KR101657481B1 - 조적식 채움벽체의 내진 보강체 및 이를 이용한 내진 보강방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 골조에 형성되어 있는 조적식 채움벽체에 대한 내진 성능을 향상시키기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 조적식 채움벽체의 양면부에 천공이 된 보강판을 밀착 형성하되, 상기 양측의 보강판은 서로 연결 고정되는 것은 물론 각각의 보강판의 상,하단은 철근 콘크리트 골조의 보에 브라켓을 통해 견고하게 밀착 접합되도록 구성함에 따라,
조적식 채움벽체와 같은 비내력벽체에 대하야 전,후방향은 물론 횡방향으로의 구속이 이루어지는 것은 물론 천공부의 모양과 크기 및 배열 등을 다양하게 가변함에 따라 조적식 채움벽체의 연성과 강성을 동시에 증진시킬 수 있어 내진 성능을 크게 향상시킬 수 있는 것이고, 천공강판과 기존 콘크리트 보와의 결속을 견고하고 용이하게 형성시킬 수 있어 우수한 시공성은 물론 경제성을 확보할 수 있는 것이며, 천공강판으로 인해 지나친 과대 강성 보강을 방지할 수 있어 기초부분의 응력집중을 해소하는 동시에 연성 증진 효과를 함께 연출할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Description

조적식 채움벽체의 내진 보강체 및 이를 이용한 내진 보강방법 {Seismic reinforcement structure and retrofitting method of infilled masonry wall with hollow steel plate}

본 발명은 철근 콘크리트 골조에 형성되어 있는 조적식 채움벽체에 대한 내진 성능을 향상시키기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 비내력벽체인 조적식 채움벽체의 양면에 각기 천공된 형태의 보강판을 밀착시키고 상기 양측의 보강판은 상호 연결 고정 및 보강판에 대한 상,하부 접합 고정을 통한 횡방향 구속에 의해 채움벽체를 포함한 건물 전체에 작용하는 강성 및 연성 증진 효과로 인해 지진 하중에 대한 내진 성능이 향상되도록 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 설치하게 된다.

또한, 상기의 개구부에는 창호를 설치하기도 하나 필요에 따라 벽돌의 조적을 통한 채움벽체를 형성하기도 하는 것으로 상기의 채움벽체는 공간의 구획 및 차단을 위해 공사 현장에서 다양하게 적용되기도 하고, 외벽 또는 내벽에 대한 마감이나 장식을 위해 부분적으로 사용되기도 한다.

특히, 기존의 건물 중 대부분은 기둥과 보에 의해 지지되는 라멘식 구조를 갖고 있는 것으로, 라멘식 구조의 건물의 벽체는 대부분 비내력벽인 조적식 채움벽체로 구성되어 있는 것으로 조적식 채움벽체는 내진 설계가 전혀 적용되어 있지 아니한 문제점을 갖고 있는 것이다.

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.

근래 우리나라 근접 국가에서 자주 발생되고 있는 지진과 그로 인한 막대한 인명과 재산상의 피해사례를 보면 우리나라도 결코 지진으로부터 안전하다고 할 수 없을 것이고, 국내의 기존 건축물의 80% 이상이 지진에 무방비한 실정이라고 할 수 있는데 학교 건물의 경우 더욱 열악하다고 할 수 있을 것이다,

또한, 상기의 수평하중은 건물의 개구부에 집중되어 창호 혹은 채움벽체를 매우 쉽게 파괴시키는 것으로, 가령 지진에 의한 건물의 붕괴시 창호 및 채움벽체가 위치한 벽체는 상대적으로 취약한 구조이므로 지진 발생시 해당 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 개구부 및 채움벽체에 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.

또한, 채움벽체에 대한 내진 보강구조 및 방법으로는 등록특허 제10-1089322호의 기설 조적벽체의 비철거형 친환경 내진보강공법과 같이 고인성 복합체를 조적벽체에 도포하여 고인성 복합체로 인해 조적식 채움벽체에 대한 내진성능을 향상시키고자 한 바 있고, 공개특허 제2011-0018009호와 같이 고인성 시멘트 복합 패널을 조적식 채움벽체의 표면에 밀착 시공함에 따라 내력벽이나 비내력벽을 보강하는 구조가 안출된 바 있다.

