기 콘크리트 슬래브층의 내부에 매립되는 주근이 구비되고, 상기 콘크리트의 양생 후 상기 콘크리트 슬래브층의 하측에 일체화되어 상기 콘크리트 슬래브 구조물의 바닥을 형성하는 데크 플레이트를 가진다.
상기 데크 플레이트 유닛은; 상기 데크 플레이트의 상측에 구비되어 상기 에프알피 파이프를 지지하며, 상기 데크 플레이트의 상측면에서 상기 에프알피 파이프를 이격시키는 받침부재를 더 포함하여 구성된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물은: 콘크리트의 타설을 위한 슬래브 바닥 거푸집을 이루는 데크 플레이트; 상기 데크 플레이트의 상측에 구비되는 주근; 상기 주근을 지지하기 위해 상기 데크 플레이트에 고정되어 복수의 래티스 라인을 형성하는 주근설치부재들; 상기 주근과 함께 상기 데크 플레이트의 상측에 구비되어 슬래브의 휨강성을 보강하는 에프알피 파이프(FRP Pipe); 상기 에프알피 파이프가 상기 래티스 라인들 사이의 위치에 배열되도록 상기 에프알피 파이프를 지지하며, 상기 에프알피 파이프를 상기 데크 플레이트의 상측면에서 일정 간격 이격된 상태로 지지하도록 상기 주근설치부재들이 연장되어 절곡된 형태로서 상기 주근설치부재들과 일체를 이루는 받침부재; 그리고 상기 콘크리트의 타설에 의해 상기 데크 플레이트의 상부에 형성되며, 내부에 상기 주근과 주근설치부재들 및 상기 에프알피 파이프가 매립되는 콘크리트 슬래브층;을 포함하여 구성된다.
그리고 상기 에프알피 파이프는; 상기 에프알피 파이프의 외부표면과 상기 콘크리트 슬래브층간의 슬립을 방지하는 슬립방지부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
다른 일 형태로서 본 발명은: 슬래브 시공시 콘크리트의 타설을 위한 바닥 거푸집을 이루며, 상기 콘크리트의 양생 후 콘크리트 슬래브층에 일체화되어 콘크리트 슬래브 구조물의 바닥을 이루는 데크 플레이트; 상기 콘크리트 슬래브층에 매립되도록 상기 데크 플레이트의 상측에 제공되는 주근; 상기 주근을 지지하기 위해 상기 데크 플레이트에 고정되어 복수의 래티스 라인을 형성하는 주근설치부재들; 그리고 상기 콘크리트 슬래브 구조물의 휨강성을 보강하기 위해 상기 주근과 함께 상기 콘크리트 슬래브층의 내부에 매립되는 에프알피 파이프가 상기 래티스 라인들 사이의 위치에 배열되도록 상기 에프알피 파이프를 지지하며, 상기 에프알피 파이프를 상기 데크 플레이트의 상측면에서 일정 간격 이격된 상태로 지지하도록 상기 주근설치부재들이 연장되어 절곡된 형태로서 상기 주근설치부재들과 일체를 이루는 받침부재;를 포함하여 구성되는 데크 플레이트 유닛을 제공한다.
또 다른 일 형태로서 본 발명은: 슬래브 시공시 바닥 거푸집을 이루며 상측에 철근으로 된 주근과 에프알피 파이프가 설치된 데크 플레이트의 상부면에 콘크리트를 타설하여 상기 주근과 에프알피 파이프와 상기 데크 플레이트가 일체화된 콘크리트 슬래브층을 형성하는 콘크리트 슬래브 구조물 시공방법을 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물과 그 시공방법 및 이를 위한 데크 플레이트 유닛에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따르면, 인장에 대한 저항력이 우수한 FRP 파이프가 콘크리트 타설로 형성되는 콘크리트 슬래브층과 일체화되어 처짐(휨 거동)에 대한 우수한 저항력을 가지므로 휨강성이 크게 향상되고 처짐이 개선되어 장스팬의 구현이 가능하다.
