KR102415742B1 - 강화 소재를 이용한 벽체구조물 고정앵커 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외벽과 내벽을 일체화하여 공유 하중을 향상시키는 벽체 구조물 고정앵커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강화 플라스틱 소재를 활용한 카트리지를 활용하되 내벽쪽 카트리지 상에 고정부재가 삽입된 상태로 사출함으로써, 고정력 및 시공성을 향상시킨 고정앵커를 제공한다.
Description
본 발명은 외벽과 내벽을 일체화하여 공유 하중을 향상시키는 벽체구조물 고정앵커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외벽과 내벽에 천공 작업을 하고 내진성 및 내풍성을 갖는 외벽과, 내진성 등이 상대적으로 열악한 내벽을 연결함으로써 설계하중을 적절하게 분산시킬 수 있는 벽체구조물 고정앵커에 관한 것이다.
최근 건축물에 대한 내진설계 기준이 강화됨으로써, 학교 건축물을 시작으로 중층이상의 공공 건축물과 관련된 내진보강공사 시장이 성장하면서 다양한 종류의 내진보강공법이 개발되고 있다.
하지만, 국내 개인 건축물의 대부분을 차지하고 있는 저층 비보강 조적조 건축물에 대해서는 내진보강 기술개발 및 대책이 미흡하며, 국내외적으로도 저층 비보강 조적조 건축물은 중층이상의 건축물에 비해 지진 및 각종 자연재해 등에 취약한 구조를 가지고 있으므로 해마다 각종 자연재해 및 노후화로 갑작스럽게 벽체에 균열이 발생하거나 건축물이 붕괴되는 등의 많은 피해를 입고 있다.
일반적으로 중층이상의 건축물에 적용되는 내진보강공법은 막대한 비용을 필요로 하는 경우가 많으므로, 저층의 개인 건축물에 이를 적용하기는 현실적으로 어려운 경우가 많다.
따라서, 개인 소유의 저층의 조적조 건축물을 대상으로 시공용이성, 시공 경제성이 있으면서도 내진 성능을 향상시킬 수 있는 내진보강공법의 개발이 시급하다.
현재는 못이나 일반 볼트와 같은 체결부재를 설치하기 어려운 콘크리트, 점토벽돌 등에 각종 부착물을 결합하여 고정시킬 수 있도록 하기 위한 체결 수단으로 다양한 구조의 앵커볼트가 사용되고 있다.
일반적으로 상기 앵커볼트는 콘크리트 벽에 천공한 구멍에 설치될 때, 슬리브를 타격하여 삽입함으로써, 슬리브의 선단부에서 볼트와 일체로 형성된 쐐기부가 삽입되면서 확관이 이루어져서 구멍 안에서 고정되게 한 것으로 타격에 의해 슬리브를 구멍안에 삽입 및 고정시키더라도 확실한 고정상태를 유지하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 상기 종래의 앵커볼트의 경우 내진설계를 위한 내벽의 유효삽입 깊이까지 도달하기 어렵고, 외벽과 내벽의 균형있는 인발하중을 얻기 어려워 벽체구조물의 안정성이 떨어지는 경향이 있고, 일부 제품은 앵커의 직경이 커서 벽돌에 천공을 할 때 깨짐(크랙) 현상이 발생하고 시간이 지남에 따라 벽돌의 천공 직경이 넓어지면서 앵커볼트가 이탈되는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 앵커볼트의 슬리브는 스테인리스나 황동과 같은 금속소재로 되어 있어 생산원가가 높고, 소재가 상대적으로 무거워 취급이 어렵고, 시공을 함에 있어서도 벽체 내부에 확실한 고정을 하기 어려운 문제점이 있으며, 시공시에 헛도는 현상이 발생하여 시공이 실패하는 경우 발생하는 등의 문제가 발생하는 바, 새로운 소재 및 새로운 형태를 가지는 고정앵커의 필요성이 요구되고 있다.
본 발명은 외벽과 내벽을 일체화하여 공유 하중을 향상시키는 벽체 구조물 고정앵커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강화 플라스틱 소재를 활용한 카트리지를 활용하되 내벽쪽 카트리지 상에 고정부재가 삽입된 상태로 사출함으로써, 고정력 및 시공성을 향상시킨 고정앵커에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시형태에서, 중앙에 관통공이 있는 원통형으로서 복수의 절개부, 외주면의 돌출부 및 확장고정부를 포함하는 고강도 플라스틱 카트리지; 상기 카트리지의 이동을 제어하는 외벽용 및 내벽용 고정부재; 상기 카트리지의 확장고정부로 삽입되어 카트리지의 절개부를 확장시킴으로써 카트리지를 벽체에 고정하는 삽입부재; 및 상기 카트리지, 고정부재 및 삽입부재를 관통하여 정렬시키는 연결봉을 포함하고, 상기 카트리지, 고정부재 및 삽입부재를 포함하는 고정부가 연결봉의 양 말단에 위치하되, 상기 내벽용 고정부재의 말단부에 위치하는 내벽용 매립 고정부재는 상기 플라스틱 카트리지 내에 완전히 포획된 형태로 사출되며, 상기 한쌍의 고강도 플라스틱 카트리지 확장 고정부의 확장방향이 모두 동일하게, 벽면에 삽입되는 방향의 반대방향으로 확장되어, 결합력이 강화된 내진설계용 벽체구조물 고정앵커를 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시형태에서, 상기 카트리지의 소재는 폴리카보네이트와 유리섬유의 혼합물을 포함하는 일군 또는, 나일론 6 베이스 수지를 포함하는 일군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 내진설계용 벽체구조물 고정앵커를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시형태에서, 상기 내벽용 카트리지의 내벽쪽 말단부 상에 삽입된 고정부재는 외주면의 길이방향 중심부에 홈이 마련되어 있고, 홈이 형성되지 않은 외주면이 톱니형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내진설계용 벽체구조물 고정앵커를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시형태에서, 상기 복수의 절개부는 상기 카트리지의 외주면의 길이방향으로 형성되며, 절개부의 길이는 카트리지 전체길이 대비 50 내지 90%로 형성되고, 절개부의 개수는 n개(n=2 내지 8)인 것을 특징으로 하는 내진설계용 벽체구조물 고정앵커를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시형태에서, 상기 고정부재에 형성된 홈의 깊이는 고정부재의 긴쪽 직경 대비 10 내지 30%로 형성되는 것을 특징으로 하는 내진설계용 벽체구조물 고정앵커를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시형태에서, 상기 카트리지 외주면 돌출부는 삼각형태로 구성되며, 돌출부의 높이는 카트리지 직경대비 1 내지 10%의 크기로 형성되어 카트리지의 원주방향 마찰력을 증대시킨것을 특징으로 하는 벽체구조물 고정앵커를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시형태에서, 상기 고정앵커의 전체길이 대비 연결봉의 직경은 30:1 내지 50:1로 이루어지는 것을 특징으로 하는 벽체구조물 고정앵커를 제공한다.
