KR102468041B1 - 증축건축물 - Google Patents

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KR102468041B1 KR1020200068946A KR20200068946A KR102468041B1 KR 102468041 B1 KR102468041 B1 KR 102468041B1 KR 1020200068946 A KR1020200068946 A KR 1020200068946A KR 20200068946 A KR20200068946 A KR 20200068946A KR 102468041 B1 KR102468041 B1 KR 102468041B1
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Abstract

본 발명은 기존건축물; 상기 기존건축물을 사이에 두고 쌍을 이루도록 설치되는 수평증축부; 및, 상기 기존건축물과 상기 수평증축부의 사이를 연결하고, 상기 기존건축물과 상기 수평증축부 사이의 상대변위를 완충하도록 제공되는 댐퍼부;를 포함하고, 상기 댐퍼부는, 상기 기존건축물의 기존바닥판과 상기 수평증축부의 제1 수평부재의 사이를 연결하는 판상의 댐퍼부재; 및, 상기 기존바닥판에 배치되고, 체결부재를 매개로 상기 댐퍼부재와 체결되는 판상의 접지부재;를 포함하는 증축건축물을 제공한다.

Description

증축건축물{EXPANDED BUILDING}
본 발명은 기존건축물을 증축한 증축건축물에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.
기존 공동주택의 수직증축 및 수평증축 리모델링의 경우 철근 콘크리트 구조로 일괄적으로 계획, 시공하고 있다.
기존 구조체의 경우 경년화에 따른 노후화와 부식이 진행되어 있고, 1998년 이전에 시공된 건물의 경우 내진설계조차 이루어지지 않아 정밀진단과 철저한 계획하에 보수, 보강이 이루어져야 하지만, 대부분의 경우 많은 부분을 간과하면서 진행되고 있다.
종래에는 기존 슬래브와 신축 슬래브간 연결은 단순히 철근 삽입후 콘크리트 타설을 통하여 접합을 마무리 하지만, 기존 건물은 수십년간 기초 침하가 이루어져 침하가 발생하지 않지만, 신축건물에서는 10 ~ 20mm 정도의 지반 침하가 발생할 수 있다.
기존 공법대로 처리할 경우 슬래브간의 파단 및 문제가 발생할 가능성이 높아진다.
벽체의 강도 보강시 벽체 바탕면을 거칠게 만든 후 앵커링을 통한 신설벽체가 세워지지만 이 역시 기존 벽체와 신설 벽체간의 일체화가 문제가 되며, 세대간벽일 경우 한쪽으로만 벽체 보강시 좌우 세대간의 면적차 요인이 발생하는 문제점이 있다.
기존 건물의 내진성능이 대부분 부족하기 때문에 벽체 보강 및 신설, 기타 내진보강이 이루어지며, 또한 수직증축이 진행되면 수직하중이 추가되어 내진성능 확보가 더 힘들어 진다.
그래서, 대부분의 경우 기존 건물의 기초보강이 이루어져야 하는데 리모델링 시공현장의 특성상 건물 내부에서 기초보강이 이루어져야 해서 기존 건물 하부에 마이크로 파일로 이루어져야 하지만, 이 또한 고가이기도 하지만, 실제 요구되는 기초 개수를 충족하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 기존 기초판에 신설 마이크로파일이 설치될 때 힘의 전달경로가 명확하지 않아 기초판 선재하 공법이나 내력벽 활용 선재하 방식이 제시되고 있지만, 아직까지 심의를 통과하지 못하여 수직증축 공사가 진행되지 못하고 있다는 문제점이 있다.
KR 10-2000-0063419 A
본 발명은 일 측면으로서, 내진성능을 향상시키고, 시공성을 향상시킨 증축건축물에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 기존건축물; 상기 기존건축물을 사이에 두고 쌍을 이루도록 설치되는 수평증축부; 및, 상기 기존건축물과 상기 수평증축부의 사이를 연결하고, 상기 기존건축물과 상기 수평증축부 사이의 상대변위를 완충하도록 제공되는 댐퍼부;를 포함하고, 상기 댐퍼부는, 상기 기존건축물의 기존바닥판과 상기 수평증축부의 제1 수평부재의 사이를 연결하는 판상의 댐퍼부재; 및, 상기 기존바닥판에 배치되고, 체결부재를 매개로 상기 댐퍼부재와 체결되는 판상의 접지부재;를 포함하고, 상기 댐퍼부재는, 상기 제1 수평부재의 하단과 체결되는 제1 체결판재; 상기 기존바닥판의 하단과 체결되는 제2 체결판재; 상기 제1 체결판재와 상기 제2 체결판재의 사이에 배치되고, 복수 개의 장공형상의 슬롯홀이 이격하여 형성되는 변형판재; 상기 기존바닥판 선단부와 상기 제1 수평부재 사이의 충격을 완충하도록 탄성력을 가지는 소재가 충전되어 설치되는 충전부재; 및 상기 기존바닥판 선단부에 설치되어 상기 변형판재의 슬롯홀을 막도록 설치되는 홀차단부재;를 포함하고, 상기 변형판재에는 상기 제1 수평부재의 길이방향을 따라 복수 개의 상기 슬롯홀이 이격 형성되고, 상기 장공형상의 슬롯홀의 장변이 상기 제1 체결판재와 상기 제2 체결판재를 연결하는 방향으로 배치되고, 상기 충전부재는, 상기 충전부재의 전면에는 상기 제1 수평부재가 배치되고, 후면에는 상기 기존바닥판의 선단부가 배치되며, 하측에는 상기 댐퍼부재가 배치되고, 상기 홀차단부재는, 상기 기존바닥판의 선단부의 상면에 접하게 설치되는 상부판, 상기 기존바닥판의 선단부의 측면에 접하게 설치되는 측면판 및, 상기 댐퍼부재의 상면에 접하게 설치되어 상기 댐퍼부재의 슬롯홀을 막도록 설치되는 차단판을 구비하는 증축건축물을 제공한다.
