KR102504986B1 - 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법 - Google Patents

프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 시공하고 이에 철골보를 연결하여 철근콘크리트 구조물을 시공하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법에 관한 것으로서, (A) 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 시공하는 단계; (B) 끝단면에 일체로 결합시킨 체결조립판을 갖는 철골보를 상기 시공된 프리캐스트 철근콘크리트 기둥의 외면에 위치 및 체결조립판을 접촉시킨 상태에서 볼트 체결을 통해 상호간을 접합하여 연결하는 단계;를 포함하며, 상기 (A)단계에서는, (1) 바닥기초부를 시공하는 단계; (2) 바닥기초부의 상부에 점탄성 댐퍼 설치용 홈부를 형성하는 단계; (3) 바닥기초부의 상부에 형성시킨 홈부 내에 위치되게 설치되고 상기 바닥기초부 내에서 진동 전달을 제한하는 용도로 사용하기 위한 점탄성 댐퍼를 설치하는 단계; (4) 바닥기초부에 설치된 점탄성 댐퍼의 상면에 위치시켜 탄소 몰탈을 포함한 프리캐스트 거푸집을 직립 설치하는 단계; (5) 프리캐스트 거푸집의 내부 중심부에 위치되게 복수가 간격 배치상태로 직립된 주철근과 이를 감싸도록 배근된 복수의 띠철근에 의한 철근결합체를 설치하는 단계; (6) 프리캐스트 거푸집의 내벽부에 3차원 다공질 구조체를 밀착 배치하는 단계; (7) 프리캐스트 거푸집의 내부로 충진되어 채워지는 콘크리트 구조체로서, 철근결합체와 3차원 다공질 구조체에 결합되어 배치상태를 유지 및 지지하도록 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계; (8) 바닥기초부와 점탄성 댐퍼 사이 홈부에 수밀 탄성재를 메우는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법{CONSTRUCTION METHOD OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURE USING PRECAST REINFORCED CONCRETE COLUMN}
본 발명은 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 충격 및 지진에 대비한 내진 설계구조를 갖는 철근콘크리트 기둥을 구축 및 이를 이용하여 내구성 있는 철근콘크리트 구조물을 시공할 수 있도록 하며 시공시간 및 공사기간을 절감할 수 있도록 한 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법에 관한 것이다.
국내에서는 건축물의 내진 안전성에 대한 관심이 높아지고 있다. 일반적으로, 건축물의 내진보강에 사용되는 방법에는 철골브레이스에 의한 내진보강공법, 제진보강공법 및 RC 전단벽의 신설 또는 증설공법이 있다.
건축 구조물이 초고층화, 대형화 및 장지간화 되면서 콘크리트 구조재료에 대한 요구 성능이 높아지고 있으며, 특히 콘크리트의 고강도 및 고성능화가 대두되고 있다.
또한 최근에 일본 북동부 지역에서 발생한 지진으로 인한 피해가 발생하였고, 국내에서도 최근 지진이 감지되고 있어, 더 이상 지진에 대해 안전지대만은 아니다. 이에 따라 국내에서도 지진에 대한 관심이 높아지고 있고 내진방안에 대해 여러 가지 방법들이 논의되고 있다. 구조재료로서 가장 많이 사용되고 있는 콘크리트의 경우 재료 자체의 수축과 취성, 폭열 문제 등 해결해야 할 문제점을 가지고 있으며, 압축강도에 비해 인장강도가 작으므로 균열 발생으로 인해 취성 파괴되는 결점을 가지고 있다.
한편, 기둥은 건축물의 주요 구조부재로서 일반 구조 설계뿐만 아니라 내진 및 내풍 설계를 반영할 경우 구조물 전체의 안전 측면에서 높은 내력 및 내진성능이 요구된다. 하지만 철근콘크리트 기둥에 지진하중과 같은 횡 하중에 의한 외력이 가해지면, 기둥의 상단과 하단의 단부에서 휨 균열, 철근이 항복 및 좌굴에 의해 콘크리트에 파괴가 집중되고, 소성힌지가 발생함으로써 단부 국부 휨 파괴에 도달하여 급격히 내력을 상실하게 된다.
일반 철근 콘크리트 골조건축물에서 횡하중으로 인해 기둥의 하단에 집중되는 휨모멘트에 의한 단부 국부 휨파괴를 극복할 수 없다. 이러한 문제점의 해결방안으로 내력 및 내진성능 개선을 위해 상대적으로 철근량을 늘려서 충분한 내진보강을 해주거나, 강관충진 및 강-콘크리트 합성 단면의 기둥을 사용함으로서 내진보강을 할 수 있다.
