KR101685632B1 - 강도와 연성을 증가시킬 수 있는 전단 접합부 - Google Patents

강도와 연성을 증가시킬 수 있는 전단 접합부 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건물 구조물과 접합하는 PC 부재의 접합부에 관한 것으로, 건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 내부가 비어있고 측면이 개방된 직육면체 형태의 박스형 부재; 및 PC 부재로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 박스형 부재는, 상기 박스형 부재 일면에 구비된 통공을 관통하여 건물 구조물에 삽입되는 앵커볼트에 너트를 체결하여 건물 구조물과 접합되며, 상기 돌출부는, 건물 구조물로부터 돌출되는 접합부재와 접합하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시키는 것을 특징으로 함으로써, 강도와 연성을 함께 상승시키고, 시공 오차로 인한 접합부의 크기에 신축적으로 대응할 수 있다.

Description

강도와 연성을 증가시킬 수 있는 전단 접합부 {Shear connector to increase strength and ductility}
본 발명은 건물 구조물과 접합하는 PC 부재의 접합부에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 박스형 부재를 이용하여 건물 구조물과 접합하는 전단부, PC 부재에 관한 것이다.
주거공간의 리모델링은 효율적인 공간확보와 생활동선을 편리하게 하기 위해 한정된 주거공간을 리모델링하는 일로, 바뀐 생활문화 욕구를 충족할 수 있는 새로운 디자인으로 구성원의 편의를 도모하는 공간을 만드는 데 주안점을 둔다.
리모델링 구조변경 공법은 기존 구조물로 현행 구조설계기준을 만족할 수 없을 때 시행된다. 철근콘크리트 건물일 경우 프리캐스트 콘크리트 보강재가 효과적으로 사용될 수 있다. 이 경우 보강 PC 부재와 기존 RC부재 사이에 다양한 접합부가 필요하다.
한국공개특허 "접합볼트, 앵커 및 접합볼트와 앵커를 이용한 결합공법(10-2009-0051079)"
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 박스형 부재를 이용하여 건물 구조물과 접합하는 전단부를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 박스형 부재를 이용하여 건물 구조물과 접합하는 PC 부재를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 건물 구조물과 접합하는 PC 부재의 접합부에 있어서, 건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 내부가 비어있고 측면이 개방된 직육면체 형태의 박스형 부재; 및 PC 부재로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 박스형 부재는, 상기 박스형 부재 일면에 구비된 통공을 관통하여 건물 구조물에 삽입되는 앵커볼트에 너트를 체결하여 건물 구조물과 접합되며, 상기 돌출부는, 건물 구조물로부터 돌출되는 접합부재와 접합하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시키는 것을 특징으로 하는 접합부를 일체화시키는 것을 특징으로 하는 접합부를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 박스형 부재는, 직접 용접 또는 정착철근을 이용하여 하나 이상의 스터드와 결합할 수 있고, 상기 스터드는 건물 구조물의 보와 접합하고 상기 박스형 부재는 건물 구조물의 기둥과 접합하거나, 상기 스터드는 건물 구조물의 기둥과 접합하고 상기 박스형 부재는 건물 구조물의 보와 접합하는 것을 특징으로 하는 접합부일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 스터드는 건물 구조물의 보와 접합하고 상기 박스형 부재는 건물 구조물의 기둥과 접합하거나, 상기 스터드는 건물 구조물의 기둥과 접합하고 상기 박스형 부재는 건물 구조물의 보와 접합하는 것을 특징으로 하는 접합부일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 돌출부는, 다수의 스터드를 포함하고, 상기 스터드는, 건물 구조물로부터 돌출되는 다수의 앵커철근과 상기 스터드가 돌출되어 위치하는 건물 구조물과 PC 부재 사이의 공간에 보충재를 타설하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시킬 수 있고, 상기 스터드는, 건물 구조물로부터 돌출되는 다수의 앵커철근과 서로 접하지 않거나, 직접 접합하는 것을 특징으로 하는 접합부일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 돌출부는, 상기 PC 부재 내부에 삽입되는 H 형강 웨브의 끝단 일부일 수 있고, 상기 PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브는 상기 건물 구조물에 설치된 철판과 용접되어 접합하는 것을 특징으로 하는 접합부일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 돌출부와 소정의 간격을 두고 이격되거나 상기 돌출부와 접촉하여 둘레에 설치되는 전단보강근을 더 포함하는 접합부일 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 건물 구조물을 보강하는 PC 부재에 있어서, ‘ㄴ’자 또는 ’┘’자 형상을 가지고, 상기 PC 부재의 수직 접합부는, 건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 내부가 비어있고 측면이 개방된 직육면체 형태의 박스형 부재; 및 PC 부재로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 박스형 부재는, 상기 박스형 부재 일면에 구비된 통공을 관통하여 건물 구조물에 삽입되는 앵커볼트에 너트를 체결하여 건물 구조물과 접합되며, 상기 돌출부는, 건물 구조물로부터 돌출되는 접합부재와 접합하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시키는 것을 특징으로 하는 PC 부재를 제공한다.
