KR200451731Y1 - 콘크리트 충전 강관 기둥 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 콘크리트 충전 강관 기둥에 관한 것으로서, 지중 천공 직경과 강관 직경 사이에 시공 여유 공간이 많이 확보됨에 따라 경제적인 설계가 가능해지고, 필요시 천공 직경을 축소하여 천공 비용을 줄일 수 있는 콘크리트 충전 강관 기둥에 관한 것이다. 이를 위해, 본 고안의 콘크리트 충전 강관 기둥은, 강관의 하단에 상기 강관에 비해 횡폭이 축소된 연장부재가 일체로 연결 설치되고, 상기 연장부재에 결착부재가 설치되며, 상기 결착부재가 매립, 결착되도록 상기 연장부재의 주변에 기초 콘크리트가 타설되어 시공된 것을 특징으로 한다. 이러한 본 고안의 콘크리트 충전 강관 기둥에 의하면, 천공 직경과 강관 직경 사이에 시공 여유 공간이 많이 확보될 수 있고, 이에 경제적인 설계가 가능해진다. 또한 횡폭이 축소된 연결부재에 스터드를 용접하므로, 종래에 비해 천공 직경을 더욱 축소할 수 있으며, 이에 천공 비용을 줄일 수 있게 된다.
콘크리트 충전 강관 기둥, CFT, 연결부재, H-형강, 스터드, 기초 콘크리트

Description

콘크리트 충전 강관 기둥{Concrete Filed Tube}
본 고안은 콘크리트 충전 강관 기둥에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강관 내부에 콘크리트가 충전되고 하단부가 기초 콘크리트에 매립되어 시공되는 지하구조물 시공을 위한 콘크리트 충전 강관 기둥에 관한 것이다.
일반적으로 지하구조물을 구축하는 방법에는 두 가지가 있다. 즉, 지하구조물이 축조되는 지반에 흙막이공사를 한 다음 지반을 굴착하면서 흙막이를 지지할 수 있는 가시설물을 설치하고 토사를 전부 반출한 뒤 맨 아래층에서부터 구조물을 축조해 올라가는 순타설 공법과, 흙막이를 시공하고 1층 구조물을 축조한 뒤 그 구조물을 흙막이용 버팀대로 이용하여 상부에서 하부로 지반을 굴착하면서 구조물을 축조해 내려가는 역타설 공법이 그것이다.
최근 토지이용의 극대화 차원에서 지하공사가 점차 고심도화되고 있고, 특히 순타설 공법에 의한 시공시에는 흙막이 붕괴의 위험이나 주변건물들 침하 등으로 인한 균열발생과 함께 시각적으로도 불안할 뿐만 아니라 공사기간이 길어지는 등 여러 문제가 있어서, 근래에는 역타설 공법이 널리 적용되고 있다.
이 역타설 공법은 지하구조물 축조시에 지상 1층으로부터 지하층을 향하여 시공하여 나가는 방식이므로, 지하구조물과 지상구조물의 시공이 동시에 진행 가능하고, 지상 1층의 바닥을 작업장으로 활용할 수 있어 별도의 복공판이 불필요하며, 무지보 거푸집 작업이 가능하다는 장점이 있다.
이러한 역타설 공법으로는 지반을 정지한 상태에서 지반 위에 콘크리트 슬래브와 보를 타설하는 방법(Concrete on Grade)과, 지반을 어느 정도 굴착하고 지반을 고른 뒤 동바리를 세우고 거푸집을 설치하여 콘크리트를 타설하는 방법(Form on Supporting)과, 거푸집 지지를 위한 동바리를 세우지 않는 대신에 선(先) 시공한 상층의 콘크리트 슬래브에 거푸집 지지를 위한 거푸집 지지거더를 현수시켜 콘크리트를 타설하는 방법(무지보 역타설 현수 거푸집 공법) 등이 있다.
최근 널리 사용되고 있는 방법으로는, 흙막이벽 시공 후 설치한 각 골조용 기둥에 해체 가능한 조립식 지지브라켓을 설치하고, 거푸집 지지거더(H-형강 철골보임, 이하 지지거더로 약칭함)를 상기 지지브라켓을 이용하여 골조용 기둥에 지지시킨 뒤, 상기 지지거더에 보 거푸집 및 슬래브 거푸집(일반 데크 플레이트나 딥데크, 트러스데크 등)을 지지시켜 설치하고, 이후 콘크리트를 타설하는 방식이 있다.
