KR102043589B1

KR102043589B1 - 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102043589B1
Application number: KR1020190042468A
Authority: KR
Inventors: 장상식
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2019-11-11

Abstract

본 발명에 따른 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판의 제조방법은 소경목을 4면 제재하여 일정 단면치수를 가지도록 한 다음 소정의 함수율까지 건조하고, 건조시 수축이나 뒤틀림을 제거하기 위해 대패 마감하여 일정 길이를 가지는 다수의 정각재를 제조하는 단계와, 상기 제조된 정각재를 측면접합하여 심판을 제조하는 단계와, 여러 개의 베니어 단판을 섬유방향이 교차되도록 3매 이상의 홀수 매로 적층된 합판을 상기 심판의 상,하부에 표층과 이층으로 각각 접합하여 하부구조 집성판을 제조하는 단계와, 상기 하부구조 집성판의 표층을 형성하는 합판의 상부에 다수의 보강재를 폭방향으로 이격시켜 상기 합판에 결합시키는 단계와, 상기 하부구조 집성판의 상부에 상기 다수의 보강재가 매립되도록 시멘트를 타설하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판 및 그 제조방법{Multi-layer glued structural cross laminated timber panel for floor member with improved bending strength and manufacturing method thereof}

본 발명은 바닥구조용 복합 집성판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목조주택 등에서 바닥구조용으로 사용될 수 있는 향상된 휨강도를 가지는 복합 집성판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근, 주택고급화 및 귀농 귀촌화, 저출산 고령화문화의 확산에 따른 목재제품의 사용량 증가 및 목조주택에 대한 관심 증가 등으로 목재산업 시장은 지속적으로 확대되고 있다. 최근 목조건축 추세를 보면 2006년 신축동의 수는 4,203동 연면적 365,000

, 2010년 9,585동 연면적781,000

급기야 현재 10,000동이 넘는 목조주택이 들어서, 목조주택 1만 세대이다. 그리고 근래에 들어 설계도가 다양해지고 많은 건축주들의 개성 있는 집을 지으려는 수요가 생기면서 수평부재인 대들보, 장선 등의 길이인 지간거리가 상당히 길어지는 경향이 있다. 기존의 구조용 목재로서는 그 지간거리를 버텨낼 수 있는 구조적 강도가 갖춰지지 않으면서 공학목재인 집성재의 사용이 많아지고 있는 현실이다.

도1에 도시된 바와 같은 집성재(10)는 두께 34mm정도의 제재단판 또는 소각재를 인접한 라미나(1)간에 섬유방향으로 평행하게 하여 길이, 너비, 또는 두께방향으로 접착제를 사용하여 접착 적층한 재료이다. 집성재는 리조시놀 수지개발 이후 본격적으로 개발되었으며 조작재는 1960년대, 구조용재는 1990년대 이후 보급되기 시작하였다. 집성재는 사용조건에 따라 옥내용, 옥외용으로 구분지어 사용하고 형상에 따라 통직 집성재, 만곡집성재, I형 단면 집성재, 상형 단면, 중공단면이 있다. 하중방향에 따라 수평 적층 집성재, 수직 적층집성재로 구분하며 일본 규격 JAS에서는 용도에 따라 조작용, 구조용, 화장구조용으로 구분한다. 조작용 집성재는 접착의 정도와 외관이 등급 구분의 기준이 되고 있으며, 구조용 집성재는 건축의 강도부재로서 사용되며 구조상 중요한 곳에 이용되기 때문에 성능기준은 엄격하다.

구조용 대단면 집성재와 그 건축물의 특성은 계획적으로 라미나를 적층함으로써 강도의 편차가 적은 재료가 얻어지고, 그 결과 강도분포의 하한치가 상승하기 때문에 허용응력이 제재의 최대 약 1.5배가 된다. 또한, 라미나의 원료는 건조재를 사용하므로 뒤틀림, 할렬이 적은 특성이 있고, 표면이 착화 연소하면서 연소부분에 탄화 층이 형성되어 내화성능이 일반 목재에 비해 우수하다.

한편 집성재 중 라미나(1)를 직교로 적층하여 구성된 판상형태의 공학목재로서 도2에 도시된 바와 같은 교호집성재(20, Cross Laminated Timber)가 있다. 교호집성재(20)는 고층의 목조건축물의 축조가 가능한 장점을 지니는 공학목재로 유럽, 북미, 일본 등에서 2000년대 개발되어 이용되고 있는 수직적층 구조의 집성재이다. 영국과 북미에서는 이러한 교호집성재를 활용하여 고층의 목조건축물이 축조되고 있으며 전 세계 교호집성재의 생산량 및 규모는 2011년 기준으로 475,000㎥ 의 수준이다. 그 중 중앙 유럽이 약 95%를 차지하고 있으며 영국, 독일, 오스트리아에서 생산이 확대되는 추세이다.

