KR102534227B1

KR102534227B1 - 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR102534227B1
Application number: KR1020210081535A
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: KR20220170552A

Abstract

본 발명은 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 구조물 하부에 형성되는 콘크리트 푸팅을 지지하여 지반으로 하중을 전달하는 중공형 말뚝의 접합부에 있어서, 말뚝의 두부에 푸팅의 지지부가 받쳐진 상태로 지지되고, 상기 두부와 지지부 사이에 PC 강봉이 직립 구비되되, 상기 PC 강봉의 양 단은 각각 두부에 고정된 제1 고정구와 지지부에 매립 고정된 제2 고정구에 결합되는 것을 특징으로 한다.
이로써, 수평하중과 비대칭 수직하중에 의하여 야기되는 모멘트 하중에 의한 부반력과 그로인한 수직반력에 효과적으로 저항할 수 있으며, 안전하면서도 경제적이고 합리적인 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 제공할 수 있다.

Description

부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부 및 그 시공방법{Joint between Footing and Pile capable of Controlling Negative Reaction Force and Construction Method thereof}

본 발명은 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조물 하부의 푸팅과 하중을 지반에 전달하는 중공형 말뚝의 접합부에 있어서 말뚝의 두부에 푸팅의 지지부가 받쳐진 상태로 지지되고, PC 강봉이 상기 두부와 지지부 사이에 직립 구비된 상태로 양 단이 각각 두부와 지지부에 고정됨으로써 모멘트에 의한 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부 및 그 시공방법에 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 두꺼워 지므로 직접기초는 시공이 불편하고, 안전사고의 위험성이 높으며, 유지관리에도 어려움이 야기되는 등 매우 비경제적인 공법이 될 수밖에 없다.

따라서, 일반적으로는 기초의 깊이를 깊게 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 접합부에는 수평하중이나 모멘트 하중에 의해 비대칭 하중이 작용하게 되므로, 도 2의 개념도에 도시된 바와 같이 말뚝에는 수평반력 및 부반력 그리고 부반력에 상응하는 추가적인 수직반력이 발생하게 된다.

즉, 기초와 말뚝의 경계조건을 고려한 구조해석은 이상적으로 강결조건과 힌지조건을 구분하여 해석하고 있을 뿐, 실제로 경계조건을 고려한 결합구조는 생산되지 못하는 실정이다. 최근 지진발생이 많은 일부 국가에서는 내진성능을 고려한 기초시공을 위해 연구하고 있으나, 기초와 말뚝을 강결화한 구조 방식 이외에 현실화된 기초구조는 제안된 바 없다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 기초와 말뚝 사이의 상호 거동을 고려함으로써 모멘트 하중에 의한 부반력과 그로 인해 야기되는 수직반력에 효과적으로 저항할 수 있으며, 안전하면서도 경제적이고 합리적인 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 제안하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부(J)에 의하면, 구조물 하부에 형성되는 콘크리트 푸팅을 지지하여 지반으로 하중을 전달하는 중공형 말뚝의 접합부(J)에 관한 것으로, 말뚝의 두부(100)에 푸팅의 지지부(200)가 받쳐진 상태로 지지되고, 상기 두부(100)와 지지부(200) 사이에 PC 강봉(300)이 직립 구비되되, 상기 두부(100)의 상단 외주면에는 링 플레이트(120)가 형성되고, 상기 지지부(200)에는 주철재 쉐어 키(220)가 형성되고, 상기 쉐어 키(220)의 하부에는 안착홈(230)이 형성되며, 상기 두부(100)의 상단에는 주철재 받침구(130)가 구비되되, 상기 받침구(130)는 두부(100)의 내주면에 삽입 고정되는 삽입 몸체부(131)의 상부에 지지부(200)를 지지하는 헤드부(132)가 곡면형 롤링면(132a)을 지니도록 일체로 형성되어 상기 안착홈(230)의 곡면형 하우징면(231)에 안착 구비되고, 상기 삽입 몸체부(131)는 링 플레이트(120)를 관통하는 체결구(121)에 의하여 링 플레이트(120)와 체결되어 안정적으로 고정되며, 상기 PC 강봉(300)의 양 단은 각각 두부(100)에 고정된 제1 고정구(310)와 지지부(200)에 매립 고정된 제2 고정구(320)에 결합되되, 상기 받침구(130)의 중심에는 관통공(133)이 형성되고, 상기 쉐어 키(220)의 중심에도 관통공(221)이 형성되어 상기 PC 강봉(300)이 상기 관통공(133)(221)을 관통하여 두부(100)에 결합 고정되며, 상기 PC 강봉(300)을 중심으로 배치되어 상기 제2 고정구(320)를 하부에서 받침과 동시에 지지부(200)에 배근된 기초 철근(R)에 의하여 지지되도록 보강 철근(400)이 구비되되, 상기 보강 철근(400)은 하나의 와이어를 이용하여 제2 고정구(320)와 기초 철근(R)을 삼각형 구조로 연속적으로 결속하도록 형성되어 하방으로 대칭되게 형성되는 한 쌍의 사선부재(411)와 상기 사선부재(411)의 하단을 연결하는 타이부재(412)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 두부(100)의 내주면에는 주름형 강관(110)이 구비될 수 있다.

