KR20010097759A - 후크형 보강철근을 구비한 코오벨 구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 후크형 보강철근을 더 구비하여 수평방향의 내력을 보강한 코오벨 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 기둥에 소정 길이로 돌출되어 형성되어 있으며, 상부 슬래브 및 보를 지지하여 상기 상부 슬래브 및 보로부터 가해지는 하중을 기둥으로 전달하는 콘크리트 코오벨 구조물로서, 후크 형상으로 이루어진 후크단부를 구비한 후크형 보강철근이 더 배근되어, 코오벨 구조물의 수평방향 내력을 보강하는 것을 특징으로 하는 코오벨 구조물이 제공된다.

Description

후크형 보강철근을 구비한 코오벨 구조물 및 그 시공방법{Corbel Structure Having Hook Type Reinforced Steel, and Contructuring Method thereof}

본 발명은, 코오벨(Corbel) 구조물에 관한 것으로서, 후크형 보강철근을 더 구비하여 수평방향의 내력을 보강한 코오벨 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

최근 국외에서는 대형 상업용 매장건물 또는 주차장으로 사용되는 구조물의 구조시스템으로서 프리캐스트 프리스트레스트 더블티 슬래브를 이용하여 구조물을 형성하는 예가 증가하고 있다. 최근 우리 나라에서도 생활패턴이 변화하여 대형 쇼핑몰의 건설이 활발하게 진행되고 있으며, 차량이 대중화되어 널리 보급되므로써 대형 주차시설물의 수요가 증가하고 있다. 이러한 대형 쇼핑몰 건물 또는 대형 주차시설물의 경우, 기둥 사이가 종래의 건축구조물에 비하여 상대적으로 긴 스팬을 가진 장스팬 구조물로 이루어진다.

코오벨 구조물은, 이러한 장지간의 구조물에서 상부 슬래브의 테두리보 또는 역 T형 보와 상부 슬래브를 지지할 콘크리트 기둥이 연결되는 연결부로서, 상부 구조물을 통하여 기둥으로 전달될 하중이 집중되는 부분이다.

장스팬 구조물의 안정적인 거동을 위해서 우선적으로 달성되어야 할 요건 중의 하나는, 상부 슬래브와 보에 의하여 가해지는 수평하중 및 수직하중을 기둥으로 전달하는 코오벨 구조물이 균열 등의 파괴 없이 제기능을 다할 수 있도록 하는 것이다.

일반적인 종래의 콘크리트 코오벨 구조물의 주된 파괴형태로는 수직하중(Vu)에 의하여 발생하는 전단파괴와, 콘크리트의 건조수축이나 크리프(creep)에 의하여 발생하는 수평하중에 의하여 기둥과 코오벨부의 접합면을 따라 발생하는 균열에 의한 파괴가 있다. 이러한 코오벨 구조물의 파괴는 취성적으로 발생되는데, 코오벨 구조물의 취성적인 파괴는 상부 슬래브 구조물 전체의 구조적 거동에 매우 위험한 요소가 된다.

종래에는 이러한 코오벨 구조물의 파괴에 대비하여, 일반적으로 코오벨 구조물의 내부에는 수평방향의 인장철근을 배근하였다. 도 6은 이러한 인장철근이 배근된 종래의 콘크리트 코오벨 구조물(100)에 수직하중(Vu)이 가해졌을 때, 코오벨 구조물 내부에 발생하는 응력의 자유물체도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 코오벨 구조물(100)에 수직하중(Vu)이 가해지면, 모멘트에 의하여 인장철근(101)에 인장력이 발생하게 되고, 코오벨 구조물(100)의 콘크리트부에는 압축력이 작용하게 되는 Y자 형태의 압축대(102)가 형성된다.

이러한 응력분포에 따라, 종래에는 도 7의 측단면도에 도시된 바와 같이, 콘크리트 코오벨 구조물(100)의 내부에 수평방향의 인장철근(101)과 경사지게 배치된 전단마찰 보강철근(103)으로 이루어진 보강철근조립체(104)를 배근하였다.