둘째, 본 발명에 따르면, 콘크리트 슬래브 구조물의 장스팬화로 건축물이나 토목 구조물의 설계시 다양한 요구의 수용이 가능해지며, 춤이 낮은 슬래브가 가능하고 슬래브를 지지하는 보의 수 및/또는 기둥의 수가 감소될 뿐만 아니라 보나 거더의 단면감소로 건물전체의 시공비용이 절감되고 공기가 단축된다.
셋째, 본 발명에 따르면, 콘크리트 슬래브 구조물의 시공시 FRP 파이프를 내부에 콘크리트가 타설되지 않는 비충전식으로 시공하면 슬래브의 중량이 감소되어 장스팬이 더욱 가능해지며, 시멘트 기타 골재의 소요량이 감소되어 시공비가 절감되고 공사기간이 단축된다. 그리고 상기 FRP 파이프의 내부공간을 각종 전선 케이블이나 통신 케이블 등의 전기/전자 케이블 및 또는 기타 설비의 통로로 이용이 가 능하다.
넷째, 본 발명에 따르면, 슬래브의 자중이 감소되어 슬래브 시공시 필요한 동바리의 수를 최소화 할 수 있고 이로 인해 현장 작업자의 작업공간이 넓게 확보될 수 있다.
다섯째, 본 발명에 따르면, 동일한 춤을 갖는 종래의 콘크리트 슬래브 구조물에 비해 콘크리트 타설량이 감소되어 콘크리트 양생시 소요되는 기간이 단축되고 인건비가 절감되는 등 비용절감 효과가 우수하다.
여섯째, 본 발명에 따르면, 주근이 설치된 데크 플레이트 유닛이 거푸집을 형성하는 동시에 콘크리트 양생후 콘크리트 슬래브층과 일체화되므로 별도의 거푸집 설치가 필요 없으며, 데크 플레이트 유닛 제조과정에서 데크 플레이트의 상측에 주근과 에프알피 파이프가 설치된 형태로 데크 플레이트 유닛의 모듈화가 가능하여 슬래브의 시공이 현저히 간편하게 된다.
일곱째, 본 발명에 따르면, 데크 플레이트 유닛 제조과정에서 데크 플레이트의 상측에 주근과 에프알피 파이프가 설치된 형태로 데크 플레이트 유닛를 모듈화하는 대신 슬래브 시공현장에서 데크 플레이트의 상측에 에프알피 파이프를 설치한 후 콘크리트 타설하는 것도 가능하므로 현장 시공조건에 따라 선택적으로 데크 플레이트 유닛의 구조를 선택할 수 있다.
이하 상기 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대 해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명 및 중복되는 설명은 하기에서 생략된다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물 및 이를 위한 데크 플레이트 유닛의 일 실시예를 설명한다.
여기서, 도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물의 일 실시 예를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 콘크리트 슬래브 구조물의 시공을 위한 데크 플레이트 유닛의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물(100)은, 콘크리트 슬래브층(110)과 상기 콘크리트 슬래브층(110)과 일체로 거동하는 에프알피 파이프(120; 이하 FRP 파이프라 칭함)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물(100)은 건물의 바닥이나 천장 또는 교량의 상판이나 터널의 천장 등 다양하게 적용가능하다. 상기 콘크리트 슬래브층(110)은 콘크리트의 타설에 의해 형성되는데, 보다 상세하게는 거푸집의 상부에 설계조건에 맞는 두께로 콘크리트를 타설하고 이를 양생함으로써 형성된다.
그리고 상기 콘크리트 슬래브 구조물은 하중분포 및 자중에 따른 설계조건에 맞게 휨거동, 즉 처짐에 대한 우수한 저항력을 필요로 하는데, 본 발명은 FRP의 특성 중 우수한 인장강도를 이용하여 슬래브의 휨강성을 향상시킴으로써 처짐을 최소화하고 재료비를 절감할 수 있다.
상기 FRP의 구체적인 예로서, CFRP(탄소섬유 강화플라스틱)와 GFRP(유리섬유 강화플라스틱)와 AFRP(아라미드섬유 강화플라스틱) 등이 있으며, 상기 FRP 파이 프(120)는 상기 콘크리트 슬래브 구조물의 휨강성/강도를 향상시킬 수 있는 기타 다른 재질을 더 포함하여 복합재질로 구성할 수도 있다.