삭제

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부 시공방법(M)은, 지반에 지지되어 구조물의 하중을 전달하는 중공형 말뚝의 상부에 콘크리트 푸팅을 형성하기 위한 것으로, 제1 고정구(310)로 PC 강봉(300)의 하단을 말뚝의 두부(100)에 고정시키는 강봉 고정단계(S10); 상기 두부(100)의 상단 내주면에 주철재 받침구(130)의 삽입 몸체부(131)를 삽입하여 상부로 지지부(200)의 안착홈(230)에 안착되어 지지하는 곡면형 롤링면(132a)을 지니는 헤드부(132)가 노출되도록 고정하되, 상기 PC 강봉(300)이 받침구(130)의 중심에 형성된 관통공(133)을 관통하도록 구비하고, 상기 삽입 몸체부(131)를 두부(100)의 상단 외주면에 형성되는 링 플레이트(120)에 관통되는 체결구(121)로 상기 링 플레이트(120)와 체결하여 안정적으로 고정하는 받침구 고정단계(S15); 푸팅을 형성하기 위하여 말뚝의 상부에 거푸집을 형성하되, 하부에 곡면형 하우징면(231)을 지니는 안착홈(230)이 형성된 주철재 쉐어 키(220)를 두부(100)의 상부에 구비한 상태로 거푸집을 형성하고, 상기 PC 강봉(300)은 쉐어 키(220)의 중심에 형성된 관통공(221)을 관통하도록 구비하며, 상기 쉐어 키(220)의 상부에 기초 철근(R)을 배근하고, 상기 제2 고정구(320)를 하부에서 받침과 동시에 지지부(200)에 배근된 기초 철근(R)에 의하여 지지되도록 보강 철근(400)을 배치하되, 상기 보강 철근(400)은 하나의 와이어를 이용하여 제2 고정구(320)와 기초 철근(R)을 삼각형 구조로 연속적으로 결속하여 하방으로 대칭되게 형성되는 한 쌍의 사선부재(411)와 상기 사선부재(411)의 하단을 연결하는 타이부재(412)를 형성하는 배근단계(S20); 및 거푸집에 콘크리트를 타설하여 PC 강봉(300)의 상단에 구비되는 제2 고정구(320)를 매립 고정하는 푸팅 형성단계(S30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부 및 그 시공방법에 의하면, 상기 PC 강봉의 양 단이 각각 두부에 고정된 제1 고정구와 지지부에 매립 고정된 제2 고정구에 결합되어 수평하중과 비대칭 수직하중에 의하여 야기되는 모멘트 하중에 의한 부반력과 그로인한 수직반력에 효과적으로 저항할 수 있다.

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

나아가, 상기 두부의 내주면에는 인성과 강성이 우수한 주름형 강관이 구비되어 집중하중에 의하여 야기될 수 있는 균열 박리 및 국부적 파괴를 예방하여 PC 강봉의 인발을 방지하고, 정착 효과를 극대화할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 주름형 강관은 표면적을 극대화하여 부착 성능을 향상시키고, 하중에 대응하는 응력의 방향을 극대화할 수 있다.

또한, 상기 두부의 상단 외주면에는 링 플레이트가 형성되어 수평하중과 모멘트 하중에 효과적으로 저항할 수 있으며, 두부를 보강하여 항타에 따른 두부 손상을 방지할 수 있다.

