KR101274481B1 - 커플러가 구비된 사전 매립형 앵커프레임 및 이를 이용한 철골기둥 앵커링 공법 - Google Patents

Abstract

철골구조부재는 크게 철골기둥(수직부재)과 철골보(수평부재)로 구분한다. 본 발명은 철골기둥의 최하단에 용접한 베이스플레이트를 철근콘크리트 기초 상단 수평면에 부착하는 공법에 관한 것이다.

지금까지 베이스플레이트를 기초에 부착할 때 앵커볼트를 사용하고 철골보를 벽에 부착할 때는 앵커플레이트를 사용하는 것이 당연한 것으로 알려져 있다. 그런데 앵커볼트와 앵커플레이트는 철골기둥과 철골보에 속한 것으로 취급하여 철골분야에서 시공하지만, 대부분의 건축설계도와 시방서에 앵커볼트나 앵커플레이트를 누가 어떻게 철근콘크리트 기초나 벽에 매립하는지를 명확하게 지정하지 않기 때문에 사각지대에 놓여 있다. 도 3에서 기초와 베이스플레이트 사이를 두께 50mm 정도의 무수축 고강도모르터로 채우도록 하는데 철근콘크리트와 철골 전문업체는 각각 그 부분이 자기 분야의 시공오차를 흡수하는 여유공간이라고 생각하여 제작 또는 시공정밀도를 소홀히 하는 경향이 있다. 또한 크레인으로 철골기둥을 들고 있는 동안 기초와 베이스플레이트 사이 공간에 철판쐐기를 끼우면서 레벨을 잡아 기둥을 정해진 위치에 세우는 고난도의 작업을 해야 하는데, 때로는 현장감리가 소홀한 틈을 타서 철판쐐기 대신 나무토막을 사용하는 부실시공 사례도 있다.

본 발명에서 제시하는 앵커프레임은 도 1과 같이 기초공사를 하기 전 팽창볼트로 버림콘크리트에 4각형베이스를 고정하고, 기초 콘크리트공사 후 철골기둥의 베이스플레이트와 커플러를 짧은 볼트로 고정시킨다. ㄱ형강으로 제작한 4각형베이스에 기다란 볼트 하단을 용접하고 주변에 띠철근을 감아 용접한 앵커프레임의 기다란 볼트 상단 나사에 끼운 커플러의 최상단을 베이스플레이트의 하단레벨에 맞추는 것이다.

Description

커플러가 구비된 사전 매립형 앵커프레임 및 이를 이용한 철골기둥 앵커링 공법{Pre-embedded anchor frame equipped with coupler and anchoring method of steel column thereof}

일반적으로 철골구조는 철구공장에서 정밀제작 하므로 정밀도가 높은 편이다. 그러나 철근콘크리트공사는 거푸집과 철근 및 콘크리트를 타설하는 모든 작업을 상대적으로 저임금의 노동자가 노천현장에서 시행하는 3D 작업이어서 시공정밀도가 우수하기를 기대하는 것은 무리다. 철골기둥(1)을 철근콘크리트 기초에 부착할 때는 앵커볼트(36)를 사용하고 철골보를 철근콘크리트 벽에 부착하려면 앵커플레이트를 사용한다. 앵커볼트나 앵커플레이트는 철구조물에 속하므로 철골구조 분야에서 설계 시공하지만, 철근콘크리트 기초나 벽에 설치하는 작업은 철근콘크리트 공사 과정에서 이루어지므로 철근콘크리트 기초나 벽에 매립하는 행위가 철골업체와 철근콘크리트업체 중 어느 분야에 속하는지 명확하게 구분되어 있지 않다.

