KR101204084B1 - 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체 및 그 제작방법 - Google Patents
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Abstract
건축물의 외벽에 단열층을 형성시키기 위하여 설치되는 중단열 구조(샌드위치 벽체 형태)의 콘크리트 벽체에 있어 열교현상에 의한 에너지 손실차단의 효율성뿐만 아니라 벽체의 휨 강성을 증대시킬 수 있는 합성 콘크리트 벽체 및 그 제작방법에 관한 것으로서, 상기 벽체는 일측 외측 벽체 내부로부터 일단부가 매립되어 고정되도록 하고, 상기 단열재를 지나 타측 외측 벽체 내부에 타단부가 매립되어 고정되도록 에프알피 재질의 합성연결재가 설치되도록 하여 벽체들이 서로 합성되도록 함으로써, 일측 외측 벽체로부터 타측 외측 벽체로 열전달을 억제하면서 양 외측 벽체를 서로 구조적으로 일체화시켜 벽체에 작용하는 하중에 대하여 벽체들이 일체로 저항할 수 있도록 하게 된다.
Description
본 발명은 에프알피(FRP) 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체 및 그 제작방법에 대한 것이다. 더욱 구체적으로 건축물의 외벽에 단열층을 형성시키기 위하여 설치되는 중단열 구조(샌드위치 벽체 형태)의 콘크리트 벽체에 있어 열교현상에 의한 에너지 손실차단의 효율성뿐만 아니라 벽체의 휨 강성을 증대시킬 수 있는 합성 콘크리트 벽체 및 그 제작방법에 관한 것이다.
기존의 콘크리트 벽식 구조에서는 예컨대 도 1a와 같이 건물의 외측벽체(40) 안측에 단열재(10)를 설치하는 내단열(內斷熱) 구조를 채택하고 있어, 바닥 난방(20)이 주종을 이루고 있는 우리나라의 공동주택에서는 특히 바닥슬래브(30)를 통하여 외측벽체(40)로 유출되는 난방 에너지의 손실이 문제점으로 지적되고 있다.
이에 지구온난화 방지를 목적으로 범국가적으로 추진되고 있는 제로에너지ㆍ제로카본 빌딩구조물 구현을 위한 요소기술의 하나인 외단열(外斷熱) 구조는 도 1b와 같이 바닥슬래브(30)를 통하여 외측벽체(40)까지 전달된 난방에너지가 상기 외측벽체(40) 외측에 설치된 단열재(10)에 의해 차단되므로 높은 에너지 절감효과를 기대할 수 있도록 하는 구조이다.
하지만, 이와 같은 외단열 구조의 경우 단열재(10)를 외측벽체 외측에 설치하기 위해서는 외부작업을 위한 비계설치, 보호마감재(50) 추가시공 등의 시공 상의 어려움 및 외기환경에 노출된 단열재의 내구성 측면에서의 문제점으로 인하여 아직까지 실용화단계에는 이르지 못하고 있다.
이와 같은 내단열구조의 단점과 외단열구조의 장ㆍ단점을 선택적으로 취합하기 위하여 도 1c와 같이 콘크리트 벽체들(41,42)의 중간에 단열재(10)를 삽입하는 소위 중단열(中斷熱) 구조의 벽체에 대한 개념이 소개된 바 있다.
말하자면 단열재를 사이에 형성시킨 샌드위치 패널 형태의 벽체들을 외측벽체로써 부착 시공하는 방식을 따른 것이다.
이와 같은 개념정립에 따라 콘크리트 벽체 내측 및 외측 벽체와 단열재로 구성된 중단열 구조의 벽체를 제작하는 방법에 대한 기술이 다수 소개된 바 있다.
예컨대, 도 1d와 같이, 합성형 콘크리트 패널(60)이 소개되어 있는데,
내부에 매설되는 망사형 철심(62)의 양측단부가 외부로 노출되도록 구비되고, 그 표면에는 복수개의 연결용 시어 컨넥터(63)가 돌출되는 코어부재(61)와; 상기 시어 컨넥터(63)의 돌출부와 접합되어져 상기 코어부재(61)의 표면에 부착되는 피복부재(64)로 구성되도록 함을 알 수 있다.
즉, 상기 컨넥터(63)에 의하여 피복부재(64)가 서로 접합되어 피복부재(64)가 일체로 거동되도록 하는 합성형 벽체로써 작용하고, 피복부재(64) 사이에 단열재인 코어부재(61)가 형성되어 중단열 구조의 벽체로 기능하도록 한 것이다.
