KR101126828B1

KR101126828B1 - 전단압축변형식 내진조인트공법

Info

Publication number: KR101126828B1
Application number: KR1020100064700A
Authority: KR
Inventors: 이창남
Original assignee: 이창남
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-04-20
Also published as: KR20120004050A

Abstract

우리나라에서도 건축물을 신축 또는 리모델링을 할 때 내진설계를 하도록 의무화하였으므로 지금까지 익숙했단 팽창조인트(Expansion Joint = EJ)는 내진조인트(Seismic Joint = SJ)의 기능을 겸해야 한다. 팽창조인트(30)의 폭은 보통 25mm가 적당하기 때문에 상품화된 재래식 팽창조인트 자재적용이 가능하지만 내진조인트(40)의 폭은 좌우 건물간의 흔들림 차이로 인한 망치질효과(Hammering Effect)를 방지하기 위하여 200mm 또는 600mm까지도 커져야 할 때가 있으므로 재래식 팽창조인트공법을 그대로 확대 적용하기에는 어려움이 뒤따른다.

본 발명은 인접한 건물들이 지진 진동으로 흔들릴 때 서로 충돌하지 않도록 하는 내진구조설계계산으로 도출된 내진조인트 폭 중 재래식 팽창조인트를 그대로 적용하는데 필요한 일부분만 중앙에 남겨놓고 나머지 좌우부분에 각각 전단압축변형이 용이한 재료를 부착하는 것이며, 지진발생시 망치질효과 때문에 상기 전단압축변형재료(20)가 쉽게 파손, 압착되게 함으로 인하여 건물 본 구조체에 전달되는 충격전달을 방지하는 것을 목적으로 한다. 한편 지진에 대비한 내진조인트가 평상시에는 팽창조인트의 기능을 충실히 감당할 수 있다.

Description

전단압축변형식 내진조인트공법{Construction Method of Shear-Compression Deformable Seismic Joint}

급속한 지구환경 변화 현상과 국민소득 증대에 따르는 생명중시 분위기로 인하여 우리나라에서도 건축물을 신축할 때는 물론 기존건물을 리모델링을 할 때에도 내진설계를 하도록 의무화하였다. 규모가 큰 건물을 설계하려면 구조재료의 온도팽창수축에 의한 파손 또는 온도변형 하자를 방지하기 위한 수단으로 팽창조인트(Expansion Joint=EJ)를 설치하는 것이 관례화되어 있다. 팽창조인트는 기다란 건축물을 잘라서 토막을 내는 공학상의 기법이다. 구조물은 길이가 너무 길면 온도 변화에 의한 구조재료의 팽창수축량이 누적되어 내응력으로 작용하다가 급기야는 상대적으로 약한 부분이 파손되거나 변형과다로 건물의 사용상 지장을 주게 되므로 이를 방지하기 위하여 팽창조인트를 설치하는 것이다.

팽창조인트는 60～100m마다 건물을 잘라서 구조물에 인위적으로 큰 균열을 조성한 것이다. 팽창조인트의 폭은 춘하추동 외기온도의 변화뿐만 아니라 건물의 냉난방 효과에 따라서도 수시로 신축 또는 팽창하는 값이 변하는 것이어서 조인트재료와 주변마감재는 내구성이 크게 떨어지는 경향이 있다. 따라서 팽창조인트는 " 성할날이 없는 골치덩어리"로 인식하여 팽창조인트 무용론까지 대두되고 있는 실정이다. 즉 팽창조인트를 설치하지 않음으로 인하여 구조물이 여기저기 부분적으로 파손되고 균열이 발생하는 것을 보수하는 것이 오히려 팽창조인트를 설치함에 따라 그 부분에 어김없이 수시로 발생하는 하자를 보수하는 일보다 편하다는 생각에까지 이르게 된 것이다. 그러다가 건축구조기준상 내진구조설계를 의무화 하게 되었으므로 이제는 팽창조인트라는 단어가 무용지물로 전락한 대신 내진조인트(Seismic Joint=SJ)가 등장하게 되었는데 내진조인트는 당연히 팽창조인트의 기능을 겸하여야 한다.

우리나라 외기온도의 최고?최저치 차이는 대략 50℃여서 구조물 자체의 온도가 외기온도 변화에 100％ 반응한다고 하면 구조물의 길이가 100m일 경우 5cm만큼 차이가 발생한다. 그러나 건축구조물은 마감재로 감싸기도 하고 냉난방도 하며 또한 최저온도일 때는 구조물 시공이 불가능하므로 팽창수축량의 절반 정도만 감안해도 충분히 팽창조인트 역할을 할 수 있을 것으로 간주하기 때문에 전통적인 팽창조인트 폭은 25mm가 적당하다.

