KR102478792B1 - 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건축물의 슬래브 벽체를 통해 열기가 외부로 빠져나가는 것을 차단하는 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축물의 바닥체슬래브와 연결되고 외측으로 돌출되는 발코니슬래브를 갖는 건축물에 있어, 상기 바닥체슬래브와 상기 발코니슬래브의 연결부에는 제1인장근과 제2인장근을 각각 단열유니트를 매개로 연결 구비하되 단열유니트에 UHPC 블럭을 삽입하고, UHPC 블럭 내부에 H자 형상의 전단근과 전단보조근을 구비하여 전단력을 강화하며, H자 형상의 전단근과 전단보조근을 UHPC 블럭에 일체로 형성하여 단열과 구조적 안정성을 동시에 확보하는 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 건축물의 슬래브 벽체를 통해 열기가 외부로 빠져나가는 것을 차단하는 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축물의 바닥체슬래브와 연결되고 외측으로 돌출되는 발코니슬래브를 갖는 건축물에 있어, 상기 바닥체슬래브와 상기 발코니슬래브의 연결부에는 제1인장근과 제2인장근을 각각 단열유니트를 매개로 연결 구비하되 단열유니트에 UHPC 블럭을 삽입하고, UHPC 블럭 내부에 H자 형상의 전단근과 전단보조근을 구비하여 전단력을 강화하며, H자 형상의 전단근과 전단보조근을 UHPC 블럭에 일체로 형성하여 단열과 구조적 안정성을 동시에 확보하는 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 주택은 지붕과 벽체를 구성하여 내부와 외부를 구분하는 건축물로 정의하게 되는데 이러한 주택의 벽체와 지붕은 통상적으로 콘크리트를 타설하여 형성되는 슬래브로 이루어진다.
이와 같은 주택의 벽체는 철근조립, 거푸집설치, 콘크리트 타설, 외장마감, 단열재 부착, 내장마감 등 많은 과정을 거치면서 완성된다.
이러한 과정에서 내부의 열을 외부로 빠져나가거나 또는 외부에서 열이 들어오지 않도록 단열재를 사용하게 된다. 이때 단열재는 보통 건물의 안쪽(내벽)이나 바깥쪽(외벽)으로 붙이게 되는데 이 중에 건물의 바깥쪽(외벽)에 단열재를 붙이는 것이 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다.
그러나 건물의 외벽으로 돌출되는 베란다나 발코니 등의 구조물이 형성되는 경우에는 이러한 구조물로 인하여 외벽의 단열재가 끊어지게 된다.
외벽의 단열재가 외벽 전체로 끊어지지 않은 채 붙이게 되면 완벽하게 단열을 이룰 수가 있으나 베란다나 발코니 등의 구조물이 형성됨으로 인하여 반드시 단열재가 끊어지게 된다.
이와 같이 단열재가 끊어지는 곳에서는 많은 열기가 슬래브나 철근 등을 따라 외부로 빠져나가게 되는데 이러한 현상을 열교(Thermal Bridge)현상이라 한다.
따라서 건물을 지을 때에는 이러한 열교현상을 차단하는 것이 매우 중요한 요소로 작용하게 된다. 통상적으로 건물 내부를 냉난방할 때 냉기 또는 열기의 70~80퍼센트가 열교현상으로 빠져나가기 때문에 냉난방 비용을 절감하기 위해서는 반드시 열교현상을 막아주는 시공작업이 필요하게 된다.
더욱이, 열교현상으로 인해 벽체의 내벽면에는 큰 온도 차이로 이슬이 맺히게 되면서 이로 인해 곰팡이가 피게 되어 건강상으로도 많은 문제가 생기게 된다.
특히, 건물의 외측으로 발코니나 베란다와 같은 구조물을 돌출시키는 경우에는 해당 구조물의 안전한 하중지지를 위해 구조물 내부에 철근이 구비되게 되는데 이때 철근은 열전달율이 커 이를 통해 더욱 많은 열기가 외부로 빠져나가게 된다.
즉, 상기 발코니나 베란다가 에어핀 작용을 하게 되면서 많은 열기가 빠져나가게 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 발코니나 베란다와 같은 구조물에 단열수단인 열교차단장치를 설치하는 시공방법을 고안하여 왔다.
종래의 이러한 열교차단장치는 등록특허 제10-1462800호의 '불연속 철근을 이용한 열교 차단장치'가 개시되어 있으며 그 이외에 다양한 열교차단장치가 공지되어 있다.
여기서 종래의 '불연속 철근을 이용한 열교 차단장치'를 간단하게 살펴보면 다음과 같다.
불연속 철근을 이용한 열교 차단장치는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 단열재(10)와, 단열재(10)의 폭방향의 상부와 하부에 각각 배치되어 모멘트 방향에 대하여 인장에 대하여 저항하는 인장 모듈(20) 및 발코니 연직하중에 대한 슬래브의 압축력을 부담하는 압축 모듈(30)과, 인장모듈(20) 및 압축 모듈(30)을 상호 연결하는 트러스 형의 경사형 전단근(40)으로 구성된다.