특히, 제2 고정구를 하부에서 받치도록 삼각형 구조의 보강 철근이 구비되어 푸팅 내부에 작용되는 PC 강봉의 압축력을 기초 철근으로 분산 전달함으로써 푸팅과 말뚝의 이상적인 결합 구조를 형성할 수 있다.

또한, 상기 지지부에는 두부가 안착 구비되도록 두부 홈이 형성되어 시공성을 향상시키고, 보다 안정적인 접합 구조를 형성할 수 있다.

나아가, 상기 두부 홈에는 하부에 안착홈이 형성된 쉐어 키가 형성되고, 상기 두부의 상단에는 받침구가 구비되어 안착홈에 구비됨으로써 피로 파괴를 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라 본 발명의 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부는, 고층 건축물이나 장경간 교량, 지하에 설치되는 하수 처리장, 편토압이 발생되는 지하 구조물, 경사지 구조물, 비대칭 압력에 저항하는 항만 시설물과 수리 구조물, 기타 자연 재해에 취약한 방재 구조물 등과 같이 형태가 다양하고 독특한 미관 구조물 및 비대칭 구조물의 말뚝기초에 적용될 수 있다.

그리고 안전하면서도 경제적이고 합리적인 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 제공할 수 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 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 도시한 단면 사시도.
도 5는 본 발명의 부반력 제어의 원리를 도시한 개념도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 도시한 단면 사시도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 보강 철근을 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 도시한 단면도.
도 11은 본 발명을 이용한 기초 시스템의 개념도.
도 12는 본 발명의 접합부 시공방법의 시계열적 순서를 도시한 블록도.
도 13은 본 발명의 접합부 시공방법의 순서를 시각적으로 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 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 구조물 하부에 형성되는 콘크리트 푸팅(F)과 지반에 지지되어 하중을 전달하는 중공형 말뚝(P)의 접합부(J)에 관한 것으로, 바람이나 지진과 같은 수평하중과 모멘트 하중에 의해 야기되는 수평반력 및 부반력 그리고 부반력에 상응하여 발생되는 추가적인 수직반력에 효과적으로 저항할 수 있는 접합부(J)를 제안하기 위한 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(100)에 인접하여 거푸집을 설치하고, 거푸집의 상부에 기초 철근(R)을 배근한 후, 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 형성된다.

보다 구체적으로, 본 발명은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 말뚝(P)의 두부(100)에 푸팅(F)의 지지부(200)가 받쳐진 상태로 지지되고, 상기 두부(100)와 지지부(200) 사이에 PC 강봉(300)이 직립 구비된다. 일반적으로 푸팅(F)과 말뚝(P)의 접합부(J)는 수직하중에 저항하도록 수직반력을 제공한다. 다만, 도 2에 도시된 바와 같이 수평하중이나 비대칭 수직하중이 발생하는 경우에는 수평반력과 부반력 그리고 대칭되는 위치의 말뚝에는 부반력에 상응한 수직반력이 추가적으로 발생하게 된다.

이와 같이 말뚝에 부반력이 발생하게 되면 접합부(J)에는 일시적으로 지반으로부터 분리되는 방향으로 인장응력이 형성된다. 따라서, 도 5의 개념도에 도시된 바와 같이 상기 PC 강봉(300)은 두부(100)와 지지부(200) 사이에 야기되는 인장응력에 대한 인장재로서 기능하게 된다. 이때, 상기 PC 강봉(300)은 현장의 설계조건에 따라 다양한 직경으로 제작될 수 있으며, 외주면에는 피복층이 형성되어 부반력에 효과적으로 저항할 수 있도록 제작함이 바람직하다.

특히, 상기 PC 강봉(300)의 양 단은 각각 두부(100)에 고정된 제1 고정구(310)와 지지부(200)에 매립 고정된 제2 고정구(320)에 결합된다. 상기 PC 강봉(300)의 양 단에는 수나사산이 형성되고, 상기 제1,2 고정구(310)(320)에는 암나사산이 구비된 너트구조를 형성하여 결합 고정은 용이하면서도 진동 등에 의하여 쉽게 해체되지 않도록 제작함이 바람직하다.

