KR101253438B1

KR101253438B1 - 콘크리트충전 철근골조 강관기둥

Info

Publication number: KR101253438B1
Application number: KR1020110105717A
Authority: KR
Inventors: 최진욱
Original assignee: 최진욱
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-04-11

Abstract

본 발명은 강관이나 H빔보다 상대적으로 가격이 저렴한 철근을 이용하여 콘크리트의 우수한 압축력을 최대한 활용하므로 경제적으로 기둥의 강도를 유지하며, 한번에 3개 층의 기둥에 콘크리트를 충전하므로 공사기간을 단축하며, 공장에서 제작된 철근골조를 수직으로 세워 볼트체결 방식으로 시공하므로 수직정밀도 높은 기둥을 시공할 수 있는 콘크리트충전 철근골조 강관기둥에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 강관 내부에 철근골조를 내장하여 콘크리트를 충전한 콘크리트충전 철근골조 강관기둥에 있어서, 상기 철근골조는 다수개의 철근 상,하단 내측으로 철근고정관이 구비되어 상기 철근들이 원형으로 배치 고정되도록 하고, 상기 철근고정관의 끝단에는 상기 철근의 외측으로 돌출되는 철근플랜지가 구비되어 상기 철근골조를 여러개 수직으로 세워 연결할 때 상기 철근플랜지들이 볼트체결되도록 한 특징이 있으며, 강관 거푸집에는 보와 접합되는 상,하부다이어프램이 구비되는데, 이때 상부다이어프램은 관통다이어프램으로 하부다이어프램은 외다이어프램으로 제작되는 특징이 있다.

Description

콘크리트충전 철근골조 강관기둥{Concrete filling reinforced frame steel post}

본 발명은 콘크리트충전 강관기둥에 철근골조를 삽입시킨 복합기둥에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공장에서 용접하여 제작한 철근골조를 현장에 반입하여 세우고, 그 겉에 강관으로 제작한 거푸집을 덮어씌우되, 3개층 높이로 제작되는 철근골조의 상,하부에 철근플랜지를 구비함으로써, 상기 철근플랜지를 볼트체결하면 다수의 철근골조가 연속성 있게 하나로 연결되므로 건물 기둥의 수직 하중에 대한 내구성이 높아지며, 특히 강관기둥에 보의 상,하부보플랜지와 연결되는 다이아프램을 구비함으로써, RC조(철근 콘크리트)와 CFT(콘크리트 충전 강관기둥)의 장점을 결합시킨 콘크리트충전 철근골조 강관기둥에 관한 것이다.

CFT기둥(콘크리트충전 강관기둥)은 뛰어난 내진 성능과 우수한 내화성능이 입증되어 RC조(철근 콘크리트), S조(철골), SRC조(철골 철근 콘크리트)에 이은 제4의 구조로서 일본을 비롯한 국가에서 널리 시공되고 있다. 그러나 CFT기둥은 고층 빌딩에서 요구하는 내화성능 3시간을 만족시키지 못하고 무도장 상태의 표준 내화시험에서 90분이 지나면 급격한 내력 저하를 보이는 문제점이 있었다. 반면 CFT에 철근을 삽입시킨 RCFT기둥은 무도장 상태에서 표준 내화시험에 140분을 견디는 시험 연구결과 발표가 있었다. RCFT기둥 표면에 내화도장을 시공하면 내화성능 3시간을 충족시키면서 마감재 역할도 하게 되는 것이다.

국내공개특허 제2010-0076576호는 강관기둥 내부에 다수의 철근을 원형으로 배치하고 이의 외주면을 나선형선재로 감싸 결속시킨 구성이 개시된 바 있다. 또한 국내특허 제1051374호는 철근골조 외부를 철판 패널로 감싸 거푸집으로 제작한 뒤 내부에 콘크리트를 충전한 형태의 강관기둥이 개시된 바 있다.

