KR101888231B1 - 수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조 - Google Patents

수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 기초-타워 연결구조에 관한 것으로서, 지반에 고정설치되는 기초부의 내측에 상기 기초부에 일체로 연결되어 형성되는 연결부에 있어서, 상기 연결부는 내부에 앵커가 설치되며 상기 기초부의 내측에서 원형의 평면을 따라 일정 간격 이격되어 배치되는 복수의 앵커설치구와, 상기 복수의 앵커설치구 각각을 둘러싸며 상기 기초부의 주보강근에 연결된 횡보강근에 연결되는 연결철근과, 링 형상의 원판으로 형성되어 상기 복수의 앵커설치구의 상부에 설치되며 상기 연결부의 기울기 조정후에 제거되는 베이스 플레이트와, 링 형상의 원판으로 형성되어 상기 앵커설치구의 하부에 설치되는 앵커 플레이트를 구비하며, 콘크리트 기초의 수직도 오차를 현장에서 조정하여 콘크리트 기초의 수직도 오차를 타워의 허용 수직도 범위로 보정이 가능하고, 콘크리트 기초 설치의 시공성이 용이하며 기초 수직도 확보의 정밀시공 능력을 향상시킬 수 있고, 연결부를 공장에서 미리 제작하여 현장에서 설치만 하면 되도록 구성함으로써 연결부 전체를 현장 타설할 때 발생하는 고비용 중장비의 대기시간을 줄여 타워 설치비용을 크게 경감할 수 있다.

Description

수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조{A TOWER-SUBSTRUCTURE CONNECTING STRUCTURE FOR REINFORCED CONCRETE SUBSTRUCTURE CAPABLE OF CORRECTING VERTICAL MISALIGNMENT}
본 발명은 콘크리트 기초-타워 연결구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기초의 수직도 오차를 앵커 설치구에 후설치하는 앵커 및 앵커링과 앵커 설치구 채움재로 조정하여 타워의 수직도 오차를 보정할 수 있는 콘크리트 기초-타워 연결구조에 관한 것이다.
기초와 타워로 구성되는 수직방향 대형 구조물은 일반적으로 기초를 먼저 건설 또는 제작하여 배치하고, 타워는 현장에서 조립 시공되며, 수직방향 구조물의 특성상 구조물의 용도별로 적정 수준의 타워 수직도를 요구한다.
이러한 수직방향 대형 구조물로서, 풍력타워는 해상에 설치되는 수직방향 대형 구조물로서 최근 필요성이 급증하고 있다. 이러한 풍력타워는 풍력발전을 위한 터빈과 날개가 상단에 구비되는 기둥형태의 구조물이며, 이러한 풍력발전타워를 해상에 설치하기 위해서는, 풍력발전타워의 하단을 지지하는 수중기초 구조물을 해저 지반에 고정하여 설치하여야 한다.
현재 많이 적용되고 있는 강관 풍력타워의 경우, 주로 볼팅 접합으로 이루어지므로, 모듈화가 용이하여 육상 및 해상에 미리 설치된 풍력타워 기초부에 적용이 용이하다는 장점이 있다.
예를 들면 강관 풍력타워의 경우, 100m 이상의 높이를 가지는 5MW급 풍력발전타워를 설치하는데, 바람에 의한 영향으로 상단에서 1m 이상으로 흔들림이 발생하여 발전에 많은 영향을 미치고 있으며, 이 때문에 높은 정도의 수직도를 요구하고 있다.
강재 파이프를 기초구조로 사용하는 모노파일 (monopile) 해상풍력기초의 경우 모노파일과 타워 사이에 TP (transition piece)를 설치하여 약 0.25 정도의 수직도 조정이 가능하도록 하고 있다. 즉, 모노파일의 경우 기초의 수직도 허용오차는 0.25 이내이다.