그러나, 상부의 수평방향 인장철근(101)을 구비한 위와 같은 보강철근조립체(104)만으로는, 콘크리트의 건조수축이나 크리프에 의하여 발생하는 수평하중 및 상부 슬래브와 보에 의하여 가해지는 수평하중에 대하여 충분한 내력을 가질 수 없었다.

따라서, 수평하중에 대하여 충분한 내력을 가질 수 있는 새로운 형태의 코오벨 구조물이 요구되었다.

본 발명은, 종래 기술이 가지고 있던 위와 같은 단점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로, 본 발명은 후크형상의 단부를 구비한 후크형 보강철근을 더 구비하므로써 후크단부의 후크 작용 및 부착력에 의하여 코오벨 구조물의 수평내력을 향상시킬 수 있는 새로운 보강방식의 코오벨 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 위와 같이 후크형 보강철근에 의하여 보강된 코오벨 구조물을 시공할 수 있는 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 기둥에 소정 길이로 돌출되어 형성되어 있으며, 상부 슬래브 및 보를 지지하여 상기 상부 슬래브 및 보로부터 가해지는 하중을 기둥으로 전달하는 콘크리트 코오벨 구조물로서, 후크 형상으로 이루어진 후크단부를 구비한 후크형 보강철근이 더 배근되어, 코오벨 구조물의 수평방향 내력을 보강하는 것을 특징으로 하는 코오벨 구조물이 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 후크형 보강철근은 코오벨 구조물의 돌출부로부터 주 기둥의 내부를 향하여 하향 경사진 경사부와, "U"자 형상의 후크로 절곡되어 있는 후크단부와, 코오벨 구조물의 돌출부 방향으로 수평하게 형성된 소정 길이의 연장부로 구성되어 있으며, 상기 연장부에 일체로 부착되어 코오벨 구조물의 돌출부 상부면에 위하며 코오벨 구조물에 가해지는 수평하중을 상기 후크형 보강철근에 전달하는 소정 두께의 보강판이 더 구비되고, 상기 두 개의 후크형 보강철근은, 상기 후크단부가 주 기둥의 내부에서 서로 교차되도록 배치된다.

또한, 본 발명에서는, 또다른 실시예로서, 상기 코오벨 구조물을 이루는 콘크리트가 강섬유 콘크리트로 이루어진 것을 특징으로 하는 코오벨 구조물이 제공된다.

위와 같은 코오벨 구조물의 시공방법으로는, 콘크리트를 보강하기 위한 보강철근조립체를 거푸집에 배치하는 단계와, 코오벨 구조물의 돌출부로부터 주 기둥의 내부를 향하여 하향 경사진 경사부와, "U"자 형상의 후크로 절곡되어 있는 후크단부와, 코오벨 구조물의 돌출부 방향으로 수평하게 형성된 소정 길이의 연장부로 구성되어 있으며, 상기 연장부에 일체로 부착되어 코오벨 구조물의 돌출부 상부면에 위하는 보강판이 더 구비된 후크형 보강철근을, 그 후크단부가 주 기둥의 내부에서 서로 교차되도록 배치하는 단계, 및 거푸집에 콘크리트를 타설하여 코오벨 구조물을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코오벨 구조물 시공방법이 제공된다.

도 1a는 본 발명에 따른 후크형 보강철근을 구비한 코오벨 구조물의 일 실시예를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도 1b는 본 발명에 따른 코오벨 구조물에 구비되는 후크형 보강철근의 개략도이다.

도 2는 시험에 사용된 종래의 코오벨 구조물에 대한 비교시험체의 개략적인 측단면도이다.

도 3은 시험에 사용된 본 발명에 따른 코오벨 구조물 시험체의 개략적인 측단면도이다.