하지만 최근 높은 가격대를 형성하고 있는 철근 및 강재 사용량의 증가로 인해 경제적 측면에서 불리하다는 단점이 있다. 또한 다른 내진보강 방법들로 몰탈 뿜칠 및 프리스트레스 강선을 이용한 보강방안과 콘크리트의 취약점을 개선하기 위해 첨단 섬유를 콘크리트에 적용하는 방법이 사용되고 있다.
현재 탄소섬유, 유리섬유, PVA 및 PP 등의 합성섬유와 그 밖의 여러 종류의 섬유를 이용한 내진보강 설계가 이루어지고 있으며, 상대적으로 높은 가격대를 형성하고 있는 강재나 철근의 사용량을 최소로 하고, 콘크리트 기둥의 고성능화를 위하여 첨단 섬유재료를 사용한 콘크리트 기술을 적용하여 경제적이면서 기둥 및 교각의 주요 부위에 실용화가 가능하고 구조적인 거동 및 성능의 개선이 가능한 내진구조요소기술의 개발이 요구되는 실정에 있다.
또한, 최근에는 건축 구조물이 초고층화, 대형화되고 있어 이에 따른 기둥의 안전 설계 및 이를 기반으로 하는 철근콘크리트 구조물의 안전 설계 및 시공이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2213216호 대한민국 등록특허공보 제10-2480861호
본 발명은 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용하여 내구성이 있으면서 지진에 강한 내진설계를 갖는 철근콘크리트 구조물을 간단하게 시공할 수 있도록 하며, 시공시간 및 공사기간을 절감할 수 있도록 한 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 고인성 섬유복합체를 사용한 프리캐스트 거푸집을 미리 제작하고, 고인성 섬유복합체로 구성되는 프리캐스트 거푸집을 횡하중에 의해 휨모멘트가 집중되는 기둥의 단부 소성힌지 부분에 적용하며, 프리캐스트 거푸집의 상부에 일반 콘크리트를 후타설하여 이음 시공함으로 프리캐스트 거푸집와 일반콘크리트를 일체화시킨 건물 기초 기둥을 제공함으로써 지진력 발생시 안정적으로 내력을 부담하면서 지진에너지를 흡수하여 수평 및 수직 거동에 충분히 저항하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 구축하고, 이를 이용하여 내진에 강하고 내구성이 있는 철근콘크리트 구조물을 시공하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법은, 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 시공하고 이에 철골보를 연결하여 철근콘크리트 구조물을 시공하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법에 있어서, (A) 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 시공하는 단계; (B) 끝단면에 일체로 결합시킨 체결조립판을 갖는 철골보를 상기 시공된 프리캐스트 철근콘크리트 기둥의 외면에 위치 및 체결조립판을 접촉시킨 상태에서 볼트 체결을 통해 상호간을 접합하여 연결하는 단계;를 포함하며, 상기 (A)단계에서는, (1) 바닥기초부를 시공하는 단계; (2) 바닥기초부의 상부에 점탄성 댐퍼 설치용 홈부를 형성하는 단계; (3) 바닥기초부의 상부에 형성시킨 홈부 내에 위치되게 설치되고 상기 바닥기초부 내에서 진동 전달을 제한하는 용도로 사용하기 위한 점탄성 댐퍼를 설치하는 단계; (4) 바닥기초부에 설치된 점탄성 댐퍼의 상면에 위치시켜 탄소 몰탈을 포함한 프리캐스트 거푸집을 직립 설치하는 단계; (5) 프리캐스트 거푸집의 내부 중심부에 위치되게 복수가 간격 배치상태로 직립된 주철근과 이를 감싸도록 배근된 복수의 띠철근에 의한 철근결합체를 설치하는 단계; (6) 프리캐스트 거푸집의 내벽부에 3차원 다공질 구조체를 밀착 배치하는 단계; (7) 프리캐스트 거푸집의 내부로 충진되어 채워지는 콘크리트 구조체로서, 철근결합체와 3차원 다공질 구조체에 결합되어 배치상태를 유지 및 지지하도록 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계; (8) 바닥기초부와 점탄성 댐퍼 사이 홈부에 수밀 탄성재를 메우는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프리캐스트 거푸집에는 내부에 아라미드 복합 보강재를 수용시켜 배치 고정하는 구조를 갖게 함으로써 직립 설치된 프리캐스트 거푸집의 내구성을 보강하도록 제작한 것일 수 있다.