본 발명은 외벽과 내벽에 천공작업을 하고, 삽입부재가 카트리지의 확장고정부로 삽입되어 고정앵커의 절개부가 확장되는 벽체구조물 앵커가 외벽과 내벽에 연결됨으로써 건물 외벽의 지지력을 강화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 내벽의 유효 삽입 깊이를 확보하면서도, 외벽과 내벽의 인발하중을 향상시킴으로써 벽체구조물의 안정성과 내구력을 유지시킬 수 있는 효과가 있으며, 내벽용 카트리지 부분의 내벽쪽 말단상에 고정부재를 삽입 고정시킴으로서, 시공상에서 고정부재가 헛도는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 종래 금속소재 앵커의 카트리지를 강화소재인 고강도 플라스틱 카트리지로 대체하여 소재의 경량화를 달성함과 동시에 카트리지의 생산원가를 절감하였으며, 높은 인장강도, 인장신율을 가지는 엔지니어링 플라스틱의 기계적 특성을 활용하여 시공성을 향상시킨 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 벽체구조물 고정앵커를 나타낸 도면이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외벽용 카트리지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내벽용 카트리지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정앵커가 벽체내부로 삽입된 모습을 나타낸 도면이다
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내벽용 카트리지 내에 고정부재가 삽입된 형태의 고정앵커가 벽체내부로 삽입된 모습을 나타낸 도면이다
도 6은 벽체내부로 삽입된 본 발명의 고정앵커가 확장고정된 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외벽용 카트리지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내벽용 카트리지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정앵커가 벽체내부로 삽입된 모습을 나타낸 도면이다
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내벽용 카트리지 내에 고정부재가 삽입된 형태의 고정앵커가 벽체내부로 삽입된 모습을 나타낸 도면이다
도 6은 벽체내부로 삽입된 본 발명의 고정앵커가 확장고정된 모습을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 통상의 기술자가 실시할 수 있도록 도면을 활용하여 상세히 설명하도록 한다. 단, 하기 설명한 내용은 본 발명의 일 실시예로써 이에 국한되는 것은 아니며, 상황에 따라 변경, 조합 등이 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 벽체구조물 고정앵커는 내벽의 내부로 삽입되어 고정되는 내벽고정부(20), 외벽의 내부로 삽입되어 고정되는 외벽고정부(10), 및 상기 고정부들을 연결하는 연결봉(30)을 포함할 수 있다.
상기 고정부들은 연결봉(30)의 양 말단에 위치하되, 내벽고정부(20)는 내벽방향 말단에, 외벽고정부(10)는 외벽방향 말단에 위치한다.
구체적인, 상기 외벽고정부(10)의 구성은 도면 2에 도시된 바와 같다.
도면 2에 나타난 바와 같이, 외벽 고정부(10)는 중앙에 관통공이 있는 원통형으로서 복수의 절개부(153), 외주면의 돌출부(152) 및 확장고정부(151)를 포함하는 외벽용 카트리지(15)와, 상기 카트리지의 이동을 제어하는 외벽용 고정부재(11,12) 및 상기 카트리지의 확장고정부로 삽입되어 카트리지의 절개부를 확장시킴으로써, 카트리지를 벽체에 고정하는 외벽용 삽입부재(13)을 포함할 수 있다.
상기 외벽용 카트리지에 형성된 복수의 절개부(153)는 카트리지의 외벽방향 말단에서부터 카트리지 외주면의 길이방향으로 형성된다.
한편, 내벽고정부(20)의 구성은 도면 3에 도시된 바와 같다.
내벽고정부(20)의 구성은 외벽고정부(10)와 동일하게 구성될 수 있다. 다만, 외벽고정부(10)와의 확장방식이 다소 차이가 있는 바, 내벽고정부(20)의 내벽용 카트리지(25)는 내벽쪽 말단상에 내벽용 매립 고정부재 (22)가 삽입된 형태로 사출되는 것이 보다 바람직하다.
양 고정부의 확장방식의 차이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 앞서 살펴본 바와 같이, 외벽고정부(10)의 경우, 외벽방향 말단에 위치한 너트로 구성된 외벽용 고정부재(11)를 회전시켜서, 상기 고정부재(11)가 연결봉의 중심방향으로 이동하게끔 한다. 이에 따라, 상기 고정부재(11)와 맞닿은 외벽용 삽입부재(13)가 연결봉의 중심방향으로 이동하게 되는 바, 카트리지의 외벽방향의 말단이 벌어지는 형태로 확장되어 고정부가 내부에 강하게 밀착하게 된다.
반면, 내벽고정부(20)에서는 연결봉(30)과 일체화된 외벽방향 말단의 본체 볼트부(350)를 내벽 내측으로 들어가게끔 회전시킴에 따라, 연결봉과 결합된 연결봉의 중심방향에 위치한 내벽용 고정부재(21)가 내벽방향으로 이동하게 된다. 이로 인해, 고정되어 있는 내벽용 카트리지(25)상으로 내벽용 삽입부재(23)가 파고들게 되며, 결론적으로 내벽용 카트리지의 연결봉 중심 방향의 말단이 벌어지는 형태로 확장되어 고정부가 내부에 강하게 밀착하게 된다.
다만, 도 4에 도시된 바와 같이, 내벽용 카트리지(25)의 내벽쪽 말단에 위치하는 고정부재가 카트리지 외부에 존재할 경우, 본체 볼트부(350)를 회전시킬 때, 내벽쪽 말단에 위치한 고정부재가 같이 회전하여 헛도는 현상이 발생할 수 있다. 이렇게 헛도는 현상이 발생할 경우, 연결봉이 내벽쪽으로 파고들지 못함에 따라, 카트리지를 확장시키기 위한 일련의 절차가 저해될 수 있다.
따라서, 상기 내벽고정부(20)의 말단부에 위치하는 내벽용 매립 고정부재(22)는 플라스틱 소재의 내벽용 카트리지(25) 내에 완전히 포획된 형태로 사출되는 것이 바람직하다. 상기와 같이, 내벽용 매립 고정부재(22)를 내벽용 카트리지(25)와 일체화 시킬 경우, 내벽용 매립 고정부재(22)가 완벽히 고정된 상태로 존재하므로, 본체 볼트부(350)를 회전시켰을 때, 헛도는 현상이 발생하지 않게 된다. 따라서, 내벽용 카트리지를 확장시키는 작업이 좀 더 안정적으로 진행될 수 있어서, 시공상에 안정성이 올라간다.
한편, 카트리지의 벽면쪽 말단부가 10~20°의 각도의 경사면을 형성하게 될 경우, 카트리지가 천공된 벽체의 내부에 삽입될 때 왜곡없이 쉽게 삽입될 수 있는 효과가 있는 바, .카트리지의 벽면쪽 말단부는 10~20°의 각도의 경사면을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 내벽쪽 카트리지 내에 삽입되는 고정부재는 도 3에서 확인 가능하듯이 벽면방향의 직경이 좀 더 짧은 형태로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 내벽용 매립 고정부재(22)는 내벽용 카트리지(25)와의 결합력을 강화시키기 위해 외주면의 길이방향으로 홈이 형성되는 것이 바람직하다. 위와 같이 홈이 형성될 경우, 상기 홈 사이로 카트리지가 삽입된 형태로 사출되어 고정부재와 카트리지 간의 결합력이 더욱 높아지게 된다. 상기와 같은 홈의 깊이는 내벽용 매립 고정부재(22)의 긴쪽 직경대비 10 내지 30%로 형성될 수 있다.
만약 10%보다 깊이가 적다면, 홈내부로 유입되는 카트리지 양이 적어서 결합력을 크게 높이기 어려우며, 반대로 30%보다 홈의 깊이가 깊어지면, 고정부재가 파손될 가능성이 생기는 바, 바람직하지 않다.
아울러, 상기 카트리지의 홈이 형성되지 않은 외주면의 경우, 도 3의 우측면도에 도시된 바와 같이 톱니 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 위와 같이 톱니 형상을 가질 경우, 사이사이로 카트리지와 맞닿는 면적이 늘어나서 보다 결합력이 상승하는 바, 헛도는 현상을 완벽히 방지할 수 있다.
위와 같은 내벽쪽 카트리지상에 고정부재를 삽입시킨 형태로 사출을 진행하는 것은, 이하에서 자세히 설명할 카트리지의 소재적인 특성과 맞물려 최적의 효과를 나타낸다.