팽창조인트가 내진조인트의 기능을 겸하게 하려면 그 폭이 200mm도 되고 심하게는 600mm로 설계한 건물도 있다. 내진조인트의 폭이 그렇게 커야 하는 이유는 지진진동으로 인하여 서로 인접한 건물의 흔들림이 반대방향으로 중첩되면서 건물들이 충돌하면 견고한 고체간의 충격으로 크게 파손될 수 있기 때문이다. 이를 망치질 현상(Hammering Effect)라고 한다.

지진진동으로 인한 망치질 현상으로 내진조인트 및 그 주변이 국부적인 손상을 입었다고 해도 건물 전체에는 별다른 피해를 주지 않는다면 성공적이라고 할 수 있다. 내화구조 기준이 정해진 화재시간동안 대피할 수 있도록 붕괴 또는 심한 파손을 방지하는 것이라면 내진구조기준도 역시 지진발생시 구조물이 붕괴하는 등 큰 변형이 없어서 사람이 안전하게 대피할 수 있으면 되는 것이다. 그러나 내진조인트는 건물을 준공한 후 불필요하여 헐어버릴 때까지 단 한 번도 지진이 일어나지 않을 수도 있지만 온도변화에 의한 신축에는 상시 대응하여야 하므로 팽창조인트 역할은 확실하게 감당하여야 한다. 한편 지진으로 인한 내진조인트 주변의 국부적인 손상도 인명에 피해를 주는 원인이 되는 것은 바람직하지 않으므로 지진 발생시 규모가 큰 자재의 탈락 낙하가 일어나지 않도록 하는 방법이 필요하다. 또한 내진조인트는 구조물을 물리적으로 분리시키는 것이어서 그 부분이 소음차단이나 보온성 확보에 어려움이 있을 수 있으므로 그에 대한 대책도 마련하는 것이 바람직하다.

내진조인트가 대형지진 발생시 파손되는 것은 인정할 수밖에 없는 것이지만, 정전시 그 부분을 지나 피난하던 사람이 걸려 넘어지거나 다치는 것을 방지하는 조치가 필요하다.

본 발명은 내진구조설계에서 인접한 건물들이 지진 진동으로 흔들릴 때 서로 충돌하지 않도록 하는 내진조인트가 건물 사용상에는 지장을 주므로 평상시에는 그 부분을 막아 두었다가 지진시 충돌하면 서로 어긋나게 전단압축을 일으키면서 변형 하게 하는 것을 목적으로 한다. 이는 마치 자동차가 충돌시 탑승자의 안전을 위하여 에어백을 설치하거나 앞뒤에 범퍼를 부착하는 것과 같은 원리다. 또한 지진에 대비한 내진조인트는 건물을 사용하는 동안 단 한번도 경험하지 않을 수 있으나 평상시에는 항상 팽창조인트의 기능을 충실히 감당할 수 있어야 한다.

심한 지진진동으로 인하여 전단압축변형재료의 변형 정도가 심하여 정전된 건물 내의 보행자가 걸려 넘어지거나 내진조인트 틈으로 추락하는 사고를 방지하기 위하여 전단압축변형재료의 특정부분에는 야광페인트를 칠한다.

내진구조설계기준상 확보하여야 하는 내진조인트(40)는 팽창조인트(30)에 비하여 폭이 큰 경우가 많다. 따라서 재래식 팽창조인트 공법을 확대적용하려면 제작비용이 커서 부담스럽고 미관상으로도 좋지 않다. 그러나 본 발명에서 제안하는 내진조인트는 평상시는 외관상 및 기능이 팽창조인트와 다를 바 없으면서도 건축물의 사용기간 중 한번 있을까말까 하는 지진 발생시 내진조인트 좌우 건물에 큰 충력을 전달하지 않으면서도 쉽게 변형을 일으키는 효과가 있다. 전단압축변형재료(20)가 변형하는 내진조인트의 형태는 도 2와 같이 좌측재료는 하부로 향하고, 우측 재료는 상부로 솟아오르는 양상이어서 아래층으로 파편이 낙하하여 피해를 줄 염려가 없다. 충돌현상의 폭이 적으면 전단압축변형재료의 변형도가 미미할 것이어서 우리나라 지진위험성으로 보아서는 건물의 사용기간 중에 거의 문제가 발생하지 않을 수 있는 합리적인 공법이다.