앵커볼트나 앵커플레이트를 콘크리트에 매립하는 업무를 철근콘크리트구조 영역에 포함시킨다면, 거푸집, 철근, 콘크리트 중 어느 전문업체 소관인지 불명확하다. 또한, 철골업체에 속한다고 해도 앵커볼트(36)를 매립하는 작업은 콘크리트를 부어넣기 전 어느 단계에서 대기했다가 어떤 방법으로 시행할 것인지를 명확하게 정하여 도면화하고 시방서가 작성된 사례가 없다. 철골기둥의 베이스플레이트를 부착할 철근콘크리트공사는 고작 삽으로 작업하는 거치른 작업이므로 콘크리트 타설작업 과정에서 기초상단면의 레벨과 평활도를 도면대로 시공하기가 어렵다. 또한, 콘크리트 표면은 여러 개의 앵커볼트까지 돌출되어 있으므로 이들을 피하여 기초표면을 고르게 레벨을 맞춰서 미장마감 하는 것도 어려운 일이다. 그러므로 철골기둥(1)의 최하단에 용접한 베이스플레이트(10)를 철근콘크리트 기초(6) 상단 수평면에 부착하는 공법이 필요하다.

종래 철골구조 표준도 중, 도 2는 앵커볼트(36)의 형태만 그려놓고 굵기와 길이는 별도 시방서에 기재한 경우이며, 도 3과 도 4는 앵커볼트(36)의 하부 끝단에도 너트나 볼트머리가 있음을 표시하는 도면에 불과하다. 그러므로 시공자가 위 도면대로 철근콘크리트 기초(6)에 앵커볼트(36)를 매립시키려면 별도로 보조프레임을 마련하거나 기초철근에 용접하는 방법이 있는데, 현장상황이 각각 다르므로 정밀시공을 하도록 제어하는 기준이 없는 것이 현실이다. 따라서 대부분의 경우는 베이스플레이트(10)에 볼트구멍을 크게 뚫어두기도 하지만, 그래도 앵커볼트(36)와 맞지 않으면 공사 현장에서 베이스플레이트(10)의 볼트구멍을 더 확장하기도 하고 앵커볼트(36)를 구부리거나 기초(6)에 별도로 구멍을 뚫어 팽창볼트(34)를 박아 베이스플레이트(10)에 용접하는 등 특단의 조치를 취하는 일이 많다. 도 5는 앵커볼트(36)의 위치가 소정의 위치를 벗어날 것에 대비하여 앵커볼트(36)를 구부려서 끼워 맞추는데 도움이 되도록 배려하는 상세도이다.

지금까지 정밀한 설치작업이 필요한 플랜트 설비기초에서는 도 4, 도 5와 같이 앵커플레이트(38) 또는 템플레이트(Template, 부재의 이음매의 구멍, 기둥의 위치를 정확히 설정하기 위하여 사용하는 강판재의 모양판 또는 형틀 ; 강구조용어사전)를 별도로 제작하여 앵커볼트(36)를 철근콘크리트에 매립한다. 그러나 대부분의 건축물 기초공사에서는 철근배근이 끝난 다음 그 앵커볼트(36)를 철근에다 묶거나 용접하여 자리를 잡기도 하고, 거푸집에 의지하여 앵커볼트(36)를 매달기도 한다. 그것도 여의치 않으면 ㄱ형강(18) 등으로 별도 제작한 앵커프레임(37)(Anchor Frame, 앵커볼트의 설치정밀도를 유지하기 위하여 볼트 서로의 위치를 고정하는 틀 ; 강구조용어사전)에 부착하는 등 현장 기술자의 판단에 따라 각각의 방법을 선택하여 사용한다.