상기 FRP 파이프(120)는 상기 콘크리트 슬래브층의 처짐을 지지하게 되는데, 보다 상세하게는 상기 콘크리트의 타설 후 상기 콘크리트가 양생되고 이로 인해 상기 콘크리트 슬래브층(110)과 일체로 되어 상기 콘크리트 슬래브층(110)의 자중 및 상부에서 가해지는 외부하중에 대한 처짐을 최소화한다.
여기서, 상기 FRP 파이프(120)가 상기 콘크리트 슬래브층(110)과 일체적 거동을 하는 구조라면 어떠한 구조라도 가능하며, 상기 콘크리트 타설에 의해 상기 콘크리트 슬래브층(110)와 직접 일체화될 수도 있고, 별도의 부재를 매개로 간접적으로 일체화될 수도 있으나, 본 실시예에서는 상기 FRP 파이프(120)가 상기 콘크리트 슬래브층(110)의 내부를 길게 가로질러 배치되도록 상기 콘크리트 타설에 의해 상기 콘크리트 슬래브층(110)에 매립되어 상기 콘크리트 슬래브층과 일체화된다.
상기 FRP 파이프(120)는 둘레면의 일부가 상기 콘크리트 슬래브층의 외부로 노출되도록 매립될 수도 있으나, 본 실시예에서는 상기 콘크리트 슬래브층(110)의 내부에 완전히 매립되어 외주면이 상기 콘크리트 슬래브층(110)의 외부로 노출되지 않도록 구성한다.
그리고 상기 FRP 파이프(120)는 내부가 콘크리트로 충전된 충전식으로 구성될 수도 있으나, 슬래브의 시공시 내부에 상기 콘크리트가 타설되지 않도록 상기 FRP 파이프(120)의 외부에만 상기 콘크리트가 타설되어, 그 내부가 콘크리트에 의해 충전되지 않는 비충전식(속이 빈 형태)으로 구성될 수도 있다. 이에 따라 상기 FRP 파이프(120)의 내부공간을 각종 전선 케이블이나 통신 케이블 등의 전기/전자 케이블 및 또는 기타 설비의 통로로 이용이 가능하다.
상기 FRP 파이프(120)를 성형하는 방법의 일 예로는 필라멘트 와인딩(filament winding) 방식이 있는데, 상기 필라멘트 와인딩 방식은 FRP 파이프를 성형하기 위하여 긴 원통형 또는 기타 다른 형상의 맨드릴(Mandrel)의 둘레에 섬유 필라멘트를 감아서 중공관 형상의 파이프를 성형하는 방식을 말하며, 상기 맨드릴의 형상에 따라 상기 FRP 파이프(120)가 환형단면 다각형 단면 등 다양한 단면 형상으로 성형될 수 있다.
그리고 상기 FRP 파이프(120)는 성형작업이 용이하고 무게가 가벼우므로, FRP 파이프에 요구되는 설계조건에 따라 관의 두께나 직경, 형상 등을 적절히 선택할 수 있으며, FRP의 이방성을 고려하여 상기 맨드릴에 섬유 필라멘트를 감는 방향 즉 배열 방향을 다양하게 변경시킬 수 있는데, 예를 들면 +45°나선방향과 -45°나선방향을 반복하여 섬유 필라멘트가 교차되게 감을 수도 있다.
이에 따라 상기 FRP 파이프(120)는 다각형 단면의 관이나 환형 단면 관 등 다양한 단면 형상의 중공관으로 이루어질 수 있으며, 본 실시예에서의 FRP 파이프(120)는 환형 단면의 중공형 파이프를 그 예로 제시한다.
상기 콘크리트 슬래브 구조물은 상부에서 가해지는 외부하중 및 자중으로 인해 처짐이 발생한다. 다시 말해서, 상기 콘크리트 슬래브 구조물에 처짐 즉 벤딩(Bending; 굽힘/휨)에 의해 상기 콘크리트 슬래브 구조물이 휘게 되는데, 휨 또는 처짐에 취약한 콘크리트 슬래브 구조물을 상기 FRP 파이프(120)로 보강하면, 인 장에 대한 저항력이 우수한 FRP의 장점이 인장에 취약한 콘크리트 슬래브 구조물에 적용되어 슬래브의 전체적인 휨강성을 향상시킬 수 있다.