그러나 종래의 불연속 철근을 이용한 열교 차단장치는 인장모듈(20) 및 압축 모듈(30)을 상호 연결하는 트러스 형의 경사형 전단근(40)이 여전히 벽체 내부와 외부의 인장철근(23)을 연결하고 있어 내부의 열기가 인장철근을 통해 여전히 외부로 빠져나가는 열교현상이 존재한다는 문제가 있다.
다음으로 KR 10-1552057에는 다양한 형상의 전단근이 제시되어 있으나, 도 8과 같이 전단근이 상하에서 각 2개씩 단열재 외부로 노출되어 전체 4개의 외부 노출이 있다. 이러한 전단근은 단열재 외부와 직접연결되어 전단근을 통하여 열류 이동이 발생하기에 단열효과가 매우 나쁜 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로,
건축물의 바닥체슬래브와 발코니슬래브 상부와 하부에 각각 제1인장근과 제2인장근을 삽입 설치하고 이들 슬래브 연결부에 단열유니트를 구비하되, 'H'자 형상으로 일체화된 전단근 및 전단보조근이 단열유니트에 삽입된 UHPC 블럭에 일체로 형성되어 열류량을 최소화하고 좌굴에 강한 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 H자 형상의 전단근과 전단보조근을 UHPC 블럭에 함몰시켜 일체화된 형태로 구비하고, 상기 UHPC 블럭을 단열유니트에서 이격 형성된 삽입홈에 삽입하여 구조적 안정성을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 건축물의 바닥체슬래브와 발코니슬래브의 연결부에 구비되는 단열유니트 내부의 상부 연결인장근과 하부 연결인장근을 상하 연결하는 전단근을 설치하고 이들 사이를 수평하게 연결하는 전단보조근을 더 구비한 H자 형상으로 전단력을 더욱 높이는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 UHPC 블럭이 단열유니트의 삽입홈에서 외측면으로 일정간격 돌출형성되어 단열유니트 주변 슬래브와 장부작용을 수행하는 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전단근과 전단보조근이 단열성능이 향상된 UHPC 블럭과 일체화된 구성으로 철근요소 부분이 초고성능콘크리트로 채워져 처짐 및 철근의 좌굴 방지, 효과적인 응력 전달 등의 구조적인 안정성을 확보하였고, 늘어난 UHPC 블록의 전열량 증대는 UHPC의 소재를 개선함으로써 단열 성능도 확보한 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 바닥체슬래브(101)에 연결되어 외부로 돌출되는 발코니슬래브(102)가 구비되는 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에 있어서, 상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)의 연결부에 구비되는 단열유니트(110)와; 상기 단열유니트(110)를 중심으로 단열유니트(110)의 외부에 각각 배치되는 제1인장근(120) 및 제2인장근(130); 상기 단열유니트(110)에서 서로 이격 형성된 삽입홈(111)에 삽입되는 UHPC 블럭(15)의 상부와 하부를 각각 관통하여 설치되면서 단부에서 각각 제1인장근(120) 및 제2인장근(130)에 연결되는 연결인장근(140);를 포함하고, 상기 UHPC 블럭(15) 내부에는 상기 연결인장근(140)의 상부와 하부를 수직 연결하면서 서로 대향되어 이격된 복수의 전단근(150) 및 상기 복수의 전단근(150)과 수직되게 일체화된 전단보조근(160)을 구비하여; 상기 전단근(150)과 전단보조근(160)이 'H'자 형상을 갖는다.
본 발명의 상기 전단근(150), 전단보조근(160)은 상기 연결인장근(140)과 동일한 소재이고, 상기 제1인장근(120) 및 제2인장근(130)과는 다른 소재이다.
본 발명은 상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)의 연결부에 설치되는 상기 단열유니트(110)의 상부면과 하부면에는 단열보드(113)가 배치되고, 상기 단열유니트(110)의 양끝단에 암수 끼움형태의 결합홈(114)과 결합돌기(115)가 구비된다.
본 발명은 상기 전단근(150)과 전단보조근(160)은 단열유니트(110)의 상하 중심선을 기준으로 대칭이다.
본 발명의 상기 UHPC 블럭(15)은 시멘트 100중량부에 대하여 실리카퓸(Silica fume) 24~26중량부 및 실리카 비드(Silica bead) 130~150중량부를 포함하며, 물시멘트비(W/C)가 28%(시멘트중량비)가 되도록 물과 혼합하여 이루어지며, 상기 실리카 비드는 구형이며, 4~7㎛의 크기이다.
본 발명은 'H'자로 일체화된 전단근(150)과 전단보조근(160)을 거푸집에 넣고 UHPC 블럭(15)을 타설하여 형성한다.
본 발명의 상기 UHPC 블럭(15)은 단열유니트(110)의 삽입홈(111)에 삽입되되, 상기 단열유니트(110) 외측면으로 돌출되게 구비된다.
본 발명의 상기 전단보조근(160)은 상기 전단근(150) 사이를 횡으로 2개 이상의 다수개가 상하 간격을 두어 평행하게 설치된다.