이때, 각 골조용 기둥의 해당 층 높이에 지지브라켓을 설치하고, 이웃한 두 골조용 기둥의 지지브라켓 위에 단부를 거치하는 형태로 지지거더를 지지시킨 다음, 지지거더에 보 거푸집 및 슬래브 거푸집을 지지시키게 된다.
상기 지지브라켓은 기둥상에 쉽게 장착 및 해체가 가능하므로, 해당 층에 대 해 보 및 슬래브의 콘크리트 시공작업이 모두 완료되면, 각 지지브라켓을 해체 후 기둥 상의 아래층 높이로 내려 재설치한 뒤 동일 목적으로 사용하게 된다.
이와 같이 지지브라켓을 이용한 지하구축용 무지보 역타설 시스템은, 슬래브 및 보 시공을 위한 구조물을, 선시공한 상층 슬래브에 현수재를 이용하여 현수 및 지지시키는 방법이 아닌, 지지브라켓을 이용하여 골조용 기둥에 직접 지지시키는 방법으로서, 기존 동바리나 현수재 지지방식의 여러 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 건물 시공시에 기초 작업을 위해서 H-형강 또는 콘크리트 충전 강관 기둥 등의 골조용 기둥을 우선 시공한다.
최근 우수한 구조적 안정성을 확보할 수 있는 콘크리트 충전 강관 기둥을 많이 사용하고 있는데, 상기 콘크리트 충전 강관 기둥은 원형 또는 각형의 강관에 콘크리트를 충전한 기둥을 의미하며, 이러한 콘크리트 충전 강관 기둥(Concrete Filed Tube, 이하 CFT 기둥이라 칭함)을 골조의 주요 구성 부재 중 기둥 부재로 사용하여 고축력에 저항하는 구조를 콘크리트 충전 강관 기둥 구조라 한다.
상기 CFT 기둥의 구조는 기둥의 강관이 콘크리트를 구속함으로써 강성, 내력, 변형 등의 구조적인 측면뿐만 아니라 내화 및 시공 등 다방 면에서 우수한 성능을 발휘하는 장점이 있으며, 이에 따라 도심의 빌딩, 고층복합시설 등과 같은 건축물에 많이 적용하고 있는 추세이다.
특히, 웹과 플랜지로 구성되어 단면상에서 강, 약축이 존재하는 H-형강을 사용하는 경우에 CFT 기둥에 비해 좌굴에 불리한 것으로 알려져 있고, 또한 H-형강을 사용한 SRC 기둥(철골철근 콘크리트 합성 기둥)에서는 합성 기둥 내 배근되는 철근 의 양을 고려할 때 CFT 기둥에 비해 상대적으로 많은 양의 철근이 사용되며, 이에 CFT 기둥으로 시공하는 것이 공사비를 절감하는 데 유리한 것으로 알려져 있다.
또한 CFT 기둥을 사용하는 것이 H-형강을 사용한 SRC 기둥에 비해 중량을 줄일 수 있는 장점이 있게 된다. 그리고, 같은 CFT 기둥이라 하더라도 원형 강관을 사용하는 것이 사각형 강관을 사용하는 것보다 비용, 중량, 재료 사용량 측면에서 보다 유리한 장점이 있다.
지하구조물의 역타시공시에 CFT 기둥을 시공하기 위해서는, 첨부한 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 지반을 일정한 직경으로 천공한 뒤 그 천공(1) 내에 강관(10)을 세우고 강관의 하단부에는 기초 콘크리트(2)를 시공하여 고정하게 된다.
기초 콘크리트 타설을 위한 천공(1)은 보통 소구경의 경우 Ø800(800mm) 정도의 직경으로 천공하고, 대구경의 경우 Ø1000 정도의 직경으로 천공하게 되는데, 보통 축 하중을 많이 받는 경우 Ø1000의 직경으로 천공하게 된다.
또한 기초 콘크리트(2)에 매립되는 강관 부분에는 결착부재인 스터드(11)를 우선 용접하여 설치하게 되는데, 강관(10) 하단부에 소정 길이의 스터드 다수개(11)를 용접하여 설치한 뒤 강관(10)을 천공(1) 내에 삽입하고, 상기 스터드(11)가 매립, 결착되도록 천공(1)의 하단부에 기초 콘크리트(2)를 타설하게 된다.
