KR20000014037A - 양방향 트러스를 이용한 구조보강 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 종래의 구조부재와 새로 보강한 부재가 일체가 되어 외력에 저항할 수 있으며, 사용 공간의 감소나 기능상의 제한을 주지 않는 구조보강 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 구조보강 방법은 슬래브의 아래쪽 코너에 설치되는 고정단(10), 슬래브의 아래쪽 중앙부에 수직으로 설치되는 다수개의 포스트(30), 고정단(10)과 포스트(30)의 하단부를 연결하는 제1인장부재(40) 및 포스트의 하단부를 감싸는 제2인장부재(42)로 구성된다. 슬래브의 아래쪽에 다수개의 포스트(30)를 수직으로 설치하고 포스트(30)의 하단부를 제2인장부재(42)로 한바퀴 묶어서 중간 정착구(44)에 정착한다. 슬래브의 코너에 고정단(10)을 설치하고, 고정단(10)과 포스트(30)의 하단부를 제1인장부재(40)로 경사지게 연결한다. 제1인장부재(40)를 긴장시키고 포스트의 하단부에 정착하여 제1인장부재(40)의 인장력이 포스트의 하단에 가해지도록 한다. 제1인장부재(40)가 포스트(30)의 하단부를 슬래브의 코너 쪽으로 잡아당기나 포스트(30)의 하단부가 제2인장부재(42)에 의해 결속되어 있어 결과적으로 포스트는 상방향의 합성력을 받게 된다. 포스트의 상향력에 의해 슬래브의 하중이 경감되고 처짐과 균열이 감소한다. 또한 인장부재의 인장력은 기존 슬래브에 압축력을 유발시키므로 이미 발생했던 슬래브 인장측의 균역폭이 감소되는 효과도 발휘하게 된다.

Description

양방향 트러스를 이용한 구조보강 방법

본 발명은 구조물의 구조보강 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 슬래브의 코너 부분에 고정단을 설치하고 슬래브의 아래쪽 중앙에 포스트를 설치하고 상기 고정단과 포스트의 하단 사이를 인장부재로 연결하고 긴장하여 정착함으로써 상기 포스트가 슬래브에 상향력을 가하여 슬래브에 가해지는 하중을 기둥쪽에 직접 전달되게 하여 슬래브와 보의 하중 부담을 경감시켜서 보강 효과를 얻는 양방향 트러스를 이용한 구조보강 방법에 관한 것이다.

구조물은 통상 수평부재와 수직부재로 구성된다. 수평부재는 자중은 물론 구조물에 의해 형성되는 공간에 수용되는 사람이나 가구 등과 같은 적재하중을 부담하며, 수직부재는 상기 수평부재의 하중을 인계받아 지지하고 상기 하중을 기초로 전달하는 기능을 수행한다.

수평부재나 수직부재의 구조 내력이 부족하면 구조 부재가 처지다가 심해지면 균열이 발생하고, 변형이 커지게 되면 종국적으로는 붕괴하게 된다. 따라서, 구조물에 과대한 처짐이나 균열이 발생하면 이를 복원하기 위하여 각종 구조보강을 행하게 된다.

종래의 구조보강 방법은 대개 기존의 구조부재에다 새로운 부재를 부착하는 방식을 채택하고 있다. 즉, 균열에 에폭시를 주입하는 방법, 기둥이나 보의 주위를 철판이나 고강도 섬유로 감싸고 앙카로 고정하는 방법, 기둥이나 보의 측면이나 하부에 H 빔을 덧대어 설치하는 방법 또는 슬래브의 상, 하부에 고강도 섬유나 강판 또는 H빔을 부착하는 방법 등을 사용하여 왔다.

그러나 이러한 방법은 구조부재 자체가 가지고 있는 결함을 근본적으로 치유하는 방법이 되지 못하며, 부재의 크기가 커지게 되어 현실적으로 보강이 불가능하거나 사용할 수 있는 공간이 줄어들어 구조물의 사용상 기능에 제한을 주어야 하는 등의 문제가 있다. 종래의 구조보강 방법의 또 다른 문제점은 기존의 부재와 보강한 부재가 일체로써 외력에 저항하지 못하고 기존의 부실한 부재가 추가 변형을 일으킨 후에야 새로이 보강한 부재가 기능을 발휘하기 시작하므로 보강 부재의 부담이 늘어나며 기존 구조부재의 처짐이 증가하는 것이다.

