KR200216265Y1 - 철선을 구비한 건축용 슬래브의 데크 패널 - Google Patents

Abstract

본 고안은 건축용 슬래브 축조에 사용되는 데크패널에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 철골이나 철근 콘크리트조의 구조재상에 설치하기에 적합한 구조를 제공하고 동일 구조에서 보다 축소된 크기의 자재의 사용가능으로 전체적인 건설물동량을 축소함으로서 공기단축은 물론 관련 물류비용을 절감하고 자재비용절감 및 전반적인 공사비용을 절감할 수 있는 데크 패널에 관한 것이다.

이에 본 고안의 건축용 슬래브의 데크 패널은 데크 패널을 보(beam)의 골조위에 걸치도록 하는 아연도강판 등과 같은 도금강판의 강도증가를 위한 골판형태를 구성하는 마감재(1)위에 산형의 두 래티스재(2,3)가 상부철선(4)의 양측에 경사하방으로 접합되고, 그 하부 외측에는 두개의 하부철선(5,6)을 접합시킴으로써 안정적인 삼각형 트러스 구조를 이루는 데크 거어더(G)가 구비되는 것으로 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

철선을 구비한 건축용 슬래브의 데크 패널{DECK PANEL FOR THE SLAB OF ARCHITECTURE WHICH EQUIPPED STEEL WIRE}

본 고안은 철근 콘크리트 슬래브 축조에 사용되는 데크패널에 관한 것이다.

당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 일반 건축물의 대부분을 이루는 철근 콘크리트 구조는 일종의 압축재인 콘크리트와 인장재인 철근이 함께 사용되는 복합재료를

가진다.

이러한 철근 콘크리트 축조시 종래 가장 통상적으로 사용하는 방법으로 콘크리트의 외면을 보다 깨끗하게 형성하도록 하는 목적으로 합판이나 각재 등의 재료를 사용하여 거푸집을 가설하고 상기 거푸집 상에 철근을 배근한 뒤 콘크리트를 투입하며 일정한 강도를 갖도록 일정기간 경과후 콘크리트의 양생이 완료되면 거푸집을 제거하는 공정으로 이루어진다.

그러나 상기와 같이 합판이나 각재 등으로 가설되는 거푸집 공사시 수행되는 배근은 콘크리트의 투입으로 인한 팽창이나 수축등으로 인하여 상당한 내력을 가져야 하므로 이를 보다 확실히 하기 위해 건설공사에 있어 거푸집 가설공사가 수반되며 또한 콘크리트의 양생후 거푸집의 제거공사도 이루어져야 하므로 건설공사에 있어 상당한 공사기간를 소요해야 하는 문제점을 내포하고 있다.

또한 상기 거푸집의 제거공사시 콘크리트의 흡착성으로 인하여 거푸집과 접착되어 그 해체에 대단한 어려움이 수반되며 이와 병행하여 콘크리트 구조물이 표면불량을 야기시키며 결국 별도의 마감공사를 수반케 함으로서 비용증가 및 공기증가의 문제점을 가진다.

또한 이와 함께 해체된 거푸집은 거푸집대로 손상을 입어 내구력의 부족이 생기며 이는 차기 공사에의 재사용시 문제가 있고 결국 다량의 폐자재를 발생시키는 원인이 되어 건설공사비의 증가 요인이 되는 것이다.

따라서 상기와 같이 거푸집 사용의 문제에 대하여 많은 대안들이 제시되어져 왔으며 특히 거푸집을 사용하지 않는 무거푸집 공법에 있어서는 종전에 휨 (deflection) 및 전단강성이 커 보(beam)나 기둥(column)사이에 걸치는 것만으로도 작업이 가능하고 마감재로서 해체가 불필요하며 전기설비나 공조설비와 같은 시설들을 굴곡부에 설치가능한 등 장점을 가지는 단차가 큰 굴곡단면의 데크 플레이트(deck plate)를 사용해 왔으나 금속성으로 인한 부식의 문제로 인해 별도의 표면도장이 필요하고 또한 표면에 콘크리트와의 접착성이 떨어져 별도의 접착용 철근을 배근해야 하는 등의 문제가 있었다.

