KR101131679B1 - 매입형 베이스 플레이트와 철골기둥의 이음 방법 - Google Patents

Abstract

철근콘크리트 구조는 다른 구조의 도움 없이 전체 골조를 완성할 수 있는 장점이 있기 때문에 철골구조에 비해 번거롭지 않으며 공사비가 싸다. 즉 철골구조는 기초나 바닥 슬래브, 지하실 벽체 등 철근콘크리트 구조의 도움 없이 건축물을 완성할 수 없다. 그 중 기초는 당연히 철근콘크리트조라야 가능하다고 생각할 정도로 독점적이어서 베이스 플레이트를 매개체로 하여 철골기둥을 철근콘크리트 기초나 페데스털(Pedestal)에 긴결하고 있다. 그런데 문제가 되는 것은 철근콘크리트 기초 공사를 하는 거푸집 목수, 철근, 콘크리트 분야는 서로 호흡을 잘 맞추고 있으나, 철골공사 업체는 이들과 융화가 잘 되지 않는 경향이 있다. 건축을 전공으로 하는 기술자들 중 극히 일부를 제외하고 철골구조를 전혀 취급도 하지 않는 것이 통계로도 확인이 가능할 정도이고, 철골구조를 주업으로 하는 철구사업소에서는 철근콘크리트 구조에 관해서 지식도, 관심도 없다.

철근콘크리트 골조공사는 거푸집을 먼저 짜기도 하지만 허공에서 철근을 먼저 조립하고 철근주변에 거푸집을 짜 맞춘 후 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하는 절차를 밟기도 한다. 그런데 기둥 철근과 거푸집 사이에는 약간의 여유 공간이 있어서 철근의 위치가 다소간 위치 이동이 생겨 피복 두께가 제대로 확보되지 않는다고 해도 크게 문제 삼지 않는 것이 공사 현장에서의 관행이다. 추가로 설명하면 철근콘크리트 공사에서 추구하는 시공 정밀도는 철골 공사에 비해 많이 떨어진다. 그러나 철골기둥의 위치가 중심 위치에서 벗어나면 기둥에 조립하는 보와의 접합에 이어 후속공정에 어려움이 뒤따르므로 철골공사의 최초 작업인 베이스 플레이트의 정밀도 확보는 전체공사의 품질을 좌우하는 기본이 된다.

지금까지 표준으로 삼고 있는 베이스 플레이트 설치방법은 도 3과 같다. 즉 철근콘크리트 기초 내부에 앵커볼트를 삽입하고, 철골기둥 하부에 용접한 베이스 플레이트에 여유 있는 크기로 뚫어놓은 볼트구멍에 앵커볼트를 삽입하여 가조립한다. 베이스 플레이트의 높이와 수평도는 기둥을 크레인으로 들고 있는 과정에서 기초 또는 페데스털 상단과 베이스 플레이트 사이에 강판 쐐기를 박고, 기둥의 X, Y 축방향 거리와 각도는 여유 있게 뚫은 베이스 플레이트의 볼트 구멍으로 조절한 후 볼트 너트 조임을 하고 기초 상단과 베이스 플레이트의 빈 공간에 무수축 모르터를 충전한다.

기존 방법의 문제점은 기초 콘크리트를 타설하여 양생될 때까지 앵커볼트의 수직도와 높이 및 X, Y 방향 위치를 정확하게 유지하기가 쉽지 않다. 때로는 정밀 시공을 위해 사전에 앵커박스나 앵커프레임을 묻어 두기도 하지만, 대부분의 현장에서는 앵커볼트를 기초나 지중보 철근에 용접하는 등의 어설픈 방법으로 임시 고정한다. 그러므로 앵커볼트는 설치 당시에도 정위치를 확보하는데 어려움이 있고, 콘크리트를 타설하는 과정에서 충격으로 위치를 이탈하여 부실시공이 되는 경우가 허다하다. 이렇게 정해진 위치를 벗어나면 앵커볼트는 베이스 플레이트의 볼트구멍과 맞지 않으므로 공사 현장에서 앵커볼트를 구부리거나 볼트구멍을 더 크게 뚫기도 하고, 심하게는 추가로 볼트구멍을 뚫어서 셋앵커를 박는 등의 조잡한 공사를 시행한다. 앵커볼트가 철근콘크리트 기초의 필요한 위치에 제대로 고정되도록 시공 하는 것이 어려운 근본적인 이유는 거의 모든 건축구조 설계 당시 앵커볼트를 설치하는 절차와 방법을 제시하지 않으며, 철근콘크리트와 철골구조는 각각 다른 전문업체에 별도로 발주하므로 앵커볼트를 기초에 삽입하는 당사자가 누구인지조차 명확하지 않다. 또한 철골공사 업자가 사전에 공작도를 작성한다고 해도 공사계약 후 현장에 도착했을 때는 이미 기초공사가 완료된 경우도 있다.

