KR102450378B1

KR102450378B1 - 기존 건축물 기둥의 보강공법

Info

Publication number: KR102450378B1
Application number: KR1020220015454A
Authority: KR
Inventors: 김기억
Original assignee: 한백건설안전 주식회사
Priority date: 2022-02-07
Filing date: 2022-02-07
Publication date: 2022-10-04

Abstract

철근콘크리트 구조의 기둥과 보 또는 슬래브가 모멘트 접합되는 구조의 기존 건축물에 설치된 기둥을 보강하는 방법에 관한 것으로서, a) 기둥의 각 모서리와 접하는 위치의 슬래브를 상하로 관통시킨 보강홀을 형성시키는 단계; b) 상기 보강홀을 관통하도록 휨보강재를 삽입시켜 상기 휨보강재의 양 단부를 슬래브의 상하부로 노출시키는 단계; c) 상기 휨보강재를 기둥에 구조적으로 일체화시켜 기둥을 보강하는 단계; d) 기둥과 슬래브의 보강작업면을 마감하는 단계;가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

기존 건축물 기둥의 보강공법{REINFORCEMENT METHOD OF EXISTING BUILDING PILLARS}

본 발명은 기존 건축물의 기둥을 보강하는 방법에 관한 것으로서, 철근콘크리트 구조의 기둥과 보 또는 슬래브가 모멘트 접합되는 구조의 기존 건축물에 설치된 기둥을 보강하는 방법에 관한 것이다.

건축물의 기둥은 슬래브 등의 상부하중과 이에 작용하는 외력을 기초로 전달하면서 건축물의 안정적으로 사용될 수 있도록 하는 가장 핵심적인 구조부이다.

따라서 장기간 사용으로 노후화된 기존 건축물의 기둥을 보강하는 것은 건축물의 라이프싸이클을 증대시켜 자원을 절감시키고 폐기물 감소를 통한 환경을 보호하는 중요한 수단 중의 하나이다.

이에 기둥의 보강에 관한 다양한 방법들이 연구되고 있고, 이에 의해 제안된 러한 보강방법은 주로 기둥단면을 확대하는 방법과, 강판이나 탄소섬유시트 등을 기둥면에 부착시키는 방법들이다.

전자의 기둥단면을 확대하는 방법으로는 등록특허공보 등록번호 10-2004419호에 의해 개시된 기둥 보강구조가 있다.

등록번호 10-2004419호의 기둥 보강구조는, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 철근콘크리트로 형성되는 기존 기둥(1)의 외부에 미리 조립된 선조립 보강체(3)를 설치하고 콘크리트(5)를 현장타설하는 방식으로 이루어진다.

그런데 이러한 기둥단면의 확대는 건축물의 이용공간을 크게 줄여야 하는 문제점이 있을 뿐 아니라, 철근을 조립한 선조립 보강체(3)를 설치하고, 그 외면에 거푸집을 설치해야 하는 번거로움과, 콘크리트의 양생으로 공사기간이 길어지는 문제점이 있다.

후자의 판부재 부착공법으로는 등록특허공보 등록번호 10-2213851호에 강판을 이용한 철근콘크리트 기둥의 보강공법이 개시되어 있다.

등록번호 10-2213851호의 기둥 보강공법은, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 철근콘크리트 부재(100)의 외표면에 앵커 수용부(101)를 형성하는 단계; 상기 앵커 수용부(101)의 위치와 대응되는 위치의 통과홀(210)을 보강용 강판(200)에 형성하는 단계; 상기 앵커 수용부(101)에 앵커(110)를 매립하는 단계; 상기 앵커(110)에 볼트(120)를 체결하는 단계; 및 상기 볼트(120)를 상기 보강용 강판(200)의 통과홀(210)에 관통시키고 제1너트(130)를 체결하여 상기 보강용 강판(200)을 상기 철근콘크리트 부재(200)의 외표면에 고정시키는 단계;로 이루어진다.

상기 등록번호 10-2213851호의 기둥 보강공법은, 전자의 보강방법에 비하여 단면이 크게 증가되지 않고, 콘크리트의 타설과 양생을 필요로 하지 않으므로 공기가 대폭 단축되는 장점이 있다.