본 발명에 따르면, 접합부 폭을 조절하여 건물의 수평 또는 수직 변형에 대한 오차를 해결할 수 있다. 아울러 박스형 부재를 이용함으로써 강도와 연성을 함께 증진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 부재의 접합부이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건물 구조물과 접합된 PC 부재의 접합부의 모습이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PC 부재의 접합부이다.
도 4는 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 PC 부재의 접합부가 건물 구조물과 접합하는 모습이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 부재이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 PC 부재가 건물 구조물에 설치된 모습이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 PC 부재의 설치를 도시한 것이다.
본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건물 구조물과 접합하는 PC 부재의 접합부에 있어서, 건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 내부가 비어있고 측면이 개방된 직육면체 형태의 박스형 부재; 및 PC 부재로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 박스형 부재는, 상기 박스형 부재 일면에 구비된 통공을 관통하여 건물 구조물에 삽입되는 앵커볼트에 너트를 체결하여 건물 구조물과 접합되며, 상기 돌출부는, 건물 구조물로부터 돌출되는 접합부재와 접합하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시키는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결 또는 접합'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결 또는 접합'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결 또는 접합'되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접합되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접합되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 부재의 접합부이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PC 부재의 접합부(100)는 박스형 부재(110) 및 돌출부(120)를 포함한다.
노후 철근콘크리트 건물 구조물을 PC 부재(PC 보강재, Precast concrete reinforcement)로 보강할 경우, PC 부재는 일정한 크기를 가지고 있으므로 노후 철근콘크리트 건물 구조물의 시공오차와 변형에 대하여 대응할 수 있는 접합부가 필요하다. 건물의 수직 변형에 대한 오차를 해결함과 동시에 일정크기의 전단강도를 갖출 필요가 있다. 이를 해결하기 위하여, 돌출부를 이용하여 접합부에 보충재를 타설하여 일정크기의 전단내력을 얻을 수 있고 시공에 편리성과 시공오차에 대한 문제점도 함께 해결한다. 또한, 돌출부 삽입에 의한 정착력 이상의 전단력을 얻으며, 강도와 연성을 함께 높이기 위하여, 수평 앵커 철근을 연결할 수 있는 박스형 부재를 PC 부재 측면에 설치한다. 나아가, 이 박스형 부재 상부에 접합부를 추가 설치함으로써 추가적인 전단력 증가가 가능하다.
박스형 부재(110)는 건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 내부가 비어있고 측면이 개방된 직육면체 형태이다.
보다 구체적으로, 박스형 부재(110)는 상기 박스형 부재 일면에 구비된 통공을 관통하여 건물 구조물에 삽입되는 앵커볼트에 너트를 체결하여 건물 구조물과 접합된다. 박스형 부재(110)를 통해 수평앵커에 의한 역할이 추가됨으로서 강도와 연성을 함께 증진시킬 수 있다.
박스형 부재(110)는 직육면체 형태로 구현되고, 건물 구조물과 앵커접합이 이루어지도록 건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비된다. 상기 구비된 통공은 앵커볼트(131)가 관통하는데 이용된다. 통공의 수는 PC 부재 또는 건물 폭의 크기 또는 필요강도에 따라 달라질 수 있다. 상기 앵커볼트(131)를 박스형 부재(110) 내부에서 너트와 체결하기 위하여, 박스형 부재(110)의 내부를 빈 공간으로 형성한다. 또한, 박스형 부재(110) 내부에서 앵커볼트(131)와 너트를 체결하기 위하여, 측면이 개방되어 있다. 박스형 부재(110)는 측면 중 한 개의 면 또는 마주보는 두 개의 면이 개방되어 있을 수 있다. 상기 개방된 측면을 통해 작업자 상기 앵커볼트(131)와 너트를 체결한다. 개방되는 측면은 마감의 용이성을 위하여 측면 중 한 개의 면만 개방될 수도 있고, 앵커볼트(131)와 너트의 체결 용이성을 위하여 측면 중 마주보는 두 개의 면을 개방할 수도 있다.
박스형 부재(110)는 철재 부재로 형성될 수 있다. 또는 건물 결합에 사용되는 박스형태를 유지할 수 있는 다른 부재들을 사용할 수도 있다. 박스형 부재(110)는 내부의 빈 공간을 지지하는 내부지지부가 구비될 수 있다. 상기 통공을 격리시키는 형태로 내부지지부가 구비될 수 있다. 세로 또는 가로로 구비될 수 있고, 십자가 형태로 구비될 수도 있다. 박스형 부재(110)는 일면이 PC 부재의 내부철근에 연결될 수 있다. 박스형 부재(110)가 PC 부재와 일체화 되도록 상기 다수의 통공이 구비된 면과 마주보는 면이 PC 부재의 내부철근에 연결될 수 있다. 또는 다른 면이 PC 부재의 내부철근과 연결될 수도 있다. PC 부재를 제작할 시, 박스형 부재(110)와 PC 부재의 내부철근이 결합된 형태로 제작될 수 있고, 박스형 부재(110)와 PC 부재의 내부철근을 용접하여 연결할 수 있다.
