KR200249491Y1 - 철근콘크리트 기초구조물에서의 휨/전단 겸용 보강재 - Google Patents

Abstract

본 고안은 철근콘크리트 기초구조물(footing;이하 생략)에서 범용적으로 사용할 수 있는 휨/전단 겸용 보강재에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 하부의 휨보강재와 상부의 위치고정재와 그 사이를 전단보강재 및 전단연결재로 결속하는 새로운 방법의 휨/전단 겸용 보강재를 개발하여 철근콘크리트 기초구조물에 적용함으로써 지금까지의 시공보다 철근콘크리트 기초구조물의 물량을 절감하고 공기를 단축시키는, 철근콘크리트 기초구조물 보강재에 관한 것이다.

이를 위하여 본 고안은, 기초구조물의 하부에 철근을 배근하는 단계, 이 철근 위에 휨/전단 겸용 보강재를 시공하는 단계, 이 보강재 위에 기초구조물의 상부철근을 배근하는 단계로 구성되며,상기의 휨/전단 겸용 보강재 시공단계를 다시 세분하면, 하부에 휨보강재를 설치하는 단계, 상부에 위치고정재를 설치하는 단계, 상기의 휨보강재와 위치고정재 사이를 전단보강재와 전단연결재를 사용하여 결속하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

철근콘크리트 기초구조물에서의 휨/전단 겸용 보강재 {Reinforcements for bending-moment and shear in the part of reinforced concrete footings}

본 고안은 철근콘크리트 기초구조물(footing;이하 생략)에서 범용적으로 사용할 수 있는 휨/전단 겸용 보강재에 관한 것이다.

일반적으로 철근콘크리트 기초구조물에 대해서는 국내의 '건설교통부 제정 콘크리트구조설계기준(1999)'의 기준 7.10 항에서 전단보강을 언급하고 있으며 일부 사용되는 보강형태로서는, 기초지중보(tie girder) 형태로 배근한 보에 사용된 대근(帶筋)을 이용하여 전단력의 일부를 부담하는 형태를 취하거나, 기둥이 철골이거나 철골-철근콘크리트인 경우 기둥의 하부에 十자 형태의 철골 받침대를 설치하여 기초에 작용하는 휨 응력을 철골이 부담하도록 하는 휨보강재 형태가 사용되고 있다.( Reinforced Concrete Slabs, 1999, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Robert Park/William L. Gamble, p567 )

그런데 일반 철근콘크리트 구조물의 기초에 있어서 전단 보강을 위하여 가끔 사용하는 지중보(tie girder)는, 기초하부철근에 지중보의 대근(帶筋) 하단을 모두 끼워야 하며 기초상부철근도 이 지중보의 대근 상단을 관통하여 설치해야하기 때문에 현장에서의 작업속도가 저하하며 작업 피로도를 상승시켜 현장 작업자들이 전단보강을 기피하는 요인으로 작용하고 있다.

한편 기초의 상부 부재가 기둥일 경우는 지중보 형식으로 전단보강 시공이 이루어질 수 있으나 기초상부부재가 내력벽체일 경우에는 이와같은 지중보 방식의 전단보강을 적용할 수 없어서 보강재에 의한 보강 대신 기초 콘크리트의 두께를 증가시켜 기초에 작용하는 전단응력을 콘크리트가 더 부담하도록 설계하고 있다.

철골 보강재에 있어서는,기초에 하부근을 배근한 후 설치하는 철골재를 합성부재로 설계할 경우, 이종(異種)재료(철골과 콘크리트) 간에 응력이 작용하여 발생하는 미끄러짐 현상을 방지하기 위하여 철골에 추가로 용접 등의 방법을 통하여 전단연결재를 설치해야 하는 과정이 필요하고, 철골 보강재만으로 설계할 경우에는 콘크리트는 아무런 응력부담을 하지않는 상태로 설계가 이루어져 콘크리트 물량을 낭비하는 결과를 낳고있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 첫째, 현장 작업자들이 쉽고 빠르게 배근작업을 할 수 있도록 별도의 보강재를 개발하였으며 둘째, 내력벽체의 하부기초인 경우에도 전단보강이 용이하도록 보강재 형태를 개발하여 기초에 전단보강을 할 수 없던 기존의 경우보다 기초두께를 줄일 수 있도록 하였으며, 셋째, 추가적인 용접작업 없이도 철근 뿐만 아니라 평강이나 앵글, 철망과 같은 것을 활용할 수 있게 개발하여 현장여건에 맞는 소재를 선택할 수 있게 하였다.