이에 대하여 도1에서와 같은 대한민국 실용신안공고 제1993-3882호는 상,하부 철근(T1, B1)간을 지그재그 형태로 굴곡되는 래티스(lattice)재(L1)로 연결하여 거어더(girder; G)를 형성하고 상기 거어더(G1)와 교차하도록 산형으로 굴곡되는 간격재(spacer; S1)에 의해 도금강판 등으로 된 골판(corrugation)형태로 구성된 마감판(P)상에 소정의 스페이싱(spacing)으로 고정하여 구성한 데크패널(D1)을 도2에서 볼 수 있는 것처럼 기둥간의 스팬(span) 단위로 구성되어 지지된 후 그 상부에서 콘크리트를 타설하여 슬래브를 구성함으로서 문제점을 극복코자 하였다. 도2에서 M은 슬래브의 국부강도를 보강하고 주철근의 추가도 가능하게 하는 망 철근이다. 그러나 본 고안은 제조나 시공 또는 강도상 여러가지의 문제점을 가지는 것으로 나타났으며,

이에 도3에서 볼수있는 것처럼 대한민국 특허출원 제95-53419호의 철근 콘크리트 슬래브의 데크 거어더 및 데크패널에서 데크패널(G2)은 산형의 두 래티스재 (L2)가 상부철근 (T2)의 양측에 경사방향으로 접합되고 두 래티스재의 하측에 각각 하나 또는 복수의 하부철근(B2)이 접합되어 삼각형 트러스 형태의 견고한 데크 거어더(G2)로 구성되며 상기 래티스재의 지지부(L2a) 하측에는 푸트(foot;L2b)가 형성되어 마감판(P2)에 접합되도록 하고 상기 마감판(P2)의 양단에는 연장가능토록 복수패널간의 접속을 위한 랩(lab)부(Ca, Cb)를 가지는 것으로 강도나 변형상 문제가 없고 접합될 부재들의 방향도 일치하므로 제조가 용이토록 하므로서 이러한 문제를 해결하고자 하였으며, 이에 대한민국 실용신안등록출원 제1996-68744호를 통하여 상기 특허출원 제95-53419호의 내용에 대하여 특히 두 하부철근(B2)을 연결하는 크로스 철근 (cross;Cr)과 상단이 상부철근(T2)에 접합되고 중간이 상기 크로스철근(Cr)에 접합되어 하방으로 연장되는 고정철근(Fr)을 가지는 +자형 고정부를 갖추도록 함으로써 강도, 변형의 방지를 통해 더욱 안정된 플랫폼을 구성토록 함으로서 철근 콘크리트 슬래브 구조 축조의 공기단축과 원가절감 등 제반 문제점을 해결코자 하였다.

그러나 상기 선행기술에서 사용된 상부철근과 하부철근은 건축물에 적용되는 한국표준규격에서 요구하는 기본설계사항을 초과하는 과설계된(over designed) 재료를 적용하고 있어 동일목적을 위한 구조재에 있어서 과대재료의 사용으로 재료비의 증가는 물론 이로인한 물류비용의 증대, 관련 인력소요 증가로 전체적인 공사비용의 증가를 가져오는 등 많은 문제점이 있었다.

이에 본 고안은 상기 대한민국 특허출원 제95-53419호 및 실용신안등록출원 제96-68744의 철근 콘크리트 슬래브의 데크 거어더 및 데크패널의 데크패널(G2)에 있어서 구조적인 측면을 적극 고안하여 동일한 구조상에서 상부철근과 하부철근을 크기를 축소적용토록 하고 또한 철근을 철선으로의 대체시키는 변경조정을 통하여 건설공사의 핸들링 물량의 감소와 자재절감을 통하여 전체 공사비용의 절감을 도모하고자 하였다.

본 고안은 상기한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 고안의 주 목적은 철골이나 철근 콘크리트조의 구조재상에 설치하기에 적합한 구조를 제공하고자 하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 동일한 구조상에서 보다 축소된 크기의 자재를 사용하고자 하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 동일한 구조상에서 변경된 자재를 사용하고자 하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 상기 적용자재의 크기축소를 통하여 전체적인 건설물동량을 축소함으로서 공기단축은 물론 관련 물류비용을 절감하는 데 있다.

