KR101187174B1 - 접합부에서의 전단결합 증진 구조를 가지는 그라우트-재킷을 이용한 기둥의 접합구조 및 이를 위한 받침장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접합부에 '돌출지압전단띠를 구비한 역타공사용 선기초기둥'과 이 기둥에 철근콘크리트구조(피어구조, 바닥구조, 기초판 등) 또는 합성바닥구조를 연결하기 위한 '지압전단띠-접합시스템' 및 '강재보 연결용 그라우트-재킷 접합시스템'과 이를 역타공법과 일반 공법의 구조공사에 '활용하는 기술'에 관한 것으로, 각종 기둥의 접합부에서 강재면과 콘크리트 사이에 미끄럼을 방지하기 위해 기둥의 외면 또는 내면 또는 내외면에 돌출이 작은 지압전단띠들을 공장용접에 의해 부착하여 좁은 천공구멍에서 기둥의 설치와 시공오차조정이 용이하고, 콘크리트 충전형 강관 기둥에서는 철근망 삽입과 콘크리트 타설이 용이하고, 굴토시에 접합부가 굴토장비에 의해 손상되지 않고, 철근콘크리트 바닥구조 또는 기초구조와의 접합을 위해 추가적인 보강재나 공정이 필요하지 않는 '돌출 지압전단띠 접합시스템'과 합성바닥구조와의 접합부에는 선기초기둥에 시공오차가 있어도 강재보를 능률적으로 접합할 수 있는 '그라우트-재킷 접합시스템' 등과, 이들에 대한 활용방법과 시공방법 등이 포함되어 있으며, 본 발명에 포함된 기술들은 지하 역타공사뿐만 아니라 지상구조공사에도 활용될 수 있다.

Description

접합부에서의 전단결합 증진 구조를 가지는 그라우트-재킷을 이용한 기둥의 접합구조 및 이를 위한 받침장치{Pre-founded Column System having Bearing-Shear Band and Beam-Column Connection System using Grouted Jacket having Bearing-Shear Band for Top-Down or Common Construction}
본 발명은 건물의 기초부 또는 최저층 바닥판 또는 중간층 바닥구조물이 기둥에 연결되는 접합구조, 그리고 접합구조에 사용되는 받침장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 탑다운 방식으로 건물의 지하층을 시공하는 지하 역타공사에서, 건물의 기초와 기둥을 이루게 되는 부재인 선기초기둥을 지중 천공구멍 내에 설치함에 있어서, 건물의 기초부 또는 최저층 바닥판 또는 중간층 바닥구조물이 선기초기둥에 접합될 때, 선기초기둥의 외면과 콘크리트 또는 그라우트재 사이에 미끄러짐을 억제하여 견고한 전단결합을 이루도록 하는 구성을 가지는 선기초기둥에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 선기초기둥에 중간층 바닥구조물을 접합할 때, 선기초기둥의 시공시 발생하는 오차를 수용할 수 있도록 하는 그라우트-재킷 접합구조 및 이에 사용되는 받침장치에 관한 것이다.
건물의 지하층을 구축함에 있어서, 탑다운(top-down) 방식으로 지하층을 시공하는 역타공법을 이용하는 경우, 선기초기둥을 이용하게 된다. 즉, 지하층 시공을 위한 지반 터파기 공사를 수행하기 전에, 미리 천공장비로 소정의 깊이까지 지반을 뚫어 천공구멍을 형성한 후, 천공구멍 내부에 피어와 기둥으로서의 역할을 동시에 수행할 수 있는 "선기초기둥(Pre-founded Column 또는 Pre-bored Column)"을 설치하게 된다.
미리 지중에 뚫어 놓은 천공구멍 내에 이러한 선기초기둥을 설치함에 있어서, 좁은 천공구멍 내에서 선기초기둥의 시공오차를 최소화하기 위한 여유 공간이 필요하지만, 일반적으로 선기초기둥은 중간층 바닥구조물과의 접합 등을 위하여 그 외면에 약 90 내지 120mm의 돌출길이를 가지는 시어스터드(shear stud) 등이 돌출 설치되어 있기 때문에, 천공구멍 내의 여유 공간은 상당히 부족한 실정이다. 따라서 시공오차조정을 위한 여유 공간의 부족으로 인하여 시공오차조정에 한계가 있고, 중간층 바닥구조물과의 접합을 위한 시어스터드 등은, 지반 굴토시에 굴토장비에 의해 많이 손상되므로 추가로 보수 및 보강이 필요하게 되어, 공사비 및 공기가 증가되고 시공성이 저하되는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 피하기 위하여 무작정 선기초기둥의 외면에서 시어스터드를 제거하게 되면, 선기초기둥의 하단부를 이루는 피어부와 선기초기둥의 상부를 이루는 기둥부를 결합할 때, 충분한 정착과 결합이 이루어지도록 하기 위해서는 기둥부의 정착길이 즉, 피어부에 삽입되는 기둥부의 길이가 크게 증가되어야 하며, 그에 따라 공사비가 증가되는 문제가 발생한다.
여유 공간을 확보하기 위하여 천공구멍의 직경을 크게 만들게 되면, 천공구멍 내부에서 기둥 주변의 큰 공간을 자갈, 모래 등으로 채울 때, 시공오차 즉, 선기초기둥이 기울어지게 설치되는 등의 오차가 크게 발생되는 문제가 있으며, 큰 직경의 구멍을 천공하기 위해서는 그만큼 큰 장비를 사용하여야 하고, 기둥 주변을 채우기 위한 재료도 더 많이 소요되므로, 그만큼 공사비와 공기가 증가되는 문제가 발생된다.
한편, 천공구멍은 좁고 깊으며 지하수가 존재하는 경우가 많으므로, 천공구멍 내에 선기초기둥을 설치할 때, 시공오차를 관리하는 것이 매우 어렵다. 더욱이 선기초기둥을 시공하는 과정에서, 천공구멍 내의 기둥 주변 채움 등의 여러 작업이 이루어지고, 이러한 작업 수행에 의해 선기초기둥의 설치시에는 필연적으로 시공오차가 발생된다. 그런데 지중에 매입된 선기초기둥에 대한 시공오차의 크기와 방향은 터파기 전에는 미리 예측할 수 없고, 단계별로 각층마다 터파기 후에야 확인할 수 있게 되는 한계가 있다. 따라서 지하에서 이루어지는 역타공사에서, 미리 제작된 보를 이용하여 중간층 바닥구조물을 시공하는 경우, 예측할 수 없는 선기초기둥의 시공오차 때문에 사전 제작된 보를 그대로 선기초기둥에 접합할 수 없게 되는 문제가 발생하게 되고, 전체 공사에 큰 문제를 초래하게 된다.
예를 들면, 선기초기둥이 설계한 것처럼 수직하게 시공되지 못하고 기울어지게 설치된 경우, 미리 제작된 보를 선기초기둥에 접합하기 위해서는 제작된 보를 그대로 사용할 수 없고, 길이를 절단하거나 늘려야 되는 상황이 발생하게 되는 것이다. 따라서 작업자는 지하의 각 층 공사시에 현장에서 줄자 등의 수단을 이용하여 선기초기둥의 기울어진 각도, 범위 등의 시공오차를 직접 측정하고, 현장에 반입된 보(큰 보 또는 작은 보)를 측정된 선기초기둥의 시공오차에 맞추어서, 현장 용접이음에 의해 길이를 연장시키거나 반대로 절단기로 절단하여 길이를 짧게 하는 등의 부재의 길이를 조정하고 선기초기둥의 접합부에 연결강판들을 재단하여 용접이음으로 부착하는 작업을 수행해야만 했다.
