KR101377327B1 - 단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물 특히 장변으로 긴 학교 건축물의 구조부재에 강판 콘크리트 합성 보강부재를 일체화하여 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 강도와 강성을 증대시켜 내진성능을 향상시키는 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, (a) 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 보강대상 기둥과 보의 노출면을 치핑하는 단계; (b) 기둥과 보의 접합부를 제외한 기둥의 노출면에 연결부재를 설치하는 단계; (c) 기둥과 보의 접합부와 보의 노출면에 일정간격으로 앵커볼트를 설치하는 단계; (d) 기둥과 보의 접합부의 노출면에 웨브의 일측면에 일정간격으로 스터드를 형성된 웨브와 웨브의 양단부에 평행하게 형성되는 플랜지로 이루어지는 H형강을 부착 설치하고, 보의 노출면에 H형강의 양단부에 제진댐퍼와, 제진댐퍼의 외측면에 H형강을 차례로 부착 설치하는 단계; (e) 보강대상 기둥과 보의 접합부 및 보의 노출면과 H형강의 웨브사이의 채움재 타설공간에 콘크리트를 타설하는 단계; (f) 기둥과 보의 접합부를 제외하고 덮도록, 보강대상 기둥의 노출면과의 사이에 채움재 타설공간을 형성하면서 제1 영구거푸집을 연결부재에 결합하는 단계; (g) 보강대상 기둥과 보의 접합부 노출면과의 사이에 채움재 타설공간을 형성하면서 기둥과 보의 접합부 노출면을 덮도록 연결부재에 제1 영구거푸집와 동일한 단면을 갖는 제2 영구거푸집을 결합하는 단계; 및 (h) 제1 영구거푸집 및 제2 영구거푸집 사이의 채움재 타설공간에 채움재를 타설하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

Description

단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법{Method for reinforcing seismic capability of existing moment frames buildings of reinforced concrete by section enlargement}
본 발명은 기존 철근콘크리트 건축물의 구조부재 단면을 증설하여 내력을 보강하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물, 특히 장변으로 긴 학교 건축물의 구조부재에 강판 콘크리트 합성 보강부재를 일체화하여 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 강도와 강성을 증대시켜 내진성능을 향상시키는 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법에 관한 것이다.
내진설계 기준이 제정되기 이전 건설된 기존 건축물은 내진성능이 부족하기 때문에 지진발생시 상당한 손상 및 붕괴가 예상된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 정부는 공공건물에 대한 내진성능 평가 및 내진보강 사업을 지속적으로 진행하고 있다. 정부의 기존 건축물 내진보강 사업은 학교, 지방자치단체 청사, 병원, 소방서 등을 대상으로 지진 재난 시 대피소 및 재난구호의 거점이 되는 중요 건물에 대해 광범위하게 진행되고 있다.
기존 건축물의 내진보강 공법으로 적용되고 있는 주요한 공법으로는 전단벽체 신설공법, 기존 부재의 강도 및 연성보강 공법, 제진장치 적용공법 등이 적용되고 있다.
전단벽체 신설공법은 기초보강이 수반되어야 하고 습식 공법이기 때문에 상당한 소요기간이 필요로 하고, 해당 위치에 실내 인테리어 등이 손상되며, 전단벽체가 설치되면 실전용이 불가한 문제 등으로 적용에 제한이 있다.
기존 부재의 강도 및 연성보강 공법은 내진성능이 취약한 기존 건축물에 적용할 경우 대부분의 부재를 보강하여야 하고, 철판보강 또는 아라미드섬유 보강을 위해 내부 공간 인테리어가 손상됨으로 내진보강 이외 비용이 막대하게 소요되는 문제점이 있다.
제진댐퍼 적용공법은 기존 구조체의 해체가 비교적 일부분에 국한되며, 시공이 간단하여 최근에 그 적용이 지속적으로 확대되고 있으나, 제진장치가 고가인 문제점과, 학교 건축물의 경우 장방형으로 한 방향의 길이가 매우 긴 특징이 있는데 제진댐퍼를 적용할 경우 장변의 일부분에 국한되어 보강이 되므로 전체 구조체의 내진성능을 균등하게 보강하는데 한계가 있다.
이와 같은 기존의 내진보강 공법의 문제점을 개선할 수 있는 새로운 내진보강 공법이 필요하며, 학교 건물과 같이 내진성능이 취약한 기존 건축물의 내진보강 공사 시 기존 구조체의 해체를 최소화하여 기존 인테리어 공사의 손상을 최소화하고, 한 변이 긴 학교 건물의 특성을 고려하여 다수 부재의 내진성능을 향상시킬 수 있는 경제적인 내진보강 공법 개발이 필요하다.
대부분의 학교 건축물의 전면 및 후면의 입면은 마감재만 다를 뿐 각 층에서 창문이 설치된 하부는 조적 또는 콘크리트 벽체(이하 허리벽)가 형성이 되어 기둥의 순길이가 매우 짧은 형식으로 시공되어 있다. 이러한 경우 해외 지진피해 사례에서 알 수 있듯이 지진발생 시 기둥 부재는 휨 부재로 거동하지 않고 전단에 의해 취성적으로 파괴된다.
