KR102499748B1 - 중앙 보강형 내력벽 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직으로 배근되는 다수개의 수직철근(R1)과 수평으로 배근되는 다수개의 수평철근(R2)으로 구성되어 수직으로 상호간에 이격되어 설치되는 2개의 벽체철근망;
상기 2개의 벽체철근망 사이에 수직으로 설치되는 중앙보강재(100);
상기 벽체철근망 및 상기 중앙보강재(100)를 내부에 두고 타설되어 양생되는 콘크리트(C);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중앙 보강형 내력벽 구조를 제공한다.

Description

중앙 보강형 내력벽 구조{the central reinforcement type bearing wall structure}
본 발명은 건축물에서 철근콘크리트 벽식구조에 관한 것으로써, 초고층 구조에서 막대한 하중을 받는 내력벽에 대하여 하중 및 내진보강이 가능한 중앙 보강형 내력벽 구조에 관한 것이다.
우리나라의 경우 공동주택은 공사가 쉽고 경제적이며 층고 등에 유리한 이유로 벽식구조가 선호되고 있다.
그리고 주거의 고밀도가 진행되므로 공동주택이 25층 이상의 초고층에서도 벽식구조로 건설되고 있다.
이러한 벽식구조에서 건물의 무게를 지탱하는 철근콘크리트 내력벽은 건물의 층수가 많아지는 것과 비례하여 부담해야 하는 중력에 의한 수직방향의 고정하중과 적재하중(이하 수직하중이라 함)이 커지기 때문에 이에 대한 대응이 필요하다.
가장 기본적인 방법은 구조적인 필요에 맞추어 각층에 따라 벽의 두께를 두껍게 하는 것인데, 이런 경우 벽이 두꺼운 저층부와 상대적으로 벽이 얇은 고층부에서 실내면적의 차이로 소비자의 불만이 많았다.
이에 건물의 중심거리로 면적을 산출하던 방식에서 1990년대 말부터는 공동주택에 한해서는 분양면적을 실사용 면적인 안목치수로 산출하게 되면서는 적용할 수 없게 되었다.
이에 대한 대안으로, 벽의 두께를 일정하게 하고 각층에 따라 콘크리트 강도를 달리하는 방법이 고안되어 현재 적용되고 있다.
그러나 내력벽의 경우는 수직하중이 저층부일수록 커지기 때문에 콘크리트 강도를 달리하는 것이 필수적인 반면, 부담하는 하중이 층에 상관없이 일정한 슬래브는 콘크리트 강도를 내력벽만큼의 고강도가 필요하지 않아 각층에 맞추어 조정할 필요가 없다.
도 7은 25층의 공동주택에 대한 콘크리트 강도기준을 나타내는 표이다.
도 7은 25층의 공동주택에 대한 콘크리트 강도를 지정한 예로, 콘크리트 강도를 수평재인 슬래브와 수직재인 내력벽으로 하여 층에 따라서는 각기 다른 강도로 분리하고 있다.
그러나 내력벽과 슬래브는 일체화되어 있고, 실질적으로 콘크리트의 분리타설이 어려워서 슬래브도 내력벽과 같은 강도로 시공할 수밖에 없다.
일반적으로 내력벽보다 슬래브에 타설되는 콘크리트 양이 더 많아서 매우 비경제적이다. 또한, 콘크리트 강도를 높이는 것은 경제적인 부담만이 아니라, 품질관리와 시공도 어려워 이에 대한 대안이 필요하다.
한편, 강재 기술의 발달로 항복강도가 800N/㎟로 기성 철근보다 2배 이상의 강도이면서 철근 대용이 가능하며 철근보다도 저렴한 강관이 개발되어 이에 대한 활용도 요구되고 있다.
[문헌 1] 대한민국 등록특허 제10-2132674호 '내진 시공이 적용된 비내력벽 시스템', 2020년07월06일 [문헌 2] 대한민국 등록특허 제10-0338653호 '콘크리트 건축구조물에 적용되는 슬라브 및 내력벽의 시공 공법', 2002년05월17일
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 철근콘크리트 내력벽이 각층에 따라 콘크리트 강도를 달리하고 슬래브 콘크리트와 다른 강도로 분리시공 하도록 지정되어 있으나, 내력벽과 슬래브가 일체로 분리시공이 거의 불가능하여 상대적으로 높은 강도를 갖는 내력벽용의 콘크리트로 시공하여 품질관리 및 시공의 어려움과 경제적인 손실이 발생하는 것에 대하여, 내력벽에도 상대적으로 강도가 낮아 저렴한 슬래브용의 콘크리트로 시공되어 구조적인 안전뿐만 아니라 시공성 및 경제성을 개선한 중앙 보강형 내력벽 구조를 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 수직으로 배근되는 다수개의 수직철근(R1)과 수평으로 배근되는 다수개의 수평철근(R2)으로 구성되어 수직으로 상호간에 이격되어 설치되는 2개의 벽체철근망;
상기 2개의 벽체철근망 사이에 수직으로 설치되는 중앙보강재(100);
상기 벽체철근망 및 상기 중앙보강재(100)를 내부에 두고 타설되어 양생되는 콘크리트(C);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중앙 보강형 내력벽 구조를 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.