또한, 등록특허 제10-1090314호의 경우 벽돌벽체의 양측에 절곡패널을 밀착 시공함에 따라 조적조에 대한 보강이 이루어지는 것은 물론 콘크리트에 의해 벽돌벽체와 절곡패널이 합성되도록 하여 지진 하중에 대한 저항 성능이 크게 증대되도록 안출된 바 있는 것이다.

그러나, 기존의 조적식 채움벽체에 대한 내진 보강구조 및 보강방법은 벽체의 외벽에 고인성 복합체를 도포하거나 패널을 접합 고정하는 방법으로 이루어져 있으므로 조적식 채움벽체 자체의 강성은 증진되었으나 채움벽체와 철근 콘크리트 골조와의 결합성이 떨어져 지진 발생시 수평하중이 실질적으로 고인성 복합체를 포함한 채움벽체에 그대로 전달되면서 채움벽체가 붕괴되는 경우가 빈번하게 발생하고 있는 것이다.

특히, 고인성 복합체를 벽체에 도포하여 보강하는 방식은 고인성 복합체를 일정한 두께로 도포하기가 매우 어렵고 도포량에 따라 부분적으로 내진 성능의 차이가 발생할 수 있는 것은 물론 도포 표면에 대한 추가의 마감 작업을 수행하여야 하는 문제점을 갖고 있는 것이다.

또한, 고인성 시멘트 복합 패널을 접합하는 형태 역시 철근 콘크리트 골조와의 접합성이 떨어져 박리 가능성이 매우 큰 것은 물론 지진에 의한 수평하중을 콘크리트 골조로 전달하는 역할을 전혀 수행하지 못하는 것이고, 오히려 조적식 채움벽체에 대한 중량만 가중시켜 수평하중에 대한 부하를 증가시키는 원인으로 작용하고 있는 폐단이 있는 것이다.

특히, 절곡패널 및 콘크리트에 의한 내진 보강방법의 경우 작업이 매우 오랜 시간이 소요되는 것은 물론 많은 비용을 지출하여야 하는 것이므로 매우 비경제적인 것이고, 시공 대상 벽체의 길이가 긴 경우에는 측면에서 작용하는 진동에 대비할 수 없는 것이고 전면과 후면만으로는 강도를 향상시키는데 한계가 있어 완전하게 방진효과를 갖을 수 없는 것이고, 벽체의 두께가 불필요하게 두꺼워져 실내,외 가용공간을 침해하는 문제점을 갖고 있어 지극히 비효율적인 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 조적식 채움벽체의 양면부에 천공이 된 보강판을 밀착 형성하되, 상기 양측의 보강판은 서로 연결 고정되는 것은 물론 각각의 보강판의 상,하단은 철근 콘크리트 골조의 보에 브라켓을 통해 견고하게 밀착 접합되도록 구성함에 따라,

조적식 채움벽체에 대한 횡구속을 통해 수평하중으로부터의 연성 증진 및 강성 증진이 이루어질 수 있도록 하는 것은 물론 천공 상태의 보강판은 과대한 강성 보강 현상으로 인한 기초부분의 응력집중을 방지하고 연성 증진 효과를 향상시킬 수 있는 특징을 갖는 조적식 채움벽체의 내진 보강체 및 이를 이용한 내진 보강방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상,하단에 동일 방향으로 절곡된 고정부를 갖는 금속판재로 된 보강판이 구비되고, 상기 보강판에는 반복의 천공부가 형성되며, 상기 고정부에는 절곡브라켓이 결합되도록 하여, 상기 절곡브라켓 및 앵커볼트에 의해 상기 고정부가 콘크리트 보에 밀착 고정되도록 구성하여 이루어지는 것이다.