대형 수직구조물을 지지하는 기초의 경우 기초의 규모도 매우 대형으로 형성하여야 하기 때문에, 한번에 설치하지 못하고 해저지반에 연결되는 하부구조물 등으로 나누어서 설치하는 것이 일반적이며, 그 수직도를 정밀하게 유지하기 어렵다.
최근 서남해에 조성되고 있는 풍력발전단지에 투입될 예정인 해상풍력발전기 타워의 허용수직도 오차가 0.04 이내로 요구되고 있으나, 수직도 조정이 용이한 석션방식(suction type) 콘크리트 기초의 경우에도 약 0.6 범위의 수직도로 시공될 수 있다.
타워 직경 4.5m에 위 예의 수직도 오차의 차이인 0.56를 고려하면 타워 직경 양 끝단에서는 무려 4.4cm의 단차가 발생하게 된다.
이를 극복하기 위해 해당 콘크리트 기초의 연결부를 제외한 나머지 부분만을 제작하여 현장으로 운반한 후 수직도 오차를 반영해서 연결부를 제작하는 것도 가능하나 응력이 크게 집중되는 연결부의 특성상 연결부와 기초 간의 보강근 및 철근 연결 등에 큰 어려움이 발생한다.
이에 따라, 콘크리트 기초로 확보 가능한 수직도와 타워의 허용 수직도 사이의 차이를 극복함과 동시에 연결부 제작의 용이성을 확보할 수 있는 기초-타워 연결구조에 대한 개발이 필요하다.
한국공개특허 10-2014-0137782(강합성 중공 철근 콘크리트 풍력타워의 타워-기초 접합구조 및 이를 이용한 접합방법)
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 콘크리트 기초의 수직도 오차를 현장에서 조정하여 타워의 목표 수직도를 만족할 수 있는 콘크리트 기초-타워 연결구조를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조는 지반에 고정설치되는 기초부의 내측에 상기 기초부에 일체로 연결되어 형성되는 연결부에 있어서, 상기 연결부는 내부에 앵커가 설치되며 상기 기초부의 내측에서 원형의 평면을 따라 일정 간격 이격되어 배치되는 복수의 앵커설치구와, 상기 복수의 앵커설치구 각각을 둘러싸며 상기 기초부의 주보강근에 연결된 횡보강근에 연결되는 연결철근과, 링 형상의 원판으로 형성되어 상기 복수의 앵커설치구의 상부에 설치되며 상기 연결부의 기울기 조정후에 제거되는 베이스 플레이트와, 링 형상의 원판으로 형성되어 상기 앵커설치구의 하부에 설치되는 앵커 플레이트를 구비하며, 상기 기초부의 시공 후에 상기 앵커와 상기 베이스 플레이트와 상기 앵커 플레이트의 기울기를 조정하여 상기 연결부의 상부에 설치되는 타워부의 수직도를 현장에서 보정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 앵커설치구의 내부에는 앵커와, 충진되어 상기 앵커와 일체로 거동하는 충진재가 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연결철근은 상기 앵커설치구의 높이 방향으로 복수 개 배치되며 상기 기초부의 주보강근에 연결된 횡보강근에 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 앵커설치구의 순직경은 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
Dhole > Danchor/cosθ + ltanθ
(여기서, θ는 보정이 필요한 수직도 오차, Dhole 은 앵커설치구의 순직경, Danchor는 앵커의 최대직경, l은 앵커의 매입깊이를 의미한다)
상술한 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 기초부의 수직도 오차를 현장에서 조정하여 타워의 허용 수직도 범위로 보정이 가능하고, 기초부 설치의 시공성이 용이하며 기초 수직도 확보의 정밀시공 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 연결부를 공장에서 미리 제작하여 현장에서 설치만 하면 되도록 구성함으로써 연결부 전체를 현장 타설할 때 발생하는 고비용 중장비의 대기시간을 줄여 타워 설치비용을 크게 경감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 콘크리트 기초-타워 연결구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 연결부의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 연결부의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 앵커설치구 및 연결철근의 다양한 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 의한 콘크리트 기초-타워 연결구조의 시공순서를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 수직도 조정 원리를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 기초부의 다른 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조(1)는 기초부(10)와, 타워부(20)와, 연결부(30)를 포함한다.