한편, 상기 제2 고정구(310)는 콘크리트가 타설되어 형성되는 지지부(200)의 특성상 콘크리트에 매립 고정되며, 바람직하게는 상기 제1 고정구(310)도 두부(100)의 중공부에 구비된 상태로 콘크리트로 매립 고정될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 말뚝(P)의 두부(100)에 매립되어 PC 강봉(300)을 정착시키는 제1 고정구(310)는 다양한 방식으로 두부(100)에 고정될 수 있으나, 두부(100)의 중공부에 다수의 수평 철근(140)을 배근하고 제1 고정구(310)를 안착시켜 콘크리트를 타설함으로써 일체화하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 수평 철근(140)은 접합부(J)에 전달되는 수평하중에 저항하는 기능도 수행한다.

또한, 상기 제1,2 고정구(310)(320)는 실시형태에 따라서는 밀폐된 챔버형 구조로 형성되어 타설되는 콘크리트 페이스트에 의하여 PC 강봉(300)의 양 단부가 매립되지 않도록 함으로써 유지 관리나 보수가 용이하도록 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1,2 고정구(310)(320)는 챔버형 구조로 형성됨으로써 내부에 소정의 여유 공간이 마련되므로 부반력에 의하여 야기되는 인장력으로 PC 강봉(300)에 일부 변위가 발생되더라도 재긴결함으로써 일정한 인장강도를 유지할 수 있다.

이로써, 본 발명에 의하면 안전하면서도 경제적이고 합리적인 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 제공할 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 두부(100)의 중공부 내주면에는 인성과 강성이 우수한 주름형 강관(110)이 구비될 수 있다. 상기 주름형 강관(110)은 파형강관일 수 있으며, 상기 주름형 강관(110)에 의하여 두부(100)에 가해지는 집중하중으로 야기될 수 있는 균열 박리 및 국부적 파괴를 예방할 수 있다. 또한, 상기 PC 강봉(300)에 가해지는 인장응력에 의한 인발을 방지하고, 정착 효과를 극대화할 수 있다.

특히, 상기 주름형 강관(100)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(110)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(100)의 상단 외주면에는 링 플레이트(120)가 형성될 수 있다. 상기 링 플레이트(120)의 내주면에도 스터드 볼트와 같은 전단보강재가 일체로 형성되어 부착 성능을 보다 향상시킬 수 있으며, 상기 링 플레이트(120)는 두부(100)의 상단에 형성되므로 수평하중과 모멘트 하중에 효과적으로 저항할 수 있으며, 두부(100)를 보강함으로써 항타에 따른 두부 손상을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 두부(100)의 상단에는 받침구(130)가 구비되는 실시형태에 있어서 두부(100)의 내주면에 삽입 고정되는 삽입 몸체부(131)가 안정적으로 고정될 수 있도록 상기 링 플레이트(120)를 관통하는 체결구(121)를 이용하여 받침구(130)의 삽입 몸체부(131)를 체결 고정할 수 있다.

이상에서 설명한 중공형 말뚝(P)을 콘크리트 말뚝이나 PHC 말뚝으로 제작하기 위해서는 말뚝을 형성하기 위한 내외측면을 지니는 폼(Form)에 있어서, 두부를 형성하는 일측 내측면에 파형강관과 같은 주름형 강관(110)을 배치한 후, 상기 주름형 강관(110)을 관통하도록 복수의 수평 철근(140)을 구비하고, 두부를 형성하는 일측 외측면에는 링 플레이트(120)를 구비한 후, 인장보강을 위한 철근이나 강선을 구비하여 콘크리트를 타설한다. 이후 폼을 회전하여 양생함으로써 본 발명의 두부(100)가 형성된 중공형 말뚝(P)을 제작할 수 있다.

한편, 상기 PC 강봉(300)을 중심으로 배치되어 상기 제2 고정구(320)를 하부에서 받침과 동시에 지지부(200)에 배근된 기초 철근(R)에 의하여 지지되도록 보강 철근(400)이 구비될 수 있다. 보다 상세하게는 상기 보강 철근(400)은 제2 고정구(320)를 하부에서 받치도록 삼각형 구조로 형성되어 푸팅(F) 내부에 작용되는 PC 강봉(300)의 압축력을 기초 철근(R)으로 분산 전달함으로써 푸팅(F)과 말뚝(P)의 이상적인 결합 구조를 형성할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 보강 철근(400)은 도 8에 도시된 바와 같이 스트럿-타이형 철근(410)일 수 있다. 상기 스트럿-타이형 철근(410)은 하방으로 대칭되게 형성되는 한 쌍의 사선부재(411)와 상기 사선부재(411)의 하단을 연결하는 타이부재(412)를 포함하여 형성되는 것으로, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 사선부재(411)는 금속편이나 금속봉으로 형성되고, 타이부재(412)는 와이어와 같은 선형 부재로 형성되어 기초 철근(R)에 결속될 수 있다.