바람직하게, 상기 기존건축물은, 평면상에서 단변방향과 장변방향을 가지고, 상기 단변방향으로 작용하는 횡방향하중에 대해 저항하는 제1 내진성능이 상기 장변방향으로 작용하는 횡방향하중에 대해 저항하는 제2 내진성능에 비해 크게 확보되며, 상기 수평증축부는, 상기 제2 내진성능을 보강하도록 상기 기존건축물의 상기 단변방향 양측에 대향되게 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 수평증축부는, 상기 기존건축물의 외측에 설치되고, 지반에 매립되는 신축기초; 상기 신축기초로 하중을 전달하고, 상기 기존건축물의 외측 방향으로 열을 이루도록 복수 개가 배치되는 제1 수직부재; 및, 인접한 상기 제1 수직부재의 사이를 횡방향으로 연결하고, 일부가 상기 댐퍼부재와 연결되는 제1 수평부재;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 수직부재는 내부에 콘크리트가 충전되는 충전강관기둥으로 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 수평부재는 하부플랜지의 폭이 상부플랜지의 폭보다 큰 H형강으로 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 수평증축부는, 상기 제1 수평부재의 하부플랜지에 접합되어 하부를 막도록 설치되는 데크플레이트; 및, 상기 제1 수평부재, 상기 데크플레이트에 의해 막힌 공간에 콘크리트가 타설되어 형성되는 제1 바닥판;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 수평증축부는, 상기 제1 수평부재의 하부플랜지에 접합되고, 상측으로 연장 형성되는 제1 거치앵글; 상기 제1 거치앵글에 접합되어 하부를 막도록 설치되는 데크플레이트; 및, 상기 제1 수평부재, 상기 제1 거치앵글, 상기 데크플레이트에 의해 막힌 공간에 콘크리트가 타설되어 형성되는 제1 바닥판;을 더 포함할 수 있다.
삭제
바람직하게, 상기 댐퍼부재는, 상기 기존바닥판 선단부와 상기 제1 수평부재 사이의 충격을 완충하도록 설치되는 충전부재;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 댐퍼부재는, 상기 기존바닥판 선단부에 설치되어 상기 변형판재의 슬롯홀을 막도록 설치되는 홀차단부재;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 수평증축부의 상측에 설치되어 쌍을 이루는 상기 수평증축부를 연결하고, 상기 수평증축부를 통해 지반으로 하중이 전달 수직증축부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 증축건축물의 내진성능 및, 시공성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존건축물을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증축건축물을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증축건축물의 기존건축물과 수평증축부에 지진하중 등의 횡방향하중이 작용시 강성의 차이로 인한 횡변위의 차이를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증축건축물을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 증축건축물의 기존건축물과 수평증축부 간의 강성의 차이로 인해 발생되는 상대변위와, 댐퍼부가 이를 완충하는 개념을 도시한 도면이다.
도 6의 (a)는 노후화된 기존건축물을 도시하고, 도 6의 (b)는 기존건축물을 종래의 방식에 의해 증축한 상태의 하중흐름도를 도시하며, 도 6의 (c)는 본 발명의 증축건축물이 증축된 상태의 하중흐름도를 도시하였다.
도 7은 본 발명의 증축건축물에서 기존건축물과 수평증축부가 댐퍼부를 매개로 연결되는 부분의 상세를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 증축건축물의 시공과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 방향의 상세를 도시한 도면이다.
도 10은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ' 방향의 상세를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 증축건축물의 성능을 확인하기 위한 진동대 실험을 위한 실험체 1 내지 3을 도시한 도면이고, (a)는 실험체 1 - 보강이 없는 기존건축물의 시험체이고, (b)는 실험체 2 - 종래의 수평증축방식을 적용한 시험체이며, (c)는 실험체 3 - 본 발명의 증축건축물의 시험체이다.
도 12는 도 11의 실험체 1 내지 3에 대해 진동대 실험을 하기 위한 가진 단계의 조건을 도시한 도면이다.
도 13 내지 도 19는 도 11의 실험체 1 내지 3에 대해 도 12의 조건에 따라 진동대 실험을 실시한 실험결과들에 대한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 증축건축물에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증축건축물은 기존건축물(100), 수평증축부(200), 댐퍼부(300)를 포함할 수 있다.
기존건축물(100)은 벽식구조를 가지는 아파트와 같은 건축물일 수 있다.
기존건축물(100)의 벽식구조를 가지는 아파트의 경우는, 리모델링시 구조적 관점에서 노후화되고 내진성능이 대부분 부족하여 철거에 가까운 보수보강이 필요하다.
도 1을 참조하면, 기존건축물(100)은 평면상에서 길이가 짧은 단변방향(D1)과, 길이가 긴 장변방향(D2)을 가질 수 있다.
일례로, 기존건축물(100)은 평면상에서 좌우방향으로 길게 형성되고, 전후방향으로 짧게 형성되며, 전후방향인 단변방향(D1)으로 주된 내력벽(170)이 배치될 수 있다.
여기서, 단변방향(D1)으로 주된 내력벽이 배치된다는 표현의 의미는 내력벽의 상당부분이 단변방향(D1)으로 배치되는 것을 의미한다.
판상형 아파트와 같은 기존건축물(100)은 단변방향(D1)을 따라 내력벽(170)이 배치되어 단변방향(D1)으로는 내진성능은 확보되어 있는 반면에, 장변방향(D2)으로는 내진성능이 상대적으로 부족한 경우가 대부분이다.
도 2를 참조하면, 수평증축부(200)는 기존건축물(100)을 사이에 두고 쌍을 이루도록 설치될 수 있다.
수평증축부(200)는 기존건축물(100)을 사이에 두고 쌍을 이루도록 설치될 수 있고, 기존건축물(100)의 전후방향에 각각 배치될 수 있다.