본 발명은 건축물의 바닥체슬래브와 발코니슬래브 상부와 하부에 각각 제1인장근과 제2인장근을 삽입 설치하고 이들 슬래브 연결부에 단열유니트를 구비하되, 'H'자 형상으로 일체화된 전단근 및 전단보조근이 단열유니트에 삽입된 UHPC 블럭에 일체로 형성되어 열류량을 최소화하고 좌굴에 강한 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 H자 형상의 전단근과 전단보조근을 UHPC 블럭에 함몰시켜 일체화된 형태로 구비하고, 상기 UHPC 블럭을 단열유니트에서 이격 형성된 삽입홈에 삽입하여 구조적 안정성까지 확보한다.
또한 본 발명은 건축물의 바닥체슬래브와 발코니슬래브의 연결부에 구비되는 단열유니트 내부의 상부 연결인장근과 하부 연결인장근을 상하 연결하는 전단근을 설치하고 이들 사이를 수평하게 연결하는 전단보조근을 더 구비한 H자 형상으로 전단력을 더욱 높이는 장점이 있다.
본 발명은 UHPC 블럭이 단열유니트의 삽입홈에서 단열유니트의 외측면으로 일정간격 돌출형성되어 단열유니트 주변 바닥체슬래브 및 발코니슬래브와 장부작용을 수행하는 효과가 있다.
본 발명은 전단근과 전단보조근이 단열성능이 향상된 UHPC 블럭과 일체화된 구성으로 철근요소 부분이 초고성능콘크리트로 채워져 처짐 및 철근의 좌굴 방지, 효과적인 응력 전달 등의 구조적인 안정성을 확보하였고, 늘어난 UHPC 블록의 전열량 증대는 UHPC의 소재를 개선함으로써 단열 성능도 확보하였다.
도 1은 본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체의 개략적인 상태단면도와 내부 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에서 단열유니트의 삽입홈에 6개의 UHPC 블럭이 삽입된 개략적인 사시상태도 및 평면단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체의 UHPC 내부에 함몰된 H자 전단근의 사시도와 단면사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체의 개략적인 상태도이고,
도 5은 본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에서 단열유니트의 삽입홈에 9개의 UHPC 블럭이 삽입된 개략적인 사시상태도 및 평면단면도이고,
도 6은 종래의 열교차단장치의 상태단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에서 단열유니트의 삽입홈에 6개의 UHPC 블럭이 삽입된 개략적인 사시상태도 및 평면단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체의 UHPC 내부에 함몰된 H자 전단근의 사시도와 단면사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체의 개략적인 상태도이고,
도 5은 본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에서 단열유니트의 삽입홈에 9개의 UHPC 블럭이 삽입된 개략적인 사시상태도 및 평면단면도이고,
도 6은 종래의 열교차단장치의 상태단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체(100)는 도 1 내지 도 5에 도시되어 있는 바와 같이,
바닥체슬래브(101)에 연결되어 외부로 돌출되는 발코니슬래브(102)가 구비되는 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에 있어서,
상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)의 연결부에 구비되는 단열유니트(110)와;
상기 바닥체슬래브(101)의 상하부측에 매립되며 상기 단열유니트(110) 외부에 배치되는 제1인장근(120);
상기 단열유니트(110)를 중심으로 상기 제1인장근(120)의 반대편에 위치하며 상기 발코니슬래브(102)의 상하부측에 매립되는 제2인장근(130);
상기 단열유니트(110)에 서로 이격 형성된 삽입홈(111)에 삽입되는 UHPC 블럭(15) 상부와 하부를 각각 관통하여 설치되면서 상기 단열유니트(110)의 외부까지 연장되되, 일단부는 상기 제1인장근(120)에 연결되고 타단부는 상기 제2인장근(130)에 연결되는 연결인장근(140);를 포함하고,
상기 UHPC 블럭(15) 내부에는 상기 연결인장근(140)의 상부와 하부를 수직 연결하면서 서로 대향되어 이격되는 전단근(150)이 설치되고;
상기 전단근(150) 사이에는 상기 연결인장근(140)과 평행하여 상기 전단근(150)과 수직인 횡으로 연결하는 전단보조근(160)이 구비하여 전단근(150)과 전단보조근(160)이 'H'자 형상을 갖게 하며;
상기 전단근(150)과 전단보조근(160)은 단열유니트(110)의 상하 중심선을 기준으로 대칭이고;
상기 바닥체슬래브(101) 및 상기 발코니슬래브(102)와 상기 단열유니트(110)는 그 경계면에서 상기 전단근(150) 및 전단보조근(160)과 동일한 소재를 갖는 상기 연결인장근(140)만으로 서로를 연결한다.