또한, 실시형태에 따라서는 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 사선부재(411)와 타이부재(412) 모두 하나의 와이어를 이용하여 제2 고정구(320)와 기초 철근(R)을 삼각형 구조로 연속적으로 결속 형성하는 것도 가능하다.

다른 실시예에 따른 상기 보강 철근(400)은 도 9에 도시된 바와 같이 하방으로 직경이 증가하는 소정의 강성을 갖는 원뿔대형 철근(420)일 수 있다. 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 원뿔대형 철근(420)은 PC 강봉(300)을 중심으로 상부로부터 직경이 점진적으로 증가하는 복수의 링형부재(421)와 이들 링형부재(421)와 결속되면서 방사상으로 경사지게 배치되는 경사부재(422)로 구성될 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 제작과 시공상의 효율을 위하여 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 원뿔대형 철근(420)은 소정의 강정을 지니는 원뿔대형 코일(423)로 제작될 수 있다.

나아가, 상기 보강 철근(400)은 지지부(200)의 콘크리트와 부착 성능을 향상시키기 위하여 표면에 다수의 돌기를 형성함으로써 전단보강 효과를 기대할 수 잇다. 이상에서 설명한 보강 철근(400)에 의하면 삼각형 구조를 바탕으로 타이 스트러트 효과를 기대할 수 있으므로, PC 강봉(300)의 압축력을 기초 철근(R)으로 보다 효과적으로 전달할 수 있게 된다.

또한, 상기 지지부(200)에는 두부(100)가 안착 구비되도록 두부 홈(210)이 형성될 수 있다. 상기 두부 홈(210)에 의하여 푸트(F)의 하부면이 두부(100)의 상단보다 낮게 형성되어 구조적으로 보다 안정적인 접합부(J)를 제공할 수 있으며, 시공과정에서도 거푸집 구조를 효율적으로 형성할 수 있으므로 시공성이 향상되는 이점이 발휘된다.

특히, 상기 두부 홈(210)에는 대응되는 형상으로 쉐어 키(220)가 형성되고, 상기 쉐어 키(220)의 하부에는 안착홈(230)이 형성될 수 있다. 상기 쉐어 키(220)는 주물 제작된 주철인 것이 바람직하며, 상기 안착홈(230)은 두부(100)가 안정적으로 안착되도록 기능한다.

또한, 상기 두부(100)의 상단에도 받침구(130)가 구비되어 상기 두부 홈(210) 또는 쉐어 키(220)의 안착홈(230) 안착 구비될 수 있다. 이때, 상기 받침구(130)도 주물 제작된 주철인 것이 바람직하며, 각종 하중에 의하여 콘크리트에 쉽게 야기될 수 있는 피로 파괴를 방지함으로써 내구성을 향상시킬 수 있다.

실시형태에 따라서 상기 받침구(130)는 두부(100)의 내주면에 삽입 고정되는 삽입 몸체부(131)의 상부에 지지부(200)를 지지하는 헤드부(132)가 일체로 형성되어 두부(100)와의 견고한 결합력을 확보함과 동시에 두부(100)의 상부로 돌출된 헤드부(132)가 지지부(200)를 지지하도록 함으로써 구조적 안정성과 내구성을 기대할 수 있다. 특히, 상기 삽입 몸체부(131)는 상기 두부(100)의 내주면에 안정적으로 삽입 고정될 수 있도록 상기 링 플레이트(120)를 관통하는 체결구(121)를 매개로 체결 고정될 수 있다.

한편, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 받침구(130)의 헤드부(132)에는 곡면형 롤링면(132a)이 형성되어 지지부(200)로 지지되는 푸팅(F)이 수평하중이나 모멘트 하중에 의하여 롤링되도록 힌지 거동을 구현할 수 있다. 이때, 상기 지지부(200)의 하단에 형성된 쉐어 키(220)의 안착홈(230)도 상기 헤드부(132)의 롤링면(132a)에 대응되는 형상으로 곡면형 하우징면(231)이 형성될 수 있다.