본 발명은, 조적식 채움벽체와 같은 비내력벽체에 대하야 전,후방향은 물론 횡방향으로의 구속이 이루어지는 것은 물론 천공부의 모양과 크기 및 배열 등을 다양하게 가변함에 따라 조적식 채움벽체의 연성과 강성을 동시에 증진시킬 수 있어 내진 성능을 크게 향상시킬 수 있는 것이고, 천공강판과 기존 콘크리트 보와의 결속을 견고하고 용이하게 형성시킬 수 있어 우수한 시공성은 물론 경제성을 확보할 수 있는 것이며, 천공강판으로 인해 지나친 과대 강성 보강을 방지할 수 있어 기초부분의 응력집중을 해소하는 동시에 연성 증진 효과를 함께 연출할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 내진 보강체의 전체 분리 사시도
도 2는 본 발명에 따른 내진 보강체가 적용된 시공 상태 예시도
도 3은 본 발명에 따른 내진 보강체가 적용된 시공 벽체의 측단면도
도 4는 본 발명에 따른 내진 보강체가 적용된 시공 벽체의 요부 확대 단면도
도 5는 본 발명에 따른 내진 보강체의 다른 실시예를 보인 시공 예시도
도 6은 본 발명에 따른 내진 보강체의 또 다른 실시예를 보인 시공 예시도

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 내진 보강체의 전체 분리 사시도이다.

도시와 같이 본 발명에 따른 내진 보강체는, 고장력 강판 등을 이용한 보강판(10)과 상기 보강판(10)의 상,하 측에 결합되는 절곡브라켓(20)(20')에 의해 이루어지는 것으로, 상기의 보강판(10)은 조적식 채움벽체의 상,하 높이와 동일한 높이를 갖고 있는 것이고, 좌우 방향으로는 내진 보강량에 따라 채움벽체의 전체 폭과 동일하게 제작되거나 일정 폭으로 된 보강판(10)을 연속 혹은 간헐 설치할 수 있도록 만들어지게 된다.

이와 같은 보강판(10)은 각기 상,하단에 동일 방향으로 절곡된 고정부(11)(11')가 형성되어 있는 것으로서 상기의 고정부(11)(11')로 인해 보강판(10)은 전체적으로 "ㄷ"자의 형태를 갖게 된다.

또한, 상기 보강판(10)에는 전체적으로 육각형 혹은 원형이나 사각형 등 다양한 모양과 크기를 갖는 천공부(12)(12')가 형성되어 있는 것이고, 보강판(10)에는 복수의 연결공(14)(14')이 전체적으로 관통 형성되어 있는 것이며, 상기 고정부(11)(11')에는 일정 간격으로 된 슬릿체결공(13)(13')이 형성되어 있는 것이다.

이때, 상기의 천공부(12)(12')는 보강판(10)의 전체 중량을 감소시키는 역할도 하지만 보다 근본적으로는 기존과 같은 과대 강성 보강으로 인한 기초부분의 응력집중 현상을 방지하는 동시에 보강판(10) 자체에 연성을 증진시키는 역할을 하게 된다. 또한, 상기의 연결공(14)(14')은 조적식 채움벽체의 양면에 상기 보강판(10)을 밀착시킨 상태에서 이들 보강판(10)을 서로 연결 고정하기 위해 필요한 것이고, 상기 슬릿체결공(13)(13')은 상기의 보강판(10)을 콘크리트 보에 견고하게 밀착 접합시키기 위한 것이다.

특히, 상기의 보강판(10)은 절곡브라켓(20)(20')을 이용하여 더욱 견고하게 콘크리트 보에 대한 접합 시공이 이루어질 수 있는 것인데, 상기 절곡브라켓(20)(20')은 "L"자 형태로 된 금속판재로서 콘크리트 보의 측면에 밀착되는 방향으로는 설치공(21)(21')이 다수 관통 형성되어 있고 상기 보강판(10)의 고정부(11)(11')를 향하는 방향으로는 슬릿결합공(22)(22')이 관통 형성되어 있는 것이다.

이에 상기 설치공(21)(21')은 상기 절곡브라켓(20)(20')을 콘크리트 보에 직접 고정하는 역할을 수행하게 되는 것이고, 상기 슬릿결합공(22)(22')은 보강판(10)의 고정부(11)(11')와 함께 절곡브라켓(20)(20')이 콘크리트 보에 접합 고정되도록 하는 역할을 수행하게 된다.