따라서 해외의 경우 이러한 허리벽과 기둥의 접합부 사이에 탄성체를 넣어서 간격을 형성하는 처리를 하지만 이러한 공법을 적용할 경우 공사의 범위가 광범위하여 현실적인 대안이 되지 못한다. 또한 기둥과 허리벽의 접합부를 끊는 공사를 진행한다 해도 기둥 자체의 연성능력은 미소하게 증진되지만, 부족한 내력이 증진되지 않으므로 보강 필요성에 따라 기둥에 이차적으로 보강을 실시하여야 한다.
또한 기존 건축물의 구조부재 중 대부분은 철근콘크리트 부재로 스터럽에 대한 내진설계 기준의 간격기준을 만족하지 못하기 때문에 매우 취약한 연성능력을 보유하고 있다. 이러한 부재의 연성능력을 보강하기 위해서는 전단면을 강판 또는 아라미드섬유를 보강하여야 하는데 앞서 설명한 바와 같이 경제성에서 문제가 발생된다. 따라서 기존 건축물의 부재 특히 기둥 부재의 경우 요구되는 수준 이상의 강도보강을 실시하여 건축물의 강도 증진에 의해 내진성능 향상시키는 방법이 더욱 적합하다.
따라서 기존 건축물의 구조부재의 강도 및 강성을 증대시킬 수 있는 경제적인 내진보강 공법이 필요로 하다.
일반적으로 건물의 강도 및 강성을 증대시키기 위한 방법으로 적용되는 보강부재의 시공 및 제진댐퍼 적용공법은 건축물의 실외에 부착하는 공법이 일반적인데 실내 공간을 지속적으로 사용해야 되거나, 실내 인테리어 공사가 선행되어 비용을 절감하기 위해 공법 선정시 외부에 부착되는 공법이 선호된다. 기존 건축물 전체가 대대적인 리모델링 공사와 병행하여 내진보강이 진행될 경우를 제외하고 대부분의 기존 건축물 내진보강 공법은 외부에 보강부재를 신설하여 기존 골조와 일체화하는 공법이 대부분 적용되고 있다.
기존 건축물 중에 내진성능이 취약한 건축물은 주로 조적조 및 철근콘크리트조(이하 RC조) 건축물로서 공공분야에서 내진보강이 시급한 대부분의 건축물은 RC조 건축물이다. RC조 건축물의 내진성능을 보강하기 위한 공법 중에서 건축물의 강도 및 강성 증가시키는 재래식 공법 또는 제진장치 적용공법에서 기존 RC조의 기둥 및 보와 보강되는 신규 철골부재를 접합하는 방법은 일반적으로 기존 RC조 부재에 케미컬 앵커볼트 또는 매입철근을 설치하고 신규 철골부재에는 스터드볼트를 부착하여 앵커볼트 또는 매입철근과 스터드볼트를 일체화하기 위해 스파이럴 철선을 삽입한 뒤에 몰탈을 주입하여 마감하는 방식이 일반적으로 적용되고 있다.
이와 같은 방법으로 RC조 부재의 앵커볼트 또는 매입철근과 보강된 철골부재의 스터드를 겹칩 이음하는 경우는 안정적인 시공품질을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 10-1060708 ‘내진 보강용 철골 구조물 접합구조 및 접합공법'(특허문헌1)이 있다. 이 특허는 철근 콘크리트 구조물의 표면에 접합되는 판재로서, 길이 방향을 따라 다수 개의 앵커볼트관통공이 구비된 접착보강판, 접착보강판에 구비된 앵커볼트관통공을 통과하여 철근 콘크리트 구조물의 표면에 천공된 앵커볼트홀에 매립되는 다수 개의 고정용앵커볼트, 철근 콘크리트 구조물의 바탕면과 접착보강판 사이의 공간에 충진되는 접착용 합성수지, 전체적으로 판재 형상을 하고 있으며, 하측 단면은 상기 접착보강판의 상부 표면에 용접되고 상측 단면은 내진 보강용 철골 구조물에 용접되는 하중전달판 및, 접착보강판과 상기 하중전달판이 용접된 내진 보강용 철골 구조물 사이의 공간에 타설되어 양생되는 모르타르를 포함하여 구성되는 내진 보강용 철골 구조물 접합구조 및 접합공법을 제안한다. 이 특허가 제안하는 접합구조 및 접합공법은 기존 철근 콘크리트 구조물의 기둥이나 보에 강판으로 내진 보강용 철골 구조물이 설치되어 지진 발생 시 기존 철근 콘크리트 구조물과 내진 보강용 철골 구조물이 일체거동을 할 수 있다는 장점이 있으나, 기존 구조물과 철골 구조물의 접합에 있어 과도한 강재부재가 사용되고 모르타르의 타설,양생을 위해서는 현장 거푸집이 필수적이므로 비경제적, 비환경적이라는 단점을 가진다.