하지만 이와 같이 피복부재(64)의 일체거동을 전제로 한 합성형 콘크리트 벽체는 피복부재(일/타측 콘크리트 벽체)를 서로 연결 또는 접합해야 하는 요구사항으로 인하여 이들 결작형 철심 및/또는 컨넥터(62,63,연결재)를 통한 에너지 손실 즉, 열교 현상(heat bridge)이 발생한다는 문제점이 있었다.
이에, 합성형 벽체에 설치된 벽체의 연결재는 열교 현상에 의하여 난방 에너지 손실방지를 목적으로 제안된 중단열 구조의 벽체의 장점을 반감시키는 원인으로 작용한다는 문제점이 있었다.
또 나아가 상기 열교현상을 근본적으로 배재하기 위하여 내/외측 콘크리트 벽체를 단열재와 단순 부착(연결재에 의하여 서로 합성시키지 않도록 하는 것)한 비 내력벽 즉, 중단열 구조로 형성된 비 합성 벽체는 내/외측 벽체의 비 합성거동에 기인한 낮은 구조적 성능으로 인하여 경제성이 저하되는 문제점이 있었다.
즉, 벽체에 작용하는 하중에 의한 휨 모멘트에 대한 저항 성능이 합성형 벽체와 대비하여 현저하게 낮다는 문제점이 지적되었다.
따라서, 중단열 구조의 콘크리트 벽체에 있어서, 합성형 벽체의 장점과 비 합성형 장점을 모두 구비할 수 있는 새로운 개념의 콘크리트 벽체에 대한 기술개발 필요성이 요구되었으며 본 발명은 바로 이러한 기술개발의 필요성에 의하여 발명된 것이라 할 수 있다.
이에 본 발명은 중단열 구조의 벽체에 있어서, 내/외측 콘크리트 벽체의 일체거동(합성)을 위해 합성연결재를 사용하되, 특히 상기의 합성연결재를 통한 열교현상을 최소화하기 위해 열전도율이 매우 낮은 FRP 소재를 합성연결재로 제작함으로써 구조성능 및 단열성능이 우수한 합성형 콘크리트 벽체 및 그 제작방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
이에 본 발명은
첫째, 중단열 구조의 벽체에 있어서 내/외측 콘크리트 벽체로 전달되는 열전달 현상을 최소화하기 위하여 상기 내/외측 콘크리트 벽체를 연결하는 연결재는 FRP 재질의 합성연결재로 제작되도록 하였다.
이러한 FRP 소재의 합성연결재의 열전도율은 중단열 구조의 벽체에 사용되는 강재로 제작되는 전단연결재의 열전도율 보다 약 2/1000~1/100배 작기 때문에 기존의 합성형 콘크리트 벽체에서 문제점으로 지적되었던 에너지 손실(열교 현상)을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 FRP 합성연결재는 그 자체로써도 강재와 동등 이상의 인장강도를 지니고 있어, 내/외측 콘크리트 벽체의 합성거동에 필요한 충분한 기계적 강도를 발휘할 수 있으며, 이에 따라 기존의 합성형 콘크리트 벽체와 비교하여 대폭 향상된 단열성능을 유지하면서 동등한 휨 강도를 발현할 수 있게 된다.
둘째, 상기 FRP 합성연결재는 양 벽체를 구조적으로 일체화시킬 수 있도록 양 단부를 벽체에 매립ㆍ고정하여, 양 벽체가 구조적으로 일체로 거동되도록 함으로써, 기존의 비 합성형 콘크리트 벽체와 비교하면 동등한 단열성능을 유지하면서도 상기 FRP 합성연결재에 의하여 증가된 모멘트 팔길이로 인하여 휨 모멘트 저항성능을 50%~70% 이상 증가시킬 수 있어 보다 향상된 휨 강성을 구비하도록 하였다.
이에 본 발명에 의하여 양 벽체가 FRP 합성연결재에 의하여 서로 합성되도록 설치되고, FRP 합성연결재의 낮은 열전도율의 특성을 결합시켜 중단열 구조의 합성형 콘크리트 벽체에 매우 유리하게 되며,
FRP 합성연결재의 자체 강도 및 FRP 합성연결재를 벽체에 완전히 고정시켜 벽체의 기계적 강도의 증진 및 휨 강성의 증진에 매우 효과적이게 된다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a는 종래 바닥 난방 구조에 있어서, 내단열 구조의 난방 에너지 손실의 개념도,
도 1b는 종래 바닥 난방 구조에 있어서, 외단열 구조에 의한 난방 에너지 손실의 개념도,
도 1c는 종래 바닥 난방 구조에 있어서, 중단열 구조에 의한 난방 에너지 손실의 개념도,
도 1d는 종래 중단열 구조의 벽체에 있어서, 합성형 벽체의 일 실시예에 대한 사시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 에프알피(FRP) 합성연결재를 이용한 합성 벽체의 작용사시도 및 단면도,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 의한 에프알피(FRP) 합성연결재를 이용한 합성 벽체의 제작순서도,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명에 의한 에프알피(FRP) 합성연결재의 사시도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 에프알피(FRP) 합성연결재를 이용한 합성 벽체의 분해 사시도 및 설치정면도이다.