그러므로 종래에는 역타공법의 시공성이 크게 저하되고, 결국 지하 구조물의 구축에 소요되는 공사기간과 공사비가 증가되었음은 물론이고 지하 구조물의 구조성능에 대한 신뢰성도 낮다는 문제점이 존재하였다. 더 나아가, 지하층 시공을 위해 지면에서 높은 위치의 작업 장소에서의 용접 등의 작업시간이 길어지게 되어 추락사고와 같은 안전사고의 위험을 더욱 크게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 위와 같은 종래의 역타공사용 선기초기둥의 시공에서 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 선기초기둥을 설치하고 지반을 굴토할 때, 기초부 또는 최저층 바닥판 또는 중간층 바닥구조물과 선기초기둥간의 접합을 위하여 미리 선기초기둥에 부착된 부재가 굴토장비에 의해 손상되지 않도록 하며, 선기초기둥에 콘크리트 충전형 강관을 사용할 경우에 기둥의 길이방향 전단응력이 집중되는 위치에서 강관과 콘크리트 사이에 미끄럼을 효율적으로 방지하며, 선기초기둥의 시공시에 발생하는 시공오차로 인하여, 선기초기둥과 미리 제작한 보를 접합할 때 현장에서 보의 길이를 재단하거나 보를 다시 가공하거나 하는 등의 추가 작업을 필요치 않게 함으로써, 단순하고 능률적으로 보와 선기초기둥을 접합시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 기둥의 일부 또는 전부에 강관이 구비되어 있는 기둥과, 중간층 바닥구조물을 이루는 보의 접합구조로서, 상기 강관은 중간층 바닥구조물이 접합되는 위치인 접합부에 구비되어 있으며; 상기한 구성을 가지는 받침장치가 강관의 외면에 설치되며; 판재로 이루어진 복수개의 슬리브가 상기 받침장치에 그 하단이 지지된 채로 기둥부의 접합부에서 강관의 외면과 간격을 가지고 기둥부를 둘러싸도록 배치되어 수평방향으로 서로 결합되며; 상기 슬리브의 외면에는 중간층 바닥구조물을 이루는 보가 일체로 결합되고; 상기 슬리브의 내면과 접합부에서 강관의 외면 사이 간격에는 그라우트재가 충진되는데, 상기 슬리브의 내면에는, 그라우트재에 매립되어 슬리브와 그라우트재 간에 견고한 전단연결이 이루어지도록 하는 슬리브 지압전단띠가 일체로 돌출 구비되어 있으며; 상기 슬리브와 마주하고 있는 접합부에서 상기 강관의 외면에는, 그라우트재에 매립되어 강관과 그라우트재 간에 견고한 전단연결이 이루어지도록 하는 하나 또는 복수개의 기둥 지압전단띠가 돌출된 형태로 일체 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 그라우트-재킷을 이용한 기둥과 중간층 바닥구조물의 보 간의 접합구조가 제공된다.
이러한 본 발명의 접합구조에서, 상기 보와 슬리브 사이에는 수평한 판재로 이루어진 다이아프램이 더 구비되어, 상기 다이아프램의 일측은 슬리브의 외면에 일체로 부착되고 다이아프램의 타측은 보의 플랜지를 덮은 채 보와 결합될 수 있다.
또한 본 발명에서는, 기둥의 일부 또는 전부에 강관이 구비되어 있는 기둥에 중간층 바닥구조물을 이루는 보를 접합하기 위하여 기둥의 외면을 감싸도록 슬리브를 설치할 때, 상기 슬리브의 하단을 지지하기 위하여 기둥의 외면에 구비되는 받침장치로서, 상기 강관은 중간층 바닥구조물이 접합되는 위치인 접합부에 구비되어 있으며; 상기 강관 외면에 일체로 부착되는 띠 형상의 고정 지압전단띠와, 상기 고정 지압전단띠에 의해 하단이 지지되며 기둥의 강관 외면을 감싸도록 조립되는 복수개의 받침유닛으로 이루어지며; 상기 받침유닛은 강관 표면에 직접 접촉하는 접촉슬리브와, 상기 접촉슬리브의 외면에 수직하게 결합되는 수직 보강재와, 이웃하는 받침유닛과 결합하기 위한 수직 결합판과, 상기 접촉슬리브의 상단에서 상기 수직 보강재 또는 상기 수직 결합판에 의해 하면이 지지되는 형태로 부착되는 수평 지지플랜지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 슬리브 지지용 받침장치가 제공된다.
또한 본 발명에서는, 기둥의 일부 또는 전부에 강관이 구비되어 있는 기둥으로서, 상기 강관은 콘크리트 구조물이 접합되는 위치에 구비되어 있으며, 상기 강관의 외면에는, 콘크리트 구조물이 접합될 때 콘크리트 내에 매립되어 전단결합이 이루어지게 만드는 하나 또는 복수개의 기둥 지압전단띠가 돌출된 형태로 일체 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기둥이 제공된다.
이러한 본 발명에 있어서, 상기 기둥은, 지반에 형성된 천공구멍에 배치되며, 수직방향으로 굴착되지 아니할 지반에서 고정 설치되는 피어부와, 건물의 기둥을 이루는 부분으로서 굴착될 지반부분에 위치하여 지반 굴착 후에는 노출되어 건물의 기초부와 최저층 바닥판, 그리고 중간층 바닥구조물이 연결되는 기둥부로 이루어지는 선기초기둥일 수 있다.
이러한 선기초기둥에서 상기 기둥부는, 강관의 내부에 충전 콘크리트가 채워지되, 상기 강관의 내면에는 내부 돌출 지압전단띠가 돌출 구비되어 상기 충전 콘크리트에 매립되어 강관과 충전 콘크리트가 전단결합되어 있는 구성을 가질 수 있다. 또한 본 발명에서 선기초기둥의 피어부는, 상기 강관의 하단에 결합된 피어 철근망과, 상기 피어 철근망이 매립되고 상기 기둥부의 강관 하단부가 삽입되어 매립되도록 콘크리트가 천공구멍에 채워져 형성되는 콘크리트 구체로 이루어질 수 있다. 상기 기둥 지압전단띠는 상기 기둥부에서 기초부, 최저층 바닥판 또는 중간층 구조물이 결합되는 접합부와, 상기 피어부의 콘크리트 구체에 매립되어 있는 부분에서, 복수개가 기둥부의 수직방향으로 간격을 두고 강관 외면에 돌출되어 일체로 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 선기초기둥의 피어부는, 상기 강관의 하단에 결합된 피어 철근망과, 상기 피어 철근망이 매립되고 상기 기둥부의 하단부가 삽입되어 매립되도록 콘크리트가 천공구멍에 채워져 형성되는 콘크리트 구체로 이루어지거나 또는 피어 철근망 없이, 상기 기둥부의 강관 하단부가 삽입되어 소정 길이로 매립되도록 콘크리트가 천공구멍에 채워져 형성되는 콘크리트 구체로 이루어질 수 없다.
이 때, 상기 콘크리트 구체에 매립되는 기둥부의 강관의 하단부 외면에도 기둥 지압전단띠가 돌출된 상태로 구비되어 있어, 상기 기둥 지압전단띠가 콘크리트 구체에 매립될 수 있다.
본 발명에 의하면, 접합부에서 선기초기둥의 외면에 돌출된 부분의 돌출된 높이가 30mm이하로 작기 때문에, 작은 직경의 천공구멍에 선기초기둥을 설치하는 경우에도 선기초기둥 주변으로 천공구멍내에서 여유 공간이 확보될 수 있으며, 그에 따라 설치공사와 시공오차 조정이 용이하게 된다. 따라서 선기초기둥의 시공성 및 정밀성이 향상되고, 공사비, 공기 등이 감소되는 효과가 발휘된다.
또한 본 발명에 의하면, 역타공사용 선기초기둥으로 콘크리트 충전형 합성기둥을 적용할 수 있는데, 하중도입부에서 강관의 내면에 30mm이하의 작은 돌출 지압전단띠가 구비되어 있으므로, 강관의 내면과 충전 콘크리트 사이의 미끄럼을 효율적으로 억제하므로 강관 내부의 하중도입부에 별도의 시어스터드, 관통 스티프너, 관통 못, 거셋플레이트 등과 같이 크게 돌출된 전단보강재를 설치할 필요가 없어지며, 따라서 강관 내부에 장애물이 제거되어 보강 철근을 설치하거나 콘크리트를 채우는 작업이 매우 용이하게 그리고 신뢰성 있게 수행될 수 있게 되는 효과가 발휘되며, 시공성이 향상되고 공사비가 감소된다.
또한 본 발명에서는 피어부의 콘크리트 구체와 연결되는 기둥부의 강관 하부에는 30mm 이하로 돌출된 지압전단띠가 외면에 돌출되어 있고, 이러한 지압전단띠가 콘크리트 구체에 매립되므로, 피어부의 콘크리트 구체에 정착되는 기둥부의 하부 구간에 90 내지 120mm 정도로 돌출되는 시어스터드와 같이 크게 돌출된 추가적인 전단연결재가 필요 없게 되며, 피어부의 콘크리트 구체에 매립되어 정착되는 강관의 근입길이를 크게 감소시킬 수 있고, 기둥부의 축력을 피어부의 콘크리트 구체로 효과적으로 전달시킬 수 있게 된다. 따라서, 시공성과 구조성능이 향상되고 공사비, 공기가 감소된다.