특허등록 제10-1060708호 ‘내진 보강용 철골 구조물 접합구조 및 접합공법'
본 발명은 상술한 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로 내진설계 기준 미적용으로 상당히 취성적인 연성능력을 갖는 기존 건축물, 특히 학교의 경우 내부 인테리어 등의 손상을 최소화할 수 있으며, 기존 건축물 RC조와 보강재인 철골부재의 접합부의 구조적인 안전성 및 시공성을 증진시킬수 있어 기존 건축물의 구조부재를 경제적으로 광범위하게 내력을 증진시킬 수 있는 단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히 학교 건축물에 있어서 기둥 부재의 경우 허리벽에 의한 단주효과에 의한 취성파괴를 방지하고 장변으로 긴 전체 길이에 걸쳐 다수의 기둥 및 보의 내력을 증진할 수 있게 보강할 수 있으며, 기둥 단면 증설에 의해 부과되는 휨모멘트의 정도를 자유롭게 조절할 수 있어 기초보강을 최소화할 수 있는 보강방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 (a) 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 보강대상 기둥과 보의 노출면을 치핑하는 단계; (b) 기둥과 보의 접합부를 제외한 기둥의 노출면에, 재축방향으로 서로 일정한 간격을 두고 평행하게 결합되며, 노출면에 접하여 결합되는 기초판과 기초판의 일단에서 수직으로 연장된 고정판으로 이루어져 'L'자형 단면형상으로 형성되는 한 쌍의 종방향부재와, 한 쌍의 종방향부재와 수직한 방향으로 일정간격으로 설치되어 한 쌍의 종방향부재를 연결하도록 결합 구성되는 횡방향부재로 이루어진 연결부재를 설치하는 단계; (c) 기둥과 보의 접합부와 보의 노출면에 일정간격으로 앵커볼트를 설치하는 단계; (d) 기둥과 보의 접합부의 노출면에 웨브의 일측면에 일정간격으로 스터드를 형성된 웨브와 웨브의 양단부에 평행하게 형성되는 플랜지로 이루어지는 H형강을 부착 설치하고, 보의 노출면에 H형강의 양단부에 제진댐퍼와, 제진댐퍼의 외측면에 H형강을 차례로 부착 설치하되, H형강의 스터드와 앵커볼트가 마주보도록 하고 노출면과 일정간격 이격되어 채움재 타설공간을 형성하도록 플랜지의 외측면에 강판 거푸집을 고정 결합구성하여 H형강 및 제진댐퍼를 설치하는 단계; (e) 보강대상 기둥과 보의 접합부 및 보의 노출면과 H형강의 웨브사이의 채움재 타설공간에 채움재를 타설하는 단계; (f) 기둥과 보의 접합부를 제외하고 덮도록, 보강대상 기둥의 노출면과의 사이에 채움재 타설공간을 형성하면서 제1 영구거푸집을 연결부재에 결합하는 단계; (g) 보강대상 기둥과 보의 접합부 노출면과의 사이에 채움재 타설공간을 형성하면서 기둥과 보의 접합부 노출면을 덮도록 연결부재에 제1 영구거푸집과 동일한 단면을 갖는 제2 영구거푸집을 결합하는 단계; 및 (h) 제1 영구거푸집 및 제2 영구거푸집 사이의 채움재 타설공간에 채움재를 타설하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (f) 단계 및 (g) 단계에서, 제1 영구거푸집 및 제2 영구거푸집은 바닥판 및 바닥판의 양단에서 수직하게 연장된 측벽판으로 이루어져 U자형 단면으로 구성되고, 양측 측벽판이 종방향부재의 고정판 외측면에 맞닿아 결합되도록 할 수 있다.
또한, (b) 단계에서, 연결부재의 종방향부재는 기둥의 노출면에 접합되는 제1 수평판과, 제1 수평판의 일단에서 수직으로 연장된 수직판과, 수직판의 일단에서 제1 수평판과 반대방향으로 제1 수평판에 평행하게 연장되는 수평판으로 이루어져 'Z'자형 단면형상을 갖도록 형성되도록 할 수 있으며, (f) 단계 및 (g) 단계에서, 제1 영구거푸집 및 제2 영구거푸집은 바닥판 및 바닥판의 양단에서 수직하게 연장된 측벽판과 측벽판의 단부에서 바깥쪽으로 바닥판과 수평하게 연장된 접합판으로 이루어지며, 양측 접합판의 하부면이 종방향부재의 수평판 상면에 맞닿아 결합되도록 할 수 있다.
또한, (g) 단계에서, 제2 영구거푸집은 +자 형상의 평면을 갖도록 구성되도록 할 수 있다.
본 발명에 의한 단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법 및 보강장치는 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내부 인테리어 등의 손상을 최소화할 수 있고, 제진댐퍼 제품의 고비용으로 인해 장변방향 일부에 국한하여 보강될 경우 비보강 부분이 상대적으로 지진하중 작용시 취약하게 되는 문제점을 해소할 수 있으며, 기둥 부재의 허리벽에 의한 단주효과로 인한 취성파괴를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 구조부재를 경제적으로 광범위하게 내력을 증진시킬 수 있으며, 기존 철근콘크리트조와 보강재인 철골부재의 접합부의 구조적 안전성과 시공성을 증진시킬 수 있고, 앞서 언급한 바와 같이 기존 철근콘크리트조에 접합되는 앵커볼트의 능력에 의해 보강된 부재의 성능이 발휘되는데 기존 공법의 경우 앵커볼트 또는 매입철근의 능력을 상회하는 과도한 보강부재를 적용함으로써 기존 철근콘크리트 구조부재에 비해 보강되는 부재가 과도한 문제점이 있는데, 본 발명에 따르면 기존 철근콘크리트 부재와 앵커볼트 부재의 능력에 접합한 신규 보강재의 설계가 용이하도록 구조설계에 의해 단면의 크기를 자유롭게 설계할 수 있는 특징이 있어 공법의 적용에 있어서도 시공방법이 단순하고 명확함으로 시공의 오류를 최소화 할 수 있다.