본 발명은 도면 전체에서 확인할 수 있듯이, 상기 바닥체슬래브(101) 및 발코니슬래브(102)와 상기 단열유니트(110)는 그 경계면에서 상기 연결인장근(140)만이 서로를 수평으로 연결한다. 즉, 단열재인 단열유니트(110)와 콘크리트인 바닥체슬래브(101) 및 발코니슬래브(102)가 그 경계면에서 서로 관통하는 구성이 상부와 하부에 배치되는 연결인장근(140)뿐이다. 이와 같은 구성으로 상기 바닥체슬래브(101)에서 단열유니트(110)에 삽입된 UHPC 블럭(15)을 관통하여 발코니슬래브(102)로 연결된 연결인장근(140) 외에는 열전달 요소가 없게 되어 열교차단의 효과가 매우 높다. 또한, 단열유니트(110)에 삽입된 UHPC 블럭(15)에 상하로 복수개 설치되는 전단근(150)은 내부의 전단보조근(160)과 일체형으로 'H 형상(type)'을 가지며 별도의 전단근 없이도 충분한 구조적 안전성을 제공한다.
그리고, 본 발명은 상기 단열유니트(110)에 서로 이격 형성된 삽입홈(111)에 일체형의 H자 형상의 전단근(150)과 전단보조근(160)이 내부에 삽입된 UHPC 블럭(15)이 삽입되어 단열성과 압력강도를 증대시킨다.
본 발명에서 ‘일체형’이란 용접에 의하여 하나로 결합된 것을 의미하며, 전단근(150) 및 전단보조근(1600은 일체형으로 형성된다.
또한, 상기 UHPC 블럭(15)은 단열성능이 우수한 조성물로, 단열유니트(110)의 삽입홈(111)에 삽입되되, 단열유니트(110)의 양쪽 외측면으로 약 10~20mm 정도 돌출되어 단열유니트(110) 주변 바닥체슬래브(101) 및 발코니슬래브(102)와 장부작용(Dowel Action)을 수행한다.
일반적으로 아파트와 같은 건축물은 상기 벽체슬래브(미도시)와 층간을 구분하는 상기 바닥체슬래브(101)로 이루어지되 상기 바닥체슬래브(101)에 연이어 구비되면서 벽체슬래브의 외측으로 돌출되는 상기 발코니슬래브(102)가 구비되는 구조로 되어 있다.
이와 같이 건축물에서 벽체 외측으로 돌출되는 발코니 또는 베란다는 일종의 에어핀(열발산) 현상이 일어나기 때문에 상기 바닥체슬래브(101)의 온도가 급격하게 벽체 외부의 상기 발코니슬래브(102)로 전달되면서 주택 내부의 온기(또는 냉기)가 급격하게 외부로 빠져나가게 된다.
더욱이 상기 발코니슬래브(102)의 지지력을 강화시키기 위해서 상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)의 내부를 서로 연결하는 철근을 매립 설치하게 되면 열전도율이 매우 큰 철근을 통해 내부의 온기는 더욱 빠르게 외부로 빠져나가게 된다.
따라서 건물 내부의 온기(또는 냉기)가 건물 외부로 빠져나가는 것을 차단할 수 있도록 건물의 슬래브에 본 발명의 열교차단을 하는 삽입형구조체를 설치하게 된다. 이는 상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)의 연결부에 상기 단열유니트(110)를 설치하여 그 열교현상을 차단하도록 한다.
이와 같이 구성함으로써 상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)는 상기 단열유니트(110)에 의해 끊어지지 않고 연결되면서 열교현상이 일어나지 않게 된다. 그러나 이러한 구조는 상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102) 연결 지지력을 취약하게 만든다.
본 발명은 상기와 같은 취약점을 보완하도록 상기 바닥체슬래브(101)의 내부상부와 하부에는 상기 제1인장근(120)을, 상기 발코니슬래브(102)의 내부 상부와 하부에는 상기 제2인장근(130)을 각각 매설하되 이들 단부를 상기 단열유니트(110)에 삽입된 UHPC 블럭(15)의 상하부를 각각 관통하여 설치되는 상기 연결인장근(140)과 연결함으로써 상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)의 연결 지지력을 강화시키는 동시에 열전도율이 상기 제1인장근(120) 및 상기 제2인장근(130)에 비해 낮은 상기 연결인장근(140)을 서로 수직하게 용접 연결함으로써 상기 제1인장근(120)을 통해 상기 제2인장근(130)으로의 열전도를 낮추면서 단열 성능이 우수한 UHPC 블록(15)을 개발하여 슬래브의 열교현상을 차단 또는 저감하도록 하는 것이다.
그러나 상기와 같은 구조는 상기 제1인장근(120)과 상기 제2인장근(130)이 직접 연결되는 것보다는 그 강도(전단)가 다소 약하게 되어 상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)의 지지력과 전단력을 담보하기에는 부족한 면이 있다.
본 발명은 상기와 같이 상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)에 각각 철근을 매설하고 이들 슬래브 사이에 상기 단열유니트(110)을 연결 설치하되 상기 단열유니트(110)에 UHPC 블럭(15)을 삽입하고, 삽입된 UHPC 블럭(15) 상하부를 각각 관통하여 열전도율이 철근보다 현저히 낮은 스테인레스 재질의 상기 연결인장근(140)을 설치하되 그 단부를 철근에 연결함으로써 철근을 통해 열기(또는 냉기)가 외부로 빠져 나가는 열교현상을 차단 또는 저감할 수 있도록 발명하였다.