그런데, 이러한 종래의 교호집성재(20)는 온도와 습도 등의 외부조건 변화에 노출되었을 때, 각 층에서 발생하는 서로 상이한 수축의 정도로 인하여 라미나의 비틀림과 할렬과 같은 문제를 발생시킬 수 있다. 라미나의 비틀림은 라미나 간의 접착면을 탈착시키고, 라미나 표면과 내부 수분경사에 의한 건조응력은 교호집성재의 표면에 균열과 할렬을 발생시켜 습기에 의한 변형이 발생할 수 있다. 이는 구조용재로써 사용을 하기에는 매우 불리한 강도 저하를 야기할 수 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하여 목조주택 등에서 바닥 부재로 사용될 수 있는 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판을 개발하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판의 제조방법은 소경목을 4면 제재하여 일정 단면치수를 가지도록 한 다음 소정의 함수율까지 건조하고, 건조시 수축이나 뒤틀림을 제거하기 위해 대패 마감하여 일정 길이를 가지는 다수의 정각재(111)를 제조하는 단계와, 상기 제조된 정각재(111)를 측면접합하여 심판(110)을 제조하는 단계와, 여러 개의 베니어 단판을 섬유방향이 교차되도록 3매 이상의 홀수 매로 적층된 합판(120,130)을 상기 심판(110)의 상,하부에 표층과 이층으로 각각 접합하여 하부구조 집성판(100)을 제조하는 단계와, 상기 하부구조 집성판(100)의 표층을 형성하는 합판(120)의 상부에 다수의 보강재(410)를 폭방향으로 이격시켜 상기 합판(120)에 결합시키는 단계와, 상기 하부구조 집성판(100)의 상부에 상기 다수의 보강재(410)가 매립되도록 시멘트를 타설하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부구조 집성판(100)을 제조하는 단계에서 상기 심판(110)의 일측면에 배치되는 정각재(111)는 표리층보다 돌출되도록 접합하고, 반대쪽 심판(110)의 타측면에 배치되는 정각재(111)는 표리층보다 오목하게 들어가도록 접합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보강재(410)를 상기 합판(120)에 결합시키는 단계에서는 결합부재(211)를 상기 보강재(410)의 상부에서 하부방향으로 삽입하여 상기 합판(120)에 결합시켜 이루어지고, 상기 결합부재(211)의 하부가 상기 심판(110)의 정각재(111) 내부에 배치되도록 결합시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시멘트를 타설하는 단계에서는 상기 보강재(410)에 삽입공을 형성하고 상기 보강재(410)의 삽입공에 삽입되는 철근(421)을 상기 하부구조 집성판(100)의 상부에 배치하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 하나의 바닥구조용 복합 집성판(1000)에서 상기 하부구조 집성판(100)의 심판(110)에서 표리층보다 돌출되는 정각재(111)부분을 인접한 바닥구조용 복합 집성판(1000)에서 상기 하부구조 집성판(100)의 심판(110)에서 표리층보다 더 들어간 정각재(111)부분에 결합하여 두 개의 바닥구조용 복합 집성판(1000)이 평행접합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부구조 집성판(100)은 하부구조 집성판(100)의 이층을 형성하는 합판(130)을 배치하고, 상기 이층을 형성하는 합판(130)의 상면에 접착제를 도포한 다음, 합판(130)의 상측에 심판(110)을 형성하기 위해 다수의 정각재(111)의 좌우측면에 접착제를 도포한 후 정각재(111)를 세로로 배치하고, 심판(110)을 형성하는 정각재(111)의 상면에 접착제를 도포한 후 하부구조 집성판(100)의 표층을 형성할 합판(120)을 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부구조 집성판(100)은 각각 철골구조로 형성되는 하부프레임(200)과 상부프레임(300)으로 구성되는 제조장치에 의해 이루어지고, 일정 길이로 연장형성되고 나란히 배치되는 좌,우측 철물부재(210, 220)의 사이에 일정 간격으로 평행하게 배치되는 다수의 H형강(230)이 접합되어 이루어지고, 상기 각 H형강(230)의 우측에는 수직면을 가지는 받침브라켓(235)이 설치되며, H형강(230)의 좌측에는 나사공이 형성되는 지지브라켓(231)이 설치되고, 상기 지지브라켓(231)에는 지지브라켓(231)의 나사공에는 조임볼트(232)가 나사결합되며 조임볼트(232)의 우측단부에는 가압패드(233)가 형성되는 하부프레임(200)의 다수의 H형강(230) 위에 하부구조 집성판(100)의 이층을 형성하는 합판(130)을 배치하고, 상기 합판(130)의 상면에 접착제를 도포한 다음, 합판(130)의 상측에 심판(110)을 형성하는 다수의 정각재(111)의 좌우측면에 접착제를 도포한 다음 정각재(111)를 세로로 배치하되, 심판(110)의 우측면에 배치되는 정각재(111)의 측면은 H형강(230)의 받침브라켓(235)에 접하도록 배치하며, 심판(110)을 형성하는 정각재(111)의 상면에 접착제를 도포한 후 하부구조 집성판(100)의 표층을 형성할 합판(120)을 적층하고, 일정 길이로 연장형성되고 나란히 배치되는 좌,우측 철물부재(310, 320)의 사이에 일정 간격으로 평행하게 배치되는 다수의 H형강(330)이 접합되어 이루어지는 상기 상부프레임(300)을 표층을 형성할 합판(120) 위에 배치시킨 다음, 상기 각 H형강(230)의 조임볼트(232)를 토크렌치를 이용하여 일정 토크로 조여 가압패드(233)가 심판(110)의 좌측면에 배치되는 정각재를 가압하여 좌우접합을 하고 동시에 상부 프레임(300)과 하부프레임(200)을 일정 압력으로 조임볼트를 이용하여 상하접합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부구조 집성판(100)에 좌우 및 상하압력을 가하여 소정의 두께 및 너비에 도달한 후에는 하부구조 집성판(100)의 상하면에 못을 박아 심판(110)과 표,이층을 추가로 못접합을 하고 상기 하부프레임(200)과 상부프레임(300)을 해체하여 하부구조 집성판(100)을 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 목조주택 등에서 바닥 부재로 사용할 수 있는 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판의 제조방법이 제공된다.