특히 본 발명은 장변으로 긴 학교와 같은 구조물의 내진보강에서 전체 길이에 걸쳐 다수의 기둥 및 보의 내력을 증진할 수 있게 보강할 수 있으며, 기둥 단면 증설에 의해 부과되는 휨모멘트의 정도를 자유롭게 조절할 수 있음으로 기초보강을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 7a는 본 발명의 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강 방법에서 연결부재(20) 및 영구 거푸집(40a)(40b)의 다른 실시예를 적용한 시공상태의 일부 분해 사시도이다.
도 7b는 상기 도 7a의 결합된 상태에서의 기둥부분의 단면도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명은 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 기둥과 보의 단면을 증설하여 강도와 강성 즉, 내력을 보강하는 방법으로서, 본 발명이 적용되는 철근콘크리트 모멘트골조 건축물이란 골조를 구성하는 보와 기둥의 접합부가 최초의 부재 사이의 각도를 유지할 수 있을 정도의 충분한 강성을 가지고 있는 철근콘크리트 건축물을 말한다. 이러한 모멘트골조에서 바람과 지진과 같은 횡력은 강접골조작용 즉, 골조부재와 절점에 발생하는 전단력 및 휨모멘트에 의해 주로 저항된다. 따라서 본 발명은 골조부재 자체 즉, 기둥과 보와 골조부재 사이의 접합부 즉, 기둥과 보 사이의 접합부(절점)를 보강하여 내진성능을 향상시킨다.
본 발명에서는 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물에서 기둥은 연결부재와 영구거푸집을 통하여 단면을 증설하고, 보는 H형강을 이용하여 단면을 증설하고 H형강의 사이에 제진장치를 별도로 구성하도록 하여 단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강을 하는 방법이다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
이하 각 단계를 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 것과 같이, 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 보강대상 기둥(11)과 보(12)의 노출면(111)을 치핑하여 거칠게 처리한다(a).
매끈한 콘크리트 표면을 거칠게 처리하는 이유는 후 타설되는 채움재(60)와의 부착력을 향상시키기 위해서이다. 이러한 목적으로 콘크리트 표면을 거칠게 처리하는 방법에는 다양한 방법이 알려져 있고 하나의 예로, 공구나 기계로 콘크리트 표면을 거칠게 만드는 치핑(Chipping)이 있다. 노출면을 거칠게 처리하기 전에 마감재가 설치되어 있다면 먼저 마감재를 털어낸다.
한편, 도면에서는 실외측 노출면(111) 방향으로 단면이 증설되는 것으로 예시되어 실외측 노출면(111)만 거칠게 처리하는 것으로 도시되었지만, 단면증설은 실내측 노출면 방향으로, 또는 양 방향으로 모두, 또는 실내외측 노출면에 수직한 노출면 중 어느 한쪽 노출면이나 양쪽 노출면 방향, 또는 모든 노출면 방향으로 이루어질 수 있으며, 단면증설이 되는 방향의 모든 노출면은 거칠게 처리하는 것이 바람직하다.
이후, 도 2에 도시된 바와 같이, 거칠게 치핑 처리된 보강대상 기둥(11)의 노출면(111)에 연결부재(20)를 결합 고정한다(b).
연결부재(20)는 서로 일정한 간격을 두고 평행하게 보강대상 기둥(11)의 재축방향으로 설치되는 한 쌍의 종방향부재 (21a,21b)와, 서로 일정한 간격을 두고 평행하게 종방향부재(21a,21b)에 수직한 방향으로 설치되어 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)를 연결시키는 다수개의 횡방향부재(22)로 이루어진다.
즉, 연결부재(20)는 보강대상 기둥(11)의 재축방향으로 설치되는 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)와 재축직각방향으로 설치되는 다수개의 횡방향부재(22)로 구성된다. 따라서 연결부재(20)는 마치 사다리와 유사한 형상이 된다.
한 쌍의 종방향부재(21a,21b)는 동일한 단면형상을 가지며 서로 대칭으로 보강대상 기둥(11)의 노출면(111)에 고정된다.
종방향부재(21a,21b)는 기초판(211)과 기초판(211)의 일단에서 수직으로 연장된 고정판(212)으로 이루어져 'L'자형 단면을 갖도록 형성되어, 기초판(211)을 노출면(111)에 결합고정하도록 한다. 이때, 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)는 고정판(212)이 각각 기둥(11)의 외측 단부에 위치하도록 한다.
본 실시예에서 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)는 각각 보강대상 기둥(11)의 노출면(111)에 접합되는 기초판(211)과 후술하는 것과 같이 제1 영구거푸집(40a)이 결합되는 고정판(212)이 직각을 이루는 단면형상을 가진다. 즉, 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)는 기초판(211)과 고정판(212)이 서로 직각으로 형성된 'L'자형 단면형상이 된다. 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)로는 이러한 단면형상을 가지는 기성품인 L형강을 적용하거나 단일의 강판을 프레스 가공 또는 롤 포밍하여 제작한 것을 적용할 수 있다.
한 쌍의 종방향부재(21a,21b) 사이의 간격은 보강대상 구조부재의 폭에 의해 결정되며 길이는 보강대상 구조부재의 기둥(11) 스팬에 의해 결정된다. 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)의 기초판(211)에는 보강대상 기둥(11)에 앵커볼트(30)를 이용하여 용이하게 고정시키도록 앵커볼트(30)가 관통할 수 있는 앵커볼트삽입공(213)이 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 천공되도록 할 수 있다.