도 1은 '휨/전단 겸용 보강재'의 최종 완성도

도 2는 '휨/전단 겸용 보강재'의 제작 실시예

도 3은 '휨/전단 겸용 보강재'를 이용한 기초배근 실시예

도 4는 휨보강재로 사용하는 소재별 제작도

도 5는 전단보강재로 사용하는 소재별 제작도

도 6은 전단보강재를 결속하기 위한 상부 위치고정재

도 7은 결속선과 클립을 이용한 결속작업의 실시예

도 8은 본 고안을 이용한 기초와 기둥이 접하는 경우의 실시예

도 9는 본 고안을 이용한 기초와 내력벽체가 접하는 경우의 실시예

도 10은 본 고안을 이용한 기초 하부에 파일이 시공된 경우의 실시예

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 하부 휨보강재( 철근,평강,앵글 )

2 : 상부 위치고정재( 철근,철망 )

3 : 수직/경사형 전단보강재( 철근 )

4 : 전단연결재( shear connector : 철근 )

5 : 연결배근재( 기초보강상부의 기둥 배근 또는 벽체 배근 )

6 : 기초 하부근 7 : 기초 상부근

8 : 기둥형 겸용 보강재 9 : 벽체형 겸용 보강재

10 : 구멍(hole) 11 : 파일(pile)

12 : 클립(clip) 13 : 결속선

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 기초의 하부에 공통으로 배근되는 철근(6)을 깔고, 본 고안인 휨/전단 겸용 보강재(8 또는 9)를 제작해서 이동장치(예 : 타워 크레인)를 이용하여 필요한 위치로 이동시켜 이미 배근되어 있는 하부철근(6)위에 설치하거나, 또는 기초하부근(6)이 깔린 상태에서 보강이 필요한 위치에 직접 휨/전단 겸용 보강재(8 또는 9)를 설치하도록 한 후 보강재 상부에 마지막으로 기초상부근(7)을 배근하고 콘크리트를 타설하여 기초구조물을 완성한다.

이하 본 고안을, 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 고안인 휨/전단 겸용 보강재에 대한, 결속수단을 이용한 최종 완성도이다. 상부의 그림(8)은 휨/전단 겸용 보강재 위에 기둥 배근이 되는 경우이고, 하부의 그림(9)은 휨/전단 겸용 보강재 위에 벽체 배근이 되는 경우이다.

도2는 휨/전단 겸용 보강재를 제작하기 위한 작업순서의 예를 설명한 것이다. 이에 따르면 도2의a에서 도시된 바와 같이 먼저 지정된 보강 범위의 크기에 따라 최외곽틀(1,2,3)을 결속수단을 이용하여 조립한다.

그런 다음 도2의b와 같이 일방향으로 하부 휨보강재(1)와 상부 위치 고정재(2)를 앞서 조립한 최외각틀에 가(假)결속한다.

그리고 난 후 도2의c와 같이 이것과 90˚방향으로 하부 휨보강재(1)와 상부 위치고정재(2)를 하나씩 얹어두고 도2의d와 같이 그 열에서 필요한 전단보강재(3)를 수직 또는 경사지게 결속하며 도2의e와 같이 다음 열도 차례로 이와같이 전단보강작업을 진행하여 보강재를 완성한다. 이 경우, 도2의f나 도2의h와 같이 보강재가 설치될 기초 부분 배근에서 그 기초 부분의 상부 구조물 배근 사이를 연결하는 연결배근재(5)가 있을 경우, 전단보강근(3) 작업 시에 병행하여 배근한다.