즉, 일반적인 카트리지 소재인 금속소재의 경우, 고정부재와 동시 사출이 현실적으로 불가능할 뿐더러, 맞물린 면에서 여전히 헛도는 현상이 발생할 수 있으나, 강화 플라스틱 소재로 이루어진 본 발명 카트리지의 경우, 고정부재와 동시 사출시 완벽히 접합된 형태로 사출되므로, 헛도는 현상은 완벽 방지할 수 있다.
다만, 상기와 같이 카트리지내에 고정부재를 삽입된 형태로 사출하는 공정은 수동작업을 통해 진행되는 어려운 공정에 해당한다. 따라서, 이와 같은 어려운 사출공정을 거친 카트리지는 내벽용 카트리지에만 사용하고, 외벽용 카트리지의 경우 카트리지 외부에 고정부재가 위치하도록 설계하여 경제성을 높이는 것이 바람직하다.
앞서 살펴본 바와 같이, 너트로 구성된 외벽방향 말단에 위치한 외벽용 고정부재(11)를 직접 시켜서 카트리지의 확장공정을 진행하는 외벽 고정부에서는 헛도는 현상이 발생할 여지가 없으므로, 상기와 같은 어려운 사출공정을 거치지 않고, 카트리지 외부에 고정부재가 위치하도록 구성하더라도 카트리지 확장 공정상에 전혀 문제가 없다.
이와 같이 내벽용 카트리지와 외벽용 카트리지의 구성을 달리한 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 형성된다.
이러한 확장방식 및 카트리지의 구체적인 구성을 토대로, 전체적인 시공방법을 자세히 살펴보면, 첫번째 작업으로서, 내벽과 외벽상에 확장이 되지 않은 상태의 고정부(10,20)의 지름과 유사한 크기의 구멍을 천공하는 작업을 진행할 수 있다.
이러한 구멍상에, 내벽방향으로 내벽용 카트리지(20)가 삽입되게끔 고정앵커(1)를 삽입한다.
상기와 같이 고정앵커(1)가 삽입된 후, 연결봉(30)이 내벽방향으로 삽입되도록, 본체 볼트부(350)를 회전시킬경우, 앞서 살펴본 바와 같이 연결봉의 중심부(300) 방향의 말단이 벌어지는 형태로 내벽 카트리지(20)가 확장되게 된다.
내벽 카트리지를 충분히 확장시킨 후, 외벽용 고정부재를 내벽방향으로 이동하게끔 회전시키면, 앞서 살펴본 바와 같이 외벽방향의 말단이 벌어지는 형태로 외벽 카트리지(10)가 확장되게 된다.
이와 같은 카트리지 확장 작업을 마친 고정 앵커의 형태는 도 6에 도시된 바와 같다.
상기 도면에 도시된 바와 같이, 연결봉의 외벽방향에 위치한 외벽용 카트리지(15)가 외벽방향의 말단이 벌어지는 형태로 확장되고, 연결봉의 내벽방향에 위치한 내벽용 카트리지(25)는 연결봉의 중심부 방향의 말단이 벌어지는 형태로 확장될 경우, 확장된 고정앵커(1)는 마치 낚시바늘과 같은 구조를 가지게 된다.
즉, 본 발명의 일실시예에 다른 고정앵커(1)의 경우, 상기 한쌍의 고강도 플라스틱 카트리지 확장 고정부의 확장방향이 모두 동일하게, 벽면에 삽입되는 방향의 반대방향으로 확장되어, 내벽용 카트리지(15) 및 외벽용 카트리지(25)가 모두 삽입방향의 반대방향 말단이 확장되는 동일한 확장방향을 가질 수 있다.
이와 같이 카트리지가 확장될 때, 삽입방향의 반대방향 말단이 확장될 경우, 삽입되는 방향인 내벽방향쪽으로의 유입은 용이하게 이루어질 수 있다.
그러나, 반대로 고정앵커(1)가 이탈되는 방향인 외벽방향쪽으로의 힘이 작용할 경우, 확장된 카트리지의 확장고정부 부분과 벽면 상에 큰 마찰력이 발생하는 바, 이동이 크게 제한될 수 있다.
즉, 본 발명의 고정앵커(1)의 경우, 고유한 확장방식으로 인해 이탈방향으로의 저항력이 크게 발생하는 바, 고정앵커(1)의 이탈이 제한되어 우수한 고정력을 가질 수 있다.
특히, 이와 같은 확장방식은 확장고정부를 이루는 볼록부(1511,2511) 및 오목부(1512,2512) 및, 카트리지상 외주면에 설치된 돌출부(152,252)와 같은 마찰력을 늘리는 구성요소와 어우러져, 보다 우수한 고정력을 제공할 수 있다.
한편, 위와 같이 카트리지 내부에 고정부재가 삽입되는지 여부에 관한 차이 외에, 외벽고정부(10) 및 내벽고정부(20)를 이루는 구성요소는 동일하게 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 고정부재(11,12,21,22) 및 연결봉(30)의 재질은 통상적으로 건축용 내장재 및 외장재에 사용되는 금속으로 그 범위가 한정되지는 않으나, 바람직하게는 강철 또는 스테인리스 재질이 사용된다.
한편, 본 발명과 같이 내진설계기능을 가지기 위해서는 내벽과 외벽사이의 유효깊이 내로 고정앵커(1)가 삽입되어야 하고 내벽과 외벽사이에 충분한 공간을 주기 위해서 긴 고정앵커(1)를 가지는 것이 필요하다.
상기 고정앵커(1)의 길이는 200mm 이상으로 구성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게 300mm 이상으로 구성될 수 있다. 연결봉의 길이의 상한은 크게 제한되지 않으나, 연결봉 길이가 지나치게 길어지게 되면, 인발하중을 견디도록 구성하는 것이 어려워지므로, 500mm 이하로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 고정앵커의 전체길이 대비 연결봉의 직경은 30:1 내지 50:1로 이루어지는 것이 바람직하다.
만약, 연결봉의 직경이 상기 범위보다 작게 구성될 경우, 연결봉에 가해지는 하중을 견디기가 어려워, 연결봉의 휘어버리는 등의 파손현상이 일어날 수 있으며, 반대로 상기 범위보다 두껍게 구성될 경우, 연결봉 자체의 무게가 늘어나서, 벽체에 고정된 고정부재에 가해지는 하중이 커질 수 있는 바, 바람직하지 않다.
본 발명의 경우, 위와 같이 긴 길이를 가졌음에도, 하기에 기술된 바와 같은, 고강도 플라스틱 카트리지와의 조합을 통해 벽체 내부에 우수하게 고정될 수 있다.
한편, 위와 같이 충분히 긴 유효깊이내로 고정앵커가 삽입되기 위해서는 고정앵커가 삽임됨에 따라 벽체내부가 파손되는 현상이 발생하지 않아야 하는 바, 벽체와 맞닿는 카트리지가 지나치게 단단하게 구성되어서는 안되므로 카트리지의 강도 등의 물성이 적절하게 조절되어야 한다.
특히, 본 발명의 고정앵커에 있어서 가장 중요한 특성은 우수한 인발력을 지녀야 한다는 것이다. 일반적인 고정앵커의 경우, 간단한 물체를 거치하기 위한 역할을 가지는 바, 극단적으로 높은 인발하중을 견뎌야 할 필요가 없다. 그러나, 본 발명과 같이 외벽과 내벽사이에 설치되어 내진설계 효과를 거두기 위해서는 바람직하게는 3kN 이상의 인발하중을 견딜 수 있어야 하는 바, 이러한 높은 인발하중을 견딜 수 있는 고정앵커의 구성이 필요하다.