횡방향부재(22)는 띠형상의 강판으로 구성되며 서로 일정한 간격을 두고 평행하게 종방향부재(21a,21b)에 수직한 방향으로 접합되어 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)를 연결시킨다. 즉, 횡방향부재(22)는 앵커볼트삽입공(213)과 앵커볼트삽입공(213) 사이에 종방향부재(21a,21b)의 길이방향에 수직한 방향으로 기초판(211) 상면에 접합된다. 횡방향부재(22)를 종방향부재(21a,21b)의 기초판(211) 상면에 접합시키는 방법은 용접 접합이 바람직하지만 볼트 또는 리벳접합이 사용될 수도 있다.
이상과 같이 구성된 연결부재(20)는 보강대상 구조부재의 기둥(11)의 스팬과 동일한 길이를 가지고 보강대상 구조부재의 기둥(11)의 노출면(111)에 앵커볼트(30)를 이용해 고정된다. 즉, 앵커볼트삽입공(213)에 대응되는 간격으로 기둥(11)에 앵커볼트홀을 천공한 다음 앵커볼트삽입공(213)을 관통하여 기둥(11)에 천공된 앵커볼트홀에 매립되도록 앵커볼트(30)를 체결함으로써 보강대상 기둥(11)에 견고하게 결합된다. 본 발명에 적용되는 앵커볼트(30)의 종류에는 특별한 제한이 없고 미케니걸앵커볼트, 케미컬앵커볼트 등 이 분야에서 공지된 임의의 후시공 앵커볼트가 적용될 수 있다.
또한, 연결부재(20)의 종방향부재(21a,21b)는 상기와 같이 'L'자형 단면형상을 갖도록 형성될 수도 있으며, 고정판(212)의 일단에서 기초판(211)과 반대방향으로 기초판(211)과에 평행하게 연장되는 수평판(217)이 추가로 구성되어 'Z'자형 단면형상을 갖도록 형성되도록 할 수 있다.
이와 같이, 'L'자형 또는 'Z'자형 단면형상을 가지는 기성품인을 적용하거나 단일의 강판을 프레스 가공 또는 롤 포밍하여 제작한 것을 적용할 수 있다.
'Z'자형 종방향부재(21a,21b)의 수평판(217)에는 후술하는제1 영구거푸집(40a)과의 결합을 위해 일정한 간격으로 볼트체결공이 천공되도록 할 수 있다.
이와 같이, 'Z'자형 단면형상을 갖도록 형성되는 것은 후술하는 제1 영구거푸집(40a) 및 제2 영구거푸집(40b)의 실시 예에 따라 결합을 용이하도록 하기 위해서이다.
이후, 도 3에 도시된 것처럼, 기둥(11)과 보(12)의 접합부와 보(12)의 노출면(111)에 일정간격으로 앵커볼트(330)를 설치한다(c).
앵커볼트(330)는 후술하는 H형강(300) 및 H형강(300)과 노출면(111) 사이에 타설되는 콘크리트와의 결합력을 높이기 위하여 구성된다.
이후, 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 기둥(11)과 보(12)의 접합부와 보(12)의 노출면(111)에는 각각 H형강(300)을 결합구성하는데, 기둥(11)과 보(12)의 접합부에 설치되는 H형강(300)과 보(12)에 설치되는 H형강(300)과의 사이에는 제진댐퍼(400)가 구성되도록 하고(d), 이후, 보강대상 기둥(11)과 보(12)의 접합부 및 보(12)의 노출면(111)과 H형강(300)의 웨브(310)사이의 채움재 타설공간(340)에 채움재(60)를 타설한다(e).
H형강(300)은 일반작인 H형강의 형상과 동일하며, 웨브(310)와 웨브(310)의 양단부에 평행하게 형성되는 플랜지(320)로 이루어지며, 다만, 웨브(310)의 일측면에는 일정간격으로 스터드(311)를 형성하도록 한다.
H형강(300)을 기둥(11)과 보(12)의 접합부와 보(12)의 노출면(111)에 설치시에는 H형강(300)의 스터드(311)와 노출면(111)의 앵커볼트(330)가 마주보도록 하여 설치하는데, H형강(300)은 채움재 타설공간(340)을 형성하도록 노출면(111)과 일정간격 이격하고 H형강(300)의 플랜지(320)의 단부와 노출면(111)과의 개방된 공간은 H형강 플랜지(320)의 외측면에 강판 거푸집(350)을 결합구성하도록 한다.
거푸집(350)은 4b와 같이 전길이에 걸쳐 결합구성하거나, 4a와 같이, 부분 적으로 나누어 결합구성하도록 할 수 있다.
기둥(11)과 보(12)의 접합부에 H형강(300) 설치시에는 미리 설치된 연결부재(20)의 종방향부재(21a,21b)의 단부와 H형강(300)의 플랜지(320)의 외측면과 접하는 부분을 용접하여 기밀하게 한다.
제진댐퍼(400)는 점탄성 댐퍼, 강재 댐퍼, 마찰 댐퍼 등 공지의 다양한 댐퍼를 사용할 수 있다.