상기 아라미드 복합 보강재는, 상기 프리캐스트 거푸집의 보강 심재로서, 상기 프리캐스트 거푸집의 중간부에 직립 배치되는 심재 홀더; 상기 심재 홀더 상에 고정되며, 상기 프리캐스트 거푸집의 내벽부에 상하 방향을 따른 사다리 또는 X 형상으로 배치되는 아라미드 보강 띠; 및 상기 아라미드 보강 띠의 일면 상에 중첩되어 배치되는 아라미드와 탄소섬유 메쉬 중 어느 하나를 포함하는 보강 메쉬; 로 이루어지되, 제1 클램프로 상기 심재 홀더 상에 배치시킨 상태에서 아라미드 보강 띠를 고정시키고, 제2 클램프로 상기 보강 메쉬를 심재 홀더 상에 고정시키되 아라미드 보강 띠에서 이격시켜 고정시키며, 상기 제1 클램프와 제2 클램프는 각각 상기 심재 홀더 상에 결합되는 스터드 볼트와 이에 체결 잠금되는 너트인 것일 수 있다.
상기 점탄성 댐퍼는, 복수의 강판; 상기 복수의 강판 사이에 마련되는 고감쇠 고무; 상기 고감쇠 고무에 수용되어 배치되는 카고메 구조체; 상기 복수의 강판 중 상층 강판 둘레에 마련되고, 물 빠짐을 위한 투수 홀과 상기 바닥기초부 상에서 체결을 위한 결합홀로 사용되도록 복수의 장공이 형성된 장공부;를 포함하며, 상기 복수의 강판 중 하층 강판의 둘레에는 상기 바닥기초부에 체결을 위한 체결홀이 마련되는 것일 수 있다.
상기 3차원 다공질 구조체와 상기 카고메 구조체는, 나선형으로 꼬인 복수의 금속선을 상호 접합시켜 만든 금속 카고메 구조로 마련되는 것일 수 있다.
상기 탄소 몰탈은, 실리카흄, 탄소나노튜브나 그래핀 또는 탄소나노튜브 및 그래핀을 혼입한 시멘트 모르타르층으로서, 시멘트와 모래를 1: 1~3의 중량비로 혼합하며, 물은 시멘트 중량을 기준으로 44~66중량%, 실리카흄은 시멘트 중량 기준 10~20 중량%, 탄소나노튜브나 그래핀 또는 탄소나노튜브 및 그래핀은 시멘트 중량 기준 0.1~1.0 중량%, 초유동화제는 시멘트 중량 기준 0.005~0.01 중량%로 혼입한 조성일 수 있다.
상기 (B)단계에서는, 상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥과 접촉되는 철골보의 체결조립판 사이에 방진고무패드를 개재하며, 볼트에 대해 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 관통하는 길이의 장볼트로 구비함으로써 프리캐스트 철근콘크리트 기둥의 양측면에 상대 배치되는 한 쌍의 철골보를 동시에 연결 접합하도록 시공하는 것일 수 있다.
상기 (A)단계에서는, 상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥은 기둥 간에 연결 시공이 가능하되, 상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 간에는 상호 대응하는 단부에 체결공을 갖는 연결플랜지부를 일체로 구비하고, 볼트와 너트 체결로 상호간을 접합하여 연결하며, 상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 상호간의 연결 접합부분에 방진고무패드를 개재하는 것일 수 있다.
본 발명은, (C) 상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥과 동일한 면상에서 접합 연결되는 철골보 간에 철골부재의 사선 배치에 의한 용접 결합 또는 체결 조립을 통해 보강지지체를 고정 설치하는 단계;를 더 포함하며, 상기 보강지지체는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥의 면에 밀착 배치되는 결합공을 갖는 제1 단부결합판과, 철골보의 면에 밀착 배치되는 결합공을 갖는 제2 단부결합판이 양측단면에 각각 일체 구비되며, 상기 철골보와 보강지지체는 H빔인 것일 수 있다.
상기와 같이 기술된 본 발명은, 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용하여 내구성이 있으면서 지진에 강한 내진설계를 갖는 철근콘크리트 구조물을 간단하게 시공할 수 있으며, 시공의 간소화 및 공사기간을 절감할 수 있는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 고인성 섬유복합체를 사용한 프리캐스트 거푸집을 미리 제작하고, 고인성 섬유복합체로 구성되는 프리캐스트 거푸집을 횡하중에 의해 휨모멘트가 집중되는 기둥의 단부 소성힌지 부분에 적용하며, 프리캐스트 거푸집의 상부에 콘크리트를 후타설하여 이음 시공함으로 프리캐스트 거푸집과 콘크리트를 일체화시킨 철근콘크리트 기둥을 제공 및 이에 철골보를 연결 시공함으로써 지진력 발생시 안정적으로 내력을 부담하면서 지진에너지를 흡수하여 수평 및 수직 거동에 충분히 저항하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 안전 설계를 갖는 철근콘크리트 구조물 시공방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법을 나타낸 전체 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법에 있어 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 시공단계를 나타낸 상세 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법에 의해 시공되는 철근콘크리트 구조물을 나타낸 개략적 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법에 의해 시공되는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 나타낸 단면 구조도이다.