도1은 기존 집성재의 도면이고, 도2는 기존 교호집성재의 도면이며,
도3은 본 발명에 따른 바닥구조용 복합 집성판의 정면도이고,
도4는 본 발명에서 하부구조 집성판의 정면도이며,
도5 내지 도7은 본 발명에 따른 바닥구조용 복합 집성판의 제조공정을 도시한 도면이며,
도 8은 본 발명에서 하부구조 집성판의 표면을 도시한 도면이고,
도 9는 본 발명에서 하부구조 집성판의 이면을 도시한 도면이며,
도10은 본 발명에 따른 바닥구조용 복합 집성판의 단기 평면 휨 시험을 수행한 결과를 나타낸 도표이다.

이하에서는 본 발명에 따른 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판을 그 제조방법을 통해 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 바닥구조용 복합 집성판의 정면도이고, 도4는 본 발명에서 하부구조 집성판의 정면도이며, 도5 내지 도7은 본 발명에 따른 바닥구조용 복합 집성판의 제조공정을 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명에서 하부구조 집성판의 표면을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명에서 하부구조 집성판의 이면을 도시한 도면이며, 도10은 본 발명에 따른 바닥구조용 복합 집성판의 단기 평면 휨 시험을 수행한 결과를 나타낸 도표이다.

본 발명에 따른 바닥구조용 복합 집성판(1000)은 소경목을 4면 제재하여 일정 단면치수를 가지도록 한 다음 소정의 함수율까지 건조하고, 건조시 수축이나 뒤틀림을 제거하기 위해 대패 마감하여 일정 길이를 가지는 다수의 정각재(111)를 제조하는 단계와, 상기 제조된 정각재(111)를 측면접합하여 심판(110)을 제조하는 단계와, 여러 개의 베니어 단판을 섬유방향이 교차되도록 3매 이상의 홀수 매로 적층된 합판(120,130)을 상기 심판(110)의 상,하부에 표층과 이층으로 각각 접합하여 하부구조 집성판(100)을 제조하는 단계와, 상기 하부구조 집성판(100)의 표층을 형성하는 합판(120)의 상부에 다수의 보강재(410)를 폭방향으로 이격시켜 상기 합판(120)에 결합시키는 단계와, 상기 다수의 보강재(410)의 상부에 상부 합판(420)을 결합시키는 단계를 포함하여 이루어진다. 이하에서는 각 단계별로 보다 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 바닥구조용 복합 집성판(1000)을 도시한 것으로, 본 발명에서는 먼저 바닥구조용 복합 집성판(1000)의 하부구조물을 형성하는 하부구조 집성판(100)을 제조한다.

도4에 도시된 본 발명에서의 하부구조 집성판(100)은 심판(110) 제조를 위해 먼저 간벌재인 소경목을 준비한다. 간벌재로서 소경목은 일반적으로 지름 18cm이하의 나무로, 본 발명에서는 지름 120mm~140mm 정도의 간벌 소경목을 사용한다. 본 발명에서 사용되는 소경목은 수종과 상관없이 모든 수종이 사용될 수 있다.