이에 본 발명에서는 카트리지의 소재 및 형상을 조절하여, 높은 인발하중을 견딜 수 있는 고정앵커를 제조하였다.
종래의 카트리지의 경우, 대부분 금속소재로 제조되었는데 이렇게 금속으로 이루어진 카트리지의 경우, 가격이 비싸고 가공성이 떨어져서 원하는 형상을 가지도록 구성되기 어려웠으며, 깊은 절개이내로 삽입될 경우, 벽체 내부에 크랙을 형성하여 구멍이 넓어지는 현상이 일어났는 바, 절개 깊이를 가지도록 제조하는 것이 용이하지 않았다.
아울러, 상기 금속소재의 경우, 굴곡강도나 굴곡탄성이 떨어져서 외부에서 강한 압력이 가해질 경우 깨짐현상이 발생할 수 있었으며, 신율 및 탄성력이 떨어지는 바, 카트리지의 확장성이 떨어지고 제조된 형상대로 형상이 고정되어 벽체내부와 접합되었을 때, 형상변화가 전혀 일어나지 않아서 벽체내부 형상에 맞게 접합되지 않는 바, 밀착결합력이 떨어졌다.
한편, 기존 특허문헌 KR 10-2008-0105665호와 같이 강화플라스틱 소재를 이용하여 고정앵커를 제조한 발명이 소개되어 있기는 하나, 상기 특허문헌에서는 단순히 플라스틱 소재를 활용하여 벽체 내부에 가하는 충격을 완화시키는 효과에 대해 언급할 뿐, 내진보수용 고정앵커로 활용하기 위한 구체적인 소재의 성분이나 물성 등 필요한 다른 구성에 관한 정보가 전혀 나타나지 않았다.
상기 특허문헌에 기재된 바와 같이 플라스틱 소재의 경우, 벽체 내부에 손상을 방지한다는 점에서 금속 소재에 비해 일부 유리한점이 있다. 그러나, 가장 큰 문제점은 본 발명과 같이 내진보수용 고정앵커로 활용되기 위해서는 인발력이 우수해야 하는데 일반적인 플라스틱 소재를 사용할 경우, 인발력이 낮아서 우수한 내진효과를 기대할 수 없다는 점이었다.
따라서, 이러한 방법으로 제조된 고정앵커는 단순 벽체 고정앵커로 활용 가능할 뿐, 내진설계용 고정앵커로 활용할 수 없었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 상기 카트리지의 소재로서 활용될 수 있는 소재를 도출하고, 이러한 소재적 특성과 더불어 고정앵커로서 활용하기 위한 카트리지의 형상 및 절개길이등을 조절함으로서, 벽체 내부의 손상을 방지하면서도 인발하중을 크게 향상시킬 수 있는 고정앵커를 제조하였다.
본 발명에서는 상기 고강도 플라스틱으로서, 나일론 6 베이스 수지를 사용할 수 있으며, 상기 소재에 유리가루 및 탄성소재를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 탄성소재로 사용할 수 있는 소재의 종류로는 폴리아미드(PA: Polyamide), 폴리아세탈(POM: Polyacetal or Polyoxymethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), 폴리설폰수지(PSU: Polysulfone resin), 폴리에테르 설폰(PES: Polyether sulfone), 폴리페닐렌 설파이드(PPS: Polyphenylene sulphide), 폴리페닐렌설폰(PPSU: Polyphenylene sulfone), 폴리에테르이미드(PEI: Polyether imide), 폴리아미드이미드(PAI: Polyamide imide), 폴리벤지미다졸(PBI: Polybenzimidazole), 폴리이미드(PI: Polyimide), 폴리아릴레이트(PA: Polyarylate) 및 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK: Polyether ether ketone)등이 있다.
상기 소재의 혼합비율은 나일론 6 베이스 수지 대비 탄성소재를 0 내지 40wt%로 혼합하는 것이 바람직하다.
유리가루의 경우, 나일론 6 베이스 수지 대비 0 내지 30wt% 혼합하는 것이 바람직하다.
실험을 통해 측정한 바에 따르면, 나일론 6 베이스 수지는 인장강도가 780kgf/cm2, 인장신율이 120% 굴곡강도가 1,200 kgf/cm2, 굴곡탄성이 26,000 kgf/cm2으로 매우 우수한 바, 이러한 나일론 6 베이스 수지를 베이스로 삼아 카트리지를 제조할 경우, 카트리지의 확장성이 매우 우수하게 나타날 수 있다.
구체적으로 이러한 나일론 6 베이스 수지는 가공성이 우수하며, 굴곡에 대한 저항력이 강하므로, 카트리지를 크게 확장시킨다 하여도, 카트리지가 깨지는 현상이 발생하지 않는 바, 절개길이를 충분히 길게 마련할 수 있었다. 이에, 종전 금속 카트리지에 비해 훨씬 긴 카트리지 길이 대비 50%이상의 절개길이를 확보할 수 있었으며, 최대 90%까지 절개길이를 확보할 수 있었다.
이와 같이 절개길이를 길게 확보하여 본 발명 카트리지는 확장전 대비 최대 75%의 매우 큰 확장성을 확보할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이 카트리지의 확장성이 우수할 경우, 좁은 벽체내부로 카트리지를 삽입시킨 뒤, 카트리지를 크게 확장시켜 내부 천공의 형태에 구애받지 않고 카트리지를 내부에 강하게 밀착시킬 수 있다.
또한, 시간이 지날수록 벽체내부의 천공이 확장될 수 있는데, 본 발명 카트리지의 우수한 확장력으로 인해 시공이후 천공의 크기가 커진다 하여도 천공이 넓어지는 만큼 카트리지를 추가 확장시켜 결합력을 유지할 수 있는 바, 장기간동안 일정한 결합력을 유지할 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 상기 나일론 6 베이스 수지는 아이조드 충격강도 역시 6Kgcm/cm로 높게 나타나는 바, 외부 충격에도 쉽게 파손되지 않으며, 외부하중이 가해져도 충분히 견딜 수 있는 바, 높은 인발력을 가지는 고정앵커를 제조하는데 매우 적합했다.
한편, 시공환경에 따라 나일론 6 베이스 수지에 앞서 기재한 다른 탄성소재를 혼합하여 사용할 수 있으며 이러한 혼합물에 있어서는 나일론 6 베이스 수지가 전체 소재대비 60% 이상 함유되는 것이 바람직하다.
나일론 6 베이스 수지가 60% 미만으로 함유될 경우, 인발력이 낮아지기 때문에 내진설비용 고정앵커로 사용되기에 용이하지 않다.
추가적으로, 이러한 카트리지 소재로서 나일론 6 베이스 수지가 아닌 폴리카보네이트 소재와 유리섬유를 6:4 내지 8:2의 혼합비로 혼합시킨 소재를 사용할 수 있다.
상기와 같은 소재는 앞서 살펴본 나일론 6 베이스 수지에 비해서 신율이 다소 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 가공성이 다소 떨어지긴 하나, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성 및 아이조드 충격강도등이 더욱 우수하게 나타나는 바, 건물이 지어진 환경등을 고려하여 보다 높은 인발하중을 견뎌야 하는 경우에 상기와 같이 조합된 소재를 사용하는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
상기 소재를 제조함에 있어, 유리섬유를 상기 비율보다 적게 넣을 경우, 물성강화의 정도가 낮아져서 나일론 6 베이스 수지를 사용하는 것에 비해 물성향상을 기대할 수 없는 바, 바람직하지 않다.