수평증축부(200)는 기존건축물(100)과 별도의 하중지지구조를 가질 수 있다.
따라서, 수평증축부(200)의 종방향하중은 기존건축물(100)로 거의 전달되지 않는바, 증축건축물의 시공시 기존건축물(100)의 추가파일(130) 보강량을 최소화할 수 있다.
수평증축부(200)는, 기존건축물(100)의 단변방향(D1)의 양측에 각각 배치되고, 기존건축물(100)과 댐퍼부(300)를 매개로 연결되면서 기존건축물(100)과 수평증축부(200) 사이의 상대변위를 완충한다.
도 2를 참조하면, 댐퍼부(300)는 기존건축물(100)과 수평증축부(200)의 사이를 연결하고, 기존건축물(100)과 수평증축부(200) 사이의 상대변위를 완충하도록 제공될 수 있다.
댐퍼부(300)에서 기존건축물(100)과 수평증축부(200) 사이의 횡방향 변위차에 따른 에너지를 소산시킬 수 있다.
댐퍼부(300)는 기존건축물(100)과 수평증축부(200)의 사이에 복수 개가 이격하여 설치될 수 있다.
댐퍼부(300)는 기존건축물(100)과 수평증축부(200)의 진동주기 차이로 발생한 상대변위를 완충하여 기존건축물(100)과 수평증축부(200)의 손상을 방지하는 역할을 한다.
댐퍼부(300)는 기존건축물(100)의 기존바닥판(150)과 수평증축부(200)의 제1 수평부재(250)에 대응되는 높이에 설치될 수 있다.
본 발명의 증축건축물은 댐퍼부(300)가 기존건축물(100)과 수평증축부(200) 사이를 연결하고, 기존건축물(100)과 수평증축부(200) 간의 횡방향 변위의 차이가 발생시 댐퍼부(300)에 에너지를 소산시킬 수 있다. 이에 따라, 주요구조물인 기존구조물과 수평증축부(200)에는 손상이 발생하지 않게 하고 댐퍼부(300)에 손상이 발생하도록 유도하여 내진성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 6의 (a)는 노후화된 기존건축물(100)을 도시하고, 도 6의 (b)는 기존건축물(100)을 종래의 방식에 의해 증축한 상태의 하중흐름도를 도시하며, 도 6의 (c)는 본 발명의 증축건축물이 증축된 상태의 하중흐름도를 도시하였다.
도 6의 (b)를 참조하면, 기존건축물(100)을 종래의 방식에 의해 증축한 경우, 수직증축부(400)의 하중의 상당량이 기존건축물(100)로 전달되면서, 기존건축물(100)의 기존파일(110) 만으로는 수직증축부(400)의 하중을 지지할 수 없어 기존건축물(100)의 하부에 추가파일(130)의 보강이 필요하다.
따라서, 종래의 증축방식의 경우, 설치된 추가파일(130)의 힘의 전달경로가 명확하지 않아 중축을 위한 심의를 통과하지 못해 증축이 진행되지 못하는 문제점이 있고, 기존건축물(100) 마이크로파일 등의 추가파일(130)의 설치비용 자체가 고가이기도 하며, 추가파일(130) 보강작업이 기존건축물(100)의 내부에서 진행되면서 시공성이 저하되고 시공비용이 크게 증가될 수 있는 문제점이 있다.
도 6의 (c)를 참조하면, 본 발명의 증축건축물은 수직증축부(400)의 하중을 수평증축부(200)로 유도하고, 기존건물물과 전이시켜 기존건축물(100)의 하부에 추가파일(130) 보강량을 최소화하고, 대부분의 구조물 시공이 기존건축물(100)의 외부에서 진행되기 때문에 시공성을 개선하고, 추가파일(130) 공사량을 최소화하여 경제성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 7을 참조하면, 댐퍼부(300)는 댐퍼부재(310), 접지부재(330)를 포함할 수 있다.
댐퍼부재(310)는 기존건축물(100)의 기존바닥판(150)과 수평증축부(200)의 제1 수평부재(250)의 사이를 연결하는 판상의 부재로 구성될 수 있다.
댐퍼부재(310)는 기존바닥판(150)의 하부와 제1 수평부재(250)의 하부를 연결할 수 있다.
일례로, 기존바닥판(150)은 기존건축물(100)의 슬래브일 수 있다.
댐퍼부재(310)는 강재 등의 금속소재로 구성되고, 댐퍼부재(310)에는 슬롯홀(316)이 형성될 수 있다.
접지부재(330)는 기존바닥판(150)에 배치되고, 체결부재(350)를 매개로 댐퍼부재(310)와 체결되는 판상의 부재로 구성될 수 있다.
접지부재(330)는 기존바닥판(150)의 상부에 접하도록 배치되고, 체결부재(350)를 매개로 기존바닥판(150)의 하부에 접하게 배치된 댐퍼부재(310)와 체결될 수 있다.
체결부재(350)는 댐퍼부재(310), 기존바닥판(150), 접지부재(330)를 관통하여 설치되고, 체결부재(350)는 댐퍼부재(310)가 기존바닥판(150)의 하부를 가압하고, 접지부재(330)가 기존바닥판(150)의 상부를 가압한 상태로 고정할 수 있다.
일례로, 체결부재(350)는 앵커볼트 일 수 있다.
제1 수평부재(250)는 댐퍼부재(310)와 고정되고, 기존바닥판(150)은 댐퍼부재(310) 및 접지부재(330)와 각각 고정될 수 있다.
기존바닥판(150)은 하부에 댐퍼부재(310)가 배치되고 상부에 접지부재(330)가 배치된 상태에서, 체결부재(350)에 의해 댐퍼부재(310)와 접지부재(330)가 기존바닥판(150)에 고정될 수 있다.