도 1b는 종래 바닥 난방 구조에 있어서, 외단열 구조에 의한 난방 에너지 손실의 개념도,
도 1c는 종래 바닥 난방 구조에 있어서, 중단열 구조에 의한 난방 에너지 손실의 개념도,
도 1d는 종래 중단열 구조의 벽체에 있어서, 합성형 벽체의 일 실시예에 대한 사시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 에프알피(FRP) 합성연결재를 이용한 합성 벽체의 작용사시도 및 단면도,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 의한 에프알피(FRP) 합성연결재를 이용한 합성 벽체의 제작순서도,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명에 의한 에프알피(FRP) 합성연결재의 사시도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 에프알피(FRP) 합성연결재를 이용한 합성 벽체의 분해 사시도 및 설치정면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
<에프알피(FRP) 합성연결재를 이용한 합성 벽체의 작용>
도 2a에 의하면, 본 발명에 의한 합성 벽체(100)는 기본적으로 도 1c와 같이 중단열 구조에 의한 콘크리트 벽체 사이에 단열재가 설치되도록 하되, 양 벽체를 합성시키는 방식으로 제작된 벽체를 의미하며,
이에 본 발명에 의한 벽체(100)는 콘크리트 또는 철근콘크리트로 제작되는 일측 외측 벽체(110), 타측 외측 벽체(120) 및 단열재(130)를 구비하게 된다.
이때, 상기 일측 및 타측의 의미는 단열재가 중간에 배치되어 벽체가 서로 이격되어 형성되어 벽체가 건축물 외측에 설치될 때, 건축물 내부를 향하는 벽체는 내측 벽체가 되고, 외부를 향하는 벽체는 외측 벽체가 되므로, 내측 벽체를 일측 외측 벽체로 지칭한다면 이러한 내측벽체에 이격되어 형성된 외측 벽체가 타측 외측 벽체가 되는 호칭 개념이다.
이에 상기 일측 및 타측 외측벽체(110,120)는 합성형 벽체로써 제작됨을 알 수 있으며 일정한 단면적 및 두께를 가진 패널 형태의 부재로 제작된 것이 이용된다.
이는 벽체의 제작, 운반 및 설치에 있어 필요한 크기를 가지도록 벽체를 제작해야할 필요가 있기 때문이다.
이때, 본 발명은 벽체(110,120)들을 합성시켜 서로 구조적으로 일체화시키기 위하여 FRP 합성연결재(200)를 이용하게 된다.
상기 FRP 합성연결재(200)는 열 전도율이 강재보다 매우 낮기 때문에 양 벽체(110,120)를 연결(접합)하더라도 열교 현상을 최소화 시킬 수 있게 된다.
나아가 일측 및 타측 외측벽체(110,120) 사이에는 단열재(130)가 형성되는데, 이러한 단열재(130)는 스티로폴과 같이 가공이 용이한 판재 형태의 단열재가 이용될 수 있고, 기포 콘크리트와 같이 겔 형태의 단열재가 벽체들 사이에 충진 되도록 할 수 도 있다.
이에 판재 형태의 스티로폴을 이용하는 경우라면 FRP 합성연결재가 차지하는 공간이외의 공간에 상기 단열재가 배치되도록 하면 되고, 겔 형태의 단열재는 FRP 합성연결재(200)가 매립되도록 충진시키는 방식으로 단열재를 형성시키면 된다.
따라서 본 발명에 의한 벽체(100)는 합성형으로 제작한다 할지라도 FRP 합성연결재(200)에 의하여 열교현상을 최소활 시킬 수 있도록 함을 알 수 있다.
또한 본 발명에 의한 벽체(100)는 열교 현상을 방지하기 위하여 벽체들을 합성시키지 않는 비 합성형 벽체와 대비하여 FRP 합성연결재에 의하여 증가된 모멘트 팔 길이로 인하여 휨 모멘트 저항성능을 50%~70% 이상 증가시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.