그러나 철근콘크리트 부재(100)에 많은 앵커수용부(101)를 형성시켜야 하기 때문에 그만큼 많은 단면손실이 철근콘크리트 부재(100)에 발생하는 문제점이 있다. 또한 체결된 볼트(120)에 의한 기둥외면 많은 돌출면은 마감 작업을 쉽지 않게 할 뿐 아니라, 전자의 보강공법에서의 것 만큼은 아니지만 기둥의 단면을 다소 증가시켜 이용공간을 감소시킨다.

더욱이 상기한 모든 공법들은 공통적으로 상하 슬래브 사이 부분의 기둥표면에 대하여만 보강이 이루어짐으로써, 보강작업의 가장 주된 목적인 골조의 구조적 강성 증대가 제한적으로만 이루어진다.

예컨대 라멘구조 또는 무량판 구조 등 철근콘크리트 구조를 가진 기둥에 보 또는 슬래브가 모멘트 접합되는 구조의 건축물은 기둥에 축력뿐만 아니라 보 또는 슬래브와의 접합부위에는 도 2에 도시된 바와 같이 가장 큰 휨모멘트가 발생하게 된다.

따라서 상하 슬래브 사이 부분의 기둥표면에 대하여만 보강이 이루어지는 상기한 종래기술들은 보 또는 슬래브에 접촉되는 면에서는 응력전달이 이루어지지 않으므로 보강효과가 현저하게 저하되는 문제점이 있다.

KR

10-2213851

B1

KR

10-2004419

B1

본 발명은 종래기술들의 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보 또는 슬래브에 의해 전달되는 응력에 대응할 수 있는 충분한 보강이 이루어질 수 있는 기존 건축물 기둥의 보강방법을 제공하고자 한다.

아울러 본 발명은 기둥의 보강 작업과정이 단순하여 단시간에 보강작업이 완료될 수 있고, 단면의 증가를 최소화시킬 수 있어 건축물의 이용공간이 유지될 수 있는 기존 건축물 기둥의 보강법을 제공하고자 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 의하면, a) 기둥의 각 모서리와 접하는 위치의 슬래브를 상하로 관통시킨 보강홀을 형성시키는 단계; b) 상기 보강홀을 관통하도록 휨보강재를 삽입시켜 상기 휨보강재의 양 단부를 슬래브의 상하부로 노출시키는 단계; c) 상기 휨보강재를 기둥에 구조적으로 일체화시켜 기둥을 보강하는 단계; d) 기둥과 슬래브의 보강작업면을 마감하는 단계;가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 기존 건축물 기둥의 보강공법이 제공된다.

이때 상기 c)단계에는 인접한 휨보강재 사이에 가로보강대가 설치되는 공정이 더 포함될 수 있으며, 상기 가로보강대는 기둥면에 부착되는 수직플랜지와 슬래브면에 부착되는 수평플랜지로 구성되어 ㄴ자 단면을 가지도록 구성되고, 상기 수직플랜지와 수평플랜지 사이에는 수직보강편이 일정한 간격으로 설치될 수 있다.

아울러 상기 c)단계에서의 기둥을 보강하는 단계에, 적어도 휨보강재가 설치되지 아니한 나머지 기둥면에 보강강판을 설치하고, 상기 보강강판을 휨보강재에 용접하여 일체화시키는 공정이 더 포함될 수 있다.

상기 보강강판의 설치는 앵커볼트에 의할 수도 있고 에폭시 수지의 접착에 의할 수도 있다.

본 발명은 기둥의 전체 길이중 휨모멘트가 가장 크게 발생하는 보 내지 슬래브가 접하는 위치를 보강함으로써, 횡방향으로 흔들리면서 작용하는 지진이나 태풍 등에 대한 저항능력이 대폭 증대되는 효과를 가지게 한다.

또한 본 발명은 보강작업의 전체 공정이 건식으로 이루어질 뿐 아니라 작업과정이 단순하여 짧은 기간 내에 보강공사를 경제적으로 완료시킬 수 있으며, 건축물의 상황에 따라 추가보강이 매우 용이하다.

아울러 본 발명은 보강으로 인하여 기둥단면이 증가되는 것을 최소화시킨다. 이에 따라 건축물의 이용공간이 줄어드는 것이 방지되면서 건축물의 사용효율이 그대로 유지된다.