반면, 유리섬유를 삼기 비율보다 많이 넣게 되면, 신율이 지나치게 떨어져서 가공성이 낮아지는 바, 원하는 만큼의 확장성을 지닌 카트리지 제조가 어려워지므로 바람직하지 않다.
한편, 앞서 살펴본 바와 같이 삽입부재(13,23)가 내벽방향으로 이동함에 따라, 절개부(153,253)가 벌어져서 확장고정부(151,251)의 확장이 일어나게 되는데, 이러한 절개부(153,253)의 길이는 카트리지(15,25) 전체길이 대비 50 내지 90%로 형성될 수 있다.
기존 금속재질 카트리지의 경우, 절개부의 길이가 카트리지 전체길이 대비 50% 이상으로 형성될 경우, 확장이 진행됨에 따라 카트리지의 깨짐현상이 발생할 수 있었다. 이와 달리 본 발명의 카트리지는 소재적 특성으로 인해 최대 90%까지 절개부가 형성될 수 있어 더욱 확장력을 높일 수 있다.
절개부(153,253)의 길이가 카트리지(15,25) 전체길이의 50% 이하인 경우 벽체와의 내부 결합력이 약하여 외벽의 지지력에 문제가 발생할 수 있고, 90% 이상인 경우 시공 시 카트리지의 파열로 인해 확장고정부(151,251)가 벽체의 내부에 결합을 하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
카트리지(15,25)의 반경은 관통공(154,254)의 중심으로부터 카트리지(15,25)의 외주면까지의 길이로 정의될 수 있으며, 직경은 상기 반경의 2배 길이로 정의될 수 있다.
절개부(153,253)의 개수는 카트리지(15,25)의 길이와 폭에 따라 다양한 변화가 가능하지만, 벽체와의 내부 결합력을 고려하여 볼 때 n개(n=2 내지 8)가 바람직하다. 절개부(153,253)가 1개일 경우는 확장고정부(151,251)가 벽체 내부에 적절히 확장되어 결합하기 어려워 벽체 내부 결합력이 적절히 분산되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다. 절개부(153,253)가 9개 이상인 경우는 벽체와 결합하는 확장고정부(151,251)의 외주면의 면적이 작아져 지지력에 문제가 발생할 수 있다.
한편, 카트리지(15,25) 외주면 상에 삼각형태의 돌출부가 형성될 수 있으며, 이러한 돌출부(152,252) 높이는 카트리지(15,25) 직경대비 1 내지 10%의 크기로 형성되어 카트리지의 원주방향 마찰력을 증대시킬 수 있다. 카트리지(15,25) 외주면 돌출부(152,252) 높이가 직경대비 1% 이하일 경우는 원주방향 마찰력이 약하여 고정앵커(1)를 벽체에 고정할 때의 미끄럼 방지효과가 미비한 문제가 발생할 수 있고, 카트리지(15,25) 외주면 돌출부(152,252) 높이가 직경대비 10% 이상일 경우는 벽체의 인발하중 향상을 위한 유효 내부 깊이까지 고정앵커를 삽입할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 종전 금속으로 이루어진 삼각형태의 돌출부의 경우, 날카로운 형태로 인하여 벽체내부로 가해지는 압력이 더욱 크게 증가하는 바, 벽체내부상에서 크랙을 형성시켜, 벽체내부의 홈을 더욱 크게 확장시키는 문제가 있었다. 이에 삼각형태로 제조하지 못하거나, 카트리지 직경 대비 충분한 크기로 제조하기 어려웠다.
그러나, 앞선 카트리지와 동일 소재로 구성된 본 발명의 돌출부는 소재적 특성으로 인하여, 삼각형태를 가지더라도 벽체 내부를 파손시키지 않고도 위와 같이 충분한 범위의 크기로 제조될 수 있다.
상기 카트리지 내로 삽입되어 카트리지를 확장시키는 삽입부재(13,23)의 재질은 구리와 아연을 주성분으로 하는 합금 재질일 수 있으며, 바람직하게는 구리 및 아연을 90 질량% 이상 포함하는 합금 재질일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 구리 60~70 질량%, 아연 30~40 질량%를 포함하는 황동일 수 있다. 아연의 질량%가 30 이하일 경우에는 삽입부재의 경도가 저하될 수 있는 문제가 있을 수 있고, 40 이상일 경우에는 경도는 증가될 수 있지만 삽입부재가 깨질 수 있는 취성이 증가하는 문제가 있을 수 있다.
삽입부재(13,23)의 반경은 관통공(154,254)의 중심으로부터 삽입부재(13,23)의 외주면까지의 길이로 정의될 수 있으며, 직경은 상기 반경의 2배 길이로 정의될 수 있다.
삽입부재(13,23) 대 카트리지(15,25)의 직경비는 1:1 내지 1:1.3 일 수 있다. 카트리지(15,25) 의 직경이 삽입부재(13,23)의 직경보다 작은 경우 삽입부재(13,23)가 연결봉(30)의 중심(70) 방향으로 이동하면서 절개부(153,253)를 충분히 확장시키기 어려워 지지력 약화의 문제가 있을 수 있으며, 삽입부재(13,23) 대비 카트리지(15,25)의 직경 비율이 1.3이상일 경우 삽입부재의 직경과 대비하여 천공의 직경이 너무 커져서 확장고정부(151,251)가 벽체 내부에 적절히 확장되어 결합하기 어려워 벽체 내부 결합력이 적절히 분산되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
카트리지(15,25)의 확장고정부(151,251)는 길이는 카트리지(15,25) 전체길이 대비 40 내지 60%로 형성될 수 있다. 확장고정부(151,251)의 길이가 카트리지(15,25) 전체길이의 40% 이하인 경우 벽체와의 내부 결합력이 약하여 외벽의 지지력에 문제가 발생할 수 있고, 60% 이상인 경우 벽체의 인발하중 향상을 위한 유효내부 깊이까지 고정앵커를 삽입할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
카트리지(15,25)의 확장고정부(151,251)는 절개부(153,253)가 확장되면서 벽체에 고정되는 부분으로 오목부(1512,2512)와 볼록부(1511,2511)를 포함한다. 오목부(1512,2512) 및 볼록부(1511,2511)는 카트리지(15,25) 외주면의 둘레를 따라 복수 개가 형성될 수 있다.
볼록부(1511,2511)는 벽체와 접촉 시 마찰력 증가를 위해 격자 또는 빗살무늬 형태의 표면을 가질 수 있다.
카트리지(15,25)의 확장고정부(151,251)는 상기의 오목부(1512,2512) 및 볼록부 (231)의 구조를 갖춤으로써, 삽입부재(13,23)에 의해 확장되어 벽체에 압착되는 표면적을 증가시킴으로써 벽체와의 내부 결합력을 강화시켜 주는 역할을 할 수 있다.
이와 같이 볼록부와 오목부가 반복되는 형상을 갖출 경우, 벽체 내부에서 볼록부 부분이 가압될 때, 카트리지의 소재적 특성에 의해 볼록부 부분이 눌리는 형상변화가 일어나고 오목부 부분상에 벽체의 돌출부가 맞닿아서 벽체내부와 카트리지가 맞닿는 표면적이 최대로 발생할 수 있어서, 마찰력이 강화됨에 따라 고정앵커의 고정력이 더욱 커질 수 있다.
전체 볼록부(1511,2511)의 길이는 확장고정부(151,251)에서의 개개의 볼록부 (231) 길이의 합으로 정의될 수 있다.
