KR101132838B1 - 프리스트레싱 요소를 이용한 ｒｃ 벽체 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물에 관한 것으로서, 특히 철근 콘크리트로 이루어지는 RC 벽체와; 상기 RC 벽체의 양단 내부에서 수직 방향으로 설치되는 프리패브 철근 포스트; 및 상기 RC 벽체에서 수평 또는 대각으로 설치되고, 양단이 상기 프리패브 철근 포스트를 각각 관통하여 상기 RC 벽체의 양측면에 고정되는 복수의 프리스트레싱 요소로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 RC 벽체에 프리스트레싱 요소를 매립 적용시 프리패브 철근 포스트를 적용함으로써 철골 포스트의 구조적 기능을 담보하는 동시에 공종을 RC 공종으로 단일화시켜 시공 효율성을 높이고, 공기를 단축할 수 있다.

Description

프리스트레싱 요소를 이용한 ＲＣ 벽체 구조물{EMBEDDED PRESTRESSING SYSTEM IN RC WALL STRUCTURE}

본 발명은 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물에 관한 것으로서, 상세하게는 RC 벽체에 프리스트레싱 요소를 매립 적용시 RC 벽체의 휨 또는 전단 균열을 방지하기 위한 철골 포스트를 대신하여 프리패브 철근 포스트를 적용함으로써 철골 포스트의 구조적 기능을 담보하는 동시에 공종을 단일화시킬 수 있도록 하는 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물에 관한 것이다.

철골 아웃리거(Outrigger) 트러스, 벨트(Belt) 트러스 또는 건물의 구조요소로 역할을 수행하기 위해 필요한 철골 프레임의 전체 또는 일부를 RC 벽체 내에 매립하는 경우, RC 벽체 내?외부 철골 프레임의 연결 및 효율적 하중전달을 위한 요소로서 철골 포스트가 사용된다.

일예로, 아웃리거 시스템(Outrigger System)은 현재 국내외 초고층 건물에 다수 적용되고 있는 횡력저항시스템(Horizontal load-resisting system)의 하나로, 코어와 건물의 외주 기둥을 철골 아웃리거 트러스(또는 RC 아웃리거 벽체)로 연결하여 코어의 순수 캔틸레버 거동을 제어하여 건물의 전체적인 횡강성을 증가시키는 구조시스템이다.

일반적으로 현재 초고층 건물에 적용되고 있는 아웃리거 시스템은 아웃리거 트러스를 RC 벽체(즉, 코어 벽체)에 접합시켜 철골 아웃리거 트러스-코어-철골 아웃리거 트러스의 하중전달 메커니즘을 통해 횡력에 저항한다.

이때, 철골 아웃리거 트러스를 RC 벽체와 결합하기 위해서는 RC 벽체에 철골 프레임을 매립하는 데, 철골 프레임을 매립하기 위해서는 해당 층에서 철골 프레임의 정착 및 피복두께 확보, 철근 배근 등에 필요한 코어 벽체 두께를 확보해야 한다.

또한, RC 벽체 내의 매립부의 시공효율성 및 공정을 개선하기 위해 매립되는 철골 프레임 전체 또는 일부를 프리스트레싱(PS, Pre-stressing) 요소로 대체한 공법 등이 개발되었으며, 즉, 프리스트레싱 요소의 도입을 위해 도 1에 도시된 바와 같이 RC 벽체(1)에 철골 포스트(3)를 수직 방향으로 설치한 후 철골 포스트(3)에서 횡방향 또는 대각 방향으로 프리스트레싱 요소(5)를 RC 벽체(1)의 측면에서 정착부(구)에 고정한 다음, 외부 철골 부재(9)를 베어링 플레이트(7)에 접합한다. 도면중 11은 외부 철골 부재가 접합되는 외주 기둥이다.

그러나, 이러한 접합 방식(공법)은 프리스트레싱 요소를 사용한 RC 벽체 매립부 구성의 가장 큰 장점 중 하나인 공종 단일화에 걸림돌이 되는 철골 포스트를 그대로 두는 문제점이 있다.

또한, 프리스트레싱 요소를 설치하기 위해 쉬스관(또는 덕트)이 철골 포스트를 관통해 설치되어야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, RC 벽체에 프리스트레싱 요소를 매립 적용시 프리패브 철근 포스트를 적용함으로써 철골 포스트의 구조적 기능을 담보하는 동시에 공종을 RC 공종으로 단일화시킬 수 있도록 하는 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 RC 벽체 내 하중의 크기에 따라 미리 프리패브 철근 포스트의 분절계획을 수립하고, 폭과 크기를 조절하여 응력 맞춤형으로 제작할 수 있고, 철근 포스트 사용시 필요한 스터드를 생략할 수 있어 수많은 스터드를 접합하는 시간과 현장에서 이루어지는 보강철근의 배근공정을 생략할 수 있으며, 부가적으로 압축응력대에서 콘크리트의 구속효과를 통한 보강과 인장응력 대에서 적절한 균열제어 효과를 기대할 수 있도록 하는 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

철근 콘크리트로 이루어지는 RC 벽체와; 상기 RC 벽체의 양단 내부에서 수직 방향으로 설치되는 프리패브 철근 포스트; 및 상기 RC 벽체에서 수평 또는 대각으로 설치되고, 양단이 상기 프리패브 철근 포스트를 각각 관통하여 상기 RC 벽체의 양측면에 고정되는 복수의 프리스트레싱 요소로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 프리패브 철근 포스트는 복수의 종방향 철근과; 상기 종방향 철근을 상호 연결하는 횡방향 철근으로 이루어진다.

