KR101062592B1 - 철근 선조립기둥의 상호 이음방법 - Google Patents

Abstract

기존의 철근콘크리트 기둥은 인력 운반 및 조립이 용이하도록 직경 32mm 이내의 주근을 사용하며, 철근 배근은 주근에 띠철근을 감고 결속선으로 묶어 자립하게 한다. 또한 기둥의 정확한 수직도와 외곽 크기는 주변을 감싸는 거푸집에 의존하여 콘크리트를 부어넣고 양생하여 완성된다. 즉 공사 중 철근은 자립(self standing)하는 것만으로 소임을 다하고, 콘크리트를 부어 양생이 끝난 후라야 구조재로서의 역할을 한다. 강재를 적용한 철골 철근콘크리트 기둥은, 콘크리트가 양생되기 전에는 철근은 물론 거푸집도 공사 중 철골보를 지지할 능력이 없다. 그러므로 작은 단면의 철골기둥을 조립용으로 사용하여 철골보를 설치한 후 모자라는 기둥 내력은 조립용 철골기둥 주변을 철근콘크리트로 감싸는 철골 철근콘크리트 구조로 설계를 한다. 아니면 철근콘크리트 기둥은 콘크리트가 양생할 때까지 하중 부담 능력이 없는 것으로 취급하여 보 또는 슬래브 밑에 가설지주를 세운다. 본 발명의 철근 선조립기둥은 공장제작으로 굵은 철근을 사용하여 단면의 효율성을 높이고, 굵은 철근 사용으로 좌굴길이를 늘리고 철근 개수를 최소화하였다. 또한 굵은 철근을 주근으로 사용하므로 공사중 보에서 전달되는 하중을 충분히 지지할 수 있으며 가설지주의 생략도 가능하다.

일반적으로 기둥 이음은 상하부의 기둥크기가 동일한 경우 큰 문제가 되지 않는다. 반면 상하부의 기둥 크기가 다르면, 철근콘크리트 기둥의 경우 도 3과 같이 변단면이음부(21)에서 주근(13)을 구부리거나 콘크리트의 부착응력을 활용하여 주근이 어긋나게 배근한다. 또한 철골기둥의 경우, 예를 들어 400시리즈(series)는 도 2와 같이 단면 내부 크기가 같고 외곽 크기가 조금 상이하게 되는데, 단면 크기가 차이나는 부분만큼 필러를 끼워 주므로 큰 문제가 없다. 그러나 일반 철근콘크리트 기둥과 달리 철근 선조립기둥은 굵은 철근을 사용하므로 주근을 구부리기가 어렵다. 또한 철골기둥과 같이 이음이 용이한 중간층 높이에서 변경하게 되면, 해당 층의 기둥 크기가 하부기둥 단면크기와 같아지므로 별도 마감을 해야 하는 문제가 발생된다. 그러므로 철근 선조립기둥의 이음위치와 이음방법을 모색하여야 한다.

Description

철근 선조립기둥의 상호 이음방법{Splicing method of preassembled Reinforcing bar Columns}

층수가 많은 철골 건물의 기둥은 길이가 길어서 공장에서 전 층을 거쳐 하나로 제작하여 현장에 운반 설치할 수 없으므로 도 6과 같이 통상 2∼3개 층마다 이음을 한다. 한편 철근콘크리트 기둥의 이음은 도 3과 같이 주근을 겹침이음 하거나 구부리는 등의 간단한 방법으로 해결한다. 그러나 최근 개발한 철근 선조립기둥은 기존 철근콘크리트 기둥과 동일하게 철근을 사용하지만, 현장에서 철근을 조립 시공하는 재래식 철근콘크리트 기둥과 다음 사항이 다르다.

재래식 철근콘크리트 기둥의 경우 철근은 인력으로 운반 조립할 수 있는 무게와 길이에 해당하는 지름 32mm 이내의 주근을 사용한다. 또한 철근 배근은 주근에 띠철근을 감고 결속선으로 묶어 자립하게 한 후, 기둥의 정확한 수직도와 외곽 크기는 주변을 감싸는 거푸집에 의존하여 콘크리트를 부어넣는 공법이다. 즉 공사 중 철근은 자립하는 것만으로 소임을 다하고 콘크리트를 부어 양생이 끝난 후라야 구조재로서의 역할을 한다. 참고로 길이 10m인 지름 32mm 철근은 63.2kg으로 사람 무게 정도여서 인력만으로는 바로 세우는 등의 작업이 어렵다. 따라서 일반적으로 기둥 주근은 25mm정도의 굵기(길이 10m면 38.5kg)를 최대치로 한다.