본 고안의 또다른 목적은 보다 축소된 크기의 자재사용을 통하여 자재비용의 절감 및 전반적인 공사비용을 절감하고자 하려는데 있다.

도 1 은 종래 데크패널의 구성을 보이는 분해사시도이고,

도 2 는 도1에서 콘크리트를 타설한 후의 결합상태 단면도이고,

도 3 은 본 고안의 데크 패널과 유사한 구성을 가지는 2개의 선행기술을 보이는 단부사시도이고,

도 4 는 도3의 시공상태 측면도이고,

도 5 는 본 고안 데크 패널의 구성을 보이는 사시도이고

도 6 은 도5에 있어서 콘크리트를 타설한 후의 결합상태 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 데크패널 2,3 : 래티스재

4 : 상부철선 5.6 : 하부철선

P : 마감재 N : 망

상기한 목적을 달성하기 위해 본 고안을 첨부 도면에 의거하여 좀 더 상세히 설명하면 더욱 명백해질 것이다.

하기에서 본 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 고안에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 고안의 철근 콘크리트 슬래브의 데크패널은 첨부된 도면 도5를 통하여 설명하면, 데크 패널(D)을 보(beam)의 골조위에 걸치도록 하는 아연도강판 등과 같은 도금강판의 강도증가를 위한 골판형태를 구성하는 마감재(1)위에 선행기술인 도3에서의 구성과 같이 산형의 두 래티스재(2,3)가 상부철선(4)의 양측에 경사하방으로 접합되고, 그 하부 외측에는 두개의 하부철선(5,6)을 접합시킴으로써 안정적인 삼각형 트러스형 구조를 이루는 데크 거어더(G)가 구비되는 구성을 가지며, 도6에서와 같이 콘크리트를 타설하여 철근 콘크리트 슬래브를 구축하게 된다.

상기 데크 패널(D)상의 각 데크 거어더(G)의 양단에는 선행기술에서와 같이 강도 및 형태를 유지토록 +자형의 고정부가 구비될 수 있으며 상기 마감재의 양단은 연장가능토록 복수패널간의 접속을 위한 기존의 연결방식을 채택할 수 있다.

또한 데크 패널의 상부에는 도6에서와 같이 필요에 따라 슬래브의 국부강도를 보강시키고 주철근의 추가를 가능토록 하는 망 형태의 철근(N)이 얹혀져 사용되어질 수 있다.

상기 상부철선(4)과 상기 하부철선(5,6)의 크기비율은 상기 상부철선의 직경이 10㎜, 12㎜, 14㎜ 일 경우 상기 하부철선의 직경은 각각 7㎜, 8㎜ 및 10㎜인 비율로 사용되며, 상기 상,하부철선(4,5,6)은 콘크리트와의 정착 향상을 도모토록 철선의 외부가 철근와 유사하게 제조된 것을 구성함이 바람직하다.

상기에서 사용되는 철선은 한국산업표준규격 KSD 3554 (연강선)을 냉간 신선한, KSD 3552 (철선)에 규정하는 보통철선중 원형철선을 사용한다.

상기 원형철선의 공칭선지름, 공칭단면적, 단위중량 및 기계적 성질은 다음 표1에 따른다.

원형철선의 재료특성

공칭명	공칭선지름(mm)	허용차	공칭단면적(㎟)	단위무게(kg/m)	항복점 (N/㎟)	인장강도(N/㎟)	연신율
Φ6	5	±0.10	19.6	0.154 ±9%	500이상	550이상	8
Φ7	7	±0.13	38.5	0.302 ±8%	500이상	550이상	8
Φ8	8	±0.13	50.3	0.395 ±8%	500이상	550이상	8
Φ16	16	±0.13	201.1	1.579 ±5%	390이상	490이상	16

필요에 따라서는 상기 래티스재(2,3)도 이형철선으로 구성될 수 있으며, 상기 두 래티스재(2,3)는 상기 도금강판의 마감재(1) 위에 놓여져 종래기술에 이한 고정방식에 의하여 고정될 수 있다.