상기 FRP 파이프(120)는 콘크리트 슬래브 구조물에 가해지는 힘의 방향, 즉 설계조건에 따른 하중의 작용방향을 따라 길게 배치되며, 본 실시예에서는 상기 FRP 파이프(120)가 상기 콘크리트 슬래브 구조물의 스팬방향으로 길게 구비되며, 상기 콘크리트 타설에 의해 상기 콘크리트 슬래브층(110)의 내부에 일체화되도록 복수개의 FRP 파이프가 거푸집의 상측에 배열된다. 여기서 복수개의 상기 FRP 파이프(120)들은 서로 나란하게 동일 간격으로 배열되어 있으나, 그에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 상기 FRP 파이프(120)가 상기 콘크리트 슬래브층(110)과 일체적 거동을 하게 되면, 휨모멘트에 대한 강성을 향상시킬 수 있는 동시에 철근이나 콘크리트 등에 소요되는 재료비를 현저히 절감시킬 수 있고, 동일한 스팬이 적용된다고 가정할 때 슬래브 구조물의 처짐현상이 최소화된다.
상기 콘크리트 슬래브층(110)은 전술한 바와 같이 거푸집의 상부에 콘크리트를 타설함으로써 형성되며, 본 실시예에 따른 콘크리트 슬래브층(110)은 상기 거푸집을 형성하는 데크 플레이트 유닛(130)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 데크 플레이트 유닛(130)은 슬래브 시공시 콘크리트 타설을 위한 바닥 거푸집을 이루며, 콘크리트 타설 후 콘크리트가 양생되면 상기 콘크리트 슬래브층(110)과 일체화되어 콘크리트 슬래브 구조물의 바닥을 이루므로, 별도의 거푸집 제거작업이 필요없게 된다. 따라서 별도의 거푸집 설치 및 제 거 작업이 불필요하므로 슬래브의 시공이 간편해지고 시공기간이 단축될 수 있다.
상기 데크 플레이트 유닛(130)은 상기 바닥 거푸집을 이루는 데크 플레이트(131)와 상기 데크 플레이트(131)의 상측에 구비되어 콘크리트 슬래브 구조물을 보강하는 주근(132, 133)을 포함하여 구성되는 합성 슬래브 바닥장치이며, 상기 콘크리트 슬래브 구조물(100)의 휨강성을 보강하는 상기 FRP 파이프(120)를 지지한다.
상기 데크플레이트(131)는 대략 사각형상의 금속판, 예를 들면 아연도금 강판으로 제조된 금속 플레이트 등이 있다. 여기서 상기 데크 플레이트(131)는, 상기 콘크리트 슬래브층(110)과의 일체성 향상을 위하여 상부 표면에 주름이 형성되거나 돌출부가 형성될 수도 있다.
상기 주근(132, 133)은 상기 데크 플레이트(131)의 상측면에서 이격된 위치에 복수개가 구비되어 콘크리트 슬래브 구조물을 보강하며, 상대적으로 위쪽에 위치하는 주근을 상부주근(132)이라 하고 아래쪽에 위치한 주근을 하부주근(133)이라 한다. 상기 상부주근(132)과 하부 주근(132, 133)은 주로 긴 철근으로 제조된다.
상기 복수개의 주근들(132, 133)은 상기 데크 플레이트 유닛(130)의 제조시에 상기 데크 플레이트(131)의 상측에 일체로 고정되어 모듈화되는 것이 바람직하며, 모듈형식으로 제조된 후 현장으로 이송되어 슬래브 거푸집을 이룬다. 그리고 상기 콘크리트의 타설 전에 상기 상부주근(132)과 교차되는 상부배력근(미도시)이 길게 현장배근되고, 상기 하부주근(133)에 교차되는 하부배력근(미도시)이 길게 현장배근된다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 데크 플레이트(131)의 상측면에는 상기 주근의 설치를 위한 주근설치부재(134a)가 구비되며, 상기 주근설치부재(134a)를 본 발명에서는 래티스라 칭하고, 상기 상부주근(132)과 하부주근(133)이 상기 래티스(Lattice;134a)에 의해 상기 데크 플레이트(131)상에 설치된다. 상기 래티스(134a)에는 적어도 하나의 상기 상부주근(132)과 적어도 하나의 상기 하부주근(133)이 용접이나 와이어 결속방식 또는 끼움 등의 방식으로 고정된다.
