KR102012883B1 - 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임 및 이를 이용한 내진공법 - Google Patents

마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임 및 이를 이용한 내진공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임 및 보강공법에 관한 것으로서, 보강 대상이 되는 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면을 따라 부착되는 평판 형태의 앵커플레이트(100); 앵커플레이트(100)에 형성된 앵커볼트장착공(11)을 통과하여 철근 콘크리트 구조물(50)에 매립 장착되는 앵커볼트(200); 철근 콘크리트 구조물(50)의 기둥과 보를 따라 장착되는 철골부재(300); 및, 일측 단부는 시공 현장에서 앵커플레이트(100)의 외측면에 용접결합되고, 타측 단부는 철골부재(300)를 따라 미리 설정된 거리마다 유동 가능하게 볼트로 가체결되는 다수의 연결부재(400);를 포함하여 구성되고, 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면 사이에는 앵커볼트(200)가 매립 장착된 상태에서도 간격(gap)이 존재하여 빈 공간이 형성되고, 볼트로 가체결된 연결부재(400)는 시공 현장에서 앵커플레이트(100)에 용접결합된 후 볼트를 완전히 조임으로써 철골부재(300)에 고정되고, 철골부재(300)는 철근 콘크리트 구조물(50)의 기둥과 보를 따라 " ㅁ"자 또는 "日"자 형태로 배열되는 구조가 되고, 철골부재(300)의 내부 공간을 가로지르도록 좌우 대칭 구조로 용접 결합되는 마찰보강가새(330);가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임 및 이를 이용한 내진공법{Aseismatic Reinforcement Steel Frame with Friction Slip Brace and Aseismatic Reinforcement Method using thereof}
본 발명은 철골프레임을 사용하여 기존의 철근 콘크리트 구조물을 내진 보강할 경우 철근 콘크리트 구조물과 내진 보강용 철골프레임의 일체 거동을 확보하여 지진에 효율적으로 대응할 수 있는 새로운 개념의 마찰보강가새가 구비된 철골프레임 및 이를 이용한 내진공법에 관한 것이다.
2016년 9월 경주지진 이래 지진에 대비한 내진보강에 관심이 증대되면서 학교, 공공시설물 등 건축 구조물의 내진보강이 많이 이루어지고 있으며, 일반적으로 기존 철근 콘크리트 구조물의 내진보강은 토글 또는 브레이스가 구비된 마찰댐퍼, 점성댐퍼, 슬릿강재댐퍼 등의 제진보강공법과 철골브레이스, 철골프레임, CF기둥보강 등의 내진보강공법이 활발히 사용되고 있다.
그러나 상기한 여러 종류의 내진보강공법들의 자체 성능은 다양한 실험 및 다수의 실적을 통하여 어느 정도 확보되었다고 할 수 있으나, 지진 발생시 내진보강장치와 보강대상 철근 콘크리트 구조물의 일체거동을 확보할 수 없다면 이러한 공법들은 무용지물이 될 수 밖에 없다.
따라서 내진보강장치나 공법 자체의 개발과 함께 내진보강장치와 기존 철근 콘크리트 구조물의 일체 거동을 확보할 수 있는 접합구조에 대한 연구 개발의 중요성이 증대되고 있는데, 이와 관련된 선행기술을 살펴보면 다음과 같다.
도1(a)와 같이 내진보강용 H형강의 웨브를 보강대상 철근 콘크리트 구조물에 접합하여 내진보강할 경우 보강대상 콘크리트 구조물(1)에 다수의 수지앵커(2)를 1열 또는 2열로 장치하고, 내진보강용 H형강의 웨브(4)에 다수의 스터드볼트(3)를 1열 또는 2열로 용접결합하고, 거푸집을 설치한 후 콘크리트(5)를 타설하는 방법을 주로 사용하고 있는데, 이러한 접합방법은 지진 발생시 불규칙한 지진 에너지(횡하중)에 의하여 필연적으로 콘크리트에 균열이 발생되고, 균열이 발생됨과 동시에 H형강으로 지진하중의 전달이 어려워져 소기의 내진보강효과를 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한 도1(b)와 같이 내진보강용 H형강의 플랜지(7)를 보강대상 콘크리트 구조물(1)에 앵커(8) 및 에폭시수지(9)를 사용하여 접합하는 방식으로 내진보강할 경우 도1(c)에 도시된 것처럼 천공드릴(10)을 이용한 앵커구멍 천공작업을 수행해야만 하는데, 이러한 천공작업 과정에서 천공드릴(10)이 상부 플랜지(11)에 간섭되어 규정된 깊이의 수직 천공이 어렵고, 천공작업 과정에서 보강대상 콘크리트 구조물(1) 내부의 철근과 천공드릴이 맞닿을 경우 이를 회피할 수 있는 적절한 방안이 없어 내진보강장치의 견고한 설치가 어려운 문제점이 있다. 아울러 이러한 문제점을 개선하기 위하여 비교적 길이가 긴 천공드릴(13)을 사용하여 앵커구멍 천공작업시 상부플랜지(11)에도 구멍을 뚫는 경우도 있으나 이 방법 역시 천공작업 도중 철근 콘크리트 구조물 내부의 철근과 맞닿을 경우 이를 회피할 적절한 방법이 없을 뿐만 아니라 불필요한 천공 과정이 추가되고, 상부플랜지(11)의 천공에 따른 강도 저하의 결과를 초래하게 된다.