그러나, 종래의 CFT 기둥 시공시에는, 도시된 바와 같이, 스터드의 길이를 고려해야 하므로 천공 직경을 크게 하거나, 스터드의 길이로 인해 천공과 강관 간의 시공 여유 공간이 매우 적으므로 강관 직경(D)을 제한해야 하는 문제점이 있다.
천공 직경을 크게 하는 경우 천공 비용이 과다하게 소요되고, 강관 직경을 제한하는 경우 경제적인 설계가 어려워지게 된다(작은 구경의 강관을 사용해야 함).
따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 지중 천공 직경과 강관 직경 사이에 시공 여유 공간이 많이 확보됨에 따라 경제적인 설계가 가능해지고, 필요시 천공 직경을 축소하여 천공 비용을 줄일 수 있는 콘크리트 충전 강관 기둥을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 고안은, 강관 내부에 콘크리트가 충전되고 하단부가 기초 콘크리트에 매립되어 시공되는 지하구조물 시공을 위한 콘크리트 충전 강관 기둥에 있어서,
상기 강관의 하단에 강관에 비해 횡폭이 축소된 연장부재가 일체로 연결 설치되고, 상기 연장부재에 결착부재가 설치되며, 상기 결착부재가 매립, 결착되도록 상기 연장부재의 주변에 기초 콘크리트가 타설되어 시공된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서, 상기 강관의 하단에 엔드 플레이트가 용접 설치되고, 상기 엔드 플레이트에 연장부재가 용접되어 연결된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 연장부재로서 H-형강이 설치되고, 상기 H-형강의 웹 부분과 플랜지 바깥면에 상기 결착부재로서 스터드가 용접 설치된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 고안의 콘크리트 충전 강관 기둥에서는 다음과 같은 효과가 있게 된다.
1) 강관 직경의 제한이 적어지므로 경제적인 설계가 가능해진다. 즉, 천공 직경과 강관 직경 사이에 시공 여유 공간이 많이 확보됨에 따라, 더 큰 직경의 강관 사용이 가능하여 경제적인 설계가 가능해지는 것이다.
2) 또한 종래에는 스터드의 길이를 고려하여 천공 직경을 크게 할 필요가 있었으나, 본 고안에서는 횡폭이 축소된 H-형강에 스터드를 용접하므로, 종래에 비해 본 고안의 적용시 천공 직경을 보다 축소할 수 있으며, 이에 천공 비용을 줄일 수 있게 된다.
이하, 본 고안의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서 및 실용신안등록청구범위에 사용된 용어나 단어는 고안자가 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
첨부한 도 3은 본 고안에 따른 콘크리트 충전 강관 기둥 및 기초 콘크리트의 시공 상태를 도시한 단면도이고, 도 4 및 도 5는 도 3에서 각각 선 A'-A'와 선 B-B를 따라 취한 횡단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 고안의 콘크리트 충전 강관 기둥은 강관(10) 하측으로 별도의 연장부재(14)가 일체로 연결 설치되고 상기 연장부재(14)의 주변에 기초 콘크리트(2)가 타설되어 구성된 것이다.
즉, 본 고안의 콘크리트 충전 강관 기둥은 기초 콘크리트(2) 속에 매립되는 부분을 강관(10)에 비해 횡폭이 상대적으로 축소된 별도의 연장부재(14)로 구성하여 시공되는 것이다.
상기 강관(10)으로는 통상의 콘크리트 충전 강관 기둥에 사용되는 원형 또는 각형 강관을 사용하며, 이 강관(10)에 연장부재(14)를 직선으로 연결하여 시공하는 바, 상기 연장부재(14)로는 횡폭이 축소된 H-형강을 사용한다.
도 3을 참조하여 설명하면, 콘크리트 충전 강관 기둥의 강관(10) 하단에 상기 연장부재로서 횡폭이 축소된 H-형강(14)을 직선상으로 연결하여 사용하며, 기둥 시공시에는 지반을 일정한 직경으로 천공한 뒤 그 천공(1) 내에 연장부재인 H-형강(14)이 일체로 설치된 강관(10)을 세우고 H-형강 주변에 기초 콘크리트(2)를 타설하여 시공하게 된다.