첫째, 중앙보강재가 수직하중의 많은 부분을 부담함으로써 고강도의 콘크리트의 사용 없이도 시공이 가능한 중앙보강재를 갖는 철근콘크리트 벽과 이를 이용한 중앙 보강형 내력벽 구조를 제공한다.
둘째, 내력벽의 콘크리트 강도를 낮추어 슬래브의 콘크리트 강도와 같은 콘크리트 사용이 가능하여 분리타설 없이 경제적으로 시공이 가능한 중앙보강재를 갖는 철근콘크리트 벽과 이를 이용한 중앙 보강형 내력벽 구조를 제공한다.
도 1은 본 발명의 중앙 보강형 내력벽 구조의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 중앙 보강형 내력벽 구조에서 수직하중과 휨응력 작용 시의 응력상태를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 고정구의 결합사시도이다.
도 5는 도 4의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 중앙 보강형 내력벽 구조의 시공과정을 순서대로 도시한 것이다.
도 7은 25층의 공동주택에 대한 콘크리트 강도기준을 나타내는 표이다.
도 8은 도 7의 기준에 본 발명의 중앙 보강형 내력벽 구조를 적용한 결과를 도시한 것이다.
이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 중앙 보강형 내력벽 구조의 사시도이고,
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
본 발명의 중앙 보강형 내력벽 구조는,
수직으로 배근되는 다수개의 수직철근(R1)과 수평으로 배근되는 다수개의 수평철근(R2)으로 구성되어 수직으로 상호간에 이격되어 설치되는 2개의 벽체철근망;
상기 2개의 벽체철근망 사이에 수직으로 설치되는 중앙보강재(100);
상기 벽체철근망 및 상기 중앙보강재(100)를 내부에 두고 타설되어 양생되는 콘크리트(C);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 중앙보강재(100)는 다수개의 유닛으로 구성되어,
상기 다수개의 유닛 상호간이 연결구(400)로 결합되어 연장되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 2개의 벽체철근망 각각을 구성하는 수평철근(R2) 상호간에는 고정구(300)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
이하 상세히 부연하여 설명하기로 한다.
본 발명에서 수직철근(R1), 수평철근(R2) 및 중앙보강재(100) 그리고 콘크리트(C)는 내력벽(BW)을 구성하게 된다.
도 4는 본 발명에 사용되는 고정구의 결합사시도이고,
도 5는 도 4의 분해사시도이다.
상기 고정구(300)는,
본체(320);
상기 수평철근(R2)에 걸리는 형상인 철근결속고리(311)가 끝단에 형성되고 상기 본체(320) 상부 좌측과 하부 우측으로 돌출되어 움직일 수 있는 2개의 철근결속재(310);
상기 본체(320) 정면에 회전축(332)을 가지고 설치되면서 상기 중앙보강재(100)를 고정하는 중앙보강재결속구(340);
를 포함하여 구성되되,
상기 회전축(332)은 상기 본체(320)의 회전축구멍(322)으로 삽입되어 외주면에 톱니가 형성된 피니언(331)에 결합되고,
상기 철근결속재(310)에서 상기 본체(320) 내부로 삽입되는 부분은 톱니형상의 랙(312)이 형성되어,
상기 피니언(331)과 상기 랙(312)이 결합하므로,
상기 중앙보강재결속구(340)의 회전으로 상기 철근결속재(310)의 좌우 이동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 고정구(300)에서 2개의 철근결속재(310)가 랙(312)과 피니언(331)에 의해 좌우로 동일하게 이동하기 때문에,
상기 본체(320)는 항상 상기 고정구(300)의 중앙에 위치하며,
상기 중앙보강재결속구(340)에 의해 고정되는 상기 중앙보강재(100)는 상기 수평철근(R2)의 중앙에 위치하게 되고,
상기 수평철근(R2)은 상기 내력벽(BW)과의 피복두께가 일정하므로, 결과적으로 상기 중앙보강재(100)는 상기 내력벽(BW) 단면의 중앙에 위치하게 된다.