따라서 내진보강장치와 기존 철근 콘크리트 구조물의 일체 거동성을 확보할 수 있는 보다 효과적인 접합구조 및 내진공법의 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
[선행기술문헌]
등록특허 제10-1150392호
등록특허 제10-1670633호
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 지진 발생시 기존 철근 콘크리트 구조물과 내진보강장치의 일체 거동을 확보할 수 있는 내진보강용 철골프레임 및 내진공법을 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 마찰보강가새가 구비된 철골프레임의 웨브 또는 플랜지를 기존 철근 콘크리트 구조물과 견고하게 접합할 수 있는 수단을 제공하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
셋째, 시공이 간편하고 철근 콘크리트 구조물의 바탕면 굴곡 편차를 흡수할 수 있는 내진보강용 철골프레임 및 내진공법을 제공하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
넷째, 일체의 유지관리가 필요 없는 반영구적인 내진보강용 철골프레임 및 내진공법을 제공하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 철근 콘크리트 구조물(50)에 장착되는 내진보강용 철골프레임에 관한 것으로서, 보강 대상이 되는 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면을 따라 부착되는 평판 형태의 앵커플레이트(100); 상기 앵커플레이트(100)에 형성된 앵커볼트장착공(11)을 통과하여 철근 콘크리트 구조물(50)에 매립 장착되는 앵커볼트(200); 철근 콘크리트 구조물(50)의 기둥과 보를 따라 장착되는 철골부재(300); 및, 일측 단부는 상기 앵커플레이트(100)의 외측면에 용접결합되고, 타측 단부는 상기 철골부재(300)를 따라 미리 설정된 거리마다 볼트결합되는 다수의 연결부재(400);를 포함하여 구성되고, 상기 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면 사이에는 상기 앵커볼트(200)가 매립 장착된 상태에서도 간격(gap)이 존재하여 빈 공간이 형성되고, 상기 철골부재(300)는 철근 콘크리트 구조물(50)의 기둥과 보를 따라 " ㅁ"자 또는 "日"자 형태로 배열되는 구조가 되고, 상기 철골부재(300)의 내부 공간을 가로지르도록 좌우 대칭 구조로 용접 결합되는 마찰보강가새(330);가 더 구비되되, 상기 마찰보강가새(330)는 일측이 상기 철골부재(300)에 맞닿아 용접결합되고, 타측에는 길이 방향으로 절개된 다수의 슬로트홀(33)이 구비된 제1보강부재(331); 일측이 상기 철골부재(300)에 맞닿아 용접결합되고, 타측에는 길이 방향으로 절개된 다수의 슬로트홀(33)이 구비된 제2보강부재(332); 및, 상기 제1보강부재(331)와 상기 제2보강부재(332) 각각에 구비된 슬로트홀(33)을 통과하는 볼트에 의하여 볼트결합되어 상기 제1보강부재(331)와 상기 제2보강부재(332) 각각의 타측에 밀착되는 결속강판(333);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임을 이용한 내진공법에 관한 것으로서, 기존 마감재의 철거 작업 후 철근 콘크리트 구조물(50)의 보강 부위 바탕면의 페인트 및 이물질을 제거하여 바탕면을 정리하는 제1단계; 앵커플레이트(100)에 형성된 앵커볼트장착공(11)의 패턴에 따라 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면에 앵커볼트 장착을 위한 구멍을 천공하는 제2단계; 제2단계에서 천공된 구멍에 앵커볼트(200)를 장착하여 앵커플레이트(100)를 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면과 미리 설정된 거리만큼 간격이 존재하도록 부착하는 제3단계; 철골부재(300)에 고장력볼트로 가조립된 연결부재(400)를 밀거나 당기면서 앵커플레이트(100)의 외측면에 밀착한 후 용접결합하는 제4단계; 가체결된 고장력볼트를 완전히 조임으로써 연결부재(400)와 철골부재(300)을 최종 결합하는 제5단계; 거푸집을 설치한 후 모르타르 또는 콘크리트를 타설양생하여 철근 콘크리트 구조물(50)과 철골부재(300)를 일체로 결합하는 타설양생층(500)을 형성하는 제6단계; 및, 양생이 완료된 후 거푸집을 제거하고 마감공정을 수행하는 제7단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임의 웨브 또는 플랜지를 기존 철근 콘크리트 구조물과 견고하게 접합하여 지진 발생시 기존 철근 콘크리트 구조물과 내진보강장치의 일체 거동을 확보할 수 있다.
다시 말하면, 앵커볼트(200), 앵커플레이트(100), 연결부재(400) 및 철골부재(300)로 이루어진 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임을 기존 철근 콘크리트 구조물의 기둥이나 보를 따라 설치한 후 고강도 무수축 모르타르나 콘크리트를 타설하여 일체화함으로써 지진 발생시에도 기존 철근 콘크리트 구조물과 일체 거동을 보장할 수 있다.
둘째, 시공이 간편하고, 철근 콘크리트 구조물의 바탕면 굴곡 편차를 흡수할 수 있다.
다시 말하면, 연결부재(400)를 철골부재(300)에 볼트로 가조립만 한 상태에서 연결부재(400)와 앵커플레이트(100)의 용접결합을 수행함으로써 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면 굴곡 편차나, 앵커플레이트(100) 또는 철골부재(300)의 형상 편차를 흡수하면서 보다 편리하고 신속하게 용접작업을 수행할 수 있다. 왜냐하면, 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50) 사이의 간격과 함께 연결부재(400)도 철골부재(300)에 가조립 상태가 될 경우 앵커플레이트(100), 연결부재(400) 및 철골부재(300)들의 유동성이 충분히 확보되어 연결부재(400)의 웨브 단부가 앵커플레이트(100)의 외측면에 쉽게 밀착되어 용접이 신속하게 이루어질 수 있기 때문이다.
셋째, 별도의 유지관리가 필요 없는 반영구적인 내진보강용 철골프레임 및 내진공법을 제공할 수 있다.