그 다음, 준비된 간벌 소경목을 수심을 중심으로 양면을 제재한 후 90도 회전시켜 나머지 양면을 제재하여 단면치수 90mm x 90mm 이상인 다수개의 정각재(111)를 제조한다. 여기서 원목을 90도씩 회전시키면서 1면씩 차례대로 제재하는 경우에 소경재는 미성숙재인 유령목의 양이 많고 여러 가지 생장 응력이 내부에 존재하는 경우가 많기 때문에 제재과정 중에 비틀림 등의 발생 가능성이 높다. 특히 낙엽송의 경우에는 섬유경사가 크고 나선목리를 갖는 경우가 많아서 비틀림의 발생 가능성이 더욱 높다. 또한, 간벌재의 경우 1면에 1회 제재를 하고 다른 면으로 돌려서 제재할 경우 생산성도 매우 낮게 된다.

따라서 제재 과정 중에 비틀림의 발생을 최소화하고 생산성을 높이기 위해서는 마주보는 양면을 동시에 제재한다. 또한, 소경목의 수심은 밀도가 높아 치수안정성이 뛰어나고 강도가 가장자리보다 우수하여 수심을 중심으로 제조한다.

이와 같이 준비된 정각재(111)는 별도의 건조설비를 이용하여 목표 함수율 15%로 건조시키는 단계를 수행한다. 본 발명에서 정각재(111)의 단면치수는 80mm 이상으로서 일반적으로 많이 사용되는 건조목재의 두께(50mm)보다 두꺼워 일반 목재의 건조과정과 다른 건조과정이 필요하다고 판단되어 본 발명에서는 건조결함은 적게 생기면서 가장 적은 에너지로 가장 빨리 건조할 수 있는 건조과정을 적용하였다.

본 발명의 정각재의 건조에 적용된 건조과정은 1단계 : 96℃에서 12시간 동안 증습처리(steaming); 2단계: 건구온도 120℃ 및 습구온도 90℃에서 36시간 동안 고온건조; 3단계: 건구온도 100℃ 및 습구온도 70℃에서 24시간 동안 중온건조; 4단계: 건구온도 80℃ 및 습구온도 60℃에서 24시간 동안 저온건조; 5단계: 상온에서 3일 동안 양생하는 과정을 거쳐 이루어진다.

따라서, 정각재를 전술한 바와 같이 초기 96℃에서 12시간 동안 증습처리(steaming)한 후 소정의 건구/습구온도에서 일정 시간동안 고온, 중온, 저온건조과정을 거쳐 건조함으로써 표면 할열과 뒤틀림 등의 건조결함을 최소화하였고 적은 에너지로 가장 빨리 건조할 수 있게 되고 이러한 건조과정을 거쳐 정각재(111)를 목표 함수율 15%로 건조한다.

그 다음, 이와 같은 건조과정을 거치게 되면 약간의 수축이나 뒤틀림이 발생할 수 있는데 이를 제거하기 위해 건조된 정각재(111)를 대패 마감하여 길이 4.8m, 단면치수 90mm x 90mm 이상인 정각재(111)를 생산한다.

본 발명에서는 상기와 같이 제조된 정각재(111)를 측면접합하여 심판(110)을 제조하고, 본 실시예에서는 너비 0.6m, 길이 4.8m의 심판(110) 두 개를 측면접합하여 하부구조 집성판(100)에서 심판(110)의 치수는 너비 1.2m, 길이 4.8m가 되도록 하였다. 다만, 이에 한정되지는 아니하며 너비 1.2m의 하나의 심판(110)으로 제조할 수도 있다.

그 다음 제조된 심판(110)의 표층과 이층에 각각 합판(120, 130)을 접합한다. 표리층으로 사용되는 사용되는 합판(120, 130)을 제조하는 단계로써 사용되는 합판의 이용수종은 낙엽송, 리기다 소나무, 육송, 백합나무, 자작나무, 밤나무, 소나무, 편백나무, 삼나무 등의 국산재와 라디에이타파인, 유칼리툽스, 메란티, MLH(mixed local hardwood), 포플러, 베트남산 아카시아, 라디에이타파인, KERUING을 포함한 남양재 혼합수종 등이며, 사용되는 접착제는 페놀, 멜라민, 요소 및 이소시아네이트계 등의 열경화성 수지와 PVAc, PVA, EVA, PUR, 에폭시수지 등의 열가소성 수지 그리고 핫멜트계 및 고무계 접착제를 포함한다.

합판의 제조공정은 원목의 자비 및 증자 처리, 원목의 횡절, 박피, 단판의 절삭, 건조, 조판, 단판의 결함 보수, 접착제 도포, 냉압, 열압, 후처리 공정으로 진행 된다.

단판의 절삭 시 단판의 두께는 0.5mm이상 5mm이하로 제작한다. 단판의 건조 후, 단판 함수율은 5~10% 수준으로 건조하고, 침엽수 합판의 경우 함수율 3~8% 수준으로 건조한다. 접착에 적당한 단판의 함수율 범위는 사용하는 접착제의 종류에 따라 조정해야하며, 요소 및 멜라민수지접착제를 사용할 경우에는 5~15%, 페놀수지 접착제는 8%이하의 함수율로 유지시켜 주어야 한다.