도 1은 종래기술들에 의해 기둥단면이 보강된 상태의 단면도 및 보강방법의 설명도이다.
도 2은 기둥에 작용하는 휨모멘트도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 보강된 기둥의 사시도이다.
도 4는 상기 실시예의 기둥을 보강하는 과정 중 보강홀을 형성시킨 각 실시예의 평면도이다.
도 5는 상기 실시예의 기둥을 보강하는 과정 중 상기보강홀에 휨보강재를 설치한 예의 사시도이다.
도 6은 인접한 휨보강재의 사이에 가로보강대가 더 설치된 실시예의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 보강된 기둥의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 보강강판 설치 방법에 관한 일 실시예의 각 사시도 및 단면도이다.
도 9는 본 발명의 보강강판 설치 방법에 관한 또 다른 실시예의 각 사시도 및 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관한 설명을 생략하기로 한다.

도 3은 보(20)와 슬래브(30)가 접합된 위치에서 본 발명의 일 실시예에 의해 기둥(10)이 보강된 상태를 도시한 것이고, 도 4, 5는 상기 실시예의 기둥(10)을 보강하는 과정에 관하여 도면으로 설명한 것이다

본 발명은 보(20)와 슬래브(30)가 접하지 아니한 기둥(10)의 외면에 대하여만 보강하던 종래기술들과는 전혀 다르게, 도 3에서와 같이 기둥(10)이 보(20) 내지 슬래브(30)가 접하는 부분에 대하여 보강함으로써, 보(20) 또는 슬래브(30)와 기둥(10) 사이에서 전달되는 응력의 일부를 휨보강재(40)가 분담하는 구조를 가지게 한다.

이를 위하여, 본 발명은 기둥(10)의 보강하고자 하는 위치에 보강홀(41)을 형성시키고, 상기 보강홀(41)을 이용하여 기둥(10)에 휨보강재(40)를 부착하는 방식으로 기둥(10)의 보강이 이루어지게 한다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 4의 각 실시예에서와 같이, 기둥(10)의 각 모서리와 접하는 위치의 슬래브(30)를 상하로 관통시킨 보강홀(41)을 형성시킨다.

상기 보강홀(41)은 이에 삽입될 휨보강재(40)의 단면에 대응되는 형상 및 규격으로 형성되어야 한다. 즉 휨보강재(40)의 단면에 따라 앵글형상의 ㄱ자 단면의 형상일 수도 있고, 원형 또는 사각의 형상일 수도 있고, 있다.

아울러 휨보강재(40)가 삽입된 후에도 휨보강재(40)와 기둥(10) 사이 및 휨보강재(40)와 슬래브(30) 사이에 에폭시 수지(22) 등의 접착수단이 삽입될 수 있는 충진간극(21)이 유지되도록 보강홀(41)이 형성되어야 한다. 따라서 필요에 따라 기둥(10)의 내면쪽으로 일부 치핑이 이루어질 수도 있다.

슬래브(30) 상하를 관통한 보강홀(41)의 형성이 완료되면, 도 5에 각 도시된 바와 같이 상기 보강홀(41)에 휨보강재(40)를 삽입시킨다.

휨보강재(40)는 기둥(10)과 보(20) 또는 슬래브(30) 사이에 발생하는 휨모멘트에 저항할 수 있는 것이면 족하는 것으로서 그 재질이나 단면의 형상을 반드시 특정할 필요는 없다. 예컨대 공급이 용이한 앵글이나 철근일 수도 있고, 보강단면이 큰 경우에는 내부가 비어있어 향후 몰탈충진하여 CFT구조를 가지게 하는 다양한 단면형상의 강관으로 휨보강재(40)를 구성시킬 수도 있다.

보강홀(41)에 대한 휨보강재(40)의 삽입은 상기 보강홀(41)을 관통하여 양 단부가 슬래브(30)의 상하부로 노출되도록 한다. 이러한 휨보강재(40) 단부의 노출구성은 응력전달의 흐름이 원활하게 이루어지게 할 뿐 아니라, 후술하는 바와 같이 가로보강대(60)의 설치를 가능하게 한다.

