KR102534220B1

KR102534220B1 - 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부 및 복합 기초 시스템

Info

Publication number: KR102534220B1
Application number: KR1020210081534A
Authority: KR
Inventors: 공강주; 류선영
Original assignee: 주식회사 건영엔지니어링
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2023-05-26
Also published as: KR20220170551A

Abstract

본 발명은 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 구조물 하부에 형성되는 콘크리트 푸팅을 지지하여 지반으로 하중을 전달하는 중공형 말뚝의 접합부에 있어서, 말뚝의 두부 상단에는 푸팅의 지지부를 지지하도록 받침구가 구비되고, 상기 지지부의 하부에는 상기 받침구가 안착 구비되도록 하부에 안착홈이 형성된 쉐어 키가 구비되며, 상기 두부와 지지부 사이에는 상기 받침구와 쉐어 키를 관통하도록 PC 강봉이 직립 구비되되, 상기 PC 강봉의 양 단은 각각 두부와 지지부에 고정되는 것을 특징으로 한다.
이로써, 두부와 지지부 사이에 구비되는 받침구와 쉐어 키 그리고 PC 강봉의 유기적 결합관계를 바탕으로 비대칭 하중에 의한 부반력과 수직반력은 물론 회전에 효과적으로 대응할 수 있으므로 외력에 대한 다방향 거동을 구현할 수 있다.

Description

다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부 및 복합 기초 시스템{Joint between Footing and Pile with Multidirectional Movement and Composite Foundation Systems}

본 발명은 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조물 하부의 콘크리트 푸팅을 지지하여 지반으로 하중을 전달하는 중공형 말뚝의 접합부에 있어서 말뚝의 두부에 푸팅의 지지부가 받쳐지도록 쉐어 키의 안착홈에 받침구가 안착되어 회전이 가능하도록 구비되고, PC 강봉이 두부와 지지부 사이에 직립 구비된 상태로 양 단이 부반력 제어가 가능하도록 고정됨으로써 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부에 관한 것이다.

구조물의 기초에 작용하는 하중은 지반의 지지조건에 따라 암반층의 지반에 기초(푸팅, Footing)의 저면이 직접 접하면서 상부하중을 지지하는 형태로 구현될 수 있으며, 이를 직접기초라고 한다. 그러나 지지지반이 연약하고 그 깊이가 깊은 경우에는 기초의 두께가 두꺼워지므로 직접기초는 시공이 불편하고, 안전사고의 위험성이 높으며, 유지관리에도 어려움이 야기되는 등 매우 비경제적인 공법이 될 수밖에 없다.

따라서, 일반적으로는 기초의 두께를 두껍게 설치하지 않고, 기초의 하단부에 말뚝을 항타하여 그 상부에 기초를 설치하게 되며, 이를 말뚝기초라고 한다. 이러한 말뚝기초 공법은 기초에 작용하는 하중을 암반층의 지지지반까지 전달하기 위한 공법으로서, 지지지반의 심도가 깊은 경우에 말뚝이 기초와 지지지반을 상호 연결하는 역할을 수행한다.

상술한 말뚝기초와 관련된 종래기술들은 기초와 말뚝을 강결화하기 위한 구조들이 대부분이었다. 쉽게 말해서, 기초와 말뚝이 서로 잘 결합되어 빠지지 않으면서 단단한 구조를 형성하기 위하여 철근이나 강판 등을 이용하여 상호 긴결하는 방식으로 제안되었다.

이와 관련된 선행기술문헌으로는 대한민국 등록특허 제0378550호의 "강관말뚝 두부보강구조"(2003. 03. 19. 등록, 이하 '선행기술문헌'이라 합니다)가 있다. 상기 선행기술문헌은 도 1에 도시된 바와 같이 말뚝의 두부를 보강하기 위하여 상하로 한 쌍의 원판(1)(2)을 구비하고, 상하 원판(1)(2) 사이를 보강부재(3)와 격자형 보강판(4)으로 보강하고, 상하 원판(1)(2)에 복수의 보강철근(5)이 결합되도록 함으로써 기초와 말뚝의 강결을 구현하고자 하였다.