재래식 공법은 도 3과 같이 철근콘크리트 기초에 앵커볼트를 삽입 후 베이스 플레이트를 고정한다. 본 발명은 도 1, 도 2와 같이 재래식공법 대신, 기초공사 착수 전에 베이스 플레이트를 대신하는 ㄱ형강(3)과 강판(2)을 철근토막(1a)과 용접하여 버림 콘크리트의 정해진 위치에 사전 시공한 레벨링 모르터(11) 위에 고정하여 기초공사 후 갈등 없이 1절 기둥을 이음 할 수 있는 간략한 방법에 관한 것이다.

재래식 공법은 기초공사를 마치고 기초 상단에다 베이스 플레이트(7)를 부착하면, 기둥 주변에 앵커볼트 머리가 표면에 노출되어 사용상 지장이 있고 미관상 좋지 않으므로 기둥이 기초에 직접 매입된 형태로 공법을 변경한다. 이렇게 하면 기초 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하기 전, 철근만 배근된 상태에서 앵커볼트(9)를 정확한 위치에 고정시키는 어려운 공사가 삭제된다. 그러므로 기둥 설치위치의 버림 콘크리트(12) 위에 레벨링 모르터(11)와 매입형 베이스 플레이트를 정확하게 설치하고, 기초 철근배근과 콘크리트를 타설하는 과정에서 조심하기만 하면 아무런 추가 조치 없이 1절 기둥을 이음할 수 있다. 또한 공사기간 단축은 물론 공사 정밀도가 확보되며, 베이스 플레이트와 앵커볼트가 바닥 표면에 노출되지 않아 사 용상 및 미관상에도 도움이 된다.

Description

매입형 베이스 플레이트와 철골기둥의 이음 방법{Splicing Method of Embedded type Baseplate with Steel Column}

지금까지는 도 3과 같이, 철골기둥(5)은 기초(4)나 페데스털에 연결하기 위해 베이스 플레이트(7)를 활용하였고 기존 공법의 베이스 플레이트는 수직부재인 기둥 최하단에 수평 방향으로 부착하는 바닥 강판으로 사용하였다. 베이스 플레이트의 표준형은 도 3과 같이 강판을 기둥 끝단에 수평으로 용접하고, 기초에 묻어둔 앵커볼트(9)와 긴결하기 위한 볼트구멍을 뚫고 볼트구멍들 사이 빈 공간에는 기둥과 베이스 플레이트 사이에 수직방향으로 리브플레이트를 용접하여 보강한 것이다. 베이스 플레이트는 기초나 페데스털(pedestal, 짧은 기둥) 최상단에 얹어놓아 시공하는 것이 일반적이어서 바닥 위에 돌출되는 리브(8)와 앵커볼트는 녹이 나기 쉽고 미관상에도 좋지 않다.

재래식 베이스 플레이트(7)는 기둥이나 페데스털 최하단에 수평으로 용접하는 강판인데 기둥에서 내려오는 큰 축방향 하중을 콘크리트 기초에 안전하게 분산시켜 전달하는 중간단계의 강판이다. 철골기둥의 단위면적당 압축력은 콘크리트에 비해 크므로 베이스 플레이트의 면적은 기둥의 단면적보다 커야 하며 베이스 플레 이트가 구부러지지 않도록 하려면 두꺼운 강판을 사용하거나 리브플레이트로 보강하여 강판 두께를 줄이기도 한다. 또한 베이스 플레이트와 기초는 앵커볼트(9)로 긴결하며, 베이스 플레이트와 기초 사이의 공간은 고강도 무수축 모르터(13)로 채운다.

베이스 플레이트를 리브 보강 없이 두꺼운 강판으로만 설계할 수 있다면 바닥에 리브가 돌출하지 않아서 좋다. 그러나 베이스 플레이트의 두께를 줄이려면 리브를 부착하여 보강하여야 하므로 바닥 상부로 돌출하는 것을 피할 수 없게 된다. 따라서 바닥 상부로 베이스 플레이트, 리브 및 볼트가 돌출하지 않고 두껍지도 않은 베이스 플레이트가 필요하다.