그 다음, 조판 과정에서는 건조가 완료된 단판 중에는 할렬, 옹이, 부후 등의 결점을 지니는 것이나 또는 소정의 치수보다 작은 것이 다수 있을 수 있다. 여기저기 흩어져 있는 작은 결점은 패칭머신으로 원형 제거한 다음 크기와 형상이 동일한 다른 건전한 단판으로 매목하고 할렬을 지니는 단판은 테이핑 하여 보수해 준다. 폭이 좁은 단판은 횡 접합을 통하여 목적하는 폭의 단판으로 만들어 준다. 횡 접합에는 베니어 조인터로 단판의 측면을 평활하게 절삭하여 서로 밀착시킨 다음 그 위에 테이핑하여 주거나 또는 접합될 단판의 측면에 접착제를 도포하여 직접 접합하는 방법이 있다. 보수와 횡 접합을 마친 단판은 제품의 사양에 따른 단판의 구성을 고려하여 표판, 심판, 이판 등의 조합과정을 한다.

단판 적층 수는 합판(120, 130)의 경우 3ply 이상이어야 하며, 단판의 두께는 0.5mm이상 5mm이하로 하며, 합판의 총 두께는 2.4mm, 2.7mm, 3.6mm, 4.8mm, 5.2mm, 6mm, 7mm, 7.5mm, 9mm, 11.5mm, 12mm, 15mm, 18mm, 22mm, 24mm, 30mm, 40mm, 50mm 등 합판의 국제규격에서 정하는 규격을 포함한다.

상기와 같이 제조된 정각재(111)를 측면접합하여 심판(110)을 제조하고 심판(110)의 표리층으로 합판(120, 130)을 접합하는데, 도4에 도시된 바와 같이 표리층을 형성하는 합판(120, 130)보다 심판(110)의 일측면이 약 40mm정도 더 돌출되도록 한다. 따라서, 심판(110)의 일측면은 표리층보다 더 돌출되고 심판(110)의 타측면은 더 들어가게 된다.

도 8 및 도 9는 하부구조 집성판(100)의 표면과 이면을 각각 도시한 것으로, 본 실시예에서는 표층의 경우 너비 1.2m, 길이 2.4m의 합판(120) 두 개를 길이방향으로 이어서 심판(110)에 부착하였고, 이층의 경우 중앙에는 너비 1.2m, 길이 2.4m의 하나의 합판(130)을 부착한 다음 그 양쪽에는 동일 너비의 길이 1.2m의 합판(130)을 각각 부착하여 제조하였다.

이와 같이 표층을 형성하는 두 개의 합판(120)이 접합되는 부분에 대응되는 이층 부분에는 하나의 합판(130)을 결합시킴으로써 중앙에 작용하는 인장응력에 대한 저항성이 향상되게 된다.

또한, 본 발명의 하부구조 집성판(100)을 제조하기 위해 별도의 제조설비를 개발제작하였고 이를 본 발명의 하부구조 집성판(100) 제조에 적용하였다.

본 발명에서 제조설비는 하부프레임(200)과 상부프레임(300)으로 이루어지고, 각각 철골구조로 이루어진다. 구체적으로 하부프레임(200)은 일정 길이로 연장형성되고 나란히 배치되는 좌,우측 철물부재(210, 220)의 사이에 일정 간격으로 평행하게 배치되는 다수의 H형강(230)이 용접으로 접합되어 이루어진다. 각각의 H형강(230)의 우측에는 심판(110)의 우측면을 지지하기 위해 수직으로 형성되는 수직면을 가지는 받침브라켓(235)이 설치되고, H형강(230)의 좌측에는 나사공이 형성되는 지지브라켓(231)이 설치되며, 지지브라켓(231)에는 지지브라켓(231)의 나사공에 나사결합되어 하부구조 집성판(100)의 심판(110)을 측면에서 가압하기 위한 조임볼트(232)가 나사결합되며 조임볼트(232)의 우측단부에는 가압패드(233)가 형성된다.

이와 같은 하부프레임(200)에 먼저 본 발명의 하부구조 집성판(100)의 이면층을 형성하기 위해 두께 18mm의 합판(130)을 하부프레임(200)의 H형강(230) 위에 배치한다.

그 다음 합판(130)의 상면에 접착제를 도포한다. 본 발명에서는 점도 24,000 ~26,000 cps/25℃, 주성분:초산비닐수지, pH=4~5의 접착제를 사용하였다.

합판(130)의 상면에 접착제를 도포한 다음, 합판(130)의 상측에 심판(110)을 형성하는 다수의 정각재(111)의 좌우측면에 접착제를 도포한 다음 정각재(111)를 세로로 배치하되, 심판(110)의 우측면에 배치되는 정각재(111)의 측면은 H형강(230)의 받침브라켓(235)에 접하도록 배치한다. 그리고, 심판(110)의 우측면에 배치되는 정각재(111)는 이면층의 합판보다 40mm정도 더 돌출되도록 배치한다. 그러면 심판(110)의 좌측면에 배치되는 정각재(111)는 이면층의 합판(130)보다 40mm정도 더 들어가게 된다.