그러나 고층 빌딩은 도심 재개발에 주로 시공되고 있는데, 좁은 면적에서 철근 배근작업과 철판 패널 거푸집 설치작업이 이루어지므로 작업인력들이 많아 현장이 복잡하였다. 특히 철근골조는 건물 3개층 높이의 길이를 갖는 것이므로 건물 최상층 높이까지 철근골조를 수직으로 세우기 위한 별도의 수단 없이 철근과 철근이 겹쳐지도록 배근하거나 또는 철근 끝단에 볼트 및 너트 개념의 연결부재로 결속하므로 철근의 수직 정밀도가 떨어져 건물 수직하중에 대한 기둥의 내구성이 떨어지는 등의 기술적인 단점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 강관이나 H빔보다 상대적으로 가격이 저렴한 철근을 이용하여 콘크리트의 우수한 압축력을 최대한 활용하므로 경제적으로 기둥의 강도를 유지하며, 한번에 3개 층의 기둥에 콘크리트를 충전하므로 공사기간을 단축하며, 공장에서 제작된 철근골조를 수직으로 세워 볼트체결 방식으로 시공하므로 수직정밀도 높은 기둥을 시공할 수 있는 콘크리트충전 철근골조 강관기둥을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존 SRC구조에서 사용되는 거푸집 이음부의 수밀성 문제로 인한 콘크리트 결함 문제를 해결하고, 허용 높이 이상에서 콘크리트를 자유낙하시킴으로 인한 재료분리의 문제점을 해결하며, 특히 폴리에스터가 함유된 고강도 폴리론화이버 콘크리트를 충전하여 화재시 콘크리트의 폭열이 방지되는 견고한 콘크리트충전 철근골조 강관기둥을 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 강관 내부에 철근골조를 내장하여 콘크리트를 충전한 콘크리트충전 철근골조 강관기둥에 있어서, 상기 철근골조는 다수개의 철근 상,하단 내측으로 철근고정관이 구비되어 상기 철근들이 원형으로 배치 고정되도록 하고, 상기 철근고정관의 끝단에는 상기 철근의 외측으로 돌출되는 철근플랜지가 구비되어 상기 철근골조를 여러개 수직으로 세워 연결할 때 상기 철근플랜지들이 볼트체결되도록 한 특징이 있다.

RC조의 경제성과 CFT의 장점을 결합시킨 RCFT기둥은 현장에서 이루어지는 철근 배근작업과 거푸집 설치 해체 단계를 공장에서 제작하여 시공하므로, 공사기간을 단축할 수 있으며 우수한 품질과 경제성을 겸비하고, 현장의 정리정돈이 간결하며 현장 작업인력 감소로 인력 관리와 안전에도 효과적이다.

본 발명은 타워크레인의 양중이 허용되면 강관 거푸집 안에 철근골조를 삽입시킨 형태의 일체화된 기둥을 공장에서 제작하는 것이 경제적일 수 있으나, 타워크레인의 양중을 감안하면 1개층이나 2개층 높이로 기둥이 제한되므로 그 만큼 철근골조와 기둥의 이음부가 많아져 비효율적이다. 따라서 3개층 높이로 철근골조를 설치한 뒤 거푸집 강관을 덮어씌우는 것이 효율적이다.

특히 3개 층이 1개의 기둥으로 설치되어 콘크리트를 충전하므로 시공기간을 단축할 수 있다. 이때 콘크리트 충전강관 끝에 진동기와 조명 및 내시경 카메라를 구비한 강관 콘크리트충전기를 이용하여 3개층을 갖는 1개의 기둥 상부에서 콘크리트를 충전하면 공극 없이 콘크리트를 충전할 수 있으며, 시공 동영상을 녹화하여 증거자료로 공사감리단에 제출이 가능하다.

또한 거푸집 강관기둥에는 보의 플랜지와 웨브에 연결되는 접합부가 구비되는데, 보의 상부 플랜지에는 큰 인장력이 요구되고, 화재 발생시 열로 인하여 콘크리트와 강관기둥의 접착이 분리되어 강관기둥의 처짐이 발생할 수 있으므로 관통 다이아프램으로 제작하고, 압축력이 강한 하부 다이아프램은 외다이아프램으로 제작하여 콘크리트의 충전을 원활하게 하고 강관의 연결 개소를 줄임으로 정밀한 기둥을 만들 수 있다.

보와 다이아프램의 연결 방법에 있어서, 상부다이아프램은 용접 연결하여 볼트 머리가 돌출되지 않으므로 데크플레이트를 시공하는데 편리하며, 용접작업이 불편한 하부 다이아프램은 연결판을 이용하여 볼트 체결하므로서, 설치 작업이 편리하다. 또한 강도 높은 지진 발생으로 용접부의 취성파괴시 하단 볼트 연결부는 충격을 흡수하므로 보를 지지할 수 있게 된다.

