KR102201159B1 - 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조 및 이의 시공 방법 - Google Patents

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이상현
엄태성
이혁재
황윤호
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황상진
단국대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 기존 기둥의 전면에 앵커링되어 기존 기둥과 신설되는 보강기둥을 연결하는 앵커부재 높이에 기둥의 전면 및 양측면을 감싸는 캡유닛을 설치함으로써, 내진 보강 공사 중 건물 내부 사용이 용이하고, 시공이 간단하며, 앵커부재 주변 콘크리트의 프라이아웃 파괴를 방지하여 앵커부재의 저항 강도를 증가시킬 수 있는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조 및 이의 시공 방법에 대한 것이다.
본 발명 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조는 기둥과 보로 구성되는 기존 프레임을 보강하기 위한 것으로, 상기 기둥의 전면에 앵커링되어 기둥 전면으로 돌출 형성되는 복수의 앵커부재; 상기 앵커부재가 설치되는 높이의 기둥 양 측면 전단에 부착되는 한 쌍의 측면보강부와 상기 기둥의 전면에 구비되어 한 쌍의 측면보강부를 연결하는 연결부로 구성되어 수직 방향으로 상호 이격되도록 구비되는 복수의 캡유닛; 및 상기 기둥의 전면에 신설되는 것으로 상기 앵커부재에 의해 기존 기둥에 연결되는 보강기둥; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조 및 이의 시공 방법{Seismic retrofit structure using cap unit and reinforcing column and construction method thereof}
본 발명은 기존 기둥의 전면에 앵커링되어 기존 기둥과 신설되는 보강기둥을 연결하는 앵커부재 높이에 기둥의 전면 및 양측면을 감싸는 캡유닛을 설치함으로써, 내진 보강 공사 중 건물 내부 사용이 용이하고, 시공이 간단하며, 앵커부재 주변 콘크리트의 프라이아웃 파괴를 방지하여 앵커부재의 저항 강도를 증가시킬 수 있는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조 및 이의 시공 방법에 대한 것이다.
최근 지진 발생 빈도뿐 아니라 지진 규모가 커짐에 따라 내진 보강에 대한 수요가 증가하고 있다.
그러나 아직까지 국내에 내진 설계가 도입된 1988년 이전의 건축물이 사용되는 경우가 많고 1988년 내진 설계 적용 규정도 6층 이상의 건축물만을 대상으로 하고 있으나, 저층 건축물 역시 지진 피해 사례가 다수 보고되면서 내진 설계 대상이 점차 확대되고 있는 실정이다. 아울러 2017년에는 2층 이상 또는 연면적 200㎡ 이상의 건축물과 신규 주택까지 내진 설계가 의무화되었다.
특히, 기존의 학교나 군부대 건축물은 대부분 내진 설계가 미적용된 경우가 많아 이에 대한 내진 보강이 시급하다.
이에 기존 등록특허 제10-1185974호 등은 기둥과 보로 구성되는 기존 라멘조 프레임 내부에 철골 보강 구조를 설치하여 기존 프레임을 보강하는 기술을 제안하고 있다.
그러나 이러한 기술은 프레임 내부의 조적 허리벽 또는 조적 채움벽을 제거하는 작업이 필요하므로 공사가 번거롭고, 공사 중 건물 내부 사용이 어려워 제약이 많다. 뿐만 아니라 기존 프레임 내측면에 보강 구조가 설치되므로, 기존 부재의 실측 오차나 보강 부재의 제작 오차 발생시 오차 흡수가 어렵다.
또한, 공개특허 제10-2013-0141892호 등에는 기존 구조물의 전면에 증설 부재를 설치하는 보강 기술이 제시된다.
상기 공개기술은 시공 사례가 많아 내진 성능 확보에 대한 신뢰성이 높고, 공사 중 건물 내부 사용이 용이한 장점이 있다.
그러나 고정철물과 같은 앵커부재에 의해 기존 부재와 증설 부재를 연결하는 작업이 필요한데, 건축물에 횡하중 작용시 앵커부재의 지렛대 작용으로 앵커부재 후면의 콘크리트가 탈락하는 콘크리트 프라이아웃 파괴(pry out failure)가 발생할 우려가 있다. 이 경우, 앵커부재의 전단강도에 훨씬 미치지 못하는 응력에서 파괴가 발생하므로, 앵커 강도를 효율적으로 활용할 수 없다. 그리고 이에 따라 앵커부재 설치 개수를 증가시켜야 하여 공기 지연, 비용 증가의 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 기존 구조물 전면에 보강 구조물을 설치하여 내진 보강 공사 중 건물 내부 사용이 용이하고, 보강 공사가 간단하면서도 앵커부재 주변 콘크리트의 프라이아웃 파괴를 방지할 수 있는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조 및 이의 시공 방법을 제공하고자 한다.