도3은, 도1과 같이 제작된 휨/전단 겸용 보강재(8,9)를 이용한 기초배근작업의 실시예를 그림으로 표현하였다. 우선 1단계로서, 기초의 하부에 공통으로 배근하는 철근(6)을 깐다. 2단계로서, 보강이 필요한 위치에 본 고안인 휨/전단 겸용 보강재(8,9)를 설치한다. 설치하는 방법으로는 본 고안인 휨/전단 겸용 보강재를 별도로 제작해서 이동장치(예 : 타워 크레인)를 이용하여 보강이 필요한 위치로 이동시켜 1단계에서 깔아둔 하부철근(6) 위에 설치하거나 또는 보강이 필요한 위치에서 휨/전단 겸용 보강재를 직접 결속하는 방법이 있다. 이와같이 보강이 필요한 모든 위치에 휨/전단 겸용 보강재 설치가 완료된 후, 기초상부근(7)을 그 위에 배근하면 기초의 모든 배근공정이 끝나며 이후 콘크리트 타설이 이루어지면 기초구조물 형성작업이 완료된다.

기초상부가 기둥인 경우, 공통의 기초하부근(6)을 깔고 난 후 하나의 휨/전단 겸용보강재(8)를 기둥위치에 설치하고 그 위에 마지막으로 기초상부근(7)을 배근하는 방식의 배근작업이 이루어지며 기초상부가 내력벽체인 경우, 공통의 기초하부근(6)을 깔고난 후 일정한 단위길이(2∼3m)로 제작된 휨/전단 겸용 보강재(9)를 하나씩 차례로 벽체 열을 따라 이어서 설치하고 그 위에 마지막으로 기초상부근(7)을 배근하는 방식의 보강작업이 이루어진다.

이와같이 기초하부근 작업이나 기초상부근 작업과 분리하여 보강재 설치를 할 수 있게 됨으로써 기존의 방식(기초철근에 지중보의 대근(帶筋) 하단을 모두 끼워야 하며 상부에 배근되는 기초철근도 이 지중보의 대근 상단을 관통하여 설치)에서의 작업속도 저하나 작업의 피로도 증대를 방지할 수 있게 되었다.

도4는 본 고안인 휨/전단 겸용 보강재 중에서 휨보강재로 사용할 소재의 종류별 보강 형태를 표현한 그림으로서 도4의a는 일반적으로 사용하는 철근을 이용한 경우이며 이때는 철근과 전단보강재를 별도의 가공없이 결속수단( 결속선 사용 또는 클립을 병용)을 이용하여 연결한다. 도4의b는 평강을 이용한 방법으로서 휨보강재로서 여러가닥의 묶음철근을 사용해야할 경우 철근대신 사용할 수 있는 방법으로서 평강을 사용할 경우 전단보강수단과 만나는 위치에 구멍(10)을 뚫고 전단보강재을 관통시켜 일정길이 이상이 나오게 한다. 돌출하게 되는 이 길이는 평강과 콘크리트 사이의 미끄러짐을 방지하는 전단연결재( shear connector )(4)로서 작용하여 평강과 콘크리트가 일체화 되게한다. 도4의c는 평강을 사용하는 대신 기성앵글을 사용하는 방법에 대한 표현으로서 평강인 경우 전단보강재를 관통시키기위한 구멍(10)을 별도로 뚫어야 하지만 앵글인 경우 이 과정이 생략될 수 있다.

도5는 전단보강재(3)로서 사용할 소재의 종류별 제작 형태를 표현한 그림으로, (가)는 철근을 사용한 경우이며 (나)는 평강, (다)는 앵글을 사용한 경우이다. 전단보강재와 전단연결재(4)는 직선으로 하거나 정착(anchorage)이 필요한 경우 단부를 굽히거나(bending) 대근(帶筋)형태로 만든다.

도6은 전단보강재(3)를 결속하기위한 상부의 위치고정재(2)를 표현한 그림으로서 전단보강재(3)을 일정위치에서 잡기 위한 위치고정재(2)로만 작용하므로 도6a와 같이 철근을 사용하거나 도6b와 같이 철망을 사용한다.