아울러, 상기 고정부(11)(11')와 절곡브라켓(20)(20')의 사이에는 관통공(31)을 갖는 끼움판(30)을 삽입하여 구성함에 따라 상기 끼움판(30)에 상호 간극을 메울 수 있도록 하는 동시에 끼움판(30)의 재질 변화를 통해 고정부(11)(11')과 절곡브라켓(20)(20') 간의 간섭 저항력이 더욱 증대되도록 하여 상호 슬립되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 고정부(11)(11')의 저면 혹은 하측인 경우에는 상면에 각기 관통공(41)을 갖는 마감판(40)을 밀착시킨 상태에서 상기 고정부(11)(11')와 절곡브라켓(20)(20')을 콘크리트 보의 앵커볼트에 고정시키게 되면 상기 앵커볼트에 체결되는 체결너트의 가압력이 마감판(40) 전체로 확산되면서 전달되므로 보강판(10)의 고정부(11)(11')에 대한 밀착 고정력이 가일층 향상되는 것이고, 지진에 의한 수평 하중이 보강판(10) 및 고정부(11)(11')에 작용하는 경우 상기 앵커볼트 및 체결너트의 결합부에 대한 국부 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.

이로써, 본 발명의 내진 보강체는 조적식 채움벽체의 밀착된 상태로 채움벽체와 콘크리트 구조물 간의 견고한 접합이 되게 하여 강성 증진이 이루어질 수 있는 것이고, 보강판(10) 자체의 연성 작용으로 인해 지진 발생에 의한 수평하중 작용시 채움벽체를 포함한 해당 벽체가 쉽게 붕괴되는 것을 억제하게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명의 내진 보강체를 이용한 조적식 채움벽체에 대한 내진 보강방법을 살펴보면, 도 2 내지 도 4의 도시와 같이 건물의 조적식 채움벽체(120)에 대하여 양면에 전기한 보강판(10)을 각기 밀착시킨 상태에서 상기 보강판(10)에 형성되어 있는 연결공(14)(14')을 이용하여 상기 채움벽체(120)를 관통하도록 연결볼트(130)를 삽입하는 것이고, 상기 연결볼트(130)에 고정너트(131)를 나사 결합함에 따라 이들 양측의 보강판(10)은 채움벽체(120)에 견고하게 일체화 접합된 상태를 갖게 된다.

이어, 상기 보강판(10)의 상,하단에 각기 절곡브라켓(20)(20')을 삽입하여 상기 절곡브라켓(20)(20')와 보강판(10)의 고정부(11)(11')를 콘크리트 구조물의 보에 접합 고정하면 되는 것으로서, 먼저 상기 절곡브라켓(20)(20')의 경우 콘크리트 보(100)에 미리 근입시켜 놓은 앵커볼트(110)에 절곡브라켓(20)(20')의 설치공(21)(21')이 삽입되도록 한 후 상기 설치공(21)(21')을 관통하여 돌출된 앵커볼트(110)에 체결너트(111)를 나사 결합시킴에 따라 상기 절곡브라켓(20)(20')의 고정 설치가 이루어지게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 절곡브라켓(20)(20')의 슬릿결합공(22)(22')으로 삽입되어 하향 또는 상향 돌출된 상태의 앵커볼트(110)에는 보강판(10)의 고정부(11)(11')에 형성되어 있는 슬릿체결공(13)(13')이 삽입되도록 하여 상기 앵커볼트(110)는 절곡브라켓(20)(20')과 고정부(11)(11')를 관통하여 돌출될 것이므로 이러한 앵커볼트(110)의 돌출부에 체결너트(111)를 나사 결합함에 따라 상기 보강판(10)에 대한 콘크리트 보(100)와의 견고하고 밀착감있는 접합이 이루어지게 된다.