심판(110)의 크기는 합판의 이면층 크기와 대략 유사하게 가로 1.2m, 세로 4.8m가 되도록 정각재를 배치하고, 합판 크기와 동일하게 맞추기 위해 90mm이하의 너비를 갖는 각재가 사용될 수 있다.

이와 같이 정각재(111)의 배치가 완료되면 심판(110)을 형성하는 정각재(111)의 상면에 접착제를 도포한 후 하부구조 집성판(100)의 표면층을 형성하기 위해 두께 18mm의 합판(120)을 적층한다. 표면층의 합판(120)은 우측면이 심판(110)의 우측면에 배치되는 정각재(111)보다 약 40mm정도 더 들어가게 배치하고 따라서, 합판(120)의 좌측면은 심판(110)의 좌측면에 배치되는 정각재(111)보다 약 40mm정도 더 돌출되게 된다.

이와 같이 적층이 완료되면 상부프레임(300)을 표면층을 형성할 합판(120)의 상측에 배치시킨다. 상부프레임(300)은 일정 길이로 연장형성되고 나란히 배치되는 좌,우측 철물부재(310, 320)의 사이에 일정 간격으로 평행하게 배치되는 다수의 H형강(330)이 용접으로 접합되어 이루어지고 하부프레임(200)과 동일한 크기를 가진다.

상부프레임(300)의 배치가 완료되면 하부프레임(200)에서 각 H형강(230)의 조임볼트(232)를 토크렌치를 이용하여 일정 토크로 조이는 단계를 수행하고 이와 동시에 상부 프레임(300)과 하부프레임(200)을 정각재(111)의 길이방향을 따라 다수 개의 조임볼트를 이용하여 마찬가지로 토크렌치로 일정 토크(압력)로 상하압력을 가한다.

이와 같이 좌우 및 상하압력을 가하여 2시간 동안 압체 후 제조설비의 상,하부 프레임(200, 300)을 해체하여 하부구조 집성판(100)을 제조하게 된다.

한편, 상기 실시예와 달리 다른 실시예로서 좌우 및 상하압력을 가하여 소정의 원하는 두께 및 너비에 도달한 후에는 도 8,9에 도시된 바와 같이 상하면에 못(121, 131)을 박아 심판(110)과 표,이층을 추가로 못접합을 실시할 수 있는데 이 경우에는 압체시간 없이 상,하부 프레임을 바로 해체하고 양생하여 본 발명의 하부구조 집성판(100)을 제조할 수 있다.

하부구조 집성판(100)을 제조한 다음, 하부구조 집성판(100)의 상부 즉, 하부구조 집성판(100)의 표층을 형성하는 합판(120)에 다수의 보강재(410)을 폭방향으로 이격시켜 결합시킨다(도3 참조).

각각의 보강재(410)는 단면치수 2×4(38mm×89mm), 2×6(38mm×140mm) 등의 각재로 이루어지고 하부에 삽입공(미도시)이 형성되며 그 길이는 하부구조 집성판(100)과 동일하게 4.8m의 길이를 가지고, 하부구조 집성판(100)의 길이방향(정각재의 길이방향)을 따라 결합되고, 폭방향으로 대략 250mm 간격으로 이격되어 배치된다.

상기 보강재(410)는 결합부재(411)에 의해 하부구조 집성판(100)에 고정되는데, 먼저 보강재(410)의 길이방향을 따라 300mm 간격으로 구멍을 천공하고 결합부재(411)로서 180mm 길이의 래그나사못으로 고정한다.

결합부재(411)는 천공된 구멍을 통해 상기 보강재(410)의 상부에서 하부방향으로 삽입하여 하부구조 집성판(100)의 표층을 형성하는 합판(120)에 결합시키고, 결합부재(411)의 하부가 심판(110)의 정각재(111) 내부에 배치되도록 결합시킨다.

이와 같이 하부구조 집성판(100)의 상부에 보강재(410)를 결합시킨 다음, 하부구조 집성판(100)의 상부에 철근(421)을 배치한다. 철근(421)은 보강재(410)에 형성된 삽입공에 삽입되어 심판(110)의 정각재(111)의 길이방향과 수직하게 교차되도록 배치한다.

그 다음, 하부구조 집성판(100)의 상부에 시멘트(420)를 타설한다. 이 때에는 다수의 보강재(410)가 완전히 매립되도록 시멘트(420)를 타설한다.

시멘트(420) 타설은 시멘트에 물을 반죽한 다음 보강재(410)의 높이보다 더 높게 타설하고 양생하게 된다. 시멘트 타설시에는 모래 또는 골재를 혼합하여 타설할 수도 있다.

