KR101136945B1

KR101136945B1 - 내진 주택 구조물

Info

Publication number: KR101136945B1
Application number: KR1020100007274A
Authority: KR
Inventors: 임철
Original assignee: 주식회사 스페이스테크놀로지
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2012-04-19
Also published as: KR20110087716A

Abstract

본 발명은 내진성의 강관 말뚝이 지반 깊이 관입되고, 상기 강관 말뚝을 지지축으로 지상에 시공되어 지진에 견딜 수 있는 내진성의 주택에 관한 것으로, 지반에 관입되는 다수개의 강관 말뚝을 지지축으로 지상에 기초 슬라브, 층간 슬라브 및 지붕 슬라브가 형성되는 주택 구조물에 있어서, 상기 강관 말뚝은 중공의 원통 형상의 강관 하단부 외측에 적어도 두 개 이상의 리브가 방사상으로 고정되고, 상기 리브의 저면에는 도넛 형상의 확장판이 고정된 선단부가 지중의 굴착공으로 관입되어 콘크리트가 타설되고, 상기 기초 슬라브는 지표면으로 돌출된 상기 강관 말뚝을 축으로 기초 바닥을 이루기 위하여 철근 콘크리트 공법으로 형성되며, 상기 강관 말뚝과 기초 슬라브 사이에는 충격을 완화시키기 위하여 고무 또는 실리콘 재질의 충격 완화 패드가 개입되어, 지진에 의한 내진성이 부여되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

내진 주택 구조물{An earthquake-proof house and building}

본 발명은 내진 주택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내진성의 강관 말뚝이 지반 깊이 관입되고, 상기 강관 말뚝을 지지축으로 지상에 시공되어 지진에 견딜 수 있는 내진성의 주택 구조물에 관한 것이다.

일반적으로, 다주택, 빌딩, 건물, 아파트 등과 같은 건축물의 설계시에는 지진으로부터 구조물을 안전하게 보호하기 위한 내진설계(耐震設計)가 함께 이루어지게 된다. 우리나라는 일본과 달리 지진에 대한 경험이 적어 지금까지 그다지 큰 관심을 기울이지 않고 있다가 최근에 와서 지진이 자주 발생함에 따라 내진에 대한 관심이 증가하게 되었다.

우리나라에서 건축물에 대한 내진설계가 의무화된 것은 1988년으로, 그 이전에 건설된 건축 구조물은 대부분 내진설계가 되어 있지 않고, 내진설계의 의무화가 시행된 이후에도 내진설계에 대한 기준이 미흡하여 지진 발생시에 건축 구조물의 붕괴로 인한 막대한 인명 피해 및 재산 피해가 예상된다.

주택이나 상가와 같은 일반적인 건축물은 주로 철근 콘크리트 공법으로 시공되는데, 이러한 건축물의 내진보강방법으로는 건축물의 내진성능 특성에 따라 다양한 공법들이 적용되어 왔다.

구체적으로 살펴보면 내진보강공법은 건축물 및 구조물의 특성과 내진의 요구성능에 따라 단면증가공법, 내진벽 증설공법, 브레이스 설치공법, 보강재 피복공법 중 하나 또는 둘 이상의 복합적인 공법이 적용되며, 과거에는 단면증가공법과 철판에 의한 피복공법이 널리 사용되어 왔다.

단면증가공법은 기존 콘크리트 건축물 또는 구조물에 휨강도, 휨변형능력 및 전단강도를 보강하기 위하여 벽체, 기둥, 보에 띠철근을 배근한 후 콘크리트를 덧씌우는 공법으로, 공사기간이 길고, 시공이 어려울 뿐만 아니라 부재의 단면적이 증가하므로, 주차장기둥의 경우 주차면적 확보가 곤란하고, 외부기둥의 경우 건축선에 의한 제약을 받는 등 건축 법규상의 제약이 수반되며, 건축물 내부의 경우 설비와의 간섭으로 천정고가 낮아지고 기둥 보강의 경우에는 실사용 면적을 현저히 감소시키는 등의 문제점이 있다.