본 실시예에서는, 상기 래티스(134a)는 용접 등의 방식으로 상기 데크 플레이트(131)의 상측면에 고정되며, 상기 데크 플레이트 유닛(130)의 전면에서 볼 때 대략 트러스(truss) 형상의 래티스(134a)가 상기 주근들의 길이방향, 즉 전후방향(스팬방향)으로 다수개 이격 배치되거나 일체형으로 길게 배치되어 래티스 라인(134)을 형성하나, 상기 래티스의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 상기 래티스(134a)는 상기 스팬방향에 수직한 좌우방향으로도 복수개 배치되어 상기 데크 플레이트(131)의 상측에는 복수 열의 래티스 라인이 형성되며, 상기 래티스(134a) 각각의 상단부, 즉 트러스의 상부 꼭지점부위에 상기 상부주근(132)이 고정되고 상기 래티스(134a) 각각의 양측 하부에 상기 하부주근이 하나씩 고정되나, 상기 래티스(134a)의 형상이나 1열의 상기 래티스 라인에 고정되는 상부주근(132)과 하부주근(133)의 수 및 그 고정방식이 전술한 것에 한정되는 것은 아니다.
상기 FRP 파이프(120)는 상기 데크 플레이트(131) 상측면에 접촉되도록 설치되거나 상기 래티스(134a)에 의해 직접 지지되도록 설치될 수도 있으나, 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물은 상기 FRP 파이프(120)를 지지하는 받침부재(135)를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 상기 받침부재(135)는 상기 데크 플레이트(131)의 상측에 구비되는데, 상기 데크 플레이트(131)의 상측면에 직접 고정되거나, 다른 부재 예를 들면 상기 래티스(134a)를 매개로 상기 데크 플레이트(131)의 상측에 고정될 수도 있다.
상기 받침부재(135)는 이웃하는 래티스 라인(134)들 사이에 전후방향, 즉 경간(스팬)방향으로 복수개가 일렬로 배열되며, 상기 FRP 파이프(120)가 상기 주근들(132, 133)과 나란하게 배치되도록 상기 받침부재(135)들은 상기 래티스 라인(134)과 나란한 받침 라인을 형성한다.
본 실시예에서 상기 받침부재(135)는 상기 래티스(134a)에서 일체로 연장시켜 형성되나, 분리된 타입으로 구비될 수도 있다. 상기 받침부재(135)와 상기 래티스(134a)는 금속 예를 들면 동선이나 철선을 이용하여 제조될 수 있으며, 상기 데크 플레이트(131)의 상측면에 용접 등의 방식으로 고정될 수 있으나, 그 재질이나 고정방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서 상기 받침부재(135)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 주근설치부재, 즉 상기 래티스(134a)가 연장되어 절곡된 형태로서, 상기 래티스(134a)와 일체를 이루며, 상기 에프알피 파이프(120)가 상기 받침부재(135)에 설치되어 상기 래티스 라인(134) 사이의 일정위치에 배열된다.
상기 받침부재(135)는 상기 FRP 파이프(120)를 상기 데크 플레이트(131)의 상측면에서 이격시켜 지지하며, 이에 따라 상기 데크 플레이트(131) 상부에 상기 콘크리트가 타설되면 상기 FRP 파이프(120)가 상기 콘크리트 슬래브층(110)의 내부에 완전히 매립된다.
이에 따라, 상호 이웃하는 한 쌍의 래티스 라인 사이에는 하나 또는 복수의 상기 FRP 파이프(120)가 배열될 수 있으며, 본 실시예에서는 서로 나란히 이웃하는 한쌍의 래티스 라인 사이에 하나의 FRP 파이프가 설치된 상태가 개시한다.
