KR102148249B1 - 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판 및 이를 이용한 기초구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수평으로 설치되는 단열재(200);
상기 단열재(200) 내부에 동일 레벨상에서 수직으로 다수개 배열되어 설치된 보강재(100);
를 포함하여 구성되되,
상기 보강재(100)의 상단 및 하단은 상기 단열재(200)의 상단 및 하단과 일치하여, 상부에서 작용하는 하중은 상기 보강재(100)가 대응하는 것을 특징으로 하는 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판 및 이를 이용한 기초구조를 제공한다.
상기 단열재(200) 내부에 동일 레벨상에서 수직으로 다수개 배열되어 설치된 보강재(100);
를 포함하여 구성되되,
상기 보강재(100)의 상단 및 하단은 상기 단열재(200)의 상단 및 하단과 일치하여, 상부에서 작용하는 하중은 상기 보강재(100)가 대응하는 것을 특징으로 하는 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판 및 이를 이용한 기초구조를 제공한다.
Description
본 발명은 건축 구조물의 기초부에 외단열 단열판 구조를 형성함에 있어서, 단열판의 손상 없이 상부의 하중을 하부로 전달하기 위한 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판 및 이를 이용한 기초구조에 관한 것이다.
도 1은 건축 구조물의 최하층 단열보강에 대한 개념도이다.
건축 구조물에서 단열기준은 지구 온난화 및 자원 고갈 등으로 에너지절약의 필요성에 따라 ‘건축물의 에너지절약설계기준’으로 규제하며 매년 강화되고 있다.
특히 외부와 접하는 벽과 슬래브는 단열재 설치가 의무화되었고,
최하층 슬래브에 대한 종래 기술은,
도 1 (a) 단열재(I)를 슬래브(S) 상부(거실 내부)에 설치하는 내단열 공법과,
도 1(b)의 슬래브(S) 하부(거실 외부)에 설치하는 외단열 공법이 있으나,
상기 내단열 공법은 단열재(I)에 의한 침하 등을 방지하기 위해 단열재(I) 위에 누름 몰탈(M)로 보강하여야 하기 때문에 비용 및 층고확보에 불리하여, 일반적으로 외단열 공법이 선호되고 있다.
본래 상기 외단열 공법은 건물의 최하층이 2층 이상인 필로티 건물에 적용되는 것이나,
도 1(c)와 같이 지면과 면하여 건물의 하중을 받치는 매트기초(MF)에도 적용하는 경우가 많다. 즉, 건물의 하중을 받치는 지반(G) 위의 지표면을 평탄하게 하기 위한 버림 콘크리트(IC)와 매트기초(MF) 사이에 단열재(I)를 설치한 구조이다.
도 1(c)의 경우, 구조적 성능이 전혀 없는 단열재(I)의 압축내력으로 건물을 받치는 모순이 발생하고 있다.
일반적으로 단열재는 단열을 위해 공기를 포함한 구조로 시간이 지나면서 공기가 누출되어 장기적인 압축하중에는 취약하며 침하가 발생하기 때문에, 도 1(c)와 같이 지면(G)과 면하여 건물의 하중을 받치는 매트기초(MF)에 적용하면 장기적인 관점에서 건물의 안전에 커다란 문제가 된다.
단열재 중 장기적인 압축하중에 가장 효과적인 경질 우레탄 폼 단열재라도, 밀도 33㎏/㎥에 대한 40KPa의 장기압축하중 시험결과 변형량(creep)이 1.9%로, 변형(침하) 및 안전을 고려하면 20~30KPa 정도의 지지력이 적용 가능하여, 1층 건물 정도의 건물을 받치는 것이 한도이다.
본 발명자는 상기와 같은 문제에도 이해력 부족과 마땅한 대안이 없어 비용 및 편의로 도 1(c)와 같은 잘못된 공법이 기존에 지속적으로 적용되며 건물의 안전에 문제가 있어, 이에 대한 해결안으로 본 발명을 하기에 이르렀다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 건축 구조물의 기초부에 외단열 단열판 구조를 형성함에 있어서, 단열판의 손상 없이 상부의 하중을 하부로 전달하기 위한 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판 및 이를 이용한 기초구조를 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 수평으로 설치되는 단열재(200);
상기 단열재(200) 내부에 동일 레벨상에서 수직으로 다수개 배열되어 설치된 보강재(100);
를 포함하여 구성되되,
상기 보강재(100)의 상단 및 하단은 상기 단열재(200)의 상단 및 하단과 일치하여, 상부에서 작용하는 하중은 상기 보강재(100)가 대응하는 것을 특징으로 하는 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판 및 이를 이용한 기초구조를 제공한다.