본 발명에서는 선기초기둥의 외면에 돌출된 지압전단띠에 의해 중간층 바닥구조물의 미끄러짐을 억제할 수 있으므로, 굴토 후에 시공되는 바닥구조물와의 접합부에 추가적인 전단연결재를 사용할 필요가 없다. 따라서, 시공성이 향상되고 공사비가 절감된다.
특히, 본 발명에서는 선기초기둥에 미리 제작된 보(강재보, 합성보, PC보 등)를 접합함에 있어서, 새로운 구성의 그라우트-재킷 접합구조를 제공하게 되는데, 이러한 본 발명의 그라우트-재킷 접합구조에 의하면, 주변 지반의 굴토 후에 확인되는 선기초기둥의 시공오차 존재에도 불구하고, 현장에서의 까다롭고 번거로운 비능률적인 보의 추가적인 가공과 제작 없이도 현장에 반입된 보를 그대로 설치할 수 있고, 보의 단부가 슬리브에 연결되어 있으므로 춤이 다른 보들도 단순한 방법으로 선기초기둥에 접합할 수 있다. 따라서 공사비, 공기, 작업인력 등이 감소되고 시공성, 구조적 신뢰성 등이 증가된다.
특히, 본 발명은 다양한 단면형태의 기둥과 다양한 바닥구조형식의 보에도 적용할 수 있어 활용범위가 넓다는 장점이 있다. 즉, 본 발명은 다양한 단면형태의 기둥과 다양한 바닥구조 형식에 적용할 수 있고, 종래의 기술보다 시공성, 경제성 등이 크게 향상되며, 공기가 단축되고 신뢰성이 향상된 지하구조물과 지상구조물을 구축할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선기초기둥의 개략적인 사시도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 선기초기둥에 기초부와 최저층 바닥판이 접합되어 있는 상태를 보여주는 단면 사시도이다.
도 2b는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 선기초기둥에 중간층 바닥구조물이 접합되어 있는 상태를 보여주는 부분 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 선기초기둥의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 선기초기둥에 기초부와 최저층 바닥판이 접합되어 있는 상태의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 선기초기둥의 개략적인 사시도이다.
도 6a 내지 도 6f는 각각 본 발명에 따른 선기초기둥의 수평방향 단면구조를 보여주는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 단면도이다.
도 7a는 중간층 바닥구조물의 빔이 본 발명에 따른 그라우트-재킷 접합구조에 의해 선기초기둥에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7b는 도 7a에서 선기초기둥과 받침장치를 생략한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7c는 본 발명에 따른 그라우트-재킷 접합구조를 보여주는 개략적인 단면도로서, 도 7a의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 받침장치의 개략적인 결합 사시도와 분해 사시도이다.
도 9a 내지 도 9f는 각각 본 발명의 그라우트-재킷 접합구조에서, 슬리브와 보의 배치 상태를 보여주는 도 7c의 선 C-C에 따른 개략적인 평단면도이다.
도 10a 내지 도 10c는 각각 도 9a에 대응되는 본 발명의 그라우트-재킷 접합구조에 대한 개략적인 평단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 도 9a에 대응되는 본 발명의 그라우트-재킷 접합구조에 대한 개략적인 평단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에서 보의 단부와 슬리브가 접합되는 부분의 개략적인 측단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
기둥에는 다양한 형태와 구성을 가지는 콘크리트 구조물이 접합되는데, 본 발명에서는 기둥의 일부 또는 전부가 강재로 이루어지되, 기둥에서 콘크리트 구조물이 접합되는 위치 즉, 접합부에 강재가 위치하게 되고, 상기 기둥에서 강재로 이루어진 접합부의 외면에는 기둥 지압전단띠가 돌출된 형태로 구비되어 콘크리트 구조물의 콘크리트 내에 매립된다. 따라서 콘크리트 구조물 내에 매립된 기둥 지압전단띠의 존재로 인하여 기둥과 콘크리트 구조물 간의 미끄러짐이 방지되고 견고한 전단결합을 이룰 수 있게 된다. 후술하는 것처럼, 본 발명에서 상기 강재는 원형, 타원형 또는 다각형 단면 형상의 강관으로 이루어져 있고, 상기 강관의 내부는 콘크리트로 채워져 있다. 물론 후술하는 것처럼, 본 발명에서 기둥을 이루는 강재는 I 빔 또는 형강을 이용한 수직빔으로 이루어질 수 있다.
다음에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예로서, 선기초기둥(100)에 대하여 설명한다. 구체적으로 도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선기초기둥(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 편의상 도 1에서 지반의 도시는 생략하였고, 지중에 형성되는 천공구멍(20)은 이점쇄선으로 도시하였다. 선기초기둥(100)은 탑다운 방식 또는 역타공법이라고 불리는 건물 시공방법에서 사용되는 것으로서, 역타공법에서는 굴착되지 아니한 지반에 천공구멍을 형성하고, 지반에 고정되는 기초가 됨과 동시에 건물의 기둥으로 기능하게 되는 선기초기둥(100)을 설치한 후, 지반을 차례로 굴착하면서 건물의 중간층 바닥구조물과, 최저층 바닥판, 그리고 기초부를 시공하게 된다.
이러한 선기초기둥(100)은 하부에서부터 상부로 가면서 크게 "피어(pier)부"와 "기둥부"의 2부분으로 구분되는데, 상기 피어부는 굴착되지 아니할 지반에 고정 설치되는 부분이고, 상기 기둥부는 구조물의 기둥을 이루는 부분으로서 굴착될 지반부분에 매립되어 있으며 지반 굴착 후에는 노출되어 건물의 기초부와 최저층 바닥판, 그리고 중간층 바닥구조물이 연결되는 부분이다.
지반에 천공구멍(20)을 뚫어 놓고, 위와 같은 선기초기둥(100)을 상기 천공구멍(20) 내에 삽입하여 설치하게 된다. 상기 선기초기둥(100)은, 다양한 형식으로 이루어질 수 있는데, 도 1에 도시된 제1 실시예의 경우, 상기 기둥부 전체가 강관(1) 및 그 내부에 채워지는 충전 콘크리트(2)로 구성되어 있다. 상기 강관(1)의 수직한 길이 방향으로 하단부는 피어부의 콘크리트 구체(7)에 일정 길이로 매립되어 피어부와 연결된다.
상기 선기초기둥(100)의 피어부는, 굴착되지 아니할 지반 내에 형성된 천공구멍 내에 콘크리트가 타설되어 만들어지는 콘크리트 구체(7)로 이루어지는데, 도 1에 도시된 제1실시예에서는 상기 콘크리트 구체(7) 내에 피어 철근망(6)이 매립되어 있으며, 상기 강관(1)의 하단부가 콘크리트 구체(7) 내부에 소정 길이로 매립되어 있다. 상기 피어부의 피어 철근망(6)을 강관(1) 하단부와 결합함에 있어서, 피어 철근망(6)의 상단을 강관(1)에 직접 용접할 수도 있지만, 강관(1)에 미리 철근망 연결철근(61)을 부착해두고, 피어 철근망(6)의 상단과 상기 철근망 연결철근(61)을 커플러(62)에 의하여 일체로 결합할 수도 있다.
선기초기둥(100)의 기둥부에는, 건물의 기초부와 최저층 바닥판, 그리고 중간층 바닥구조물이 각각 연결되는데, 선기초기둥(100)과 접합되는 기초부, 최저층 바닥판 및 중간층 바닥구조가 선기초기둥(100)에서 미끄러지지 않고 하중을 전달할 수 있도록, 선기초기둥(100)의 기둥부에서 기초부, 최저층 바닥판 및 중간층 바닥구조가 각각 연결되는 위치 즉, 접합부에는 외부로 돌출된 형태의 기둥 지압전단띠(3)가 일체로 구비되어 있다. 상기 기둥 지압전단띠(3)는, 콘크리트 구체(7) 내부로 매립된 강관(1)의 하단부 외면에도 구비되어 있다.