채움재(60)로는 시멘트 페이스트, 모르타르 또는 콘크리트가 사용될 수 있다. 채움재(60)가 경화되면 기둥(11)과 보(12)의 접합부 및 보(12)와 채움재(60) 및 H형강(30)은 일체가 된다. 따라서 본 발명에 따르면 기존 철근콘크리트 모멘트골조 구조부재에 강판 콘크리트 합성구조의 보강부재가 일체화되어 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 강도와 강성을 증대시키게 되고 그에 따라 내진성능이 향상된다.
도 4c는 상기 도 4b의 보부분의 단면도이다.
이와 같이 구성하면, 도 4c에 도시된 바와 같이, H형강(300)의 웨브(310), 플랜지(320), 강판 거푸집(350) 및 노출면(111)으로 이루어지는 채움재 타설공간(340)에 채움재(60)가 채워져 일체로 합성되게 된다.
다음으로, 도 5에 도시된 것처럼, 기둥(11)의 노출면(111)과의 사이에 채움재 타설공간(50)을 형성하면서 기둥(11)의 노출면(111)을 덮도록 연결부재(20)에 제1 영구거푸집(40a)을 결합한다(f).
제1 영구거푸집(40a)은 단일의 강판을 프레스 가공 또는 롤 포밍방법으로 다양한 형태로 제작하여 사용될 수 있다.
본 발명에서는 제1 영구거푸집(40a)은 연결부재(20)의 종방향부재(21a,21b)와 결합되도록 하는데, 연결부재(20)의 종방향부재(21a,21b)가 'L'자형 단면형상으로 이루어지면, 제1 영구거푸집(40a)은 바닥판(41) 및 바닥판(41)의 양단에서 수직하게 연장된 양측 측벽판(42)이 일체로 형성되도록 절곡하여 제작되도록 하여 측벽판(42)과 종방향부재(21a,21b)의 고정판(212)이 상호 결합되도록 한다.
따라서 제1 영구거푸집(40a)은 기본적으로 사면 중 일면이 개방된 U자형의 단면형상이 되고 연결부재(20)와 동일한 길이를 가지며 종방향부재(21a,21b) 사이의 이격거리에 대응되는 폭을 가진다.
제1 영구거푸집(40a)은 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)의 고정판(212) 외측면에 제1 영구거푸집(40a)의 양측 측벽판(32)이 맞닿도록 한 상태에서 이들의 접합부위를 용접함으로써 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)에 견고하게 결합된다. 제1 영구거푸집(40a)과 한 쌍의 종방향부재(21a,21b) 사이 접합부에 에폭시 수지를 사용하여 실링함으로써 수밀성능을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 기둥(11)의 노출면(111)과 제1 영구거푸집(40a) 사이에는 폐합된 채움재 타설공간(50)이 형성되고, 제1 영구거푸집(40a)은 거푸집 기능과 함께 강판 콘크리트 합성구조에서 콘크리트를 둘러싸고 콘크리트와 일체로 합성되어 외력에 함께 저항하는 강판과 유사하게 구조용 부재로도 기능한다. 한편, 제1 영구거푸집(40a)은 앵커볼트(30)와 연결부재(20)를 통해 기둥(11)에 견고하게 결합되어 있으므로 별도의 지보공이 불필요하게 된다.
도 7a는 본 발명의 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강 방법에서 연결부재(20) 및 영구 거푸집(40a)(40b)의 다른 실시예를 적용한 시공상태의 일부 분해 사시도이고, 도 7b는 상기 도 7a의 결합된 상태에서의 기둥부분의 단면도이다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 연결부재(20)의 종방향부재(21a,21b)가 'Z'자형 단면형상으로 이루어지면, 제1 영구거푸집(40a)은 바닥판(41) 및 바닥판(41)의 양단에서 수직하게 연장된 측벽판(42)과 측벽판(42)의 단부에서 바깥쪽으로 바닥판(41)과 수평하게 연장된 접합판(43)이 일체로 형성되도록 절곡하여 제작되도록 하여 접합판(43)이 종방향부재(21a,21b)의 수평판(217) 상면에 맞닿아 결합되도록 할 수 있다.
이후, 도 6에 도시된 바와 같이, 기둥(11)과 보(12)의 접합부 노출면(111)을 덮도록 연결부재(20)에 제2 영구거푸집(40b)을 결합하도록 한다(g).
제2 영구거푸집(40b)은 기둥(11)과 보(12)의 접합부 노출면(111)을 덮도록 결합되며 기둥(11)의 노출면을 덮도록 구성되는 제1 영구거푸집(40a)의 단부와 접하여 연결되어 하나의 거푸집을 형성하기 때문에 제1 영구거푸집(40a)과 동일한 단면을 갖도록 형성된다.
제1 영구거푸집(40a)과 동일하게, 도 7에 도시된 바와 같이, 연결부재(20)의 종방향부재(21a,21b)가 'Z'자형 단면형상으로 이루어지면, 제2 영구거푸집(40b)은 바닥판(41) 및 바닥판(41)의 양단에서 수직하게 연장된 측벽판(42)과 측벽판(42)의 단부에서 바깥쪽으로 바닥판(41)과 수평하게 연장된 접합판(43)이 일체로 형성되도록 절곡하여 제작되도록 하여 접합판(43)이 종방향부재(21a,21b)의 수평판(217) 상면에 맞닿아 결합되도록 할 수 있다.