또한 대부분의 베이스플레이트(10) 도면에는 도 3에서와 같이, 기초(6)와 베이스플레이트(10) 사이를 50mm정도 띄워놓고 베이스플레이트(10)를 조립한 후 그 빈틈을 무수축 고강도모르터(8)로 채우도록 한 것인데, 철근콘크리트와 철골 전문업체는 그 부분이 마치 자기분야의 시공 또는 제작오차를 흡수해 주는 여유치로 생각하여 제작 또는 시공정밀도를 소홀히 하는 경향이 있다. 그런데 실제 공사 현장에서는 철골기둥(1)을 크레인으로 들고 있는 동안 기초(6)와 베이스플레이트(10) 사이에 철판쐐기를 끼워서 베이스플레이트(10)의 레벨과 철골기둥(1)의 수직도 및 중심위치와 X·Y 방향 각도를 맞추면서 앵커볼트(36)에 너트로 가조립하고 무수축 고강도모르터(8)를 주입하는 고난도의 작업을 해야 한다. 또한 철근콘크리트 기초공사와 철골기둥(1) 베이스플레이트(10)가 각각 앞에 설명한 50mm 틈만 정확하게 채우면 될 정도로 정밀시공 및 제작되었다고 해도 무수축 고강도모르터(8)로 그들 사이의 빈틈을 메우기 위해 어려운 조정작업을 해야 하는 낭비를 감수해야 한다.

한편 기초(6) 상부로 노출되는 앵커볼트(36) 길이는 여유치를 두어야 하므로 너트를 채우고도 남는 여유 부분을 그대로 방치하면 외관이 좋지 않아 최근 도로변의 각종 지주의 베이스플레이트(10)에서는 앵커볼트(36)를 감추는 별도의 뚜껑을 덮기도 하는데 탈락 사례도 많이 볼 수 있다. 철골기둥(1)을 조립하기 이전에는 앵커볼트(36)가 철근콘크리트 표면에 돌출되어 있으므로 작업자나 각종 공사용 장비 이동시 장애물 역할(안전사고의 원인)을 하기도 한다.

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앵커볼트를 사용하여 철골기둥의 베이스플레이트를 기초에 부착하는 재래식 어려운 절차를 거치지 않고, 철골업체가 철근콘크리트공사 이전에 기존 앵커볼트의 기능을 충분히 발휘하며, 공사의 질적 향상을 도모한다.
또한, 공기단축은 물론 시공충실도의 확보가 손쉽고, 무수축 고강도모르터의 충전작업을 하지 않아도 되는 접합방법을 마련하는 것이 필요하다.
앵커볼트를 철근콘크리트 기초에 매립하는 일은 철근콘크리트 공사를 진행하는 과정에서 이루어져야 하는데, 그 당시에는 철골업체가 공사현장에 상주하지 않아 철근콘크리트 업종과의 업무협조가 잘 이루어지지 않는다. 따라서 철골업체가 단독으로 쉽게 앵커볼트의 기능을 충족하는 조치를 마련하는 것이 필요하다.

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철골기둥의 베이스플레이트와 기초를 긴결하는 방법은 간단하지가 않다. 때로는 건축물의 기초 두께가 3m에 달할 수도 있지만 대부분은 1m 내외여서 ㄱ형강 등을 사용하는 앵커플레이트나 템플레이트 등 값비싼 공법을 사용한다. 또한 재래식 공법은 여러 가지 번거로운 절차를 거쳐서 앵커볼트를 기초콘크리트에 매립하고, 너트로 베이스플레이트를 조립한다. 그러나 본 발명은 기다란 볼트 또는 철근이나 강봉 끝에 나사를 조성하여 커플러를 부착한 후 그 자체를 기둥으로 사용하여 앵커프레임을 짜서 버림콘크리트에 고정시키는 방법을 사용한다. 즉 너트기능을 하는 커플러(Coupler, 긴장재와 긴장재를 잇기 위해 사용하는 기구 ; 건축구조용어사전)를 기초에 사전 매립하고, 짧은 볼트로 베이스플레이트를 조립한다.