도7은 휨/전단 겸용 보강재의 결속작업 실시예를 표현한 그림이다. 도7의a는 일반적으로 철근 결속작업을 위하여 사용하고있는 결속선(13)을 이용한 경우의 수직 전단보강재(3)에 대한 결속작업 그림이며 도7의b는 경사 전단보강재(3)에 대한 결속작업 그림이다. 도7의c는 작업자의 배근작업을 손쉽게 하기 위하여 전단보강재(3)의 결속위치에 수평철근(1,2)을 올릴 수 있도록 하부에 클립(12)을 끼워서 클립 위에 수평철근을 얹어두고 결속선(13)을 사용하도록 한 그림으로서 현장작업자들이 휨/전단 겸용 보강재를 보다 용이하게 제작할 수 있도록, 결속선(13)과 클립(12)을 병용하여 전단보강재(3)를 결속한 그림이다. 여기서 (가)는 전단보강재(3)에 클립(12)을 끼우기 전의 그림이고 (나)는 클립이 끼워진 상태이며 (다)는결속선(13)으로 클립(12)를 조이는 상태의 그림이다.그리고 (라)는 클립(12) 위에 수평재(1 또는 2)를 얹은 상태의 정면도이며 (마)는 (라)에 대한 측면도로서 구멍(10)에 결속선(13)이 끼워진 상태이다.

도8은 기초와 기둥이 접하는 경우에서, 본 고안을 이용한 배근작업의 실시예를 나타낸 것으로서 기존의 배근작업과 비교하면서 설명한 그림이다. 도8의a는 전단보강을 하지 않는 기초배근형태를 표현한 그림이며 도8의b는 휨/전단 겸용 보강재(8)를 사용한 기초배근형태를 표현한 그림이다. 이 두 그림을 각각 비교하면

1) 기초하부근(6) 배근 공정은 동일하다. 단, 휨/전단 겸용 보강재를 적용하는 경우에는 기초하부근 배근 물량에 차이가 생긴다.

2) 기존의 경우 기둥하부에 휨 보강근과 기둥배근을 한다. 본 고안인 휨/전단 겸용 보강재가 이 과정에 해당된다. 본 고안은 전단보강단계(전단보강재) 까지를 포함하고있다.

3) 기초상부근(7) 배근 공정은 동일하다. 단, 휨/전단 겸용 보강재를 적용하는 경우에는 기초상부근 배근 물량에 차이가 생긴다.

4) 기존의 기초에 비하여 휨/전단 겸용 보강재를 적용한 경우 기초의 두께가 줄어든다.

도9는 기초와 내력벽체가 접하는 경우에서 본 고안을 이용한 배근작업의 실시예를 나타낸 것으로서 기존의 배근작업과 비교하면서 설명한 그림이다. 도9의a는 전단보강을 하지 못하는 기존의 기초배근형태를 표현한 그림이며 도9의b는 휨/전단 겸용 보강재(9)를 사용한 기초배근형태를 표현한 그림이다. 이런 경우 휨/전단 겸용 보강재를 일정 길이(2∼3m) 단위로 제작한 후 벽체위치를 따라 연속적으로 연결배치하여 그림과 같이 작업한다. 이 두 그림을 각각 비교하면

1) 기초하부근 배근 공정은 동일하다. 단, 휨/전단 겸용 기초보강재를 적용하는 경우에는 기초하부근 배근 물량에 차이가 생긴다.

2) 기존의 경우 벽체하부에 휨 보강근과 벽체배근을 한다. 본 고안인 휨/전단 겸용 보강재가 이 과정에 해당된다. 본 고안은 전단보강단계(전단보강재)까지를 포함하고있다.

3) 기초상부근 배근 공정은 동일하다. 단, 휨/전단 겸용 보강재를 적용하는 경우에는 기초상부근 배근 물량에 차이가 생긴다.