기둥의 주응력은 압축력이어서 철근콘크리트 구조가 가장 저렴함에도 불구하고 콘크리트가 양생되기 전에는 철근은 물론 거푸집도 공사 중 철골보를 지지할 능력이 없다. 그러므로 조립용이나마 작은 단면의 철골기둥을 사용하여 거기에다 철골보를 설치한 후 모자라는 기둥 내력은 조립용 철골기둥 주변을 철근콘크리트로 감싸는 철골 철근콘크리트 구조로 설계를 한다. 아니면 철근콘크리트 기둥은 콘크리트가 양생할 때까지 하중 부담 능력이 없는 것으로 취급하여 보(41) 또는 슬래브(40) 밑에 가설지주를 세운다.

새롭게 개발한 철근 선조립기둥은 될수록 굵은 철근을 주근으로 사용하여 좌굴길이를 늘리고, 철근 개수를 최소화하여 공장에서의 작업성을 높인다. 이렇게 하면 콘크리트를 부어넣기 이전 철근만으로도 자립(self standing)함은 물론 공사 중 보에서 전달되는 하중을 충분히 지지할 수 있어서 가설지주를 생략해도 되며, 거푸집은 이미 정위치에 세워놓은 철근 선조립기둥 주변에 의지하여 단순작업으로 조립, 해체할 수 있게 된다.

수 십층 높이의 건물이라도 바닥 용도와 보 길이 및 하중부담 폭이 같으면 층마다 보의 단면 크기를 통일할 수 있지만, 기둥은 위에서 아래층으로 내려갈수록 하중부담이 누적되어 커지므로 단면 크기를 달리하는 것이 합리적이다. 기둥 크기를 통일하는 수단으로 철골기둥을 예로 들면, 400 시리즈(series) H형강의 경우 도 2와 같이 최소단면의 외곽 크기는 388×402(mm, 단면적 178.5cm²)이고 최대 크기는 498×432(mm, 단면적 770.1cm², 최소 기둥의 4.31배)로 외곽 크기가 조금 다르지만 필러(Filler)를 끼워서 볼트이음을 하거나 현장용접이 가능하다. 그래서 철골건물에서 기둥이음은 도 6(b)와 같이 층 중간에서 시행하는 것이 일반화되어 있다.

기둥이 바닥과 만나는 부위(패널존)는 4방향으로 보가 붙어 있고, 슬래브(40) 철근 등이 엉켜 있어서 작업 공간이 협소하다. 패널존에서 단면이 변경되면 보(41)를 부착하는 상세가 복잡해지고(보를 부착하거나 바닥 슬래브 공사를 하기 전에 이음해야 함), 이음 작업 시기가 자유롭지 못하므로 기둥이음은 층 중간에서 시행한다. 철근콘크리트 기둥은 상하층 기둥 규격이 달라도 도 3과 같이 변단면이음부(21)에서 주근을 구부리거나 콘크리트의 부착응력을 활용하여 상하절 기둥 주근이 서로 어긋나게 배근하면 된다. 그러나 새로 개발한 철근 선조립기둥은 변단면이음부에서 상하기둥 이음의 적합한 방법이 없으므로 별도 방안을 모색해야 한다.

일반 철근콘크리트 기둥도 주근은 굵은 것을 사용하는 것이 유리하지만, 현장가공 및 조립의 편의상 지름 25mm 이상은 꺼려하는 경향이 있다. 따라서 굵은 철근을 주근으로 사용하는 철근 선조립기둥의 제작방법이 필요하다. 국내에서 생산하는 최대 지름 51mm 철근을 사용할 경우 길이 10m의 무게가 159kg이어서 장비를 동원해야 한다. 한편 철골기둥 1개절은 통상 2∼3개 층을 단위로 하는데, 층고가 높으면 시판중인 철근 최대 길이 12m로도 모자란다. 굵은 철근을 겹침이음으로 하려 면 이음길이가 커져서 경제성이 떨어지므로 주문 제작하거나, 기계이음(커플러), 가스압접을 하는 등의 특별 조치가 필요하다.