도 8의 (a) ~ (f)에는 본 발명의 증축건물의 시공과정이 순차적으로 도시되고 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 증축건축물의 시공과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
(a)에는 공사전의 판상형 아파트 형태의 기존건축물(100)이 도시되고 있고, (b)에는 수평증축부(200) 공사를 위해 기존건축물(100)의 외부에 신축파일을 항타하여 지반에 매립시켜 설치하는 단계가 도시되고, (c) 신축파일의 상측에 충전강관기둥 등의 제1 수직부재(230)를 시공하는 단계가 도시되고, (d) H형강, 비대칭 H형강 등의 강재보를 이용하여 제1 수평부재(250)를 시공하는 단계가 도시되고, (e) 기존건축물(100)과 수평증축부(200)의 사이에 댐퍼부(300)를 설치하는 단계가 도시되고, (f) 데크플레이트(260) 등을 활용하여 수평증축부(200)의 제1 바닥판(270) 등을 시공하고, 기존건축물(100)의 사이에 두고 대향되게 설치되는 수평중축부의 상측에 수직증축부(400)를 시공한다. 이때, 수직증축부(400)는 제2 수직부재(430), 제2 수평부재(450), 제2 바닥판(470) 등을 시공하는 단계가 도시되고 있다.
도 1을 참조하면, 기존건축물(100)은, 평면상에서 단변방향(D1)과 장변방향(D2)을 가지고, 단변방향(D1)으로 작용하는 횡방향하중에 대해 저항하는 제1 내진성능이 장변방향(D2)으로 작용하는 횡방향하중에 대해 저항하는 제2 내진성능에 비해 크게 확보될 수 있다.
수평증축부(200)는, 제2 내진성능을 보강하도록 기존건축물(100)의 단변방향(D1) 양측에 대향되게 배치될 수 있다.
구체적으로, 기존건축물(100)은 단변방향(D1)으로 연장 형성되는 복수 개의 내력벽(170)이 장변방향(D2)으로 소정의 간격으로 이격하여 배치됨으로써, 제1 내진성능이 제2 내진성능에 비해 크게 확보될 수 있다.
도 3 및, 도 5를 참조하면, 기존건축물(100)은 수평증축부(200)에 비해 내진성능 등의 강성이 상대적으로 낮기 때문에 지진력 등의 하중이 장변방향(D2)으로 작용시 많이 흔들리면서 횡방향 등으로 변위가 많이 발생한다.
도 3 및, 도 5를 참조하면, 수평증축부(200)는 기존건축물(100) 비해 상대적으로 내진성능 등의 강성이 상대적으로 높기 때문에 지진력 등의 하중이 장변방향(D2)으로 작용시 작게 흔들리면서 횡방향 등으로 변위가 작게 발생한다.
도 5는 본 발명의 증축건축물의 기존건축물(100)과 수평증축부(200) 간의 강성의 차이로 인해 발생되는 상대변위와, 댐퍼부(300)가 이를 완충하는 개념을 도시한 도면이다.
지진이 발생하여 지진력 등의 하중(F)이 건축물에 작용하면 변위(U)가 발생하게 된다.
도 5의 아래쪽의 그래프는 하중변위곡선을 나타내고, 그래프의 종축은 하중( F), 그래프의 횡축은 변위(U)를 나타내었다.
기존건축물(100)과 수평증축부(200)는 댐퍼부(300)로 연결되고, 댐퍼부(300)는 기존건축물(100) 보다 강성이 크고, 먼저 항복하도록 설계할 수 있다.
그래서, 지진력 등의 하중(F)이 작용시, 댐퍼부(300)의 강성이 기존건축물(100) 보다 크기 때문에 먼저 지진력(하중)이 댐퍼부(300)에 작용하고, 먼저 항복하여 에너지를 흡수할 수 있다.
도 5의 아래쪽의 그래프를 참조하면, 기존건축물(100)과 수평증축부(200)와 댐퍼부(300)가 합쳐진 그래프의 강성값은 기존건축물(100)과 댐퍼부(300)의 강성값의 중간을 형성한다.
또한, 기존건축물(100)과 수평증축부(200)와 댐퍼부(300)가 합쳐진 그래프의 항복하중값은 기존건축물(100의 항복하중값과 댐퍼부(300)의 항복하중값을 더한 값과 같은 값을 형성하게 되고, 기존건축물(100)의 손상을 방지하면서 큰 에너지를 흡수할 수 있다.
도 5를 참조하면, 댐퍼부(300)가 기존건축물(100)과 수평증축부(200) 사이를 연결하고, 기존건축물(100)과 수평증축부(200) 간의 횡방향 변위의 차이가 발생시 댐퍼부(300)에 에너지를 소산시킴으로써, 주요구조물인 기존구조물과 수평증축부(200)에는 손상이 발생하지 않게 하고 댐퍼부(300)에 손상이 발생하도록 유도하여 내진성능을 확보할 수 있다.
수평증축부(200)는, 기존건축물(100)의 단변방향(D1)의 양측에 각각 배치되고, 기존건축물(100)과 댐퍼부(300)를 매개로 연결되면서 기존건축물(100)의 제2 내진성능을 보강할 수 있다.
도 4를 참조하면, 수평증축부(200)는 신축기초(210), 제1 수직부재(230), 제1 수평부재(250)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 신축기초(210)는 기존건축물(100)의 외측에 설치되고, 지반에 매립될 수 있다.
신축기초(210)는 강관파일 등의 지반에 항타되어 설치될 수 있고, 지반에 매립된 상태에서 수평증축부(200)의 하중을 지반으로 전달하는 역할을 한다.
신축기초(210)는 각각의 제1 수직부재(230)와 연결될수 있다.
도시되지는 않았으나, 복수 개의 제1 수직부재(230)에 일체로 연결될 수 있다.
도 2 및, 도 4를 참조하면, 제1 수직부재(230)는 신축기초(210)로 하중을 전달하고, 기존건축물(100)의 외측 방향으로 열을 이루도록 복수 개가 배치될 수 있다.