상기 받침구(130)에 곡면형 롤링면(132a)이 형성되는 실시형태에 따르면 본 발명의 접합부(J)는 수직방향으로 작용되는 수직하중에 의한 수직반력이나 부반력 제어는 물론 수평하중에 의한 수직방향의 거동도 함께 제어할 수 있으므로 입체적으로 가해지는 수직하중과 수평하중 그리고 모멘트 하중에 저항할 수 있도록 효과적인 변위를 제공할 수 있다.

이로써, 도 11에 도시된 바와 같이 중심에 배치된 푸팅(F)과 말뚝(P)의 접합부(J)는 종래의 일반적인 푸팅(F)과 말뚝(P)의 강결구조로 구현하여 고정단을 형성하되, 양측으로 위치하는 푸팅(F)과 말뚝(P)의 접합부(J)는 힌지 거동이 가능하도록 PC 강봉(300)를 생략한 힌지단을 형성하고, 가장 외측에 배치되는 푸팅(F)과 말뚝(P)의 접합부(J)는 수평하중과 비대칭 수직하중에 의하여 야기되는 모멘트 하중에 의한 부반력이 함께 제어될 수 있도록 PC 강봉(300)를 구비함으로써 부반력 제어가 가능한 힌지단을 구현할 수 있다.

즉, 다양한 방식의 접합부(J)를 위치에 따라 적절히 형성하여 효율적인 말뚝 기초구조를 형성할 수 있으며, 획일화된 설계기법이 아닌 바람, 지진, 토압, 수압 등 푸팅(F)의 기하조건을 고려한 구조물의 성능을 합리화한 시스템을 제안할 수 있으므로, 푸팅(F)의 규모를 줄이고, 말뚝(P)의 길이와 개수를 절감할 수 있는 이점이 발휘된다.

한편, 본 발명의 접합부 시공방법(M)은 지반에 지지되어 구조물의 하중을 전달하는 중공형 말뚝(P)의 상부에 콘크리트 푸팅(F)을 형성하기 위한 것으로, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 강봉 고정단계(S10), 기초 배근단계(S20) 및 푸팅 형성단계(S30)를 포함할 수 있다.

상기 강봉 고정단계(S10)는, 제1 고정구(310)로 PC 강봉(300)의 하단을 말뚝의 두부(100)에 고정시키는 단계로서, 제1 고정구 체결단계(S11) 및 콘크리트 매립단계(S12)를 포함할 수 있다.

상기 PC 강봉(300)의 양 단에는 수나사산이 형성되고, 상기 제1,2 고정구(310)는 암나사산이 구비된 너트구조로 형성되어 나사체결 방식으로 쉽게 결합 고정될 수 있으므로, 상기 제1 고정구 체결단계(S11)는 상기 PC 강봉(300)의 일측 단부에 제1 고정구(310)를 결합하는 단계이다. 이때, 타측 단부에 상기 제2 고정구(320)를 가결합하는 것도 가능하며, 제1 고정구(310)가 말뚝(P)의 두부(100)에 다양한 방식으로 미리 고정 구비되는 것도 가능하다.

또한, 상기 콘크리트 매립단계(S12)는 두부(100)의 공간부(S)에 콘크리트를 타설함으로써 제1 고정구(310)를 매립 고정하는 단계이다. 상기 두부(100)의 중공부에는 다수의 수평 철근(140)을 배근하고, 제1 고정구(310)를 안착시켜 콘크리트를 타설함으로써 일체화하는 것이 바람직하다.

이후 진행되는 배근단계(S20)는 푸팅(F)을 형성하기 위하여 말뚝(P)의 상부에 거푸집을 형성하고, 기초 철근(R)을 배근하는 단계로서, 세부적으로는 쉐어 키 마련단계(S21), 기초 배근단계(S22), 보강 철근 안착단계(S23) 및 제2 고정구 체결단계(S24)를 포함할 수 있다.