또한, 내진벽 증설공법은 기둥과 기둥 또는 벽체 사이에 철근콘크리트 보강벽을 설치하게 되므로, 실사용상 제약이 수반되며, 외벽에 구성하는 내진벽은 개구부의 설치가 어렵고, 공조덕트나 소화설비와 같은 기존 설비와 간섭을 일으키는 문제점이 있다.

또한, 강판을 이용한 보강공법은 강판을 필요 구조체에 덧대어 보강하는 방법으로, 부재의 단면적을 크게 증가시키지 않으면서 내력을 확보할 수 있으며, 부재의 강성과 균질한 재료의 특성상 가장 일반적인 보강방법이라고 할 수 있으나, 부재의 무게가 무겁고, 시공이 어려우며, 부식방지를 위하여 별도의 공정이 필요한 문제점을 가지고 있다.

또한, 최근에 철강재의 가격급등과 부식에 의한 문제, 인건비의 상승 등의 원인으로 각광을 받고 있는 고강도섬유 피복공법은 시공이 간편하고, 내력을 크게 증가시킬 수 있는 장점이 있으나, 내진벽 증설공법과 달리 층간에서 보강재가 단절되므로 효과적으로 내진보강성능을 발휘할 수 없고, 콘크리트 부착면에 형성된 기포, 표면의 열화로 인하여 콘크리트 계면의 강도가 저하될 경우 내력증가시 표면 콘크리트가 탈락하여 보강부재의 내력을 충분히 발휘하지 못하며, 겹침 시공시에는 겹침개소의 증대로 공사기간이 길어지고 함침된 시트의 배부름 현상에 의해서 충분한 보강효과를 얻기 힘들며 접착제의 함침과 시공시에 시공상 어려움이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 건축물 내진보강 공법들이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 주택과 같은 건축물의 시공시 내진성의 강관 말뚝을 이용하여 시공하고, 지반에 깊이 관입된 상기 내진성의 강관 말뚝을 지지축으로 하여 지상에 주택을 시공함으로써, 시공이 간편하면서도 지진에 대해서도 충분히 견딜 수 있는 내진 주택 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내진 주택은 지반에 관입되는 다수개의 강관 말뚝을 지지축으로 지상에 기초 슬라브, 층간 슬라브 및 지붕 슬라브가 형성되는 주택 구조물에 있어서, 상기 강관 말뚝은 중공의 원통 형상의 강관 하단부 외측에 적어도 두 개 이상의 리브가 방사상으로 고정되고, 상기 리브의 저면에는 도넛 형상의 확장판이 고정된 선단부가 지중의 굴착공으로 관입되어 콘크리트가 타설되고, 상기 기초 슬라브는 지표면으로 돌출된 상기 강관 말뚝을 축으로 기초 바닥을 이루기 위하여 철근 콘크리트 공법으로 형성되며, 상기 강관 말뚝과 기초 슬라브 사이에는 충격을 완화시키기 위하여 고무 또는 실리콘 재질의 충격 완화 패드가 개입되어, 지진에 의한 내진성이 부여되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 상기 기초 슬라브 상측에서의 지지축은 사각 형상의 스틸 박스(steel box)로 구성되어, 상기 강관 말뚝의 상단부와 일체로 연결되는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 상기 기초 슬라브 상측에서의 지지축은 상기 강관 말뚝의 외주면을 따라 사각 형상으로 콘크리트가 타설된 강관 콘크리트(SRC)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 내진 주택 구조물은 내진 말뚝 공법을 이용하여 시공이 간단하고 시공비가 저렴하면서도 우수한 내진성을 나타낼 수 있다.

또한, 상기 내진 말뚝 공법에 의한 내진성의 강관 말뚝을 지지축으로 지상에 시공되는 주택과 같은 건축물은 안정적인 상태를 유지할 수 있다.