한편, 이러한 말뚝기초에 있어서 기초에 편심이 작용됨이 없이 이상적으로 수직하중만 작용한다면 말뚝은 항상 수직반력만을 저항하게 되므로 구조적 거동이 단순하지만 실제 기초와 말뚝의 접합부는 바람이나 지진, 시공 중 발생하는 오차, 비대칭 구조에 의한 편심하중 등에 의하여 매우 다양하고 복잡한 거동을 한다.

다시 말해, 실제 접합부에서는 수평하중이나 비대칭 수직하중이 작용하게 되므로, 도 2의 개념도에 도시된 바와 같이 말뚝에는 수평반력 및 부반력 그리고 부반력에 상응하는 추가적인 수직반력이 발생하게 된다. 또한, 비대칭 하중에 의하여 발생되는 모멘트 하중은 기초와 말뚝 사이에 회전을 야기하게 된다.

특히, 상부 구조물이 토목 내지 건축 구조물 중 규모가 큰 구조물인 경우에는 다수의 말뚝이 시공되므로, 각 말뚝의 접합부에는 위치별로 다양하고 복잡한 거동이 발생한다. 따라서, 각 위치에 따라 작용하중과 그에 따른 발생응력에 효율적으로 대응할 수 있는 접합부의 입체적인 설계가 요구된다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 기초와 말뚝 사이의 상호 거동을 고려함으로써 비대칭 하중에 의한 부반력과 수직반력은 물론 힌지 거동에 효과적으로 대응할 수 있으며, 안전하면서도 경제적이고, 무엇보다 현장의 지반 상황에 따라 합리적이고 효율적인 설계가 가능한 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 제안하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부(J)에 의하면, 구조물 하부에 형성되는 콘크리트 푸팅을 지지하여 지반으로 하중을 전달하는 중공형 말뚝의 접합부(J)에 있어서, 말뚝의 두부(10) 상단에는 푸팅의 지지부(20)를 지지하도록 받침구(30)가 구비되고, 상기 지지부(20)의 하부에는 상기 받침구(30)가 안착 구비되도록 하부에 안착홈(41)이 형성된 쉐어 키(40)가 구비되며, 상기 두부(10)와 지지부(20) 사이에는 상기 받침구(30)와 쉐어 키(40)를 관통하도록 PC 강봉(50)이 직립 구비되되, 상기 PC 강봉(50)의 양 단은 각각 두부(10)와 지지부(20)에 고정되며, 상기 받침구(30)는 두부(10)의 내주면에 삽입 고정되는 삽입 몸체부(31)의 상부에 지지부(20)를 지지하는 헤드부(32)가 일체로 형성되고, 상기 헤드부(32)에는 곡면형 롤링면(32a)이 형성되며, 상기 쉐어 키(40)의 안착홈(41)도 롤링면(32a)에 대응되는 형상으로 곡면형 하우징면(41a)이 형성되어 힌지 거동이 이루어지도록 안내되며, 상기 PC 강봉(50)의 양 단은 각각 두부(10)에 고정된 제1 고정구(51)와 지지부(20)에 매립 고정된 제2 고정구(52)에 결합되며, 상기 헤드부(32)의 중심 상단에는 PC 강봉(50)이 관통할 수 있도록 실린더 형상의 가이드핀(33)이 돌출 형성되고, 상기 안착홈(41)에는 가이드핀(33)에 대응되는 위치에 관통공(42)이 형성되어 힌지 거동 과정에서 과도한 변위에 의하여 상호 이탈되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 두부(10)의 내주면에는 주름형 강관(11)이 구비될 수 있다.

