KR101623848B1 - 외부 부착형 철골프레임에 의한 개구부 내진 보강체 및 이를 이용한 내진 보강방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 골조에 형성되어 있는 개구부에 대한 내진 성능을 향상시키기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 건물의 외벽 및 콘크리트 보를 이용하여 좌,우의 보강빔 및 상,하의 몰탈수용부재를 앵글에 의해 장착 형성하는 것은 물론 상기 몰탈수용부재 내에는 스터드부재 및 용접철망을 삽입한 상태에서 고인성 몰탈을 채워 접합시킴에 따라,
건물의 외벽을 이용하여 장착되는 철골 프레임 및 콘크리트 보와 견고하게 접합되는 고인성 몰탈에 의해 건물의 개구부 및 비내력 벽체 등에 대한 내진 성능을 크게 향상시킬 수 있는 것이고, 기존 건물의 설치물 및 비내력 벽체와 창호 등을 제거 또는 해체하지 않은 상태서도 그대로 작업이 가능하므로 기존 건물을 그대로 사용하면서 공사를 진행할 수 있는 것이며, 시공기간이 매우 짧아지는 것은 물론 현저한 시공비의 절감이 이루어져 매우 경제적인 효과가 있는 것이다.

Description

외부 부착형 철골프레임에 의한 개구부 내진 보강체 및 이를 이용한 내진 보강방법 {Seismic retrofitting technique of framed building by external steel brace frame}

본 발명은 철근 콘크리트 골조에 형성되어 있는 개구부에 대한 내진 성능을 향상시키기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 건물의 개구부에 대하여 양측의 보강빔과 상,하의 몰탈수용부재를 이용하여 건물의 외면으로부터 개구부 주변의 내진 보강이 이루어질 수 있도록 함에 따라 기존 개구부의 시설물 등을 제거 및 해체하지 않고도 간편하고 신속하게 개구부에 대한 내진 보강이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 각종 건축물은 슬래브에 의한 층간 구분과 상기의 상,하 슬래브의 사이에 수직으로 세워지는 기둥으로 이루어져 있는 것이고, 건축물의 측면에는 기둥과 보에 의한 사각의 개구부를 형성하여 각종 창호를 설치하거나 조적식 채움벽체에 의한 비내력 벽체를 형성하게 된다.

이때의 창호는 건물의 내부공간을 외부와 차단시키기 위해 개구부에 설치되는 각종 창이나 문을 의미하는 것으로서 건축물에 있어 이러한 창호는 채광이나 실내 공기의 순환을 위해 필수적인 것이고, 건물의 시공시 벽체의 소정 위치에 사각의 개구부를 마련하여 상기 개구부에 이를 설치하게 된다.

또한, 창호의 종류나 크기 또는 설치 위치나 개수 등은 공기 조화나 실내의 보온 및 채광 등은 물론 건물에 가해지는 하중을 고려하여 적절히 설계되는 것이고, 보통 창호는 기둥과 기둥 사이의 벽체에 설치되므로 창호 자체에는 창호가 감당하지 못할 정도의 수직하중이 미치지는 않고 건물의 수직하중은 기둥이나 내력벽 등이 주로 담당하며 창호는 실내와 실외를 연결시켜 주는 역할을 담당하게 된다.

한편, 강풍이 건물에 몰아치거나 지진이 발생하는 경우 건물에는 수평방향의 하중이 가해지는데, 수평하중은 건물을 좌우로 흔드는 하중으로서 건물을 쉽게 붕괴시키게 되는 것이고 지진 발생시 붕괴되는 건물이나 교량 등은 대부분 수평하중에 의한 것이다.

또한, 상기의 수평하중은 건물의 창호 및 비내력벽에 집중되어 창호 및 조적식 벽체를 매우 쉽게 파괴시키는 것으로, 가령 지진에 의한 건물의 붕괴시 창호가 위치한 벽체는 상대적으로 취약한 구조의 창호 및 개구부로 이루어져 있으므로 지진 발생시 벽체가 먼저 무너져 내려 실내에 갇힌 사람들이 빠져나오지 못하게 되는 것이다.

이에 따라 근자에 들어서는 상기와 같이 충분한 내진 설계가 이루어지지 못한 건물에 대하여 각 개구부에 대한 내진 보강 공사를 수행하고 있는 것으로 지진 발생시 수평하중에 의한 벽체의 파괴 및 붕괴를 방지하고자 하는 것이다.