따라서 본 발명자는 구조보강에 의해 사용 공간이 침해되지 않고, 보강한 부재가 종래의 부재와 일체로서 거동하여 기존 구조부재를 원상 복구시킬 수 있는 구조보강 방법을 개발하게 되었다.

본 발명의 목적은 종래의 구조부재와 새로 첨가한 부재가 일체가 되어 새로운 구조 시스템을 결성함으로써 기존 구조부재의 하중전달 방식과 전혀 다른 방법으로 외력에 저항할 수 있는 구조보강 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구조보강한 부재가 사용 공간을 감소시키거나 사용상의 제한을 주지 않는 구조보강 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인장부재에 프리스트레스를 도입함으로써 기존 구조부재를 효율적으로 이용할 수 있는 구조보강 방법을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 구조보강 방법에 의해 보강된 상태의 평면도이다.

도2는 도1의 A-A 단면의 단면도이다.

도3은 도1의 "A" 부분의 상세도이다.

도4는 도2의 "B" 부분의 상세도이다.

도5는 도4의 포스트의 B-B 단면의 단면도이다.

도6은 도2의 "C" 부분의 상세도이다.

도7은 도6의 C-C 단면의 단면도이다.

도8은 고정단의 변형예이다.

도9는 도8의 수평단면의 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 고정단 12: 상부철판

14: 하부철판 16: 볼트

18: 측면앵글 20: 걸이쇠

22: 앙카 30: 포스트

32: L자형 철판 34: 지압철판

36: 정착구 37: 너트

38: 앙카 40: 제1인장부재

42: 제2인장부재 44: 중간 정착구

50: U자형 채널 52: 나사마디봉강

54: 지압판 56: 너트

60: 슬래브 62: 기둥

64: 주두 66: 보

본 발명은 트러스 형식으로 기존의 슬래브 구조물을 보강하는 방법으로써, 수평부재가 부담하는 하중을 기존 구조 방식과 다른 가까운 경로로 수직부재에 전이시킴으로써 수평부재의 처짐이나 균열을 줄일 수 있는 구조보강 방법이다.

도1은 본 발명의 구조보강 방법에 의해 슬래브를 보강한 상태의 평면도이며, 도2는 도1의 A-A 단면의 단면도로써, 본 발명의 구조보강 방법은 슬래브의 아래쪽 코너 부분에 설치되는 고정단(10), 슬래브의 아래쪽 중앙 부분에 수직으로 설치되는 다수개의 포스트(30), 상기 고정단(10)과 포스트(30)의 하단부를 경사지게 연결하는 사재인 제1인장부재(40) 및 상기 다수개의 포스트(30)의 하단부를 수평으로 감싸는 제2인장부재(42)로 구성된다. 슬래브의 아래쪽 중앙부에 다수개의 포스트(30)를 수직으로 설치하고 상기 포스트(30)의 하단부를 수평으로 제2인장부재(42)로 한바퀴 묶고 상기 제2인장부재(42)를 중간 정착구(44)에 정착한다. 슬래브의 코너 부분에는 고정단(10)을 설치하고, 상기 고정단(10)과 포스트(30)의 하단부를 제1인장부재(40)로 경사지게 서로 연결한다. 제1인장부재(40)의 설치가 완료되면 대각선 방향의 제1인장부재(40)끼리 동시에 긴장시킨 다음 포스트(30)의 하단부에 정착하여 제1인장부재(40)의 인장력이 포스트의 하단에 가해지도록 한다. 제1인장부재(40)가 포스트의 하단부를 슬래브의 코너 쪽으로 상방향으로 경사지게 잡아당기나, 포스트의 하단부가 제2인장부재(42)에 의해 결속되어 있기 때문에 결과적으로 포스트(30)는 상방향의 합성력을 받게 된다. 상기 포스트(30)의 상향력은 슬래브에 가해지고 슬래브에는 일종의 프리스트레스가 가해진 것과 같은 효과가 발생한다.

상기와 같은 방법에 의해 종래의 슬래브 구조물은 일종의 입체 트러스 구조로 변화된다. 즉, 슬래브(60)는 트러스 상현재가 되고, 포스트(30)는 트러스 수직재(복재)가 되고, 제1인장부재(40) 및 제2인장부재(42)는 각각 트러스의 사재와 하현재가 된다. 따라서, 제1 인장부재(40) 및 제2인장부재(42)는 인장력을 받고 슬래브(60) 및 포스트(30)는 압축력을 부담하여 기존의 부재와 새로 보강된 부재가 일체로써 협력하여 외력에 저항할 수 있다.