기초(4)와 지중보 철근 배근을 한 후 콘크리트를 타설하기 전 정확한 위치에 앵커볼트(9)를 부착 고정하는 것이 쉽지 않은데 콘크리트를 타설하는 과정에서도 위치 이동이 일어나는 것을 염려하지 않아도 되는 공사방법이 필요하다. 앵커볼트의 위치와 수직도가 부정확하면 베이스 플레이트(7)에 뚫은 볼트구멍과 맞지 않아 부실시공으로 이어지기 때문에 베이스 플레이트를 기초 상단에 얹을 때 높이와 방향성이 부정확한 것을 강판 쐐기(일부 감리가 소홀한 현장에서는 합판 등을 끼우는 경우도 있음)를 끼워서 보정하고 무수축 모르터(13)를 채우는 것이 표준상세인데 이 같은 번거로움에서 벗어나는 새로운 방법이 필요하다.

기둥 최하단부에 강판 베이스 플레이트(7)를 수평으로 용접하여 앵커볼트(9)로 기초(4)에 부착하는 방법 대신 지상에서 기둥을 서로 이음하는 것과 같은 방식을 그대로 적용할 수 있도록 바꾼다. 매입형 베이스 플레이트는 기초공사 이전 버림 콘크리트(12) 위의 레벨링 모르터(11)에 고정하여 철근조립, 거푸집 등 다른 공정과 간섭 없이 자유롭게 시행할 수 있게 하여 공사의 품질을 높인다.

철근토막(1a), 상부강판(2a) 또는 기둥토막(6)을 용접하여 버림 콘크리트(12) 위의 레벨링 모르터(11)에 고정하면, 기초공사 후 정확한 위치에서 1절 기둥을 잇는 작업이 가능하므로 공사품질이 향상되고 공사 기간과 공사비 절감도 가능하다. 기둥 재료로 사용하는 철골이나 철근은 추가 부담금과 대기시간을 감수하여야 필요한 길이로 주문생산이 가능하여 일반적으로는 정해진 길이의 제품을 사다가 필요한 길이로 잘라서 제작한다. 그러므로 본 발명의 매입형 베이스 플레이트에서 사용하는 기둥토막과 철근토막(1a)은 자투리 재료를 활용할 수 있어서 공사비 절감에 도움이 된다. 매입형 베이스 플레이트는 일반 베이스 플레이트(7)에서 필수적으로 사용해야 하는 고강도의 값비싼 무수축 모르터(13)를 사용할 필요가 없으므로 경제적이다.

도 1, 도 2에서 매입형 베이스플레이트를 제작하는 방법은 다음과 같다.
1. 도 1(D단면도), 또는 도 2(D단면도)에서 철근 선조립기둥 또는 철골기둥과 동일한 단면 외곽면의 마주보는 두 변에다 외곽크기에 맞는 길이의 ㄱ형강(3)을 배열하고, 나머지 두 변에는 강판(2)을 상기 ㄱ형강 끝단에 설치하여 폐쇄형 사각형을 이루고 서로 만나는 면을 용접한다.
2. 역시 도 1(D단면도), 또는 도 2(D단면도)에서 상기 ㄱ형강의 수평면에 구조계산상 필요한 규격과 개수의 볼트구멍을 뚫고 상기 폐쇄형 사각형 구석 내부에 철근토막(1a) 및 구조계산상 필요하면 구석 이외의 내부면에 추가철근토막을 세워서 만나는 면을 용접한다. 이 때 철근토막 또는 추가철근토막의 길이는 기초두께 보다 1m 정도 길게 절단한다.
3. 도 1(B단면도) 또는 도 2(B단면도)에서 상기 철근토막들이 이루는 사각형 외곽면 상단에 상부강판(2a) 또는 기둥토막(6)을 세워서 만나는 면을 용접한다.
매입형 베이스플레이트를 활용하여 철근 선조립 기둥(5a) 또는 철골기둥(5)을 기초(4)에 고정하는 구체적인 내용은 다음과 같다.

1. 기초 토공사가 종료되면 도 1과 같이 기초 하면의 바닥을 평활하게 정리 하고, 버림 콘크리트(12)를 타설한다.

2. 버림 콘크리트 위에 철근 선조립기둥 또는 철골기둥 설치 위치에 레벨링 모르터(11)를 타설하여 양생시킨다..

3. 상기 레벨링모르터(11) 위에 철근선조립기둥(5a) 1절 또는 철골기둥(5) 1절을 용접이음 하기 위한 바탕이 되는 매입형 베이스플레이트의 ㄱ형강(3)이 상기 레벨링 모르터와 만나도록 얹어서 볼트구멍에 맞춰 셋앵커(10)를 박아 고정한다.