즉, 단열유니트(110)에 삽입된 UHPC 블럭(15)을 관통하여 외부로 돌출되는 대상이 인장근인 연결인장근(140)뿐으로, 열통로는 단열유니트(110)의 상부와 하부로 돌출되는 인장근인 연결인장근(140)이 제1인장근(120)와 제2인장근(130)만 존재하므로 열교차단의 효과가 높게 되며, 전단근(150)이 UHPC 블럭(15)에 삽입되어 단열유니트(110) 외부로 나가지 않는다.
또한 본 발명은 상기 단열유니트(110)에 삽입된 UHPC 블럭(15)의 내부 상하부를 각각 관통하여 열전도율이 철근보다 현저히 낮은 상기 연결인장근(140)을 설치하되 상기 UHPC 블럭(15)의 내부에는 상기 연결인장근(140)과 상하로 수직하게 각각 연결하여 지지력과 전단력을 높이도록 하는 전단근(150)이 설치된다.
그리고 상기 전단근(150)에는 이들을 서로 용접 연결하여 지지력과 전단력을 한층 더 높이도록 하는 전단보조근(160)이 구비된다.
여기서 상기 전단보조근(160)은 강화력을 배가시키기 위해 상기 전단근(150) 사이를 횡으로 2개 이상 다수개가 상하 간격을 두면서 사다리 형상으로 연결될 수 있다.
이러한, 단열유니트(110) 내부에는 복수의 UHPC 블럭(15)이 삽입되도록 복수의 삽입홈(111)이 구비되고, 상기 삽입홈(111)에 삽입된 UHPC 블럭(15) 내부에 용접결합된 전단근(150)과 전단보조근(160)이 함몰되게 배치되어 일체화되며, 상부와 하부의 연결인장근(140)이 UHPC 블럭(15) 내에서 수직으로 전단근(150)과 용접 결합됨으로써 상부와 하부의 인장근의 간격과 위치를 일정하게 유지시키주며 압축응력에도 견뎌 별도의 압축요소가 필요하지 않고, 상하 인장근의 좌굴을 방지하여 구조적인 안정성을 높일 수 있는 전단근(150)이 UHPC 블럭(15) 내부에 내재되고 인장근과 전단근이 일체화된다.
본 발명은 상기 제1인장근(120), 제2인장근(130)은 서로 동일 재질이고, 상기 제1인장근(120) 및 제2인장근(130)과 연결인장근(140)은 서로 상이한 재질로, 열교차단효과와 안전성을 동시에 높일 수 있다. 이때, 제1인장근(120)과 제2인장근(130)의 소재는 철근이고, 전단근(150) 및 전단보조근(160), 연결인장근(140)의 소재는 스테인레스가 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체는 단열유니트(110)에 삽입된 전단근(150) 및 전단보조근(160)과 일체로 형성된 UHPC 블럭(15)에 열전도율이 철근보다 현저히 낮은 연결인장근(140)을 관통 설치하고 이들을 슬래브에 구비되는 철근과 연결함으로써 열교현상을 차단 저감하는 동시에 단열유니트(110)의 내측 상하부에 설치된 연결인장근(140)에 상하로 수직하게 11자 형상으로 연결하는 전단근(150)을 구비함으로써 전단력을 강화하고, 또한 전단근(150) 사이를 횡으로 연결하는 전단보조근(160)을 구비함으로써 전단력을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 전단근(150)은 단열유니트(110)에 삽입된 UHPC 블럭(15) 내부에만 있어 단열유니트(110) 외부에서는 전단근(150) 및 전단보조근(160)이 전혀 노출되지 않아 단열성능이 매우 향상된다.
그리고, 단열유니트(110) 외부에서는 전단근(150) 및 전단보조근(160)이 일체로 형성된 UHPC 블럭(15)이 일정간격 돌출형성되어 장부작용을 수행하게 된다.
상기 UHPC 블록(15)은 양단에서 콘크리트와 접합되므로 열교 전달이 발생할 수 있으나, 본 발명의 UHPC 블록(15)은 후술하는 조성물로 이루어져 단열성능이 우수하다.
한편, 본 발명의 전단근(150)과 전단보조근(160)은 전체적으로 'H'자 형상을 갖는다. 이러한 'H' 자 형상은 외력 작용시에 외력 작용시에 휨 모멘트 형태의 구조거동으로 부재의 힘을 전달하여, 좌굴의 위험이 낮고 좌굴 발생시에 강도 및 사용성 등 전체 구조물의 안정성을 제고시킨다. 단열유니트(110)가 콘크리트 없이 단열재만 있는 구성으로 이루어지면 인장근 주변에 구속요소가 없어 좌굴에 더욱 취약하고, 건물에서 돌출형 캔틸레버 발코니를 연결하는 부분에 설치되므로 좌굴에 의한 처짐 위험이 상존하나, 본 발명은 단열유니트(110) 사이에 삽입홈(111)을 형성하고, 상기 삽입홈(111)에 전단근(150)과 전단보조근(160)이 일체로 형성된 UHPC 블럭(15)을 삽입하여 이러한 좌굴 위험을 최소화시킬 수 있다.