또한, 상기 고정구(300)는 상기 중앙보강재결속부(340)가 상기 본체(320)에서 회전할 수 있게 함으로써, 마주 보는 상기 수평철근(R2)의 높이에 차이가 날 경우에도 상기 중앙보강재(100)의 수직을 유지하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 고정구(300)의 소재는 강재도 가능하나, 작용하는 응력도 작고 형상이 복잡하므로 조형성이 좋은 플라스틱이 바람직하다.
상기 고정구(300)는 2개의 벽체철근망 각각을 구성하는 수평철근(R2) 상호간에 양단이 거치되어 설치됨과 동시에 중앙에서 상기 중앙보강재(100)를 잡아 고정하는 기능을 한다.
따라서 상기 중앙보강재(100)가 상기 고정구(300)에 의해 상기 내력벽(BW) 단면의 중앙부에 위치하여 상기 내력벽(BW)의 수직하중의 많은 부분을 분담하므로 콘크리트(C)의 부담이 경감되어 종래보다 강도가 낮은 콘크리트를 사용하여 경제적이면서 내진성능도 개선되는 효과가 있다.
상기 중앙보강재(100) 하부에는 상기 중앙보강재(100) 하단이 삽입되어 고정되는 삽입돌기(220)와 상기 삽입돌기(220) 하부를 지지하는 원형 또는 다각형의 지판(210)을 포함하여 구성되는 받침(200)이 설치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 중앙 보강형 내력벽 구조에서 수직하중과 휨응력 작용 시의 응력상태를 도시한 개념도이다.
구체적으로 도 3에서 (a)는 기성의 내력벽, (b)는 본 발명의 중앙보강재가 있는 내력벽으로,
응력분포는 위에서부터 ① 수직하중에 의한 중앙보강재와 전단벽에 작용하는 응력, ② 전단벽에 작용하는 휨모멘트에 의한 응력, ③ 전단벽에 작용하는 수직하중과 휨모멘트에 의한 응력을 합산한 상태를 도시하였고, 수직철근은 이해를 위해 생략하였다.
도 3에 도시한 것과 같이,
내력벽(BW)에는 수직하중(N)뿐만 아니라 휨응력(M)이 작용하여 수직하중과 휨응력이 합하여진 힘을 부담하여야 하는데,
휨응력은 단면의 중심에서 크기가 같고 방향이 반대인 우력(couple of force)으로 작용하며 단면 중심에서 외부면으로 갈수록 커지기 때문에,
휨응력이 인장부에서는 수직하중을 저감시키는 효과가 있으나 압축부에서는 수직하중에 추가되어 부재의 부담을 가중시킨다.
이러한 휨응력은 일상적인 상태에서는 한 방향만을 유지하나 바람이나 지진에서는 반복적으로 방향이 바뀌기 때문에,
상기 내력벽(BW)의 단면은 휨응력에 대하여 모든 경우에 대처해야 한다. 이에 종래의 수직철근(R1)은 단면의 양쪽에 최대한 외부면에 가까이 배치하여 주로 휨응력을 부담하게 하는데, 선재이기 때문에 인장력에는 효과적이나 압축력에는 좌굴에 취약하여 수직하중에 대한 부담능력이 크지 않다.
반면 본 발명에 사용되는 상기 중앙보강재(100)는 상기 내력벽(BW) 단면의 중앙에 위치하여 휨응력의 영향이 없고 선재임에도 불구하고 상기 콘크리트(C)가 충분히 감싸기 때문에 좌굴의 영향이 없어 수직하중에 대한 부담능력이 매우 커서 효과적이다.
결과적으로 상기 콘크리트(C)가 부담해야할 수직하중이 감소되기 때문에 콘크리트강도를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한 소재기술의 발달로 상기 중앙보강재(100)의 강도는 일반 콘크리트보다 30배 이상 가능하여 단면적의 효율이 매우 높아 소량으로도 하중부담에 효과적인 것을 특징으로 한다.
상기 중앙보강재(100)는 기성의 철근이나 부착력이 개선된 강관철근이 바람직하나, 연성이면서 고강도의 선재이면 재질이나 단면 형태와 관계 없이 사용할 수 있다.