이에 따라 본 발명은 앵커부재의 저항 강도를 증가시켜 앵커부재의 소요 개수를 대폭 절감할 수 있는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조 및 이의 시공 방법을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 기둥과 보로 구성되는 기존 프레임을 보강하기 위한 것으로, 상기 기둥의 전면에 앵커링되어 기둥 전면으로 돌출 형성되는 복수의 앵커부재; 상기 앵커부재가 설치되는 높이의 기둥 양 측면 전단에 부착되는 한 쌍의 측면보강부와 상기 기둥의 전면에 구비되어 한 쌍의 측면보강부를 연결하는 연결부로 구성되어 수직 방향으로 상호 이격되도록 구비되는 복수의 캡유닛; 및 상기 기둥의 전면에 신설되는 것으로 상기 앵커부재에 의해 기존 기둥에 연결되는 보강기둥; 으로 구성되어, 상기 보강기둥 내에 매입되는 상기 앵커부재가 기존 기둥과 신설되는 보강기둥을 연결하여 기존 구조물의 응력을 보강기둥으로 전달하고, 상기 캡유닛의 연결부에는 횡방향으로 길게 형성되어 복수의 앵커부재가 관통되는 슬롯홀이 형성되어 캡유닛이 앵커부재에 결합되지 않고 앵커부재의 주변에 설치되도록 구성됨으로써 앵커부재가 매입된 위치의 주변 콘크리트를 횡구속하여 보강하며, 상기 측면보강부는 일측 레그는 기둥의 측면에 고정되고 타측 레그는 기둥의 전면을 감싸는 앵글부재로 구성되어 상기 연결부가 타측 레그의 전면에 고정되거나, 웨브가 기둥의 측면에 고정되고 플랜지의 일측이 기둥의 전면을 감싸는 T형 단면으로 구성되어 상기 연결부가 기둥의 외측에서 플랜지의 전면에 볼트 결합되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 보강기둥은 한 쌍의 측면판과 상기 측면판의 전단을 연결하는 전면판으로 구성되어 기존 기둥의 전면에 설치되는 U형 강판 및 상기 U형 강판의 내부에 충전되는 콘크리트로 구성되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 U형 강판의 측면판 단부에는 외측으로 수직 절곡된 고정판이 구비되고, 상기 고정판은 캡유닛의 연결부 전면에 고정되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 제공한다.
삭제
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상하로 이웃하는 캡유닛의 각 측면보강부는 기둥의 길이 방향으로 상호 연속되어 좌우 한 쌍으로 구비됨으로써 상하 이격되게 배치되는 복수의 연결부를 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상하로 상호 이격된 캡유닛의 측면을 연결하는 가이드바가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 이웃하는 보강기둥의 사이에는 보의 전면 위치에 보강 보가 구비되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 보강 보의 단부에는 단부강판이 구비되고, 상기 단부강판은 보강기둥을 관통하는 관통볼트에 의해 보강기둥의 측면에 고정되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조의 시공 방법에 관한 것으로, (a) 기둥의 전면에 전방 일부가 기둥 전면으로 돌출되도록 상기 앵커부재를 매입하여 고정하는 단계; (b) 상기 앵커부재의 위치에 캡유닛을 설치하고, 캡유닛의 측면보강부를 기둥 측면에 고정하는 단계; 및 (c) 기둥 전면으로 돌출된 앵커부재가 내부에 매입되어 고정되도록 상기 기둥의 전면에 보강기둥을 설치하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조의 시공 방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 기존 기둥의 전면에 앵커링되는 앵커부재가 기존 기둥과 신설되는 보강기둥을 연결하여 기존 구조물의 응력을 보강기둥으로 전달한다. 따라서 내진 보강 공사 중 건물 내부를 사용할 수 있고, 시공이 용이하며, 신설되는 보강기둥과 기존 기둥의 합성 거동을 통해 기둥의 휨강도 및 전단강도를 증가시킬 수 있다.
둘째, 기존 기둥의 전면에 앵커링된 앵커부재의 설치 높이에 기둥의 전면 및 양측면을 감싸는 캡유닛을 설치함으로써, 앵커부재 위치의 주변 콘크리트를 횡구속하여 프라이아웃 파괴를 방지할 수 있다. 이에 따라 앵커부재의 저항 강도 증가로 앵커부재의 소요 개소를 줄일 수 있어 공기 단축 및 공사비 절감이 가능하다.