상기 데크 플레이트 유닛(130)은 상기 데크 플레이트(131) 상측에 상기 주근들(132, 133)과 상기 FRP 파이프(120)가 설치되어 모듈화된 상태로 슬래브 시공현장으로 이송될 수도 있고, 상기 FRP 파이프(120)가 설치되지 않은 상태로 현장으로 이송된 후 슬래브 시공현장에서 상기 FRP 파이프(120)를 상기 데크 플레이트(131) 상측에 안착시킨 후 상기 콘크리트 슬래브층의 형성을 위한 콘크리트를 타설할 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 데크 플레이트 유닛(130)을 이용하여 콘크리트 슬래브 구조물을 시공하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 슬래브 시공시 바닥 거푸집을 이루며 상측에 철근으로 된 상기 주근들(132, 133)과 상기 FRP 파이프(120)가 설치된 상기 데크 플레이트(131)를 슬래브 시공위치, 예를 들면 기둥 또는 거더에 설치한다. 그리고 상기 데크 플레이트(131)의 상부면에 설계조건에 맞는 두께로 상기 콘크리트를 타설하여 콘크리트 슬래브층을 형성하면, 상기 주근들(132, 133)과 상기 FRP 파이프(120)와 상기 데크 플레이트(131) 및 상기 콘크리트 슬래브층(110)이 일체화된 콘크리트 슬래브 구조물이 완성된다.
그리고 상기 데크 플레이트 유닛(130)이 상기 콘크리트 슬래브층(110)과 일체화 되므로, 별도의 거푸집 설치/제거작업이 불필요하고, 상기 FRP 파이프(120)가 슬래브의 처짐에 저항하므로 장스팬의 구현이 가능하고 FRP 파이프의 내부 부피만큼의 시멘트 골재가 절약되므로 자중감소로 인해 동바리 수가 절감된다.
물론, 상기 데크 플레이트(131) 대신 일반적 거푸집 또는 다른 방식의 거푸 집을 사용할 수도 있다. 즉 일반적 거푸집의 상측에 주근을 이루는 철근들을 배근하고 이와 동시에 또는 순차적으로 상기 FRP 파이프(120)들을 배치한 후 콘크리트를 타설하면 상기 FRP 파이프가 일체화 된 철근콘크리트 슬래브 구조물이 완성될 수 있다. 그러나 상기 데크 플레이트(131)를 사용하면 전술한 바와 같이 거푸집의 제거작업이 생략될 수 있고 거푸집의 설치작업도 편리한 잇점이 있다.
한편, 상기 FRP 파이프(120)와 상기 콘크리트 슬래브층(110)은 재료의 이질성, 즉 이형성으로 인해 서로 잘 붙지 않는 문제점이 있다. 물론, 상기 콘크리트의 타설 후 상기 콘크리트가 양생되면 상기 FRP 파이프(120)가 콘크리트 슬래브층(110) 내부에 압입된 형태처럼 고정되어 양 부재간의 일체성을 확보하지만, 진동이나 하중작용으로 인한 슬래브의 처짐시 상기 FRP 파이프의 길이방향으로 상기 FRP 파이프(120)의 표면과 콘크리트 슬래브층(110) 사이에 미세한 슬립(Slip)이 발생할 수도 있다.
이러한 슬립현상을 방지하고 상기 콘크리트 슬래브층(110)과 FRP 파이프(120)의 일체성을 더욱 견고히 하기 위하여, 상기 FRP 파이프(120)는 슬립방지부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
상기 슬립방지부는 상기 FRP 파이프(120)의 외부 표면에 형성되는 적어도 하나의 돌기나 홈 또는 홀을 포함하여 구성될 수 있는데, 예를 들면 상기 FRP 파이프(120)의 외주면에 그 길이 방향으로 나사와 같이 나선형의 홈이나 돌기를 길게 형성하면 상기 콘크리트 슬래브층(110)과 FRP 파이프(120) 사이의 슬립현상이 방지될 수 있다.
그러나, 상기 슬립방지부의 예가 상술한 것에 한정되는 것은 아니며, 상기 FRP 파이프(120)의 외부 표면에 접착성 물질을 도포한 후 콘크리트와의 결합성이 우수한 규사 등의 모래를 이용하여 상기 FRP 파이프(120)의 외주면을 샌드 코팅하는 방식으로 슬립방지부를 형성할 수도 있다.
상술한 구조의 데크 플레이트 유닛(130)은 철골조, 철근콘크리트조, SRC조, PC조, TSC구조, 벽식구조에 모두 적용가능한다.