본 발명에서는 이와 같이 바닥구조용 복합 집성판(1000)을 제조하고, 추가적으로 제조된 2개의 바닥구조용 복합 집성판(1000)을 평행접합하여 바닥부재로 제조할 수 있다.

이 때에는 하나의 바닥구조용 복합 집성판(1000)의 하부구조 집성판(100)에서 표리층보다 돌출되는 심판(110)의 정각재(111)를 또 다른 바닥구조용 복합 집성판(1000)의 하부구조 집성판(100)에서 표리층보다 오목하게 들어가는 심판(110)의 정각재(111)와 평행접합한다. 접합면은 접착제 또는 접착제와 못접합이 병행될 수 있다. 본 발명에서는 이와 같이 하부구조 집성판(100)에서 심판(110)의 일측면을 표리층보다 더 돌출되도록 형성함으로써 돌출된 심판(110)의 정각재(111)부분을 결합하는 심판(110)의 오목한 정각재(111)부분에 끼워 결합시킬 수 있어 별도의 T&G(홈과 혀) 가공이 필요없이 평행접합할 수 있게 되고 이와 같이 평행접합한 후 목조주택에서 바닥 부재로 사용될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 바닥구조용 복합 집성판(1000)에 대해 KS F 2150을 적용하여 1/3점 하중 방식으로 단기 평면 휨 시험을 실시하였다.

단기 평면 휨 시험은 시편으로 본 발명에서 하부구조 집성판(100), 본 발명에서 2×4보강재를 적용한 바닥구조용 복합 집성판(1000), 2×6보강재를 적용한 바닥구조용 복합 집성판(1000)을 대상으로 시험을 수행하였고 그 시험결과가 표1 및 도10에 나타나 있다.

시편 종류	비례한도		MOE (GPa)	최대하중(kN)			MOR¹⁾ (MPa)
시편 종류	하중 (kN)	처짐 (mm)	MOE (GPa)	18.75mm 처짐한계 하중	50mm 처짐 하중	100mm 처짐 하중	MOR¹⁾ (MPa)
F-CLT	2.49	13.49	8.79	3.25	7.72	15.55	4.28
4TCR-F-CLT	2.50	5.42	4.43	5.40	11.34	19.76	7.12
6TCR-F-CLT	4.60	6.79	4.11	8.58	17.94	29.13	11.31
6TCSR-F-CLT	4.95	5.65	4.49	9.94	20.16	32.36	13.11
¹⁾ MOR은 L/240(18.75mm)의 처짐한계에서의 하중으로 계산하였음

각각의 시험편을 나타내는 기호에서 F-CLT는 하부구조 집성판(100) 부분만 따로 시험한 것을 말하고, 4TCR-F-CLT는 2×4보강재를 적용한 바닥구조용 복합 집성판(1000)(철근×)을 말하며, 6TCR-F-CLT는 2×6보강재를 적용한 바닥구조용 복합 집성판(1000)(철근×)을 말하고, 6TCSR-F-CLT는 2×6보강재를 적용하고 철근(421)이 배치된 바닥구조용 복합 집성판(1000)을 말한다.

상기 표1 및 도10에 나타난 바와 같이 휨강도를 나타내는 MOR(Modulus Of Rupture)에서 F-CLT<4TCR-F-CLT<6TCR-F-CLT<6TCSR-F-CLT순으로 증가하는 것으로 나타났다.

따라서, 상기와 같이 본 발명에 따른 바닥용 다중접합 구조용 집성판을 바닥 부재로 사용할 경우 향상된 휨강도를 가져 목조가옥에서 안정적인 바닥 부재로서 사용을 기대할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

100 : 하부구조 집성판 111 : 정각재
120, 130 : 합판 200 : 하부프레임
210 : 좌측면 철물부재 220 : 우측면 철물부재
230 : H형강 231 : 지지브라켓
232 : 조임볼트 300 : 상부프레임
410 : 보강재 420 : 시멘트