상기 기초부(10)는, 강관 기초로 제조될 수도 있으나 본 실시예에서는 철근콘크리트 중량체로 제조되는 것을 예로 한다. 상기 기초부(10)는 지반에 고정설치된다. 예를 들면 상기 기초부(10)는 고리형상으로 형성될 수 있으며, 도 1에는 고리형상의 상기 기초부(10)의 일측의 단면만을 도시한 것이다.
상기 기초부(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 수직방향으로 주보강근(11)이 배치된다. 상기 주보강근(11)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 프리스트레스 긴장재로 설치되어 상기 기초부(10)의 상단에서 긴장장치를 이용하여 긴장시킨 후 정착구(11a)에 정착되도록 구성할 수 있다.
상기 기초부(10)의 상기 주보강근(11)에는 횡보강근(12)이 연결된다. 상기 횡보강근(12)은 상기 기초부의 형상에 따라 원형 형상으로 배치되며 상기 주보강근(11)을 보강하고 좌굴을 방지하도록 배치된다. 상기 횡보강근(12)에도 프리스트레스 긴장력을 도입할 수 있으며, 프리스트레스를 도입할 경우 후술하는 연결철근의 정착에도 유리하다.
한편, 도 1에 나타낸 콘크리트 기초-타워 연결구조(1)에 있어서는, 상기 주보강근이(11)이 상기 타워부(20)의 외부에 설치된 것을 예로 하였지만, 반드시 이에 한정되지 않고, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 주보강근이 타워부의 내부에 설치되도록 구성할 수도 있다.
상기 연결부(30)는 상기 기초부(10)의 내측에 일체로 연결되어 형성되고, 상기 타워부(20)는 상기 연결부(30)의 상부에 세워 설치되며, 연결부에 연결되어 상기 기초부(10)에 의해 지지되도록 구성된다.
상기 연결부(30)는 앵커설치구(31)와, 연결철근(40)과, 베이스 플레이트(34)와, 앵커 플레이트(35)를 구비한다.
상기 앵커설치구(31)는 상기 베이스 플레이트(34)와 상기 앵커 플레이트(35) 사이에 배치된다. 상기 앵커설치구(31)는 상기 기초부의 내측면을 따라 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된다.
상기 앵커설치구(31)의 내부에는 단일 또는 복수의 앵커(32)가 설치된다. 또한, 상기 앵커설치구(31)의 내부에는 충진재(33b)가 충진되어 경화후에 상기 앵커와 일체로 거동한다.
본 실시예에 있어서, 상기 앵커설치구(31)는 그라우트충진되는 충진재에 의해 앵커를 둘러싸는 것을 예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지 않는다.
여기서, 상기 앵커설치구(31)는, 현장에서 설치하는 것이 아니라 콘크리트 기초 제작시에 함께 제작되는 부분으로서, 예를 들면 공장에서 상기 기초부의 보강근 배치시에 상기 연결철근과 함께 설치된 후 상기 기초부의 콘크리트 타설에 의해 기초부와 일체로 형성되며, 현장에서는 앵커(앵커링)의 각도를 조정한 후 베이스 플레이트 및 앵커 플레이트만을 조립하고 상기 충진재를 그라우팅하여 형성된다. 즉, 상기 앵커설치구(31)가 설치된 콘크리트 기초를 현장으로 운반하여 앵커(앵커링)와 베이스 플레이트 및 앵커 플레이트로부터 상기 타워부의 기울기 조정이 가능하도록 구성된다.
한편, 상기 타워부의 수직도 오차를 보정하기 위하여 상기 연결부의 상기 앵커설치구(31)와 상기 베이스플레이트(34)와 상기 앵커플레이트(35)는 기울기의 조정이 가능하도록 구성된다.