다시 말하면, 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임이 기존 철근 콘크리트 구조물(50)과 일체화되어 수명을 함께 함으로써 별도의 유지관리가 불필요하다.
넷째, 마찰보강가새(330)는 철골부재(300)의 강성을 보강함과 동시에 미리 설정된 크기 이상의 외력이 전달될 경우 결속강판(333)을 통하여 하나로 결합된 제1보강부재(331)와 제2보강부재(332)의 상호 이동을 유발하고, 이러한 상호 이동에 따라 마찰력이 발생하면서 외력을 흡수할 수 있다.
다시 말하면, 슬로트홀(33)이 허여하는 범위 내에서 마찰력이 수반된 유동이 발생하여 철골부재(300)이나 마찰보강가새(330) 자체의 손상이나 변형을 최소화하면서 지진 에너지를 효율적으로 감쇠시킬 수 있다.
도1은 종래 기술을 도시한다.
도2는 본 발명의 구체적 실시예로서 "T"형강의 연결부재(400)가 철골부재(300)의 플랜지에 결합되는 경우를 도시한다.
도3은 본 발명의 다른 구체적 실시예로서 "ㄷ"형강의 연결부재(400)가 철골부재(300)의 플랜지에 결합되는 경우를 도시한다.
도4는 본 발명의 또 다른 구체적 실시예로서 (a)는 "T"형강으로 제작된 연결부재(400)가 철골부재(300)의 웨브 일측면에 볼트결합된 경우이고, (b)는 "ㄷ"형강으로 제작된 연결부재(400)가 철골부재(300)의 웨브 일측면에 볼트결합된 경우를 도시한다.
도5는 본 발명의 또 다른 구체적 실시예로서 연결부재(400)가 하부연결부(410)와 상부연결부(420)로 이루어진 경우를 도시한다.
도6a는 기존 철근 콘크리트 구조물(50)의 개구부 내측면을 따라 앵커플레이트(100)를 설치한 상태를 도시한다.
도6b는 앵커플레이트(100)에 연결부재(400)의 일측 단부를 용접결합한 후 가체결된 볼트를 완전히 조인 상태를 도시한다.
도6c는 모르타르나 콘크리트를 타설하여 양생이 완료된 상태를 도시한다.
도7a는 기존 철근 콘크리트 구조물(50)의 개구부 외측 전면을 따라 앵커플레이트(100)를 설치한 상태를 도시한다.
도7b는 앵커플레이트(100)에 하부연결부(410)를 앵커플레이트(100)에 용접결합한 후 가체결된 볼트를 완전히 조인 상태를 도시한다.
도7c는 모르타르나 콘크리트를 타설하여 양생이 완료된 상태를 도시한다.
도8은 철골부재(300)의 다양한 형태를 예시적으로 도시한다.
도9는 철골부재(300) 또 다른 형태를 예시적으로 도시한다.
도10은 마찰보강가새(330)의 결합 구조를 도시하는데, (a) 마찰패드(334)가 사용되지 않는 경우, (b) 마찰패드(334)가 사용되는 경우를 각각 도시한다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 철근 콘크리트 구조물(50)에 장착되는 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임에 관한 것이다.
앵커플레이트(100)는 도2에 도시된 바와 같이 평판 형태의 강판 부재로서 보강 대상이 되는 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면(표면)을 따라 부착되는데, 주로 기둥이나 보를 따라 설치된다.
아울러 앵커플레이트(100)는 도6a에 도시된 것처럼 다수의 조각으로 이루어져 개별적으로 앵커볼트(200)에 의하여 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면에 부착되는 구조가 될 수도 있고, 도7a에 도시된 것처럼 일측으로 길게 늘어진 1개의 강판 부재로 이루어질 수도 있다.
앵커볼트(200)는 앵커플레이트(100)에 형성된 앵커볼트장착공(11)을 통과하여 철근 콘크리트 구조물(50)에 매립 장착되면서 앵커플레이트(100)를 철근 콘크리트 구조물(50)의 표면에 부착시키는데, 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50)의 표면 사이에는 앵커볼트(200)가 매립 장착된 상태에서도 간격(gap)이 존재하여 빈 공간이 형성되고, 이러한 간격을 통하여 앵커플레이트(100)는 철근 콘크리트 구조물(50)의 표면에 부착된 상태에서도 유동 공간을 확보할 수 있게 된다. 아울러 이러한 간격을 통한 빈 공간에도 타설양생층(500)이 형성됨으로써 철골부재(300)와 철근 콘크리트 구조물(50)의 일체 거동을 확보하게 된다.
철골부재(300)는 "H"형강과 같은 철골이 사용되는데, 이러한 철골부재(300)는 앵커플레이트(100)를 따라 장착되어 지진과 같은 외력이 작용할 경우 이를 전달받아 저항하는 주요 뼈대 역할을 하게 된다.
철골부재(300)는 도6b에 도시된 것처럼 기존 철근 콘크리트 구조물(50)의 개구부 내측면을 따라 설치될 수도 있고, 도7b에 도시된 것처럼 기존 철근 콘크리트 구조물(50)의 개구부 외측 전면을 따라 설치될 수도 있다.
또한 철골부재(300)는 도8 또는 도9에 도시된 것처럼 철근 콘크리트 구조물(50)의 기둥과 보를 따라 " ㅁ"자 형태나 "日"자 형태가 될 수 있는데, 마찰보강가새(330)가 철골부재(300)의 내부 공간을 가로지르도록 좌우 대칭 구조로 용접 결합된다.