도 4는 시험에 사용된 시험체를 만능시험기에 설치한 형상을 도시한 개략도이다.

도 5는 시험에서 측정된 각 시험체의 하중-변위 곡선이다.

도 6은 종래의 코오벨 구조물에 수직하중이 작용할 때, 코오벨 구조물 내부에서 발생하는 응력의 자유물체도이다.

도 7은 종래의 코오벨 구조물의 개략적인 측단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 코오벨 구조물 2 보강철근조립체

3 조립철근 4 수평중간철근

5 인장철근 6 후크형 보강철근

20 주 기둥 21 수직철근부재

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용효과에 대하여 설명한다.

도 1a에는 본 발명에 따른 코오벨 구조물(1)의 일 실시예에 대한 개략적인 측단면도가 도시되어 있으며, 도 1b에는 본 발명에 따른 코오벨 구조물(1)에 구비되는 후크형 보강철근(6)의 형상이 개략적으로 도시되어 있다. 도 1a에 도시된 코오벨 구조물(1)은 주 기둥(20)에 일체로 되어 있는 콘크리트 구조물로서, 주 기둥(20)으로부터 소정 길이 만큼 양측으로 대칭이 되도록 돌출되어 있다. 그러나, 본 발명에 따른 코오벨 구조물(1)은 도 1a에 도시된 바와 같은 양측으로 대칭이 되도록 돌출된 형태에 한정되지 아니하며, 주 기둥으로부터 일측으로만 돌출된 형태로도 구성될 수 있으며, 양측의 돌출 형상이 대칭이 아니어도 무방하다.

본 발명에 따른 코오벨 구조물(1)의 내부에는 콘크리트 구조물을 보강하기 위한 보강철근조립체(2)가 배근된다. 보강철근조립체(2)는 코오벨 구조물(1)의 돌출형상에 맞추어 절곡된 조립철근(3)과, 양측의 조립철근(3)을 연결하는 수평중간철근(4)과, 상부의 인장철근(5)으로 구성된다. 일반적으로 조립철근(3)의 단부는 주 기둥(20)에 묻혀있으며, 도 1a에서 조립철근(3)은, 코오벨 구조물(1)의 형상에 맞추어 "ㄴ"자 형상으로 절곡되어 있다. 도 1a에서 부재번호 21은 주 기둥(20) 내부에 배근된 수직철근(21)이며, 부재번호 22는 수직철근(21)을 둘러싸고 있는 횡방향 보강철근(22)이다.

본 발명에 따른 코오벨 구조물(1)에서는, 상기한 보강철근조립체(2)에 더하여 단부가 후크형상으로 절곡된 후크형 보강철근(6)이 배근된다. 도 1b에는 후크형 보강철근(6)의 형상이 개략적으로 도시되어 있는데, 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 코오벨 구조물(1)에 구비되는 후크형 보강철근(6)은, 코오벨 구조물(1)의 돌출부로부터 주 기둥(20)의 내부를 향하여 하향 경사진 경사부(7)와, "U"자 형상의 후크로 절곡되어 있는 후크단부(8)로 구성되어 있다. 철근의 부착강도를 증가시키기 위하여 경사부(7)에 이어서 코오벨 구조물(1)의 돌출부 방향으로 소정 길이의 연장부(9)가 구비될 수도 있다. 또한, 후크형 보강철근(6)의 연장부(9)의 상부에는 소정 폭의 보강판(10)이 부착될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 후크형 보강철근(6)을 코오벨 구조물(1) 내에 배근할 때, 상기 보강판(10)은 도 1a에 도시된 바와 같이, 코오벨 구조물(1)의 돌출부 상부면에 노출되어 위치한다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 코오벨 구조물(1)이 주 기둥(20)을 중심으로 양측으로 돌출되어 있는 경우, 각각의 돌출부에 배근되는 후크형 보강철근(6)은 그 후크단부(8)가 주 기둥(20)의 내부에서 서로 교차되도록 배근된다.