또한, 상기 내진성의 강관 말뚝 상단부를 지지축으로 형성되는 기초 슬라브(slab)와 강관 말뚝 선단부 사이에 충격 완화를 위한 패드가 개입되어 기초 슬라브 상에 시공되는 주택은 내진성이 더욱 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내진 주택 구조물을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 시공하는 과정을 나타낸 공정도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝의 선단부가 관입된 상태를 나타낸 일부 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기초 슬라브의 고정 상태를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지상의 지지축을 나타낸 평단면도.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내진 주택 구조물을 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 시공하는 과정을 나타낸 공정도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝의 선단부가 관입된 상태를 나타낸 일부 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기초 슬라브의 고정 상태를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지상의 지지축을 나타낸 평단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 내진 주택은 소정의 깊이까지 지중(10)에 관입되는 다수개의 강관 말뚝(100)을 지지축으로 지표면에는 기초 슬라브(slab, 20)가 형성되고, 외벽(미도시)과 함께 상측으로는 소정의 간격을 두고 층간 및 지붕 슬라브(30)가 형성되는 구조를 이룬다.

이를 더욱 구체적으로 살펴보면, 전술한 강관 말뚝(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 원 기둥 형상의 강관(110) 선단부 외측에 고정되는 리브(120), 리브(120)의 저면에 고정되는 확장판(130)을 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 강관(100)은 상측으로부터의 하중을 지지하기 위한 구성으로, 소정의 직경(Φ1)을 가지는 중공의 원통 형상으로 형성된다. 특히, 종래의 기술에 따른 강관 말뚝은 굴착공(2)의 직경보다 미세하게 작은 직경의 강관으로 구성되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝은 굴착공(2)의 직경과 큰 차이가 나는 상대적으로 작은 직경의 강관으로 구성된다. 이는 상대적으로 작은 직경에 의해 원자재 비용을 절감시킬 수 있으며, 굴착공 측벽과의 간격이 넓어 트레미관의 삽입이 가능하여 굴착공으로 콘크리트 타설이 용이하게 이루어질 수 있다.

상기 리브(120)는 2개 이상의 복수개가 구비되어 강관(110)의 선단부 외측에 용접에 의해 고정되는 것으로, 강관(110)에 대하여 방사상으로 고정되며 그 저면이 강관(110)의 하단면과 일치된다.

이러한 리브(120)는 강관(110)에 대하여 확장판(130)을 지지해주며, 매입말뚝 시공시 굴착공의 하부에 콘크리트가 타설되어 형성되는 콘크리트층(3)에 매설된다.

상기 확장판(130)은 도넛형의 원판으로서, 리브(120)의 저면에 용접에 의해 고정되며 그 내경이 강관(110)의 내경과 일치하고 외경(Φ2)은 강관(110)의 외경보다 크며 굴착공(2)의 내경보다 미세한 차이로 작게 형성된다.

이처럼, 확장판(130)은 강관(110)의 선단부에 견고히 고정되고, 그 외경이 강관의 외경보다 크게 형성됨으로써 강관의 선단부 직경을 확대시키는 역할을 한다.

따라서, 강관 말뚝(100)을 굴착공(2)에 삽입 시공할 때 강관(110)과 굴착공(2)의 측벽 사이에 형성되는 간극이 확장판이 구비되지 않는 경우와 비교하여 좁아지기 때문에 그만큼 강관의 선단부 지지력이 증대된다.

또한, 상기와 같은 구조의 강관 말뚝(100)은 강관(110)의 선단에 구비되는 리브(120)와 확장판(130)에 의하여, 종래에 비하여 상대적으로 작은 직경(Φ1)의 강관(110)으로 구성되더라도 동일한 강성을 나타낼 수 있다. 이로 인하여 최근 금속재료의 원자재 가격 상승에 따른 시공 비용의 증가 문제를 해결할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 Φ406, Φ812 직경의 강관은 각각 종래의 기술에 따른 Φ506, Φ1500 직경의 강관에서 나타나는 강성과 동일하거나 그 이상의 강성을 나타낼 수 있다.