마찰보강가새(330)는 도10(a)에 도시된 바와 같이 제1보강부재(331), 제2보강부재(332) 및 결속강판(333)을 포함하여 구성되거나, 도10(b)처럼 마찰패드(334)가 추가될 수 있다.
제1보강부재(331)의 일측은 철골부재(300)에 맞닿아 용접결합되고, 제1보강부재의 타측에는 길이 방향으로 절개된 다수의 슬로트홀(33)이 구비된다.
제2보강부재(332)의 일측은 철골부재(300)에 맞닿아 용접결합되고, 제2보강부재(332)의 타측에는 길이 방향으로 절개된 다수의 슬로트홀(33)이 구비된다.
결속강판(333)은 제1보강부재(331)와 제2보강부재(332) 각각에 구비된 슬로트홀(33)을 통과하는 볼트에 의하여 볼트결합되어 제1보강부재(331)와 제2보강부재(332) 각각의 타측에 밀착되면서 제1보강부재(331)와 제2보강부재(332)를 하나로 연결하는 역할을 한다.
마찰패드(334)는 제1보강부재(331)와 제2보강부재(332) 각각에 형성된 슬로트홀(33)과 대응하는 패턴의 슬로트홀(33)이 구비되고 결속강판(333)이 볼트결합될 경우 결속강판(333)과 제1보강부재(331) 사이 및 결속강판(333)과 제2보강부재(332) 사이에서 압착되면서 마찰력을 더욱 증대시키는 역할을 한다.
마찰보강가새(330)는 도6b, 도7b, 도8 또는 도9에 도시된 것처럼 철골부재(300)의 내부 공간에 "V"자 형태가 되거나, 철골부재(300)의 내측 하부 모서리를 보강하는 형태가 되거나, 상하단부가 외측으로 벌어진 "H"자 형태가 될 수 있다. 도9처럼 철골부재(300)가 "日"자 형태의 이단 구조가 될 경우에는 각각의 내부 공간에 마찰보강가새(330)가 설치될 수 있다.
이러한 마찰보강가새(330)는 철골부재(300)의 강성을 보강함과 동시에 미리 설정된 크기 이상의 외력이 전달될 경우 결속강판(333)을 통하여 하나로 결합된 제1보강부재(331)와 제2보강부재(332)의 상호 이동을 유발하고, 이러한 상호 이동에 따라 마찰력이 발생하면서 외력을 흡수하게 된다. 즉 슬로트홀(33)이 허여하는 범위 내에서 마찰력이 수반된 유동이 발생하여 철골부재(300)나 마찰보강가새(330) 자체의 손상이나 변형을 최소화하면서 지진 에너지를 효율적으로 감쇠시킬 수 있다.
제1보강부재(331)와 제2보강부재(332)의 상호 이동에 따른 마찰력으로 감쇠시킬 수 없는 크기의 외력(지진 에너지)가 작용할 경우에는 최종적으로 슬로트홀(33) 부위가 파단되면서 외력을 흡수하게 된다.
연결부재(400)는 철골부재(300)를 따라 미리 설정된 거리마다 볼트로 가체결되는데, 연결부재(400)의 일측 단부는 시공 현장에서 앵커플레이트(100)의 외측면에 용접결합되고, 연결부재(400)의 타측 단부는 용접결합한 후 볼트를 완전히 조임으로써 철골부재(300)에 최종적으로 고정된다.
즉, 연결부재(400)는 철골부재(300)에 볼트로 가체결된 상태로 시공 현장에 공급되고, 시공 현장에서 연결부재(400)와 앵커플레이트(100)를 먼저 용접결합한 후 볼트를 완전히 조임으로써 볼트결합이 완료된다.
이러한 연결부재(400)는 도2에 도시된 바와 같이 "T"형강으로 제작되거나 도3에 도시된 것처럼 "ㄷ"형강으로 제작될 수 있는데, 경우에 따라서는 평판을 서로 용접하여 "T"형 단면이나 "ㄷ"형 단면 형태의 부재를 제작하여 사용할 수도 있다. 아울러, 연결부재(400)에는 타설되는 고강도 무수축 모르타르 또는 콘크리트가 통과하는 통과공(22)이 다수 구비된다.
연결부재(400)가 "T"형강으로 제작될 경우 연결부재(400) 웨브의 단면부가 앵커플레이트(100)의 외측면에 용접결합되고, 연결부재(400)의 플랜지 외측면이 철골부재(300)의 일측 플랜지 외측면에 맞닿도록 볼트결합된다.
연결부재(400)가 "ㄷ"형강으로 제작될 경우 연결부재(400)의 양측 웨브 단면부가 각각 앵커플레이트(100)의 표면에 용접결합되고, 연결부재(400)의 플랜지 외측면이 철골부재(300)의 일측 플랜지 외측면에 맞닿도록 볼트결합된다.
아울러, 도4에 도시된 것처럼 연결부재(400)가 철골부재(300)의 웨브 일측면에 볼트결합될 수도 있는데, 도4(a)는 "T"형강으로 제작된 연결부재(400)가 철골부재(300)의 웨브 일측면에 볼트결합된 경우이고 도4(b)는 "ㄷ"형강으로 제작된 연결부재(400)가 철골부재(300)의 웨브 일측면에 볼트결합된 경우이다.
연결부재(400)와 철골부재(300)를 결합하는 볼트는 도2 내지 도4에 도시된 것처럼 전산볼트를 미리 철골부재(300)의 웨브나 플랜지 표면에 용접결합한 후 용접결합된 볼트에 연결부재(400)를 끼우고 너트를 체결하는 방식이 선택될 수도 있고, 첨부도면에 별도로 도시하지 않았으나 머리부가 있는 일반볼트의 머리부를 철골부재(300)의 웨브나 플랜지 표면에 용접결합하거나 철골부재(300)의 웨브나 플랜지를 관통하도록 머리부가 있는 일반볼트를 삽입하는 방식이 선택될 수도 있다.