너트는 박스형 부재(110) 내부에서 앵커볼트(131)에 형성된 나사산을 통해 체결된다. 박스형 부재(110)의 개방된 측면을 통해 작업자가 토크렌치등을 이용하여 너트를 앵커볼트(131)에 체결할 수 있다. 너트는 요구되는 토크강도에 따라 앵커볼트(131)와 체결되는 정도가 달라질 수 있다. 건물 구조물과 PC 부재를 접합함에 있어서, 미리 설정된 토크강도까지 너트를 앵커볼트(131)와 체결할 수 있다. 앵커볼트(131)와 너트가 체결된 후, 박스형 부재(110)의 내부를 콘크리트 또는 모르타르와 같은 보충재로 채울 수 있다. 앵커볼트(131)와 너트가 체결된 후에는 박스형 부재(110)의 내부를 콘크리트 또는 모르타르로 채워 접합부를 더욱 견고하게 할 수 있고, 앵커볼트(131)와 너트가 외부로 노출되는 것을 방지하여 산화를 방지할 수 있다. 따라서, 시공 후, 유지관리 비용이 요구되지 않는다. 상기 박스형 부재(110)의 내부를 콘크리트 등으로 채운후, 개방된 측면을 타일과 같은 마감재로 막을 수 있다. 또는 PC 부재와 동일한 재질의 부재를 이용하여 마감할 수 있다.
박스형 부재(110)는 건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 측면이 개방된 H 형태일 수 있다. 박스형 부재의 내부에 내부지지부를 형성되어 단면이 H 형태를 갖도록 할 수 있다. 내부지지대가 형성됨으로써 더욱 견고하게 앵커접합이 가능하도록 한다. 박스형 부재의 내부에 내부지지부를 형성함에 있어서, 상기 통공들을 격리시키는 형태로 내부지지부를 형성할 수 있다. 4개의 통공이 구비되는 경우, 상기 4개의 통공을 격리시키는 십자가 형태의 내부지지부를 형성할 수 있다. 통공의 수에 따라 내부지지부의 형상은 달라질 수 있다.
박스형 부재(110)는 돌출부(120)와 별도로 단독으로 PC 부재가 건물 구조물과 접합하는 부분에서 PC 부재의 건물 구조물과의 접합에 이용될 수 있다.
돌출부(120)는 PC 부재로부터 돌출된다.
보다 구체적으로, 돌출부(120)는 PC 부재로부터 돌출되어 건물 구조물과 접합한다. 돌출부(120)는 건물 구조물과 접합하여 일체화됨으로써 건물 구조물의 강도를 높일 수 있다.
돌출부(120)는 스터드(121, 122, 123)로 구성되거나, PC 부재 내부에 삽입되는 H 형강 웨브의 끝단 일부일 수 있다. 본 발명에서는 우선, 스터드로 구성되는 돌출부(120)에 대해 설명하도록 한다.
스터드(121, 122, 123)는 PC 부재(100) 내부에 삽입되고, 일단이 PC 부재(100)의 외부로 돌출된다. 스터드를 이용하는 경우, 건물 구조물에서 돌출되는 접합부재는 앵커철근(132)일 수 있다. 스터드(121, 122, 123)는, 건물 구조물로부터 돌출되는 다수의 앵커철근(132)과 스터드(121, 122, 123)가 돌출된 돌출부(120)가 위치하는 건물 구조물과 PC 부재 사이의 공간에 보충재를 타설하여 건물 구조물(130)과 PC 부재(100)를 일체화시킨다. 스터드(121, 122, 123)은 복수 개가 일렬 또는 복수의 열로 설치될 수 있다.
앵커철근(132)은 건물 구조물(130)로부터 돌출된다. PC 부재(100)와 접합될 위치에 대응되는 건물 구조물(130)에 앵커홀을 천공하여 앵커철근(132)을 건물 구조물에 설치한다. 앵커철근(132)은 앵커홀을 통해 일부는 건물 구조물(130)에 삽입되고, 일부는 외부로 돌출되도록 설치된다. 상기 건물 구조물은 RC 부재 일 수 있다. 앵커철근(132)은 복수 개가 일렬 또는 복수의 열로 설치될 수 있다.