도4 및 도5는 포스트의 입면도 및 단면도이다. 슬래브의 하부 중앙부에는 다수개의 포스트(30)를 설치한다. 포스트(30)의 수는 기둥 배열이 가로, 세로가 비슷할 때는 네 개를 설치하는 것이 일반적이나 기존 구조물의 형태에 따라 그 수를 줄이거나 늘릴 수도 있다. 포스트를 하나를 사용하는 경우에는 제2인장부재 없이 제1인장부재만을 사용하며, 포스트를 두 개를 사용하는 경우에는 장변방향으로 중앙에 두 개의 포스트를 배열하고 상기 포스트 하단부 사이를 제2인장부재로 연결하고, 제1인장부재로 고정단과 포스트의 하단부를 각각 연결한다.

포스트(30)는 원형이나 각형의 강관 파이프 또는 강봉을 이용하며 상부에는 지압철판(34)을 부착하고 하부에는 L자형 철판(32)과 정착구(36)를 부착한다. 지압철판(34)에는 다수개의 구멍이 형성되어 있어 상기 구멍에 앙카(38)를 박아 고정할 수 있다. 따라서 슬래브에 앙카(38)를 박은 다음 상기 앙카(38)를 지압철판(34)의 구멍에 끼우고 너트(37)를 이용해서 고정할 수 있다. 상기 구멍은 앙카(38)의 외경보다 충분히 크게 형성되어 있어 제1인장부재(40)의 긴장 과정에서 포스트(30)의 수직도가 변화할 경우 망치로 쳐서 충분히 수직도를 조정할 수 있으며, 와셔(39)를 충분히 큰 것을 사용하여 포스트(30)의 편심을 보완하도록 한다. 포스트(30)의 하단부는 L자형으로 절단되고 L자형 철판(32)이 부착되며 L자형 철판(32)의 끝은 상기 포스트(30)의 외주면보다 돌출된다. 또한 포스트(30)의 하부쪽에는 상기 L자형 철판(32)의 한쪽면과 수직 방향으로 관통구멍이 형성되며 상기 관통구멍이 형성된 L자형 철판에는 정착구(36)가 설치되어 제1인장부재(40)를 상기 관통구멍을 통해 삽입하여 정착구(36)에 정착할 수 있도록 되어 있다.

제2인장부재(42)는 상기 포스트(30)의 하단부를 수평으로 감싸서 고정하며, L자형 철판(32)의 단부는 제2인장부재가 탈락함을 방지한다. 제2인장부재(42)는 포스트(30)와 포스트(30) 사이에서 중간 정착구(44)에 정착된다. 제1인장부재(40)의 정착은 프리스트레스 콘크리트의 PC 강선의 정착이나 락 앙카(Rock Anchor)의 정착용으로 사용하는 쐐기형 정착구를 이용한다.

제1인장부재(40)는 고정단(10)과 포스트(30)의 하단부를 연결하며, 하나 또는 다수개의 인장부재를 이용할 수 있다. 제1인장부재(40)의 한쪽 끝은 포스트(30)의 하단부에 형성된 구멍에 끼우고 다른쪽 끝은 고정단(10)의 걸이쇠(20)를 한바퀴 돌아 다시 포스트의 하단부에 형성된 구멍에 끼워서 정착구(36)에 정착한다.

4개의 고정단(10)과 포스트(30) 사이에 제1인장부재(40)의 설치가 완료되면 4개의 유압잭을 이용하여 대각선 방향으로 2개씩 또는 4개의 제1인장부재(40)를 동시에 인장한다. 구조 계산에 의해 사전에 결정된 인장력으로 제1인장부재(40)를 인장하고 정착구(36)에 정착하면 제1인장부재(40)는 포스트(30)의 하단부를 기둥쪽으로 잡아당기나, 포스트(30)의 하단부는 제2인장부재(42)에 의해 구속되어 있어 결과적으로 포스트는 상향력을 받게 된다. 상기 포스트(30)의 상향력이 슬래브에 가해지면 슬래브의 처짐이나 균열을 감소할 수 있으며, 슬래브가 부담하던 하중 중에서 포스트의 상향력에 해당하는 하중이 포스트(30)와 제1 및 제2인장부재(40, 42)를 거쳐 기둥(62)으로 바로 전달되는 것이다.

