KR20050072376A - 강콘크리트 바닥보를 가설 스트럿으로 겸용하는 지하골조부분하향공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하실 바닥보를 철근콘크리트조로 설계하는 하향공법 대신 강콘크리트 보를 사용하여 공사 중 가설 스트럿으로 겸용하는 지하골조 부분하향공법에 관한 것이다. 또한 지상에서 기초 하단 아래 경질지반까지 굴착장비로 기둥을 삽입할 구멍을 정확하게 뚫는 것이 거의 불가능하며 긴 기둥을 정확하게 설치하기도 어려우므로 그 시공오차를 흡수하는 방법을 제시한다. 지하실 바닥보는 연직하중뿐만 아니라 토압과 수압도 지탱하여야 하므로 이에 적합한 강콘크리트 단면을 제시한다.

본 발명의 W형 강판거푸집(16) 바닥보는 거푸집 강판과 콘크리트가 협력하여 압축력도 지지하므로 바닥보 높이가 줄어드는 장점이 있다. 기둥 위치에 굴착장비로 뚫은 구멍에 강관기둥을 삽입한 후 강관과 구멍 사이 빈 공간 기초 하단레벨 이하 부분에 콘크리트를 부어 넣고 필요하면 강관 내부에도 콘크리트를 채우고 외부기둥(2)들 사이에 가설흙막이 공사를 시행한다.

1층 바닥 레벨 중앙기둥(1)에 도 2a, 2b와 같이 Ω관(12) 또는 양단에 날개가 붙은 ㄱ형강에 수평 플랜지(11)와 U형 안장쇠(13)를 용접한 한 쌍의 밴드 브라켓(10)을 맞대어 볼트로 조립하고 외부 기둥에는 4분 밴드 브라켓(10,3)을 도 4와 같이 부착하고 외주 보(15)와 W형 강판거푸집(16)을 조립하여 콘크리트를 채운 후 바닥판a(4a)를 시공하면 흙막이 공사가 완료된다. 바닥판a는 토압과 수압을 바닥보를 통하여 반대편 흙막이벽(5)에 전달할 수 있는 수평보 역할을 할 수 있도록 데크 플레이트 위에 콘크리트를 부어넣는 것으로 한다. 바닥판b(4b)도 역시 데크 플레이트 위에 콘크리트를 붓는 방법이며 흙 파기 공사와 지하실 골조 공사를 위하여 필요한 환기 및 자재 운반용 개구부는 남겨 두고 시공 한다. 위 개구부를 통하여 지하 1층 바닥보 아래 까지 흙 파기 공사를 완료하고 위 1층 바닥과 같은 방법으로 바닥판a(4a) 까지 공사를 시행하고 같은 방법으로 기초 하단 까지 흙 파기 공사를 마친 후 기초 공사를 시행한다. 기초공사 후 최하층부터 철근콘크리트 기둥과 바닥판b(4b)를 공사해 올라가는 것으로 지하실 골조 공사를 완료한다.

정확한 위치를 벗어난 기둥에 바닥보를 설치하기 위하여서는 밴드 브라켓(10)이나 4분 밴드 브라켓(10a)의 U형 안장쇠(11)에 바닥보를 끼우고 가조립 볼트로 조립한후 현장용접 하는 방법을 사용한다. U형 안장쇠는 길이와 폭의 여유는 기둥의 편심 시공오차를 흡수한다.

Description

강콘크리트 바닥보를 가설 스트럿으로 겸용하는 지하골조 부분하향공법{partial downward basement frame work applying steel concrete beams as the temporary supports}

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지금까지 하향공법으로 지하실을 축조할 때는 대부분 지하실 바닥보를 철근콘크리트조로 설계하다가 최근 철골 바닥보를 가설 스트럿으로 겸용하는 지하골조 하향공법이 소개되고 있다. 그러나 매 층마다 정위치를 벗어난 기둥 상태를 측정하여 공장에서 철골 부재들 간의 접합 부위를 정밀 제작하여야 하는 번거로움이 있다. 이는 중앙기둥(1)과 외부기둥(2)을 삽입할 구멍을 지상에서 수 개 층의 지하층과 기초 하단 아래 경질지반까지 굴착장비로 정확하게 뚫는 것이 거의 불가능하며 긴 기둥을 그 구멍 정확한 위치에 삽입하는 것도 쉬운 일이 아니다. 따라서 수직 오차와 비틀림이 생긴 기둥에 철골바닥보를 손쉽게 접합하는 방법이 필요하다.