이러한 각 개구부에 대한 내진 보강 방법으로는 구조물의 수평 및 수직부재의 보강을 통하여 변형능력을 향상시켜 지진하중 작용시 쉽게 무너지지 않고 버틸 수 있도록 철근 콘크리트 기둥에 아라미드(탄소) 섬유시트를 감싸 주어 에너지 소산능력을 키워 주어 쉽게 붕괴되지 않도록 하는 연성증진 보강방법이 있고, 구조물의 수직 및 수평부재의 보강을 통하여 내력을 증가시켜 지진하중 작용시 큰 힘에 저항하도록 하는 강성 증진 보강방법이 있으며, 강재 프레임에 댐퍼를 설치하여 강재 프레임은 강성보강을 하고 댐퍼는 에너지 흡수를 통한 연성보강을 하여 구조물의 내력 및 연성을 향상시키는 강성 및 연성증진 보강방법이 있는 것이다.

즉, 등록특허 제10-1000206호의 내진성능을 갖는 창호시스템의 경우 수평하중에 의해 소성 변형하며 특히 소성 변형하는 동안 내력이 계속적으로 상승하면서 안정된 이력특성을 가져 파단 직전까지 창호시스템을 안정적으로 유지시킬 뿐만 아니라 창호시스템의 댐퍼가 지진에너지를 흡수하여 건물 구조체의 손상방지 및 내진성능 향상을 위한 기능을 수행할 수 있고, 또한 시공성이 일반 창호와 같이 건물 시공시 신규로 설치하거나 기존 창호를 떼어내고 그 자리에 설치도 가능한 특징의 내진성능을 갖는 창호시스템이 안출된 바 있다.

또한, 등록특허 10-1161785호 역시 창틀 내부에 브레이스와 연결플레이트 및 댐퍼를 갖는 창호시스템을 구성함에 따라 상기 창호시스템에 의해 지진 발생시 창호시스템을 안정적으로 유지시킬 수 있도록 한 내진성능을 갖는 일체형 창호시스템이 안출된 바 있는 것이다.

그러나, 기존의 개구부에 대한 내진 보강 방법은 개구부 내측의 창호 등을 해체 및 제거한 후 해당 개구부 내측에 대한 골조 프레임 등에 의한 보강 작업을 수행한 상태에서 골조 프레임 내측부를 이용하여 다시 창호를 설치하거나 마감 및 비내력 벽체를 시공하는 과정을 거치게 되므로 작업이 매우 복잡하면서도 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점을 갖고 있는 것이다.

즉, 기존의 내진 보강 방법은 골조 프레임의 설치를 위해 기존의 창호는 물론 인접 벽체 및 마감 부분을 모두 제거한 상태에서 완전히 개방된 개구부 내에 철골 프레임 등을 삽입 및 철근 콘크리트 골조와 철골 프레임 간의 접합 고정 작업을 수행한 상태에서 상기 철골 프레임 내에 다시 축소된 형태의 창호를 새롭게 제작하여 삽입하는 과정을 거치는 것은 물론 창호 이외의 부분에는 조적식 채움벽체 및 마감 작업을 추가로 수행하여야 하는 것이다.

이 때문에 기존의 내진 보강 방법은 시간이 매우 많이 소요되는 것은 물론 시공비가 매우 비싸고 보강 작업 역시 매우 복잡하고 어려운 것이며, 많은 개체에 대한 용접 작업이 필요하므로 안전 사고의 우려도 매우 큰 것이 사실이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 건물의 외벽 및 콘크리트 보를 이용하여 좌,우의 보강빔 및 상,하의 몰탈수용부재를 앵글에 의해 장착 형성하는 것은 물론 상기 몰탈수용부재 내에는 스터드부재 및 용접철망을 삽입한 상태에서 고인성 몰탈을 채워 접합시킴에 따라,

기존의 설치물 등을 제거하지 아니한 상태에서 그대로 현장에서 장착 및 시공할 수 있어 시공비의 절감 및 시공기간을 단축시킬 수 있는 것이고, 보강 작업 중에도 기존 건물을 그대로 사용할 수 있으며, 우수한 내진 성능의 향상을 기대할 수 있는 특징의 외부 부착형 철골프레임에 의한 개구부 내진 보강체 및 이를 이용한 내진 보강방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 건물의 외부에서 개구부의 좌,우에 배치되는 보강빔과, 상기 보강빔의 상,하단에 위치하여 건물의 콘크리트 보에 접합되게 한 몰탈수용부재로 구성되고,

상기 보강빔은 앵글에 의해 건물의 기둥에 고정되고, 상기 몰탈수용부재는 내부로 주입되는 고인성 몰탈에 의해 상기 콘크리트 보에 접합되도록 구성하여 이루어지는 것이다.