이때 하부 다이아프램의 보와 연결되는 돌출부위가 작으므로 보의 하부 플랜지에 가공된 구멍과 대칭되도록 다이아프램에 종방향으로 구멍을 가공할 수 없게 된다. 그러므로 보의 하부 플랜지에 뚫린 구멍을 좌,우 양분하여 각각 90도 회전시켜 다이아프램 돌출부에 횡방향으로 구멍을 가공하고, 연결판도 구멍에 맞춰 제작하면 보 플랜지보다 넓은 단면이 기둥에 접합되므로 응력이 분산되는 효과가 있다. 또한 기둥 설치 후 상부 플랜지 용접하기 전이라도 보의 하부플랜지가 연결판으로 볼트체결 되었으므로 데크플레이트 설치작업이 가능하며, 상부 철근골조의 설치가 가능하여 시공의 연속성에 기여할 수 있다.

또한 본 발명은 강관기둥에 내장되는 철근골조의 상,하단에 철근플랜지가 구비되므로 다수개의 철근골조를 수직으로 세워 연결할 때 볼트체결 할 수 있으므로 기둥의 수직 압축하중에 대한 내구성이 증가되고 철근골조를 견고하게 조립할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 철근골조의 사시도
도 2는 본 발명 한 실시예의 강관기둥의 사시도
도 3은 본 발명 한 실시예의 철근골조와 강관기둥의 조립 단면도
도 4는 도 3의 A - A선 단면도

도 1 내지 도 2에서 본 발명 한 실시예의 철근골조(10)는 다수의 철근(11)이 원형으로 배치되고 이들 철근(11)의 상,하단 내부에는 철근고정관(12)이 구비된다. 상기 철근(11)의 상,하단이 상기 철근고정관(12)과 접한 상태에서 용접되어 하나의 철근골조(10)를 이룬다. 상기 철근골조(10)는 건물 3개층 높이로 제작되는데, 상기 철근고정관(12)의 외주면에는 철근플랜지(13)가 외향으로 돌출 구비된다.

상기 철근플랜지(13)는 철근골조(10)를 수직으로 세워 연결할 때 볼트체결되는 부분이다. 상기 철근(11)과 철근고정관(12)은 철근망 자동생산기계로 생산되는 것으로서, 철근(11)의 양끝단 내측면에 파이프 형태의 철근고정관(12)이 끼워져 자동용접된다. 그리고 철근(11)의 외주면에는 띠철근 형태의 보강살이 다단으로 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명 한 실시예의 강관기둥은 상기 철근골조(10)를 외부에서 감싸는 거푸집의 역할 및 건물기둥의 2중 역할을 하는 것으로서, 상기 철근골조(10)를 감싸도록 건물 3개층 높이로 하나의 강관을 구비할 수 있으나, 보(40)와 접합되는 부분의 강도보강을 위한 다이어프램의 설치를 위해 건물 1개층 높이로 강관(20)이 나눠진 뒤 이들 3개의 강관(20)을 수직으로 용접 연결하여 하나의 강관기둥을 제작한다.

상기 강관(20)에는 관통다이어프램인 상부다이어프램(21) 및 외부다이어프램인 하부다이어프램(22)이 구비되는데, 이들 다이어프램(21)(22)에 보(40)의 상,하부보플랜지(41)(42)가 접하여 결합된다. 상기 상부다이어프램(21)은 강관(20)의 내주연으로 돌출되는 다이어프램연장부(23)를 갖는데, 이는 관통다이어프램으로써 하여 콘크리트에 묻혀 보와 기둥의 연결부를 보강하는 역할을 한다.

상기 상,하부다이어프램(21)(22)의 사이에는 사방으로 가셋트(24)가 구비되어 보(40)의 웨브(43)와 연결판(50)으로 볼트체결되며, 상부다이어프램(21)은 보(40)의 상부보플랜지(41)와 용접 접합되고 하부다이어프램(22)은 보(40)의 하부보플랜지(42)와 연결판(44)으로 볼트 체결된다. 그리고 상기 상,하부다이어프램(21)(22)의 사이에는 보(40)와 연결되는 부분을 피해서 다수개의 배기구멍(26)이 형성되고, 강관(20)의 내측면에는 폴리에스터 재질의 증기유도부재(30)가 내장되어 상기 배기구멍(26)으로 돌출된다.

화재 발생시 강관으로부터 전달된 열에 의해 폴리에스터 재질의 증기유도부재(30)가 녹아 콘크리트 강관기둥 내부에 증기 배출로가 만들어지는데, 이 증기 배출로로 증기가 신속하게 빠져나감으로 인하여 콘크리트에 전해지는 열을 지연시킬 수 있다. 상기 콘크리트는 화재시 폭열을 방지하기 위하여 폴리에스터가 함유된 고강도 폴리론화이버 콘크리트로써, 화재시 폴리에스터 섬유가 녹아서 증기를 배출시키는 역할을 하게 된다. 미설명부호 25는 철근골조(10)에 거푸집 역할을 하는 강관(20)을 조립할때 원활한 조립을 위한 안내편이다.