철근 선조립기둥은 도 6(b)의 철골기둥과 같이 절마다 일률적인 크기로 제작하면, 상하절 기둥의 크기가 다를 때 층 중간 이음 위치에서 기둥 크기가 서로 달라진다. 또한 기둥마감을 아래 부분 기둥 크기에 맞춰서 하면, 평면 면적 사용상으로도 손실이 생긴다. 따라서 철근 선조립기둥도 일반 철근콘크리트 기둥처럼 이음 상하부의 크기가 동일하고, 패널존이 변단면이음부를 겸하도록 하는 방법을 모색하여야 한다.

본 발명에서 해결해야 하는 과제는 층 중간에서 같은 크기의 기둥을 이음 하는 방법과, 변단면이음부의 기둥 이음 방법에 관한 것이다.

기둥 단면이 동일한 경우, 건물 층 중간의 상하절 기둥은 도 1과 같이 마구리 플레이트(22)를 서로 맞대고 볼트(23)로 조립한다. 또한 필요하면 상하 마구리 플레이트(22) 사이를 전주용접(24)한다.

상부와 하부 기둥의 단면이 상이한 경우, 즉 아래층 기둥의 크기가 클 때는 바닥 레벨근처(패널존)에서 변단면이음부로 삼아 기둥 주근(13)의 위치를 변경하면, 상하층 기둥단면 크기의 원활한 변경이 가능하다. 그런데 이것도 공장에서 철근을 선조립하므로 도 4, 도 5와 같이 패널존의 외부강판(31)에 의지하여 내부강판(32)과 보강강판(30)을 용접하고, 내부강판에 줄어드는 상부기둥(10)의 철근을 용접한다. 변단면이음부(21)에서 내부강판 역할을 하는 곳이 상부층에서는 외부강판 위치가 된다.

패널존에 기둥 변단면이음부(21)를 설치하면, 기둥이음 위치에서 상부기둥과 하부기둥의 단면 크기가 같아지므로 기둥 마감공사가 쉽다. 또한 기둥 크기가 아래층 큰 규격의 기둥 크기와 달리 해당 층의 작은 기둥과 같아지므로 평면 사용 면적 손실을 없애는 효과가 있다.

철근 선조립기둥은 굵은 철근을 사용하므로 일반 철근콘크리트 기둥과 달리 주근을 구부리기가 어렵다. 또한 철골기둥과 같이 이음이 용이한 중간층 높이에서 기둥 크기를 변경하게 되면, 이음을 하는 해당 층 기둥 크기가 하부기둥 단면 크기와 같이 크므로 큰 단면에 맞춰 마감을 해야 하는 문제가 발생된다. 그러므로 본 발명에서는 도 4, 도 5와 같이 상하층 기둥단면의 크기가 다른 철근 선조립기둥을 현장 이음함에 있어서 기둥이음부(20)의 단면 크기가 같게 되도록 하는 변단면이음부(21) 상세에 관한 제안이다.

도 6(a)에서 기둥 이음은 도 1에서 보는 바와 같이 상하부 철근 선조립기둥 끝단에 ㅁ형 마구리 플레이트를 제작하여 주근을 마구리 플레이트에 전주용접 한다. 마구리 플레이트(22)는 주근이 용접으로 고정되는 부분의 외곽부를 제외하고, 중앙부는 구멍을 뚫어 콘크리트 타설 구멍으로 활용한다. 또한 마구리 플레이트 외곽부는 각 변마다 볼트로 상부기둥(10)과 하부기둥(11)을 볼트로 고정되도록 볼트구멍을 뚫는다. 마구리 플레이트에 주근이 용접된 상부기둥과 하부기둥은 마구리 플레이트를 서로 맞댄 상태에서 볼트(23)로 조임을 한다. 마구리 플레이트의 맞댄면은 필요시 개선을 하여 전주용접(24)을 하며, 마구리 플레이트의 두께는 기둥의 외곽 크기와 사용하는 철근의 지름에 따라 달라지나 일반적으로는 12mm 이상을 사용한다.