상기에서와 같이 기존의 동일한 구조에서 보다 작은 직경의 상하부 철선을 사용토록 할 수 있는 것은 다음의 실시예를 통하여 확인할 수 있다.

<실시예>

다음과 같은 설계조건에 대하여 상기 특허사항이 주어진 한국표준규격상의 설계기준에 합당한지를 확인함으로서 본 고안의 적합성을 확인한다.

1. 설계조건

구 분	내 용	비 고
건물구조	철골조
적용규준	허용응력도 설계법
적재하중	300 kg/㎡
천정마감 및 기타	30.0 kg/㎡
콘크리트 강도 (f'c)	210.0 kg/㎡
철근 강도 (fy)	4000.0 kg/㎡
Slab 두께	13.0 ㎝
보 (Baem) 폭	20.0 ㎝
상부 피복두께	3.0 ㎝
하부 피복두께	2.5 ㎝
스 팬(span)	2.50 m
시공시의 연속 스팬 수	1
사용시의 연속 스팬 수	3

2. 시공시에 대한 검사 (일방향)

(1) 하중사항

구 분	응력용(W3)	처짐용 (W2)	비 고
콘크리트 슬래브(고정하중)	299.0	299.0	t=130mm, γ= 2.3t/㎥
본 고안 데크(고정하중)	25.0	25.0	Super Deck
도달하중(적재하중))	74.8	0.0	= 299.0 x 25%
작업하중(적재하중)	150.0	100.0
계 (kg/㎡)	548.8	424.0	I=7.99E-07 m4/m

상기 하중사항에 의하여 본 고안의 여러형식 중 하나인 슈퍼데크 T1-65 트러스 타입을 사용한다. 이때 적용되는 상부철근은 D10, 2개의 하부철근도 D10이다.

(2) 처짐검사

Lx1 = 2.50 - 0.20(보폭) + 0.13(지점이동길이) = 2.43 m

Lx2 = 2.50 (순스팬)

Lx = 2.43 (사용)

W = 0.424 t/㎡

5 W x Lx⁴5 x 0.424 x 2.43⁴x 100

δ= ------------- = ----------------------- = 1.15 ㎝

384 E I 384 x 2100 x 10⁴x 7.99E-07

캠버 (camber) = 2.43/250 = 0.97 ㎝

따라서,

실제처짐량 (δ_act) = 1.15 - 0.97 = 0.18

여기에서 처짐량 (δ)의 허용치(δ_allow)는 1.0 cm 이므로

δ_act＜ δ_allow를 만족시킨다.

(3) 본 고안 부재의 검사

W = 0.20 x 0.5487 = 0.110 t/m, pitch = 200 mm, h = 55.0 mm

M = 0.110 x 2.43²/ 8 = 0.081 tㆍm

N = M/h = 0.081/0.0550 = 1.473 t

V = 0.110 x 2.43/2 = 0.133 t

이를 먼저 직경이 10mm인 1개의 상단철선에 대하여 확인하면,

단면적 (A_c) = 0.785 ㎠, 단면이차반경 (i) = √I₀/A_c= 0.25 cm

좌굴길이(l) = 20.0 cm, 세장비(λ) = 좌굴길이(l)/단면이차반경(i) = 79.980

한계 세장비(λ_p) = 92.930

압축강도 (f_c) = {1-0.4(λ/λ_p)²} x 4.0/n = 1.41 t/㎠

압축응력 (σ_c) = N_c/A_c= 1.473/0.79 = 1.876 t/㎠

σ_c/(f_cx 1.5) = 0.89 ＜ 1.0 ---- O.K

그리고 다시 직경이 10mm인 두개의 하단철선에 대하여 확인하면,

단면적 (A_t) = 1.570 ㎠, f_t= 2.2 t/㎠

압축응력 (σ_t) = N_c/A_t= 1.473/1.570 = 0.938 t/㎠

σ_t/(f_tx 1.5) = 0.28 ＜ 1.0 ---- O.K

끝으로, 직경이 6mm인 래티스재에 대하여 확인하면,

단면적 (A_l) = 0.280 ㎠, 단면이차반경 (i) = √I₀/A_l= 0.15 cm

좌굴길이(l) = 11.4 cm,세장비(λ) = 좌굴길이(l)/단면이차반경(i) = 76.085

한계 세장비(λ_p) = 83.119

압축강도 (f_c) = {1-0.4(λ/λ_p)²} x 5.0/n = 1.61 t/㎠

축방향력 (N_c) = 전단력(V)/Sinθ = 0.13/sin28.8 = 0.28 t

압축응력 (σ_t) = (N_c/ 2)/A_l= 0.138/0.28 = 0.494 t/㎠

σ_c/(f_cx 1.5) = 0.20 ＜ 1.0 ---- O.K

3. 건물 사용시에 대한 검사 (허용 응력도 설계법)