위와 같은 본 발명에 따른 코오벨 구조물(1)의 시공방법을 살펴보면, 우선 조립철근(3)과 수평중간철근(4)으로 이루어진 보강철근조립체(2)를, 주 기둥(20)의 수직철근(21)과 함께 거푸집(도시되지 않음)내에 배근한다.

경사부(7)와 후크단부(8)로 절곡된 후크형 보강철근(6)을, 그 단부가 주 기둥(20)의 내부에서 서로 교차되도록 배치한 후, 콘크리트를 타설한다. 후크형 보강철근(6)의 연장부(9)에 보강판(10)이 부착되는 경우, 상기 보강판(10)이 코오벨 구조물(1)의 돌출부 상부면에 위치할 수 있도록 후크형 보강철근(6)을 배근한 후 콘크리트를 타설한다.

이와 같이, 본 발명의 코오벨 구조물(1)에서는, 보강철근조립체(4)에 더하여, 단부가 후크형상으로 이루어진 후크형 보강철근(6)을 더 구비하므로써, 후크형 보강철근(6)의 후크 작용과 부착력에 의하여 코오벨 구조물(1)에 가해지는 수평하중을 제어하게 되므로, 코오벨 구조물(1)의 수평내력이 증진된다.

또한, 후크형 보강철근(6)의 연장부(9)에 보강판(10)을 부착하는 경우, 코오벨 구조물(1)의 돌출부에 놓여지게 되는 보를 지지할 수 있는 보강강판을 별도로 구비할 필요가 없으며, 보를 설치할 때 충격에 의하여 발생할 수 있는 코오벨 구조물(1)의 돌출부 상부면의 파괴를 방지할 수 있는 효과가 있다.

나아가, 상기 연장부(9)와 보강판(10)이 일체로 부착되어 있으므로, 코오벨 구조물(1)의 돌출부에 가해지는 수평하중이 보강판(10)을 통하여 후크형 보강철근(6)으로 직접 전달되며, 보강판(10)을 통하여 전달된 수평하중은 후크형 보강철근(6)의 후크 보강작용에 의하여 지지될 수 있으므로, 전체적인 코오벨 구조물(6)의 수평내력이 더욱 향상된다.

본 발명에 있어서, 코오벨 구조물(1)을 구성하는 콘크리트로는 잔골재와 굵은골재, 그리고 시멘트와 물을 주요 구성성분으로 하는 일반적인 콘크리트를 이용할 수 있으나, 강도의 증진을 위하여 강섬유를 첨가하여 보강한 강섬유 콘크리트로구성할 수도 있다. 후술하는 실험예로부터 알 수 있듯이, 강섬유 콘크리트로 코오벨 구조물(1)을 구성하는 경우, 구조물의 강성을 향상시킬 수 있으며, 코오벨 구조물의 취성적인 파괴형태를 연성적인 파괴형태로 유도할 수 있게 된다. 코오벨 구조물의 파괴를 연성적인 파괴형태로 유도하게 되면, 코오벨 구조물의 파괴를 사전에 예측할 수 있게 되며, 파괴에 대응할 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

다음에서는 본 발명에 따른 코오벨 구조물의 수평내력 및 강성 증진 효과를 확인한 실험예에 대하여 설명한다.

(1) 실험을 위한 코오벨 구조물 시험체의 형상 및 제원

(1-1) 비교를 위한 비교시험체의 형상 및 제원

본 발명에 따른 코오벨 구조물과의 비교를 위한 비교시험체의 개략적인 측단면도가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서는 하중 재하를 위하여 코오벨 구조물의 상부가 아래를 향하도록 놓여진 상태로 도시하였다.