도 1은 본 발명 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 도시하는 사시도.
도 2는 캡유닛의 실시예를 도시하는 사시도.
도 3은 앵커부재와 캡유닛의 설치 상태를 도시하는 사시도.
도 4는 RC 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 도시하는 단면도.
도 5는 RC+H형강 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 도시하는 단면도.
도 6은 CFT 보강기둥이 설치된 상태를 도시하는 단면도.
도 7은 U형 강판의 설치 과정을 도시하는 사시도.
도 8은 CFT 보강기둥이 설치된 상태를 도시하는 사시도.
도 9는 다른 실시예에 의한 U형 강판과 캡유닛의 결합 관계를 도시하는 단면도.
도 10은 측면보강부가 앵글부재인 캡유닛을 도시하는 사시도.
도 11은 도 10의 캡유닛에 의해 보강기둥이 결합된 상태를 도시하는 단면도.
도 12는 T형 측면보강부가 구비된 캡유닛에 의해 보강기둥이 결합된 상태를 도시하는 단면도.
도 13은 연속형 측면보강부가 설치된 상태를 도시하는 사시도.
도 14는 가이드바에 캡유닛이 결합된 상태를 도시하는 사시도.
도 15는 보강 보가 설치된 상태를 도시하는 사시도.
도 16은 관통볼트에 의한 보강 보의 결합 관계를 도시하는 단면도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 도시하는 사시도이고, 도 2는 캡유닛의 실시예를 도시하는 사시도이며, 도 3은 앵커부재와 캡유닛의 설치 상태를 도시하는 사시도이다. 그리고 도 4는 RC 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 도시하는 단면도이고, 도 5는 RC+H형강 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 도시하는 단면도이다.
도 1 내지 도 5 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조는 기둥(11)과 보(12)로 구성되는 기존 프레임(1)을 보강하기 위한 것으로, 상기 기둥(11)의 전면에 앵커링되어 기둥(11) 전면으로 돌출 형성되는 복수의 앵커부재(2); 상기 앵커부재(2)가 설치되는 높이의 기둥(11) 양측면 전단에 부착되는 한 쌍의 측면보강부(31)와 상기 기둥(11)의 전면에 구비되어 한 쌍의 측면보강부(31)를 연결하는 연결부(32)로 구성되어 수직 방향으로 상호 이격되도록 구비되는 복수의 캡유닛(3); 및 상기 기둥(11)의 전면에 신설되는 것으로 상기 앵커부재(2)에 의해 기존 기둥(11)에 연결되는 보강기둥(4); 으로 구성되어, 상기 보강기둥(4) 내에 매입되는 상기 앵커부재(2)가 기존 기둥(11)과 신설되는 보강기둥(4)을 연결하여 기존 구조물의 응력을 보강기둥(4)으로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기존 구조물 전면에 보강 구조물을 설치하여 내진 보강 공사 중 건물 내부 사용이 용이하고, 보강 공사가 용이한 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조 및 이의 시공 방법을 제공하기 위한 것이다. 아울러 본 발명은 앵커부재(2) 주변 콘크리트의 프라이아웃 파괴를 방지하여, 앵커부재(2)의 저항 강도를 증가시킴으로써 앵커부재(2)의 소요 개수를 대폭 절감하고자 한다.
상기 앵커부재(2)는 기존 기둥(11)의 전면에 앵커링되어 기둥(11) 전면으로 복수 개가 돌출 형성된다.
상기 앵커부재(2)는 기존 기둥(11)과 신설되는 보강기둥(4)을 연결하여 기존 구조물의 응력을 보강기둥(4)으로 전달한다.
상기 앵커부재(2)는 케미컬 앵커 또는 철근 등으로 구성할 수 있다.
본 발명에서는 앵커부재(2)의 전 강도를 모두 사용할 수 있으므로, 기둥(11) 전면의 전체 면적에 걸쳐 앵커부재(2)를 설치할 필요가 없다.
상기 앵커부재(2)는 복수 개가 집중적으로 배치되는 앵커부재(2)군을 형성할 수 있으며, 각 앵커부재(2)군은 서로 상하 이격되도록 배치 가능하다.
상기 앵커부재(2)군은 기둥(11) 전면에서 상부 보(12)의 하부, 기둥(11)의 중간, 하부 보(12)의 상부 등 3군데 위치 정도에 설치하는 것이 바람직하다.