한편, 도시되지는 않았지만, 강관(110)의 선단부 내측에는 콘크리트(3)와 강관(110)의 결합력을 증대시키기 위하여 망 상의 철근 부재가 더 결합될 수 있다.

상기와 같은 구조의 강관 말뚝(100)은 내진 말뚝 공법으로 시공되는데, 그 시공 과정을 도 3을 참조하여 살펴보면, 먼저, 오거(1)를 이용해 지반을 굴착하여 굴착공(2)을 형성한다(a)(b). 이때, 굴착공(2)의 측벽이 무너지는 것을 방지하기 위하여 굴착과 동시에 케이스(4)를 삽입한다.

이어서 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝(100)을 굴착공(2) 내로 관입시킨 후(c), 콘크리트(3)를 타설하여 지반 내의 강관 말뚝(100)이 콘크리트(3)에 매립되도록 한 후, 케이스(4)를 인출시킨다(d).

상기 콘크리트(3)는 강관 내부와 강관과 굴착공 측벽 사이 모두에 레미콘에 의한 콘크리트가 타설될 수 있으나, 강관과 굴착공 측벽 사이의 간격이 좁을 경우에는 강관 내부에는 레미콘에 의한 콘크리트로 충진되지만, 강관과 굴착공 측벽 사이에는 시멘트 몰탈로 충진될 수 있다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이 강관(110)의 선단부에 고정된 리브(120)와 확장판(130)이 콘크리트(3)에 완전히 매립되어 결합되고, 강관(110)의 내외부 공간은 콘크리트(3)가 충진됨으로써, 콘크리트(3)의 강성이 강관 말뚝(100)으로 환산되어 강성 말뚝의 강성이 상승된다. 이로 인하여, 본 발명의 실시예에 따른 Φ406, Φ812 직경(Φ1)의 강관 말뚝은 각각 종래의 기술에 따른 Φ506, Φ1500 직경의 강관 말뚝과 동일한 단면력을 나타낸다.

그리고, 강관(110)의 선단 저면에 고정되는 확장판(130)의 외경(Φ2)은 굴착공(2)의 직경보다 미세한 차이로 작게 형성되고, 콘크리트에 완전히 매립되어 결합됨으로써, 수평 하중에 의한 강관(110)의 선단부 유동이 방지되어 내진성을 확보할 수 있다.

상기와 같은 공정에 의해 지중(10)에 관입된 강관 말뚝(100)을 지지축으로 도 1에 도시된 바와 같이 지상에는 기초 슬라브(20)와 외벽(미도시), 층간 슬라브(30) 등이 형성되어 주택과 같은 건축 구조물이 시공된다.

전술한 슬라브(slab, 20)는 지표면으로 돌출된 상기 강관 말뚝(100)을 축으로 건축물의 기초 바닥을 이루는 기초 슬라브(20)와 상기 기초 슬라브의 소정의 높이에서 형성되는 층간 또는 지붕 슬라브(30)로 이루어지며, 상기 슬라브(20,30)들은 일반적인 철근 콘크리트 공법으로 시공된다. 즉, 상기 강관 말뚝(100)을 지지축으로 메쉬 구조의 철근이 시공되고, 그 사이로 콘크리트가 타설되어 슬라브로 형성된다.

이러한 슬라브는 강관 말뚝에 부착되어 고정되지만, 본 발명의 실시예에 따른 기초 슬라브(20)는 강관 말뚝(100)과 이격되고, 그 사이에 완충 작용을 위한 완충 패드(40)가 개입된다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 각 강관 말뚝(100)의 둘레에는 고무 또는 실리콘 재질의 탄성 패드(40)가 소정의 두께로 감겨지고, 그 외주를 따라 콘크리트가 타설되어 기초 슬라브(20)를 형성한다. 상기와 같은 구조에 의하여 지진으로 발생되는 기초 슬라브(20)의 충격이 강관 말뚝(100)으로 전해지는 것을 완화시킬 수 있다.