이처럼 구성된 본 발명은 다수의 철근(11)이 원형으로 배치되어 그 상,하단이 철근고정관(12)에 용접되는데, 건물 3개층 높이로 제작된 철근골조(10)는 콘크리트에 묻혀 콘크리트의 압축강도를 증가시킨다. 건물이 30층일 경우 상기 철근골조(10)는 10개가 소요되는데 각 철근골조(10)들은 마주 접하는 부위에 철근플랜지(13)가 구비되므로 이들을 볼트 체결하면 철근골조(10)를 견고하게 연결할 수 있다.

철근골조(10)의 외부에는 거푸집 역할을 하는 강관기둥이 씌워지는데, 강관(20)과 철근골조(10)의 연결지점이 서로 엇갈리도록 하여 연결지점의 강도저하가 보완되도록 하는 것이 바람직하다. 강관기둥은 건물 3개층 높이로 제작된 것이므로 각 층마다 상,하부다이어프램(21)(22)이 구비되어 보(40)가 연결된다. 상기 상부다이어프램(21)은 그 내주연이 강관(20)의 내부로 돌출된 다이어프램연장부(23)로 구성되기 때문에 콘크리트(60)가 충전되면 상기 다이어프램연장부(23)가 매립되어 보(40)의 처짐에 대한 응력이 보완되는 효과가 있다.

10 : 철근골조 11 : 철근
12 : 철근고정관 14 : 철근플랜지
20 : 강관 21 : 상부다이어프램
22 : 하부다이어프램 23 : 다이어프램연장부
24 : 가셋트 25 : 안내편
26 : 배기구멍 30 : 증기유도부재
40 : 보 41 : 상부보플랜지
42 : 하부보플랜지 43 : 웨브
44 : 연결판 50 : 연결판

Claims

강관(20) 내부에 철근골조(10)를 내장하여 콘크리트를 충전한 콘크리트충전 철근골조 강관기둥에 있어서,
상기 철근골조(10)는 다수개의 철근(11) 상,하단 내측으로 철근고정관(12)이 구비되어 상기 철근(11)들이 원형으로 배치 고정되도록 하고, 상기 철근고정관(12)의 끝단에는 상기 철근(11)의 외측으로 돌출되는 철근플랜지(13)가 구비되어 상기 철근골조(10)를 여러개 수직으로 세워 연결할 때 상기 철근플랜지(13)들이 볼트체결되도록 함을 특징으로 하는 콘크리트충전 철근골조 강관기둥.
제 1 항에 있어서,
상기 강관(20)은 보(40)와 연결되는 부위마다 관통다이어프램인 상부다이어프램(21) 및 외다이어프램인 하부다이어프램(22)이 구비되는데, 상기 상부다이어프램(21)은 그 내주면이 상기 강관(20)의 내부로 돌출되어 콘크리트에 묻히는 다이어프램연장부(23)로 구성되어 보(40)의 처짐에 대한 응력이 보강되도록 한 것을 특징으로하는 콘크리트충전 철근골조 강관기둥.
제 2 항에 있어서,
상기 상부다이어프램(21)은 보(40)의 상부보플랜지(41)와 용접으로 고정되고,
상기 하부다이어프램(22)은 보(40)의 하부보플랜지(42)와 연결판(44)으로 볼트체결됨을 특징으로 하는 콘크리트충전 철근골조 강관기둥.
제 2 항에 있어서,
상기 상,하부다이어프램(21)(22)의 사이에 다수의 배기구멍(26)이 천공되고,
상기 배기구멍(26)으로 끼워져 상기 강관(20) 내부에서 콘크리트에 묻히는 폴리에스터 재질의 증기유도부재(30)가 구비되어, 화재시 상기 증기유도부재(30)가 녹아 증기의 배출로 역할을 하도록 한 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 철근골조 강관기둥.
제 3 항에 있어서,
상기 보(40)의 하부보플랜지(42)에 뚫린 구멍을 좌,우 양분하여 각각 90도 회전시키고, 하부다이아프램(22)의 돌출부에 횡방향으로 구멍을 가공하며, 연결판(44)에도 구멍에 맞춰 제작한 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 철근골조 강관기둥.