도 2에 도시된 비교시험체에 있어서, 주 기둥(20)의 크기는 330mm x 330mm이며, 코오벨 구조물의 돌출길이는 150mm, 폭은 330mm, 높이는 200mm이다. 코오벨 구조물의 내부에는 인장철근(5)이 구비된 보강철근조립체(2)가 배근되며, 인장철근(5)의 인장강도는 4000kg/cm²이다. 콘크리트의 설계 강도는 400kg/cm²로 하였다.

수직하중과 수직하중을 동시에 가한 상태로 실험을 할 수 있도록, 비교시험체에서는 코오벨 구조물의 상부면(도 2에서는 바닥면)에 소정 두께의 수평인장철판(13)을 일체로 부착하였다.

(1-2) 본 발명에 따른 시험체의 형상 및 제원

본 발명에 따른 코오벨 구조물 시험체의 형상은 도 3에 도시된 바와 같으며, 코오벨 구조물 및 주 기둥의 제원은 상기한 비교실시예의 제원과 동일하다. 도 3에서는 하중 재하를 위하여 코오벨 구조물의 상부가 아래를 향하도록 놓여진 상태로 도시하였다.

다만, 본 발명에 따른 코오벨 구조물 시험체에서는 도 2의 비교실시예와는 달리, 후크형상의 후크단부(8)를 구비한 후크형 보강철근(6)이 더 배근되어 있다. 상기 후크형 보강철근(6)은, 비교시험체의 인장철근(5)과 동일한 제원의 철근을 사용하여 제작하였다. 또한, 수직하중과 동시에 코오벨 구조물에 수평하중을 가하기 위하여, 후크형 보강철근(6)과 일체로 부착되어 코오벨 구조물의 상부면에 위치한 보강판(10)을 소정 길이로 연장하여 제작하였다.

위와 같은 제원을 가진 본 발명에 따른 코오벨 구조물 시험체는 일반 콘크리트와 강섬유 콘크리트의 2종류로 제작되었는데, 강섬유 콘크리트로 제작된 시험체는, 콘크리트 부피 1m³당 0.5%의 강섬유가 혼입된 강섬유 콘크리트를 사용하여 제작하였다.

(1-3) 시험체의 제원 정리

위 시험체의 제원을 정리하면 다음의 표 1과 같다.

(2) 실험방법

위와 같이 준비된 비교시험체 및 후크형 보강철근을 사용한 본 발명의 시험체를 도 4에 도시된 바와 같이, 만능시험기(14)에 설치하였다.

만능시험기(14)에 의하여 주 기둥 전체에 하중을 가하였으며, 수직하중과 수평하중이 동시에 가해지는 상태를 만들기 위하여, 수평가력장치(15)를 이용하여 각 시험체에 장착된 수평인장철판(13)에 5.8톤의 수평하중을 가하였다.

각 하중 단계에 대하여 처짐측정 게이지(16)와 스트레인 게이지를 이용하여코오벨 구조물의 변형을 측정하였다.

(3) 실험결과

위와 같이 준비된 비교시험체 및 후크형 보강철근을 사용한 본 발명의 시험체의 최대하중 및 최대하중시의 처짐량은 하기의 표 2와 같으며, 각 시험체의 하중-변위 곡선은 도 5에 도시된 바와 같다.

위와 같은 시험결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 후크형 보강철근을 사용한 본 발명의 코오벨 구조물과 강섬유를 더 보강한 본 발명의 코오벨 구조물은, 인장철근만을 구비한 종래의 코오벨 구조물에 비하여 더 큰 최대하중을 갖고 있으며, 최대하중시의 처짐량도 종래의 코오벨 구조물에 비하여 작다.

따라서, 본 발명의 코오벨 구조물은 종래의 코오벨 구조물에 비하여 수평내력이 더 증가되었음을 알 수 있다.