한편, 지중(10)으로는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝이 관입되어 내진성의 지지축을 제공하고, 지상에서의 기둥은 사각 형상의 스틸 박스(steel box) 혹은 강관 콘크리트(SRC:Steel Reinforced Concrete)로 구성될 수 있다.

즉, 도 6을 참조하여 지지축을 이루는 기둥의 단면을 살펴보면, (가)에 도시된 바와 같이 내진성의 강관 말뚝만으로 구성되거나, (나)에 도시된 바와 같이 기초 슬라브(20)의 소정 높이까지 돌출되는 강관 말뚝(100)의 단부에 사각 형상의 스틸 박스(200)가 체결되어 지상에서의 기둥을 형성할 수 있으며, (다)에 도시된 바와 같이 강관 말뚝(100)의 외주면을 따라 사각 형상의 콘크리트(140)가 타설되는 강관 콘크리트(300)가 지상에서의 기둥을 형성할 수 있다. 여기서 상기 스틸 박스(200)는 기초 슬라브(20)의 상측에서 볼트 체결 등의 수단으로 강관 말뚝(100)의 단부에 견고히 고정시킬 수 있다.

상기와 같은 주택 구조물은 종래의 구조물에 비하여 시공이 간단하고 시공 비용을 현저히 절감시킬 수 있으며, 강관 말뚝에 의해 1차적으로 내진성을 가지고, 강관 말뚝과 기초 슬라브 사이에 완충 패드가 삽입되어 2차적으로 내진성을 가지게 되어 지진에 대한 우수한 내진성이 확보될 수 있다.

특히 본 발명의 실시예에 따른 상기와 같은 구조물은 Φ406 직경의 강관 말뚝을 사용하는 경우에도 주택이나 건물에 적용되는 경우 우수한 내진 효과를 나타낸다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 강관 말뚝은 선단부에 리브(120)와 확장판(130)으로 구성되는 선단 확대 장치가 구비되었으나, 이러한 강관 말뚝이 구비되지 않은 강관 말뚝도 이용될 수 있다.

이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

10 : 지중(지반) 20 : 기초 슬라브
30 : 층간 슬라브 40 : 완충 패드
100 : 강관 말뚝 110 : 강관
120 : 리브 130 : 확장판
200 : 스틸 박스 300 : 강관 콘크리트(SRC)

Claims

지반에 관입되는 다수개의 강관 말뚝을 지지축으로 지상에 기초 슬라브, 층간 슬라브 및 지붕 슬라브가 형성되는 내진 주택 구조물에 있어서,
상기 강관 말뚝은 중공의 원통 형상의 강관 하단부 외측에 적어도 두 개 이상의 리브가 방사상으로 고정되고, 상기 리브의 저면에는 도넛 형상의 확장판이 고정된 선단부가 지중의 굴착공으로 관입되어 콘크리트가 타설되고,
상기 기초 슬라브는 지표면으로 돌출된 상기 강관 말뚝을 축으로 기초 바닥을 이루기 위하여 철근 콘크리트 공법으로 형성되며,
상기 강관 말뚝과 기초 슬라브 사이에는 충격을 완화시키기 위하여 고무 또는 실리콘 재질의 충격 완화 패드가 개입되어,
지진에 의한 내진성이 부여되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내진 주택 구조물.
제1항에 있어서,
상기 기초 슬라브 상측에서의 지지축은 사각 형상의 스틸 박스(Steel Box)로 구성되어, 상기 강관 말뚝의 상단부와 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 내진 주택 구조물.
제1항에 있어서,
상기 상기 기초 슬라브 상측에서의 지지축은 상기 강관 말뚝의 외주면을 따라 사각 형상으로 콘크리트가 타설된 강관 콘트리트(SRC)로 구성되는 것을 특징으로 하는 내진 주택 구조물.