도 5는 도 4의 아라미드 복합 보강재의 상세도이다.
도 6은 도 4의 프리캐스트 거푸집의 내벽면에 적용된 다공질 구조체의 상세도이다.
도 7는 도 4의 점탄성 댐퍼의 고감쇠 고무에 적용되는 카고메 구조의 상세도이다.
도 8은 본 발명에 있어 철골보의 연결 시공에 의한 구조를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명에 있어 기둥 간의 연결 및 보강지지체의 연결 시공에 의한 구조를 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법을 도면을 기초로 설명하며, 시공방법의 주요 구성을 갖는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥에 대한 주요 구성 요소들을 도면을 기초로 설명한다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법을 설명하기 위해 나타낸 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법은, 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 시공단계(S10)와 철골보 접합 연결단계(S20), 및 보강지지체 설치단계(S30)의 공정 순서로 시공할 수 있다.
상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 시공단계(S10)는 프리캐스트 거푸집을 제작한 후 이에 철근 내재 및 콘크리트 타설을 통해 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 완성 및 시공하는 단계이다.
상기 철골보 접합 연결단계(S20)는 끝단면에 일체로 결합시킨 체결조립판을 갖는 철골보를 상기 시공된 프리캐스트 철근콘크리트 기둥의 외면에 위치 및 체결조립판을 접촉시킨 상태에서 볼트 체결을 통해 상호간을 접합하여 연결하는 단계이다.
상기 보강지지체 설치단계(S30)는 상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥과 동일한 면상에서 접합 연결되는 철골보 간에 철골부재의 사선 배치에 의한 용접 결합 또는 체결 조립을 통해 보강지지체를 고정 설치하는 단계이다.
이하, 상술한 각 공정 단계에 대해 상세히 설명한다.
상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 시공단계(S10)는 도 2 및 도 4를 참조하면, 기둥 설치작업을 위한 바닥기초부(110)를 시공하는 단계(S11), 바닥기초부(110)의 상부에 점탄성 댐퍼 설치용 홈부를 형성하는 단계(S12), 바닥기초부(110)의 상부에 형성시킨 홈부 내에 위치되게 설치되고 상기 바닥기초부 내에서 진동 전달을 제한하는 용도로 사용하기 위한 점탄성 댐퍼(140)를 설치하는 단계(S13), 바닥기초부(110)에 설치된 점탄성 댐퍼(140)의 상면에 위치시켜 탄소 몰탈을 포함한 프리캐스트 거푸집(120)을 직립 설치하는 단계(S14), 직립 설치된 프리캐스트 거푸집(120)의 내부 중심부에 위치되게 복수가 간격 배치상태로 직립된 주철근(150)과 이를 감싸도록 배근된 복수의 띠철근(160)에 의한 철근결합체를 설치하는 단계(S15), 프리캐스트 거푸집(120)의 내벽부에 3차원 다공질 구조체(138)를 밀착 배치하는 단계(S16), 프리캐스트 거푸집(120)의 내부로 충진되어 채워지는 콘크리트 구조체로서 철근결합체와 3차원 다공질 구조체(138)에 결합되어 배치상태를 유지 및 지지하도록 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계(S17), 바닥기초부(110)와 점탄성 댐퍼(140) 사이 홈부에 수밀 탄성재(180)를 메우는 단계(S18)로 세분할 수 있으며, 이와 같은 공정을 순차 수행하여 프리캐스트 철근콘크리트 기둥(100)을 바닥기초부(110) 상에 시공할 수 있다.
이때, 상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 시공단계(S10)에서는 상기 S11단계 내지 S18단계에 따른 바람직한 실시예를 설명한 것으로서, 이에 국한되지 않는다 할 것이며, 공정 수행에 따른 단계의 수정이나 변경 또는 치환이 이루어질 수 있다 할 것이다.
이와 같이 상술한 공정 단계를 통해 시공되는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥(100)에 대해 도 4 내지 도 7을 참조하여 구성요소 및 구조를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상술한 공정 단계를 통해 시공된 프리캐스트 철근콘크리트 기둥(100)은 도 4 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 바닥기초부(110), 탄소 몰탈을 포함한 프리캐스트 거푸집(120), 프리캐스트 거푸집(120)을 보강하도록 프리캐스트 거푸집(120)의 내부에 수용되어 배치 고정되는 복수의 아라미드 복합 보강재(130), 프리캐스트 거푸집(120)의 하단부에 배치되며 콘크리트 타설을 위한 투수용 홀들이 마련되며 바닥기초부(110)에서 진동 전달을 제한시키는 점탄성 댐퍼(140), 거푸집의 내벽부에 일부 노출되도록 배치되는 3차원 다공질 구조체(138), 프리캐스트 거푸집(120)의 내부에서 건축물의 바닥기초부(110) 상에 직립 설치되는 주철근(150), 주철근(150)을 감싸도록 배근되는 복수의 띠철근(160), 및 바닥기초부(110) 상에서 프리캐스트 거푸집(120)을 채우며 3차원 다공질 구조체(138)에 결합되는 타설 콘크리트(170)를 포함한다.