도5의 경우 연결부재(400)는 하부연결부(410)와 상부연결부(420)로 구성되고, 철골부재(300)의 웨브에 연결부재(400)의 상부연결부(420)의 웨브 단면부가 용접결합된다.
연결부재(400)의 하부연결부(410)는 도5에 도시된 것처럼 "ㄷ"형강으로 제작되고 상부연결부(420)도 "ㄷ"형강으로 제작된다.
하부연결부(410)와 상부연결부(420) 각각에는 타설되는 고강도 무수축 모르타르 또는 콘크리트가 통과하는 통과공(22)이 다수 구비된다.
하부연결부(410)의 웨브 단면부는 각각 앵커플레이트(100)의 외측면에 용접결합되고, 하부연결부(410)의 플랜지 외측면과 상부연결부(420)의 플랜지 외측면이 서로 맞닿도록 볼트결합되고, 상부연결부(420)의 웨브 단면부가 각각 철골부재(300) 웨브 일측면에 용접결합된다.
이 경우 상부연결부(420)와 철골부재(300)는 미리 용접결합된 상태로 시공 현장에 제공되며, 하부연결부(410)와 상부연결부(420)는 볼트를 가체결한 상태에서 하부연결부(410)와 앵커플레이트(100)를 먼저 용접결합한 후 볼트를 완전히 조임으로써 볼트결합을 완료한다.
이 경우 도5에 도시된 것처럼 전산볼트를 미리 상부연결부(420)의 플랜지 표면에 용접결합한 후 용접결합된 볼트에 하부연결부(410)를 끼우고 너트를 체결하는 방식이 선택될 수도 있고, 첨부도면에 별도로 도시하지 않았으나 머리부가 있는 일반볼트의 머리부를 상부연결부(420)의 플랜지 표면에 용접결합하거나 상부연결부(420)의 플랜지를 관통하도록 머리부가 있는 일반볼트를 삽입하는 방식이 선택될 수도 있다.
아울러, 상부연결부(420)와 하부연결부(410)는 도5에 도시된 것처럼 웨브의 배열이 서로 직교하도록 배치될 수 있다. 상부연결부(420)와 하부연결부(410)는 첨부도면에 별도로 도시하지 않았으나 "T"형강으로 제작될 수도 있다.
타설양생층(500)은 앵커플레이트(100)와 연결부재(400)가 차지하고 있는 철골부재(300)의 하부 영역의 공간을 채우도록 타설양생되는 고강도 무수축 모르타르나 콘크리트로 이루어지는데, 이러한 타설양생층(500)은 앵커볼트(200)와 함께 철근 콘크리트 구조물(50)과 철골부재(300)를 일체로 결합하는 역할을 하게 된다.
아울러 타설양생층(500)은 도2 또는 도5에 도시된 것처럼 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50)의 표면 사이의 간격으로 형성된 빈 공간에도 형성된다.
타설양생층(500)은 연결부재(400), 상부연결부(420), 하부연결부(410)에 형성된 다수의 통과공(22)을 통과하도록 타설되어 양생됨으로써 연결부재(400)와의 결합력을 증대시키게 된다.
이러한 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임은 도6(a~c) 또는 도7(a~c)에 도시된 것처럼 기존 철골 콘크리트 구조물의 기둥이나 보를 따라 설치되어 개구부를 보강하게 되는데, 이하에서는 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임을 이용한 내진공법에 대하여 살펴본다.
<도6에 도시된 결합구조의 내진공법>
(1) 제1단계
기존 마감재의 철거 작업 후 철근 콘크리트 구조물(50)의 보강 부위 표면의 페인트 및 이물질을 제거하여 바탕면을 정리하는 과정이다. 이러한 과정은 면갈기 공정 등을 통하여 수행될 수 있다.
(2) 제2단계
앵커플레이트(100)에 형성된 앵커볼트장착공(11)의 패턴에 따라 철근 콘크리트 구조물(50)의 표면에 앵커볼트 장착을 위한 구멍을 천공하는 과정이다.
앵커플레이트(100)는 도6a에 도시된 것처럼 다수의 조각으로 분리된 것이 사용될 수도 있고, 첨부도면에 별도로 도시하지 않았으나 일체형 강판이 사용될 수도 있다.
(3) 제3단계(도6a)
제2단계에서 천공된 구멍에 앵커볼트(200)를 장착하여 앵커플레이트(100)를 철근 콘크리트 구조물(50)의 표면과 미리 설정된 거리만큼 간격이 존재하도록 부착하는 과정이다.
앵커볼트(200)는 다양한 종류와 규격의 제품이 사용될 수 있으며, 각 제품의 장착 메뉴얼에 따라 작업을 수행하게 되는데, 앵커볼트(200)의 장착이 완료된 상태에서 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면 사이에는 개략 10 내지 20밀리미터 정도의 간격이 유지되도록 하여 앵커플레이트(100)의 유동 공간(거리)을 적절히 확보하도록 한다.
(4) 제4단계(도6b)
철골부재(300)에 볼트로 가조립된 연결부재(400)를 밀거나 당기면서 연결부재(400)의 웨브의 단면부를 앵커플레이트(100)의 외측면에 밀착한 후 용접결합하는 과정이다.
즉, 연결부재(400)를 철골부재(300)에 볼트로 가조립만 한 상태에서 연결부재(400)와 앵커플레이트(100)의 용접결합을 수행함으로써 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면 굴곡 편차나, 앵커플레이트(100) 또는 철골부재(300)의 형상 편차를 흡수하면서 보다 편리하고 신속하게 용접작업을 수행할 수 있다.