도 2a에는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 선기초기둥(100)에 기초부(8)와 최저층 바닥판(9a)이 접합되어 있는 상태를 보여주는 단면 사시도가 도시되어 있고, 도 2b에는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 선기초기둥(100)에 중간층 바닥구조물(9b)이 접합되어 있는 상태를 보여주는 부분 단면 사시도가 도시되어 있다. 즉, 피어부 위쪽 부분의 지반이 모두 굴착되어 기둥부의 하단에 기초부(8)가 접합된 상태로 설치되어 있는 모습이 도 2a에 도시되어 있고, 기둥부의 중간에 중간층 바닥구조물(9b)이 접합된 상태로 설치되어 있는 모습이 도 2b에 도시되어 있는 것이다.
상기 기둥 지압전단띠(3)는 강관(1)의 외면으로 돌출되는 외면 돌출 지압전단띠 형태로 이루어질 수도 있고, 강관(1)을 관통한 상태로 위치하여 강관(1)의 외면과 내면 모두로 돌출되는 관통 돌출 지압전단띠 형태로 이루어질 수도 있다. 이러한 기둥 지압전단띠(3)는 강재로 이루어진 판재, 코일, 바, 원형 및 각형의 강봉, 원형 또는 이형 철근 등으로 이루어져 공장에서 미리 용접에 의해 강관(1)의 외면으로 소정 높이로 돌출되도록 일체로 부착될 수 있다. 특히, 도면에 도시된 것처럼, 상기 기둥 지압전단띠(3)는 원형 링 형태로 이루어져 복수개의 링이 강관(1)의 길이 방향으로 간격을 두고 배치될 수 있는데, 기둥 지압전단띠(3)의 배치 단수 즉, 기둥 지압전단띠(3)를 몇 개 배치할 것인지는 기둥 지압전단띠(3)에 작용하는 하중의 크기에 따라서 결정된다. 또한 상기 기둥 지압전단띠(3)를 설치함에 있어서, 위와 같이 단속적인 띠 형태로 배치할 수도 있지만, 연속된 나선형태를 이루어서 강관(1)에 감기는 형태로 배치될 수도 있다.
이러한 기둥 지압전단띠(3)는 접합부에서 기둥부의 외면으로 소정 높이로 돌출되어 있으므로, 기둥부의 외면에 콘크리트로 이루어진 기초부, 최저층 바닥판, 중간층 바닥구조물 등이 접합되었을 때, 강관의 표면과 콘크리트 또는 그라우트 사이에, 기둥의 길이 방향으로의 전단 미끄럼을 효율적으로 방지하는 기능을 하게 된다. 따라서 선기초기둥(100)과 기초부, 최저층 바닥판 또는 중간층 바닥구조물 간에 원활한 힘의 전달이 이루어지게 된다.
상기 기둥 지압전단띠(3)의 돌출 높이는 시공성과 구조성능을 동시에 만족시킬 수 있도록 약 30mm 이하로 하는 것이 바람직하며, 기둥 지압전단띠(3)의 폭 즉, 강관(1)의 길이 방향으로의 폭 역시 약 30mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
한편, 위와 같이 상기 기둥부의 전부가 강관(1)으로 이루어지거나 또는 후술하는 것처럼 기둥부의 일부에 강관(1)이 존재하는 경우, 강관(1)의 내부에는 충전 콘크리트(2)가 채워지게 되는데, 충전 콘크리트(2)와 강관(1)의 내면 사이의 일체화를 위하여 강관(1)의 내면에는 내면 돌출 지압전단띠(4)가 돌출되어 일체로 구비될 수 있다. 상기 내면 돌출 지압전단띠(4)는 충전 콘크리트(2)에 매립되어, 강관(1)의 내면과 충전 콘크리트(2)가 서로 견고하게 전단결합되어 일체화되도록 기능한다. 상기 내면 돌출 지압전단띠(4)의 형상, 배치 상태 등은 앞서 살펴본 강관(1) 외면에 설치되는 기둥 지압전단띠(3)에 대한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
참고로 부재번호 29는, 건물 시공시, 선기초기둥(100)의 외면을 감싸도록 시공되는 피복 콘크리트(29)를 나타내며, 도 2a에서 피어부를 이루는 콘크리트 구체(7)는 편의상 외곽선만 도시하였고, 도 2a 및 도 2b에서는 내면 돌출 지압전단띠(4)의 형상을 보여주기 위하여 편의상 강관(1)의 내부에 채워지는 충전 콘크리트(2)는 도시를 생략하였다.
도 3에는 본 발명의 제2실시예에 따른 선기초기둥(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 4에는 상기 제2실시예에 따른 선기초기둥(100)에 기초부(8)와 최저층 바닥판(9a)이 접합되어 있는 상태의 단면도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 제2실시예에 따른 선기초기둥(100)은, 기둥부가 중공 콘크리트 기둥으로 제작되어 있되, 기초부, 최저층 바닥판, 및 중간층 바닥구조물이 각각 연결되는 접합부, 그리고 피어부의 콘크리트 구체(7)에 매립되는 기둥부의 하단부에는 기둥 지압전단띠(3)를 구비한 강관이 중공 콘크리트 기둥의 외면에 일체로 구비되어 중공 콘크리트 기둥을 피복하고 있으며, 피어부와 연결되는 기둥부 하단부에서는 도 1의 제1실시예와 마찬가지로 강관에 피어 철근망(6)이 연결되어 있는 형태의 구조를 가지고 있다. 제2실시예의 선기초기둥(100)의 기타 구성 및 특징은 앞서 살펴본 제1실시예의 선기초기둥(100)과 동일하므로 동일한 부재번호만을 기재하고 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 5에는 본 발명의 제3실시예에 따른 선기초기둥(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 선기초기둥(100)은, 제1실시예를 변형하여 피어부에서 피어 철근망(6) 없이, 강관(1)의 하단을 길게 연장하여 피어부를 이루는 콘크리트 구체(7) 내에 깊게 근입시켜 강관(1)으로 하여금 피어부를 보강하도록 한 구성을 가진다. 제3실시예의 선기초기둥(100)의 기타 구성 및 특징은 앞서 살펴본 제1실시예의 선기초기둥(100)과 동일하므로 동일한 부재번호만을 기재하고 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 6a 내지 도 6f에는 각각 본 발명에 따른 선기초기둥(100)의 수평방향 단면도 즉, 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 6a 및 도 6f에서는 강관(1)의 외면에 기둥 지압전단띠(3)가 돌출되어 있는 상태와 강관(1)의 내면에 내면 돌출 지압전단띠(4)가 돌출되어 있는 상태를 예시적으로 보여주고 있다. 또한, 도 6a 및 도 6f에서는 강관(1)의 단면 형태도 예시적으로 보여주고 있는데, 본 발명의 선기초기둥(100)에서는 강관(1)의 단면이 제1실시예와 같은 원형에만 한정되는 것이 아니라 다양한 형상을 가질 수 있다.
구체적으로, 도 6b 및 도 6c에 도시된 것처럼, 강관(1)은 폐합된 형태의 다각형의 단면을 가질 수도 있다. 또한 도 6d에 도시된 것처럼 복수개의 절곡된 부재가 결합되어 폐합된 단면을 가지는 강관(1)을 이룰 수도 있는 것이다. 더 나아가, 도 6e 및 도 6f에 도시된 것처럼 강관(1) 대신에 I형 빔이나 조합된 형강을 이용한 수직빔으로 선기초기둥이 구성될 수도 있는 것이다. 도 6a 내지 도 6d에서는 강관(1)의 폐합된 단면 내에 채워지는 충진 콘크리트(2)는 편의상 도시를 생략하였고, 도 6e 및 도 6f에서도 수직빔의 외면을 피복하는 콘크리트는 편의상 도시를 생략하였다.
위와 같은 본 발명의 선기초기둥(100)을 시공하는 방법을 살펴보면, 우선, 앞서 설명한 것처럼, 지중에 설치될 선기초기둥(100)에 구비되는 각종 지압전단띠를 공장용접에 의해 강관(1)에 부착하여 준비한다. 특히, 제1실시예에 의한 선기초기둥(100)의 경우, 피어 철근망(6)을 강관(1)에 일체로 결합하며, 제2실시예에 의한 선기초기둥(100)의 경우에는, 지압전단띠가 구비된 강관(1)이 외면에 일체로 피복되어 있는 형태로 중공 콘크리트 기둥을 제작한다.