그리고 상기 PC 강봉(50)을 중심으로 배치되어 상기 제2 고정구(52)를 하부에서 받침과 동시에 지지부(20)에 배근된 기초 철근(R)에 의하여 지지되도록 보강 철근(60)이 구비될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 기초 시스템에 의하면, 콘크리트 푸팅을 지지하도록 복수의 말뚝(P)이 형성되어 지반으로 하중을 전달하기 위한 것으로 말뚝(P) 상단이 푸팅(F)과 만나는 접합부(J)는, 두부(10) 상단에 강결 연결재(13)가 구비되고, 상기 강결 연결재(13)의 양 단이 각각 두부(10)와 지지부(20)에 매립되는 고정 접합부(FJ); 및 두부(10) 상단에 받침구(30)가 구비되고, 상기 지지부(20)의 하부에는 상기 받침구(30)가 안착 구비되도록 하부에 안착홈(41)이 형성된 쉐어 키(40)가 구비되되, 상기 받침구(30)는 두부(10)의 내주면에 삽입 고정되는 삽입 몸체부(31)의 상부에 지지부(20)를 지지하는 헤드부(32)가 일체로 형성되고, 상기 헤드부(32)에는 곡면형 롤링면(32a)이 형성되며, 상기 쉐어 키(40)의 안착홈(41)도 롤링면(32a)에 대응되는 형상으로 곡면형 하우징면(41a)이 형성되어 힌지 거동이 이루어지도록 안내되며, 상기 헤드부(32)의 중심 상단에는 가이드핀(33)이 돌출 형성되고, 상기 안착홈(41)에는 가이드핀(33)에 대응되는 위치에 관통공(42)이 형성되어 힌지 거동 과정에서 과도한 변위에 의하여 상호 이탈되는 것을 방지하는 힌지 접합부(HJ);를 포함한 접합부의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 두부(10)와 지지부(20) 사이에 양 단이 각각 두부(10)와 지지부(20)에 고정되는 PC 강봉(50)이 직립 구비되는 부반력 접합부(RJ);를 더 포함한 접합부의 조합으로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 기초 시스템에 의하면, 콘크리트 푸팅을 지지하도록 복수의 말뚝(P)이 형성되어 지반으로 하중을 전달하기 위한 것으로 말뚝(P) 상단이 푸팅(F)과 만나는 접합부(J)는, 두부(10) 상단에 강결 연결재(13)가 구비되고, 상기 강결 연결재(13)의 양 단이 각각 두부(10)와 지지부(20)에 매립되는 고정 접합부(FJ); 및 두부(10)와 지지부(20) 사이에 양 단이 각각 두부(10)와 지지부(20)에 고정되는 PC 강봉(50)이 직립 구비되되, 상기 PC 강봉(50)의 양 단은 각각 두부(10)에 고정된 제1 고정구(51)와 지지부(20)에 매립 고정된 제2 고정구(52)에 결합되며, 상기 PC 강봉(50)을 중심으로 배치되어 상기 제2 고정구(52)를 하부에서 받침과 동시에 지지부(20)에 배근된 기초 철근(R)에 의하여 지지되도록 보강 철근(60)이 구비되고, 상기 보강 철근(60)은 스트럿-타이형의 삼각형 구조로 형성되어 PC 강봉(50)의 압축력을 기초 철근(R)으로 분산 전달하는 부반력 접합부(RJ);를 포함한 접합부의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부에 의하면, 두부와 지지부 사이에 구비되는 받침구와 쉐어 키 그리고 PC 강봉의 유기적 결합관계를 바탕으로 비대칭 하중에 의한 부반력과 수직반력은 물론 회전에 효과적으로 대응할 수 있으므로 외력에 대한 다방향 거동을 구현할 수 있다.

또한, 강관, 콘크리트, PHC 말뚝 등 내부가 비어 있는 중공형 말뚝이면 적용이 가능하므로 범용적이며, 설계가 용이한 이점이 있다.

나아가, 상기 두부 홈에는 하부에 안착홈이 형성된 쉐어 키가 형성되고, 상기 두부의 상단에는 받침구가 구비되어 안착홈에 구비됨으로써 시공성이 보다 향상됨은 물론, 안정적인 접합 구조를 형성함으로써 피로 파괴를 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명의 복합 기초 시스템에 의하면 현장의 지반 상황에 따라 위치별로 고정 접합부, 힌지 접합부, 부반력 접합부 및 다방향 접합부를 선택적으로 설계할 수 있다.