여기에서 또한, 상기 프리패브 철근 포스트는 상기 RC 벽체 내 하중의 크기에 따라 미리 프리패브 철근 포스트의 분절계획을 수립하고, 이에 따라 폭과 크기를 조절하여 응력 맞춤형으로 제작한다.

여기에서 또, 상기 프리패브 철근 포스트는 사전 제작되되, 상기 RC 벽체 내 하중의 크기에 따라 미리 분절하여 조립 구성되고, 서로 동일 직경 또는 다른 직경을 상호 연결한다.

여기에서 또, 상기 프리패브 철근 포스트는 원형, 정사각형, 타원형, 사각형, 다각형중 선택된 어느 하나의 형태로 이루어진다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물에 따르면, RC 벽체에 프리스트레싱 요소를 매립 적용시 프리패브 철근 포스트를 적용함으로써 철골 포스트의 구조적 기능을 담보하는 동시에 공종을 RC 공종으로 단일화시켜 시공 효율성을 높이고, 공기를 단축할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 RC 벽체 내 하중의 크기에 따라 미리 프리패브 철근 포스트의 분절계획을 수립하고, 폭과 크기를 조절하여 응력 맞춤형으로 제작할 수 있고, 철골 포스트 사용시 필요한 스터드를 생략할 수 있어 수많은 스터드를 접합하는 시간과 현장에서 이루어지는 보강철근의 배근공정을 생략할 수 있으며, 부가적으로 압축응력대에서 콘크리트의 구속효과를 통한 보강과 인장응력 대에서 적절한 균열제어 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 일반적인 아웃리거 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따라 벽체 내부 프리스트레싱 요소의 다양한 배치 형태를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물의 구성을 나타낸 평단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물중 프리패브 철근 포스트의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물중 프리패브 철근 포스트의 구성을 나타낸 정면도이다.

이하, 본 발명에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따라 벽체 내부 프리스트레싱 요소의 다양한 배치 형태를 나타내는 개념도이며, 도 4는 본 발명에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물의 구성을 나타낸 평단면도이며, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물중 프리패브 철근 포스트의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물중 프리패브 철근 포스트의 구성을 나타낸 정면도이다.

도 2 내지 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물(100)은, RC 벽체(110)와, 프리패브 철근 포스트(120)와, 프리스트레싱 요소(130)로 구성된다. 도면중 미설명 부호인 9는 외부 철골 부재이고, 11은 외부 철골 부재가 접합되는 외주 기둥이다.

먼저, RC 벽체(110)는 통상의 철근 콘크리트로 이루어지는 벽체로서, 아웃리거의 코어 월(CORE WALL), 아웃리거 월, 벨트 월(BELT WALL), 핀 월(FIN WALL), 일반 벽체를 모두 포함한다.

그리고, 프리패브(Prefabricate) 철근 포스트(120)는 도 3a에 도시된 바와 같이 RC 벽체(110)의 양단 내부에서 수직 방향으로 설치되는 데, 복수의 종방향 철근(121)과, 종방향 철근(121)을 상호 연결하는 횡방향 철근(123)으로 이루어진다. 이때, 횡방향 철근(123)은 나선철근 또는 띠철근이나 스터럽 등을 이용하는 것이 바람직하다.

여기에서, 프리패브 철근 포스트(120)는 RC 벽체(110) 내 하중의 크기에 따라 미리 분절계획을 수립하고, 이에 따라 폭과 크기를 조절하여 응력 맞춤형으로 제작하며, 도 5a에 도시된 바와 같이 원형, 도 5b에 도시된 바와 같이 정사각형, 도 5c에 도시된 바와 같이 타원형, 도 5d에 도시된 바와 같이 직사각형 또는 다각형의 형태를 이룰 수 있고, 규정된 RC벽체 영역과 배근 및 철근량을 고려하여 선택한다.

여기에서 또한, 프리패브 철근 포스트(120)는 사전 제작되되, RC 벽체(110) 내 하중의 크기에 따라 미리 분절하여 조립 구성되고, 서로 동일 직경 또는 다른 직경을 상호 연결한다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 것은 서로 다른 직경을 분절하여 조립 구성한 형태를 나타낸다.