전체 볼록부(1511,2511)의 길이는 확장고정부(151,251)의 길이 대비 40 내지 75%로 형성될 수 있다. 전체 볼록부(1511,2511)의 길이가 확장고정부(151,251)의 길이의 40% 이하인 경우 벽체와의 내부 결합력이 약하여 외벽의 지지력에 문제가 발생할 수 있고, 75% 이상인 경우 벽체의 인발하중 향상을 위한 유효 내부 깊이까지 고정앵커를 삽입할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
확장된 카트리지(15,25)의 반경은 관통공(154,254)의 중심으로부터 확장된 카트리지(15,25)의 외주면까지의 길이로 정의될 수 있으며, 확장된 카트리지(15,25)의 직경은 상기 확장된 반경의 2배 길이로 정의될 수 있다.
상기 카트리지(15,25)의 직경은 확장고정부(151,251)의 절개부(153,253)가 확장되면서 증가될 수 있는데, 상기 고강도 플라스틱의 뛰어난 인장강도 및 인장신율의 특성으로 확장되기 전의 직경에 비하여 50 내지 80%까지 증가할 수 있다.
결과적으로 확장고정부(151,251)가 확장전 직경대비 50 내지 80%까지 증가함으로써 벽체 내부에 압착되는 표면적이 증가되어 벽체와의 내부 결합력이 강화될 수 있으며, 시간이 경과함에 따라 점토 벽돌이 부식되면서 천공의 직경이 넓어지더라도 확장고정부(151,251)의 부착력이 유지될 수 있는 효과가 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 벽체구조물 고정앵커는 천공된 벽체의 내부로 삽입되고 고정됨으로써, 벽체를 연결하여 건물 외벽의 지지력을 강화하는 역할을 할 수 있다. 상기 벽체 중 하나는 건물 외벽을 구성할 수 있다.
본 발명의 고강도 플라스틱 카트리지 확장 고정부의 확장 배율 (50~80%)은 종래 금속 카트리지에 비해 2배 내지 3.2배까지 증가하므로, 더욱 안정된 지지력을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명의 고강도 플라스틱 카트리지는 종래 금속 카트리지와 유사한 강도를 가지면서도 확장시 확장배율은 크게 증가하는 효과가 있어서 강도와 확장성을 동시에 달성하는 우수한 성능을 나타낸다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예 및 시험예를 제시한다. 그러나, 하기의 시험예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위해서 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예: 카트리지의 소재가 고강도 플라스틱인 고정앵커
<실시예 1: 시멘트 벽돌 벽체 및 점토 벽돌 벽체를 고정>
1. 외벽용 고정부를 제작하기 위하여, 중앙에 관통공이 있는 원통형으로서 길이가 22mm인 4개의 절개부, 높이가 1mm인 돌출부를 가지고 폴리카보네이트와 유리섬유를 7:3 비율로 혼합한 혼합물을 소재로 한 카트리지; 길이가 4mm이고 직경은 8mm인 강철로 구성된 고정부재; 길이가 22mm이고 직경은 8mm인 구리 65 질량% 및 아연 35 질량%인 황동이 소재인 삽입부재를 각각 준비하였다.
2. 내벽용 고정부를 제작하기 위하여, 중앙에 관통공이 있는 원통형으로서 길이가 22mm인 4개의 절개부, 높이가 1mm인 돌출부를 가지고 나일론 6 베이스 수지를 소재로 한 카트리지; 길이가 4mm이고 직경은 8mm인 강철로 구성된 고정부재; 길이가 22mm이고 직경은 8mm인 구리 65 질량% 및 아연 35 질량%인 황동이 소재인 삽입부재를 각각 준비하였다, 아울러, 상기 카트리지의 사출공정에 있어서, 내벽말단에 위치하는 고정부재가 카트리지의 내벽쪽 말단상에 삽입된 형태로 구성되도록 사출하였다.
3. 직경이 4.5mm이고 길이가 245mm인 연결봉의 양 말단에 상기 1,2단계에서 준비한 카트리지, 고정부재 및 삽입부재를 각 카트리지의 삽입부재가 내벽의 맞은편 말단에 위치하게끔 관통하여 정렬시켜 도 1과 같은 형태의 총 길이 245mm인 벽체구조물 고정앵커를 준비하였다.
4. 시멘트 벽돌로 구성된 벽체와 점토 벽돌로 구성된 벽체의 간격을 90mm로 유지하고, 점토벽돌로 구성된 벽체를 관통하면서 시멘트 벽돌로 구성된 벽체에는 50mm의 깊이의 천공이 형성되도록 드릴 작업을 수행하였고, 양 벽체에 직경 10mm의 천공을 형성시켰다.
5. 상기 3단계에서 준비된 고정앵커를 상기 점토벽돌로 구성된 벽체를 관통시키면서 내벽에 해당하는 시멘트 벽돌에 형성된 천공에 고정앵커의 내벽쪽 카트리지 말단을 위치시켰고, 또 다른 일측 말단은 외벽에 해당하는 점토벽돌로 구성된 벽체를 관통하게 하여 15mm 돌출되도록 하였다.
6. 상기와 같이 고정앵커가 삽입된 후, 연결봉이 내벽방향으로 삽입되도록, 본체 볼트부를 회전시켜, 연결봉의 중심부 방향의 말단이 벌어지는 형태로 내벽 카트리지를 시멘트 벽돌 상에 확장 고정시킨 후, 외벽용 고정부재를 내벽방향으로 이동하게끔 회전시켜 외벽방향의 말단이 벌어지는 형태로 외벽 카트리지를 점토 벽돌상에 확장 고정시켰다.
<실시예 2: 콘크리트 벽돌 벽체 및 점토 벽돌 벽체를 고정>
상기 실시예1의 시멘트 벽돌로 구성된 벽체를 콘크리트로 구성된 벽체로 대체하고 1~5단계를 한 번 더 수행하였다.
비교예: 카트리지의 소재가 금속이며 내벽쪽 카트리지 확장방식이 반대인 고정앵커
<비교예 1: 시멘트 벽돌 벽체 및 점토 벽돌 벽체를 고정>
1. 중앙에 관통공이 있는 원통형으로서 길이가 22mm인 4개의 절개부, 높이가 1mm인 돌출부를 가지고 구리 65 질량% 및 아연 35 질량%인 황동을 소재로 한 카트리지; 길이가 4mm이고 직경은 8mm인 강철로 구성된 고정부재; 길이가 22mm이고 직경은 8mm인 구리 65 질량% 및 아연 35 질량%인 황동이 소재인 삽입부재를 각각 준비하였다.
2. 직경이 4.5mm이고 길이가 245mm인 연결봉의 양 말단에 상기 1단계에서 준비한 카트리지, 고정부재 및 삽입부재를 내벽쪽 삽입부재는 내벽쪽 말단에, 외벽쪽 삽입부재는 외벽쪽 말단에 위치하게끔 관통하여 정렬시켜 도 1과 같은 형태의 총 길이 245mm인 벽체구조물 고정앵커를 준비하였다.
3. 시멘트 벽돌로 구성된 벽체와 점토 벽돌로 구성된 벽체의 간격을 90mm로 유지하고, 점토벽돌로 구성된 벽체를 관통하면서 시멘트 벽돌로 구성된 벽체에는 50mm의 깊이의 천공이 형성되도록 드릴 작업을 수행하였고, 양 벽체에 직경 10mm의 천공을 형성시켰다.
4. 상기 2단계에서 준비된 고정앵커를 상기 점토벽돌로 구성된 벽체를 관통시키면서 시멘트 벽돌에 형성된 천공에 고정앵커의 일측 말단을 위치시켰고, 또 다른 일측 말단은 점토벽돌로 구성된 벽체를 관통하게 하여 15mm 돌출되도록 하였다.