본 발명에 따르면 건축 구조물의 기초부에 외단열 단열판 구조를 형성함에 있어서, 단열판의 손상 없이 상부의 하중을 하부로 전달하기 위한 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판 및 이를 이용한 기초구조를 제공한다.
도 1은 건축 구조물의 최하층 단열보강에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판의 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 보강재의 상세도이다.
도 5는 본 발명의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판을 이용한 기초구조의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판의 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 보강재의 상세도이다.
도 5는 본 발명의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판을 이용한 기초구조의 개념도이다.
이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판의 사시도이고,
도 3은 도 2의 분해사시도이다.
본 발명의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB)은,
수평으로 설치되는 단열재(200);
상기 단열재(200) 내부에 동일 레벨상에서 수직으로 다수개 배열되어 설치된 보강재(100);
를 포함하여 구성되되,
상기 보강재(100)의 상단 및 하단은 상기 단열재(200)의 상단 및 하단과 일치하여, 상부에서 작용하는 하중은 상기 보강재(100)가 대응하는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명에 사용되는 보강재의 상세도이다.
상기 보강재(100)는,
상부와 하부에 각각 상부판(110a)과 하부판(110b)이 형성되고,
상기 상부판(110a)과 상기 하부판(110b) 사이는 기둥(120)이 설치되는 것을 특징으로 하며,
상기 기둥(120)은, 중심의 코어기둥(121);과 상기 코어기둥(121)의 외주면에 수직으로 다수개 설치되는 날개기둥(122);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉 가늘고 긴 부재에 발생하기 쉬운 좌굴을 방지하고 상기 단열재(200)와의 일체성을 고려하여 단면적에 비하여 표면적이 넓으면서 상대적으로 투영면적을 넓은 형태로 구성한 것이다.
부연하면, 상기 날개기둥(122)은 좌굴을 방지함과 동시에, 상기 발포형 단열재가 발포시 상기 날개기둥(122)을 감싸면서 경화되어 상기 단열재(200)를 형성하므로 상기 보강재(100)의 회전 및 위치변동을 방지하게 된다.
부연하면, 상기 날개기둥(122)은 좌굴을 방지함과 동시에, 상기 발포형 단열재가 발포시 상기 날개기둥(122)을 감싸면서 경화되어 상기 단열재(200)를 형성하므로 상기 보강재(100)의 회전 및 위치변동을 방지하게 된다.
상기 코어기둥(121)의 단면은 원형이 바람직하나, 3각형 이상의 다각형도 가능하며, 상기 날개기둥(122)의 단면은 직사각형이나 상기 코어기둥(121)쪽으로 두꺼워 지는 삼각형 이상의 다각형도 가능하다.
그리고 상기 상부판(110a)의 하부 및 상기 하부판(110b)의 상부에는,
상기 기둥(120)과의 연결부위를 보강하는 보강부(130);
가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 보강부(130)는 상기 기둥의 상단 및 하단의 응력집중을 분산시켜 파손을 방지하는 역할을 한다.
상기 보강재(100)는, 상부 중앙에서 하부 중앙으로 관통하는 위치설정홀(H);이 형성될 수 있다.
상기 위치설정홀(H)은 별도의 장비를 삽입할 수 있는 공간으로 본 발명의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB) 제작시 상기 보강재의 위치를 선정하여 거치시키고 상기 단열재(200) 발포시 상기 보강재 위치의 변동을 방지하는 기능을 한다.
상기 보강재(100)는 적은 단면적으로 구조적 성능만 담당하므로, 상기 보강재로 인한 열교(heating bridge) 및 냉교(cooling bridge) 현상은 거의 없거나 무시할 정도로 미비한 정도이다.
상기 보강재(100)는 강성이 확보된다면 철재, 비철재 등 어떠한 소재라도 이용이 가능하며, 특히 열관류율이 낮은 비철재를 이용할 경우 단열성능은 증대될 것이다.
부연하면 상기 보강재(100)는 장기간에 대하여도 부식이 없이 형상 및 재료 특성을 유지하고 성형이 쉬운 재료로 알루미늄 같은 금속재나 플라스틱 소재가 적합하며, 플라스틱은 내구성, 내열성, 강성 등을 고려하면 PVC(Polyvinyl chloride) 계열이 바람직하다.