지하 터파기 전에 천공장비로 지중에 필요 깊이까지 천공구멍(20)을 천공한 후, 위와 같이 제작되어 현장에 반입된 기둥을 상기 천공구멍(20) 내에 배치한다. 제1실시예 및 제3실시예와 같이 강관(1)으로 만들어진 선기초기둥(100)의 경우, 강관(1)이 길다면, 운반을 위해 강관을 2개절 또는 3개절로 분할하여 현장에 반입하고, 분할된 강관을 현장용접에 의해 한 부재로 연결한 후, 제1실시예의 경우, 미리 제작되어 있던 피어 철근망(6)을 강관(1)의 하부에 일체로 연결하여 천공구멍(20) 내에 삽입한다.
천공구멍(20) 내에 강관(1) 또는 중공 콘크리트 기둥이 배치되고 그 위치가 고정된 상태에서 트레미관을 기둥의 중공 내에 삽입하여 콘크리트를 타설함으로써, 강관(1)의 하단과 피어 철근망(6)이 매립되도록 콘크리트 구체(7)를 형성하며, 아울러 강관(1) 내부에도 충진 콘크리트(2)를 채운다. 소정의 콘크리트강도가 발현된 후에는 강관(1) 주변으로 천공구멍(20)과 강관(1) 외면 사이의 공간에 자갈, 모래, 흙 또는 그라우팅 등으로 채운다.
이와 같이 설치된 선기초기둥(100)에서는, 기둥을 통해 가해지는 축력을 지반에 전달하는 피어부가, 지하층 시공을 위한 터파기가 이루어지기 전에 미리, 기둥부와 함께 지중의 천공구멍 내부에 시공되고, 피어부의 콘크리트 구체(7)에 매입된 기둥부의 하단에는 피어 철근망(6)이 연결되어 있고, 기둥부 하단에 돌출된 기둥 지압전단띠(3)가 콘크리트 구체(7)에 매립되어 있으므로, 기둥에 가해지는 축력 중에서 강관에 가해지는 하중이 피어부의 콘크리트 구체(7)로 제대로 전달되므로, 강관(1)과 콘크리트 구체(7)를 연결하기 위한 현장에서의 추가적인 장치와 용접 등의 공사가 필요 없게 된다.
특히, 건물 구축시, 기둥의 축력을 지반에 전달하는 기초부(8) 및 최저층 바닥판(9a)은 최저층까지 지반을 굴토한 후에 시공되는데, 도 2a에 도시된 것처럼, 강관(1)의 외면에 돌출되어 있는 기둥 지압전단띠(3)가 기초부(8)의 콘크리트에 매립되어 있고, 이를 통해서 선기초기둥(100)에 가해지는 축력 중에서 강관(1)이 부담하는 하중이 최저층 바닥판(9a) 및 기초부(8)로 전달되므로, 하중 분산에 매우 유리하고, 최저층 바닥판(9a) 및 기초부(8)와 선기초기둥(100)의 접합을 위한 추가적인 장치와 현장용접 등의 공사가 필요 없게 된다.
본 발명의 위와 같은 구성은 그 적용범위가 선기초기둥에만 한정되지 않는데, 강관을 전부 또는 일부 포함하고 있는 기둥에 중간층 바닥구조물과 같은 콘크리트를 접합하는 형식의 구조물에는 모두 적용될 수 있는 것이다. 즉, 기둥의 일부 또는 전부에 강관이 구비되어 있는 기둥에서 중간층 바닥구조물과 같이 콘크리트를 일체로 접합할 경우, 강관의 외면에 앞서 설명한 바와 같이 기둥 지압전단띠(3)를 하나 또는 복수개로 배열한 상태에서 강관의 외면에 콘크리트가 부착되도록 타설하게 되면 기둥 지압전단띠(3)가 콘크리트 내에 매립되면서 콘크리트와 강관 사이 즉, 콘크리트와 기둥 사이에는 견고한 전단결합이 이루어지게 되는 것이다.
건물의 지하층을 이루는 중간층 바닥구조물(9b)은 각 단계별로 지반이 굴토된 후에 기둥부에 접합되는 형태로 시공되며, 중간층 바닥구조물(9b)에 가해지는 하중은 선기초기둥(100)으로 전달되어 선기초기둥(100)에 축력으로 가해지게 되는데, 중간층 바닥구조물(9b)이 철근 콘크리트 바닥구조 형식인 경우에는, 접합부에서 강관(1)의 외면에 설치된 기둥 지압전단띠(3)가 중간층 바닥구조물(9b)의 콘크리트에 매립되어 견고한 전단연결이 이루어지므로, 선기초기둥(100)과 중간층 바닥구조물(9b)을 서로 연결하기 위한 추가적인 장치와 현장용접 등의 공사가 필요 없게 된다.
한편, 중간층 바닥구조물(9b)이 강재보, 합성보, PC보 등과 같이 미리 제작된 보로 시공되는 합성 바닥구조 형식인 경우에는 시공오차를 반드시 고려해야 한다. 선기초기둥(100)을 시공함에 있어서, 설계에 맞추어서 정확하게 수직도를 유지하면 선기초기둥(100)을 천공구멍(20) 내에 설치하는 것이 가장 바람직하겠지만, 선기초기둥(100)의 시공 과정 및 선기초기둥(100) 주변 지반의 굴토과정에서 선기초기둥(100)의 수직도에 변화가 생기게 된다. 즉, 선기초기둥(100)이 애초에 설계된 수직도를 가지지 않고 오차를 가진 채로 시공되는 경우가 많은 것이다. 이와 같이 선기초기둥(100)이 시공오차를 가지고 있는 경우, 중간층 바닥구조물을 구축하기 위하여 미리 제작된 보를 선기초기둥(100)에 접합함에 있어서, 제작된 보의 길이를 현장에서 줄이거나 늘리는 작업을 수행하여야만 하는 불편함이 발생된다.
선기초기둥의 주변 지반을 굴토하는 과정에서, 선기초기둥의 위치, 기울기, 회전 등의 시공오차를 확인할 수 있으나, 선기초기둥은 이미 압축력과 휨모멘트를 받고 있기 때문에, 이미 설치된 선기초기둥의 시공오차를 지반 굴토 과정에서 보정할 수는 없다. 따라서 미리 제작된 보를 선기초기둥에 접합하기 위하여, 선기초기둥의 시공오차에 맞추어서 보의 길이를 현장에서 줄이거나 늘리는 작업을 번거로운 작업을 수행하지 아니하기 위해서는, 보를 이용하여 중간층 바닥구조물(9b)을 설치하는 과정에서 이러한 선기초기둥의 시공오차를 합리적으로 해결하여야 한다. 이러한 문제점은 선기초기둥에 한정된 것이 아니라, 기둥의 일부 또는 전부에 강관이 구비되어 있는 기둥에, 중간층 바닥구조물을 이루는 보가 접합되는 경우에 일반적으로 발생된다. 이러한 기둥의 시공오차를 해결하기 위하여 본 발명에서는 받침장치와 그라우트를 이용한 "그라우트-재킷 접합구조"를 새로 제안하였다.
다음에서는 기둥의 일부 또는 전부에 강관이 구비되어 있는 기둥과, 중간층 바닥구조물을 이루는 보의 접합구조의 일예로서, 앞서 설명한 선기초기둥을 예시하여 설명한다.
도 7a에는 중간층 바닥구조물의 일 구성요소인 강재 빔을 포함하는 보(15)가 본 발명에 따른 그라우트-재킷 접합구조에 의해 선기초기둥(100)에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 7b에는 도 7a에서 선기초기둥(100)과 받침장치(300)를 생략한 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 7c에는 본 발명에 따른 그라우트-재킷 접합구조를 보여주는 개략적인 단면도로서, 도 7a의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 8a 및 도 8b에는 각각 받침장치(300)의 개략적인 결합 사시도와 분해 사시도가 도시되어 있다. 참고로 도면에서는 보(15)로서 강재 빔을 예시하였으나, 본 발명의 접합구조에서 상기 보(15)는 강재 빔에 한정되지 아니하며, 합성보, PC보 등 다양한 형식의 보를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
앞서 도 1 내지 도 5를 통해서 살펴본 것처럼, 지중의 천공구멍(20)에 선기초기둥(100)이 설치된 후에는, 지반을 순차적으로 굴착하여 선기초기둥(100)의 접합부가 노출되면, 접합부에 중간층 바닥구조물을 결합 설치하게 된다. 이 때, 미리 제작된 보를 이용하여 중간층 바닥구조물을 설치하는 경우, 선기초기둥(100)의 시공오차를 합리적으로 해결하기 위하여, 중간층 바닥구조물을 설치하기에 앞서 선기초기둥(100)의 접합부에 도 7a 내지 도 8b에 도시된 것과 같은 받침장치(300)를 이용한 그라우트-재킷 접합구조를 적용한다.