내진구조계산으로 정한 내진조인트(40)의 폭이 커서 재래식 팽창조인트 기법을 그대로 적용하기에 부담스러운 경우, 즉 적어도 200mm를 초과하면 본 방법을 적용하는 것이 바람직하다. 팽창조인트(30)는 수많은 재래식 공법 중 어떤 것을 적용해도 무방하므로 그에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

전단압축변형식 내진조인트공법의 단면도와 평면도는 도 1～도 2와 같다. 내진구조설계기준에 필요한 내진조인트를 건축물 내에 설치하는 경우, 내진조인트 설치위치에 바닥판(1)을 구조계산에서 정한 간격으로 띄운다. 분리된 바닥판 사이에는 좌우 한 쌍의 전단압축변형재료(20)를 제작하여 바닥판의 절단면에 해당하는 마구리면에 설치한다. 또한 한 쌍의 전단압축변형재료 사이(폭)는 팽창조인트(30) 간격이 되고, 전단압축변형재료의 형상은 사다리꼴이며 마주하는 두 면은 경사져서 평행하도록 한다.

도 1에서 내진조인트로 인하여 분리된 좌우 바닥판의 끝단 상부에 셋앵커(5)를 사용하여 전단압축변형재료의 고정단이 되도록 한다. 즉 전단압축변형재료의 상단은 상부 수평면 외곽으로 각각 강판을 연장하여 좌우 바닥판 끝에 얹어 셋앵커로 부착할 수 있게 한다. 좌측 전단압축변형재료는 우측 전단압축변형재료와 중앙에서 25mm 간격을 두며, 45°각도를 이루면서 만나고 평상시는 상기 25mm 틈이 팽창조인트 역할을 하기에 충분하다.

전단압축변형재료의 외피는 1.2～1.6mm 정도 두께를 표준으로 한 얇은 강판으로 성형하고, 성형강판(24)의 경사면에는 일정간격으로 주입구(22)가 있다. 주입구를 통해 내부에는 우레탄폼 등 발포재료(26)를 채워서 보온 및 방음 역할과 아울 러 강판과의 합성작용으로 바닥 하중을 지탱하게 한다. 또한 전단압축변형재료는 큰 지진 발생시 강도가 약화되어 쉽게 파손되도록 한다. 우측 전단압축변형재료의 사면에는 야광페인트를 칠해서 대형지진발생시 크게 변형하여 상방향으로 노출되었을 경우, 보행자가 걸려 넘어지거나 발이 빠지는 2차 사고가 발생하지 않도록 한다. 상기 조인트는 벽체(외벽)에도 동일하게 적용할 수 있다.

도 1은 전단압축변형재료의 단면도,

도 2는 전단압축변형재료의 평면도,

도 3은 전단압축변형재료가 큰 지진으로 변형을 일으킨 상태이다

＜도면의 부호 설명＞

1 ; 바닥판 또는 벽체 5 ; 셋앵커

20 ; 전단압축변형재료 22 ; 주입구

24 ; 성형강판 26 ; 발포재료

30 ; 팽창조인트 40 ; 내진조인트

Claims

내진구조설계기준에 필요한 내진조인트를 건축물의 바닥 또는 벽체에 설치함에 있어서 ;

내진조인트(40) 설치위치에 바닥판 또는 벽체(1)를 적당 간격으로 띄우고, 분리된 바닥판 또는 벽체 사이에 좌우 한 쌍의 전단압축변형재료(20)를 형성하며 ;

상기 한 쌍의 전단압축변형재료 사이는 팽창조인트(30) 간격이 되고, 형상은 사다리꼴이며 마주하는 두 면은 경사져서 평행하도록 하고 ; 및

전단압축변형재료의 상부는 바닥판 또는 벽체와 동일높이로 바닥판 또는 벽면까지 확장되고 셋앵커(5)로 바닥판 또는 벽체에 고정하며 ; 및

두께는 바닥판 또는 벽체보다 작은 것을 특징으로 하는 전단압축변형식 내진조인트공법
제1항에 있어서,

전단압축변형재료(20)는 강판을 성형하여 제작한 성형강판(24)으로 하고, 성형강판의 경사면에는 일정간격의 주입구(22)와 주입구를 통해 발포재료(26)를 충전하는 것을 특징으로 하는 전단압축변형식 내진조인트공법