앵커철근(132)과 스터드(121, 122, 123)이 돌출되어 돌출부(120)가 위치하는 건물 구조물(130)과 PC 부재(100) 사이의 공간에 보충재를 타설하여 건물 구조물(130)과 PC 부재(100)를 일체화시킨다. 상기 보충재는 콘크리트, 모르타르, 에폭시일 수 있으며, 고강도 콘크리트 또는 무수축 콘크리트일 수 있다.
스터드(121, 122, 123)의 돌출부(120)는 건물 구조물로부터 돌출되는 다수의 앵커철근과 서로 접하지 않거나, 직접 접합할 수 있다. 앵커철근(132)과 스터드(121, 122, 123)을 직접 접합하지 않고, 앵커철근(132)과 스터드(121, 122, 123)이 위치하는 공간에 보충재를 타설하여 보충재를 매개체로 앵커철근(132)과 스터드(121, 122, 123)가 일체화됨으로써 건물 구조물(140)과 PC 부재(100)를 일체화시킬 수 있다. 전단력을 높이기 위해 앵커철근(132)과 스터드(121, 122, 123)가 접합되도록 할 수 있다. 또한 용접을 통해 일체화시킬 수도 있다. 앵커철근(132)과 스터드(121, 122, 123)이 직접적으로 연결되지 않는 경우, 콘크리트를 매개체로 연결되는바, 지진이 발생하는 경우, 접합구조는 연성파괴가 된다. 접합구조가 먼저 연성파괴되어 PC 부재의 파괴를 방지할 수 있다. 이를 위하여, 앵커철근(132)과 스터드(120)은 서로 접하지 않도록 배열할 수 있다. 앵커철근(132)과 스터드(121, 122, 123)이 떨어진 정도는 내진 보강 전단강도에 따라 달라질 수 있다.
또한, 앵커철근(132)과 스터드(121, 122, 123)의 수는 요구되는 전단강도에 따라 달라질 수 있다. 연성파괴가 이루어지는 시점은 지진이 발생하였을 때, PC 부재의 수직부재가 파괴되기 직전의 시점일 수 있고, 연성파괴가 이루어지는 시점 전까지는 하중을 견디도록 접합구조의 견고성이 유지되어야 한다. 따라서, 요구되는 전단강도에 따라 앵커철근(132)과 스터드(120)의 수를 조절한다. 종방향과 횡방향으로 설치되는 수를 다르게 조절할 수 있다. 앵커철근(132)의 수와 스터드(121, 122, 123)의 수는 동일하거나 상이할 수 있다. 기존 건물 구조물(140)의 뒤틀림 등에 따라 모든 기둥과 기둥 사이 및 보와 보 사이의 간격이 동일하지 않을 수 있다. 앵커철근(132) 및 스터드(121, 122, 123)은 각각 PC 부재(100) 및 건물 구조물(130)과 직접적으로 연결되지 않고, 또한 서로 연결되지 않도록 하여, 건물 구조물(130)과 PC 부재(100) 사이의 공간에 대한 여유가 있어 시공을 용이하게 할 수 있다.
PC 부재(100) 내부에 설치되고 내부에 암나사가 구비된 암나사 부재를 더 포함하고, 스터드(121, 122, 123)는 나사산이 구비되어 상기 암나사 부재와 회전에 의해 체결되어, 건물 구조물과 PC 부재 사이 공간의 거리에 따라 상기 암나사 부재에 체결되는 길이가 조절될 수 있다. 스터드(121, 122, 123)은 건물 구조물(130)과 PC 부재(100) 사이 공간의 거리에 따라 상기 암나사 부재에 체결되는 길이가 조절될 수 있다.
박스형 부재(110)는 직접 용접 또는 정착철근을 이용하여 하나 이상의 스터드와 결합할 수 있다. 박스형 부재(110)와 스터드(121, 122, 123)를 일체화함으로써 전단력을 높일 수 있다. 박스형 부재와 접합하는 스터드(121)는 직접 용접을 통해 결합하고, 박스형 부재와 이격되어 있는 스터드(122)는 박스형 부재(110)의 정착철근(111)을 이용하여 결합할 수 있다.
스터드(120)는 건물 구조물의 보와 접합하고 박스형 부재(110)는 건물 구조물의 기둥과 접합하거나, 스터드(121, 122, 123)는 건물 구조물의 기둥과 접합하고 박스형 부재(110)는 건물 구조물의 보와 접합할 수 있다. 스터드(121, 122, 123)와 박스형 부재(110)는 하나는 수직연결을 수행하고, 다른 하나는 수평연결을 수행할 수 있다. 즉, 하나가 보와 접합하면 다른 하나는 기둥과 접합할 수 있다. 이를 통해, PC 부재의 접합부에서 수직연결과 수평연결을 동시에 수행할 수 있다.
건물 구조물에 앵커철근을 설치시 철판부재를 이용할 수 있다. 또한, 건물 구조물에 앵커볼트를 설치시 철판부재를 이용할 수 있다.