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앵커볼트를 매립할 부분의 철근콘크리트 기초공사는 공사 중 앵커볼트가 소정의 위치에 견고하게 조립되어 있을 만큼 확실한 조치를 마련하기가 어렵다. 그러므로 철근콘크리트 공사를 시행하기 전 버림콘크리트 위에 커플러를 조립한 앵커프레임을 고정해 두면, 철근콘크리트 공사가 끝났을 때 필요한 위치와 레벨에 커플러가 있게 되므로 베이스플레이트를 손쉽게 조립할 수 있게 된다.
커플러의 상단레벨은 앵커프레임을 조립하는 당시 정확한 높이를 측정하여 조절할 수 있으므로 콘크리트 타설이 끝나면 베이스플레이트 하면과 일치하며 베이스플레이트를 안착할 콘크리트면을 마감하는 작업도 커플러의 상면을 따라 모르터를 미장하는 간단한 작업에 그치므로 시공정밀도 확보와 시공성이 우수해진다.
또한, 크레인으로 들고 있는 동안 철판쐐기로 베이스플레이트 레벨을 조절하는 작업도 불필요하고, 무수축 고강도모르터를 충전하는 작업도 제외된다.
이상과 같은 방법은 저렴한 공사비에 시공정밀도가 향상되며 공사 기간도 단축되는 효과가 있다.

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도 1은 본 발명의 커플러가 구비된 사전 매립형 앵커프레임을 도시하는 사시도 및 부분별 상세도이다.
철골기둥(1)을 철근콘크리트 기초(6)에 고정하는 방법은 도 1과 같다. 철골기둥(1)은 베이스플레이트(10)와 본 발명의 앵커프레임(39)을 이용하여 설치하며, 본 발명의 커플러가 구비된 사전 매립형 앵커프레임(39)은 네 개의 ㄱ형강(18)을 접합하여 형성된 되는 것으로 바닥에 고정되는 4각형베이스(20); 상기 4각형베이스(20)의 내측에 용접 결합되어 수직방향으로 세워지는 것으로 강봉 또는 철근인 복수의 기다란 볼트(14); 상기 복수의 기다란 볼트(14)를 둘러싸는 것으로 상호 소정의 간격으로 배근되어 상기 기다란 볼트(14)에 용접 결합되는 띠철근(16); 및 상기 기다란 볼트(14)의 각 상단부에 결합되는 것으로 내측에 나사산이 형성된 커플러(22); 로 구성되되, 상기 각 커플러(22)는 상단의 높이가 상호 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 4각형베이스(20)는 ㄱ형강(18)을 이용하여 폐쇄형으로 제작한다.
상기 4각형베이스(20) 내측에는 다수개의 기다란 볼트(14)를 ㄱ형강(18)에 붙여서 용접하고, 기다란 볼트(14)의 길이는 기초(6) 두께로 하며, 상부는 나사산을 내어서 커플러(22)에 고정한다. 기다란 볼트(14) 각각은 외부에 띠철근(16)을 이용하여 건축구조기준에 적합한 간격으로 설치 후 용접으로 고정하며, 기다란 볼트(14)는 나사가공 한 강봉이나 철근 등을 사용한다.

그리고 본 발명의 커플러가 구비된 사전 매립형 앵커프레임(39)을 이용한 철골기둥 앵커링 공법은 다음과 같다.
(a) 먼저 토공사가 종료되고 나면 바닥을 다진 후 버림콘크리트(32)를 타설한다. 그리고 (b) 버림콘크리트(32) 타설 후 그 위에 바닥레벨 조절용 고름모르터(30)를 타설한다. 이때, 고름모르터(30)의 타설 범위는 상기 앵커프레임(39)의 바닥이 되는 4각형베이스(20)를 고정하는 부분으로 한정한다.
다음으로, (c) 본 발명의 앵커프레임(39)을 구성하는 4각형베이스(20)의 ㄱ형강(18)을 팽창볼트(34)로 버림콘크리트(32) 상면에 고정한다. 팽창볼트(34)는 기초 철근배근 또는 콘크리트를 타설하는 동안 좌우상하로 이동하지 않도록 한다.