이하에서는 본 발명에 따른 콘크리드 슬래브 구조물의 실시예를 기재하여 다른 비교예와 단면 2차 모멘트 및 처짐량을 비교하였다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 특징이 적용된 하나의 구체적 예를 예시한 것에 불과하며, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[비교예]
경간(스팬:ℓ)이 8m, 슬래브 두께(t)가 300mm, 슬래브 폭(k)은 1m, 상부 피복(d1)이 20mm, 하부피복(d2)이 25mm, 래티스 한 피치당 너비(b)가 200mm, 콘크리트 탄성계수(Ec)가 21538.11MPa이고 철근(주근)의 탄성계수(Es)가 200000Mpa로 된 콘크리트 슬래브 구조물의 비교예를 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 구성한다. 여기서 상부주근의 지름(D1)은 14mm이고, 하부주근의 지름(D2)은 10mm이며, 각 래티스 라인에 상부주근이 1개소, 동일 높이에 서로 나란하게 하부주근이 2개소 설치된 상 태를 기준으로 비교예에 따른 콘크리트 슬래브 구조물에 대하여 단면 2차 모멘트를 구한 후 처짐량을 구하였다.
[실시예]
경간(스팬:ℓ)이 8m, 슬래브 두께(t)가 300mm, 슬래브 폭(k)은 1m, 상부 피복(d1)이 20mm, 하부피복(d2)이 25mm, 한 피치당 너비(b)가 200mm, 콘크리트 탄성계수(Ec)가 21538.11MPa, 철근(주근)의 탄성계수(Es)가 200000Mpa, 상부주근의 지름(D1)은 14mm, 하부주근의 지름(D2)은 10mm, AFRP(아라미드섬유 강화 플라스틱) 파이프의 외경(Df1)은 180mm, AFRP 파이프의 내경(Df2)은 160mm로 하여, 상술한 비교예와 동일한 구조에 비충전식의 중공 FRP 파이프가 더 매립된 콘크리트 슬래브 구조물의 구체적 실시예를 구성하고, 구체적 실시예에 따른 콘크리트 슬래브 구조물에 대하여 단면 2차 모멘트를 구한 후 처짐량을 구하여 위 비교예와 비교한 값을 [표 1]에 나타내었다.
여기서 AFRP 파이프의 탄성계수(EFRP)는 100000MPa로 하고, AFRP 파이프의 표면에서 콘크리트 슬래브 구조물의 상측표면까지의 거리가 상기 상부주근에서 콘크리트 슬래브 구조물의 상측표면까지의 거리(상부피복 두께)와 동일하게 되도록, 이웃하는 래티스 라인들 사이에 상/하부주근과 나란한 FRP 파이프를 하나씩 도 2 내지 도 5의 구조와 동일하게 배치하였다.
* 상부피복(d1) : 콘크리트 슬래브 구조물의 상측표면에서 상부주근의 표면까지의 거리로서, 슬래브의 상층부 중에서 철근이 배근되지 않은 층임. 슬래브의 표면균열로 인해 철근이 노출되지 않도록 보호하는 층으로 철근의 부식을 방지.
* 하부피복(d2) : 콘크리트 슬래브 구조물의 하측표면(저면, 바닥면)에서 하부주근의 표면까지의 거리로서, 슬래브의 하층부 중에서 철근이 배근되지 않은 층임. 슬래브의 표면균열로 인해 철근이 노출되지 않도록 보호하는 층으로 철근의 부식을 방지.
* 래티스 한 피치당 너버: 이웃하는 나란한 래티스 라인 사이의 거리로서, 래티스 라인의 중심에서 다음 래티스 라인의 중심까지의 거리임. 상부주근의 중심에서 이웃하는 다음 상부주근의 중심까지의 거리 또는 AFRP 파이프와 다음 AFRP 파이프의 중심간 거리와 동일하도록 구성함.
* 자중 및 외부작용하중 : 비교예의 자중은 7.54kN/m로 가정하고, 실시예의 자중은 중공 FRP 파이프의 도입으로 인해 5kN/m로 하였으며, 외부작용하중(활하중)은 1kN/m로 가정함.