보강홀(41)에 대한 휨보강재(40)의 삽입이 완료되면, 휨보강재(40)와 기둥(10) 사이 및 휨보강재(40)와 슬래브(30) 사이의 충진간극(21)에 에폭시 수지(22) 등의 접착수단을 삽입하고 경화시켜 휨보강재(40)가 기둥(10)과 보(20) 및 슬래브(30)에 구조적 일체성을 가지게 한다.

도 6은 휨보강재(40)를 기둥(10)에 일체화시키는 본 단계에서 휨보강재(40)가 효율적으로 작동할 수 있도록 하는 공정을 더 포함시킨 실시예를 도시한 것이다.

상기 공정은, 도 6에 도시된 바와 같이,인접한 휨보강재(40)의 사이에 가로보강대(60)를 더 설치하는 것으로 이루어진다.

상기 가로보강대(60)는 기둥면에 부착되는 수직플랜지(61)와 슬래브면에 부착되는 수평플랜지(62)로 구성되어 ㄴ자 단면을 가지도록 구성된다. 물론 이와 동일한 단면형상을 가진 앵글이 사용될 수도 있다.

기둥면과 슬래브 상면에 상기 수직플랜지(61)와 수평플랜지(62)의 설치를 위한 트렌치홈(42)이 더 설치될 수 있다.

이와 같이 구성된 가로보강대(60)는 휨보강재(40)의 각 사이를 연결하면서 슬래브(30)의 상부에 기둥(10)의 외면을 둘러싸는 외다이아프램의 구조를 형성시킨다.

이에 따라 보(20) 또는 슬래브(30)가 기둥(10)에 모멘트 접합되어 발생되는 부모멘트의 휨응력을 기둥(10)의 각 모서리에 설치된 휨보강재(40) 간에 분산시킴으로써 휨보강재(40)를 포함한 기둥(10)의 전단면이 상기의 휨응력에 대응함으로써 보다 안정된 응력의 흐름구조를 가지게 한다.

이때 가로보강대(60)의 수직플랜지(61)와 수평플랜지(62) 사이에 수직보강편(63)을 일정한 간격으로 더 설치하여 가로보강대(60)의 강성을 증대시킴으로써, 이를 얇은 두께로 강판으로 구성시킬 수 있도록 단면효율을 극대화시키는 것이 바람직하다.

휨보강재(40)에 의한 기둥(10)의 보강작업이 완료되면, 곧이어 기둥(10)과 슬래브(30)의 보강작업면을 마감할 수도 있다.

그러나 본 발명의 또 다른 실시예에서는 상술한 기둥(10)과 보(20) 또는 슬래브(30)의 접합부위에 대한 휨보강에 더하여 기둥(10)에 대한 축력 및 전단력에 대한 보강이 더 이루어지게 할 수 있다.

축력 및 전단력에 대한 보강에 대한 일 실시예는, 도 7에 각 도시된 바와 같이, 상부쪽 슬래브(30)와 하부쪽 슬래브(30)의 각 휨보강재(40)를 연결하여 일체가 되도록 한다.

이 경우 휨보강재(40)는 기둥(10)의 수직주근으로서의 기능을 하게 된다. 여기에서 도 7은 휨보강재(40)로 앵글이 사용된 예만을 도시하고 있으나, 휨보강재(40)로 철근이 사용되는 경우와 강관이 사용되는 경우도 다르지 않다.

도 8, 9는 기둥(10)에 대한 축력 및 전단력을 보강하는 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 보강강판(50)을 기둥면에 부착시키는 방식으로 이루어진다.

상기 보강강판(50)은 기둥(10)을 보강하는 단계에서 휨보강재(40)의 설치와 함께 기둥면에 설치되면서, 기둥(10)의 노출된 모든 면을 감싸도록 구성된다.

이러한 보강강판(50)의 설치는 적어도 휨보강재(40)가 설치되지 아니한 나머지 기둥면에 적용된다. 즉 도 8의 (a)와 도 9의 (a)에 각 도시된 바와 같이, 휨보강재(40)의 측면에서 이음되도록 함으로써 휨보강재(40)의 노출부분을 제외한 부분의 기둥면에 대하여만 보강강판(50)이 설치될 수도 있고, 도 8의 (b)와 도 9의 (b)에 각 도시된 바와 같이, 휨보강재(40)의 상면에 덧붙이는 방식으로 보강강판(50)이 설치될 수도 있다.