즉, 도 2b와 같이 비 합성형 벽체(A)의 경우에는 양 벽체 사이에 단열재만 배치되어 연결재가 구비되어 있지 않기 때문에 양 벽체는 서로 구조적으로 일체화되지 않게 됨을 알 수 있는데,
이에 벽체 작용하는 휨 모멘트는 그 모멘트 팔길이(d1)가 각각의 벽체 두께보다 작기 때문에 휨 모멘트에 대한 저항성능이 크지 않음을 알 수 있지만,
본 발명에 의한 벽체(100)에 작용하는 휨 모멘트는 양 벽체가 일체화되어 서로 구조적으로 연결되므로 그 모멘트 팔길이(d2)가 일측 벽체 표면으로부터 대향되는 벽체의 철근 위치까지 연장될 수 있어 휨 모멘트에 대한 저항성능이 크게 향상됨을 알 수 있다.
이에 본 발명에 의한 벽체(100)는 합성형으로 제작하면서도 열 전도율을 최소화 시킬 수 있게 됨을 알 수 있으며, 비 합성형으로 제작된 벽체들과 대비하여 작용하중에 대한 모멘트 팔길이가 커질 수 있어 벽체에 작용하는 휨 모멘트에 대한 저항 성능을 획기적으로 증진시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한 본 발명에 의한 FRP 합성연결재는 그 자체 강도가 매우 크기 때문에 벽체에 양 단부가 매립ㆍ고정되어 벽체 자체의 강도를 증가시킴으로써 벽체(100)의 기계적 강도를 증진시키는 역할을 할 수 있어 역시 종래 중단열 구조의 벽체에 있어 단순 전단연결재로써 기능하는 철근과 같은 연결재와는 근본적으로 상이한 구성임을 알 수 있다.
나아가, 도 2a의 좌측도면과 같이, 한 쌍의 벽체(110,120) 사이에 단열재(130)가 형성되도록 한 3-유니트 방식으로 본 발명의 벽체가 제작될 수도 있고,
도 2a의 우측도면과 같이, 3개의 벽체 및 중간벽체(110,120,140) 사이에 단열재(130)가 각각 형성되도록 한 5-유니트 방식으로 본 발명의 벽체가 제작될 수도 있음을 알 수 있어,
상기 유니트 구조는 5-유니트 이상의 방식으로도 제작할 수 있음을 알 수 있다.
<에프알피(FRP) 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체의 제작방법>
본 발명에 의한 합성 벽체(100)는 기본적으로 철근콘크리로 제작된 샌드위치형 벽체로 제작되는 것으로써, 통상 거푸집을 이용하여 공장에서 제작하게 된다.
이에 이러한 제작방법의 예를 살펴보면,
먼저, 도 3a와 같이 벽체용 거푸집(310) 내부에 콘크리트(410)를 타설하여 일측 외측 벽체(110)를 형성시키되, 상기 거푸집 내부에는 상기 일측 벽체 내부로부터 일단부(a)가 매립되어 고정되도록 하고, 타단부(b)가 일측 벽체 외부로 돌출 연장되도록 FRP 합성연결재(200)를 함께 세팅하게 된다.
즉, 벽체용 거푸집(310)은 바닥에 뉘어지도록 설치하면 되는데 강재 거푸집을 이용하면 된다. 벽체 두께에 맞추어 거푸집의 두께를 조정하면 되고, 전체적인 형상은 벽체가 패널 형태로 형성될 수 있도록 제작하면 될 것이다.
이러한 벽체용 거푸집(310) 내부에는 예컨대 벽체용 철근 또는 FRP 보강근(다른 동질 재료도 가능하다)이 미리 배근되도록 하며 벽체(100)는 콘크리트로 제작함을 알 수 있다.
이와 같이 거푸집(310) 내부에 철근과 FRP 합성연결재(200)를 함께 세팅하고 난 후에는 1차로 콘크리트(410)를 타설하여, FRP 합성연결재(200)가 고정 설치될 수 있도록 하면서, 타설되어 양생된 콘크리트(410) 상면으로 본 발명의 FRP 합성보강재(200)가 돌출되어 형성될 수 있도록 함을 알 수 있다.
이때, FRP 합성보강재(200)의 배치형태는 도 5a와 같이 일직선으로 다수의 합성보강재가 배치되도록 하고, 이와 같이 일직선 형태로 배치된 1열의 FRP 합성보강재(200)가 길이방향으로 다수 이격되어 병렬 설치될 수 있도록 할 수 있으나 배치형태는 달리 한정되지 않고 자유롭게 설치할 수 있을 것이다.