다시 말하면, 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50) 사이의 간격과 함께 연결부재(400)도 철골부재(300)에 가조립 상태가 될 경우 앵커플레이트(100), 연결부재(400) 및 철골부재(300)들의 유동성이 충분히 확보되어 연결부재(400)의 웨브 단부가 앵커플레이트(100)의 외측면에 쉽게 밀착되어 용접이 신속하게 이루어질 수 있다.
(5) 제5단계(도6b)
앵커플레이트(100)와 연결부재(400)가 용접으로 결합된 후 가체결된 볼트를 완전히 조임으로써 연결부재(400)와 철골부재(300)을 최종 결합하는 과정인데, 이러한 과정을 통하여 앵커플레이트(100), 연결부재(400) 및 철골부재(300)이 완벽하게 일체거동을 할 수 있도록 결합되고, 앵커플레이트(100)는 앵커볼트(200)에 의하여 철근 콘크리트 구조물(50)에 장착된 상태가 된다.
(6) 제6단계(도6c)
거푸집을 설치한 후 고강도 무수축 모르타르 또는 콘크리트를 타설양생하여 철근 콘크리트 구조물(50)과 철골부재(300)을 일체로 결합하는 타설양생층(500)을 형성하는 과정이다.
이러한 과정을 통하여 기존 철근 콘크리트 구조물(50)과 철골부재(300)의 일체 거동이 확보된다.
거푸집을 설치하거나 고강도 무수축 모르타르 또는 콘크리트를 타설하여 양생하는 과정은 해당 분야의 일반적인 시공 방법에 따라 현장 여건 등을 감안하여 수행하게 되는데, 타설되는 고강도 무수축 모르타르 또는 콘크리트는 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50) 사이의 빈 공간에도 충분히 채워지도록 한다.
(7) 제7단계
양생이 완료된 후 거푸집을 제거하고 필요한 마감공정을 수행하는 과정이다.
<도7에 도시된 결합구조의 내진공법>
(1) 제1단계
기존 마감재의 철거 작업 후 철근 콘크리트 구조물(50)의 보강 부위 표면의 페인트 및 이물질을 제거하여 바탕면을 정리하는 과정이다. 이러한 과정은 면갈기 공정 등을 통하여 수행될 수 있다.
(2) 제2단계
앵커플레이트(100)에 형성된 앵커볼트장착공(11)의 패턴에 따라 철근 콘크리트 구조물(50)의 표면에 앵커볼트 장착을 위한 구멍을 천공하는 과정이다.
앵커플레이트(100)는 도7a에 도시된 것처럼 일체형 강판이 사용될 수도 있고, 첨부도면에 별도로 도시하지 않았으나 다수의 조각으로 분리된 것이 사용될 수도 있다.
(3) 제3단계(도7a)
제2단계에서 천공된 구멍에 앵커볼트(200)를 장착하여 앵커플레이트(100)를 철근 콘크리트 구조물(50)의 표면과 미리 설정된 거리만큼 간격이 존재하도록 부착하는 과정이다.
앵커볼트(200)는 다양한 종류와 규격의 제품이 사용될 수 있으며, 각 제품의 장착 메뉴얼에 따라 작업을 수행하게 되는데, 앵커볼트(200)의 장착이 완료된 상태에서 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면 사이에는 개략 10 내지 20밀리미터 정도의 간격이 유지되도록 하여 앵커플레이트(100)의 유동 공간(거리)을 적절히 확보하도록 한다.
(4) 제4단계(도7b)
철골부재(300)에 용접결합된 상부연결부(420)에 볼트로 가조립된 하부연결부(410)를 밀거나 당기면서 앵커플레이트(100)의 외측면에 밀착한 후 용접결합하는 과정이다.
즉, 하부연결부(410)를 상부연결부(420)에 볼트로 가조립만 한 상태에서 하부연결부(410)와 앵커플레이트(100)의 용접결합을 수행함으로써 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면 굴곡 편차나, 앵커플레이트(100) 또는 철골부재(300)의 형상 편차를 흡수하면서 보다 편리하고 신속하게 용접작업을 수행할 수 있다.
다시 말하면, 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50) 사이의 간격과 함께 하부연결부(410)도 철골부재(300)과 용접결합된 상부연결부(420)에 가조립 상태가 될 경우 앵커플레이트(100), 하부연결부(410), 상부연결부(420) 및 철골부재(300)들의 유동성이 충분히 확보되어 하부연결부(410)의 웨브 단부가 앵커플레이트(100)의 외측면에 쉽게 밀착되어 용접이 신속하게 이루어질 수 있다.
(5) 제5단계(도7b)
앵커플레이트(100)와 하부연결부(410)가 용접으로 결합된 후 가체결된 볼트를 완전히 조임으로써 하부연결부(410)와 상부연결부(420)를 최종 결합하는 과정인데, 이러한 과정을 통하여 앵커플레이트(100), 하부연결부(410), 상부연결부(420) 및 철골부재(300)이 완벽하게 일체거동을 할 수 있도록 결합되고, 앵커플레이트(100)는 앵커볼트(200)에 의하여 철근 콘크리트 구조물(50)에 장착된 상태가 된다.
(6) 제6단계(도7c)
거푸집을 설치한 후 고강도 무수축 모르타르 또는 콘크리트를 타설양생하여 철근 콘크리트 구조물(50)과 철골부재(300)을 일체로 결합하는 타설양생층(500)을 형성하는 과정이다.
이러한 과정을 통하여 기존 철근 콘크리트 구조물(50)과 철골부재(300)의 일체 거동이 확보된다.