바닥기초부(110)는 기둥을 세우기 위해 지반의 터파기 작업 후에 구조물의 면적에 대응하는 주요 영역에서 구조물의 하중을 견디도록 설치되는 것으로서, 충분히 깊숙하게 지반에 지지되어 기둥에 대해 견고한 지지력을 제공한다.
이러한 바닥기초부(110) 상에는 홈부의 구조 형성을 통해 상부에 점탄성 댐퍼(140)가 배치되고, 콘크리트 타설에 의해 기둥을 만들기 위한 프리캐스트 거푸집(120)이 설치되며, 프리캐스트 거푸집(120)의 설치 후에는 프리캐스트 거푸집(120)의 내부에 콘크리트가 타설되며, 타설 콘크리트(170)의 양생 후에는 바닥기초부(110)와 점탄성 댐퍼(140) 사이를 우레탄과 같은 수밀 탄성재(180)로 메우는 작업이 진행된다.
프리캐스트 거푸집(120)은 사각 중공 단면의 구조가 철골보의 연결에 사용하기 유용하는 등 바람직하다. 이러한 프리캐스트 거푸집(120)은 지진시에 흡진 성능을 높이면서 보강 성능을 높이기 위해서 탄소 몰탈인 그래핀(121)이 포함된 몰탈을 사용하여 건축물 기둥의 콘크리트 타설용 틀로 제작한다. 이러한 그래핀(121)이 포함된 탄소 몰탈은 탄소 성분의 흑연으로 만든 그래핀 분말을 시멘트(122)에 혼합한 것으로서, 프리캐스트 거푸집(120)의 제작을 위한 틀에 넣어 양생한다.
이때, 탄소 몰탈은 실리카흄, 탄소나노튜브 또는 그래핀(121), 또는 탄소나노튜브 및 그래핀(121)을 혼입한 시멘트(122) 모르타르층으로서, 시멘트(122)와 모래를 1: 1~3의 중량비로 혼합하며, 물은 시멘트(122) 중량을 기준으로 44~66중량%, 실리카흄은 시멘트(122) 중량 기준 10~20 중량%, 탄소나노튜브 또는 그래핀(121), 또는 탄소나노튜브 및 그래핀(121)은 시멘트(122) 중량 기준 0.1~1.0 중량%, 초유동화제는 시멘트(122) 중량 기준 0.005~0.01 중량%로 혼입하여 만들어질 수 있다. 이러한 탄소 몰탈에는 소성된 굴패각의 건식 소석회가 더 포함될 수 있다.
아라미드 복합 보강재(130)는 프리캐스트 거푸집(120)의 보강에 사용되는 보강 심재로서, 프리캐스트 거푸집(120)의 중간부에 직립 배치되는 심재 홀더(131), 심재 홀더(131) 상에 고정되며 프리캐스트 거푸집(120)의 내벽부에 상하 방향을 따른 사다리 또는 X 형상으로 배치되는 아라미드 보강 띠(132), 및 아라미드 보강 띠(132)의 일면 상에 중첩되어 배치되는 아라미드와 탄소섬유 메쉬 중 어느 하나 이상을 포함하는 보강 메쉬(133)를 포함할 수 있다.
심재 홀더(131)는 철판 또는 강선으로 마련된다. 이러한 심재 홀더(131)의 양측에서 아라미드 보강 띠(132)와 보강 메쉬(133)는 프리캐스트 거푸집(120)의 내부에 섬유 보강 구조를 형성한다. 이때, 아라미드 보강 띠(132)와 보강 메쉬(133)는 심재 홀더(131)를 사이에 두고 겹쳐진 상태에서 심재 홀더(131)에 결합될 수 있다. 이처럼 아라미드 복합 보강재(130)는 프리캐스트를 위한 틀에 미리 배치되어 탄소 몰탈의 타설 및 양생과 함께 프리캐스트 거푸집(120)의 내벽부에 수용된다.