상기 캡유닛(3)은 앵커부재(2)가 설치되는 높이의 기둥(11) 양측면 전단에 부착되는 한 쌍의 측면보강부(31)와 상기 기둥(11)의 전면에 구비되어 한 쌍의 측면보강부(31)를 연결하는 연결부(32)로 구성된다.
상기 캡유닛(3)은 수직 방향으로 상호 이격되도록 복수 개가 구비된다.
상기 캡유닛(3)은 앵커부재(2)와 결합되지 않고, 앵커부재(2)의 주변에 설치된다.
상기 캡유닛(3)은 앵커부재(2)가 매입된 위치의 주변 콘크리트를 횡구속하여 앵커부재(2) 전단력 작용시 주변 콘크리트의 손상 또는 파괴를 방지한다. 이에 따라 앵커부재(2)의 설계한계상태를 콘크리트 파괴가 아니라 강재 파괴로 유도함으로써 앵커부재(2)의 저항 강도를 증가시킬 수 있다. 그러므로 앵커부재(2)의 소요 개소를 대폭 감소하여 공기 단축 및 공사비 절감이 가능하다.
상기 캡유닛(3)의 측면보강부(31)는 기존 기둥(11)의 측면에 앵커볼트(35)나 에폭시 등에 의해 고정 가능하다.
상기 측면보강부(31)에 의해 앵커부재(2)의 횡력에 대해 기존 기둥(11) 전면을 보강할 수 있다.
상기 캡유닛(3)의 연결부(32)는 기둥(11) 양측면의 측면보강부(31)를 연결하여 지지함으로써, 횡력 작용시 기존 기둥(11)이 효과적으로 구속되도록 한다.
상기 캡유닛(3)은 강판을 절곡 또는 용접하여 측면보강부(31)와 연결부(32)가 전체적으로 ㄷ자형 단면을 이루도록 형성할 수 있다.
상기 보강기둥(4)은 기둥(11)의 전면에 신설되는 것으로 상기 앵커부재(2)에 의해 기존 기둥(11)에 연결된다.
상기 앵커부재(2)가 신설되는 보강기둥(4)의 콘크리트 내부에 정착되어 보강기둥(4)을 기존 기둥(11)과 일체화한다.
신설되는 보강기둥(4)과 기존 기둥(11)의 합성 거동을 통해 기존 기둥(11)의 휨강도 및 전단강도가 증가된다.
기존 기둥(11)과 보강기둥(4)의 충분한 합성 거동을 발휘할 수 있도록 앵커부재(2)는 보강기둥(4) 내에 충분한 묻힘 길이로 매입되도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보강기둥(4)은 RC 기둥일 수 있다.
또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 보강기둥(4)은 H형강(43)으로 구성하고, 기존 기둥(11) 측 공간 내부에 콘크리트(42)를 타설하여 기존 기둥(11)과 합성할 수도 있다.
상기 캡유닛(3)은 기존 기둥(11)의 전면 전체를 덮는 것이 아니라 부분적으로 상하 이격되게 설치된다. 이에 상기 보강기둥(4)은 캡유닛(3)이 위치되는 부분을 제외한 나머지 부분에서 기존 기둥(11)과 접하여 밀착 설치될 수 있으므로 강재량 절약이 가능하고, 기존 기둥(11)의 전면에 별도의 면 처리나 에폭시 마감이 불필요하다.
도 2 등에 도시된 바와 같이, 상기 캡유닛(3)의 연결부(32)에는 횡방향으로 길게 형성되어 복수의 앵커부재(2)가 관통되는 슬롯홀(321)이 형성되어 캡유닛(3)이 앵커부재(2)에 결합되지 않고 앵커부재(2)의 주변에 설치되도록 구성됨으로써 앵커부재(2)가 매입된 위치의 주변 콘크리트를 횡구속하여 보강하도록 구성될 수 있다.
동일 높이에 설치되는 복수의 앵커부재(2)들에 대해 앵커부재(2)의 주변에서 양측 측면보강부(31)를 연결하여 기존 기둥(11)의 콘크리트를 효과적으로 구속하면서 동시에 기둥(11)의 폭 방향 시공 오차를 흡수할 수 있도록 연결부(32)에는 횡방향으로 슬롯홀(321)을 형성할 수 있다.
상기 캡유닛(3)은 기존 기둥(11)을 신설되는 보강기둥(4)에 연결하기 위한 구성이 아니라 앵커부재(2) 주변의 기존 기둥 콘크리트를 구속하기 위한 것이다. 그러므로 상기 슬롯홀(321)은 앵커부재(2)의 지름보다 충분히 크게 형성하여도 무방하다. 상기 앵커부재(2)는 캡유닛(3)과 구조적으로 분리되므로, 수직 및 수평 방향 시공 오차 흡수가 용이하다.