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4. 상기 매입형 베이스플레이트를 설치한 후 기초철근 배근을 하고 기초 콘크리트를 시공하는 과정에서 매입형 베이스플레이트가 흔들려서 위치 이동을 하면 상부 기둥의 수직도나 위치가 달라질 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 매입형 베이스플레이트 하단부인 ㄱ형강(3)과 강판(2)으로 막힌 사각형 내부에다 시멘트 모르터를 선 타설할 수 있다.

5. 상기 버림콘크리트와 레벨링 모르터의 상부 매입형 베이스플레이트 주변에 기초철근을 배근하고 상기 매입형 베이스플레이트 상단에서 1m 정도 아래까지 콘크리트를 타설하여 양생시킨다.
6. 상기 매입형 베이스플레이트의 상부강판(2a) 또는 기둥토막(6) 상단면에 상기 철근선조립기둥 1절 또는 철골기둥 1절을 얹어서 기둥용접이음을 한다.

도 1은 매입형 베이스 플레이트와 철근 선조립 1절 기둥과의 이음 개념도와 단면도,

도 2는 매입형 베이스 플레이트와 철골 1절 기둥과의 이음 개념도와 단면도,

도 3은 재래식 베이스 플레이트의 개념도와 단면도,

＜도면의 부호에 대한 간단한 설명＞

1 ; 철근 1a ; 철근토막

2 ; 강판 2a ; 상부강판

2b ; 이음강판

3 ; ㄱ형강 4 ; 기초

5 ; 철골기둥 5a ; 철근 선조립 기둥

6 ; 기둥토막

7 ; 베이스 플레이트 8 ; 리브

9 ; 앵커볼트 10 ; 셋앵커

11 ; 레벨링 모르터 12 ; 버림 콘크리트

13 ; 무수축 모르터

Claims (3)

1. 철근선조립기둥(5a)이나 H형기둥(5) 등 철골기둥 1절을 기초에 고정함에 있어서,

   a) 기초(4) 하면의 바닥을 정리하고, 버림 콘크리트(12)를 타설하는 단계;

   b) 상기 버림 콘크리트 위에 레벨링 모르터(11)를 이용하여 바닥 레벨을 조정하는 단계;

   c) 상기 레벨링모르터(11) 위에 매입형 베이스플레이트를 얹어서 ㄱ형강(3)의 수평면에 뚫린 볼트구멍에 맞춰 셋앵커(10)를 박아 고정하는 단계;

   d) 상기 셋앵커 만으로는 기초 철근배근 또는 기초 콘크리트를 타설하는 과정에서 매입형 베이스플레이트가 흔들릴 염려가 있는 특별한 경우에는 매입형 베이스플레이트 하단부인 ㄱ형강(3)과 강판(2)으로 막힌 사각형 내부에 시멘트 모르터를 타설하는 단계;

   e) 상기 버림콘크리트와 레벨링 모르터의 상부 매입형 베이스플레이트 주변에 기초(4) 철근을 배근하고 상기 매입형 베이스플레이트 상단에서 1m정도 아래까지 기초 콘크리트를 타설하는 단계 ;

   f) 상기 철골기둥 1절 을 상기 매입형 베이스플레이트의 윗면에 얹어서 만나는 면을 용접이음하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 매입형 베이스플레이트와 철골기둥의 이음방법.
2. 제 1항에 있어서 매입형 베이스플레이트의 제작 방법은;

   a) 철골기둥과 동일한 단면 외곽면의 마주보는 두 변에다 외곽크기에 맞는 길이의 ㄱ형강(3)을 배열하고, 나머지 두 변에는 강판(2)을 상기 ㄱ형강 끝단에 설치하여 폐쇄형 사각형을 이루고 서로 만나는 면을 용접하는 단계;

   b) 상기 ㄱ형강의 수평면에 구조계산상 필요한 규격과 개수의 볼트구멍을 뚫고 상기 페쇄형 사각형 구석 내부에 철근토막(1a) 및 구조계산상 필요하면 구석 이외의 내부면에 추가철근토막을 세워서 만나는 면을 용접하는 단계;

   c) 상기 철근토막들이 이루는 사각형 외곽면 상부에 4면 모두 상부강판(2a)을 돌리거나 H형기둥토막(6)의 플렌지 끝 부분에 상부강판(2a)을 용접하여 "日"자 모양을 만들어 철근토막들에 끼워서 만나는 변을 용접하는 방법 중 하나를 택일하여 만나는 면을 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매입형 베이스플레이트와 철골기둥의 이음 방법.
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