이때, 강관(10) 내부에는 기존과 마찬가지로 콘크리트(12)를 충전하여 콘크리트가 충전된 강관 기둥을 완성하게 된다.
바람직한 실시예에서, 상기 강관(10)과 연장부재(14)를 직선상으로 연결 설치하기 위해 연장부재가 연결되는 강관 끝단(도면상 강관 하단)에 엔드 플레이트(13)를 우선 용접 설치하고, 이 엔드 플레이트(13)에 연장부재(14)를 용접하여 연결하게 된다.
또한 상기 연장부재(14)에는 결착부재인 스터드(15)를 미리 용접 설치하게 되는데, 연장부재로 H-형강을 사용하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, H-형강의 웹 부분(14a)과 플랜지(14b) 바깥면에 각각 스터드(15)를 용접하여 시공하게 된다.
상기 스터드(15)는 기초 콘크리트(2) 내에 매립되어 기둥과 기초 콘크리트를 결착시키는 역할을 하게 된다.
이와 같이 하여, 본 고안의 콘크리트 충전 강관 기둥은 강관(10) 끝단에 엔드 플레이트(13)를 보강한 뒤 H-형강(14)을 상기 엔드 플레이트에 용접하여 이어 붙이고 상기 H-형강(14)에는 스터드(15)를 용접하여 구성되는 것으로, '강관 + H-형강' 일체 구조물을 지중 천공(1) 내에 삽입한 뒤 상기 H-형강(14) 주변으로 기초 콘크리트(2)를 타설하여 시공되어진다.
상기와 같이 콘크리트 충전 강관 기둥에서 기초 콘크리트(2) 내에 매립되는 부분이면서 스터드(15)가 용접 설치되는 부분을 강관(10)에 비해 상대적으로 횡폭이 축소된 별도 연장부재(14)로 구성하게 됨으로써, 다음과 같은 장점이 있게 된다.
우선, 강관 직경(D)의 제한이 적어지므로 경제적인 설계가 가능해진다. 즉, 천공 직경과 강관 직경 사이에 시공 여유 공간이 많이 확보됨에 따라, 더 큰 직경의 강관 사용이 가능하여 경제적인 설계가 가능해지는 것이다(도 2와 도 4 참조).
또한 종래에는 스터드의 길이를 고려하여 천공 직경을 크게 할 필요가 있었으나, 본 고안에서는 횡폭이 축소된 H-형강에 스터드를 용접하므로, 종래에 비해 본 고안의 적용시 천공 직경을 보다 축소할 수 있으며, 이에 천공 비용을 줄일 수 있게 된다.
이상으로 본 고안에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 고안이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시예가 본 고안의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 콘크리트 충전 강관 기둥의 시공상태를 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 취한 횡단면도,
도 3은 본 고안에 따른 콘크리트 충전 강관 기둥 및 기초 콘크리트의 시공 상태를 도시한 단면도,
도 4 및 도 5는 도 3에서 각각 선 A'-A'와 선 B-B를 따라 취한 횡단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 천공 2 : 기초 콘크리트
10 : 강관 12 : 충전 콘크리트
13 : 엔드 플레이트 14 : 연장부재
15 : 스터드

Claims (3)

  1. 강관(10) 내부에 콘크리트(12)가 충전되고 하단부가 기초 콘크리트(2)에 매립되어 시공되는 지하구조물 시공을 위한 콘크리트 충전 강관 기둥에 있어서,
    상기 강관(10)의 하단에 강관에 비해 횡폭이 축소된 연장부재(14)가 일체로 연결 설치되고, 상기 연장부재(14)에 결착부재(15)가 설치되며, 상기 결착부재(15)가 매립, 결착되도록 상기 연장부재(14)의 주변에 기초 콘크리트(2)가 타설되어 시공된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관 기둥.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 강관(10)의 하단에 엔드 플레이트(13)가 용접 설치되고, 상기 엔드 플레이트(13)에 연장부재(14)가 용접되어 연결된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관 기둥.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 연장부재(14)로서 H-형강이 설치되고, 상기 H-형강의 웹 부분(14a)과 플랜지(14b) 바깥면에 상기 결착부재(15)로서 스터드가 용접 설치된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관 기둥.
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