본 발명은, 건물의 외벽을 이용하여 장착되는 철골 프레임 및 콘크리트 보와 견고하게 접합되는 고인성 몰탈에 의해 건물의 개구부 및 비내력 벽체 등에 대한 내진 성능을 크게 향상시킬 수 있는 것이고, 기존 건물의 설치물 및 비내력 벽체와 창호 등을 제거 또는 해체하지 않은 상태서도 그대로 작업이 가능하므로 기존 건물을 그대로 사용하면서 공사를 진행할 수 있는 것이며, 시공기간이 매우 짧아지는 것은 물론 현저한 시공비의 절감이 이루어져 매우 경제적인 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 시공방법에 적용되는 철골 프레임에 대한 전체 개략도
도 2는 본 발명에 따른 시공방법에 적용되는 철골 프레임에 대한 분리 사시도
도 3은 본 발명에 의한 철골 프레임이 시공된 상태의 건물 정면도
도 4는 본 발명에 의한 철골 프레임이 시공된 상태의 건물 측단면도
도 5는 본 발명에 의한 철골 프레임이 시공된 상태의 건물 평단면도
도 6은 도 3에서의 "C"부분에 대한 확대도
도 7은 도 3에서의 "D"부분에 대한 확대도
도 8은 도 4에서의 "E"부분에 대한 확대도
도 9는 도 4에서의 "F"부분에 대한 확대도
도 10은 도 4에서의 "G"부분에 대한 확대도

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 시공방법에 적용되는 철골 프레임에 대한 전체 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 시공방법에 적용되는 철골 프레임에 대한 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 철골 프레임이 시공된 상태의 건물 정면도, 도 4는 본 발명에 의한 철골 프레임이 시공된 상태의 건물 측단면도, 도 5는 본 발명에 의한 철골 프레임이 시공된 상태의 건물 평단면도이다.

도시와 같이 본 발명에 따른 내진 보강체는 좌,우 양측에 세워 설치되는 한 쌍의 보강빔(10)(10')과 이들 보강빔(10)(10')의 상,하단에 횡방향으로 고정 형성되는 한 쌍의 몰탈수용부재(20)(20')에 의해 이루어지는 것으로, 이들 보강빔(10)(10')과 몰탈수용부재(20)(20')의 연결에 의한 전체적으로 사각의 틀체 형태를 갖게 된다.

또한, 상기의 사각 틀체 내측으로는 대각선 상으로 브레이싱 부재(50)가 삽입 형성되는 것으로 상기 브레이싱 부재(50)를 통해 본 발명의 내진 보강체에 대한 강성 증진이 향상될 수 있게 된다. 이때, 상기의 브레이싱 부재(50)는 단일 개체를 대각선 형태로 배치할 수도 있을 것이고 필요에 따라서는 "K"자 형태 혹은 "X"자 형태 및 "T"나 "ㅠ" 및 "Y"자의 형태로도 적용시킬 수 있는 것으로 다양한 가변성을 갖고 있는 것이다.

또한, 상기 몰탈수용부재(20)(20')는 일측부가 개방되어 있고 상부에는 다수의 몰탈주입구(21)이 형성되어 있는 것으로, 상기 몰탈주입구(21)을 통해 내부에 고인성 몰탈을 주입시킬 수 있도록 만들어져 있는 것이다.

이에 따라, 상기 사각 틀체 형태로 된 내진 보강체를 건물의 개구부 외부에 밀착하여 별도의 앵글을 통해 고정 형성하면 되는 것으로, 상기의 앵글(30)(30')은 금속판재를 "ㄱ"자 형태로 절곡 형성하여 일측은 상기 보강빔(10)(10')에 체결되게 하고 타측은 건물의 기둥(110)에 체결되도록 함에 따라 다수의 앵글(30)(30')에 의해 본 발명의 내진 보강체는 건물의 외부에 견고하게 고정 설치될 수 있는 것이다.

이어, 상기 내진 보강체가 건물의 외부에 고정 설치된 상태에서 상,하측의 몰탈수용부재(20)(20') 내에 고인성 몰탈을 주입시킴에 따라 상기 고인성 몰탈의 경화에 의해 몰탈수용부재(20)(20')는 강력한 강성을 얻게 되는 것은 물론 상기 몰탈수용부재(20)(20')가 위치하고 있는 콘크리트 보(100)에 견고하게 접합되므로 결과적으로 건물의 개구부 주변에 대하여 견고하고 강력한 내진 보강이 이루어지게 되는 것이다.