이를 위하여, 상기 앵커(32)가 상기 앵커설치구(31) 내부에서 수직도 조정이 가능하도록 상기 앵커설치구의 순직경은 다음 식을 만족하는 것이 바람직하다.
Dhole > Danchor/cosθ + ltanθ
여기서, θ는 보정이 필요한 수직도 오차, Dhole 은 앵커설치구의 순직경, Danchor는 앵커의 최대직경, l은 앵커의 매입깊이를 의미한다.
또한, 상기 앵커 플레이트와 상기 베이스 플레이트가 설치되는 기초 상하 부위에도 수직도 오차 조정시 발생하는 단차를 고려한 여유공간이 확보되어야 한다.
상기 앵커설치구(31)에는 연결철근(40)이 배치된다. 상기 연결철근(40)은 각각의 앵커설치구(31)를 감싸며 상기 기초의 주보강근의 위치까지 연장되도록 설치된다.
도 4a 내지 도 4b에 나타낸 바와 같이, 상기 연결철근(40)은 상기 앵커설치구의 높이 방향으로 복수 개 배치되며, 도 3 및 도 4a에 나타낸 바와 같이 대략 U자 형상으로 형성되어 상기 앵커설치구(31)를 둘러싸도록 구성된다.
상기 연결철근(40)은 끝단은 하향으로 절곡되는 절곡부분(40a)을 구비하며 상기 절곡부분이 상기 기초부(10)의 상기 횡보강근(12)에 걸림고정되어 연결되도록 구성된다.
상기 연결철근은 도 4c에 나타낸 바와 같이, 대략 타원형 형상으로 형성되는 연결철근(40')으로 구성되어 상기 앵커설치구(31)을 감싸도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 연결철근(40) 이외에 상기 앵커설치구(31)의 외주면에는 상기 앵커설치구 및 상기 연결철근을 지지하는 별도의 지지부재(38)을 더욱 배치하여 각각의 상기 앵커설치구(31)를 더욱 안정적으로 지지하도록 구성할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 앵커설치구의 상부에는 베이스 플레이트(34)가마련되고, 상기 앵커설치구의 하부에는 앵커 플레이트(35)가 마련된다.
본 실시예에 있어서, 상기 베이스 플레이트(34)와 상기 앵커 플레이트(35)는 링 형상의 원판으로 형성되며, 원주방향을 따라 서로 일정간격 이격되어 배치되는 상기 앵커설치구에 설치되는 앵커를 상하에서 고정한다.
상기 베이스 플레이트(34)의 상부와 상기 앵커플레이트(35)의 하부에는 각각 와셔(36a, 36b)를 매개로 하여 너트(37a, 37b)가 연결되며, 상기 앵커설치구(31)의 상기 앵커(32)는 상기 너트(37a, 37b)와 상기 와셔를 통해 상기 베이스 플레이트 및 상기 앵커플레이트에 고정 지지된다.
상기 베이스 플레이트(34)는 상술한 바와 같이 수직도 오차 조정후에 제거되며, 상기 앵커설치구의 상부면으로부터 돌출된 앵커에 상기 타워부를 연결한다.
도 6은 본 발명의 수직도 조정 원리를 나타내는 개념도이다. 상기 연결부의 상기 앵커(32)와 상기 베이스플레이트(34)와 상기 앵커플레이트(35)는 상기 타워부의 수직도 오차를 보정하기 위하여, 기울기의 조정이 가능하다.
상기 기초부(10)의 수직도를 측정한 결과, 오차가 발생한 경우에, 기초부의 수직도 오차만큼 앵커의 기울기를 조정하여 베이스플레이트와 앵커플레이트를 함께 설치하여 수직도를 보정하고 상기 충진재를 그라우팅하여 앵커설치구와 일체거동하도록 한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조의 시공방법에 대하여 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명한다.