이로써, 전면기초를 시공함에 있어서 특성에 맞게 합리적이고 효율적인 설계가 가능한 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 말뚝과 기초의 접합부를 도시한 단면도.
도 2는 말뚝과 기초의 접합부에 발생되는 역학 구조를 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 도시한 단면 사시도.
도 5a는 본 발명의 힌지 거동의 원리를 도시한 개념도.
도 5b는 본 발명의 부반력 제어의 원리를 도시한 개념도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 도시한 단면 사시도.
도 8은 및 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 기초 시스템을 개념적으로 도시한 평면도.
도 11 내지 도 13는 각각 도 10의 A-A', B-B' 및 C-C'의 위치에 따른 복합 기초 시스템을 개념적으로 도시한 단면도.
도 14은 일 실시예에 따른 고정 접합부를 도시한 단면도.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업게에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

본 발명의 푸팅과 말뚝의 접합부(J)는 도 3에 도시된 바와 같이 구조물 하부에 형성되는 콘크리트 푸팅(F)과 지반에 지지되어 하중을 전달하는 중공형 말뚝(P)이 만나는 접합부에 관한 것으로, 바람이나 지진, 시공 중 발생하는 오차, 비대칭 구조에 의한 편심하중 등에 의하여 매우 다양하고 복잡한 거동을 하는 접합부(J)가 외부 하중에 효과적으로 대응할 수 있도록 다방향 거동을 구현한 것이다.

한편, 본 발명의 중공형 말뚝(P)은 일반적인 강관이나, 중공형 콘크리트관, PHC 말뚝 등 내부에 중공부가 형성된 중공형 말뚝이면 적용이 가능하므로 범용적이며, 설계가 용이한 이점이 있다. 또한, 상기 콘크리트 푸팅(F)은 기초 철근(R)으로 보강되는 것으로 말뚝(P)의 두부(10)에 인접하여 거푸집을 설치하고, 거푸집의 상부에 기초 철근(R)을 배근한 후, 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 형성된다.

다만, 도 2에 도시된 바와 같이 푸팅의 상부 구조물에 가해지는 수평하중이나 비대칭 수직하중에 의하여 말뚝의 상단에는 강한 모멘트가 발생하며, 나아가 수평반력과 부반력 그리고 부반력에 상응한 수직반력이 추가적으로 발생한다.

이에 본 발명의 일 실시예에 따른 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 말뚝(P)의 두부(10)에 푸팅(F)의 지지부(20)가 받쳐진 상태로 지지되고, 두부(10)의 상단에는 받침구(30)가 구비되어 푸팅의 지지부(20)의 하부에는 형성된 쉐어 키(40)에 구비된다.

이때, 상기 쉐어 키(40)의 하부에는 안착홈(41)이 형성되어 상기 받침구(30)가 상기 안착홈(41)에 안착 구비됨으로써 도 5a에 도시된 바와 같이 수평하중이나 비대칭 수직하중에 의한 회전이 발생하는 경우에도 상기 받침구(30)와 쉐어 키(40) 사이의 롤링을 바탕으로 효과적인 힌지 거동을 구현할 수 있다.

뿐만 아니라, 도 2에 도시된 바와 같이 부반력이 발생함에 따라 접합부(J)에 일시적으로 지반으로부터 분리되는 방향으로 인장응력이 형성된다. 이때, 도 5b의 개념도에 도시된 바와 같이 본 발명은 PC 강봉(50)이 직립 구비된 상태로, 상기 PC 강봉(50)의 양 단이 각각 두부(10)와 지지부(20)에 고정되어 부반력에 효과적으로 저항할 수 있다. 또한, 상기 PC 강봉(50)은 현장의 설계조건에 따라 다양한 직경으로 제작될 수 있으며, 외주면에는 피복층이 형성되어 부반력에 효과적으로 저항할 수 있도록 제작될 수 있다.

또한, 상기 PC 강봉(50)의 상단과 하단은 각각 지지부(20)에 고정되어야 하므로, 상기 PC 강봉(50)은 필연적으로 상기 받침구(30)와 쉐어 키(40)를 관통하도록 직립 구비된다. 이를 위하여, 상기 받침구(30)와 쉐어 키(40)에는 대응되는 위치에 관통공(34)(42)이 형성되어 상기 PC 강봉(50)이 관통 구비될 수 있다.