특히, 상기의 몰탈수용부재(20)(20')의 내측에는 횡방향으로 복수 개의 스터드부재(23)(23')가 돌출 형성되어 있어 상기 몰탈수용부재(20)(20')와 고인성 몰탈(40) 간의 결합력이 증대되도록 한 것이고, 상기 몰탈수용부재(20)(20')의 내측에 단일 혹은 복수의 개수를 갖고 삽입되는 용접철망(24)(24')은 고인성 몰탈의 균열발생을 억제시키는 동시에 상호 부재 간의 결합력을 증대시키게 되는 것이다.

여기서, 상기의 용접철망(24)(24')은 격자형 철망 구조를 갖고 있을 수도 있고 필요에 따라서는 나선형 와이어를 이용하여 만들어진 철망 구조를 갖고 있을 수도 있는 것으로, 재질 및 형상에 구애 없이 기본적으로 메쉬 형태를 갖고 있으면 어떠한 것이든 적용 가능할 것이다.

이와 같은 본 발명의 내진 보강체는 건물의 개구부에 대하여 최하층으로부터 최상층에 이르기까지 순차적으로 내진 보강체를 연속하에 설치할 수 있는 것으로, 상층과 하층이 연속하는 경우 상기 내진 보강체가 상,하로 연접되도록 설치하면 되는 것인데, 상층 내진 보강체의 하측 몰탈수용부재(20')는 하부를 개방 형성함에 따라 상측 내진 보강체의 하측 몰탈수용부재(20')로 몰탈을 주입하게 되면 하층 내진 보강체의 상측 몰탈수용부재(20')의 내부까지 일시에 고인성 몰탈이 주입될 수 있는 것이다.

이때, 상기 몰탈수용부재(20)(20')의 경우 상측 몰탈수용부재(20)는 개방측 하단이 콘크리트 보(100)의 저면과 밀착되도록 연장부(22)가 형성되어 있고, 하측 몰탈수용부재(20')는 개방측 상단이 콘크리트 보(100)의 상면과 밀착되도록 연장부(22')가 돌출 형성되어 있으므로, 결국 이들 연장부(22)(22')를 이용하여 개구부에 내진 보강체를 삽입시켜 임시로 거치시켜 놓을 수 있는 것이고, 이와 같은 상태에서 앵글(30)(30')을 이용하여 견고하게 체결 고정시키면 되는 것이다.

이에 따라 본 발명의 내진 보강체는 도 6 및 도 7의 도시와 같이 개구부의 외부에 견고하게 밀착 고정된 상태를 유지할 수 있어 해당 개구부에 대한 강력한 내진 보강 상태를 연출하게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명의 내진 보강체를 이용한 건물의 내진 보강 방법을 단계별로 상세히 설명하면, 우선 각층의 개구부 주변 즉, 양측 기둥(110)과 상,하의 콘크리트 보(100)에 앵커볼트(120)(120')를 일정 간격으로 삽입 및 고정시켜 놓는 단계를 수행한다.

이어, 상기 콘크리트 보(100)에 고정되어 있는 앵커볼트(120)(120')에는 용접철망(24)(24')을 끼워 넣어 콘크리트 보(100)의 전체에 횡방향으로 용접철망(24)(24')이 위치하도록 하는 단계를 수행하면 된다.

이후, 보강빔(10)(10')과 몰탈수용부재(20)(20')에 의해 사각 틀체로 된 내진 보강체를 각각의 개구부에 끼워 넣으면 되는 것으로 상기 내진 보강체는 상,하의 몰탈수용부재(20)(20')로부터 돌출된 연장부(22)(22')를 갖고 있으므로 상기의 연장부(22)(22')가 상,하의 콘크리트 보(100) 사이에 밀착 상태로 끼워지면서 상기 내진 보강체에 대한 임시 거치 고정이 이루어질 수 있는 것이다.

이와 같이 내진 보강체가 삽입된 상태에서 별도로 구비된 앵글(30)(30')을 이용하여 상기 보강빔(10)(10')을 건물의 기둥(110)에 견고하게 체결하면 되는 것으로 상기의 앵글(30)(30')에는 다수의 체결공(31)(31')이 관통 형성되어 있으므로 이들 체결공(31)(31') 및 앵커볼트(120)(120')를 이용하여 상기의 앵글(30)(30')이 기둥(110)에 견고하게 고정될 수 있도록 하고 상기 앵글(30)(30')과 보강빔(10)(10')은 체결볼트 및 체결너트의 나사 결합을 통해 상호 견고하고 강력한 결합이 이루어질 수 있도록 하면 되는 것이다.