상기 쉐어 키 마련단계(S21)는 지지부(200)에 쉐어 키(220)가 매립되도록 거푸집의 내부에 구비하는 단계로서, 상기 쉐어 키(220)의 하부에는 안착홈(230)이 형성되어 두부(100)가 안착될 수 있도록 한다. 이때, 안착홈(230)이 형성된 쉐어 키(220)를 두부(100)의 상부에 구비한 상태로 거푸집을 형성함에 있어서, 상기 PC 강봉(300)은 상부로 노출되어야 하는 바, 상기 쉐어 키(220)에 형성된 관통공(221)을 관통하도록 구비된다. 특히, 상기 쉐어 키(220)의 외주면에는 스터드 볼트와 같은 다수의 전단보강재가 형성되어 이후 타설되는 콘크리트와의 부착 성능을 기대할 수 있다.

이후에는 기초 철근(R)을 배근하는 기초 배근단계(S22)가 진행되고, 다음으로 보강 철근 안착단계(S23)가 진행된다 상기 보강 철근 안착단계(S23)는 상기 PC 강봉(300)을 중심으로 보강 철근(400)을 배치하는 단계이다.

보다 구체적으로, 상기 보강 철근(400)은 상기 제2 고정구(320)를 하부에서 받침과 동시에 지지부(200)에 배근된 기초 철근(R)에 의하여 지지되도록 구비한다. 이때, 상기 보강 철근(400)은 제2 고정구(320)를 하부에서 받치도록 삼각형 구조로 형성되어 푸팅(F) 내부에 작용되는 PC 강봉(300)의 압축력을 기초 철근(R)으로 분산 전달함으로써 푸팅(F)과 말뚝(P)의 이상적인 결합 구조를 형성할 수 있다.

이때, 상기 제2 고정구(320)는 사전에 PC 강봉(300)에 결합될 수도 있으나, 상기 보강 철근(400)이 고정되도록 하방으로 소정의 가압력을 전달할 수 있다. 이를 위하여 상기 보강 철근 안착단계(S23) 이후에는 제2 고정구 체결단계(S24)가 진행될 수 있다.

한편, 실시형태에 따라서는 말뚝(P)의 두부(100)에 받침구(130)가 상부로 노출되도록 고정될 수 있다. 이를 위해, 상기 상기 두부(100)의 상단 내주면에 받침구(130)의 삽입 몸체부(131)를 삽입하여 상부로 헤드부(132)가 노출되도록 고정하는 받침구 고정단계(S15)가 상기 배근단계(S20) 이전에 진행될 수 있다. 물론, 상기 PC 강봉(300)이 관통하도록 받침구(130)에는 관통공(133)이 형성되어 상기 PC 강봉(300)이 관통되도록 두부(100)에 결합 고정한다.

이때, 상기 받침구(130)의 삽입 몸체부(131)는 상기 두부(100)의 내주면에 안정적으로 삽입 고정될 수 있도록 두부(100)의 외주면에 형성된 링 플레이트(120)를 관통하는 체결구(121)를 매개로 체결 고정될 수 있다.

이후, 진행되는 푸팅 형성단계(S30)는 거푸집에 콘크리트를 타설하여 PC 강봉(300)의 상단에 구비되는 제2 고정구(320)를 매립 고정하는 단계이다. 이로써, 상기 두부(100)와 지지부(200) 사이에 PC 강봉(300)의 양 단이 고정된 상태로 직립 구비되어 수평하중과 비대칭 수직하중에 의하여 야기되는 모멘트 하중에 의한 부반력과 그로인한 수직반력에 효과적으로 저항할 수 있다. 또한, 안전하면서도 경제적이고 합리적인 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부를 제공할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부(J)의 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 실시에들을 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 100:두부
110:주름형 강관 120:링 플레이트
130:받침구 140:수평 철근
200:지지부 210:두부 홈
220:쉐어 키 230:안착홈
300:PC 강봉 310:제1 고정구
320:제2 고정구 400:보강 철근
410:스트럿-타이형 철근 420:원뿔대형 철근
M:접합부 시공방법
S10:강봉 고정단계 S15:받침구 고정단계
S20:배근단계 S30:푸팅 형성단계