이로써, 본 발명의 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부에 의하면, 두부와 지지부 사이에 구비되는 받침구와 쉐어 키 그리고 PC 강봉의 유기적 결합관계를 바탕으로 비대칭 하중에 의한 부반력과 수직반력은 물론 회전에 효과적으로 대응할 수 있으므로 외력에 대한 다방향 거동을 구현할 수 있다.

한편, 상기 쉐어 키(40)의 하부에 형성된 안착홈(41)에 받침구(30)를 구비하는 과정을 바탕으로 시공성을 보다 향상시킬 수 있으며, 상기 안착홈(41)에 받침구(30)가 안착되므로 안정적인 접합 구조를 형성할 수 있다. 상기 받침구(30)는 주물 제작된 주철이나 주강인 것이 바람직하며, 이로써 각종 하중에 의하여 콘크리트에 쉽게 야기될 수 있는 피로 파괴를 방지하고, 내구성을 보다 향상시킬 수 있다.

나아가, 상기 쉐어 키(40)의 하부에 형성되는 안착홈(41)에 의하여 푸트(F)의 하부면이 두부(10)의 상단보다 낮게 형성되어 구조적으로 보다 안정적인 접합부(J)를 제공할 수 있으며, 시공과정에서도 거푸집 구조를 효율적으로 형성할 수 있으므로 시공성이 향상되는 이점이 발휘된다.

또한, 상기 받침구(30)는 실시형태에 따라서 두부(10)의 내주면에 삽입 고정되는 삽입 몸체부(31)의 상부에 지지부(20)를 지지하는 헤드부(32)가 일체로 형성되어 두부(10)와 견고한 결합력을 확보하고, 동시에 상기 두부(10)의 상부로 돌출된 헤드부(32)가 지지부(20)를 지지하도록 함으로써 구조적 안정성과 내구성을 기대할 수 있다.

이때, 상기 삽입 몸체부(31)는 상기 두부(10)의 내주면에 안정적으로 삽입 고정될 수 있도록 후술할 링 플레이트(12)를 관통하는 체결구(12a)를 매개로 체결 고정될 수 있다.

특히, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 받침구(30)의 헤드부(32)에는 곡면형 롤링면(32a)이 형성되어 지지부(20)로 지지되는 푸팅(F)이 수평하중이나 모멘트 하중에 의하여 보다 효과적으로 회전될 수 있도록 함으로써 이상적인 힌지 거동을 구현할 수 있다.

또한, 상기 지지부(20)의 하단에 형성된 쉐어 키(40)의 안착홈(41)도 상기 헤드부(32)의 롤링면(32a)에 대응되는 형상으로 곡면형 하우징면(41a)이 형성되어 상기 헤드부(32)의 곡면형 롤링면(32a)과의 사이에서 안정적인 힌지 거동이 이루어지도록 안내될 수 있으며, 과도한 변위에 의하여 두부(10)의 받침구(30)가 상기 안착홈(41)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 PC 강봉(50)의 양 단은 각각 두부(10)에 고정된 제1 고정구(51)와 지지부(20)에 매립 고정된 제2 고정구(52)에 결합될 수 있다. 이때, 상기 PC 강봉(50)의 양 단에는 수나사산이 형성되고, 상기 제1,2 고정구(51)(52)에는 암나사산이 구비된 너트구조를 형성하여 결합 고정은 용이하면서도 진동 등에 의하여 쉽게 해체되지 않도록 제작함이 바람직하다.

상기 제2 고정구(52)는 콘크리트가 타설되어 형성되는 지지부(20)의 특성상 콘크리트에 매립 고정되며, 바람직하게는 상기 제1 고정구(51)도 두부(10)의 중공부에 구비된 상태로 콘크리트로 매립 고정될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 말뚝(P)의 두부(10)에 매립되어 PC 강봉(50)을 정착시키는 제1 고정구(51)는 다양한 방식으로 두부(10)에 고정될 수 있으나, 두부(10)의 중공부에 다수의 수평 철근(14)을 배근하고 제1 고정구(51)를 안착시켜 콘크리트를 타설함으로써 일체화하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 수평 철근(14)은 접합부(J)에 전달되는 수평하중에 저항하는 기능도 수행한다.