아울러 기둥(10)에 대한 보강판용 강판(50)의 부착은, 도 8에서와 같이, 앵커볼트(23)에 의할 수도 있고, 도 9에서와 같이 에폭시 수지(22) 등의 접착수단에 의할 수도 있다.

그러나 어떠한 방식 내지 수단에 의하더라도 보강강판(50)과 휨보강재(40)는 상호 용접에 의해 일체화됨으로써 응력의 흐름이 원활하게 이루어지도록 해야 한다.

아울러 기둥(10)의 보강된 면은 하나의 평탄면이 이루도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 보강강판(50)의 두께보다 더 큰 두께를 가지는 휨보강재(40)를 기둥(10)에 더 깊게 설치할 필요가 있게 되므로 기둥(10) 모서리에 대한 깊은 치핑이 요구될 수도 있다.

또한 기둥면에 대한 보강강판(50)의 부착이 에폭시 수지(22) 등의 접착에 의하도록 하는 경우에는 기둥면과 보강강판(50) 사이의 에폭시 충진간극(21)이 유지되도록 설치되어야 한다. 이러한 에폭시 수지(22) 등의 접착에 의하는 경우에는 기둥(10)의 단면손실을 방지하게 되므로 구조적으로 매우 유리하다.

휨보강재(40)에 의한 기둥(10)의 보강 내지 보강강판(50)에 의한 기둥(10)의 보강이 완료되면, 상술한 바와 같이 기둥(10)과 슬래브(30)의 보강작업면을 마감함으로써 보강작업을 완료한다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

10; 기둥 20; 보
21; 충진간극 22; 에폭시수지
23; 앵커볼트 30; 슬래브
40; 휨보강재 41; 보강홀
42; 트렌치홈 50; 보강강판
60; 가로보강대 61; 수직플랜지
62; 수평플랜지 63; 수직보강편

Claims

기존 건축물의 기둥(10)을 보강하는 방법에 있어서,
a) 기둥(10)의 각 모서리와 접하는 위치의 슬래브(30)를 상하로 관통시킨 보강홀(41)을 형성시키는 단계;
b) 상기 보강홀(41)을 관통하도록 휨보강재(40)를 삽입시켜 상기 휨보강재(40)의 양 단부를 슬래브(30)의 상하부로 노출시키는 단계;
c) 상기 휨보강재(40)를 기둥(10)에 구조적으로 일체화시켜 기둥(10)을 보강하는 단계;
d) 기둥(10)과 슬래브(30)의 보강작업면을 마감하는 단계;가 포함되어 구성되되,
상기 c)단계에는 인접한 휨보강재(40) 사이에, 기둥면에 부착되는 수직플랜지(61)와 슬래브면에 부착되는 수평플랜지(62)로 구성되어 ㄴ자 단면을 가지는 가로보강대(60)가 설치되는 공정이 포함되고,
상기 수직플랜지(61)와 수평플랜지(62)는 기둥면과 슬래브 상면에 구비된 트렌치홈(42)에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 기존 건축물 기둥의 보강공법.
제1항에 있어서,
상기 c)단계에서의 휨보강재(40)와 기둥(10)의 일체화는 이들 사이에 에폭시 수지(22)의 접착에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 기존 건축물 기둥의 보강공법.
제2항에 있어서,
상기 c)단계에서의 기둥(10)을 보강하는 단계에는, 적어도 휨보강재(40)가 설치되지 아니한 나머지 기둥면에 보강강판(50)을 설치하고, 상기 보강강판(50)을 휨보강재(40)에 용접하여 일체화시키는 공정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 기존 건축물 기둥의 보강공법.
제3항에 있어서,
상기 보강강판(50)은 앵커볼트(23)에 의해 기둥면에 부착되는 것을 특징으로 하는 기존 건축물 기둥의 보강공법.
제3항에 있어서,
상기 보강강판(50)은 에폭시 수지(22)의 접착에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 기존 건축물 기둥의 보강공법.
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