KR101600531B1

KR101600531B1 - 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조

Info

Publication number: KR101600531B1
Application number: KR1020140170403A
Authority: KR
Inventors: 우종열
Original assignee: 우종열
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-03-07

Abstract

본 발명은 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 콘크리트가 충전되어 이루어지는 기초 파일의 외면에 1개 또는 다수의 전단키를 형성시킴으로써, 주변 연질암반과 기초 파일의 마찰력 및 반력을 극히 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 기초 파일의 직경을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 암반의 굴토 공정 등이 용이해지도록 하면서도 견고한 지지력을 구현할 수 있도록 하며, 아울러, RCD 또는 PRD 공법에 적용되는 기둥 부재로써 CFT 기둥(Concrete Filled Steel Tubular Column)을 적용하여 강관과 콘크리트의 합성작용(강관 내부에 콘크리트가 구속)에 의해 강재량의 절감, 시공성의 향상, 공기단축, 기둥 크기 축소에 따른 공간활용도의 증대 및 그 강성 및 내력을 향상시킬 수 있도록 하며, 이로 인해 탑다운 시공에 대한 우수한 적용성을 가지도록 하고, 더욱이, 기초 파일의 내부에 상기 CFT 기둥을 삽입함에 있어, CFT 기둥의 접합부 외면에 1개 또는 다수의 전단키를 형성시킴으로써, 기초 파일 및 콘크리트와의 마찰력 및 반력을 극히 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 그 강성 및 내력을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는, 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조에 관한 것이다.

Description

탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조{THE STRUCTURE OF GROUND PILE AND COLUMN FOR TOP―DOWN STYLE CONSTRUCTION METHOD}

본 발명은 RCD 또는 PRD 공법에 적용되는 기초 파일의 외면에 1개 또는 다수의 전단키를 형성시키고, 상기 기초 파일의 내부에 삽입되는 기둥부재로써 CFT 기둥을 적용하되, 상기 CFT 기둥의 접합부 외면에도 1개 또는 다수의 전단키를 형성시킨 것을 특징으로 하는, 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 건물의 지하층 구조물을 구축하는 방식으로는 종래로부터 여러 시공법이 개발되어 있으며 이를 분류하는 방식도 여러 가지가 있을 수 있지만, 이들을 지하구조물을 구축 시공하는 방향에 따라 분류하면 크게 순타(順打)공법과 역타(逆打)공법으로 대별할 수 있다.

이 중, 역타 공법은 일명 탑다운(Top-Down) 공법이라고도 하는데, 이는 건축물의 지상고가 높아지고 이에 필요한 지하구조물이 깊어짐에 따라 지상층과 지하층을 동시에 완성할 수 있는 방법으로 고안된 공법으로서, 이러한 탑다운 공법의 기본 개념은 지하 터파기에 앞서 지하 외벽과 지하 기둥을 시공한 후 층별 터파기 작업과 함께 지하구조물을 병행 시공함으로써 스트러트나 어스앙카와 같은 별도의 지보공 없이 위에서 아래로, 즉 전통적인 순타 공법과는 반대 방향으로 지하층을 완성해 나가는 공법에 해당한다.

상기와 같은 역타 공법을 적용하게 되면, 지하층과 지상층 공사가 동시에 진행될 수 있기 때문에 공기 단축의 효과가 클 뿐 아니라, 1층 바닥에 직접 공사 차량이나 장비를 진입시켜 작업 공간으로 사용할 수 있으므로 부지가 협소한 공사에서도 원활한 시공이 가능하다는 장점이 있다. 아울러 상기와 같은 역타 공법의 경우, 건물 본 구조체를 횡토압에 대한 버팀대로 이용하면서 상층에서 하층으로 굴착과 구체 구축을 반복하여 시공하는 공법이므로 일반적인 개착식 공법에 비해 토류벽의 안정성이 높으며 주변 건물의 침하로 인한 민원 발생의 우려가 낮다는 장점을 가지고 있으며, 상기와 같은 탑다운 공법은 전술한 여러가지 장점들로 인해 최근 들어 대단면/대심도 굴착을 요하는 도심 공사나 지질이 좋지 않은 대지에 대한 공사 등을 중심으로 국내에서도 그 활용도가 점차로 높아지고 있는 추세이다.

한편, 상기와 같은 탑다운 공법에 따르면, 지하 구조물을 구축함에 있어 지하 터파기를 하지 않은 상태에서 기둥 부재를 지중에 설치하여 지하 기둥을 선시공한 다음, 1층 바닥 구조체를 완성한 후 그 하부 지반을 굴착해 나가는 방식에 따라 시공이 이루어지게 되는데, 이때, 상기와 같이 설치되는 기둥 부재의 경우 기존의 탑다운공법에 의하면 주로 철골 형강 부재를 사용하는 것이 일반적이었다.