제1 수직부재(230)는 종방향으로 연장 형성되고, 전후방향 및 좌우방향으로 복수 개가 이격하여 배치될 수 있다.
제1 수직부재(230)는 신축기초(210)는 대응되는 위치에 설치되어 종방향으로 연속될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 수직부재(230)는 기존건축물(100)의 전방과 후방에 각각 단변방향(D1)으로 복수 개의 제1 수직부재(230)가 열을 이루면서 배치될 수 있다.
일례로, 제1 수직부재(230)는 기존건축물(100)의 전방에 전후방향인 단변방향(D1)으로 2열이 이격하여 배치되고, 기존건축물(100)의 후방에 전후방향인 단변방향(D1)으로 2열이 이격하여 배치될 수 있다.
물론, 3열 이상의 제1 수직부재(230)가 배치될 수 있음은 물론이다.
도 10를 참조하면, 제1 수직부재(230)는 내부에 콘크리트가 충전되는 충전강관기둥으로 구성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 수직부재(230)는 콘크리트가 충전되는 충전강관기둥이 내부에 H형강이 배치되거나, 내부에 내부강관이 배치될 수 있고, 충전강관기둥의 외부에 내화피복이 설치될 수 있다.
다음으로, 제1 수직부재(230)는 내부에 H형강이 배치된 SRC 기둥으로 구성될 수 있다. 물론, 도시되지 않았으나, 제1 수직부재(230)는 H형강 등으로 구성된 기둥일 수 있다.
제1 수평부재(250)는 인접한 제1 수직부재(230)의 사이를 횡방향으로 연결하고, 일부가 댐퍼부재(310)와 연결될 수 있다.
제1 수평부재(250)는 복수 개의 제1 수직부재(230)를 전후방향 및, 좌우방향으로 연결할 수 있다.
제1 수평부재(250)의 일부는 댐퍼부재(310)와 연결될 수 있다.
제1 수평부재(250)는 기존건축물(100)에 근접하게 배치되는 복수 개의 제1 수직부재(230)를 좌우방향으로 연결할 수 있고, 이 제1 수평부재(250)는 댐퍼부재(310)와 연결될 수 있다.
구체적으로, 좌우방향으로 설치되는 제1 수평부재(250)가 댐퍼부재(310)와 연결될 수 있다.
도 9 및, 도 10을 참조하면, 제1 수평부재(250)는 H형강으로 구성되는 제1 신축빔일 수 있고, 제1 신축빔은 상부플랜지, 하부플랜지, 상부플랜지와 하부플랜지를 연결하는 웨브부재를 포함할 수 있다.
제1 수평부재(250)는 장변방향(D2)으로 연장 형성되고, 단변방향(D1)으로 이격하여 설치되는 제1-1 신축빔과, 단변방향(D1)으로 연장 형성되고, 장변방향(D2)으로 이격하여 설치되는 제1-2 신축빔을 구비할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 수평부재(250)는 하부플랜지의 폭이 상부플랜지의 폭보다 큰 H형강으로 구성될 수 있다.
도 9의 (a)를 참조하면, 수평증축부(200)는 데크플레이트(260), 제1 바닥판(270)을 더 포함할 수 있다.
데크플레이트(260)는 제1 수평부재(250)의 하부플랜지에 거치된 상태에서 접합되어 하부를 막도록 설치될 수 있다.
데크플레이트(260)는 제1 수평부재(250)의 하부플랜지와 용접 접합될 수 있다.
제1 바닥판(270)은 제1 수평부재(250), 데크플레이트(260)에 의해 막힌 공간에 콘크리트가 타설되어 형성될 수 있다.
4개의 제1 수평부재(250)가 사각형 형상으로 배치되고, 사각형 형상의 데크플레이트(260)가 4개의 제1 수평부재(250)에 접합되면서 4개의 제1 수평부재(250)에 의해 둘러싸이는 하측이 막힐 수 있다.
도 9의 (b)를 참조하면, 수평증축부(200)는 제1 거치앵글(290), 데크플레이트(260), 제1 바닥판(270)을 더 포함할 수 있다.
제1 거치앵글(290)은 제1 수평부재(250)의 하부플랜지에 접합되고, 상측으로 연장 형성될 수 있다.
제1 거치앵글(290)은 제1 수평부재(250)의 하부플랜지에 접합되고, 상측으로 연장 형성되어 데크플레이트(260)의 거치부분을 형성할 수 있다.
제1 수평부재(250)의 하부플랜지에 제1 거치앵글(290)이 용접 접합되고, 데크플레이트(260)는 제1 거치앵글(290)과 용접 접합될 수 있다.
제1 거치앵글(290)의 상면에 데크플레이트(260)가 접합 설치됨으로써, 데크플레이트(260)의 상측에 설치되는 제1 바닥판(270)의 두께를 감소시켜 콘크리트 등의 시공물량을 감소시킬 수 있다.
일례로, 제1 거치앵글(290)은 'ㄷ자형'의 단면을 가지는 앵글부재로 구성되고, 제1 수평부재(250)의 길이방향을 따라 연속적으로 설치될 수 있다.
데크플레이트(260)는 제1 거치앵글(290)에 접합되어 하부를 막도록 설치될 수 있다.
제1 바닥판(270)은 제1 수평부재(250), 제1 거치앵글(290), 데크플레이트(260)에 의해 막힌 공간에 콘크리트가 타설되어 형성될 수 있다.
다른 일례로, 도시되지는 않았으나, 제1 거치앵글(290)은 'L자형'의 단면을 가지는 앵글부재로 구성되고, 제1 수평부재(250)의 길이방향을 따라 연속적으로 설치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 댐퍼부재(310)는 제1 체결판재(311), 제2 체결판재(313), 변형판재(315)를 포함할 수 있다.
제1 체결판재(311)는 수평증축부(200)의 제1 수평부재(250)의 하단과 체결될 수 있다.