Claims

말뚝의 두부(100)에 푸팅의 지지부(200)가 받쳐진 상태로 지지되고, 상기 두부(100)와 지지부(200) 사이에 PC 강봉(300)이 직립 구비되되,
상기 두부(100)의 상단 외주면에는 링 플레이트(120)가 형성되고, 상기 지지부(200)에는 주철재 쉐어 키(220)가 형성되고, 상기 쉐어 키(220)의 하부에는 안착홈(230)이 형성되며, 상기 두부(100)의 상단에는 주철재 받침구(130)가 구비되되, 상기 받침구(130)는 두부(100)의 내주면에 삽입 고정되는 삽입 몸체부(131)의 상부에 지지부(200)를 지지하는 헤드부(132)가 곡면형 롤링면(132a)을 지니도록 일체로 형성되어 상기 안착홈(230)의 곡면형 하우징면(231)에 안착 구비되고, 상기 삽입 몸체부(131)는 링 플레이트(120)를 관통하는 체결구(121)에 의하여 링 플레이트(120)와 체결되어 안정적으로 고정되며,
상기 PC 강봉(300)의 양 단은 각각 두부(100)에 고정된 제1 고정구(310)와 지지부(200)에 매립 고정된 제2 고정구(320)에 결합되되, 상기 받침구(130)의 중심에는 관통공(133)이 형성되고, 상기 쉐어 키(220)의 중심에도 관통공(221)이 형성되어 상기 PC 강봉(300)이 상기 관통공(133)(221)을 관통하여 두부(100)에 결합 고정되며,
상기 PC 강봉(300)을 중심으로 배치되어 상기 제2 고정구(320)를 하부에서 받침과 동시에 지지부(200)에 배근된 기초 철근(R)에 의하여 지지되도록 보강 철근(400)이 구비되되, 상기 보강 철근(400)은 하나의 와이어를 이용하여 제2 고정구(320)와 기초 철근(R)을 삼각형 구조로 연속적으로 결속하도록 형성되어 하방으로 대칭되게 형성되는 한 쌍의 사선부재(411)와 상기 사선부재(411)의 하단을 연결하는 타이부재(412)를 형성하는 것을 특징으로 하는 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부.
제1항에 있어서,
상기 두부(100)의 내주면에는 주름형 강관(110)이 구비되는 것을 특징으로 하는 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부.
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지반에 지지되어 구조물의 하중을 전달하는 중공형 말뚝의 상부에 콘크리트 푸팅을 형성하는 접합부(J)의 시공방법(M)에 관한 것으로,
제1 고정구(310)로 PC 강봉(300)의 하단을 말뚝의 두부(100)에 고정시키는 강봉 고정단계(S10);
상기 두부(100)의 상단 내주면에 주철재 받침구(130)의 삽입 몸체부(131)를 삽입하여 상부로 지지부(200)의 안착홈(230)에 안착되어 지지하는 곡면형 롤링면(132a)을 지니는 헤드부(132)가 노출되도록 고정하되, 상기 PC 강봉(300)이 받침구(130)의 중심에 형성된 관통공(133)을 관통하도록 구비하고, 상기 삽입 몸체부(131)를 두부(100)의 상단 외주면에 형성되는 링 플레이트(120)에 관통되는 체결구(121)로 상기 링 플레이트(120)와 체결하여 안정적으로 고정하는 받침구 고정단계(S15);
푸팅을 형성하기 위하여 말뚝의 상부에 거푸집을 형성하되, 하부에 곡면형 하우징면(231)을 지니는 안착홈(230)이 형성된 주철재 쉐어 키(220)를 두부(100)의 상부에 구비한 상태로 거푸집을 형성하고, 상기 PC 강봉(300)은 쉐어 키(220)의 중심에 형성된 관통공(221)을 관통하도록 구비하며, 상기 쉐어 키(220)의 상부에 기초 철근(R)을 배근하고, 제2 고정구(320)를 하부에서 받침과 동시에 지지부(200)에 배근된 기초 철근(R)에 의하여 지지되도록 보강 철근(400)을 배치하되, 상기 보강 철근(400)은 하나의 와이어를 이용하여 제2 고정구(320)와 기초 철근(R)을 삼각형 구조로 연속적으로 결속하여 하방으로 대칭되게 형성되는 한 쌍의 사선부재(411)와 상기 사선부재(411)의 하단을 연결하는 타이부재(412)를 형성하는 배근단계(S20); 및
거푸집에 콘크리트를 타설하여 PC 강봉(300)의 상단에 구비되는 제2 고정구(320)를 매립 고정하는 푸팅 형성단계(S30);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 부반력 제어가 가능한 푸팅과 말뚝의 접합부 시공방법.
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