상기 FRP 합성보강재(200)는 FRP 섬유, 쉬트를 다수 적층하는 방식으로 제작할 수 있는데, 섬유, 쉬트와 같은 FRP 재료를 수지에 함침 시키고, 수지에 함침된 FRP 재료를 원하는 형태 또는 모양으로 적층시키면서 형성시키고, 이러한 적층된 FRP 소재를 양생, 경화시키게 되면 원하는 형태 또는 모양의 FRP 합성보강재(200) 제작이 가능하게 된다.
이러한 FRP 합성보강재(200) 제작 방법 및 설비는 이미 소개(대한민국 특허 제 10-0647471호)된 바 있으므로 여러 방법을 이용할 수 있을 것이다.
특히 본 발명에 사용되는 FRP 합성보강재(200)의 실시예들을 살펴보면 다음과 같다.
즉, 도 4a와 같이 단부에는 확장플랜지(210a,220a)가 형성되도록 하고, 확장플랜지 사이에는 원형 또는 사각단면의 봉(BAR) 형태의 몸통부(230a)가 형성되도록 한 FRP 합성보강재(200a)가 사용될 수 있다.
이를 제작할 경우에는 FRP 재료를 이용하여 먼저 봉(BAR) 형태의 몸통부(230a)를 제작하고, 상기 몸통부 (230a) 외주면에 몸통부 길이방향으로 직선형 FRP 섬유 다수(231a)를 수지 함침시켜 적층시키고, 상기 직선형 FRP 섬유 외주면에 스파이럴 형태의 FRP 섬유(232a)를 추가 적층시킨 후, 상기 몸통부(230) 단부에 확장플랜지(210a,220a)를 추가 장착시켜 제작할 수 있다.
또는 확장플랜지가 양 단부에 형성된 몸통부에 위와 같이 직선형 FRP 섬유 및 스파이럴 형태의 FRP 섬유를 수지함침시켜 적층시키는 방식으로 제작할 수도 있을 것이다.
이와 같이 FRP 섬유의 연장방향이 서로 어긋나거나 직교형태로 형성시키는 것은 각 층의 FRP 섬유는 일 방향에 대한 하중 저항성능을 확보할 수 있을 뿐이므로 적층되는 FRP 섬유의 적측방향을 서로 달리하여 합성연결재의 전단저항 성능을 충분히 확보하기 위함이다.
상기 확장플랜지(210a,220a)는 원형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 이러한 확장플랜지는 벽체(110,120) 내부에 합성연결재의 단부가 매립되어 완전히 고정되도록 하는 역할을 하는 것으로써, 합성연결재에 의한 벽체들의 합성에 매우 중요한 역할을 하게 된다.
즉, 종래의 연결재는 도 1d와 같이 철근을 이용하는 것이 일반적인데 이러한 철근은 단열재로부터 시작하여 벽체 쪽으로 다소 연장되어 양 벽체를 합성시키고는 있지만 이와 같은 형태로는 양 벽체가 구조적으로 완전히 일체화 거동하기에는 부족하고 이는 결국 양 벽체와 단열재를 서로 결속하는 정도에 불과하다.
이에 본 발명은 FRP 합성연결재(200)의 일 단부를 완전히 일측 외측 벽체 (110) 내부에 매립하여 고정되도록 하여 FRP 합성연결재가 벽체 내부로부터 외부로 돌출되도록 하고, 타 단부도 타측 외측 벽체(120)의 내부에 매립되어 고정되도록 함으로써, 양 벽체의 합성효과를 충분히 확보할 수 있도록 함에 종전 철근과 같은 연결재의 배치형태와 차이가 있다고 할 수 있다.
또한, 도 4b와 같이 단부에 역시 확장플랜지(210b,220b)가 형성되도록 하고, 확장플랜지 사이에는 판재 형태의 몸통부(230b)가 형성되도록 한 FRP 합성보강재(200b)가 이용될 수 있다. 이에 마치 I형 형강 또는 H형강과 같은 형태로 제작한 것이라 할 수 있다.
이를 제작할 경우에는 먼저 FRP 소재를 이용하여 판재 형태로 제작한 다음, 상기 판재 형태의 FRP 소재를 다수 적층시키는 방식으로 최종 일정한 두께를 가진 몸통부(230b)를 형성시킬 수 있다.
이에 적층되는 판재 형태의 FRP 소재는 길이방향으로 직선형 FRP 섬유(231b) 다수를 수지 함침 시켜 적층시켜 쉬트 형태의 몸통부를 다수 적층시켜 제작하되, 각 층의 FRP 섬유의 배열방향은 몸통부의 길이방향, 상기 길이방향과 연직방향, 경사방향(232b,233b)으로 다수 배치되도록 하고 역시 상기 몸통부(230b) 단부에 확장플랜지(210b,220b)를 추가 부착시켜 제작할 수 있다.