제1 수평부재(250)는 H형강으로 구성되는 제1 신축빔일 수 있고 제1 신축빔은 상부플랜지, 하부플랜지, 상부플랜지와 하부플랜지를 연결하는 웨브부재를 포함할 수 있다.
이때, 제1 체결판재(311)는 제1 신축빔의 하부플랜지에 볼트부재 등을 매개로 체결될 수 있다.
제2 체결판재(313)는 기존건축물(100)의 기존바닥판(150)의 하단과 체결될 수 있다.
제2 체결판재(313)는 기존건축물(100)의 기존바닥판(150)과 앵커볼트를 매개로 체결될 수 있다. 구체적으로, 제2 체결판재(313), 기존바닥판(150), 접지판이 앵커볼트를 매개로 체결될 수 있다.
변형판재(315)는 제1 체결판재(311)와 제2 체결판재(313)의 사이에 배치되고, 복수 개의 장공형상의 슬롯홀(316)이 이격하여 형성될 수 있다.
변형판재(315)에는 제1 수평부재(250)의 길이방향을 따라 복수 개의 슬롯홀(316)이 이격 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 댐퍼부재(310)는 기존건축물(100)의 기존바닥판(150) 선단부와 수평증축부(200)의 제1 수평부재(250) 사이의 충격을 완충하도록 설치되는 충전부재(370)를 더 포함할 수 있다.
충전부재(370)의 전면에는 제1 수평부재(250)가 배치되고, 후면에는 기존건축물(100)의 선단부가 배치되며, 하측에는 댐퍼부(300)의 댐퍼부재(310)가 배치될 수 있다.
충전부재(370)는 전후방향으로 기존건축물(100)의 선단부와 제1 수평부재(250)의 사이에 설치되고, 높이방향으로 기존건축물(100)과 대응되는 높이로 설치될 수 있다.
일례로, 충전부재(370)는 댐퍼부재(310)가 설치된 영역에만 설치될 수 있다.
다른 일례로, 충전부재(370)는 기존바닥판(150)의 선단부와 수평증축부(200)의 제1 바닥판(270) 사이를 따라 장변방향(D2)으로 설치될 수 있다.
충전부재(370)는 탄성력을 가지는 소재가 충전되어 형성될 수 있고, 일례로, 충전부재(370)는 경질우레탄이 충전될 수 있다.
하부가 댐퍼부재(310)에 의해 막힌 상태에서, 기존바닥판(150)의 선단부와 제1 수평부재(250)의 사이에 경질우레탄 등이 채워지면서 충전부재(370)가 설치될 수 있다.
충전부재(370)는 기존바닥판(150)의 선단부와 제1 수평부재(250)의 사이가 가까워지면서 작용하는 압축력을 완충할 수 있다.
도시되지 않았으나, 충전부재(370)의 하측에는 댐퍼부재(310)의 제1 체결판재(311)가 배치될 수 있고, 변형판재(315)의 슬롯홀(316) 부분은 기존바닥판(150)에 의해 상측이 막히도록 배치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 댐퍼부재(310)는 기존건축물(100)의 기존바닥판(150) 선단부에 설치되어 변형판재(315)의 슬롯홀(316)을 막도록 설치되는 홀차단부재(390)를 더 포함할 수 있다.
충전부재(370)가 채워지는 부분의 하측에는 슬롯홀(316)이 배치될 경우, 홀차단부재(390)가 설치되어 변형판재(315)의 슬롯홀(316)을 막을 수 있다.
홀차단부재(390)는 기존바닥판(150)의 선단부의 상면에 접하게 설치되는 상부판, 기존바닥판(150)의 선단부의 측면에 접하게 설치되는 측면판 및, 댐퍼부재(310)의 슬롯홀(316)을 막도록 설치되는 차단판을 구비할 수 있다.
도 7을 참조하면, 기존건축물(100)의 기존바닥판(150)과, 수평증축부(200)의 제1 바닥판(270)의 상측을 덮도록 마감바닥이 연속적으로 시공될 수 있다. 마감바닥은 하측에서부터 상측으로 경질우레탄, 경량기포콘크리트, 시멘트 모르타르, 최종마감재 등이 시공될 수 있다.
도 4를 참조하면, 증축건축물은 수평증축부(200)의 상측에 설치되어 쌍을 이루는 수평증축부(200)를 연결하고, 수평증축부(200)를 통해 지반으로 하중이 전달 수직증축부(400)를 더 포함할 수 있다.
수직증축부(400)는 기존건축물(100)을 사이에 두고 쌍을 이루도록 설치되는 수평증축부(200)를 연결할 수 있다.
수직증축부(400)는 쌍을 이루는 수평증축부(200)를 연결하여 일체화시켜 증축건축물의 구조적 강성을 향상시킬 수 있다.
또한, 수직증축부(400)의 하중은 수평증축부(200)를 통해 지반으로 전달됨으로써, 기존건축물(100)과 독립된 하중전달구조를 형성할 수 있다.
여기서, 독립된 하중전달구조를 가진다는 표현의 의미는 수직증축부(400)의 주된 하중이 수평증축부(200)를 통해 지반으로 전달되는 것을 의미한다.
즉, 수직증축부(400)의 하중 중에서 극히 일부는 기존건축물(100)로 전달될 수 있다. 다만, 이러한 하중의 전달로 기존건축물(100)에 추가적인 내진보강이 필요하지는 않을 수 있다.
도 4의 (a)는 기존건축물(100)의 내력이 충분할 경우, 수직증축부(400)의 하중의 일부를 기존건축물(100)로 전달하는 경우를 도시한 것이고, 도 4의 (b)는 기존구조물(100)의 내력이 불충분할 경우, 수직증축부(400)의 하중을 수평증축부(200)에 전담시킨 경우를 도시한 도면이다.
도 11 내지 도 19를 참조하여, 본 발명의 증축건축물의 성능을 확인하기 위한 진동대 실험를 설명하면 다음과 같다.