5. 벽체의 간격에 위치한 고정부재 중 내벽에 해당하는 상기 시멘트 벽돌로 구성된 벽체 쪽에 위치한 고정부재를 조절하여 연결봉의 중심부 방향의 말단이 벌어지는 형태로 고정앵커를 시멘트 벽돌로 구성된 벽체에 확장 고정하였고, 상기 돌출된 부분에 위치한 고정부재를 조절하여 연결봉의 중심부 방향의 말단이 벌어지는 형태로 외벽에 해당하는 점토벽돌로 구성된 벽체에 확장 고정하였다.
<비교예 2: 콘크리트 벽돌 벽체 및 점토 벽돌 벽체를 고정>
상기 비교예1의 시멘트 벽돌로 구성된 벽체를 콘크리트로 구성된 벽체로 대체하고 1~5단계를 한 번 더 수행하였다.
시험예1: 인발하중 테스트
<시험예 1-1: 시멘트 벽돌 벽체 및 점토 벽돌 벽체 고정앵커의 인발하중 테스트>
한국화학융합시험연구원에 의뢰하여 인발시험기(LOAD CELL, 20kN)를 상기 실시예1 및 비교예1에서의 돌출된 부분에 고정하여 인발하중을 측정하였다.
상기 실시예1 및 비교예1의 조건으로 각각 3번씩 테스트를 수행했으며 수행된 시험결과는 하기의 표 1과 같다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | |||||
| 수행횟수 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 |
| 결과치(단위: kN) | 3.45 | 3.47 | 3.46 | 2.41 | 2.37 | 2.46 |
<시험예 1-2: 콘크리트 벽돌 벽체 및 점토 벽돌 벽체 고정앵커의 인발하중 테스트>
한국화학융합시험연구원에 의뢰하여 인발시험기(LOAD CELL, 20kN)를 상기 실시예2 및 비교예2에서의 돌출된 부분에 고정하여 인발하중을 측정하였다.
상기 실시예2 및 비교예2의 조건으로 각각 3번씩 테스트를 수행했으며 수행된 시험결과는 하기의 표 2와 같다.
| 실시예 2 | 비교예 2 | |||||
| 수행횟수 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 |
| 결과치(단위: kN) | 4.47 | 4.44 | 4.51 | 3.68 | 3.72 | 3.66 |
시험예 2: 전단하중 테스트
<시험예 2-1: 시멘트 벽돌 벽체 및 점토 벽돌 벽체 고정앵커의 전단하중 테스트>
한국화학융합시험연구원에 의뢰하여 인발시험기(LOAD CELL, 20kN)를 상기 실시예1 및 비교예1에서의 돌출된 부분에 고정하여 전단하중을 측정하였다.
상기 실시예1 및 비교예1의 조건으로 각각 3번씩 테스트를 수행했으며 수행된 시험결과는 하기의 표 3과 같다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | |||||
| 수행횟수 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 |
| 결과치(단위: kN) | 5.67 | 5.64 | 5.68 | 4.08 | 4.03 | 4.05 |
<시험예 2-2: 콘크리트 벽돌 벽체 및 점토 벽돌 벽체 고정앵커의 전단하중 테스트>
한국화학융합시험연구원에 의뢰하여 인발시험기(LOAD CELL, 20kN)를 상기 실시예2 및 비교예2에서의 돌출된 부분에 고정하여 전단하중을 측정하였다.
상기 실시예2 및 비교예2의 조건으로 각각 3번씩 테스트를 수행했으며 수행된 시험결과는 하기의 표 4와 같다.
| 실시예 2 | 비교예 2 | |||||
| 수행횟수 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 |
| 결과치(단위: kN) | 6.01 | 6.03 | 6.04 | 5.32 | 5.28 | 5.34 |
시험예 3: 고강도 플라스틱 소재의 물리적, 기계적, 열적특성 측정
하기의 표 5는 실시예에 사용된 폴리카보네이트와 유리섬유를 7:3으로 혼합한 소재의 기계적 특성을 측정한 것이다.
| 기계적 특성 | |||
| property | Test method | Unit | value |
| 인장강도(23℃) | ASTM D638 | kg/cm2 | 967 |
| 인장신율(23℃) | ASTM D638 | % | 54 |
| 굴곡강도(23℃) | ASTM D790 | kg/cm2 | 1510 |
| 굴곡탄성(23℃) | ASTM D790 | kg/cm2 | 60326 |
| Izod Impact Strength | ASTM D256 | kg*cm/cm | 10.3 |
하기의 표 6은 폴리카보네이트와 유리섬유를 7:3으로 혼합한 소재외에 본 발명의 카트리지 소재로 활용될 수 있는 나일론 6 베이스 수지 소재의 기계적 특성을 나타낸 것이다.
| 기계적 특성 | |||
| Property | Test method | Unit | value |
| 인장강도(23℃) | ASTM D638 | kg/cm2 | 780 |
| 인장신율(23℃) | ASTM D638 | % | 120 |
| 굴곡강도(23℃) | ASTM D790 | kg/cm2 | 1,200 |
| 굴곡탄성(23℃) | ASTM D790 | kg/cm2 | 26,000 |
| Izod Impact Strength | ASTM D256 | kg*cm/cm | 6 |
| Rokwell Hardness | ASTM D785 | 120 | |
시험예 4: 카트리지의 확장된 직경 측정
상기 실시예와 비교예에서 각각 준비된 고정앵커에서 삽입부재를 연결봉의 말단까지 카트리지의 직경이 더 이상 확장되지 않을 때까지 이동시켰고, 이때 확장된 카트리지의 직경을 버니어 캘리퍼스를 이용하여 측정하였다.
하기의 표 7은 실시예와 비교예에서 확장된 카트리지의 직경의 전후를 나타낸 것이다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | |||
| 확장 전 | 확장 후 | 확장 전 | 확장 후 | |
| 카트리지 직경 (단위 mm) |
10 | 16.2 | 10 | 12.5 |
시험예 5: 시공상의 안정성 실험
상기 실시예와 비교예에서 각각 준비된 고정앵커에서 설치 후, 확장시에 불량이 발생하는 비율에 대해 측정하였다.
하기의 표 8은 실시예와 비교예에서 측정된 불량률을 나타낸 것이다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | |||
| 시공 횟수 | 불량품 발생횟수 | 시공 횟수 | 불량품 발생횟수 | |
| 횟수 | 30000 | 0 | 30000 | 10 |
위와 같이, 본 발명의 카트리지를 사용할 경우, 확장시 카트리지의 직경이 62%만큼 상승하였으며 일반적인 금속 카트리지 (25% 확장) 에 비해서 2.48배의 확장력을 나타내는 것을 확인하였다.
아울러, 이러한 카트리지의 높은 확장력 및 우수한 탄성강도와 충격 강도등으로 인하여, 시멘트 벽돌과 점도 벽돌 사이에 본 발명의 고정앵커가 설치될 경우, 약 3.46kN의 인발하중을 견디는 바, 일반적인 내진설계용 고정앵커 (약 2.4kN견딤)에 비해서 인발하중을 견디는 힘이 약 1.44배 우수한 것을 확인할 수 있었으며, 콘크리트 벽돌과 점토 벽돌사이에 설치될 경우, 약 4.46kN의 인발하중을 견디는 바, 일반적인 내진설계용 고정앵커 (약 3.7kN견딤)에 비해서 인발하중을 견디는 힘이 약 1.2배 우수한 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명의 고정앵커를 사용할 경우 기존과 같은 금속 카트리지를 사용한 고정앵커에 비해서 우수한 내진성을 확보할 수 있으며, 특히 내진성이 다소 떨어지는 시멘트 벽돌으로 이루허진 내벽에 대해서도, 3kN 이상의 인발하중을 견딜 수 있는 내진성을 확보할 바, 범용성이 넓은 고정앵커임을 확인할 수 있다.