또는 확장플랜지가 양 단부에 형성된 몸통부에 위와 같이 수지 함침된 FRP 섬유의 배치형태를 달리하면서 적층시키는 방식으로 제작할 수도 있을 것이다.
역시 FRP 섬유의 연장방향이 서로 어긋나거나 직교형태로 형성시키는 것은 각 층의 FRP 섬유는 일 방향에 대한 하중 저항성능을 확보할 수 있으므로 적층되는 FRP 섬유의 적측방향을 서로 달리하여 합성연결재의 전단저항 성능을 충분히 확보하기 위함임은 동일하다.
상기 확장플랜지(210b,220b)는 직사각형 판재 형태로 형성될 수 있을 것이다.
이에 도 4b에 의한 벽체(100)도 FRP 합성연결재(200b)의 일단부를 완전히 일측 외측 벽체 내부에 매립하여 고정되도록 하여 FRP 합성연결재가 벽체 내부로부터 외부로 돌출되도록 하고, 타 단부도 타측 외측 벽체의 내부에 매립되어 고정되도록 함도 역시 동일하다.
또한, 본 발명의 FRP 합성연결재(200)는 도 4c와 같이 FRP 선재를 와이어메쉬와 같이 격자형태로 제작하고, 이를 수평방향 또는 경사방향으로 절단하여 격자형 FRP 합성보강재로도 이용할 수도 있다.
이러한 격자형태의 FRP 합성보강재를 제작하는 방법에 의하면 서로 직교하는 방향으로 배치된 FRP 섬유를 수지 함침하여 적층시키는 방식으로 제작하며 되고, 이러한 형태는 양 방향으로 FRP 선재가 배치되어 역시 FRP 합성보강재의 전단저항 성능을 충분히 확보할 수 있도록 함을 알 수 있다.
이러한 격자 형태의 FRP 합성보강재의 경우 그 단부를 벽체 내부에 매립시켜 고정시키게 되는데,
역시 본 발명의 FRP 합성연결재의 일단부를 완전히 일측 외측 벽체 내부에 매립하여 고정되도록 하여 FRP 합성연결재가 벽체 내부로부터 외부로 돌출되도록 하고, 타 단부도 타측 외측 벽체의 내부에 매립되어 고정되도록 함으로써, 양 벽체의 합성효과를 충분히 확보할 수 있도록 함을 알 수 있다.
다음으로는 도 3b와 같이 상기 타설된 벽체용 콘크리트(410) 상면과 FRP 합성연결재 사이사이에 단열재(130)를 형성시키게 된다.
이러한 단열재(130)로써 스티로폴을 이용할 수 있다. 즉 단열재용 스티로폴을 이용하되 벽체용 콘크리트 상면의 단면적을 고려하여 절단 가공하여 FRP 합성연결재 이외의 공간에 배치되도록 하게 된다.
물론 FRP 합성연결재와 FRP 합성연결재 사이에도 단열효과를 위하여 스티로폴을 배치하도록 하되, 콘크리트 상면에 부착되도록 할 수 있을 것이다.
도 4a와 같이 봉 형태의 몸통부를 가지는 FRP 합성연결재(200a)의 경우에는 FRP 합성연결재(200a)이외의 콘크리트 상면에 단열재(130)를 설치하고, 일직선 형태로 배치된 FRP 합성연결재(200a) 사이사이에는 스티로폴을 설치하거나 사이사이 거리가 크지 않다면 접착제로 마감하여도 상관은 없다.
도 4b와 같이 I형 또는 H형 형태의 FRP 합성연결재(200b)의 경우에는 FRP 합성연결재(200b)의 복부에 해당하는 몸통부(230b)에 접하도록 절단 가공된 스티로폴을 콘크리트 상면에 설치하면 된다.
도 4c와 같이 격자 형태의 FRP 합성연결재(200c)의 경우에는 FRP 합성연결재(200c)에 접하도록 절단 가공된 스티로폴을 콘크리트 상면에 설치하면 된다.
이와 같이 일측 외측 벽체(110)에 FRP 합성연결재(200)의 설치가 완료되면 타측 외측 벽체(120)를 일측 외측 벽체(110)에 합성되도록 해야 한다.
이에 상기 도 3c와 같이 FRP 합성연결재(200)의 돌출된 타단부가 매립되어 고정되도록 다른 외측 벽체용 거푸집(320)을 세팅하고, 상기 거푸집 내부에 콘크리트(420)를 타설하는 단계가 진행된다.