상기 단열재(200)는 단열할 수 있는 소재라면 어느 것도 가능하나, 단열성능, 성형성, 압축강도, 장기적인 변형 등을 고려하여 경질 우레탄폼(rigid polyurethane foam)과 발포폴리스티렌(EPS; expanded polystyrene) 등 발포형 단열재가 바람직하다.
따라서 본 발명의 수평형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB)은 공장제작되어 현장에 건식으로 설치될 수 도 있고,
현장 사정에 따라 상기 보강재(100) 설치후 상기 단열재(200)가 발포되어 경화될 수 도 있다.
또한 상기 단열재(200)의 상부 또는 상부 면에는 방수 가능한 시트를 부착 내지 설치하는 것이 상기 상부철근(110)과 상기 하부철근(120)의 부식을 방지하며, 상기 단열재(200)가 액체 상태의 콘크리트에 침하되는 것을 막을 수 있어 효과적이다.
도 5는 본 발명의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판을 이용한 기초구조의 개념도이다.
본 발명의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판을 이용한 기초구조는,
상기 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB)을 이용한 것으로,
지반(G);
상기 지반(G) 상부에 포설되는 버림콘크리트(IC);
상기 버림콘크리트(IC) 상부에 포설되는 상기 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB);
상기 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB) 상부에 설치되는 매트기초(MF);
를 포함하여 구성되되,
건물 구조체의 하중이 상기 매트기초(MF)와 상기 보강재(100)를 차례로 경유하여 하부로 전달되므로, 상기 단열재(200)는 하중분담에서 해소되는 것을 특징으로 한다.
부연하면 지내력을 갖춘 지반(G) 위에 지표면을 평탄하게 하기 위한 버림콘크리트(IC)를 타설하고, 상부에 본 발명의 상기 단열판(IB)을 포설하고 매트기초(MF)가 시공되면, 건물하중은 매트기초(MF)로 분산되어 상기 단열판(IB)에서 상기 받침대(100)의 상기 보강재(100) 순으로 전달되어, 하부의 버림콘크리트(IC)를 통하여 최종적으로 지반(G)에서 지지되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 단열재(200)의 표면에는 방수 가능한 방수시트가 포함되는 것이 상기 단열재(200)가 액체상태의 콘크리트에 침수되는 것을 막을 수 있어 효과적이다.
건물하중에 대한 본 발명의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB)의 압축내력은 상기 보강재(100)의 내력과 배치 간격(1㎡당의 수), 상기 단열판(IB)과 접하여 응력이 전달되는 상기 매트기초(MF)와 상기 버림콘크리트(IC)의 내력이 매개변수(parameter)이며,
상기 보강재(100)의 내력은 재료강도와 좌굴이 고려된 상기 기둥(120)의 단면적으로 결정되며, 상기 매트기초(MF)와 상기 버림콘크리트(IC)의 내력은 콘크리트 압축강도와 상기 매트기초(MF)와 상기 버림콘크리트(IC)와 접하는 상기 디스크(110a, 110b)의 접지 면적으로 결정된다.
더불어 생산 및 작업의 편리함을 위해 상기 받침대(100)의 상하 구별이 없게 하여 상기 상부판(110a)와 상기 하부판(110b)의 접지면적이 같다면, 일반적으로 상기 매트기초(MF)가 상기 버림콘크리트(IC)보다 압축강도가 높기 때문에, 상기 상하부판(110a, 110b)의 접지 면적은 상기 버림 콘크리트(IC)의 콘크리트 압축강도로 결정된다.
일례로, 요구되는 지내력이 200kN/㎡이고, 상기 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB)에서의 상기 보강재(100)의 배치간격이 양방향 각각 200㎜(25ea/㎡), 상기 보강재(100)의 재료강도가 60N/㎟(장기적인 안정성을 고려하여 0.67(=1/1.5)배인 40.2N/㎟으로 적용), 버림콘크리트(IC)의 콘크리트 압축강도가 18N/㎟(장기적인 안정성을 고려하여 0.3배인 5.4N/㎟으로 적용)의 조건에서, 상기 받침기둥(120)이 상기 날개(122)로 좌굴 방지되었다고 가정하고, 상기 코어기둥(121)의 반지름을 6㎜, 상기 날개기둥(122)을 '+' 형태로 4개로 하고 두께를 3㎜로 하면,
1 본의 상기 받침대(100)의 필요 부담 내력 = 200kN/㎡ ÷ 25ea = 8kN
상기 상하부판(110a, 110b)의 접지 면적 = 8kN ÷ 5.4N/㎟ ≒ 1,481㎟
상기 상하부판(110a, 110b)의 반지름 = √(1,481/π) ≒ 21.72㎜
상기 코어기둥(121)의 가능 내력 = 40.2N/㎟ × π × 6㎜ ×6㎜ ≒ 4.54kN
1 본의 상기 날개기둥(122)의 필요 부담 내력 = (8kN - 4.54kN) ÷ 4 ≒ 865N
상기 날개기둥(122)의 필요 길이 = 865N ÷ 40.2N/㎟ ÷ 3㎜ ≒ 7.17㎜
로,
상기 보강재(100)에서 상기 상하부판(110a, 110b)의 반지름을 22㎜, 상기 코어기둥(121)의 반지름을 6㎜, 상기 날개(122)를 '+' 형태로 4개로 하고 두께를 3㎜, 길이를 7.5㎜를 하고,
상기 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB)에서의 상기 보강재(100)의 배치간격이 양방향 각각 200㎜(25ea/㎡)로 하면, 상기 단열판(IB)은 지내력이 200kN/㎡ 이상의 지내력에 대응 가능하여, 5층 정도의 건물에서도 안전하게 사용할 수 있다.