도 2 및 3과 같이, 돌출부(120)와 소정의 간격을 두고 이격되거나 돌출부(120)와 접촉하여 둘레에 설치되는 전단보강근(140)을 더 포함할 수 있다. 접합부의 강도를 더욱 높이기 위하여 전단보강근(140)을 더 추가할 수 있다. 접합부에 보충재를 타설하기 전에 전단보강근(140)을 설치하고 보충재로 일체화시킬 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시 예로서 돌출부(120)는 도 3a과 같이, H 형강 웨브의 끝단 일부일 수 있다.
PC 부재의 전단력을 보강하기 위하여, PC 부재 내부에 H 형강(310)을 삽입할 수 있다. 또한, H 형강(310)의 웨브의 끝단의 일부가 PC 부재 외부로 돌출되도록 하여 접합부로 이용할 수 있다. PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브(310)를 통해 건물 구조물과 접합한다.
H 형강(310)은 웨브와 플랜지로 형성되며, PC 부재의 형상과 크기에 따라 형성될 수 있다. PC 부재가 건물 구조물과 접합하는 접합부의 내부에 삽입되어 PC 부재의 전단력을 보강하고, 웨브의 일부를 PC 부재 외부로 돌출시켜 건물 구조물과 접합하는데 이용한다. PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브는 건물 구조물에 설치된 철판과 용접되어 접합할 수 있다. 상기 건물 구조물에 설치된 철판은 앵커접합을 통해 상기 건물 구조물에 설치될 수 있다. 건물 구조물에 철판이 돌출된 부재를 앵커접합하여 상기 철판을 건물 구조물과 일체화시킬 수 있다. 건물 구조물에 철판 이외의 앵커 등의 다른 부재를 설치하고, 설치된 부재와 상기 PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브와 접합할 수 있다.
PC 부재와 상기 건물 구조물 사이의 간격에 따라 PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브와 상기 건물 구조물에 설치된 철판이 용접되는 면적이 달라질 수 있다. 건물 구조물에 PC 부재를 설치하는 경우, 기존 건물의 변형 등에 따른 시공오차가 발생할 수 있는바, 이를 해결하기 위하여, PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브는 시공오차를 고려하여 외부로 돌출되는 길이를 설정하여 제작할 수 있다. PC 부재와 건물 구조물 사이 간격에 따라 PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브와 상기 건물 구조물에 설치된 철판이 용접되는 면적이 달라진다. 사이 간격이 좁은 경우, 용접되는 면적이 넓어지고, 사이 간격이 먼 경우, 용접되는 면적이 좁아질 수 있다.
또한, PC 부재의 전단력을 보강의 정도에 따라 PC 부재 외부로 돌출되는 H 형강의 웨브의 폭이 달라질 수 있다. 전단력을 높이기 위해서 PC 부재 외부로 돌출되는 H 형강의 웨브의 폭을 넓힐 수 있다.
상기 H 형강 웨브의 끝단은 도 3b 내지 3c와 같이 요철형태(
Figure 112015071227469-pat00001
)로 구성되고, 요철 사이에 상기 건물 구조물에 설치된 앵커가 위치할 수 있다. H 형강 웨브와 앵커를 사용하여 전단력을 높일 수 있다. 도 3b는 PC 부재의 내부의 모습이고, 도 3c는 외부 모습이다. 박스형 부재 상에도 H 형강 웨브 또는 H 형강 웨브와 동일한 형태의 철판을 이용하여 건물 구조물과 접합할 수 있다.
PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브와 상기 건물 구조물과 접합하는 공간에 보충재를 타설하여 상기 PC 부재와 상기 건물 구조물을 일체화시킬 수 있다. PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브와 상기 건물 구조물을 직접 접합하지 않고, 콘크리트, 모르타르, 또는 에폭시와 같은 보충재를 매개체로 이용하거나, PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브(112)와 상기 건물 구조물을 접합한 후, 해당 공간에 콘크리트, 모르타르, 또는 에폭시와 같은 보충재를 타설하여 PC 부재와 상기 건물 구조물을 일체화시킬 수 있다. 상기 보충재는 무수축 콘크리트 또는 무수축 모르타르일 수 있다.
PC 부재의 내부에서, H 형강과 소정의 간격을 두고 이격되거나 H 형강과 접촉하여 둘레에 설치되는 전단보강근(330)을 더 포함할 수 있다. H 형강 둘레에 전단보강근를 설치하여 PC 부재의 전단력을 더 높일 수 있다. 전단보강근은 H 형강과 일정 간격을 두고 이격되거나, 접촉되어 설치될 수 있다. 전단보강근은 'ㅁ'자 이거나 원형일 수 있다.