(1)고정하중

콘크리트 130 mm (γ= 2.3 t/㎥)	299.0
본 고안의 데크	25.0
마감, 천정, 기타(추가하중)	30.0
적재하중W1= 고정하중 + 적재하중 = 0.654 t/㎡W2= 추가하중 + 적재하중 = 0.330 t/㎡W3= 고정하중 - 추가하중 = 0.324 t/㎡	300.0
합계 (kg/㎡	654.0

(2) 모멘트(moment)

L_x= 2.50 - 0.00 (보폭) = 2.50 m

Max. Negative Moment (내단부)

M_x1= W₁x L_x ²/ 12 = 0.341 tㆍm

Max. Positive Moment (중앙부)

M_x2= W₂x L_x ²/ 14 = 0.147 tㆍm

M_x3= W₃x L_x ²/ 8 = 0.253 tㆍm

(3) 본 고안 주근 검사

먼저 1개의 상부 철선에 대하여 확인하면,

A_c= 0.785 ㎠, f_c= 2.2 t/㎠, d = 8.50 ㎝

S = A_cㆍ f_cㆍ j ㆍ d/M_x1

= 0.785 ㆍ 2.2 ㆍ 0.875 ㆍ 8.50/0.341

= 37.7 ㎝ ＞ 20 ㎝ ---- O.K

또 2개의 하부 철선에 대하여 확인하면,

A_t= 1.570 ㎠, f_t= 2.2 t/㎠, d = 10.00 ㎝

S = A_tㆍ f_tㆍ j ㆍ d/(M_x2+ M_x3)

= 1.570 ㆍ 2.2 ㆍ 0.875 ㆍ 10.00/(0.147+0.253)

= 75.5 ㎝ ＞ 20 ㎝ ---- O.K

(4) 배덕근

최소 철근비 배근

A_s= 0.00180 x 100 x 13.0 = 2.34 ㎠/m

D10 을 피치 300mm 이하 간격으로 현장배근토록 함

(5) 정착 및 이음길이 산정

L ＞ nD = (a ㆍσ_t/ 4U_c) D

n = 1.0 x 2200 / 4 x 14.0 = 39.3

L ＞ 39.3 x 0.0 = 39.3 ㎝

본 고안은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 고안의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 고안은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 고안의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이와 같은 본 고안에 의하여 철골이나 철근 콘크리트조의 구조재상에 설치하기에 적합한 구조를 제공하고 동일 구조에서 보다 축소된 크기의 자재의 사용가능으로 전체적인 건설물동량을 축소함으로서 공기단축은 물론 관련 물류비용을 절감하고 자재비용절감 및 전반적인 공사비용을 절감할 수 있는 매우 유익한 고안임이 명백하다.

Claims (2)

1. 강도를 갖도록 골판으로 구성되는 도금강판의 마감판(1)상에 구성되는 철근 콘크리트 슬래브를 축조하기 위한 데크 패널(D)에 있어서,

   산형의 경사굴곡을 가지고 서로 마주하며 삼각형의 모양을 이루는 두 래티스재(2,3)의 상단 내측과 접합되는 1개의 상부철선(4)과;

   상기 두 래티스재(2,3)의 각 경사하부 외측에 상기 상부철선(4)에 비해 소구경의 하부철선(5,6)이 구비된 것을 특징으로 하는 건축용 슬래브의 데크패널.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하부철선(5.6)의 직경을 상기 상부철선(4)의 직경이 10mm일때 7mm, 12mm일때 8mm, 14mm일때 10mm로 각각 사용되는 것을 특징으로 하는 건축용 슬래브의 데크패널.