상기 연결구(400)는 상기 중앙보강재(100)가 수직하중에 의한 압축력만 작용하기 때문에 서로 맞대어 연결(metal touch joint)되어 압축하중이 전달되도록 하는 것으로, 상기 중앙보강재(100)가 내부에 삽입되는 관형태로, 소재는 강재가 바람직하며 기성의 철근커플러(coupler)도 사용할 수 있으나, 상기 연결구(400) 본체에는 많은 하중이 작용하지 않기 때문에 플라스틱도 가능하다.
도 6은 본 발명의 중앙 보강형 내력벽 구조의 시공과정을 순서대로 도시한 것이다.
본 발명의 중앙 보강형 내력벽 구조의 시공과정은 도시된 바와 같이,
(1) 상기 수직철근(R1)과 수평철근(R2)이 배근된 상태에서,
(2) 상기 중앙보강재(100)가 설치되는 위치에서 상기 수평철근(R2)에 상기 고정구(300) 양단의 철근결속부(310)의 철근결속고리(311)를 거치하고,
(3) 상기 중앙보강재결속부(340)에 상기 중앙보강재(100)를 고정하고,
(4) 벽거푸집을 설치 후에 콘크리트(C)를 타설하고 양생한다.
이때 상기 고정구(300)에 상기 수평철근(R2)과 상기 중앙보강재(100)를 결속선이나 케이블타이로 보완하여 결속하는 것이 바람직하다.
도 8은 도 7의 기준에 본 발명의 중앙 보강형 내력벽 구조를 적용한 결과를 도시한 것이다.
도 8에서 중앙보강재의 실시예는 외경 31.8㎜의 강관철근(D35)으로 항복강도가 800N/㎟, 단면적 486.1㎟이다.
도 7에서는 콘크리트 강도를 Fck =24 부터 Fck =40 까지 5종류를 사용하는 것에 반하여,
도 8의 본 발명의 경우에는 콘크리트 강도는 Fck =24와 Fck =30 2종류로 품질관리를 쉽게 할 수 있고, 콘크리트 강도를 많이 낮출 수 있어 경제적이며, 내력벽 단면에 대하여 설치간격(@이후 수치) 200㎜가 1.2%, 400㎜가 0.6%, 800㎜가 0.3%로 단면효과가 매우 우수하여 경제적이다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.
따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
C: 콘크리트
R1: 수직철근
R2: 수평철근
BW: 내력벽
100: 중앙보강재
200: 받침
210: 지판
220: 삽입돌기
300: 고정구
310: 철근결속재
311: 철근결속고리
312: 랙(rack)
320: 본체
322: 회전축구멍
330: 중심보정구
331: 피니언(pinion)
332: 회전축
340: 중앙보강재결속구
400: 연결구

Claims (3)

  1. 수직으로 배근되는 다수개의 수직철근(R1)과 수평으로 배근되는 다수개의 수평철근(R2)으로 구성되어 수직으로 상호간에 이격되어 설치되는 2개의 벽체철근망; 상기 2개의 벽체철근망 사이에 수직으로 설치되는 중앙보강재(100); 및, 상기 벽체철근망 및 상기 중앙보강재(100)를 내부에 두고 타설되어 양생되는 콘크리트(C);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
    상기 2개의 벽체철근망 각각을 구성하는 수평철근(R2) 상호간에는 고정구(300)가 설치되는 것을 특징으로 하며,
    상기 고정구(300)는,
    본체(320);
    상기 수평철근(R2)에 걸리는 형상인 철근결속고리(311)가 끝단에 형성되고 상기 본체(320) 상부 좌측과 하부 우측으로 돌출되어 움직일 수 있는 2개의 철근결속재(310);
    상기 본체(320) 정면에 회전축(332)을 가지고 설치되면서 상기 중앙보강재(100)를 고정하는 중앙보강재결속구(340);를 포함하여 구성되되,
    상기 회전축(332)은 상기 본체(320)의 회전축구멍(322)으로 삽입되어 외주면에 톱니가 형성된 피니언(331)에 결합되고,
    상기 철근결속재(310)에서 상기 본체(320) 내부로 삽입되는 부분은 톱니형상의 랙(312)이 형성되어,
    상기 피니언(331)과 상기 랙(312)이 결합하므로,
    상기 중앙보강재결속구(340)의 회전으로 상기 철근결속재(310)의 좌우 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 중앙 보강형 내력벽 구조.
  2. 제1항에서,
    상기 중앙보강재(100)는 다수개의 유닛으로 구성되어,
    상기 다수개의 유닛 상호간이 연결구(400)로 결합되어 연장되는 것을 특징으로 하는 중앙 보강형 내력벽 구조.
  3. 삭제
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