즉, 도 3b와 같이, 일측 외측 벽체(110)의 콘크리트(410) 상면에 FRP 합성연결재(200)가 돌출되어 있으므로 이러한 FRP 합성연결재(200)가 타측 외측 벽체의 개략 중간정도에 매립되어 고정될 수 있도록 타측 외측 벽체(120)의 두께를 고려하여 다른 외측 벽체용 거푸집(320)을 일측 외측 벽체(110)의 콘크리트 상면에 배치하고, 상기 다른 외측 벽체용 거푸집(320) 내부로 콘크리트(420)를 타설하여 외측 벽체(120)를 형성시키게 된다. 결국 단열재는 거푸집과 콘크리트의 무게로 인한 압착작용에 의하여 벽체와 일체화되도록 함을 알 수 있다.
이에 다른 외측 벽체용 거푸집(320)은 상하가 개방되도록 형성시키고 있음을 알 수 있다.
다음으로 벽체용 거푸집(310,320)을 탈형하게 되면 최종 본 발명에 의한 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체(100) 제작이 완료되게 된다.
이러한 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체는 일정한 두께 및 단면적을 가진 제품으로 제작되어 예컨대, 도 1c와 같이 외측벽체(40) 표면에 연결철물 등을 이용하여 설치하게 된다.
특히 도 5a는 본 발명에 의한 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체의 분해 사시도를 도시한 것이다.
즉, 일측 외측 벽체(110)와 타측 외측 벽체(120) 사이에는 단열층(130)이 형성되는데, 상기 일측 외측 벽체(110)와 타측 외측 벽체(120)를 서로 합성시켜 하중 작용에 의한 모멘트 팔길이가 길어지도록 하는 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 의한 다양한 합성연결재(200a,200b,200c,200d)가 설치되도록 하고 있음을 알 수 있다.
이때, 각각의 합성연결재중 도 4a에 의한 합성연결재(200a)는 횡방향으로 일측 외측 벽체(110)와 타측 외측 벽체(120) 사이에 형성되며, 종방향으로 이격되어 일직선을 이루고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 4b에 의한 합성연결재(200c)는 종방향으로 연속되도록 연장되도록 하여 일직선을 이루고 있음을 알 수 있다.
또한 도 4c에 의한 합성연결재(200c,200d)도 각각 횡방향으로 일측 외측 벽체(110)와 타측 외측 벽체(120) 사이에 형성되며, 종방향으로 연속되도록 연장되어 일직선을 이루고 있음을 알 수 있다.
물론, 이러한 각각의 합성연결재(200a,200b,200c,200d)는 양 단부가 모두 벽체(110,120) 내부에 매립되어 고정되도록 세팅되어 벽체들을 합성시키고, FRP 재질로 제작되어 열교현상을 방지할 수 있도록 함을 알 수 있다.
도 5b는 본 발명에 의한 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체(100)가 외측벽체로 설치된 건축물 정면도를 도시한 것이다. 이는 중단열 구조로써, 바닥슬라브(30)으로부터 난방에너지가, 상기 벽체(100)에 의한 그 손실이 효과적으로 제한되도록 하되, 열교현상이 최소화되고 모멘트 팔길이에 의한 단면 강성이 증진되도록 하는 벽체로써 설치되고 있음을 알 수 있다.
100: 본 발명에 의한 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체
110,120,140: 일측벽체, 타측벽체 및 중간벽체
130: 단열재
200a,200b,200c,200d,200: FRP 합성연결재
310,320: 거푸집
410,420: 콘크리트
110,120,140: 일측벽체, 타측벽체 및 중간벽체
130: 단열재
200a,200b,200c,200d,200: FRP 합성연결재
310,320: 거푸집
410,420: 콘크리트
Claims (12)
- 콘크리트로 제작된 내측 및 외측 벽체 사이에 단열재가 형성된 합성형 콘크리트 벽체에 있어서,
일측 외측 벽체 내부로부터 일단부가 매립되어 고정되도록 하고, 상기 단열재를 지나 타측 외측 벽체 내부에 타단부가 매립되어 고정되도록 에프알피 재질의 합성연결재가 설치되도록 하여 벽체들이 서로 합성되도록 함으로써,
일측 외측 벽체로부터 타측 외측 벽체로 열전달을 억제하면서 양 벽체를 서로 구조적으로 일체화시켜 벽체에 작용하는 하중에 대하여 벽체들이 일체로 저항할 수 있도록 하며,
상기 합성연결재는 FRP 섬유를 다수 적층시켜 수지로 접착시켜 제조하되,원형 또는 사각단면의 봉(BAR) 형태, 판재 형태의 몸통부 또는 격자(GRID) 형태로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체. - 제 1항에 있어서, 상기 합성연결재의 일 단부 및 타 단부 사이는 원형 또는 사각단면의 봉(BAR) 형태인 몸통부로 형성되도록 한 것이 이용되며, 상기 몸통부는 FRP 섬유를 다수 적층시켜 수지로 접착시켜 제조하되, 상기 적층된 각 층의 섬유 배치 방향이 합성연결재의 길이방향 및 외주면을 따라 나선형으로 배치되도록 함으로써 합성연결재의 전단내력이 증진되도록 하는 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체.