제2 영구거푸집(40b)은 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)에 제2 영구거푸집(40b)의 양측 측벽판(32)이 맞닿도록 한 상태에서 이들의 접합부위를 용접함으로써 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)에 견고하게 결합된다. 제2 영구거푸집(40b)과 한 쌍의 종방향부재(21a,21b) 사이 접합부에 에폭시 수지를 사용하여 실링함으로써 수밀성능을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 노출면(111)과 제2 영구거푸집(40b) 사이에는 폐합된 채움재 타설공간(50)이 형성되고, 제2 영구거푸집(40b)은 거푸집 기능과 함께 강판 콘크리트 합성구조에서 콘크리트를 둘러싸고 콘크리트와 일체로 합성되어 외력에 함께 저항하는 강판과 유사하게 구조용 부재로도 기능한다.
또한, 연결부재(20)의 종방향부재(21a,21b)가 'Z'자형 단면형상으로 이루어지면, 제2 영구거푸집(40b)은 바닥판(41) 및 바닥판(41)의 양단에서 수직하게 연장된 측벽판(42)과 측벽판(42)의 단부에서 바깥쪽으로 바닥판(41)과 수평하게 연장된 접합판(43)이 일체로 형성되도록 절곡하여 제작되도록 하여 접합판(43)이 종방향부재(21a,21b)의 수평판(217) 상면에 맞닿아 결합되도록 할 수 있다.
제1 영구거푸집(40a)과 제2 영구거푸집(40b)의 단부는 상호 접하여 하나의 거푸집을 이루기 때문에 제1 영구거푸집(40a)과 제2 영구거푸집(40b)는 상호 맞물리는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어 본 발명에서 도시된 바와 같이, 단차를 두어 상호 맞물리는 형태가 되도록 하여 밀접하게 결합이 되도록 할 수 있으며, 제1 영구거푸집(40a)과 제2 영구거푸집(40b)의 접합부에 에폭시 수지를 사용하여 실링함으로써 수밀성능을 향상시킬 수도 있다.
기둥(11)과 보(12)의 접합부를 제외한 나머지 부분의 기둥(11)과 보(12)에 고정된 연결부재(20)에 제1 영구거푸집(40a)을 결합시키기 때문에, 기둥(11)과 보(12)의 접합부에는 제1 영구거푸집(40a)이 설치되지 않고 노출되며, 노출된 접합부에 제2 영구거푸집(40b)을 결합구성하는데, 이때, 기둥(11)과 보(12)의 접합부에 설치된 H형강(300)을 포함하여 덮도록 제2 영구거푸집(40b)의 평면이 십자형상을 이루도록 구성할 수 있다.
마지막으로, 제1 영구거푸집(40a) 및 제2 영구거푸집(40b) 사이의 채움재 타설공간(50)에 채움재를 타설한다(h).
노출면(111)과 제1 영구거푸집(40a) 및 제2 영구거푸집(40b) 사이의 채움재 타설공간(50)에 채움재(60)를 타설한다. 채움재(60)로는 시멘트 페이스트, 모르타르 또는 콘크리트가 사용될 수 있다. 채움재(60)가 경화되면 보강대상 기둥(11) 및 보(12)와 채움재(60) 및 제1 영구거푸집(40a) 및 제2 영구거푸집(40b)은 일체가 된다. 따라서 본 발명에 따르면 기존 철근콘크리트 모멘트골조 구조부재에 강판 콘크리트 합성구조의 보강부재가 일체화되어 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 강도와 강성을 증대시키게 되고 그에 따라 내진성능이 향상된다.
이러한 본 실시예에 따르면 기존 철근콘크리트 모멘트골조 구조부재 및 구조부재 사이의 접합부에 강판 콘크리트 합성구조의 보강부재가 일체화되어 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 강도와 강성을 증대시키게 되고 그에 따라 내진성능이 향상된다.
한편, 상술한 실시예들에서는 보강대상 기둥(11) 및 보(12)의 노출면(111)을 거칠게 처리한 후 연결부재(20)를 고정하는 것으로 설명하였지만, 이 두 단계의 순서를 바꿔 보강대상 기둥(11) 및 보(12)의 노출면(111)에 연결부재(20)를 고정한 후 노출면(111)을 거칠게 처리한 것도 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내부 인테리어 등의 손상을 최소화할 수 있고, 제진댐퍼 제품의 고비용으로 인해 장변방향 일부에 국한하여 보강될 경우 비보강 부분이 상대적으로 지진하중 작용시 취약하게 되는 문제점을 해소할 수 있으며, 기둥 부재의 허리벽에 의한 단주효과로 인한 취성파괴를 방지할 수 있다.
또한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 구조부재를 경제적으로 광범위하게 내력을 증진시킬 수 있으며, 기존 철근콘크리트조와 보강재인 철골부재의 접합부의 구조적 안전성과 시공성을 증진시킬 수 있다.
또한 앞서 언급한 바와 같이 기존 철근콘크리트조에 접합되는 앵커볼트의 능력에 의해 보강된 부재의 성능이 발휘되는데 기존 공법의 경우 앵커볼트 또는 매입철근의 능력을 상회하는 과도한 보강부재를 적용함으로서 기존 철근콘크리트 구조부재에 비해 보강되는 부재가 과도한 문제점이 있는데, 본 발명에 따르면 기존 철근콘크리트 부재와 앵커볼트부재의 능력에 접합한 신규 보강재의 설계가 용이하도록 구조설계에 의해 단면의 크기를 자유롭게 설계할 수 있는 특징이 있으며, 공법의 적용에 있어서도 시공방법이 단순하고 명확함으로 시공의 오류를 최소화 할 수 있다.