상기 슬롯홀(321)에는 동일 높이에 설치되는 복수의 앵커부재(2)들이 동시에 관통되며, 슬롯홀(321)을 관통한 앵커부재(2)들은 기존 기둥(11)의 전면으로 돌출된다.
하나의 앵커부재(2)군이 상하 복수 열의 앵커부재(2)로 이루어진 경우에는 슬롯홀(321)도 상하 복수 열로 형성할 수 있다.
도 6은 CFT 보강기둥이 설치된 상태를 도시하는 단면도이고, 도 7은 U형 강판의 설치 과정을 도시하는 사시도이며, 도 8은 CFT 보강기둥이 설치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 보강기둥(4)은 한 쌍의 측면판(411)과 상기 측면판(411)의 전단을 연결하는 전면판(412)으로 구성되어 기존 기둥(11)의 전면에 설치되는 U형 강판(41) 및 상기 U형 강판(41)의 내부에 충전되는 콘크리트(42)로 구성될 수 있다.
상기 보강기둥(4)은 U형 강판(41)과 내부에 충전되는 콘크리트(42)로 구성되어, CFT 기둥으로 구성될 수 있다.
상기 U형 강판(41)은 신설되는 보강기둥(4)의 거푸집 및 주근 역할을 한다.
이에 거푸집 설치를 위한 가설 공사 및 철근 배근 공정을 생략할 수 있어 공기 단축이 가능하다.
아울러 상기 U형 강판(41)은 내부 콘크리트(42)를 구속하여 부재의 강도와 연성을 향상시키므로, 보강기둥(4)의 단면을 최소화할 수 있다.
상기 보강기둥(4)은 캡유닛(3)이 아니라 앵커부재(2)에 의해 기존 기둥(11)에 고정된다. 그러므로 U형 강판(41)과 캡유닛(3)의 고정은 콘크리트(42) 타설시 콘크리트 측압을 지지할 수 있을 정도로만 하여도 충분하다.
도 9는 다른 실시예에 의한 U형 강판과 캡유닛의 결합 관계를 도시하는 단면도이다.
도 6, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 U형 강판(41)의 측면판(411) 단부에는 외측으로 수직 절곡된 고정판(413)이 구비되고, 상기 고정판(413)은 캡유닛(3)의 연결부(32) 전면에 고정되도록 구성할 수 있다.
즉, 상기 U형 강판(41)은 단부에 고정판(413)이 일체로 형성되어 캡유닛(3)의 전면에 쉽게 고정할 수 있다.
이를 위하여 상기 캡유닛(3)의 연결부(32) 전면에 탭 가공하여 암나사공을 형성하고, U형 강판(41)의 고정판(413)을 캡유닛(3)의 연결부(32) 전면에 형성된 암나사공에 볼트 체결하여 나사 결합으로 고정할 수 있다(도 6).
한편, 상기 캡유닛(3)의 연결부(32) 두께가 충분히 두껍지 않은 경우에는 U형 강판(41)을 고정하기 위해 연결부(32)를 탭 가공하여 나사 결합하는 것이 곤란하다. 이 경우, 상기 캡유닛(3)의 연결부(32) 단부를 측면보강부(31)의 외측으로 일정 길이 돌출되도록 연장 형성하고, U형 강판(41)의 고정판(413)을 연결부(32)의 돌출된 부위에 볼트(B) 체결하여 고정할 수 있다(도 9).
상하로 이격된 캡유닛(3) 사이는 기존 기둥(11)과 고정판(413) 사이에 공간이 발생한다. 그러므로 U형 강판(41) 내부에 콘크리트(42) 타설시 시멘트 페이스트 누출 방지를 위해 이 부분은 실링 처리하는 것이 바람직하다.
도 10은 측면보강부가 앵글부재인 캡유닛을 도시하는 사시도이고, 도 11은 도 10의 캡유닛에 의해 보강기둥이 결합된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 10, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 측면보강부(31)는 일측 레그(311)는 기둥(11)의 측면에 고정되고, 타측 레그(312)는 기둥(11)의 전면을 감싸는 앵글부재이고, 상기 연결부(32)는 타측 레그(312)의 전면에 고정되도록 구성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 캡유닛(3)의 측면보강부(31)와 연결부(32)는 강판을 절곡하여 일체로 형성할 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 캡유닛(3)의 측면보강부(31)와 연결부(32)는 서로 분리 구성할 수도 있다.