본 실시예에는, 심재 홀더(131) 상에 배치되고 아라미드 보강 띠(132)를 고정시키는 제1 클램프(134), 및 보강 메쉬(133)를 심재 홀더(131) 상에서 아라미드 보강 띠(132)에서 이격시켜 고정시키는 제2 클램프(135)가 더 포함된다. 제1 클램프(134)와 제2 클램프(135)는 심재 홀더(131)에 결합되는 스터드 볼트(136)와 복수의 너트(137)로 마련될 수 있다. 심재 홀더(131)와 복수의 너트(137) 사이에는 아라미드 보강 띠(132)와 보강 메쉬(133)를 충분히 이격시키기 위한 이격부재로서, 원판 형상의 스페이서가 배치될 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 아라미드 보강 띠(132)는 심재 홀더(131) 상에 제1 클램프(134)로 고정되며, 보강 메쉬(133)는 제2 클램프(135)로 고정된다. 이러한 제1 클램프(134)와 제2 클램프(135)는 상하로 이격된 복수의 너트(137)를 사용한 고정 구조를 제공한다.
상기 프리캐스트 거푸집(120)의 내벽부에 배치된 3차원 다공질 구조체(138) 또는 후술되는 점탄성 댐퍼(140)에 있어 카고메 구조체(148)는, 나선형으로 꼬인 복수의 금속선(139)을 상호 접합시켜 만든 금속 카고메 구조로 마련될 수 있다.
3차원 다공질 구조체(138)와 카고메 구조체(148)는 동일하거나 상호 다른 입체적 트러스 구조로 제공될 수 있고, 가해지는 진동을 탄력적으로 흡수하며 여러 방향으로 충분히 대응할 수 있는 구조를 제공한다.
더욱이, 프리캐스트 거푸집(120)의 3차원 다공질 구조체(138)는 프리캐스트 거푸집(120)의 시멘트(121)에 일측 단부가 매설되게 고정함이 바람직하며, 타설되는 콘크리트에 타측 단부가 매설 수용됨으로써 프리캐스트 거푸집(120)과 타설 콘크리트(170)를 충분히 결합시키는 기능을 하도록 하며, 이는 완성된 프리캐스트 철근콘크리트 기둥(100)의 내부 측으로 진동이 전달되는 현상을 감쇠시킨다.
프리캐스트 거푸집(120)은 기둥의 외벽부를 형성하게 되며, 기둥의 외벽부에는 수직과 수평 진동에 따른 변형력이 가장 강하게 작용하게 된다. 이때, 프리캐스트 거푸집(120)은 그래핀(121), 아라미드 복합 보강재(130), 및 다공질 구조체(138)가 적용됨으로써 지진력을 흡수 및 방진 기능하여 기둥(100)에 작용하는 진동에 견딜 수 있는 충분한 내력을 제공할 수 있다.
점탄성 댐퍼(140)는 프리캐스트 거푸집(120)의 설치 전에, 바닥기초부(110) 상에 기초 볼트로 볼팅 체결되거나 프리캐스트 거푸집(120)의 저면부에 미리 복수의 스터드 또는 전산 볼트로 설치될 수 있는 것으로서, 복수의 강판(141), 복수의 강판(141) 사이에 마련되는 고감쇠 고무(190), 및 고감쇠 고무(190)에 수용되어 배치되는 카고메 구조체(148)를 포함할 수 있다.
이때, 복수의 강판(141) 중 상층 강판(142) 둘레에는 장공부(143)가 마련된다. 장공부(143)는 물 빠짐을 위한 투수 홀과 바닥기초부(110) 상에서 체결을 위한 결합 홀로 사용되도록 형성된 장공(144)을 제공한다. 장공(144)은 상층 강판(142)의 저면 외측으로 배수를 위한 경사면(145)이 마련될 수 있다.
또한, 복수의 강판(141) 중 하층 강판(147)의 둘레에는 바닥기초부(110)에 체결을 위한 체결 홀(146)이 마련될 수 있다.
이러한 점탄성 댐퍼(140)는 바닥기초부(110) 상에서 프리캐스트 거푸집(120)이 타설 콘크리트(170)와 일체로 양생되어 형성된 기둥(100)을 지지하는 기능을 하며, 바닥기초부(110) 상에서 기둥(100) 측으로 전달되는 진동을 흡진 및 방진하여 기둥을 보호하게 된다.
또한, 상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 시공단계(S10)에서는 베이스 기둥을 시공한 이후에 베이스 기둥 위에 기둥을 추가 연결하여 다층을 가능하게 하는 등 기둥과 기둥 간에 연결 시공을 수행할 수 있다.
이때, 베이스 기둥은 상술한 바닥기초부 상에 시공되는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥으로 정의할 수 있고, 추가 연결되는 기둥은 상술한 설명에서 바닥기초부와 점탄성 댐퍼가 제외된 구조를 갖는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥일 수 있다.