PC 부재의 내부에서, H 형강의 웨브 양측면에 접합하여, H 형강과 전단보강근을 연결하는 연결철판을 더 포함할 수 있다. 전단보강근이 H 형강과 이격되어 설치되는 경우, 연결철판을 이용하여 H 형강과 전단보강근을 연결할 수 있다. 이를 통해, PC 부재의 전단력을 높일 수 있다. 전단보강근 없이 연결철판만을 설치할 수도 있다.
H 형강의 플랜지는 PC 부재의 주근(320)과 접합할 수 있다. PC 부재의 주근와 H 형강을 접합함으로써 PC 부재의 전단력을 높일 수 있다. H 형강의 크기가 주근의 간격보다 좁은 경우, H 형강의 플랜지는 PC 부재의 주근과 PC 부재의 끝단에서 접합할 수 있다. PC 부재의 주근과 PC 부재의 끝단에서 접합함으로써 연성을 높일 수 있다.
전단보강근, 연결철판, 및 H 형강의 플랜지의 PC 부재의 주근과의 접합, 모두 이용하여 PC 부재의 전단력을 높일 수 있다. 이를 통해 가장 강한 전단력을 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 PC 부재의 접합부가 건물 구조물과 접합하는 모습이다.
PC 부재와 건물 구조물을 결합하기 위해, 도 4(a)와 같이, 건물 구조물에 앵커철근과 앵커볼트가 삽입될 천공을 후시공하여 설치하고, 박스형 부재와 스터드가 선시공된 PC 부재를 도 4(b)와 같이, 결합한다. 앵커볼트는 박스형 부재 내부에서 너트와 체결한다. 상기 앵커철근과 스터드가 위치하는 건물 구조물과 PC 부재 사이는 보충재를 타설하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시킨다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 부재이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건물 구조물을 보강하는 PC 부재는, ‘ㄴ’자 또는 ’┘’자 형상을 가지고, 상기 PC 부재의 수직 접합부는, 건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 내부가 비어있고 측면이 개방된 직육면체 형태의 박스형 부재; 및 PC 부재로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 박스형 부재는, 상기 박스형 부재 일면에 구비된 통공을 관통하여 건물 구조물에 삽입되는 앵커볼트에 너트를 체결하여 건물 구조물과 접합되며, 상기 돌출부는, 건물 구조물로부터 돌출되는 접합부재와 접합하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시킬 수 있다. 돌출부는 스터드 또는 H 형강 웨브의 끝단 일부일 수 있다. PC 부재의 형상은 ‘ㄴ’자 또는 ’┘’자 형상에 국한되지 않고, 'U' 자 또는 'ㅁ'자 형상일 수도 있으며, 다른 형상일 수도 있다. PC 부재의 수직부와 수평부의 폭은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 폭은 내진 보강에 필요한 전단력 또는 개구부의 면적에 따라 달라질 수 있다. 수직 접합부에 대한 구체적인 설명은 도 1 내지 도 3의 PC 부재의 접합부에 대응한다.
PC 부재의 수평 접합부는 박스형 부재 없이 스터드를 이용하여 상기 건물 구조물의 기둥과 접합할 수 있다. 또는 PC 부재의 수평 접합부는 수직 접합부와 동일하게 건물 구조물의 기둥과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 내부가 비어있고 측면이 개방된 직육면체 형태의 박스형 부재, 및 PC 부재로부터 건물 구조물의 보 방향으로 돌출되는 다수의 스터드를 포함하고, 박스형 부재는 박스형 부재 일면에 구비된 통공을 관통하여 건물 구조물의 기둥에 삽입되는 앵커볼트에 너트를 체결하여 건물 구조물의 기둥과 접합되며, 스터드는 건물 구조물의 보로부터 돌출되는 다수의 앵커철근과 상기 스터드가 돌출되어 위치하는 건물 구조물과 PC 부재 사이의 공간에 보충재를 타설하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화할 수도 있다.
PC 부재의 수평 접합부는 다수의 헤드철근이 외부로 돌출되어 상기 건물 구조물의 기둥과 접합할 수 있다. PC 부재의 수평 접합부는 수직 접합부(310)와 동일하게 H 형강이 내부에 삽입되고, 상기 H 형강의 웨브의 끝단의 일부가 상기 PC 부재의 수평 접합부의 외부로 돌출되어 상기 건물 구조물의 기둥과 접합할 수도 있고, 다수의 헤드철근이 외부로 돌출되어 기둥과 접합할 수 있다. H 형강을 이용하는 경우가 전단력이 우수하다.
다수의 헤드 철근을 이용하여 기둥과 접합하는 경우, 건물 구조물에 앵커철근을 돌출되도록 설치하여 상기 헤드 철근과 접합할 수 있다. 헤드철근과 앵커철근은 복수 개가 일렬 또는 복수의 열로 설치될 수 있다. 헤드철근과 앵커철근은 서로 직접 접합되거나, 콘크리트나 모르타르와 같은 보충재를 매개체로 일체화됨으로써 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 PC 부재가 건물 구조물에 설치된 모습이다.