도 7a 내지 도 7c에 예시된 것처럼, 본 발명에 따른 그라우트-재킷 접합구조에서는, 기둥의 일부 또는 전부에 강관이 구비되어 있는 기둥의 일예로서 선기초기둥(100)에 받침장치(300)를 설치하고, 판재로 이루어진 복수개의 슬리브(201)를 상기 받침장치(300)에 그 하단이 지지된 채로 선기초기둥(100)의 외면과 간격을 가지고 선기초기둥(100)을 둘러싸도록 배치하여 복수개의 슬리브(201)를 그 측면에서 서로 일체로 결합하고, 상기 슬리브(201)의 외면에는 중간층 바닥구조물을 이루는 보(15)를 일체로 결합하며, 상기 슬리브(201)와 선기초기둥(100) 사이의 간격에 그라우팅재(216)를 채워서, 선기초기둥(100)과 보(15)를 일체로 접합하는 구성을 가진다. 도 7c에서 부재번호 17은 보(15)에 의해 지지되며 중간층 바닥구조물을 이루는 콘크리트 바닥 슬래브(17)이다.
우선 도 8a 및 도 8b를 참조하여 받침장치(300)에 대하여 설명한다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 것처럼, 받침장치(300)는 선기초기둥(100)의 강관(1) 외면에 일체로 부착되는 고정 지압전단띠(301)와, 상기 고정 지압전단띠(301)에 의해 하단이 지지되며 선기초기둥(100)의 강관(1) 외면을 감싸도록 조립되는 복수개의 받침유닛으로 이루어진다.
구체적으로, 상기 고정 지압전단띠(301)는 강재의 띠 형상 부재로 이루어져 선기초기둥(100)의 강관(1) 외면에 용접 등의 방법으로 일체로 부착된다. 상기 받침유닛은, 선기초기둥(100)의 강관(1) 표면에 직접 접촉하는 접촉슬리브(302)와, 상기 접촉슬리브(302)의 외면에 수직하게 결합되는 수직 보강재(303)와, 이웃하는 받침유닛과 결합하기 위한 수직 결합판(304)과, 상기 접촉슬리브(302)의 상단에서 상기 수직 보강재(303) 또는 상기 수직 결합판(304)에 의해 하면이 지지되는 형태로 부착되는 수평 지지플랜지(305)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성을 가지는 받침유닛은 복수개가 선기초기둥(100)의 강관(1)의 외면을 감싸도록 조립되는데, 각 받침유닛의 접촉슬리브(302)의 하단이 상기 고정 지압전단띠(301)의 두께 부분에 걸쳐져 지지된 상태에서 접촉슬리브(302)가 강관(1)의 외면에 밀착되며, 이웃하는 받침유닛의 수직 결합판(304)끼리 볼트 결합 또는 용접 결합됨으로써, 복수개의 받침유닛이 강관(1)의 외면을 감싼 상태로 조립되어 받침장치(300)가 강관(1)의 외면에 설치된다. 편의상 도 8a 및 도 8b에서 이웃하는 받침유닛끼리 수평방향으로 조립함에 있어서, 수직 결합판(304)에 형성된 관통공은 도시하였으나, 상기 관통공을 관통하여 체결되는 볼트 부재의 도시는 생략하였다.
이와 같이 받침장치(300)가 강관(1)의 외면에 설치되어 고정된 상태에서, 도 7a 내지 도 7c에 예시된 것처럼, 판재로 이루어진 복수개의 슬리브(201)가 상기 받침장치(300)에 그 하단이 지지된 채로 선기초기둥(100)의 외면과 간격을 가지고 선기초기둥(100)를 둘러싸도록 배치된다. 상기 슬리브(201)는 그 내면이 선기초기둥(100)의 강관(1) 외면과 마주하되, 강관(1)의 외면과 간격을 두고 위치하게 되며, 복수개의 슬리브(201)가 수평방향으로 이웃하여 서로 용접이나 볼트, 또는 접합판을 이용하여 서로 일체로 결합된다. 이와 같이 복수개의 슬리브(201)가 수평방향으로 결합되어서, 선기초기둥(100)의 둘레를 감싸게 된다. 도 7a 및 도 7b에 예시된 실시예에서는, 선기초기둥(100)이 원기둥 형태로 이루어져 있고, 원기둥의 원주 곡률에 맞추어 곡선진 형태로 구부러진 4개의 슬리브(201)가 결합되어 선기초기둥(100)의 둘레를 감싸고 있다.
상기 슬리브(201)의 외면에는 중간층 바닥구조물을 이루는 보(15)가 일체로 결합된다. 필요에 따라서는 상기 보(15)와 슬리브(201) 사이에는 수평한 판재로 이루어진 다이아프램(202)이 더 구비될 수 있다. 도 7a 내지 도 7c에 예시된 것처럼, 수평한 판부재로 이루어진 다이아프램(diaphragm)(202)의 일측이 슬리브(201)의 상부 외면에 일체로 부착되고 다이아프램(202)의 타측은 보(15)의 상부 플랜지를 덮은 채 보(15)와 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다. 물론 필요에 따라서는 보(15)의 하부 플랜지를 덮도록 추가적인 다이아프램(202)이 위와 같은 방식으로 더 구비될 수도 있다. 복수개의 슬리브(201)가 수평방향으로 그 측면이 결합되듯이 상기 다이아프램(202) 역시 슬리브(201)의 개수에 맞추어서 분할된 형태로 구비되어 수평방향으로 이웃하는 다이아프램(202)과 용접이나 접합판 덧댐 결합, 또는 볼트 결합 등의 방법에 의하여 일체로 결합된다.
한편, 상기 슬리브(201)의 내면에는 슬리브 지압전단띠(212)가 일체로 구비되어 있다. 상기 슬리브 지압전단띠(212)는 앞서 설명한 선기초기둥(100)의 강관(1)에 설치되어 있는 기둥 지압전단띠(3)와 마찬가지로, 슬리브(201)의 내면에 돌출되는 띠 형상의 부재로서, 슬리브(201)의 내면과 강관(1)의 외면 사이의 간격에 무수축 모르타르나 무수축 콘크리트와 같은 그라우트재(216)가 충진되었을 때 상기 슬리브 지압전단띠(212)는 그라우트재(216)에 매립되어, 슬리브(201)와 그라우트재(216) 간에 견고한 전단연결이 이루어지도록 한다. 즉, 슬리브(201)가 선기초기둥(100)의 강관(1)을 둘러싸도록 조립 설치된 상태에서, 슬리브(201)와 강관(1)의 외면 사이의 간격에 무수축 모르타르나 무수축 콘크리트와 같은 그라우트재(216)가 타설되어 채워진다. 그에 따라 슬리브(201)의 내면에 돌출된 슬리브 지압전단띠(212)와 선기초기둥(100)의 강관(1)에 설치되어 있는 기둥 지압전단띠(3)는 그라우트재(216)에 매립된다. 따라서 선기초기둥(100)과 그라우트재(216) 사이는 선기초기둥(100)의 강관(1)에 설치되어 있는 기둥 지압전단띠(3)에 의해 견고한 전단결합이 이루어지게 되고, 슬리브(201)와 그라우트재(216) 사이는 슬리브 지압전단띠(212)에 의해 견고한 전단결합이 이루어진다. 슬리브(201)의 외면에는 중간층 바닥구조물을 구성하는 보(15)가 일체로 결합되어 있으므로, 중간층 바닥구조물에 가해진 하중은 보(15)를 통해서 슬리브(201)로 전달되고, 슬리브 지압전단띠(212)를 통해서 그라우트재(216)와 기둥 지압전단띠(3)로 전달되어 강관(1)과 선기초기둥(100)을 통해서 지반으로 전달되는 것이다. 특히, 선기초기둥(100)을 감싸도록 복수개의 슬리브(201)가 배치된 상태에서 상기 그라우트재(216)가 타설되므로, 상기 그라우트재(216)는 일체로 결합된 복수개의 슬리브(201)에 의한 후프거동에 의해 구속되므로 압축내력이 증가되고, 그에 따라 지압전단띠에 작용하는 그라우트재의 지압강도가 현저히 증가된다. 따라서 더욱 견고한 전단결합이 이루어지게 된다.