본 발명은 단열유니트(110) 내부에 구비되는 UHPC 블럭(15)에서 전단근(150), 전단보조근(160), 및 연결인장근(140)이 단열유니트(110)의 상하 중심선을 기준으로 서로 대칭인 구조를 갖는다. 단열유니트(110) 내부에는 전단근(150) 및 전단보조근(160)과 일체형으로 구비된 UHPC 블럭(15)이 상호 이격된 간격으로 복수개 설치되며, 이러한 각각의 전단근(150)과 전단보조근(160)은 용접에 의하여 'H'자 형상으로 일체화되어 있으며, 일체화된 'H'자 형상의 전단근(150)과 전단보조근(160)은 UHPC 블럭(15)에 함몰되고, UHPC 블럭(15)이 삽입된 단열유니트(110)의 상하 중심선을 기준으로 좌우가 동일한 대칭형상이다. 또한, 전단근(150)이 상단과 하단에서 결합되어 일체화되는 연결인장근(140)도 단열유니트(110)의 상하 중심선을 기준으로 좌우가 대칭이다. 이러한 대칭 구조를 통하여 좌굴의 위험을 최소화할 수 있다.
본 발명의 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체는 상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)의 연결부에 설치되는 상기 단열유니트(110)의 상부면과 하부면에 단열보드(113)가 구비된다. 상기 단열유니트(110) 및 단열보드(113)는 일반적으로 EPS 등 단열재로 구비된다.
본 발명에서 상기 단열유니트(110)는 9개의 삽입홈(111)이 일정간격 이격되어 관통형성되고, 상기 삽입홈(111)에는 UHPC 블럭(15) 또는 단열재(112)가 삽입될 수 있다. 이때, 단열유니트(110)는 연결인장근(140)과, 전단근(150) 및 전단보조근(160)이 일체화된 UHPC 블럭(15)이 일반적으로 6개가 배치되고, 9개까지 배치가 가능하며, 상기 UHPC 블럭(15)은 삽입홈(111)에 삽입되어 단열유니트(110)에 감싸지게 된다. 그리고, 상기 UHPC 블럭(15)이 6개 배치될 경우 비어있는 삽입홈(111)에는 UHPC 블럭(15) 대신 단열재(112)가 삽입된다.
한편, 상기 단열유니트(110)에서 구조적 안정성에 따라 요구 내력이 큰 부분은 UHPC 블럭(15)을 9개 배치하여 제품의 구조용량을 최대화하도록 한다.
또한, 상기 단열유니트(110)는 상하단부에 단열유니트(110)보다 큰 폭의 단열보드(113)가 구비되어 상부면과 하부면을 감싸도록 구비된다. 그리고 상기 단열유니트(110)는 양끝단에 암수 끼움형태의 결합홈(114)과 결합돌기(115)를 구비하여 다수의 단열유니트(110)가 서로 연결될 수 있도록 구비된다. 이때, 상기 단열유니트(110)는 길이가 1미터로 구비되고, 32평형 아파트의 베란다 길이가 20미터정도로 이루어지므로 단열유니트(110) 20개가 연속적으로 끼움결합되며 배치될 수 있다. 그리고, 상기 UHPC 블럭(15)이 6개 배치된 단열유니트(110)를 서로 연결할 경우 UHPC 블럭(15)이 규칙성을 갖고 배치되게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체는 건축물의 바닥체슬래브와 연결되고 외측으로 돌출되는 발코니슬래브를 갖는 건축물에 있어, 상기 바닥체슬래브와 상기 발코니슬래브의 연결부에는 제1인장근(120)과 제2인장근(130)을 각각 단열유니트(110)를 매개로 연결 구비하되 단열유니트(110)에는 그 내부를 관통하고 양단부에 제1인장근(120)과 제2인장근(130)을 각각 연결하는 연결인장근(140)을 UHPC 블럭(15)과 일체로 설치하여 제1인장근(120)과 제2인장근(130)을 통한 열전도를 전도율이 상이한 연결인장근(140)으로 차단하는 동시에 단열유니트(110)에 삽입된 UHPC 블럭(15) 내부에 전단근(150)을 구비하여 전단력을 강화할 수 있다.
그리고, 본 발명은 단열유니트(110)보다 열전도율이 높은 UHPC 블럭(15)이 차지하는 부피가 많아 열손실이 많을 수 있으나 일반 UHPC 대비 단열성능이 4배 이상 우수한 UHPC 블럭(15)이 삽입된 단열유니트(110)로 이루어져 구조성능과 단열성능이 최적화된다.
또한, 본 발명은 전단근(150)과 전단보조근(160)을 UHPC 블럭(15)과 일체화시키기 위해 거푸집에 'H'자로 용접된 전단근(150) 및 전단보조근(160)과 결합된 연결인장근(140)을 넣고 UHPC를 타설하여 UHPC 블럭(15)을 제조한다. 이와 같이 제조된 UHPC 블럭(15)은 콘크리트와 직접 접촉해도 단열성능이 좋으며, 단열유니트(110)에서 돌출되어 콘크리트 사이로 들어가 구조적 안전도 제고된다.