본 발명의 실시예에 따른 PC 부재(610)는 건물 구조물(620) 사이에 설치되고, PC 부재와 건물 구조물 사이(611) 및 박스형 부재의 내부(612)는 콘크리트, 모르타르, 또는 에폭시와 같은 보충재를 타설하여 일체화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전단접합방법은 다음과 같을 수 있다.
첫번째 단계에서, PC 부재와 접합될 건물 구조물에 PC부재의 박스형 부재와 앵커볼트로 접할될 위치에 천공을 형성하고, PC부재의 스터드와 접합될 앵커철근을 설치하는 단계이다. 박스형 부재와 앵커볼트로 접할될 위치에 상기 앵커볼트가 삽입될 천공을 형성하고, 스터드와 접합될 앵커철근을 위치에 맞게 설치한다.
두번째 단계에서, PC 부재를 상기 건물 구조물 사이에 설치하는 단계이다. 미리 공장에서 대량 제작된 PC 부재를 건물 구조물 사이에 설치한다. 상기 PC 부재는 건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 내부가 비어있고 측면이 개방된 직육면체 형태의 박스형 부재 및 상기 PC 부재로부터 돌출되는 다수의 스터드를 포함한다. 박스형 부재는 용접 또는 헤드철근을 이용하여 하나 이상의 스터드 또는 PC 내부와 결합할 수 있다. 스터드는 상기 건물 구조물에 설치된 앵커철근과 서로 접하지 않거나, 직접 접합할 수 있다. 상기 PC 부재 내부에 설치되고 내부에 암나사가 구비된 암나사 부재를 더 포함하고, 상기 스터드는 나사산이 구비되어 상기 암나사 부재와 회전에 의해 체결되어, 건물 구조물과 PC 부재 사이 공간의 거리에 따라 상기 암나사 부재에 체결되는 길이가 조절될 수 있다.
세번째 단계에서, 건물 구조물에 형성된 천공에 앵커볼트를 설치하고, 상기 박스형 부재의 내부에서 상기 앵커볼트에 너트를 체결하는 단계이다. 610 단계에서 건물 구조물에 설치된 앵커볼트를 박스형 부재의 통공에 삽입하고 박스형 부재 내부에서 너트를 체결한다.
네번째 단계에서, 건물 구조물에 설치된 앵커철근과 상기 스터드가 돌출되어 위치하는 건물 구조물과 PC 부재 사이의 공간에 보충재를 타설하는 단계이다. 앵커철근과 스터드 사이를 콘크리트 또는 모르타르와 같은 보충재를 타설하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전단접합방법은 다음과 같을 수 있다.
첫번째 단계에서, PC 부재와 전단 접합될 건물 구조물에 철판을 돌출되도록 설치하는 단계이다. PC 부재와 전단 접합될 건물 구조물의 위치에 철판을 외부로 돌출되도록 설치한다. 상기 철판은 앵커접합을 통해 건물 구조물에 설치될 수 있다.
두번째 단계에서, 상기 PC 부재를 건물 구조물 사이에 설치하는 단계이다. 보다 구체적으로, 미리 공장에서 대량 제작된 PC 부재를 건물 구조물 사이에 설치한다.
세번째 단계에서, 상기 건물 구조물에 설치된 철판과 상기 PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브를 용접접합하는 단계이다. 510 단계에서 설치된 철판과 PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브를 용접접합하여 PC 부재와 건물 구조물을 일체화시킨다.
상기 PC 부재는 H 형강이 내부에 삽입되고, 상기 H 형강의 웨브의 끝단의 일부가 상기 PC 부재 외부로 돌출되어 있다. 상기 PC 부재는 상기 PC 부재의 내부에서, 상기 H 형강과 소정의 간격을 두고 이격되거나 상기 H 형강과 접촉하여 둘레에 설치되는 전단보강근을 더 포함할 수 있고, 상기 PC 부재는 상기 PC 부재의 내부에서, 상기 H 형강의 웨브 양측면에 접합하여, 상기 H 형강과 상기 전단보강근을 연결하는 연결철판을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 PC 부재는 상기 H 형강의 플랜지는 상기 PC 부재의 주근과 상기 PC 부재의 끝단에서 접합되어 있을 수 있다.
네번째 단계에서, 상기 건물 구조물에 설치된 철판과 상기 PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브를 용접접합한 공간에 보충재를 타설하여 상기 PC 부재와 상기 건물 구조물을 일체화시키는 단계이다. 530 단계에서 510 단계에서 설치된 철판과 PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브를 용접접합하여 PC 부재와 건물 구조물을 일체화시킨 이후, 건물 구조물과 PC 부재의 사이의 공간에 보충재를 타설하여 상기 PC 부재와 상기 건물 구조물을 일체화시킨다. 이후, 외장은 타일 또는 PC 부재의 외장재와 동일한 재료로 마감 처리할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전단접합방법에 따른 PC 부재의 설치를 도시한 것이다.