거푸집을 설치하거나 고강도 무수축 모르타르 또는 콘크리트를 타설하여 양생하는 과정은 해당 분야의 일반적인 시공 방법에 따라 현장 여건 등을 감안하여 수행하게 되는데, 타설되는 고강도 무수축 모르타르 또는 콘크리트는 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50) 사이의 빈 공간에도 충분히 채워지도록 한다.
(7) 제7단계
양생이 완료된 후 거푸집을 제거하고 필요한 마감공정을 수행하는 과정이다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
50:철근 콘크리트 구조물
100:앵커플레이트
200:앵커볼트
300:철골부재
330:마찰보강가새
331:제1보강부재
332:제2보강부재
333:결속강판
334:마찰패드
400:연결부재
410:하부연결부
420:상부연결부
500:타설양생층
11:앵커볼트장착공
22:통과공
33:슬로트홀

Claims (8)

  1. 철근 콘크리트 구조물(50)에 장착되는 내진보강용 철골프레임에 관한 것으로서,
    보강 대상이 되는 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면을 따라 부착되는 평판 형태의 앵커플레이트(100);
    상기 앵커플레이트(100)에 형성된 앵커볼트장착공(11)을 통과하여 철근 콘크리트 구조물(50)에 매립 장착되는 앵커볼트(200);
    철근 콘크리트 구조물(50)의 기둥과 보를 따라 장착되는 철골부재(300); 및,
    일측 단부는 시공 현장에서 상기 앵커플레이트(100)의 외측면에 용접결합되고, 타측 단부는 상기 철골부재(300)를 따라 미리 설정된 거리마다 유동 가능하게 볼트로 가체결되는 다수의 연결부재(400);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면 사이에는 상기 앵커볼트(200)가 매립 장착된 상태에서도 간격(gap)이 존재하여 빈 공간이 형성되고,
    볼트로 가체결된 상기 연결부재(400)는 시공 현장에서 상기 앵커플레이트(100)에 용접결합된 후 볼트를 완전히 조임으로써 상기 철골부재(300)에 고정되고,
    상기 철골부재(300)는,
    철근 콘크리트 구조물(50)의 기둥과 보를 따라 " ㅁ"자 또는 "日"자 형태로 배열되는 구조가 되고,
    상기 철골부재(300)의 내부 공간을 가로지르도록 좌우 대칭 구조로 용접 결합되는 마찰보강가새(330);
    가 더 구비되되,
    상기 마찰보강가새(330)는,
    일측이 상기 철골부재(300)에 맞닿아 용접결합되고, 타측에는 길이 방향으로 절개된 다수의 슬로트홀(33)이 구비된 제1보강부재(331);
    일측이 상기 철골부재(300)에 맞닿아 용접결합되고 , 타측에는 길이 방향으로 절개된 다수의 슬로트홀(33)이 구비된 제2보강부재(332); 및,
    상기 제1보강부재(331)와 상기 제2보강부재(332) 각각에 구비된 슬로트홀(33)을 통과하는 볼트에 의하여 볼트결합되어 상기 제1보강부재(331)와 상기 제2보강부재(332) 각각의 타측에 밀착되는 결속강판(333);
    을 포함하여 구성되고,
    상기 연결부재(400)는,
    "T"형강 또는 "ㄷ"형강으로 제작되고,
    상기 철골부재(300)는,
    "H"형강으로 제작되며,
    상기 연결부재(400)가 "T"형강으로 제작될 경우 상기 연결부재(400)의 웨브의 단면부가 상기 앵커플레이트(100)의 외측면에 용접결합되고, 상기 연결부재(400)의 플랜지 외측면이 상기 철골부재(300)의 일측 플랜지 외측면 또는 상기 철골부재(300)의 웨브 일측면에 맞닿도록 볼트결합되며,
    상기 연결부재(400)가 "ㄷ"형강으로 제작될 경우 상기 연결부재(400)의 양측 웨브 단면부가 각각 상기 앵커플레이트(100)의 외측면에 용접결합되고, 상기 연결부재(400)의 플랜지 외측면이 상기 철골부재(300)의 일측 플랜지 외측면 또는 상기 철골부재(300)의 웨브 일측면에 맞닿도록 볼트결합되는 것을 특징으로 하는 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임.