후자의 경우, 상기 측면보강부(31)를 앵글부재로 구성하여 기존 기둥(11)의 전면 측 모서리를 감싸도록 하고, 연결부(32)는 측면보강부(31)의 타측 레그(312), 즉 전면 측 레그 전면에 고정할 수 있다.
이때, 상기 측면보강부(31)의 일측 레그(311)는 기둥(11)의 측면에 밀착되어 기둥(11)의 측면을 지지하는 반면, 타측 레그(312)는 단순히 연결부(32)만 고정되면 된다. 그러므로 상기 측면보강부(31)는 일측 레그(311)의 길이가 타측 레그(312)의 길이보다 긴 부등변 앵글을 사용 가능하다.
앵글부재인 측면보강부(31)와 연결부(32)는 미리 결합하여 기둥(11)에 부착할 수 있다.
또는, 상기 측면보강부(31)를 기둥(11)에 먼저 고정한 다음, 나중에 측면보강부(31)의 전면에 연결부(32)를 고정할 수도 있다. 이 경우 시공 오차 흡수가 용이하다.
상기 연결부(32)는 측면보강부(31)에 용접 등에 의해 고정 가능하다.
도 12는 T형 측면보강부가 구비된 캡유닛에 의해 보강기둥이 결합된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 측면보강부(31)는 T형 단면으로 형성되어 웨브(313)가 기둥(11)의 측면에 고정되고, 플랜지(314)의 일측은 기둥(11)의 전면을 감싸며, 상기 연결부(32)는 기둥(11)의 외측에서 플랜지(314)의 전면에 볼트(B) 결합되도록 구성할 수 있다.
상기 측면보강부(31)로 앵글부재를 사용하는 경우, 타측 레그(312)는 기둥(11)의 전면에 밀착되므로 연결부(32)와 앵글부재를 볼트로 결합하기 어려워 용접에 의해서만 고정해야 한다.
이에 상기 측면보강부(31)를 T형 단면으로 형성하여 기둥(11)의 측면 외측으로 돌출된 플랜지(314) 부분에 연결부(32)를 볼트(B) 체결에 의해 고정할 수 있다.
상기 보강기둥(4)이 CFT인 경우, U형 강판(41)의 고정판(413)과 연결부(32) 및 측면보강부(31)의 플랜지(314)를 동시에 볼트(B) 결합할 수 있다.
도 13은 연속형 측면보강부가 설치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 상하로 이웃하는 캡유닛(3)의 각 측면보강부(31)는 기둥(11)의 길이 방향으로 상호 연속되어 좌우 한 쌍으로 구비됨으로써 상하 이격되게 배치되는 복수의 연결부(32)를 상호 연결하도록 구성할 수 있다.
상기 앵커부재(2) 주변 기둥뿐 아니라 기존 기둥(11) 모서리 전체를 구속하여 기존 기둥(11) 자체의 강도와 연성을 증가시킬 수 있도록 측면보강부(31)는 기둥(11)의 길이 방향으로 연속되게 형성할 수 있다.
이 경우 상하 측면보강부(31)가 연속 연결되므로, 측면보강부(31)를 기존 기둥(11)에 고정하기 위한 앵커볼트(35)의 설치 개소를 줄일 수 있고, 측면보강부(31)의 시공 시간 절약이 가능하다. 아울러 캡유닛(3)의 위치 고정이 용이하다.
상기 연결부(32)는 단순히 측면보강부(31)를 연결하는 것으로서, 신설되는 보강기둥(4)과 기존 기둥(11)의 일체화를 위해 앵커부재(2)가 설치된 위치와 대응되는 위치에 설치하면 된다.
상기 측면보강부(31)는 보강기둥(4)과 간섭되지 않으므로, 상하 연속된 하나의 부재로 형성하여도 무방하다.
도 14는 가이드바에 캡유닛이 결합된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상하로 상호 이격된 캡유닛(3)의 측면을 연결하는 가이드바(33)가 더 구비될 수 있다.
상기 캡유닛(3)이 상하로 분리되어 구성되는 경우, 별도의 가이드바(33)를 캡유닛(3)의 측면에 부착하여 복수의 캡유닛(3)을 동시에 설치 가능하도록 할 수 있다.
이 경우 상기 캡유닛(3)에 미리 가이드바(33)를 결합하여 복수의 캡유닛(3)을 동시에 설치할 수 있으므로, 캡유닛(3)의 위치 고정이 유리하고 신속한 설치가 가능하다.