Claims

소경목을 4면 제재하여 일정 단면치수를 가지도록 한 다음 소정의 함수율까지 건조하고, 건조시 수축이나 뒤틀림을 제거하기 위해 대패 마감하여 일정 길이를 가지는 다수의 정각재(111)를 제조하는 단계와,
상기 제조된 정각재(111)를 측면접합하여 심판(110)을 제조하는 단계와,
여러 개의 베니어 단판을 섬유방향이 교차되도록 3매 이상의 홀수 매로 적층된 합판(120,130)을 상기 심판(110)의 상,하부에 표층과 이층으로 각각 접합하여 하부구조 집성판(100)을 제조하는 단계와,
상기 하부구조 집성판(100)의 표층을 형성하는 합판(120)의 상부에 다수의 보강재(410)를 폭방향으로 이격시켜 상기 합판(120)에 결합시키는 단계와,
상기 하부구조 집성판(100)의 상부에 상기 다수의 보강재(410)가 매립되도록 시멘트를 타설하는 단계를 포함하여 이루어지고,
상기 하부구조 집성판(100)은 하부구조 집성판(100)의 이층을 형성하는 합판(130)을 배치하고,
상기 이층을 형성하는 합판(130)의 상면에 접착제를 도포한 다음, 합판(130)의 상측에 심판(110)을 형성하기 위해 다수의 정각재(111)의 좌우측면에 접착제를 도포한 후 정각재(111)를 세로로 배치하고,
심판(110)을 형성하는 정각재(111)의 상면에 접착제를 도포한 후 하부구조 집성판(100)의 표층을 형성할 합판(120)을 적층하여 이루어지며,
상기 하부구조 집성판(100)은 각각 철골구조로 형성되는 하부프레임(200)과 상부프레임(300)으로 구성되는 제조장치에 의해 이루어지고,
일정 길이로 연장형성되고 나란히 배치되는 좌,우측 철물부재(210, 220)의 사이에 일정 간격으로 평행하게 배치되는 다수의 H형강(230)이 접합되어 이루어지고, 상기 각 H형강(230)의 우측에는 수직면을 가지는 받침브라켓(235)이 설치되며, H형강(230)의 좌측에는 나사공이 형성되는 지지브라켓(231)이 설치되고, 상기 지지브라켓(231)에는 지지브라켓(231)의 나사공에는 조임볼트(232)가 나사결합되며 조임볼트(232)의 우측단부에는 가압패드(233)가 형성되는 하부프레임(200)의 다수의 H형강(230) 위에 하부구조 집성판(100)의 이층을 형성하는 합판(130)을 배치하고,
상기 합판(130)의 상면에 접착제를 도포한 다음, 합판(130)의 상측에 심판(110)을 형성하는 다수의 정각재(111)의 좌우측면에 접착제를 도포한 다음 정각재(111)를 세로로 배치하되, 심판(110)의 우측면에 배치되는 정각재(111)의 측면은 H형강(230)의 받침브라켓(235)에 접하도록 배치하며,
심판(110)을 형성하는 정각재(111)의 상면에 접착제를 도포한 후 하부구조 집성판(100)의 표층을 형성할 합판(120)을 적층하고,
일정 길이로 연장형성되고 나란히 배치되는 좌,우측 철물부재(310, 320)의 사이에 일정 간격으로 평행하게 배치되는 다수의 H형강(330)이 접합되어 이루어지는 상기 상부프레임(300)을 표층을 형성할 합판(120) 위에 배치시킨 다음,
상기 각 H형강(230)의 조임볼트(232)를 조여 가압패드(233)가 심판(110)의 좌측면에 배치되는 정각재를 가압하여 좌우접합을 하고 동시에 상부 프레임(300)과 하부프레임(200)을 조임볼트를 이용하여 상하접합하는 것을 특징으로 하는 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 하부구조 집성판(100)을 제조하는 단계에서 상기 심판(110)의 일측면에 배치되는 정각재(111)는 표리층보다 돌출되도록 접합하고, 반대쪽 심판(110)의 타측면에 배치되는 정각재(111)는 표리층보다 오목하게 들어가도록 접합하는 것을 특징으로 하는 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 보강재(410)를 상기 합판(120)에 결합시키는 단계에서는 결합부재(411)를 상기 보강재(410)의 상부에서 하부방향으로 삽입하여 상기 합판(120)에 결합시켜 이루어지고, 상기 결합부재(411)의 하부가 상기 심판(110)의 정각재(111) 내부에 배치되도록 결합시키는 것을 특징으로 하는 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 시멘트를 타설하는 단계에서는 상기 보강재(410)에 삽입공을 형성하고 상기 보강재(410)의 삽입공에 삽입되는 철근(421)을 상기 하부구조 집성판(100)의 상부에 배치하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판의 제조방법.
제2항에 있어서,
하나의 바닥구조용 복합 집성판(1000)에서 상기 하부구조 집성판(100)의 심판(110)에서 표리층보다 돌출되는 정각재(111)부분을 인접한 바닥구조용 복합 집성판(1000)에서 상기 하부구조 집성판(100)의 심판(110)에서 표리층보다 더 들어간 정각재(111)부분에 결합하여 두 개의 바닥구조용 복합 집성판(1000)이 평행접합되는 것을 특징으로 하는 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판의 제조방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 하부구조 집성판(100)에 좌우 및 상하압력을 가하여 소정의 두께 및 너비에 도달한 후에는 하부구조 집성판(100)의 상하면에 못(121,131)을 박아 심판(110)과 표,이층을 추가로 못접합을 하고 상기 하부프레임(200)과 상부프레임(300)을 해체하여 하부구조 집성판(100)을 제조하는 것을 특징으로 하는 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판의 제조방법.
제1항 내지 제5항, 제8항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조되는 향상된 휨강도를 가지는 바닥구조용 복합 집성판.