도6 및 도7은 고정단의 입면도 및 단면도이다. 고정단(10)은 슬래브의 코너 부분 슬래브와 기둥이 교차하는 부분에 설치된다. 먼저 슬래브의 코너 부분 기둥의 주위로 슬래브를 관통하여 구멍을 뚫는다. 상기 구멍과 같은 크기의 구멍이 뚫린 철판을 슬래브의 상, 하부에 설치한다. 상부철판(12)은 직사각형의 철판으로 보를 가로질러 설치되고, 하부철판(14)은 슬래브의 코너부분에 설치되며 기둥의 코너부분에 설치되는 측면 앵글(18)과 일체로 형성된다. 상기 상부철판(12)과 하부철판(14)의 구멍을 관통하여 볼트(16)를 설치하고 조여 상, 하부철판을 슬래브에 고정한다. 기둥 코너에 설치되는 앵글(18)은 기둥에 앙카(22)를 박아 고정하며, 하부철판에도 필요에 따라 앙카를 박을 수 있다.

하부철판(14)에는 제1인장부재(40)를 고정할 수 있는 걸이쇠(20)를 부착한다. 걸이쇠(20)는 원형 강관을 경사지게 절단하고 상기 원형 강관을 기둥의 코너 쪽으로 경사지도록 하부철판(14)에 부착한다. 상기 걸이쇠(20)를 한바퀴 돌아 제1인장부재(40)를 설치하면 걸이쇠(20)가 기둥쪽으로 경사져 있으므로 제1인장부재(40)가 아래쪽으로 탈락하지 않는다.

도8 및 도9에는 플랫 슬래브의 경우 사용할 수 있는 고정단이 도시되어 있다. 기둥, 주두 및 슬래브로 구성되는 플랫 슬래브(Flat Slab)의 경우에는 주두의 손상에 의해 전단 내력을 감소시키는 부작용이 생길 수 있으므로 고정단의 형상이 조금 달라진다. 플랫 슬래브의 경우에는 기둥의 코너 부분에 앵글(18)을 설치하고 슬래브의 코너 부분에 하부철판(14)을 설치한다. 상기 앵글(18)과 철판(14)은 일체로 형성되며 슬래브 및 기둥에 앙카를 이용하여 고정된다. 하부철판(14)에는 상술한 구체예와 같은 걸이쇠(20)가 형성된다. 원형 강관을 경사지게 절단하여 기둥쪽으로 경사지게 상기 철판에 부착함으로써 제1인장부재(40)를 상기 걸이쇠(20)에 한바퀴 감아 고정시킬 수 있다.

앵글(18)의 양쪽 플랜지에는 각각 다수개의 U자형의 채널(50)이 수평으로 부착되어 있다. 따라서, 인접한 코너의 고정단에 각각 설치된 2개의 U자형 채널(50)의 홈 속에 수평으로 나사마디봉강(52)이나 볼트를 끼우고 U자형 채널(50)의 측면에 지압판(54)을 끼우고 너트(56)로 체결하여 인접한 코너의 U자형 채널(50)끼리 서로 결속한다. 상기 하부철판(14)과 앵글(18)은 단지 앙카만을 이용하여 기둥과 슬래브에 고정되어 있는 바, 제1인장부재(40)에 가해지는 인장력을 부담하기에 충분하지 않을 수 있으므로 기둥의 인접한 코너에 설치된 고정단과 서로 결속하여 제1인장부재(40)에 가해지는 인장력에 저항할 수 있도록 하는 것이다. 기타의 구성요소는 상술한 구체예와 동일하다.

상기 구체예는 제2인장부재(42)가 포스트(30)의 하단부를 감싸고 상기 포스트(30)의 하단과 고정단(10)을 별도의 제1인장부재(40)를 이용해서 결속하고 인장하는 방법을 이용하였으나, X자형으로 두개의 인장부재만을 이용하여 결속할 수도 있다. 즉, 포스트를 감싸는 제2인장부재(42)를 설치하지 않고, 단지 제1인장부재(40)만을 이용하여 한쪽 고정단(10)에서 대각선 방향의 포스트(30)의 하단부 관통구멍을 통과하여 대각선 방향의 다른쪽 고정단(10)을 향하여 인장부재를 설치하고 중간 정착구에 인장부재를 정착한다. 이 경우 포스트가 인장부재가 설치된 방향에 수직하는 방향으로 흔들릴 수 있으므로 포스트 지압철판(34)을 충분히 크게 한다.