따라서, 상기의 보강판(10)은 채움벽체(120)의 양면에 밀착된 상태로 서로 연결 및 고정되어 있는 것이고, 보강판(10)의 상단 및 하단의 고정부(11)(11')는 콘크리트 보(100)에 절곡브라켓(20)(20')을 이용하여 견고하게 밀착 고정되어 있게 되므로 결국 상기의 채움벽체(120)는 보강판(10)에 의해 구속되는 것은 물론 콘크리트 벽체와 일체화 연결되므로 지진 발생에 의한 수평 하중이 작용하더라도 강성 증진 및 연성 증진 작용으로 인해 상기 채움벽체(120)가 붕괴되는 것을 억제할 수 있는 것이다.

특히, 상기 보강판(10)과 절곡브라켓(20)(20')의 사이에 끼움판(30)을 삽입하는 경우 상기 끼움판(30)의 두께 조절 혹은 개수의 조절을 통해 콘크리트 보(10)와 보강판(10) 선단의 고정부(11)(11')에서 발생할 수 있는 틈새를 완벽하게 제거할 수 있어 더욱 밀착성이 뛰어난 형태의 접합이 이루어질 수 있는 것이고, 고정부(11)(11')의 저면에 별도의 마감판(40)을 덧댄 상태에서 앵커볼트(110)에 체결너트(111)를 결합하게 되면 체결너트(111) 개개의 국부적인 가압이 아니라 마감판(40) 전체를 통해 고정부(11)(11')에 대한 가압 밀착이 이루어지므로 상기 보강판(10)에 대한 밀착 시공력이 더욱 견고하게 이루어질 수 있는 것이다.

따라서, 도 5 및 도 6의 도시와 같이 다양한 크기 및 형태의 천공부(12)(12')를 갖는 보강판(10)을 채움벽체(120)에 대하여 연속 혹은 간헐 등간격으로 배치 고정시킴에 따라 더욱 효율적이고 합리적인 내진 보강 작업이 이루어질 수 있는 것이고, 채움벽체에 대한 연성 증진은 물론 강성 증진이 동시에 이루어질 수 있는 것이며, 기존과 같이 과도한 강성 보강 현상이 방지되므로 기초부분에서의 응력 집중 현상도 예방할 수 있는 것이다.

또한, 가볍고 취급성이 우수하여 현장 시공성이 탁월한 것이고, 경제적으로도 기존의 내진 보강체 혹은 내진 보강 방법에 비하여 시공비가 매우 저렴한 특징을 연출하게 된다.

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 : 보강판 11,11' : 고정부
12,12' : 천공부 13,13' : 슬릿체결공
14,14' : 연결공
20,20' : 절곡브라켓 21.21' : 설치공
22,22' : 슬릿결합공
30 : 끼움판 31 : 관통공
40 : 마감판 41 : 관통공
100 : 콘크리트 보
110 : 앵커볼트 111 : 체결너트
120 : 채움벽체
130 : 연결볼트 131 : 고정너트

Claims (9)

1. 상,하단에 동일 방향으로 절곡된 고정부(11)(11')가 콘크리트 보(100)에 밀착 고정되게 한 금속판재의 보강판(10)이 구비되고, 상기 보강판(10)에는 반복의 천공부(12)(12')와 연결공(14)(14')이 관통 형성된 공지의 내진 보강체에 있어서,
   상기 콘크리트 보(100)에는 절곡브라켓(20)(20')이 결합되게 하고 상기 절곡브라켓(20)(20')과 고정부(11)(11')의 사이에는 끼움판(30)을 삽입 형성하며 상기 고정부(11)(11')의 저면에는 마감판(40)을 밀착 형성하여 이들 고정부(11)(11')와 절곡브라켓(20)(20') 및 끼움판(30)과 마감판(40)이 앵커볼트(110)에 의해 콘크리트 보(100)에 동시에 밀착 고정되도록 하고,
   조적식 채움벽체(120)의 양면에 밀착되는 상기 보강판(10)은 상기 조적식 채움벽체(120) 및 보강판(10)의 연결공(14)(14')을 관통하여 나사 고정되는 연결볼트(130)에 의해 밀착 고정되도록 구성함을 특징으로 하는 조적식 채움벽체의 내진 보강체.
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