또한, 상기 제1,2 고정구(51)(52)는 실시형태에 따라서는 밀폐된 챔버형 구조로 형성되어 타설되는 콘크리트 페이스트에 의하여 PC 강봉(50)의 양 단부가 매립되지 않도록 함으로써 유지 관리나 보수가 용이하도록 제작하는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 제1,2 고정구(51)(52)는 챔버형 구조로 형성됨으로써 내부에 소정의 여유 공간이 마련되므로 부반력에 의하여 야기되는 인장력으로 PC 강봉(50)에 일부 변위가 발생되더라도 재긴결함으로써 일정한 인장강도를 유지할 수 있다.

한편, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 상기 두부(10)의 중공부 내주면에는 인성과 강성이 우수한 주름형 강관(11)이 구비될 수 있다. 상기 주름형 강관(11)은 파형강관일 수 있으며, 상기 주름형 강관(11)에 의하여 두부(10)에 가해지는 집중하중으로 야기될 수 있는 균열 박리 및 국부적 파괴를 예방할 수 있다. 또한, 상기 PC 강봉(50)에 가해지는 인장응력에 의한 인발을 방지하고, 정착 효과를 극대화할 수 있다.

특히, 상기 주름형 강관(11)은 중공부에 타설되는 콘크리트나 말뚝(P)의 제작과정에서 외주면에 타설되는 콘크리트와의 표면적을 극대화하고, 하중에 대응하는 응력의 방향을 다각화할 수 있으며, 실시형태에 따라서는 상기 주름형 강관(11)의 외주면에는 스터드 볼트와 같은 전단보강재가 일체로 형성되어 부착 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 두부(10)의 상단 외주면에는 링 플레이트(12)가 형성될 수 있다. 상기 링 플레이트(12)의 내주면에도 스터드 볼트와 같은 전단보강재가 일체로 형성되어 부착 성능을 보다 향상시킬 수 있으며, 상기 링 플레이트(12)는 두부(10)의 상단에 형성되므로 수평하중과 모멘트 하중에 효과적으로 저항할 수 있으며, 두부(10)를 보강함으로써 항타에 따른 두부 손상을 방지할 수 있다.

한편, 상기 PC 강봉(50)을 중심으로 배치되어 상기 제2 고정구(52)를 하부에서 받침과 동시에 지지부(20)에 배근된 기초 철근(R)에 의하여 지지되도록 보강 철근(60)이 구비될 수 있다. 보다 상세하게는 상기 보강 철근(60)은 제2 고정구(52)를 하부에서 받치도록 삼각형 구조로 형성되어 푸팅(F) 내부에 작용되는 PC 강봉(60)의 압축력을 기초 철근(R)으로 분산 전달함으로써 푸팅(F)과 말뚝(P)의 이상적인 결합 구조를 형성할 수 있다.

상기 보강 철근(60)은 원뿔대형 철근 내지 코일형상으로 제작되는 것이 바람직하며, 도시하지 않았으나 스트럿-타이형 철근으로 형성될 수 있다. 상기 보강 철근(60)은 삼각형 구조를 바탕으로 PC 강봉(50)에 가해지는 압축력을 기초 철근(R)으로 보다 효과적으로 분산 전달할 수 있게 된다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 헤드부(32)의 중심 상단에는 가이드핀(33)이 돌출 형성되고, 상기 쉐어 키(40)의 하부 안착홈(41)에는 대응되는 위치에 관통공(42)이 형성되어 힌지 거동 과정에서 과도한 변위에 의하여 상호 이탈되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 가이핀(33)은 PC 강봉(50)이 관통할 수 있도록 실린더 형상으로 제작될 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 쉐어 키(40)의 안착홈(41)과 헤드부(32)의 롤링면(32a) 사이에는 실링재(43)가 구비됨으로써 공극을 방지하여 상기 안착홈(41)과 헤드부(32) 사이에 이물질이 유입되어 힌지 거동에 간섭을 야기하지 않도록 함이 바람직하다.