우선, 상기 기초부(10)와 상기 앵커설치구(31)를 설치한다. 상기 기초부의 주보강근 및 횡보강근 등 보강근을 배치하고, 상기 보강근의 배치시에 상기 연결철근(40)과 함께 상기 앵커설치구(31)를 설치한다. 기초부의 보강근 및 앵커설치구를 설치한 후 상기 기초부의 콘크리트를 타설하여 상기 앵커설치구를 상기 기초부와 일체로 형성한다.
그 후, 상기 앵커설치구가 일체로 형성된 상기 기초부를 현장에 운반 및 반입하여 설치한다.
그 후, 상기 앵커설치구(31)에 상기 앵커(32)를 삽입하고, 상기 앵커설치구(31)의 상하부에서 앵커와 베이스 플레이트 및 앵커 플레이트를 조립한다. 이 때, 상기 기초부의 수직도 측정결과에 따라 수직도 오차를 보정한다.
그 후, 상기 앵커설치구(31)에 충진재를 삽입하여 상기 연결부의 시공을 완료한다.
이로써, 콘크리트 기초의 수직도 오차를 현장에서 조정하여 콘크리트 기초의 수직도 오차를 타워의 허용 수직도 범위로 보정이 가능하고, 콘크리트 기초 설치의 시공성이 용이하며 기초 수직도 확보의 정밀시공 능력을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
1 : 콘크리트 기초-타워 연결구조
10 : 기초부
20 ; 타워부
30 : 연결부
31 : 앵커설치구
32 : 앵커
40 : 연결철근

Claims (4)

  1. 지반에 고정설치되는 기초부의 내측에 형성되는 연결부를 가지는 콘크리트 기초-타워 연결구조에 있어서,
    상기 연결부는,
    내부에 앵커가 설치되며 상기 기초부의 내측에서 원형의 평면을 따라 일정 간격 이격되어 배치되는 복수의 앵커설치구와,
    상기 복수의 앵커설치구 각각을 둘러싸며 상기 기초부의 주보강근에 연결된 횡보강근에 연결되는 연결철근과,
    링 형상의 원판으로 형성되어 상기 복수의 앵커설치구의 상부에 앵커설치구와는 분리되어 설치되며 상기 연결부의 기울기 조정 후에 제거되는 베이스 플레이트와,
    링 형상의 원판으로 형성되어 상기 앵커설치구의 하부에 설치되는 앵커설치구와는 분리되어 설치되는 앵커 플레이트를 구비하며,
    상기 앵커설치구가 매립되어 있는 상기 기초부를 시공한 후에 상기 앵커와 상기 베이스 플레이트와 상기 앵커 플레이트의 기울기를 상기 앵커설치구 내에서 조정하여 상기 연결부의 상부에 설치되는 타워부의 수직도를 현장에서 보정하는 것을 특징으로 하는 수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 앵커설치구는 상기 앵커플레이트와 상기 베이스 플레이트와는 분리되어 설치되고,
    상기 앵커설치구 내부에는 앵커가 복수로 배치되고,
    상기 앵커설치구 내부에서 상기 앵커설치구의 배치각도와 상기 앵커배치 각도를 상이하게 배치하여 상기 앵커의 수직도를 조정할 수 있으며,
    충진되어 상기 앵커와 일체로 거동하는 충진재가 설치되는 것을 특징으로 하는 수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연결철근은 상기 앵커설치구의 각각을 타워의 중심쪽에서 둘러싸며 타워의 중심대비 앵커설치구의 바깥에서 상기 기초부의 주보강근에 연결되며,
    상기 앵커설치구의 높이 방향으로 복수 개 배치되는 것을 특징으로 하는 수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 앵커설치구의 순직경은 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 수직도 오차 보정이 가능한 콘크리트 기초-타워 연결구조.
    Dhole > Danchor/cosθ + ltanθ
    (여기서, θ는 보정이 필요한 수직도 오차, Dhole 은 앵커설치구의 순직경, Danchor는 앵커의 최대직경, l은 앵커의 매입깊이를 의미한다)
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