도 4에서 철근 선조립기둥의 상부기둥(10)이 하부기둥(11) 보다 작아지는 경우, 기둥 상하부는 변단면이 형성된다. 상부기둥과 하부기둥의 변단면이음이 발생되는 기둥이음부(20)를 변단면이음부(21)라 한다. 변단면이음부는 기둥과 보가 붙는 부위인 패널존이 되며, 패널존 외곽면에는 외부강판(31)을 두른다. 외부강판은 하부기둥 내부에 주근(13)을 용접하고, 외부에는 보(41)를 부착한 것이다. 내부강판은 상부기둥의 주근을 용접으로 고정하고, 외부강판에 부착하는 보의 휨모멘트로 인해 구부러지는 것을 방지하는 스티프너 역할을 겸하며, 이것으로도 부족한 외부강판에는 보강강판(30)을 추가한다.

내부강판과 보강강판의 상하길이는 외부강판보다 짧아도 되는 것이 대부분이나, 지진 등 횡하중이 큰 경우에는 외부강판의 하부에도 외부로 구부러지는 응력(보의 역모멘트에 의하여 하부 플랜지에 인장력이 발생할 경우)이 발생할 수 있으므로 외부강판과 같은 길이로 할 수도 있다. 상부로 올라가면서 기둥 크기를 줄일 때 도 5와 같이 양면 모두 줄이는 것보다, 가능하면 도 4와 같이 한번에 1면의 폭씩 줄이는 것이 바람직하다.

도 1은 상하 철근 선조립기둥 이음의 입면도와 평면도,

도 2는 기둥용 400시리즈(series) H형강의 최소, 최대 규격,

도 3은 철근콘크리트 기둥의 상하기둥 이음부 단면도와 평면도,

도 4는 상하기둥의 단면이 변하는 경우, 하부기둥, 변단면이음부, 상부기둥의 단면형상과 변단면이음부의 상세도,

도 5는 변단면이음부 내부의 하부기둥, 상하부기둥 중첩부, 상부기둥의 형상 예시,

도 6(a)는 변단면이음부를 갖는 철근 선조립기둥의 입면도,

도 6(b)는 철골기둥과 동일하게 이음한 철근 선조립기둥 입면도이다.

＜도면의 부호에 대한 간단한 설명＞

10 ; 철근 선조립기둥 ; 상부기둥 11 ; 철근 선조립기둥 ; 하부기둥

13 ; 주근

20 ; 기둥이음부 21 ; 변단면이음부

22 ; 마구리 플레이트 23 ; 볼트

24 ; 전주용접 30 ; 보강강판

31 ; 외부강판 32 ; 내부강판

40 ; 슬래브 41 ; 보

Claims (2)

1. 굵은 철근을 이용한 철근 선조립기둥의 상부기둥(10)이 하부기둥(11)과 단면이 동일한 기둥이음부(20)에 있어서,

   a) 철근 선조립기둥의 하부기둥(11) 끝단부에 ㅁ형 마구리 플레이트(22)를 제작하여, 주근(13)을 마구리 플레이트에 전주용접으로 고정하는 단계 ;

   b) 철근 선조립기둥 상부기둥(10) 끝단부도 하부기둥과 동일한 마구리 플레이트를 제작하여, 주근을 마구리 플레이트에 전주용접으로 고정하는 단계 ;

   c) 상기 하부기둥과 상부기둥의 마구리 플레이트 중앙부에 콘크리트 타설을 위한 구멍을 뚫도록 제작하는 단계 ;

   d) 콘크리트 타설 구멍이 있는 상부기둥과 하부기둥의 마구리 플레이트(22)를 볼트로 고정할 수 있도록 동일위치에 볼트구멍을 뚫는 단계 ;

   e) 상부기둥과 하부기둥의 마구리 플레이트를 볼트(23)로 고정하고, 상호간을 전주용접(24)하는 단계 ;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근 선조립기둥의 상호 이음방법
2. 굵은 철근을 이용한 철근 선조립기둥의 상부기둥(10)이 하부기둥(11) 보다 단면이 작아지는 변단면이음부(21)에 있어서,

   a) 변단면이음부(21)는 기둥과 보(41)가 붙는 패널존 부위로 하고, 하부기둥 끝단부는 주근(13) 바깥에 외부강판(31)을 둘러싸는 단계 ;

   b) 상기 하부기둥의 주근(13)과 외부강판을 용접으로 고정하고, 상부기둥의 주근 중 하부기둥의 주근과 동일한 위치에 있지 않은 상부기둥 주근은 내부강판(32)의 안쪽에 배열하여 내부강판에 용접하는 단계 ;

   c) 필요시 내부강판과 외부강판 사이를 보강강판(30)으로 용접하여 연결하는 단계 ;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근 선조립기둥의 상호 이음방법

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