4) 기존의 기초에 비하여 휨/전단 겸용 보강재를 적용한 경우 기초의 두께가 줄어든다.

도10은 기초와 파일이 접하는 경우에서 본 고안을 이용한 배근작업의 실시예를 나타낸 것으로서 기존의 배근작업과 비교하면서 설명한 그림이다.도10의a는 전단보강을 하지 않고 있는 기존의 기초배근형태를 표현한 그림이며 도10의b는 휨/전단 겸용 보강재를 사용한 기초배근형태를 표현한 그림이다.

이상에서와 같은 휨/전단 겸용 보강재를 사용한 보강설계에 대한 사항은 국내 철근콘크리트 구조설계규준 및 각국의 구조설계규준에 따라 설계시의 하중조건 및 재료강도를 고려하여 보강재의 단면적과 크기 등을 별도의 계산에 의하여 설계하여 구체적인 배근간격 및 보강재 크기 등을 결정한다.

이상에서 상술한 바와같이 본 고안은

첫째, 보강근을 설치할 때 기초하부근이나 기초상부근과는 별도로, 분리하여 제작이 가능한 휨/전단 겸용 보강재(도1)를 고안하여 현장 작업자들이 쉽고 빠르게 배근작업을 할 수 있도록 하여 인력과 공기를 단축하도록 하며

둘째, 파일이나 내력벽체의 하부기초인 경우에도 전단보강이 용이하도록, 하부의 휨보강재(1)와 상부의 위치고정재(2)와 그 사이를 전단보강재(3)와 전단연결재(4)로 결속하는 휨/전단 겸용 보강재(도1)를 고안하여 기초의 두께를 줄인다.

셋째, 도3에서와 같이 추가적인 용접작업 없이도 철근 뿐만 아니라 평강이나 앵글, 철망을 활용할 수 있게 고안하여 현장여건에 맞는 소재를 선택할 수 있게 한다.

이와같이 휨/전단 겸용 보강재(도1)를 사용하면 기초구조물 공사에서 공기와 인력을 절감하고 기초두께를 줄여 시공물량을 절감하는 효과를 발생시킨다.

Claims (6)

1. 철근콘크리트 기초구조물에 있어서,

   하부에 배치하는 휨보강재(1)와, 이것과 수직으로 일정간격 떨어진 상부에 배치하는 위치고정재(2)와, 하부의 휨보강재 격자점들과 상부의 위치고정재 격자점들 사이를 연결하는 전단보강재(3)와, 전단보강재와 휨보강재의 교차점에서 휨보강재 아래로 일정길이 만큼 전단보강재를 연장하여 형성되는 전단연결재( shear connector)(4)와, 이들 보강재가 설치되는 기초부분배근에서 상부구조물(기둥 또는 벽체)배근 사이를 연결하는 연결배근재(5)를 구성요소로 하여 이루어지는 휨/전단 겸용 보강재
2. 제1항에 있어서, 상기 휨보강재(1)는 철근, 평강 또는 앵글을 사용하여 인장재로서 기능하는 휨/전단 겸용 보강재
3. 제1항에 있어서, 상기 위치고정재(2)는 철망 또는 결속된 철근을 사용하여 전단보강재의 위치를 잡는 용도로 사용하는 휨/전단 겸용 보강재
4. 제1항에 있어서, 상기 전단보강재(3)는 철근, 평강 또는 앵글을 사용하여 전단재로서 기능하는 휨/전단 겸용 보강재
5. 제1항에 있어서, 상기 전단보강재(3)는 상기 휨보강재의 격자점과 상기 위치고정재의 격자점 사이를 임의의 각도(도7a,도7b)로 연결하는 휨/전단 겸용 보강재
6. 제1항에 있어서, 상기의 전단보강재(3)가 수평재(휨보강재 또는 위치고정재)와 만나는 교차지점의 하부에 클립(12)을 끼우고 클립 위에 수평재(1,2)를 얹고 결속선(13)으로 결속작업을 실시하여 수평재(1,2)와 전단보강재(3)를 연결하는 휨/전단 겸용 보강재