또한, 프리스트레싱 요소(130)는 도 3a 내지 도 3f에 도시된 바와 같이 RC 벽체(110)에서 수평 또는 대각으로 설치되고, 양단이 프리패브 철근 포스트(120)에 형성된 공간부(125)를 각각 관통하여 RC 벽체(110)의 양측면에 고정된다.

여기에서, 프리스트레싱 요소(130)는 RC 벽체(110)에 매립되어 하기에서 설명할 베어링 플레이트(140)에서 정착구(131)에 의해 정착시키는 것이 바람직하고, 쉬스관(미도시) 내부에 삽입되고, 쉬스관 내부에 그라우팅재가 주입되어 프리스트레싱 요소(130)를 정착시키는 것이 바람직하다. 이때, 프리스트레싱 요소(130)는 강선, 텐던, 로드, 바, 강봉 등의 모든 프리스트레싱 요소를 통칭하며, 도 3a 내지 도 3f에 도시된 바와 같이 그 형태는 수평, 경사 방향을 모두 포함하되, 벽체 내부의 인장 응력의 흐름에 따라 다양한 형태로 변경이 가능하다.

한편, 프리스트레싱 요소(130)를 정착하기 위해서는 베어링 플레이트(140)가 적용되며, 베어링 플레이트(140)는 강재 재질로 직사각형태로 형성되고, 각각의 프리스트레싱 요소(130)가 고정되도록 프리스트레싱 요소(130)와 대응되는 RC 벽체(110)의 외측면에 매립된다.

여기에서, 베어링 플레이트(140)는 외측면에 아웃리거와 같은 외부 철골 프레임(150)이 결합 고정되는 것이 바람직하고, 프리스트레싱 요소(130)가 관통되도록 관통홀(141)이 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, RC 벽체(110) 내 하중의 크기에 따라 미리 프리패브 철근 포스트(120)의 분절계획을 수립하고, 이에 따라 폭과 크기를 조절하여 응력 맞춤형으로 제작한다.

그리고, 프리패브 철근 포스트(120)의 구성을 위한 배근량은 해당 영역의 하중흐름과 크기를 분석한 후 결정하고, 필요한 경우 미리 분절하여 구성한 서로 다른 직경의 프리패브 철근포스트는 이어서 사용할 수 있다.

그런 다음, 시공 조건에 따라 RC 벽체(110)에 철근을 배근 전후에 프리패브 철근 포스트(120)를 설치한다.

프리스트레싱 요소(130)가 적용되는 경우 프리패브 철근 포스트(120)의 설치가 완료되면, RC 벽체(110)에 설치된 철근에 베어링 플레이트(140)를 고정한 다음, 프리스트레싱 요소(130)를 RC 벽체(110)에서 수평 또는 대각으로 설치한다.

그런 다음, 콘크리트를 타설하여 RC 벽체(110)를 양생한 후, 양생이 완료되면, 프리스트레싱 요소(130)에 프리스트레싱을 도입시킨다. 이때, 프리스트레싱 요소(130)에 프리스트레싱을 도입 방법은 통상의 방식으로 쉬스관을 매립후 RC 벽체(110)를 타설한 다음, 프리스트레싱 요소(130)를 긴장시킨 후 그라우팅시킨 다음, 접합부를 체결 고정한다.

그리고, 아웃리거와 같은 외부 철골 프레임(150)이 적용되는 경우 베어링 플레이트(140)의 외측면에 외부 철골 프레임(150)을 용접 또는 볼트 방식에 의해 고정시킨다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

110 : RC 벽체 120 : 프리패브 철근 포스트
130 : 프리스트레싱 요소 140 : 베어링 플레이트

Claims (5)

1. 철근 콘크리트로 이루어지는 RC 벽체와;
   상기 RC 벽체의 양단 내부에서 수직 방향으로 설치되는 프리패브 철근 포스트; 및
   상기 RC 벽체에서 수평 또는 대각으로 설치되고, 양단이 상기 프리패브 철근 포스트를 각각 관통하여 상기 RC 벽체의 양측면에 고정되는 복수의 프리스트레싱 요소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 프리패브 철근 포스트는,
   복수의 종방향 철근과;
   상기 종방향 철근을 상호 연결하는 횡방향 철근으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 프리패브 철근 포스트는,
   상기 RC 벽체 내 하중의 크기에 따라 미리 프리패브 철근 포스트의 분절계획을 수립하고, 이에 따라 폭과 크기를 조절하여 응력 맞춤형으로 제작하는 것을 특징으로 하는 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 프리패브 철근 포스트는,
   사전 제작되되, 상기 RC 벽체 내 하중의 크기에 따라 미리 분절하여 조립 구성되고, 서로 동일 직경 또는 다른 직경을 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 프리패브 철근 포스트는,
   원형, 정사각형, 타원형, 사각형, 다각형중 선택된 어느 하나의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리스트레싱 요소를 이용한 RC 벽체 구조물.

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