아울러, 본 발명과 같이 내벽용 카트리지상에 고정부재가 삽입된 형태로 사출될 경우, 시공상에 헛도는 현상이 발생하는 불량품이 생길 확률이 현저히 떨어지는 바, 따라, 시공상의 안정성 역시 높아진다는 장점을 가진다는 것을 확인할 수 있다.
1 : 고정앵커
10 : 외벽 고정부
11, 12 : 외벽용 고정부재 13 : 외벽용 삽입부재
15 : 외벽용 카트리지
151 : 외벽용 확장고정부 1511 : 외벽용 볼록부 1512 : 외벽용 오목부
152 : 외벽용 돌출부 153 : 외벽용 절개부 154 : 외벽용 관통공
20 : 내벽 고정부
21 : 내벽용 고정부재 22 : 내벽용 매립 고정부재 23 : 내벽용 삽입부재
25 : 내벽용 카트리지
251 : 내벽용 확장고정부 2511 : 내벽용 볼록부 2512 : 내벽용 오목부
252 : 내벽용 돌출부 253 : 내벽용 절개부 254 : 내벽용 관통공
30 : 연결봉
300 : 연결봉의 중심 350 : 본체 볼트부
10 : 외벽 고정부
11, 12 : 외벽용 고정부재 13 : 외벽용 삽입부재
15 : 외벽용 카트리지
151 : 외벽용 확장고정부 1511 : 외벽용 볼록부 1512 : 외벽용 오목부
152 : 외벽용 돌출부 153 : 외벽용 절개부 154 : 외벽용 관통공
20 : 내벽 고정부
21 : 내벽용 고정부재 22 : 내벽용 매립 고정부재 23 : 내벽용 삽입부재
25 : 내벽용 카트리지
251 : 내벽용 확장고정부 2511 : 내벽용 볼록부 2512 : 내벽용 오목부
252 : 내벽용 돌출부 253 : 내벽용 절개부 254 : 내벽용 관통공
30 : 연결봉
300 : 연결봉의 중심 350 : 본체 볼트부
Claims (7)
- 중앙에 관통공이 있는 원통형으로서 복수의 절개부, 외주면의 돌출부 및 확장고정부를 포함하는 나일론 6 베이스 수지로 이루어진 고강도 플라스틱 카트리지;
상기 카트리지의 이동을 제어하는 외벽용 및 내벽용 고정부재;
상기 카트리지의 확장고정부로 삽입되어 카트리지의 절개부를 확장시킴으로써 카트리지를 벽체에 고정하는 삽입부재; 및
상기 복수의 절개부는 상기 카트리지의 외주면의 길이방향으로 형성되며, 절개부의 길이는 카트리지 전체길이 대비 50 내지 90%로 형성되고, 절개부의 개수는 n개(n=2 내지 8)인 것을 특징으로 하며,
상기 카트리지, 고정부재 및 삽입부재를 관통하여 정렬시키는 연결봉을 포함하고, 상기 카트리지, 고정부재 및 삽입부재를 포함하는 고정부가 연결봉의 양 말단에 위치하되,
내벽 고정부의 말단부에 위치하는 내벽용 매립 고정부재는 상기 플라스틱 카트리지 내에 완전히 포획된 형태로 사출되며,
상기 한쌍의 고강도 플라스틱 카트리지 확장 고정부의 확장방향이 모두 동일하게 벽면에 삽입되는 방향의 반대방향으로 확장되어 결합력이 강화되며,
고정앵커 설치단계로 외벽용 고정부를 제작하는 단계,
내벽용 고정부를 제작하는 단계,
외벽용 고정부와 내벽용 고정부 및 연결봉을 정렬시키는 단계,
시멘트 벽돌로 구성된 벽체와 점토 벽돌로 구성된 벽체에 천공을 형성하는 단계,
점토벽돌로 구성된 벽체를 관통시키면서 내벽에 해당하는 시멘트 벽돌에 향성된 천공에 고정앵커의 내벽쪽 카트리지 말단을 위치시키는 단계,
고정앵커가 삽입된 후 연결봉이 내벽방향으로 삽입되도록 본체 볼트부를 회전시켜 연결봉의 중심부 방향의 말단이 벌어지는 형태로 내벽 카트리지를 시멘트 벽돌상에 고정시키는 단계,
외벽용 고정부재를 내벽방향으로 이동하기끔 회전시켜 외벽방향의 말단이 벌어지는 형태로 외벽 카트리지를 외벽상에 고정시키는 단계 로 이루어지고,
상기 고강도 플라스틱 카트리지 확장 고정부의 확장배율이 금속카트리지에 비해 2배 내지 3.2배인 것을 특징으로 하며,
2배 내지 3.2배까지 확장되더라도 벽체 내부를 파손시키지 않으면서 고정력이 강화되는 내진설계용 벽체구조물 고정앵커 설치방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 카트리지의 소재는 폴리카보네이트와 유리섬유의 혼합물을 포함하는 일군 또는, 나일론 6 베이스 수지를 포함하는 일군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 내진설계용 벽체구조물 고정앵커 설치방법
- 제1항에 있어서,
내벽용 카트리지의 내벽쪽 말단부 상에 삽입된 고정부재는 외주면의 길이방향 중심부에 홈이 마련되어 있고, 홈이 형성되지 않은 외주면이 톱니형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내진설계용 벽체구조물 고정앵커 설치방법
- 삭제
- 제3항에 있어서,
상기 고정부재에 형성된 홈의 깊이는 고정부재의 긴쪽 직경 대비 10 내지 30%로 형성되는 것을 특징으로 하는 내진설계용 벽체구조물 고정앵커 설치방법
- 제1항에 있어서,
상기 카트리지 외주면 돌출부는 삼각형태로 구성되며, 돌출부의 높이는 카트리지 직경대비 1 내지 10%의 크기로 형성되어 카트리지의 원주방향 마찰력을 증대시킨것을 특징으로 하는 내진설계용 벽체구조물 고정앵커 설치방법
- 제1항에 있어서,
상기 고정앵커의 전체길이 대비 연결봉의 직경은 30:1 내지 50:1로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내진설계용 벽체구조물 고정앵커 설치방법
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|---|---|---|---|
| KR1020210118420A KR102415742B1 (ko) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | 강화 소재를 이용한 벽체구조물 고정앵커 |
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| KR1020210118420A KR102415742B1 (ko) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | 강화 소재를 이용한 벽체구조물 고정앵커 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210118420A KR102415742B1 (ko) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | 강화 소재를 이용한 벽체구조물 고정앵커 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102415742B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2525198A (en) * | 1947-02-28 | 1950-10-10 | Beijl Zako Sytse | Bolt anchor |
| KR102226241B1 (ko) * | 2020-10-19 | 2021-03-09 | 정철웅 | 스크류 로드 툴 어셈블리 및 이를 이용한 외장 벽돌 시공 방법 |
| JP2021050518A (ja) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | サクラ化学工業株式会社 | セパレータ及び固定部材 |
-
2021
- 2021-09-06 KR KR1020210118420A patent/KR102415742B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2525198A (en) * | 1947-02-28 | 1950-10-10 | Beijl Zako Sytse | Bolt anchor |
| JP2021050518A (ja) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | サクラ化学工業株式会社 | セパレータ及び固定部材 |
| KR102226241B1 (ko) * | 2020-10-19 | 2021-03-09 | 정철웅 | 스크류 로드 툴 어셈블리 및 이를 이용한 외장 벽돌 시공 방법 |
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|---|---|---|---|
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