제1인장부재(40)로써는 강선을 이용할 수 있으며, 제2인장부재(42)로써는 강선, H형강, T형강, 강관 또는 철판 등을 사용하여 포스트의 하부를 서로 결속할 수 있다. 또한, 본 발명의 구조보강 방법은 슬래브 구조물의 보강은 물론 측압을 받는 벽체 구조물의 보강에도 적용할 수 있다.

본 발명의 구조보강 방법을 이용함으로써 기존의 슬래브 구조물과 보강 부재가 협력하여 트러스 구조를 형성하여 기존의 구조물과 보강 부재가 일체로서 외력에 저항하며, 슬래브에 가해지는 하중을 인장부재의 인장력에 의한 포스트의 상향력에 의해 상쇄함으로써 슬래브의 처짐이나 균열을 효과적으로 제거할 수 있다.

종래의 구조보강 방법은 새로운 부재를 설치하는 과정에서 사용 공간이 줄어드는 문제가 있었으나, 본 발명의 구조보강 방법은 천장 속의 사장되는 공간을 이용하여 구조보강을 함으로써 사용 공간의 침범이 없어 공간의 이용면에서 매우 효율적이다. 또한 천장 속에는 각종의 설비 배관이 설치되어 있으나 본 발명의 구조보강 방법은 인장부재와 포스트만을 이용하여 구조보강을 함으로써 천장 속에 설치된 설비 배관과의 간섭을 최소화 할 수 있어 구조보강 작업이 매우 용이하다.

Claims (5)

1. 슬래브의 코너 부분에 고정단(10)을 설치하는 단계;

   상기 슬래브의 중앙부 아래쪽에 다수개의 포스트(30)를 수직으로 설치하는 단계;

   상기 고정단(10)과 대각선 방향으로 인접한 상기 포스트(30)의 하단부를 각각 연결하는 다수개의 제1인장부재(40)를 설치하는 단계;

   상기 다수개의 포스트(30)의 하단부를 결속하는 제2인장부재(42)를 설치하는 단계; 및,

   상기 제1인장부재(40)를 긴장하여 정착구에 정착함으로써 상기 포스트(30)가 상기 슬래브에 상방향으로 힘을 가하도록 하는 단계;

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조보강 방법.
2. 제1항에서, 상기 고정단(10)은

   슬래브의 상부에 설치되며 다수개의 볼트 구멍이 형성된 상부철판(12);

   슬래브의 하부에 설치되며 다수개의 볼트 구멍이 형성된 하부철판(14);

   상기 하부철판(14)과 일체로 형성되며 기둥의 코너 부분에 설치되는 앵글(18);

   슬래브에 뚫린 구멍을 통해 상기 상부철판(12)과 하부철판(14)을 결속하는 결속수단(16); 및,

   상기 하부철판(14)의 아래쪽으로 돌출되며, 기둥쪽으로 경사지게 설치되어 상기 제1인장부재(40)를 걸어서 고정할 수 있는 걸이쇠(20);

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조보강 방법.
3. 제1항에서, 상기 고정단(10)은

   기둥의 코너 부분에 설치되는 앵글(18);

   상기 앵글(18)과 일체로 형성되며 슬래브의 코너에 설치되는 하부철판(14);

   상기 하부철판(14)의 아래쪽으로 돌출하며 기둥쪽으로 경사지게 설치되어 상기 제1인장부재(40)를 걸어서 고정할 수 있는 걸이쇠(20);

   상기 앵글(18)의 좌, 우측 플랜지에 각각 수평으로 부착된 다수개의 U자형 채널(50); 및,

   상기 U자형 채널(50)에 끼워지며, 인접한 코너의 고정단의 U자형 채널과의 사이에 설치되어 서로를 결속하는 결속수단;

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조보강 방법.
4. 제1항에서, 상기 제2인장부재(42)는 강선, T형강, H형강, 강관 또는 철판 중의 하나인 것을 특징으로 하는 구조보강 방법.
5. 슬래브의 코너부분에 다수개의 고정단(10)을 설치하는 단계;

   상기 슬래브의 중앙부 아래쪽에 다수개의 포스트(30)를 수직으로 설치하는 단계; 및,

   한쪽 고정단에서 대각선 방향의 다른쪽 고정단으로 X자 형으로 상기 포스트(30)의 하단부를 거쳐 인장부재를 설치하고, 상기 인장부재를 긴장하여 정착구에 정착함으로써 상기 포스트가 상기 슬래브에 상방향으로 힘을 가하도록 하는 단계;

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조보강 방법.