  2. 철근 콘크리트 구조물(50)에 장착되는 내진보강용 철골프레임에 관한 것으로서,
    보강 대상이 되는 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면을 따라 부착되는 평판 형태의 앵커플레이트(100);
    상기 앵커플레이트(100)에 형성된 앵커볼트장착공(11)을 통과하여 철근 콘크리트 구조물(50)에 매립 장착되는 앵커볼트(200);
    철근 콘크리트 구조물(50)의 기둥과 보를 따라 장착되는 철골부재(300); 및,
    일측 단부는 시공 현장에서 상기 앵커플레이트(100)의 외측면에 용접결합되고, 타측 단부는 상기 철골부재(300)를 따라 미리 설정된 거리마다 유동 가능하게 볼트로 가체결되는 다수의 연결부재(400);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 앵커플레이트(100)와 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면 사이에는 상기 앵커볼트(200)가 매립 장착된 상태에서도 간격(gap)이 존재하여 빈 공간이 형성되고,
    볼트로 가체결된 상기 연결부재(400)는 시공 현장에서 상기 앵커플레이트(100)에 용접결합된 후 볼트를 완전히 조임으로써 상기 철골부재(300)에 고정되고,
    상기 철골부재(300)는,
    철근 콘크리트 구조물(50)의 기둥과 보를 따라 " ㅁ"자 또는 "日"자 형태로 배열되는 구조가 되고,
    상기 철골부재(300)의 내부 공간을 가로지르도록 좌우 대칭 구조로 용접 결합되는 마찰보강가새(330);
    가 더 구비되되,
    상기 마찰보강가새(330)는,
    일측이 상기 철골부재(300)에 맞닿아 용접결합되고, 타측에는 길이 방향으로 절개된 다수의 슬로트홀(33)이 구비된 제1보강부재(331);
    일측이 상기 철골부재(300)에 맞닿아 용접결합되고 , 타측에는 길이 방향으로 절개된 다수의 슬로트홀(33)이 구비된 제2보강부재(332); 및,
    상기 제1보강부재(331)와 상기 제2보강부재(332) 각각에 구비된 슬로트홀(33)을 통과하는 볼트에 의하여 볼트결합되어 상기 제1보강부재(331)와 상기 제2보강부재(332) 각각의 타측에 밀착되는 결속강판(333);
    을 포함하여 구성되고,
    상기 연결부재(400)는,
    "T"형강 또는 "ㄷ"형강으로 제작되는 하부연결부(410); 및,
    "T"형강 또는 "ㄷ"형강으로 제작되는 상부연결부(420);
    로 구성되며,
    상기 하부연결부(410)의 웨브 단부는 상기 앵커플레이트(100)의 외측면에 용접결합되고, 상기 하부연결부(410)의 플랜지 외측면과 상기 상부연결부(420)의 플랜지 외측면이 서로 맞닿도록 볼트결합되고, 상기 상부연결부(420)의 웨브 단부가 각각 상기 철골부재(300) 웨브 일측면에 용접결합되는 것을 특징으로 하는 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 앵커플레이트(100)는,
    다수의 조각으로 이루어져 개별적으로 상기 앵커볼트(200)에 의하여 철근 콘크리트 구조물(50)의 표면에 부착되거나 일측으로 길게 늘어진 1개의 강판 부재인 것을 특징으로 하는 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 앵커플레이트(100) 및 상기 연결부재(400)가 차지하고 있는 철골부재(300) 하부 영역의 공간을 채우도록 타설양생되어 철근 콘크리트 구조물(50)과 상기 철골부재(300)을 일체로 결합하는 타설양생층(500);
    이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임.
  5. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 마찰보강가새(330)는,
    상기 제1보강부재(331)와 상기 제2보강부재(332) 각각에 형성된 슬로트홀(33)과 대응하는 패턴의 슬로트홀(33)이 구비되고 상기 결속강판(333)이 볼트결합될 경우 상기 결속강판(333)과 상기 제1보강부재(331) 사이, 및 상기 결속강판(333)과 상기 제2보강부재(332) 사이에서 압착되면서 마찰력을 증대시키는 마찰패드(334);
    가 추가되는 것을 특징으로 하는 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임.
  6. 제1항에 기재된 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임을 이용한 내진공법에 관한 것으로서,
    기존 마감재의 철거 작업 후 철근 콘크리트 구조물(50)의 보강 부위 바탕면의 페인트 및 이물질을 제거하여 바탕면을 정리하는 제1단계;
    앵커플레이트(100)에 형성된 앵커볼트장착공(11)의 패턴에 따라 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면에 앵커볼트 장착을 위한 구멍을 천공하는 제2단계;
    제2단계에서 천공된 구멍에 앵커볼트(200)를 장착하여 앵커플레이트(100)를 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면과 미리 설정된 거리만큼 간격이 존재하도록 부착하는 제3단계;
    철골부재(300)에 고장력볼트로 가조립된 연결부재(400)를 밀거나 당기면서 앵커플레이트(100)의 외측면에 밀착한 후 용접결합하는 제4단계;
    가체결된 고장력볼트를 완전히 조임으로써 연결부재(400)와 철골부재(300)을 최종 결합하는 제5단계;
    거푸집을 설치한 후 모르타르 또는 콘크리트를 타설양생하여 철근 콘크리트 구조물(50)과 철골부재(300)를 일체로 결합하는 타설양생층(500)을 형성하는 제6단계; 및,
    양생이 완료된 후 거푸집을 제거하고 마감공정을 수행하는 제7단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임을 이용한 내진공법.
  7. 제2항에 기재된 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임을 이용한 내진공법에 관한 것으로서,
    기존 마감재의 철거 작업 후 철근 콘크리트 구조물(50)의 보강 부위 바탕면의 페인트 및 이물질을 제거하여 바탕면을 정리하는 제1단계;
    앵커플레이트(100)에 형성된 앵커볼트장착공(11)의 패턴에 따라 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면에 앵커볼트 장착을 위한 구멍을 천공하는 제2단계;
    제2단계에서 천공된 구멍에 앵커볼트(200)를 장착하여 앵커플레이트(100)를 철근 콘크리트 구조물(50)의 바탕면과 미리 설정된 거리만큼 간격이 존재하도록 부착하는 제3단계;
    철골부재(300)에 용접결합된 상부연결부(420)에 볼트로 가조립된 하부연결부(410)를 밀거나 당기면서 앵커플레이트(100)의 외측면에 밀착한 후 용접결합하는 제4단계;
    가체결된 볼트를 완전히 조임으로써 상부연결부(420)와 하부연결부(410)를 최종 결합하는 제5단계;
    거푸집을 설치한 후 모르타르 또는 콘크리트를 타설양생하여 철근 콘크리트 구조물(50)과 철골부재(300)을 일체로 결합하는 타설양생층(500)을 형성하는 제6단계; 및,
    양생이 완료된 후 거푸집을 제거하고 마감공정을 수행하는 제7단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰보강가새가 구비된 내진보강용 철골프레임을 이용한 내진공법.
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