이하에서는 푸팅과 말뚝의 접합부(J)의 조합을 바탕으로 형성되는 다양한 실시예의 복합 기초 시스템에 대하여 상술한다.

상부 구조물이 토목 내지 건축 구조물과 같이 규모가 큰 구조물인 경우에는 다수의 말뚝이 시공되므로, 각 말뚝의 접합부에는 위치별로 다양하고 복잡한 거동이 발생한다. 따라서, 각 위치에 따라 작용하중과 그에 따른 발생응력에 효율적으로 대응할 수 있는 접합부의 입체적인 설계가 요구된다.

특히, 콘크리트 푸팅(F)이 전면에 걸쳐 넓게 형성되는 전면기초에 있어서 기초와 말뚝의 접합부에는 다양하고 복잡한 거동이 발생한다. 다만, 본 발명의 복합 기초 시스템은 전면기초는 물론 독립기초에 있어서도 상부 구조물의 하부에 복수의 말뚝이 구비되는 실시형태에 있어서 그 적용이 가능하다.

본 발명의 복합 기초 시스템은 콘크리트 푸팅(F)을 지지하도록 복수의 말뚝(P)이 형성되어 지반으로 하중을 전달하는 구조 시스템에 관한 것으로, 복수의 말뚝(P) 상단이 푸팅(F)과 만나게 되므로 복수의 접합부(J)가 형성된다. 이때, 도 10에 도시된 바와 같이 위치별로 상이한 방식의 접합부(J)가 형성될 수 있다.

도 11 내지 도 13의 중심에 위치하는 고정 접합부(FJ)는 종래기술에 따른 푸팅(F)과 말뚝(P)의 일반적인 강결 접합부로 간주할 수 있다. 상기 고정 접합부(FJ)는 수직하중에 대하여만 저항하여도 충분한 위치에 설치될 수 있다.

일 실시예로, 도 14에 도시된 바와 같이 상기 고정 접합부(FJ)는 두부(10) 상단에 강결 연결재(13)가 구비되고, 상기 강결 연결재(13)의 양 단이 각각 두부(10)와 지지부(20)에 매립되어 형성될 수 있다. 상기 강결 연결재(13)는 상부로 노출된 철근이 외측으로 절곡되어 펀칭에 전단 보강되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 11과 도 12에 도시된 힌지 접합부(HJ)는 수평하중이나 비대칭 수직하중에 의하여 발생되는 모멘트에 의한 회전에 힌지 거동이 구현되도록 기능한다. 이를 위하여 두부(10)의 상단에는 받침구(30)가 구비되고, 상기 지지부(20)의 하부에는 상기 받침구(30)가 안착 구비되도록 하부에 안착홈(41)이 형성된 쉐어 키(40)가 구비될 수 있다.

이때, 상기 받침구(30)는 삽입 몸체부(31)의 상부에 지지부(20)를 지지하는 헤드부(32)가 일체로 형성될 수 있으며, 상기 헤드부(32)에는 곡면형 롤링면(32a)이 형성되어 안정적인 힌지 거동을 유도하는 것이 바람직하다.

나아가, 도 12와 도 13에 도시된 바와 같이 부반력 접합부(RJ)는 수평하중과 비대칭 수직하중에 의하여 야기되는 모멘트에 의한 부반력과 그로인한 수직반력에 효과적으로 저항할 수 있도록 기능한다. 이를 위하여 두부(10)와 지지부(20) 사이에 양 단이 각각 두부(10)와 지지부(20)에 고정되는 PC 강봉(50)이 직립 구비될 수 있다.

상기 PC 강봉(50)의 상하단은 각각 제1,2 고정구(51)(52)로 매립 고정되고, 상기 제1,2 고정구(51)(52)는 챔버형 구조로 형성하여 내부에 소정의 여유 공간이 마련되도록 함으로써, 부반력에 의하여 야기되는 인장력으로 PC 강봉(50)에 일부 변위가 발생되더라도 재긴결함으로써 일정한 인장강도를 유지할 수 있다.