도 11은 본 발명의 증축건축물의 성능을 확인하기 위한 진동대 실험을 위한 실험체 1 내지 3을 도시한 도면이다. (a)는 실험체 1 - 기존건축물(100)의 시험체로서 보강이 없는 기존벽식 시험체이고, (b)는 실험체 2 - 종래의 수평증축방식을 적용한 시험체로서 기존벽식에 벽식수평증축을 한 시험체, (c)는 실험체 3 - 본 발명의 증축건축물에 대응되는 시험체로서, 기존벽식에 강구조를 증축한 시험체이다.
도 12 도 11의 실험체 1 내지 3에 대해 진동대 실험을 하기 위한 가진 단계의 조건을 도시한 도면이다.
도 13 내지 도 19는 도 11의 실험체 1 내지 3에 대해 도 12의 조건에 따라 진동대 실험을 실시한 실험결과들에 대한 도면이다.
도 12을 참조하면, 실험체 1 내지 3에 대해 진동대 실험을 하기 위하여 입력 가진파는 엘센트로 지진파의 남북방향 성분(El-Centro NS 성분)의 지진파를 사용하고, 가진 단계는 원파의 10%, 30%, 50%, 70%, 100%, 120%, 150%, 180%, 210%까지 시험체의 상태를 확인하며 점증 가진을 실시하였다.
도 12의 상측의 그래프의 종축은 가속도(acceleraion)이고, 그래프의 횡축은 엘센트로 지진파의 남북방향 성분(El-Centro NS 성분)을 나타내었다.
여기서, PGA는 최대지반가속도이며 단위를 g(1g는 지구중력가속도)를 쓰고, 일본기상청 진도계급과의 환산을 위해 첨언하면 1g = 980 gal이다.
도 13은 가진 단계의 증가에 따른 고유주기변화를 나타낸 것이다. 시험체 모두 가진 스텝이 증가할수록 고유주기가 증가하는 것으로 나타났다.
실험체 1은 5Step까지 가진하였다. 실험체 1은 3Step 가력 시까지 고유주기가 일정하게 증가하였으나 4Step 가력 시부터 고유주기가 급격하게 증가하였다. 이는 RC 벽체의 손상으로 인해 고유주기가 증가하는 것을 의미한다.
실험체 2는 6STEP까지 가진하였다. 실험 결과 면외방항에 대한 콘크리트 벽체의 수평증축은 강성 확보 및 내진보강의 영향이 없는 것으로 나타나며, 가진 스텝에 따른 고유주기 증가 경향이 실험체 1과 실험체 2가 유사하게 나타났다.
실험체 3은 9Step까지 가진하였다. 실험체 3의 고유주기는 실험체 1 및 실험체 2에 비해 증가량이 크지 않은 것으로 나타났으며 종국상황시까지 비교하였을 때도 내진보강하지 않은 시험체보다 작게 나타났다.
도 14를 참조하면, 각 시험체별 가진 스텝에 따른 최대응답가속도를 나타낸 것이다. 모든 시험체의 최대응답가속도는 가진 스텝이 진행될수록 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 실험체 1, 실험체 2, 실험체 3의 최대응답가속도는 가진 스텝에 따라 유사한 수치를 나타내었다.
도 15를 참조하면, 모든시험체의 최대응답변위는 가진 스텝이 진행될수록 증가하는 것으로 나타났다.
실험체 1은 3Step 가진 시 최대응답변위가 크게 증가하였고, 실험체 2는 4Step 가진 시 최대응답변위가 크게 증가하였다. 이는 RC 벽체의 손상이 증가함에 따라 최대응답변위가 증가하는 것을 의미한다. 실험체 3은 다른 시험체에 비해 최대응답변위가 크게 증가하지 않았다. 즉, 가진 스텝이 증가함에 따라 RC 벽체에서 손상이 발생하였으나, 댐퍼부(300)에 의해 RC벽체의 변형이 제어되어 최대응답변위 증가가 크지 않은 것으로 판단된다.
도 16을 참조하면, 엘센트로 지진파의 남북방향 성분(El-Centro NS 성분)를 사용한 동적실험에서 각 시험체에 입력된 에너지 등가속력(Ve)을 누적시켜서 나타내었다. 그래프의 종축은 에너지 등가속도를 가진 단계별로 누적시켜 누적에너지 등가속력(누적 Ve)을 나타내었고, 횡축은 가진 단계별 동적실험시간을 누적하여 나타내었다.
종국상황시 누적 입력에너지는 실험체 1가 273.0 cm/sec, 실험체 3가 628.7cm/sec, 실험체 2가 433.2 cm/sec 로 나타났다. 입력된 누적 에너지 등가속도는 시험체 3이 시험체 2에 비해 145% 크게 입력되었다.
도 17을 참조하면, 가진을 하면서 스텝별로 벽체의 균열 발생 현황을 나타내었다. 실험체 1은, 판상형 아파트에서 수평강성이 낮은 면외방향으로 지진력이 발생하였을 때 벽체의 내진성능을 확인하기 위한 시험체이다. 1 Step-El Centro 10% 가력 시에는 벽체에 수평균열이 발생하지 않았고, 이후 가진 스텝에 따라 기초부와 벽체 접합부에 균열이 발생하였고, 5 Step-El Centro 100% 가력 시 벽체 하부 접합부 윗부분에 수평균열이 발생하였다. 5 Step-El Centro 100% 가력 후 실험이 중단되었다.
도 18을 참조하면, 실험체 2의 파괴양상 및 균열현황을 나타내었다. 2Step-El Centro 30% 가력 시 기초와 벽체 접합부 사이를 따라 수평균열이 발생하였고, 가진 스텝이 증가함에 따라 증축부 시공 조인트에서 수직 균열이 발생하였다. 6 Step-El Centro 120% 가력 후 실험이 중단되었다.