본 발명에서 UHPC 블록(15)은 전단근(150) 등이 내재된 블록 형태의 UHPC를 의미하나, 설며의 편의상 UHPC와 UHPC 블록(15)을 혼용하여 사용한다.
단열유니트(110) 내부에 단열성과 압축강도를 증대시킨 UHPC(초고성능콘크리트, ultra-high performance concrete) 블럭(15)이 삽입되되,
상기 단열성과 압축강도를 증대시킨 UHPC 블럭(15)은 'H'자로 결합된 전단근(150)과 전단보조근(160)을 거푸집에 넣고 UHPC를 타설하여 일체형으로 형성되고,
상기 UHPC는 시멘트 100중량부에 대하여 실리카퓸(Silica fume) 24~26중량부 및 실리카 비드(Silica bead) 130~150중량부를 포함하며, 물시멘트비(W/C)가 28%(시멘트중량비)가 되도록 물과 혼합하여 이루어진다.
상기 UHPC에서는 시멘트와 실리카퓸(silica fume)이 결합재로 사용된다. 실리카퓸이 24중량부 미만으로 혼합되면 시공성이 떨어지고 26중량부를 초과하여 혼합되면 유동성 확보를 위해 필요한 물의 양이 증가하여 최종 경화 후 남아있는 공극의 비율도 늘어나기 때문에 콘크리트 강도가 저하되기 때문에, 시멘트 100중량부를 기준으로 실리카퓸 24~26 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.
실리카 비드는 SiO2를 주성분으로 하는 slica gel 의 작고 둥근 형태로 이루어진다. 실리카 비드를 분산되어 충전밀도를 증대시킴에 따라 압축력을 증대시키도록 하는데, 시멘트 100중량부에 대하여 130중량부 미만으로 혼합시에는 열전도율을 낮추기 힘들 뿐만 아니라 150중량부를 초과하여 혼합시에는 강도가 낮아지기 때문에, 시멘트 100중량부에 대하여 실리카 비드 130~150중량부 혼합하는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명에서는 단열성과 압축강도 증대를 동시에 만족하여야 하기 때문에, 첨가되는 실리카 비드의 구조적 형상 및 크기가 매우 중요하다.
따라서, 본 발명에서는 실리카 비드를 압축력을 균일하게 분산시킬 수 있는 구조인 구형으로 형성하도록 할 수 있으며, 충전밀도를 증대시킴에 따라 압축력을 증대시키도록 할 수 있다.
이와 같은 구형의 실리카 비드는 1~10㎛의 크기, 바람직하게는 4~7㎛의 크기로 이루어질 수 있다. 4㎛ 미만이나 7㎛를 초과하는 경우에는 충전밀도가 떨어져 압축강도가 낮아지기 때문에, 구형의 실리카 비드는 4~7㎛의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
[실험예 1]
표 1에서와 같이 혼합하였으며, 비교예와 실시예 모두 시멘트에 대한 물의 중량비를 28%로 고정하여 비교예와 실시예의 조성물에 대하여 압축강도와 열전도율을 실험을 하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
| 구분 | W/C | C | SF | SS | SP | SB | AG |
| 비교예 1 (중량%) |
28.0 | 37.0 | 9.3 | 40.7 | 13.0 | - | - |
| 비교예 2 (중량%) |
28.0 | 46.5 | 11.6 | 11.6 | - | 30.2 | - |
| 비교예 3 (중량%) |
28.0 | 45.7 | 11.4 | 25.1 | - | 16.0 | 1.8 |
| 비교예 4 (중량%) |
28.0 | 45.7 | 11.4 | 25.1 | - | 29.7 | 1.8 |
| 실시예 1 (중량%) |
28.0 | 37.0 | 9.3 | - | - | 53.7 | - |
W/C:물시멘트비, C: 시멘트, SF: Silica fume, SS: Silica sang,
SP: Silica powder, SB: Silica bead, AG: Aerogel
| 구분 | 압축강도(MPa) | 열전도율(W/m.K) |
| 비교예 1 | 186.00 | 1.39 |
| 비교예 2 | 187.29 | 0.89 |
| 비교예 3 | 107.39 | 0.79 |
| 비교예 4 | 110.59 | 0.64 |
| 실시예 1 | 208.96 | 0.77 |
표 2에서와 같이, 실리카 비드를 혼합하지 않은 비교예 1에서는 압축강도 186.0 MPa, 열전도율은 1.39로 측정되었으며, 실리카 비드를 혼합한 실시예 4에서 비교예 1 보다 낮은 열전도율을 보이는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 3과 비교예 4에서는 압축강도가 비교예 1보다 낮았으며, 실리카샌드를 제외하고 실리카 비드의 혼합비를 높인 실시예 1에서의 압축강도는 208.96 MPa로 비교예 1보다 월등히 높은 압축강도를 보이는 것으로 나타났다.