한편, 상기 단열재(200)를 관통하는 상기 코어기둥(121)이 1㎡당 차지하는 단면(A)은
A = 25ea × ( π × 6㎜ ×6㎜ + 4 × 3㎜ × 7.5㎜ ) = 5,076㎟
로, 1㎡의 상기 단열재(200)에서 0.5% 정도 되기 때문에, 상기 코어기둥(121)에 의한 열교(heating bridge)의 영향은 미미하여 무시 가능하다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.
따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
I: 단열재
IB: 단열판
G: 지반
IC: 버림콘크리트
MF: 매트기초
R1: 기초 하부철근
S: 슬래브
M: 누름몰탈
H: 위치설정홀
100: 보강재
110a: 상부판
110b: 하부판
120: 기둥
121: 코어기둥
122: 날개기둥
130: 보강부
200: 단열재
IB: 단열판
G: 지반
IC: 버림콘크리트
MF: 매트기초
R1: 기초 하부철근
S: 슬래브
M: 누름몰탈
H: 위치설정홀
100: 보강재
110a: 상부판
110b: 하부판
120: 기둥
121: 코어기둥
122: 날개기둥
130: 보강부
200: 단열재
Claims (6)
- 수평으로 설치되는 단열재(200);
상기 단열재(200) 내부에 동일 레벨상에서 수직으로 다수개 배열되어 설치된 보강재(100);
를 포함하여 구성되되,
상기 보강재(100)의 상단 및 하단은 상기 단열재(200)의 상단 및 하단과 일치하여, 상부에서 작용하는 하중은 상기 보강재(100)가 대응하는 것을 특징으로 하고,
상기 보강재(100)는,
상부와 하부에 각각 상부판(110a)과 하부판(110b)이 형성되고,
상기 상부판(110a)과 상기 하부판(110b) 사이는 기둥(120)이 설치되는 것을 특징으로 하며,
상기 기둥(120)은,
중심의 코어기둥(121);
상기 코어기둥(121)의 외주면에 수직으로 다수개 설치되는 날개기둥(122);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 상부판(110a)의 하부 및 상기 하부판(110b)의 상부에는,
상기 기둥(120)과의 연결부위를 보강하는 보강부(130);
가 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 보강재(100)는,
상부 중앙에서 하부 중앙으로 관통하는 위치설정홀(H);
이 형성되는 것을 특징으로 하되,
상기 단열재(200)는 경질 우레탄폼(rigid polyurethane foam)과 발포폴리스티렌(EPS; expanded polystyrene)을 포함한 발포형 단열재를 사용하며,
상기 날개기둥(122)은 좌굴을 방지함과 동시에, 상기 발포형 단열재가 발포시 상기 날개기둥(122)을 감싸면서 경화되어 상기 단열재(200)를 형성하므로 상기 보강재(100)의 회전 및 위치변동을 방지하는 것을 특징으로 하는 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB).
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항의 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB)을 이용한 것으로,
지반(G);
상기 지반(G) 상부에 포설되는 버림콘크리트(IC);
상기 버림콘크리트(IC) 상부에 포설되는 상기 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB);
상기 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판(IB) 상부에 설치되는 매트기초(MF);
를 포함하여 구성되되,
건물 구조체의 하중이 상기 매트기초(MF)와 상기 보강재(100)를 차례로 경유하여 하부로 전달되므로, 상기 단열재(200)는 하중분담에서 해소되는 것을 특징으로 하는 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판을 이용한 기초구조.
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