이와 같이, 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 간에는 도 9를 참조하면, 상호 대응하는 단부에 체결공을 갖는 연결플랜지부(101)를 일체로 구비하고, 볼트(102)와 너트(103) 체결로 상호간을 접합하여 연결한다.
그리고, 상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 상호간의 연결 접합부분, 즉 상하 밀착 배치되는 연결플랜지부(101)에는 방진고무패드를 개재할 수 있다.
상기 철골보 접합 연결단계(S20)는 도 8을 참조하면, 끝단면에 일체로 결합시킨 체결공이 형성된 체결조립판(210)을 갖는 철골보(200)를 상기 시공된 프리캐스트 철근콘크리트 기둥(100)의 외면에 위치 및 체결조립판(210)을 접촉시킨 상태에서 볼트(220)와 너트(230) 체결을 통해 상호간을 접합하여 연결한다.
이때, 볼트에 대해 프리캐스트 철근콘크리트 기둥(100)을 관통하는 길이의 장볼트(101)로 구비함으로써 프리캐스트 철근콘크리트 기둥(100)의 양측면에 상대 배치되는 한 쌍의 철골보(200)를 동시에 연결 접합하는 시공을 갖게 하여 시공시간을 단축할 수 있다.
상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥(100)과 이에 접촉되는 철골보(200)의 체결조립판(210) 사이에 방진고무패드(240)를 개재할 수 있다.
상기 보강지지체 설치단계(S30)는 도 9를 참조하면, 프리캐스트 철근콘크리트 기둥(100)과 동일한 면상에서 접합 연결되는 철골보(200) 간에 철골부재의 사선 배치에 의한 용접 결합 또는 체결 조립을 통해 보강지지체(300)를 고정 설치한다.
보강지지체(300)는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥(100)의 면에 밀착 배치되는 결합공을 갖는 제1 단부결합판(310)과, 철골보(200)의 면에 밀착 배치되는 결합공을 갖는 제2 단부결합판(320)이 양측단면에 각각 일체 구비된다.
상기 철골보(200)와 보강지지체(300)는 H빔일 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철골보를 포함하는 철근콘크리트 구조물 시공방법은, 고인성 섬유복합체를 사용한 프리캐스트 거푸집(120)을 미리 제작하고, 고인성 섬유복합체로 구성되는 프리캐스트 거푸집(120)을 횡 하중에 의해 휨모멘트가 집중되는 기둥의 단부 소성힌지 부분에 적용하며, 프리캐스트 거푸집의 내부로 콘크리트를 후타설하여 이음 시공함으로써 안전설계를 갖는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 제공할 수 있으며, 특히 지진력 발생시 안정적으로 내력을 부담하면서 지진에너지를 흡수하여 수평 및 수직 거동에 충분히 저항하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 제공할 수 있고 이에 철골보를 연결하는 시공을 통해 안전설계를 갖는 철근콘크리트 구조물을 제공할 수 있으며, 기존에 비해 시공작업을 간소화할 수 있음은 물론 공사기간을 단축시킬 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 이를 기초로 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 본질적인 기술 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다 할 것이다.
100: 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 110: 바닥기초부
120: 프리캐스트 거푸집 121: 그래핀
122: 시멘트 130: 아라미드 복합 보강재
131: 심재 홀더 132: 아라미드 보강 띠
133: 보강 메쉬 134: 제1 클램프
135: 제2 클램프 136: 스터드 볼트
137: 너트 138: 다공질 구조체
140: 점탄성 댐퍼 141: 강판
142: 상층 강판 143: 장공부
144: 장공 145: 경사면
146: 체결 홀 147: 하층 강판
148: 카고메 구조체 150: 주철근
160: 띠철근 170: 타설 콘크리트
180: 수밀 탄성재 200: 철골보
300: 보강지지체

Claims (9)

  1. 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 시공하고 이에 철골보를 연결하여 철근콘크리트 구조물을 시공하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법에 있어서,
    (A) 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 시공하는 단계;
    (B) 끝단면에 일체로 결합시킨 체결조립판을 갖는 철골보를 상기 시공된 프리캐스트 철근콘크리트 기둥의 외면에 위치 및 체결조립판을 접촉시킨 상태에서 볼트 체결을 통해 상호간을 접합하여 연결하는 단계; 를 포함하며,
    상기 (A)단계에서는,
    (1) 바닥기초부를 시공하는 단계;