특히 본 발명은 장변으로 긴 학교와 같은 구조물의 내진보강에서 전체 길이에 걸쳐 다수의 기둥 및 보를 내력을 증진할 수 있게 보강할 수 있으며, 기둥 단면 증설에 의해 부과되는 휨모멘트의 정도를 자유롭게 조절할 수 있음으로 기초보강을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11 : 기둥 111 : 노출면
12 : 보 20 : 연결부재
21a,21b : 종방향부재 22 : 횡방향부재
30 : 앵커볼트 40a : 제1 영구거푸집
40b : 제2 영구 거푸집 41 : 바닥판
42 : 측벽판 43 : 접합판
50 :채움재 타설공간 60 : 채움재
211 : 기초판 212 : 고정판
213 : 앵커볼트삽입공 217 : 수평판
300 : H형강
310 : 웨브 311 : 스터드
320 : 플랜지 330 : 앵커볼트
340 : 채움재 타설공간 400 : 제진댐퍼

Claims (5)

  1. (a) 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 보강대상 기둥(11)과 보(12)의 노출면(111)을 치핑하는 단계;
    (b) 기둥(11)과 보(12)의 접합부를 제외한 기둥(11)의 노출면(111)에, 재축방향으로 서로 일정한 간격을 두고 평행하게 결합되며, 노출면(111)에 접하여 결합되는 기초판(211)과 기초판(211)의 일단에서 수직으로 연장된 고정판(212)으로 이루어져 'L'자형 단면형상으로 형성되는 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)와, 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)와 수직한 방향으로 일정간격으로 설치되어 한 쌍의 종방향부재(21a,21b)를 연결하도록 결합 구성되는 횡방향부재(22)로 이루어진 연결부재(20)를 설치하는 단계;
    (c) 기둥(11)과 보(12)의 접합부와 보(12)의 노출면(111)에 일정간격으로 앵커볼트(330)를 설치하는 단계;
    (d) 기둥(11)과 보(12)의 접합부의 노출면(111)에 웨브(310)의 일측면에 일정간격으로 스터드(311)를 형성된 웨브(310)와 웨브(310)의 양단부에 평행하게 형성되는 플랜지(320)로 이루어지는 H형강(300)을 부착 설치하고, 보(12)의 노출면(111)에 H형강(300)의 양단부에 제진댐퍼(400)와, 제진댐퍼(400)의 외측면에 H형강(300)을 차례로 부착 설치하되,
    H형강(300)의 스터드(311)와 앵커볼트(330)가 마주보도록 하고 노출면(111)과 일정간격 이격되어 채움재 타설공간(340)을 형성하도록 플랜지(320)의 외측면에 강판 거푸집(350)을 고정 결합구성하여 H형강(300) 및 제진댐퍼(400)를 설치하는 단계;
    (e) 보강대상 기둥(11)과 보(12)의 접합부 및 보(12)의 노출면(111)과 H형강(300)의 웨브(310)사이의 채움재 타설공간(340)에 채움재(60)를 타설하는 단계;
    (f) 기둥(11)과 보(12)의 접합부를 제외하고 덮도록, 보강대상 기둥(11)의 노출면(111)과의 사이에 채움재 타설공간(50)을 형성하면서 제1 영구거푸집(40a)을 연결부재(20)에 결합하는 단계;
    (g) 보강대상 기둥(11)과 보(12)의 접합부 노출면(111)과의 사이에 채움재 타설공간(50)을 형성하면서 기둥(11)과 보(12)의 접합부 노출면(111)을 덮도록 연결부재(20)에 제1 영구거푸집(40a)와 동일한 단면을 갖는 제2 영구거푸집(40b)을 결합하는 단계; 및
    (h) 제1 영구거푸집(40a) 및 제2 영구거푸집(40b) 사이의 채움재 타설공간(50)에 채움재를 타설하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    (f) 단계 및 (g) 단계에서,
    제1 영구거푸집(40a) 및 제2 영구거푸집(40b)은 바닥판(41) 및 바닥판(41)의 양단에서 수직하게 연장된 측벽판(42)으로 이루어져 U자형 단면으로 구성되고,
    양측 측벽판(42)이 종방향부재(21a,21b)의 고정판(212) 외측면에 맞닿아 결합되는 것을 특징으로 하는 단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    (b) 단계에서,
    연결부재(20)의 종방향부재(21a,21b)는 고정판(212)의 일단에서 기초판(211)과 반대방향으로 기초판(211)과에 평행하게 연장되는 수평판(217)이 추가로 구성되어 'Z'자형 단면형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    (f) 단계 및 (g) 단계에서,
    제1 영구거푸집(40a) 및 제2 영구거푸집(40b)은 바닥판(41) 및 바닥판(41)의 양단에서 수직하게 연장된 측벽판(42)과 측벽판(42)의 단부에서 바깥쪽으로 바닥판(41)과 수평하게 연장된 접합판(43)으로 이루어지며,
    양측 접합판(43)의 하부면이 종방향부재(21a,21b)의 수평판(217) 상면에 맞닿아 결합되는 것을 특징으로 하는 단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법.
  5. 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    (g) 단계에서,
    제2 영구거푸집(40b)은 +자 형상의 평면을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단면증설에 의한 기존 철근콘크리트 모멘트골조 건축물의 내진보강방법.
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