구분
실시예
비교예
비 고

단면 2차 모멘트
681.58 X 106mm4

213.28 X 106mm4

처짐량
18.17mm
98.1mm
약 81.5% 처짐량 감소
상기와 같이 본 발명에 따른 구체적 실시예와 비교예를 비교한 결과, 구체적 실시예에 따른 콘크리트 슬래브 구조물의 처짐량이 비교예에 따른 콘크리트 슬래브 구조물의 처짐량에 비해 약 81.5% 감소된 것을 알 수 있고, 이에 따라 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물에 의하면 장스팬의 구현이 가능하다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술된 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
도 1은 일반적인 콘크리트 슬래브 구조물을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물의 일 실시 예를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 콘크리트 슬래브 구조물의 시공을 위한 데크 플레이트 유닛의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 데크 플레이트 유닛의 일 실시예를 나타낸 정면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 데크 플레이트 유닛의 일 실시예를 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브 구조물의 일 실시예와의 비교를 위한 비교예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 비교예의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 콘크리트 슬래브 구조물 110: 콘크리트 슬래브층
120: FRP 파이프 130: 데크 플레이트 유닛
131: 데크 플레이트 132: 상부주근
133: 하부주근 134: 래티스 라인
134a: 래티스 135: 받침부재

Claims (7)

  1. 콘크리트의 타설을 위한 슬래브 바닥 거푸집을 이루는 데크 플레이트;
    상기 데크 플레이트의 상측에 구비되는 주근;
    상기 주근을 지지하기 위해 상기 데크 플레이트에 고정되어 복수의 래티스 라인을 형성하는 주근설치부재들;
    상기 주근과 함께 상기 데크 플레이트의 상측에 구비되어 슬래브의 휨강성을 보강하는 에프알피 파이프(FRP Pipe);
    상기 에프알피 파이프가 상기 래티스 라인들 사이의 위치에 배열되도록 상기 에프알피 파이프를 지지하며, 상기 에프알피 파이프를 상기 데크 플레이트의 상측면에서 일정 간격 이격된 상태로 지지하도록 상기 주근설치부재들이 연장되어 절곡된 형태로서 상기 주근설치부재들과 일체를 이루는 받침부재; 그리고
    상기 콘크리트의 타설에 의해 상기 데크 플레이트의 상부에 형성되며, 내부에 상기 주근과 주근설치부재들 및 상기 에프알피 파이프가 매립되는 콘크리트 슬래브층;을 포함하여 구성되는 콘크리트 슬래브 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트는 상기 에프알피 파이프의 내부에 충전되지 않도록 상기 에프알피 파이프의 외부에 타설되어 상기 에프알피 파이프와 일체를 이루는 상기 콘크리트 슬래브층을 형성하며, 상기 에프알피 파이프는 상기 콘크리트 슬래브층의 내부를 가로지르는 콘크리트 슬래브 구조물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에프알피 파이프는; 상기 에프알피 파이프의 외부표면과 상기 콘크리트 슬래브층간의 슬립을 방지하는 슬립방지부를 포함하여 구성되는 콘크리트 슬래브 구조물.
  6. 슬래브 시공시 콘크리트의 타설을 위한 바닥 거푸집을 이루며, 상기 콘크리트의 양생 후 콘크리트 슬래브층에 일체화되어 콘크리트 슬래브 구조물의 바닥을 이루는 데크 플레이트;
    상기 콘크리트 슬래브층에 매립되도록 상기 데크 플레이트의 상측에 제공되는 주근;
    상기 주근을 지지하기 위해 상기 데크 플레이트에 고정되어 복수의 래티스 라인을 형성하는 주근설치부재들; 그리고
    상기 콘크리트 슬래브 구조물의 휨강성을 보강하기 위해 상기 주근과 함께 상기 콘크리트 슬래브층의 내부에 매립되는 에프알피 파이프가 상기 래티스 라인들 사이의 위치에 배열되도록 상기 에프알피 파이프를 지지하며, 상기 에프알피 파이프를 상기 데크 플레이트의 상측면에서 일정 간격 이격된 상태로 지지하도록 상기 주근설치부재들이 연장되어 절곡된 형태로서 상기 주근설치부재들과 일체를 이루는 받침부재;를 포함하여 구성되는 데크 플레이트 유닛.
  7. 삭제
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