따라서, 실리카 비드를 혼합하여 복사열을 차단하도록 함으로써 단열성을 증대시키도록 하면서도 동시에 압축강도를 증대시키도록 하여, 열교차단용 단열재를 비롯한 단열성능과 구조성능을 동시에 만족할 수 있도록 하는 것을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 단열성과 압축강도를 증대시킨 UHPC 조성물은 UHPC조성물에 실리카 비드를 혼합하여 복사열을 차단하도록 함으로써 단열성을 증대시키도록 하면서도 동시에 압축강도를 증대시키도록 하여, 열교차단용 단열재를 비롯한 단열성능과 구조성능을 동시에 요구하는 다양한 분야에 모두 적용할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
100:인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체
101:바닥체슬래브 102:발코니슬래브
15:UHPC 블럭
110:단열유니트 111:삽입홈
112:단열재 113:단열보드
114:결합홈 115:결합돌기
120:제1인장근 130:제2인장근
140:연결인장근 150:전단근
160:전단보조근
101:바닥체슬래브 102:발코니슬래브
15:UHPC 블럭
110:단열유니트 111:삽입홈
112:단열재 113:단열보드
114:결합홈 115:결합돌기
120:제1인장근 130:제2인장근
140:연결인장근 150:전단근
160:전단보조근
Claims (8)
- 바닥체슬래브(101)에 연결되어 외부로 돌출되는 발코니슬래브(102)가 구비되는 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체에 있어서,
상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)의 연결부에 구비되는 단열유니트(110)와;
상기 단열유니트(110)를 중심으로 단열유니트(110)의 외부에 각각 배치되는 제1인장근(120) 및 제2인장근(130);
상기 단열유니트(110)에서 서로 이격 형성된 삽입홈(111)에 삽입되는 UHPC 블럭(15)의 상부와 하부를 각각 관통하여 설치되면서 단부에서 각각 제1인장근(120) 및 제2인장근(130)에 연결되는 연결인장근(140);를 포함하고,
상기 UHPC 블럭(15) 내부에는 상기 연결인장근(140)의 상부와 하부를 수직 연결하면서 서로 대향되어 이격된 복수의 전단근(150) 및 상기 복수의 전단근(150)과 수직되게 일체화된 전단보조근(160)을 구비하여 상기 전단근(150)과 전단보조근(160)이 'H'자 형상을 갖고;
상기 UHPC 블럭(15)은 단열유니트(110)의 삽입홈(111)에 삽입되되, 상기 단열유니트(110) 외측면으로 돌출되게 구비되는 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 전단근(150), 전단보조근(160)은 상기 연결인장근(140)과 동일한 소재이고, 상기 제1인장근(120) 및 제2인장근(130)과는 다른 소재인
인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 바닥체슬래브(101)와 상기 발코니슬래브(102)의 연결부에 설치되는 상기 단열유니트(110)의 상부면과 하부면에는 단열보드(113)가 배치되고,
상기 단열유니트(110)의 양끝단에 암수 끼움형태의 결합홈(114)과 결합돌기(115)가 구비되는 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체
- 제1항에 있어서,
상기 전단근(150)과 전단보조근(160)은 단열유니트(110)의 상하 중심선을 기준으로 대칭인
인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 UHPC 블럭(15)은 시멘트 100중량부에 대하여 실리카퓸(Silica fume) 24~26중량부 및 실리카 비드(Silica bead) 130~150중량부를 포함하며, 물시멘트비(W/C)가 28%(시멘트중량비)가 되도록 물과 혼합하여 이루어지며,
상기 실리카 비드는 구형이며, 4~7㎛의 크기인,
인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체.
- 제5항에 있어서,
'H'자로 일체화된 전단근(150)과 전단보조근(160)을 거푸집에 넣고 UHPC 블럭(15)을 타설하여 형성하는
인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 전단보조근(160)은 상기 전단근(150) 사이를 횡으로 2개 이상의 다수개가 상하 간격을 두어 평행하게 설치되는 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체.
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ID=84535493
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| KR1020210163013A KR102478792B1 (ko) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | 인장근과 전단근이 동일 수직평면에서 일체로 연결된 콘크리트 슬래브 삽입형 구조체 |
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| KR (1) | KR102478792B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007211484A (ja) * | 2006-02-09 | 2007-08-23 | Tesuku:Kk | 片持ち支持バルコニー構築用パネル及びバルコニー構築方法 |
| KR101462801B1 (ko) * | 2013-07-26 | 2014-11-21 | 청원화학 주식회사 | 불연속 철근 및 결합 부재를 이용한 열교차단 장치 |
| KR101462800B1 (ko) | 2013-07-26 | 2014-11-21 | 청원화학 주식회사 | 불연속 철근을 이용한 열교차단 장치 |
| KR101552057B1 (ko) | 2014-07-02 | 2015-09-10 | 청원화학 주식회사 | 고하중용 열교차단 장치 |
-
2021
- 2021-11-24 KR KR1020210163013A patent/KR102478792B1/ko active IP Right Grant
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