이와 같이, 본 발명의 그라우트-재킷 접합구조에서는 중간층 바닥구조물을 이루는 보(15)의 단부에 슬리브(201)를 결합하고, 슬리브(201)가 선기초기둥(100)의 외면에 간격을 가지고 둘러싸도록 배치되며, 슬리브(201)와 선기초기둥(100) 사이에 그라우트재(216)가 채워지되, 지압전단띠에 의해 각 부재 간에 견고하고 일체화된 전단결합이 이루어진다. 따라서, 선기초기둥(100)에 시공오차가 존재하더라도, 이러한 시공오차는 슬리브(201)와 선기초기둥(100) 사이의 간격에 의해 수용된다. 예를 들면, 선기초기둥(100)이 설계된 수직상태보다 어느 한쪽으로 기울어진 상태에 있더라도 슬리브(201)와 선기초기둥(100) 사이에 간격이 존재하므로, 선기초기둥(100)의 시공오차는 단지 슬리브(201)와 선기초기둥(100) 사이의 간격 변화만을 가져오게 되고, 보(15)의 단부가 결합될 위치에는 전혀 영향을 미치지 않게 된다. 따라서 위와 같은 본 발명의 그라우트-재킷 접합구조에서는 중간층 바닥구조물을 위하여 미리 제작된 보(15)의 길이를 현장에서 변화시키지 않고도, 선기초기둥(100)의 시공오차와 무관하게 중간층 바닥구조물의 보(15)를 선기초기둥(100)과 일체화 시킬 수 있게 된다. 따라서 보(15) 길이의 현장 조정에 따른 번거로움과 공기지연, 그리고 추가비용 발생 내지 작업위험도 증가 등의 문제가 발생하지 않게 되는 효과가 발휘된다.
본 발명에서는, 보(15)를 슬리브(201) 외면에 결합함에 있어서, 미리 보(15)의 단부에 슬리브(201)를 결합해둘 수도 있지만, 슬리브(201)를 설치한 상태에서 보(15)를 슬리브(201)와 결합할 수도 있다. 이 때, 상기 받침장치(300)는 보(15)의 임시 거치대로서 활용될 수 있다. 즉, 중량체인 보(15)를 인양하여 상기 받침장치(300)의 수평 지지플랜지(305) 상면에 일시적으로 받쳐 놓을 수 있는 것이다. 수평 지지플랜지(305) 위에 일단이 걸쳐진 보(15)를 들어 올려 설계도면에서 요구하는 위치에 정확하게 맞추어 슬리브(201)에 결합하게 된다. 보(15)의 설치 후에는 콘크리트 타설에 의해 바닥 슬래브(17)를 시공하여 중간층 바닥구조물을 형성한다.
중간층 바닥구조물을 형성한 후에는 다시 지반을 굴토하여, 다음 아래층의 중간층 바닥구조물을 시공하게 되는데, 이 때, 위층의 중간층 바닥구조물을 시공할 때 사용하였던 받침장치(300)의 받침유닛은 재활용한다. 즉, 받침장치(300)의 받침유닛을 해체하여, 아래층에서의 중간층 바닥구조물 시공을 위하여 접합부 위치에서 선기초기둥(100)의 외면에 다시 설치하는 것이다.
도 9a 내지 도 9f에는 각각 본 발명의 그라우트-재킷 접합구조에서, 슬리브(201)와 보(15)의 배치 상태를 보여주는 개략적인 평단면도 즉, 도 7c의 선 C-C에 따른 개략적인 평단면도가 도시되어 있다. 도 9a 내지 도 9f에서 편의상 선기초기둥(100)과 그라우트재(216)의 도시는 생략하였다. 도 9a 내지 도 9c에서 부재번호 202로 표시되고 점선으로 도시된 것은 다이아프램(202)의 외곽 가장자리 선을 나타내며, 부재번호 150으로 표시되고 점선으로 표시된 것은 보(15)의 웨브를 나타낸다. 도 9d 내지 도 9f에서는 다이아프램(202)의 도시를 생략하였다.
선기초기둥(100)의 단면이 원형일 경우 도 9a에 도시된 것처럼, 슬리브(201)는 원형으로 감싸도록 배치될 수 있지만, 선기초기둥(100)의 단면 형상에 따라 도 9b에 도시된 것처럼 슬리브(201)가 사각형 배열로 선기초기둥(100)을 감쌀 수도 있고, 도 9c에 도시된 것처럼 슬리브(201)가 다각형 단면 형태로 선기초기둥(100)을 감쌀 수도 있다.
또한 도 9a에 도시된 것처럼, 4개의 슬리브(201)가 선기초기둥(100)을 감쌀 수도 있지만, 도 9d에 도시된 것처럼 2개의 슬리브(201)만으로 선기초기둥(100)을 감싸거나 도 9e에 도시된 것처럼 3개의 슬리브(201)만으로 선기초기둥(100)을 감쌀 수도 있다. 또한 보(15)는 모든 슬리브(201)에 각각 연결될 수도 있지만, 도 9f에 도시된 것처럼 일부 슬리브(201)에만 결합될 수도 있다.
도 10a 내지 도 10c에도 각각 도 9a에 대응되는 본 발명의 그라우트-재킷 접합구조에 대한 개략적인 평단면도가 도시되어 있는데, 특별히 슬리브(201)간의 결합방식의 예를 보여주고 있으며, 특히, 도 10c에서는 슬리브(201)와 보(15)의 결합 방식의 예를 보여주고 있다. 본 발명에서 슬리브(201)는 서로 용접에 의해 일체로 결합될 수 있는데, 이와 달리 도 10a 내지 도 10c에 도시된 방식에 의해 슬리브(201)가 서로 일체화될 수 있다. 구체적으로 도 10a에서는 복수개의 슬리브(201)를 수평방향으로 서로 결합하는 방식으로서, 슬리브(201)의 수평방향 양단부에 각각 결합판(2011)을 형성하고, 이웃하는 슬리브(201) 간에 상기 결합판(2011)을 마주 접하고 볼트를 체결하게 되는 볼트 결합의 예를 보여주고 있다. 도 10a에서 볼트는 단순한 관통선 형태로 간단히 도시하였다. 이와 달리 도 10c에는 이웃하는 슬리브(201)의 외면에 덧댐판(2012)을 설치하고, 볼트를 이용하여 각각의 슬리브(201)를 덧댐판(2012)과 결합하는 방식으로 복수개의 슬리브(201)를 수평방향으로 서로 결합하는 예가 도시되어 있다. 도 10c에서도 볼트는 단순한 관통선 형태로 간단히 도시하였다. 도 10b에는 슬리브(201)와 보(15)의 결합 방식의 일예가 도시되어 있는데, 슬리브(201)의 수평방향 양단부에 각각 구비된 결합판(2011)을 보(15)의 웨브(150)에 각각 볼트 결합하는 구성이 개시되어 있다. 도 10b에서도 볼트는 단순한 관통선 형태로 간단히 도시하였다. 도 10a 내지 도 10c에서는 보(15)의 웨브(150)가 점선으로 도시되어 있다. 기타 도 10a 내지 도 10c에서의 기타 내용은 앞서 도 9a 내지 도 9f와 관련하여 설명한 것이 동일하게 적용된다.
한편, 슬리브(201)에 다이아프램(202)이 결합되는 경우, 슬리브(201)가 수평방향으로 서로 결합되는 것과 마찬가지로 다이아프램(202)도 복수개가 수평방향으로 서로 결합된다. 다이아프램(202)은 수평방향으로 서로 용접에 의해 결합될 수도 있지만, 도 11a 및 도 11b에 도시된 것과 같이 용접 이외의 방법에 의하여 서로 결합될 수도 있다. 도 11a 및 도 11b는 앞서 살펴본 도 9a에 대응되는 본 발명의 그라우트-재킷 접합구조에 대한 개략적인 평단면도인데, 다이아프램(202)의 결합 구조를 보여주기 위하여 다이아프램(202)을 실선으로 도시하였다.