그런데, 일반적으로 지하층에 설치되는 기둥의 경우 구조적인 면에서 볼 때 지상 구조물을 포함한 건물 구조체의 전체 자중과 완공 후 사용 하중을 모두 지지하는 역할을 하게 되는바, 이러한 지하 기둥은 상기와 같은 연직 하중에 대해 충분한 지지력을 가질 수 있도록 상당히 큰 단면을 갖도록 설계되어야 한다. 따라서, 탑다운 공법에 있어 상기와 같이 대단면을 갖는 기둥 부재를 시공하기 위해서는 지중에 최소한 상기 기둥 부재 단면 크기 이상으로 대구경의 파일 삽입공을 천공하는 것이 불가피하며, 현재 이와 같은 대구경의 지반 천공이 가능한 공법으로는 RCD(Riverse Circulation Drill) 공법 또는 PRD(Percussion Rotary Drill) 공법 정도를 들 수 있다.

그러나, 상기와 같은 RCD 또는 PRD 공법의 경우 그 시공 속도가 매우 느리므로 하루에 작업할 수 있는 작업량이 2 ~ 3본 정도에 지나지 않아 시공 효율성이 매우 떨어질 뿐만 아니라 높은 작업 비용(RCD 공사 장비 가격 및 운행비용 등)으로 인해 전체적인 공사비용이 증가하는 문제가 있었으며, 이와 같이 RCD 또는 PRD 공법을 이용하여 기둥 부재를 설치하는 기존의 탑다운 공법의 경우 공사 기간 및 비용의 면에서 매우 큰 부담이 되고 있는 실정이었다.

또한, 일반적으로 탑다운 공법의 경우 지반의 상태가 좋지 않은 연약 지반에 적용되는 경우가 많은데, 이와 같이 연약지반에 설치되는 기둥 부재는 지하 기초만으로는 지지력이 부족한 경우 지지력 확보를 위해 기초 레벨 하부로 소정 깊이 이상 관입됨으로써 연약 지반에 대한 지지력 파일의 역할을 겸할 수 있도록 하고 있다.

그런데, 기존 탑다운 공법에 있어 기둥 부재로서 일반적으로 사용되고 있던 철골 H 형강의 경우 그 단면 형태상 선단 지지력에 의해서는 지지력을 발휘하기 어렵고 주로 파일과 토사 간의 주변 마찰력에 의해 그 대부분의 지지력이 발휘되는 특징이 있으며, 이에 따라 충분한 지지력 확보를 위해서는 주변 마찰력 증가를 위해 파일 심도가 상당히 깊어져야 하거나, 혹은 파일 선단부에 별도의 구근 콘크리트를 현장 타설에 의해 상당히 큰 크기로 형성하여야 하는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위하여, 특허문헌 1에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 스터드 볼트를 결합하여 주변 마찰력과 반력을 향상시키고자 하였다.

하지만 상기와 같은 스터드 볼트만으로는 마찰력 및 반력의 향상효과가 극히 미비할 뿐만 아니라 철골부재의 운반 또는 입설 과정에서 스터드 볼트에 변형이 일어나는 경우가 다수 발생하는 문제점이 있었다.

특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0041991호 "전단연결재로서의 철골구조용 스터드 볼트의 결합구조"

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콘크리트가 충전되어 이루어지는 기초 파일의 외면에 1개 또는 다수의 전단키를 형성시킴으로써, 주변 연질암반과 기초 파일의 마찰력 및 반력을 극히 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 기초 파일의 직경을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 암반의 굴토 공정 등이 용이해지도록 하면서도 견고한 지지력을 구현할 수 있도록 함을 과제로 한다.

아울러, RCD 또는 PRD 공법에 적용되는 기둥 부재로써 CFT 기둥(Concrete Filled Steel Tubular Column)을 적용하여 강관과 콘크리트의 합성작용(강관 내부에 콘크리트가 구속)에 의해 강재량의 절감, 시공성의 향상, 공기단축, 기둥 크기 축소에 따른 공간활용도의 증대 및 그 강성 및 내력을 향상시킬 수 있도록 하며, 이로 인해 탑다운 시공에 대한 우수한 적용성을 가지도록 함을 다른 과제로 한다.

더욱이, 기초 파일의 내부에 상기 CFT 기둥을 삽입함에 있어, CFT 기둥의 접합부 외면에 1개 또는 다수의 전단키를 형성시킴으로써, 기초 파일 및 콘크리트와의 마찰력 및 반력을 극히 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 그 강성 및 내력을 더욱 향상시킬 수 있도록 함을 또 다른 과제로 한다.

본 발명은 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조에 있어서, 기초 파일(100); 및 상기 기초 파일(100)의 내부에 삽입되는 기둥 부재(200);를 포함하여 구성되되, 상기 기초 파일(100)의 외면에 1개 또는 다수의 제 1 전단키(10)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조를 과제의 해결 수단으로 한다.