특히, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 강섬유를 첨가한 본 발명의 코오벨 구조물은 종래의 코오벨 구조물에 비하여 최대하중 이후에 연성적인 거동을 보인다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 후크형 보강철근을 구비한 본 발명에 따른 코오벨 구조물에 의하면, 보강철근조립체에 더하여, 단부가 후크형상으로 이루어진 후크형 보강철근을 더 구비하므로써, 후크형 보강철근의 후크 작용과 부착력에 의하여 코오벨 구조물에 가해지는 수평하중을 제어하게 되므로, 코오벨 구조물의 수평내력이 증진된다.

한편, 콘크리트에 강섬유를 더 보강한 본 발명에 따른 코오벨 구조물에 의하면, 수평내력의 증진효과 이외에도, 구조물의 강성을 향상시킬 수 있으며, 코오벨 구조물의 취성적인 파괴형태를 연성적인 파괴형태로 유도할 수 있게 되어 코오벨 구조물의 균열을 용이하게 제어할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 설명된 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상 및 특허청구범위 내에서 자유로운 변형과 개선이 이루어질 수 있다.

Claims (4)

1. 기둥(20)에 소정 길이로 돌출되어 형성되어 있으며, 상부 슬래브 및 보를 지지하여 상기 상부 슬래브 및 보로부터 가해지는 하중을 기둥(20)으로 전달하는 콘크리트 코오벨 구조물(1)로서,

   후크 형상으로 이루어진 후크단부를 구비한 후크형 보강철근(6)이 더 배근되어, 상기 후크형 보강철근(6)의 후크 작용에 의하여 코오벨 구조물의 수평방향 내력을 보강하는 것을 특징으로 하는 코오벨 구조물.
2. 제1항에 있어서, 상기 후크형 보강철근(6)은, 코오벨 구조물(1)의 돌출부로부터 주 기둥(20)의 내부를 향하여 하향 경사진 경사부(7)와, "U"자 형상의 후크로 절곡되어 있는 후크단부(8)와, 코오벨 구조물(1)의 돌출부 방향으로 수평하게 형성된 소정 길이의 연장부(9)로 구성되어 있으며,

   상기 연장부(9)에 일체로 부착되어 코오벨 구조물(1)의 돌출부 상부면에 위하며 코오벨 구조물(1)에 가해지는 수평하중을 상기 후크형 보강철근(6)에 전달하는 소정 두께의 보강판(10)이 더 구비되고,

   상기 두 개의 후크형 보강철근(6)은, 상기 후크단부(8)가 주 기둥(20)의 내부에서 서로 교차되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 코오벨 구조물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코오벨 구조물(1)을 이루는 콘크리트는 강섬유가 혼입된 강섬유 콘크리트로 이루어진 것을 특징으로 하는 코오벨 구조물.
4. 기둥(20)에 소정 길이로 돌출되어 형성되어 있으며, 상부 슬래브 및 보를 지지하여 상기 상부 슬래브 및 보로부터 가해지는 하중을 기둥(20)으로 전달하는 콘크리트 코오벨 구조물(1)을 제작하기 위한 시공방법으로서,

   콘크리트를 보강하기 위한 보강철근조립체(2)를 거푸집에 배치하는 단계;

   코오벨 구조물(1)의 돌출부로부터 주 기둥(20)의 내부를 향하여 하향 경사진 경사부(7)와, "U"자 형상의 후크로 절곡되어 있는 후크단부(8)와, 코오벨 구조물(1)의 돌출부 방향으로 수평하게 형성된 소정 길이의 연장부(9)로 구성되어 있으며, 상기 연장부(9)에 일체로 부착되어 코오벨 구조물(1)의 돌출부 상부면에 위하는 보강판(10)이 더 구비된 후크형 보강철근(6)을, 그 후크단부(8)가 주 기둥(20)의 내부에서 서로 교차되도록 배치하는 단계; 및

   거푸집에 콘크리트를 타설하는 단계로 구성되며,

   코오벨 구조물의 내부에 배근된 상기 후크형 보강철근(6)에 의하여 코오벨 구조물의 수평내력을 보강하는 것을 특징으로 하는 코오벨 구조물 시공방법.