    (2) 바닥기초부의 상부에 점탄성 댐퍼 설치용 홈부를 형성하는 단계;
    (3) 바닥기초부의 상부에 형성시킨 홈부 내에 위치되게 설치되고 상기 바닥기초부 내에서 진동 전달을 제한하는 용도로 사용하기 위한 점탄성 댐퍼를 설치하는 단계;
    (4) 바닥기초부에 설치된 점탄성 댐퍼의 상면에 위치시켜 탄소 몰탈을 포함한 프리캐스트 거푸집을 직립 설치하는 단계;
    (5) 프리캐스트 거푸집의 내부 중심부에 위치되게 복수가 간격 배치상태로 직립된 주철근과 이를 감싸도록 배근된 복수의 띠철근에 의한 철근결합체를 설치하는 단계;
    (6) 프리캐스트 거푸집의 내벽부에 3차원 다공질 구조체를 밀착 배치하는 단계;
    (7) 프리캐스트 거푸집의 내부로 충진되어 채워지는 콘크리트 구조체로서, 철근결합체와 3차원 다공질 구조체에 결합되어 배치상태를 유지 및 지지하도록 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계;
    (8) 바닥기초부와 점탄성 댐퍼 사이 홈부에 수밀 탄성재를 메우는 단계; 를 포함하며,
    상기 프리캐스트 거푸집에는 내부에 아라미드 복합 보강재를 수용시켜 배치 고정하는 구조를 갖게 함으로써 직립 설치된 프리캐스트 거푸집의 내구성을 보강하도록 제작하고,
    상기 아라미드 복합 보강재는,
    상기 프리캐스트 거푸집의 보강 심재로서, 상기 프리캐스트 거푸집의 중간부에 직립 배치되는 심재 홀더; 상기 심재 홀더 상에 고정되며, 상기 프리캐스트 거푸집의 내벽부에 상하 방향을 따른 사다리 또는 X 형상으로 배치되는 아라미드 보강 띠; 및 상기 아라미드 보강 띠의 일면 상에 중첩되어 배치되는 아라미드와 탄소섬유 메쉬 중 어느 하나를 포함하는 보강 메쉬; 로 이루어지되,
    제1 클램프로 상기 심재 홀더 상에 배치시킨 상태에서 아라미드 보강 띠를 고정시키고, 제2 클램프로 상기 보강 메쉬를 심재 홀더 상에 고정시키되 아라미드 보강 띠에서 이격시켜 고정시키며, 상기 제1 클램프와 제2 클램프는 각각 상기 심재 홀더 상에 결합되는 스터드 볼트와 이에 체결 잠금되는 너트인 것을 특징으로 하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 점탄성 댐퍼는,
    복수의 강판;
    상기 복수의 강판 사이에 마련되는 고감쇠 고무; 및
    상기 고감쇠 고무에 수용되어 배치되는 카고메 구조체;
    상기 복수의 강판 중 상층 강판 둘레에 마련되고, 물 빠짐을 위한 투수 홀과 상기 바닥기초부 상에서 체결을 위한 결합홀로 사용되도록 복수의 장공이 형성된 장공부; 를 포함하며,
    상기 복수의 강판 중 하층 강판의 둘레에는 상기 바닥기초부에 체결을 위한 체결홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 3차원 다공질 구조체와 상기 카고메 구조체는, 나선형으로 꼬인 복수의 금속선을 상호 접합시켜 만든 금속 카고메 구조로 마련되는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소 몰탈은,
    실리카흄, 탄소나노튜브나 그래핀 또는 탄소나노튜브 및 그래핀을 혼입한 시멘트 모르타르층으로서, 시멘트와 모래를 1: 1~3의 중량비로 혼합하며,
    물은 시멘트 중량을 기준으로 44~66중량%, 실리카흄은 시멘트 중량 기준 10~20 중량%, 탄소나노튜브나 그래핀 또는 탄소나노튜브 및 그래핀은 시멘트 중량 기준 0.1~1.0 중량%, 초유동화제는 시멘트 중량 기준 0.005~0.01 중량%로 혼입한 조성인 것을 특징으로 하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 (B)단계에서는,
    상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥과 접촉되는 철골보의 체결조립판 사이에 방진고무패드를 개재하며,
    볼트에 대해 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 관통하는 길이의 장볼트로 구비함으로써 프리캐스트 철근콘크리트 기둥의 양측면에 상대 배치되는 한 쌍의 철골보를 동시에 연결 접합하도록 시공하는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 (A)단계에서는,
    상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥은 기둥 간에 연결 시공이 가능하되,
    상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 간에는 상호 대응하는 단부에 체결공을 갖는 연결플랜지부를 일체로 구비하고, 볼트와 너트 체결로 상호간을 접합하여 연결하며,
    상기 프리캐스트 철근콘크리트 기둥 상호간의 연결 접합부분에 방진고무패드를 개재하는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 철근콘크리트 기둥을 이용한 철근콘크리트 구조물 시공방법.
  9. 삭제
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