여기서, 상기 기둥 부재(200)는, CFT 기둥인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 CFT 기둥으로 이루어지는 기둥 부재(200)의 접합부 외면에 1개 또는 다수의 제 2 전단키(20)가 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 기둥 부재(200)와 제 2 전단키(20)의 접합부에 리브(21)가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 콘크리트가 충전되어 이루어지는 기초 파일의 외면에 1개 또는 다수의 전단키를 형성시킴으로써, 주변 연질암반과 기초 파일의 마찰력 및 반력을 극히 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 기초 파일의 직경을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 암반의 굴토 공정 등이 용이해지도록 하면서도 견고한 지지력을 구현할 수 있도록 하며, 아울러, RCD 또는 PRD 공법에 적용되는 기둥 부재로써 CFT 기둥(Concrete Filled Steel Tubular Column)을 적용하여 강관과 콘크리트의 합성작용(강관 내부에 콘크리트가 구속)에 의해 강재량의 절감, 시공성의 향상, 공기단축, 기둥 크기 축소에 따른 공간활용도의 증대 및 그 강성 및 내력을 향상시킬 수 있도록 하며, 이로 인해 탑다운 시공에 대한 우수한 적용성을 가지도록 하고, 더욱이, 기초 파일의 내부에 상기 CFT 기둥을 삽입함에 있어, CFT 기둥의 접합부 외면에 1개 또는 다수의 전단키를 형성시킴으로써, 기초 파일 및 콘크리트와의 마찰력 및 반력을 극히 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 그 강성 및 내력을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 특허문헌 1에 따른 기초 파일의 구조를 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조를 나타낸 사시도
도 3은 도 2의 분해사시도
도 4는 도 2의 단면도
도 5는 도 2의 기초 파일 및 기둥 부재에 대한 리브설치 상태를 나타낸 단면도

상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해사시도이며, 도 4는 도 2의 단면도이고, 도 5는 도 2의 기초 파일 및 기둥 부재에 대한 리브설치 상태를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 기초 파일(100) 및 기둥 부재(200)를 포함하여 구성된다.

상기 기초 파일(100)은 탑다운 공법 시, 연질암반에 굴토된 후 콘크리트 충전에 의해 형성되는 부재로써 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 그 외면에 1개 또는 다수(2개 이상 필요한 수만큼)의 제 1 전단키(10)가 형성되도록 굴토된 후 콘크리트가 충전된다.

따라서, 상기와 같은 제 1 전단키(10)로 인해 주변 연질암반과 기초 파일의 마찰력 및 반력을 극히 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 기초 파일의 직경을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 암반에 대한 굴토 공정 등이 용이해지도록 하면서도 견고한 지지력을 구현할 수 있게 된다.

상기 기둥 부재(200)는 탑다운 공법 시, 상기 기초 파일(100)의 내부에 삽입되어 기둥 역할을 하는 부재로써, CFT 기둥을 적용한다.

즉, 상기와 같이 CFT 기둥을 적용하여 강관과 콘크리트의 합성작용(강관 내부에 콘크리트가 구속)에 의해 강재량의 절감, 시공성의 향상, 공기단축, 기둥 크기 축소에 따른 공간활용도의 증대 및 그 강성 및 내력을 향상시킬 수 있도록 하며, 이로 인해 탑다운 시공에 대한 우수한 적용성을 가질 수 있게 된다.

아울러, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기둥 부재(200)의 접합부 외면에 1개 또는 다수(2개 이상 필요한 수만큼)의 제 2 전단키(20)를 형성시킴에 따라 기초 파일 및 콘크리트와의 마찰력 및 반력을 극히 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 그 강성 및 내력을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

아울러, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기둥 부재(200)와 제 2 전단키(20)의 접합부에도 리브(21)를 형성시킴으로써, 상기와 같은 효과를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 사용되는 기초 파일(100), 기둥 부재(200) 및 각 전단키(10, 20)는 수평 단면 형상이 원형, 사각형 및 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 특히 상기 제 2 전단키(20)의 경우 톱니 형태 등 마찰력과 반력을 향상시킬 수 있는 다양한 형태를 가질 수 있다.

한편 본 발명은 상기한 설명 및 도면에 따라 설명하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

100 : 기초 파일 10 : 제 1 전단키
200 : 기둥 부재 20 : 제 2 전단키
21 : 리브

Claims

탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조에 있어서,
기초 파일(100); 및 상기 기초 파일(100)의 내부에 삽입되는 기둥 부재(200);를 포함하여 구성되되,
상기 기초 파일(100)의 외면에 1개 또는 다수의 제 1 전단키(10)가 형성되고,
상기 기둥 부재(200)는, CFT 기둥이며,
상기 기둥 부재(200)의 접합부 외면에 1개 또는 다수의 제 2 전단키(20)가 형성되고,
상기 기둥 부재(200)와 제 2 전단키(20)의 접합부에 리브(21)가 형성되며,
상기 기초 파일(100), 기둥 부재(200), 제 1 전단키(10) 및 제 2 전단키(20)는 수평 단면 형상이 원형 또는 사각형으로 이루어지고, 상기 제 2 전단키(20)의 외주면은 톱니 형태를 가지는 것을 특징으로 하는, 탑다운 공법용 기초 파일 및 기둥 부재의 구조.
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