(d) 본 발명의 앵커프레임(39)의 설치가 끝나고 기초철근 배근이 종료되면, 상기 앵커프레임(39)이 매립되도록 기초 콘크리트를 타설하고, 커플러(22) 상면이 노출되도록 상기 콘크리트 상면을 수평 마감한다. 즉, 기초 콘크리트의 마감면은 커플러(22) 상단면에 수평이 되도록 마감한다.
(e) 콘크리트가 양생되면 베이스플레이트(10)가 용접 결합된 철골기둥(1)을 현장으로 반입하여, 상기 커플러(22) 상부에 안치시킨다. 이때, 상기 철골기둥(1)은 하부에 베이스플레이트(10)가 부착되는데, 상기 베이스플레이트(10)는 상기 커플러(22)의 위치와 대응하는 위치에 볼트구멍이 형성되어 있다.
(f) 마지막으로 베이스플레이트(10)의 볼트구멍과 상기 커플러(22)의 위치가 일치하므로 베이스플레이트(10) 상부에서 짧은 볼트(12)로 베이스플레이트(10)의 볼트구멍과 커플러(22) 상부 내측의 나사산을 결합하여 고정한다.

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도 1은 본 발명의 커플러가 구비된 사전 매립형 앵커프레임을 도시하는 사시도 및 부분별 상세도이다.

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도 2는 종래 철골구조 주각부의 실시예를 도시하는 도면이다.

도 3은 종래 주각부 앵커볼트의 실시예를 도시하는 도면이다.

도 4는 종래 주각부 앵커볼트의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.

도 5는 종래 주각부 앵커볼트 고정을 위하여 베이스플레이트 설치 부분의 콘크리트를 일정부분 파쇄한 실시예를 도시하는 도면이다.

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<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

1: 철골기둥 6: 기초

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8: 무수축 고강도모르터 10: 베이스플레이트

12: 짧은 볼트 14: 기다란 볼트

16: 띠철근 18: ㄱ형강

20: 4각형베이스 22: 커플러

30: 고름모르터 32: 버림콘크리트

34: 팽창볼트 36: 앵커볼트

37: 앵커프레임 38: 앵커플레이트

39: 앵커프레임

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Claims (3)

1. 네 개의 ㄱ형강(18)을 접합하여 형성된 되는 것으로 바닥에 고정되는 4각형베이스(20);

   상기 4각형베이스(20)의 내측에 용접 결합되어 수직방향으로 세워지는 것으로 강봉 또는 철근인 복수의 기다란 볼트(14);

   상기 복수의 기다란 볼트(14)를 둘러싸는 것으로 상호 소정의 간격으로 배근되어 상기 기다란 볼트(14)에 용접 결합되는 띠철근(16); 및

   상기 기다란 볼트(14)의 각 상단부에 결합되는 것으로 내측에 나사산이 형성된 커플러(22); 로 구성되되,

   상기 각 커플러(22)는 상단의 높이가 상호 동일한 것을 특징으로 하는 커플러가 구비된 사전 매립형 앵커프레임.
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3. (a) 버림콘크리트(32)를 타설하는 단계;

   (b) 상기 버림콘크리트(32) 상부에 바닥레벨 조절용 고름모르터(30)를 타설하여 수평면을 조성하는 단계;

   (c) 상기 고름모르터(30) 상면에 상기 제1항의 앵커프레임(39)을 구성하는 4각형베이스(20)의 ㄱ형강(18)을 팽창볼트(34)로 고정하는 단계;

   (d) 상기 앵커프레임(39)이 매립되도록 기초 콘크리트를 타설하고, 제1항의 앵커프레임(39)의 커플러(22) 상면이 노출되도록 상기 콘크리트 상면을 수평 마감하는 단계;

   (e) 상기 커플러(22)의 위치와 대응하는 위치에 볼트구멍이 형성된 베이스플레이트(10)가 하부에 부착된 철골기둥(10)을 상기 커플러(22) 상부에 안치시키는 단계; 및

   (f) 짧은 볼트(12)로 상기 베이스플레이트(10)의 볼트구멍과 커플러(22) 상부 내측의 나사산을 결합하여 고정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 커플러가 구비된 사전 매립형 앵커프레임을 이용한 철골기둥 앵커링 공법.

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