- 제 1항에 있어서, 상기 합성연결재의 일 단부 및 타 단부 사이는 판재 형태의 몸통부로 형성되도록 하여 전체적으로 I형 또는 H형 형태로 형성되도록 한 것이 이용되며, 상기 몸통부는 FRP 섬유 매트를 다수 적층시켜 수지로 접착시켜 제조하되, 상기 각 매트의 섬유 배치 방향은 합성연결재의 길이방향 및 상기 길이방향과 서로 교차하여 배치되도록 함으로써 합성연결재의 전단내력이 증진되도록 하는 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체.
- 제 1항에 있어서, 상기 합성연결재는 격자(GRID) 형태로 형성된 것이 이용되며, 상기 격자는 FRP 섬유로 제조된 선재를 격자형태로 가공하고 상기 격자형태의 선재를 절단하여 상기 선재가 서로 직교되도록 하거나 서로 경사져 엇갈리게 형성시킴으로써 합성연결재의 전단내력이 증진되도록 하는 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 몸통부의 일 단부 및 타 단부는 수평판 형태의 확장플랜지가 더 형성되도록 한 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽체들과 단열재는 2개의 벽체 사이에 형성된 단열재를 하나의 유니트로 하되, 다수의 유니트를 병렬로 결합시킨 복합 유니트로도 형성될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체.
- 콘크리트로 제작된 외측 벽체 사이에 단열재가 형성된 콘크리트 벽체를 제작하는 방법에 있어서,
외측 벽체용 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하되, 외측 벽체 내부로부터 일단부가 매립되어 고정되도록 하고, 타단부가 외측 벽체 외부로 돌출 연장되도록 합성연결재를 함께 세팅하고,
상기 타설된 콘크리트 상면과 합성연결재 사이사이에 단열재를 형성시키고,
상기 합성연결재의 타단부가 매립되어 고정되도록 다른 외측 벽체용 거푸집을 세팅하고, 상기 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하는 단계를 포함하며,
상기 합성연결재는 FRP 섬유를 다수 적층시켜 수지로 접착시켜 제조하되,원형 또는 사각단면의 봉(BAR) 형태, 판재 형태의 몸통부 또는 격자(GRID) 형태로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체 제작방법. - 제 7항에 있어서, 상기 벽체들과 단열재는 2개의 벽체 사이에 형성된 단열재를 하나의 유니트로 하되, 다수의 유니트를 병렬로 결합시킨 복합 유니트로도 형성될 수 있도록 제작하는 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체 제작방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 합성연결재의 단부 사이는 원형 또는 사각단면의 봉(BAR) 형태인 몸통부로 형성되도록 한 것이 이용되며, 상기 몸통부는 FRP 섬유를 다수 적층시켜 수지로 접착시켜 제조하되, 상기 적층된 각 층의 섬유 배치 방향이 합성연결재의 길이방향 및 외주면을 따라 나선형으로 배치되도록 함으로써 합성연결재의 전단내력이 증진되도록 하는 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체 제작방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 합성연결재의 단부 사이는 판재 형태의 몸통부로 형성되도록 하여 전체적으로 I형 또는 H형 형태로 형성되도록 한 것이 이용되며, 상기 몸통부는 FRP 섬유 매트를 다수 적층시켜 수지로 접착시켜 제조하되, 상기 각 매트의 섬유 배치 방향은 합성연결재의 길이방향 및 상기 길이방향과 서로 교차하여 배치되도록 함으로써 합성연결재의 전단내력이 증진되도록 하는 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체 제작방법.
- 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 합성연결재는 격자(GRID) 형태로 형성된 것이 이용되며, 상기 격자는 FRP 섬유로 제조된 선재를 격자형태로 가공하고 상기 격자형태의 선재를 절단하여 상기 선재가 서로 직교되도록 하거나 서로 경사져 엇갈리게 형성시킴으로써 합성연결재의 전단내력이 증진되도록 하는 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체 제작방법.
- 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 몸통부의 일 단부 및 타 단부는 수평판 형태의 확장플랜지가 더 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 에프알피 합성연결재를 이용한 합성 콘크리트 벽체 제작방법.
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