상기 가이드바(33)는 강봉, 평철, 앵글 등일 수 있다.
도 15는 보강 보가 설치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 이웃하는 보강기둥(4)의 사이에는 보(12)의 전면 위치에 보강 보(5)가 구비될 수 있다.
이와 같이 이웃하는 보강기둥(4) 사이에 보강 보(5)를 설치하여 보강 프레임을 형성함으로써 기존 프레임(1) 전체를 보강할 수 있다.
이 경우에도 보강 보(5)는 기존 보(12)의 전면에 설치되어 공사 중 기존 구조물 사용 제한을 최소화하도록 할 수 있다.
상기 보강 보(5)는 RC 보 등을 사용할 수 있으나, 시공성, 공기 단축 등을 고려하여 H형강을 사용하는 것이 바람직하다.
도 16은 관통볼트에 의한 보강 보의 결합 관계를 도시하는 단면도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 상기 보강 보(5)의 단부에는 단부강판(51)이 구비되고, 상기 단부강판(51)은 보강기둥(4)을 관통하는 관통볼트(52)에 의해 보강기둥(4)의 측면에 고정될 수 있다.
상기 보강 보(5)는 단부강판(51)에 의해 보강기둥(4)에 볼트 접합함으로써 모멘트 접합이 가능하다.
이러한 단부강판(51)의 모멘트 접합에 의해 우수한 내진 성능을 확보할 수 있다.
상기 보강기둥(4)이 U형 강판(41)을 이용한 CFT 부재인 경우, U형 강판(41) 내부에 콘크리트(42)를 타설하기 전에 미리 U형 강판(41)에 관통볼트(52)를 관통시켜 보강 보(5)의 단부강판(51)을 U형 강판(41)에 고정할 수 있다. 이후, U형 강판(41) 내부에 콘크리트(42)를 타설하여 보강 보(5)와 보강기둥(4)을 일체화할 수 있다.
본 발명 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조의 시공 방법은 전술한 본 발명 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조를 시공하는 방법에 대한 것이다.
본 발명 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조의 시공 방법에서는 먼저, (a) 기둥(11)의 전면에 전방 일부가 기둥(11) 전면으로 돌출되도록 상기 앵커부재(2)를 매입하여 고정한다.
상기 앵커부재(2)는 설치 위치에 천공홀을 형성하고, 천공홀 내 분진을 제거한 후 일단을 삽입한다. 상기 천공홀 내에 앵커부재(2)를 삽입한 후에는 에폭시 또는 무수축 모르타르 등을 충전하여 앵커부재(2)를 고정한다.
이 과정에서 기둥(11) 전면에 손상 발생시에는 피복을 치핑하여 제거할 수 있다. 후술할 (c) 단계에서 기둥(11) 전면에 신설 콘크리트가 타설되므로, 치핑면 전면을 별도로 복구하지 않아도 된다.
상기 앵커부재(2)는 복수 개를 그룹화하여 앵커부재(2)군을 이루도록 배치할 수 있다.
다음으로, (b) 상기 앵커부재(2)의 위치에 캡유닛(3)을 설치하고, 캡유닛(3)의 측면보강부(31)를 기둥(11) 측면에 고정한다(도 3).
상기 캡유닛(3)은 앵커부재(2)군 위치에 설치할 수 있다.
상기 캡유닛(3)의 측면보강부(31)는 앵커볼트(35) 또는 에폭시 등에 의해 기둥(11) 측면에 고정 가능하다.
그리고 (c) 기둥(11) 전면으로 돌출된 앵커부재(2)가 내부에 매입되어 고정되도록 상기 기둥(11)의 전면에 보강기둥(4)을 설치한다.
상기 보강기둥(4)이 RC 부재인 경우, 기존 기둥(11)의 전면에 거푸집을 설치하고 콘크리트(42)를 타설 및 양생하여 보강기둥(4)을 완성한다(도 4).
상기 보강기둥(4)이 CFT 부재인 경우, U형 강판(41)을 설치하고 U형 강판(41) 내부에 콘크리트(42)를 충전하여 콘크리트(42) 내부에 앵커부재(2)가 정착되도록 할 수 있다(도 6).
이때, 기존 기둥(11)의 전면 치핑 처리시, 새로 타설되는 보강기둥(4)의 콘크리트(42)가 기존 기둥(11) 전면의 치핑면과 밀착되어 일체화된다.