이상에서 설명한 고정 접합부(FJ), 힌지 접합부(HJ) 및 부반력 접합부(RJ)는 콘크리트 푸팅(F)이 형성되는 현장 여건에 따라 위치별로 선택적으로 설계될 수 있다. 다만, 여러가지 예측할 수 없는 특정 하중에 대하여 다방향 거동에 대응할 수 있도록 다방향 접합부(MJ)가 형성될 수 있다.

상기 다방향 접합부(MJ)는 도 13에 도시된 바와 같이 푸팅(F)의 외곽에 위치하는 접속부(J)에 형성됨이 바람직하다. 상기 다방향 접합부(MJ)는 두부(10) 상단에 지지부(20)를 지지하도록 받침구(30)가 구비되고, 상기 지지부(20)의 하부에는 상기 받침구(30)가 안착 구비되도록 하부에 안착홈(41)이 형성된 쉐어 키(40)가 구비되며, 상기 두부(10)와 지지부(20) 사이에는 상기 받침구(30)와 쉐어 키(40)를 관통하도록 PC 강봉(50)이 직립 구비될 수 있다.

이로써, 수평하중과 비대칭 수직하중에 의하여 야기되는 모멘트에 의한 회전에 효과적으로 대응할 수 있으며, 부반력과 그로인한 수직반력에도 효과적으로 저항할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부의 실시예들을 중심으로 설명 기술하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 것이다.

나아가, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지된 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하였다. 그리고, 사용된 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운영자의 의도 또는 관계 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

F:푸팅 P:파일
J:접합부 10:두부
20:지지부 30:받침구
40:쉐어 키 50:PC 강봉
60:보강 철근
FJ:고정 접합부 HJ:힌지 접합부
RJ:부반력 접합부 MJ:다방향 접합부

Claims

구조물 하부에 형성되는 콘크리트 푸팅을 지지하여 지반으로 하중을 전달하는 중공형 말뚝의 접합부(J)에 관한 것으로,
말뚝의 두부(10) 상단에는 푸팅의 지지부(20)를 지지하도록 받침구(30)가 구비되고, 상기 지지부(20)의 하부에는 상기 받침구(30)가 안착 구비되도록 하부에 안착홈(41)이 형성된 쉐어 키(40)가 구비되며, 상기 두부(10)와 지지부(20) 사이에는 상기 받침구(30)와 쉐어 키(40)를 관통하도록 PC 강봉(50)이 직립 구비되되, 상기 PC 강봉(50)의 양 단은 각각 두부(10)와 지지부(20)에 고정되며,
상기 받침구(30)는 두부(10)의 내주면에 삽입 고정되는 삽입 몸체부(31)의 상부에 지지부(20)를 지지하는 헤드부(32)가 일체로 형성되고, 상기 헤드부(32)에는 곡면형 롤링면(32a)이 형성되며, 상기 쉐어 키(40)의 안착홈(41)도 롤링면(32a)에 대응되는 형상으로 곡면형 하우징면(41a)이 형성되어 힌지 거동이 이루어지도록 안내되며,
상기 PC 강봉(50)의 양 단은 각각 두부(10)에 고정된 제1 고정구(51)와 지지부(20)에 매립 고정된 제2 고정구(52)에 결합되며,
상기 헤드부(32)의 중심 상단에는 PC 강봉(50)이 관통할 수 있도록 실린더 형상의 가이드핀(33)이 돌출 형성되고, 상기 안착홈(41)에는 가이드핀(33)에 대응되는 위치에 관통공(42)이 형성되어 힌지 거동 과정에서 과도한 변위에 의하여 상호 이탈되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부.
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제1항에 있어서,
상기 두부(10)의 내주면에는 주름형 강관(11)이 구비되는 것을 특징으로 하는 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부.
제1항에 있어서,
상기 PC 강봉(50)을 중심으로 배치되어 상기 제2 고정구(52)를 하부에서 받침과 동시에 지지부(20)에 배근된 기초 철근(R)에 의하여 지지되도록 보강 철근(60)이 구비되는 것을 특징으로 하는 다방향 거동이 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부.
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