도 7(a)와 같은 학교건물에서 조적조를 제거하고 도 7(b)와 같이 보 하단에 케미컬 앵커를 설치하고, 기둥 측면 천공을 형성하여 PC벽 패널을 접합할 준비를 하고, 벽 패널 상부에 선시공 스터드가 설치된 'ㄴ'형 PC벽 패널을 도 7(c) 및 (d)와 같이 삽입한다. PC벽 패널은 우측에서 좌측으로 이동하며 박스앵커 구멍 안에 앵커볼트를 삽입한 후 도 7(e)와 같이 너트(암나사)를 체결하여 고정한다. 도 1과 같이, 노후 RC 보에는 3개의 후시공 앵커가 설치되었고 노후 RC 기둥에는 3개의 후시공 수평 앵커가 설치될 수 있다. 또한 PC 벽패널 좌측에는 박스앵커 접합부가 설치되어 있으며 PC에는 2개의 선시공 수직 스터드와 박스앵커위에 1개의 선시공 스터드가 위치할 수 있다. 아울러 박스앵커 하부에는 박스앵커를 PC에 고정하기 위한 선시공 스터드 3개가 설치될 수 있다. 도 7(f)와 같이 좌우측 PC가 모두 설치된 후 접합부와 박스앵커 내부에 콘크리트를 타설하고(도 7(g)) 콘크리트 양생이 마감되면 타일을 붙이고 창문을 설치(도 7(h))하여 마감(도 7(i))한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: PC 부재
110: 박스형 부재
111: 정착철근
120: 돌출부
121, 122, 123: 스터드
130: 건물 구조물
131: 앵커볼트
132: 앵커철근

Claims (10)

  1. 건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 내부가 비어있고 측면이 개방된 직육면체 형태의 박스형 부재; 및 PC 부재로부터 돌출되는 돌출부를 형성하여 건물 구조물과 접합하는 PC 부재의 접합부에 있어서,
    상기 박스형 부재는,
    상기 박스형 부재 일면에 구비된 통공을 관통하여 건물 구조물에 삽입되는 앵커볼트에 너트를 체결하여 건물 구조물과 접합되며,
    상기 박스형 부재의 통공이 형성된 타면은 직접 용접 또는 정착철근을 이용하여 PC 부재에 매립된 하나 이상의 스터드와 결합하되, 상기 스터드 단부는 PC 부재로부터 돌출되어 돌출부(120)를 형성하고,
    상기 돌출부는 건물 구조물로부터 돌출되는 다수의 앵커철근과 접합하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시키되 상기 돌출부 둘레에 전단보강근을 설치하고, 앵커철근과 돌출부가 접합된 건물 구조물과 PC 부재 사이의 공간에 보충재를 타설하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시키는 것을 특징으로 하는 접합부.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 PC 부재 내부에 삽입되는 H 형강 웨브의 끝단이며, 상기 H 형강 웨브의 끝단은 요철형태로 구성되고, 요철 사이에 상기 건물 구조물에 설치된 앵커가 위치하는 것을 특징으로 하는 접합부.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 PC 부재 외부로 돌출된 H 형강의 웨브는 상기 건물 구조물에 설치된 철판과 용접되어 접합하는 것을 특징으로 하는 접합부.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 건물 구조물을 보강할 수 있도록 강도와 연성을 증가시킬 수 있는 전단 접합부를 갖는 PC 부재에 있어서,
    ‘ㄴ’자 또는 ’┘’자 형상으로 이루어진 PC 부재의 수직 접합부는,
    건물 구조물과 접합하는 면에 다수의 통공이 구비되고, 내부가 비어있고 측면이 개방된 직육면체 형태의 박스형 부재; 및 PC 부재로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고,
    상기 박스형 부재는,
    상기 박스형 부재 일면에 구비된 통공을 관통하여 건물 구조물에 삽입되는 앵커볼트에 너트를 체결하여 건물 구조물과 접합되며,
    상기 박스형 부재의 통공이 형성된 타면은 직접 용접 또는 정착철근을 이용하여 PC 부재에 매립된 하나 이상의 스터드와 결합하되, 상기 스터트 단부는 PC 부재로부터 돌출되어 돌출부(120)를 형성하고,
    상기 돌출부는 건물 구조물로부터 돌출되는 다수의 앵커철근과 접합하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시키되 상기 돌출부 둘레에 전단보강근을 설치하고, 앵커철근과 돌출부가 접합된 건물 구조물과 PC 부재 사이의 공간에 보충재를 타설하여 건물 구조물과 PC 부재를 일체화시키는 것을 특징으로 하는 접합부.

















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