도 19를 참조하면, 실험체 3의 가력 스텝에 따른 균열 및 파괴양상을 나타낸 것이다. 5 Step-El Cetro 100% 가력 시까지 RC 프레임에 균열이 발생하지 않았고, 6 Step-El Centro 120% 부터 실험체 1과 유사한 균열양상이 나타났다. 9 Step-El Centro 210% 가력 후 실험이 중단되었다.
따라서, 도 17 내지 도 19를 참조하면, 벽체의 균열 발생과 관련하여, 실험체 3이 실험체 1, 실험체 2에 비해 우수한 균열제어성능을 발휘하는 것을 알 수 있었다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 기존건축물 110: 기존파일
130: 추가파일 150: 기존바닥판
170: 내력벽 200: 수평증축부
210: 신축기초 230: 제1 수직부재
250: 제1 수평부재 260: 데크플레이트
270: 제1 바닥판 290: 제1 거치앵글
300: 댐퍼부 310: 댐퍼부재
311: 제1 체결판재 313: 제2 체결판재
315: 변형판재 316: 슬롯홀
330: 접지부재 350: 체결부재
370: 충전부재 390: 홀차단부재
400: 수직증축부 430: 제2 수직부재
450: 제2 수평부재 470: 제2 바닥판
D1: 단변방향 D2: 장변방향
F: 하중

Claims (11)

  1. 기존건축물;
    상기 기존건축물을 사이에 두고 쌍을 이루도록 설치되는 수평증축부; 및,
    상기 기존건축물과 상기 수평증축부의 사이를 연결하고, 상기 기존건축물과 상기 수평증축부 사이의 상대변위를 완충하도록 제공되는 댐퍼부;를 포함하고,
    상기 댐퍼부는,
    상기 기존건축물의 기존바닥판과 상기 수평증축부의 제1 수평부재의 사이를 연결하는 판상의 댐퍼부재; 및,
    상기 기존바닥판에 배치되고, 체결부재를 매개로 상기 댐퍼부재와 체결되는 판상의 접지부재;를 포함하고,
    상기 댐퍼부재는,
    상기 제1 수평부재의 하단과 체결되는 제1 체결판재;
    상기 기존바닥판의 하단과 체결되는 제2 체결판재;
    상기 제1 체결판재와 상기 제2 체결판재의 사이에 배치되고, 복수 개의 장공형상의 슬롯홀이 이격하여 형성되는 변형판재;
    상기 기존바닥판 선단부와 상기 제1 수평부재 사이의 충격을 완충하도록 탄성력을 가지는 소재가 충전되어 설치되는 충전부재; 및
    상기 기존바닥판 선단부에 설치되어 상기 변형판재의 슬롯홀을 막도록 설치되는 홀차단부재;를 포함하고,
    상기 변형판재에는 상기 제1 수평부재의 길이방향을 따라 복수 개의 상기 슬롯홀이 이격 형성되고, 상기 장공형상의 슬롯홀의 장변이 상기 제1 체결판재와 상기 제2 체결판재를 연결하는 방향으로 배치되고,
    상기 충전부재는,
    상기 충전부재의 전면에는 상기 제1 수평부재가 배치되고, 후면에는 상기 기존바닥판의 선단부가 배치되며, 하측에는 상기 댐퍼부재가 배치되고,
    상기 홀차단부재는,
    상기 기존바닥판의 선단부의 상면에 접하게 설치되는 상부판, 상기 기존바닥판의 선단부의 측면에 접하게 설치되는 측면판 및, 상기 댐퍼부재의 상면에 접하게 설치되어 상기 댐퍼부재의 슬롯홀을 막도록 설치되는 차단판을 구비하는 증축건축물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기존건축물은,
    평면상에서 단변방향과 장변방향을 가지고, 상기 단변방향으로 작용하는 횡방향하중에 대해 저항하는 제1 내진성능이 상기 장변방향으로 작용하는 횡방향하중에 대해 저항하는 제2 내진성능에 비해 크게 확보되며,
    상기 수평증축부는,
    상기 제2 내진성능을 보강하도록 상기 기존건축물의 상기 단변방향 양측에 대향되게 배치되는 증축건축물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수평증축부는,
    상기 기존건축물의 외측에 설치되고, 지반에 매립되는 신축기초;
    상기 신축기초로 하중을 전달하고, 상기 기존건축물의 외측 방향으로 열을 이루도록 복수 개가 배치되는 제1 수직부재; 및,
    인접한 상기 제1 수직부재의 사이를 횡방향으로 연결하고, 일부가 상기 댐퍼부재와 연결되는 제1 수평부재;를 포함하는 증축건축물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수직부재는 내부에 콘크리트가 충전되는 충전강관기둥으로 구성되는 증축건축물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수평부재는 하부플랜지의 폭이 상부플랜지의 폭보다 큰 H형강으로 구성되는 증축건축물.
  6. 제3항에 있어서, 상기 수평증축부는,
    상기 제1 수평부재의 하부플랜지에 접합되어 하부를 막도록 설치되는 데크플레이트; 및,
    상기 제1 수평부재, 상기 데크플레이트에 의해 막힌 공간에 콘크리트가 타설되어 형성되는 제1 바닥판;를 더 포함하는 증축건축물.
  7. 제3항에 있어서, 상기 수평증축부는,
    상기 제1 수평부재의 하부플랜지에 접합되고, 상측으로 연장 형성되는 제1 거치앵글;
    상기 제1 거치앵글에 접합되어 하부를 막도록 설치되는 데크플레이트; 및,
    상기 제1 수평부재, 상기 제1 거치앵글, 상기 데크플레이트에 의해 막힌 공간에 콘크리트가 타설되어 형성되는 제1 바닥판;을 더 포함하는 증축건축물.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수평증축부의 상측에 설치되어 쌍을 이루는 상기 수평증축부를 연결하고, 상기 수평증축부를 통해 지반으로 하중이 전달 수직증축부;를 더 포함하는 증축건축물.
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