우선 도 11a에 도시된 예는, 다이아프램(202)에 덧댐 연결판(2021)을 연속 배치하여, 각각의 다이아프램(202)을 덧댐 연결판(2021)에 볼트 결합하거나 용접 결합하는 방식이다. 도 11a에서는 편의상 볼트를 도시하지 않고 볼트가 관통할 수 있는 관통공만을 도시하였다. 도 11a에서와 같이 덧댐 연결판(2021)을 이웃하는 다이아프램(202)에 걸쳐지도록 배치하여 다이아프램(202)을 서로 결합할 수도 있지만, 도 11b에서와 같이, 다이아프램(202)을 보(15)의 플랜지와 결합할 수도 있다. 즉, 도 11b에 도시된 것처럼, 보(15)의 플랜지에 구멍(예를 들면, 장공)을 형성하고, 플랜지를 덮게 설치되는 다이아프램(202)에도 대응 위치에 관통공을 형성하여 보(15)의 플랜지에 형성된 구멍과 다이아프램(202)의 관통공을 모두 관통하도록 볼트를 삽입하여 체결함으로써 다이아프램(202)을 보(15)에 결합하여 종국에는 다이아프램(202)을 서로 결합하는 것이다. 기타 도 11a 및 도 11b에서의 기타 내용은 앞서 도 9a 내지 도 9f와 관련하여 설명한 것이 동일하게 적용된다.
본 발명에서 보(15)와 슬리브(201)를 일체화하는 방법으로는 보(15)의 단부를 슬리브(201)의 외면에 접촉시킨 상태에서 용접하는 것을 이용할 수 있으나, 다음의 도 12a 및 도 12b에 도시된 방법을 이용할 수도 있다. 도 12a 및 도 12b는 보(15)의 단부와 슬리브(201)가 접합되는 부분의 개략적인 측단면도인데, 도 12a에 도시된 접합 방식의 예에서는, 보(15)의 단부에 접합판(154)을 사전에 부착해두고, 상기 접합판(154)이 슬리브(201)의 표면에 접촉한 상태에서, 볼트가 접합판(154)과 슬리브(201)를 관통하도록 하여 고정시키는 방식이다. 이 때, 슬리브(201)의 하부에 다이아프램(202)이 설치된 경우에는 앞서 도 11b와 관련하여 설명한 것처럼, 다이아프램(202)을 보(15)의 플랜지와 볼트 결합하는 것을 병행할 수 있다. 다이아프램(202)과 보(15)의 플랜지 간의 볼트 결합을 위한 볼트는 도 12a에서 단순한 관통선 형태로 간단히 도시되었다.
이와 달리 도 12b에 도시된 것처럼, 슬리브(201)의 외면에 미리 수직연결판(2113)을 용접에 의해 부착해두고, 상기 수직연결판(2113)과 보(15)의 웨브를 볼트 또는 용접에 의하여 결합하는 방식을 이용할 수도 있다. 이 경우에도 다이아프램(202)을 보(15)의 플랜지와 볼트 결합하는 것을 병행할 수 있다. 도 12b에서도 다이아프램(202)과 보(15)의 플랜지 간의 볼트 결합을 위한 볼트는 단순한 관통선 형태로 간단히 도시되었다.
위의 설명에서는 보(15)로서 H형 단면의 강재 빔을 예시하여 본 발명의 그라우트-재킷 접합구조를 설명하였으나, 콘크리트 충전형 합성보나 PC보에도 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 "보(15)"는 강재 빔 외에 콘크리트 충전형 합성보, PC보 등 다양한 형태의 보를 모두 포함하는 의미로 해석되어야 한다.
또한 본 발명에 따른 선기초기둥 및 그라우트-재킷 접합구조는 지하 역타공사뿐만 아니라 지상구조공사에도 활용될 수 있다. 예를 들면 기둥의 표면에 지압전단띠를 구비하는 구조는, 지상의 기둥에 철근콘크리트 바닥판이 접합되는 경우에도 활용될 수 있고, 합성바닥구조의 강재보와 기둥의 접합을 위해서는 기둥의 외면과 슬리브 내면사이의 공간을 좁게 하여 적용할 수 있으며, PC보와의 접합을 위해서는 종래처럼 기둥에 크게 돌출된 브래킷이 없어도 사용할 수 있다.
100: 선기초기둥
201 : 슬리브
300: 받침장치

Claims (3)

  1. 기둥의 일부 또는 전부에 강관이 구비되어 있는 기둥과, 중간층 바닥구조물을 이루는 보의 접합구조로서,
    상기 강관은 중간층 바닥구조물이 접합되는 위치인 접합부에 구비되어 있으며;
    상기 강관의 외면에 일체로 부착되는 띠 형상의 고정 지압전단띠(301)와, 상기 고정 지압전단띠(301)에 의해 하단이 지지되며 강재의 외면을 감싸도록 조립되는 복수개의 받침유닛으로 이루어지며, 상기 받침유닛은 강관의 외면에 직접 접촉하는 접촉슬리브(302)와, 상기 접촉슬리브(302)의 외면에 수직하게 결합되는 수직 보강재(303)와, 이웃하는 받침유닛과 결합하기 위한 수직 결합판(304)과, 상기 접촉슬리브(302)의 상단에서 상기 수직 보강재(303) 또는 상기 수직 결합판(304)에 의해 하면이 지지되는 형태로 부착되는 수평 지지플랜지(305)를 포함하여 구성되는, 받침장치(300)가 강관의 외면에 설치되며;
    판재로 이루어진 복수개의 슬리브(201)가 상기 받침장치(300)에 그 하단이 지지된 채로 기둥부의 접합부에서 강관의 외면과 간격을 가지고 강관을 둘러싸도록 배치되어 수평방향으로 서로 결합되며;
    상기 슬리브(201)의 외면에는 중간층 바닥구조물을 이루는 보(15)가 일체로 결합되고;
    상기 슬리브(201)의 내면과 접합부에서 강관의 외면 사이 간격에는 그라우트재(216)가 충진되는데, 상기 슬리브(201)의 내면에는, 그라우트재(216)에 매립되어 슬리브(201)와 그라우트재(216) 간에 견고한 전단연결이 이루어지도록 하는 슬리브 지압전단띠(212)가 일체로 돌출 구비되어 있으며;
    상기 슬리브(201)와 마주하고 있는 접합부에서 상기 강관의 외면에는, 그라우트재(216)에 매립되어 강관과 그라우트재(216) 간에 견고한 전단연결이 이루어지도록 하는 하나 또는 복수개의 기둥 지압전단띠가 돌출된 형태로 일체 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 그라우트-재킷을 이용한 기둥과 중간층 바닥구조물의 보 간의 접합구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보(15)와 슬리브(201) 사이에는 수평한 판재로 이루어진 다이아프램(202)이 더 구비되어, 상기 다이아프램(diaphragm)의 일측은 슬리브(201)의 외면에 일체로 부착되고 다이아프램(202)의 타측은 보(15)의 플랜지를 덮은 채 보(15)와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 그라우트-재킷을 이용한 기둥과 중간층 바닥구조물의 보 간의 접합구조.
  3. 기둥의 일부 또는 전부에 강관이 구비되어 있는 기둥에 중간층 바닥구조물을 이루는 보를 접합하기 위하여 기둥의 외면을 감싸도록 슬리브(201)를 설치할 때, 상기 슬리브(201)의 하단을 지지하기 위하여 기둥의 외면에 구비되는 받침장치로서,
    상기 강관은 중간층 바닥구조물이 접합되는 위치인 접합부에 구비되어 있으며;
    상기 강관 외면에 일체로 부착되는 띠 형상의 고정 지압전단띠(301)와, 상기 고정 지압전단띠(301)에 의해 하단이 지지되며 선기초기둥(100)의 강관 외면을 감싸도록 조립되는 복수개의 받침유닛으로 이루어지며;
    상기 받침유닛은 강관 표면에 직접 접촉하는 접촉슬리브(302)와, 상기 접촉슬리브(302)의 외면에 수직하게 결합되는 수직 보강재(303)와, 이웃하는 받침유닛과 결합하기 위한 수직 결합판(304)과, 상기 접촉슬리브(302)의 상단에서 상기 수직 보강재(303) 또는 상기 수직 결합판(304)에 의해 하면이 지지되는 형태로 부착되는 수평 지지플랜지(305)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 슬리브 지지용 받침장치.
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