1: 기존 프레임 11: 기둥
12: 보 2: 앵커부재
3: 캡유닛 31: 측면보강부
311: 일측 레그 312: 타측 레그
313: 웨브 314: 플랜지
32: 연결부 321: 슬롯홀
33: 가이드바 35: 앵커볼트
4: 보강기둥 41: U형 강판
411: 측면판 412: 전면판
413: 고정판 42: 콘크리트
43: H형강 5: 보강 보
51: 단부강판 52: 관통볼트
B: 볼트

Claims (11)

  1. 기둥(11)과 보(12)로 구성되는 기존 프레임(1)을 보강하기 위한 것으로,
    상기 기둥(11)의 전면에 앵커링되어 기둥(11) 전면으로 돌출 형성되는 복수의 앵커부재(2);
    상기 앵커부재(2)가 설치되는 높이의 기둥(11) 양 측면 전단에 부착되는 한 쌍의 측면보강부(31)와 상기 기둥(11)의 전면에 구비되어 한 쌍의 측면보강부(31)를 연결하는 연결부(32)로 구성되어 수직 방향으로 상호 이격되도록 구비되는 복수의 캡유닛(3); 및
    상기 기둥(11)의 전면에 신설되는 것으로 상기 앵커부재(2)에 의해 기존 기둥(11)에 연결되는 보강기둥(4); 으로 구성되어,
    상기 보강기둥(4) 내에 매입되는 상기 앵커부재(2)가 기존 기둥(11)과 신설되는 보강기둥(4)을 연결하여 기존 구조물의 응력을 보강기둥(4)으로 전달하고,
    상기 캡유닛(3)의 연결부(32)에는 횡방향으로 길게 형성되어 복수의 앵커부재(2)가 관통되는 슬롯홀(321)이 형성되어 캡유닛(3)이 앵커부재(2)에 결합되지 않고 앵커부재(2)의 주변에 설치되도록 구성됨으로써 앵커부재(2)가 매입된 위치의 주변 콘크리트를 횡구속하여 보강하며,
    상기 측면보강부(31)는 일측 레그(311)는 기둥(11)의 측면에 고정되고 타측 레그(312)는 기둥(11)의 전면을 감싸는 앵글부재로 구성되어 상기 연결부(32)가 타측 레그(312)의 전면에 고정되거나, 웨브(313)가 기둥(11)의 측면에 고정되고 플랜지(314)의 일측이 기둥(11)의 전면을 감싸는 T형 단면으로 구성되어 상기 연결부(32)가 기둥(11)의 외측에서 플랜지(314)의 전면에 볼트(B) 결합되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 보강기둥(4)은 한 쌍의 측면판(411)과 상기 측면판(411)의 전단을 연결하는 전면판(412)으로 구성되어 기존 기둥(11)의 전면에 설치되는 U형 강판(41) 및 상기 U형 강판(41)의 내부에 충전되는 콘크리트(42)로 구성되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조.
  4. 제3항에서,
    상기 U형 강판(41)의 측면판(411) 단부에는 외측으로 수직 절곡된 고정판(413)이 구비되고, 상기 고정판(413)은 캡유닛(3)의 연결부(32) 전면에 고정되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상하로 이웃하는 캡유닛(3)의 각 측면보강부(31)는 기둥(11)의 길이 방향으로 상호 연속되어 좌우 한 쌍으로 구비됨으로써 상하 이격되게 배치되는 복수의 연결부(32)를 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조.
  8. 제1항에서,
    상하로 상호 이격된 캡유닛(3)의 측면을 연결하는 가이드바(33)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조.
  9. 제1항에서,
    이웃하는 보강기둥(4)의 사이에는 보(12)의 전면 위치에 보강 보(5)가 구비되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조.
  10. 제9항에서,
    상기 보강 보(5)의 단부에는 단부강판(51)이 구비되고, 상기 단부강판(51)은 보강기둥(4)을 관통하는 관통볼트(52)에 의해 보강기둥(4)의 측면에 고정되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조.
  11. 제1항에 의한 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조의 시공 방법에 관한 것으로,
    (a) 기둥(11)의 전면에 전방 일부가 기둥(11) 전면으로 돌출되도록 상기 앵커부재(2)를 매입하여 고정하는 단계;
    (b) 상기 앵커부재(2)의 위치에 캡유닛(3)을 설치하고, 캡유닛(3)의 측면보강부(31)를 기둥(11) 측면에 고정하는 단계; 및
    (c) 기둥(11) 전면으로 돌출된 앵커부재(2)가 내부에 매입되어 고정되도록 상기 기둥(11)의 전면에 보강기둥(4)을 설치하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 캡유닛과 보강기둥을 이용한 내진 보강 구조의 시공 방법.
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