이렇게 각 개구부에 대하여 본 발명의 내진 보강체가 삽입 및 장착되면 상,하층 간의 내진 보강체는 서로 상,하단이 연접된 상태를 연출하게 되는 것인데, 상층에 위치하고 있는 내진 보강체의 하단 몰탈수용부재(20')는 하층에 위치하고 있는 내진 보강체의 상단 몰탈수용부재(20)가 수직방향으로 연접한 상태가 연출되는 것이다.

이에, 상층 내진 보강체의 하측 몰탈수용부재(20')의 경우 하단을 개방시키고, 하층 내진 보강체의 상측 몰탈수용부재(20)의 경우 상단을 완전 개방시킨 후 이들을 수직 방향으로 연접시킨 후 상,하 몰탈수용부재(20)(20')의 연접부를 용접에 의해 일체로 접합시키는 작업을 추가로 수행할 수 있을 것이다.

이러한 추가 작업을 통해 서로 연접된 몰탈수용부재(20)(20')는 내부가 서로 연통되어 있으므로 상측 몰탈주입구(21)를 통해 고인성 몰탈을 주입하게 되면 동시에 몰탈이 충전되면서 콘크리트 보(100)에 접합되므로 작업 시간의 단축은 물론 단면 보강을 통해 더욱 강력한 내진 보강 상태를 연출할 수 있는 것이다.

특히, 상기 몰탈수용부재(20)(20')는 내부 측면에 횡방향으로 돌출된 다수의 스터드 부재(23)(23')를 갖고 있어 상기 스터드 부재(23)(23')에 의해 고인성 몰탈(40)과 몰탈수용부재(20)(20') 간의 결합력을 증대시킬 수 있는 것이고, 상기 스터드 부재(23)(23')에 추가로 용접철망(24)(24')을 끼워넣게 되면 상기 용접철망(24)(24')에 의해 고인성 몰탈의 연성 증대 및 강도 증대를 꾀할 수 있는 것이다.

따라서, 건물의 각 층별 개구부에 대하여 내진 구조체를 순차적으로 고정 및 연결 작업을 수행하게 되면 각기, 도 8 내지 도 10의 도시와 같은 단면을 갖게 될 것이고, 각각의 몰탈수용부재(20)(20') 내측으로 고인성 몰탈(40)을 주입함에 따라 각 개구부는 강력한 내진 보강 상태를 얻을 수 있는 것이다.

이로써 본 발명은 기존 개구부 혹은 창호 설치부 혹은 비내력 벽체에 대하여 기존 시설물 등을 전혀 이동시키거나 제거 또는 해체하지 않고 건물의 외부에서 밀착 고정시키는 방법을 통해 해당 보강 필요부에 대한 강력하고 효과적인 내진 보강이 이루어질 수 있도록 하는 것이며, 건물의 외부에 설치 작업 모두를 수행할 수 있으므로 건물 내부를 종래와 같이 그대로 사용할 수 있는 것은 물론 작업 시간의 단축 및 시공 비용의 절감이 가능하므로 매우 경제적인 것이다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10,10' : 보강빔
20,20' : 몰탈수용부재 21 : 몰탈주입구
22,22' : 연장부 23,23' : 스터드부재
24,24' : 용접철망
30,30' : 앵글 31,31' : 체결공
40 : 고인성 몰탈
50 : 브레이싱 부재
100 : 콘크리트 보
110 : 기둥
120,120' : 앵커볼트

Claims (10)

1. 건물의 외부에서 개구부의 좌,우에 배치되는 보강빔(10)(10')과, 상기 보강빔(10)(10')의 상,하단에 위치하여 건물의 콘크리트 보(100)에 접합되게 한 몰탈수용부재(20)(20')로 구성되고, 상기 보강빔(10)(10')은 앵글(30)(30')에 의해 건물의 기둥(110)에 고정되고, 상기 몰탈수용부재(20)(20')는 내부로 주입되는 고인성 몰탈(40)에 의해 상기 콘크리트 보(100)에 접합되도록 구성한 외부 부착형 철골프레임에 의한 개구부 내진 보강체에 있어서,
   상기 몰탈수용부재(20)(20')는 콘크리트 보(100)를 향하여 일측이 개방되고 상부에는 몰탈주입구(21)가 형성되며, 상부 몰탈수용부재(20)의 개방측 하단과 하부 몰탈수용부재(20')의 개방측 선단에는 각기 콘크리트 보(100)의 저면과 상면에 밀착되게 한 연장부(22)(22')를 돌출 형성하여 구성함을 특징으로 하는 외부 부착형 철골프레임에 의한 개구부 내진 보강체.
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