건물의 지상층 바닥보는 주로 연직하중이 주도하지만 지하실 바닥보는 위 연직하중에 추가하여 외벽으로부터 전달되는 토압과 수압도 지탱하는 2중 역할을 해야 한다. 기성 제품 H형강에는 바닥보와 기둥 부재에 적합한 규격이 따로 있으나 지하실 보에 적합한 형태의 보가 없어서 일반 H형강을 보강하거나 더 큰 규격의 H형강을 사용하여야 하므로 본 발명에서는 압축 내력이 큰 콘크리트와 철골 보를 겸하는 강콘크리트 지하실 바닥보를 사용하는 방법이 필요하다. 또한 지하실 바닥보의 높이를 줄여서 흙 파기 량과 지하벽 등의 물량을 줄이는 것도 기술적 과제이다.

도 1-4에서 지하실이 있는 건물의 중앙기둥과 외부기둥 위치에 지상에서 굴착장비를 사용하여 적당한 직경(800∼1,200mm)의 구멍을 뚫고 강관으로 된 중앙기둥과 외부기둥을 정확한 위치에 삽입한 후 중앙기둥과 구멍 사이 빈 공간 기초 하단레벨 이하부분에 콘크리트를 부어 넣고 그 상부에는 모래를 채운다. 또한 필요하면 강관 내부에도 콘크리트를 채운다. 외부기둥은 내·외부 모두 전 높이에 콘크리트를 채운다. 외부기둥들 사이에는 공사 중 지하실 상하 바닥판들 사이의 토압과 수압을 능히 지지할 수 있는 크기의 엄지말뚝이나 다른 재래식 가설흙막이 공사를 시행한다.

1층 바닥 레벨 중앙기둥에는 도 2a, 2b와 같이 Ω관(12) 양단에 날개가 붙은 ㄱ형강에 수평 플랜지(11)와 U형 안장쇠(13)를 용접한 한 쌍의 밴드 브라켓(10)을 맞대어 볼트로 조립하고 외부 기둥(2)에는 4분 밴드 브라켓(10a)를 도 4와 같이 부착한다. 외부기둥과 엄지말뚝(6) 사이는 외주보(15)를 설치하고 W형 강판거푸집(16)을 조립하여 콘크리트를 채운 후 바닥판a(4a)를 시공하면 지하실 흙 파기 공사를 할 수 있는 흙막이 공사가 완료된 셈이다.

1층 바닥에서는 기둥 위치가 정확하므로 바닥보 조립에 어려움이 없다. 바닥보는 강판을 절단하여 용접하거나 코일강판을 성형하여 제작한 W형 강판거푸집(16)에 콘크리트를 부어 넣는 것으로 이 강콘크리트 보가 일반 철골보와 다른 점은 도 7에서 보는 바와 같다. 일반 철골보는 주로 연직하중에 의하여 발생하는 휨모멘트에 저항하기 위한 것이어서 토압과 수압으로 인한 압축력을 받으면 약축(Y) 방향 좌굴에 취약하여 단면을 증대시켜야 하나 강콘크리트 보는 W형 강판거푸집(16)에 콘크리트를 부어넣은 것이어서 강판이 콘크리트와 더불어 큰 압축력을 부담할 수 있는 장점이 있다.

바닥판a(4a)는 흙막이벽(5)에서 부터 전달되는 토압과 수압을 바닥보를 통하여 반대편 흙막이벽에 전달할 수 있는 수평보 역할을 충분히 수행할 수 있도록 구조계산으로 확인하여 배근한다. 그러나 만약 바닥판a (4a) 만으로 수평력과 작업하중에 의한 수직력 전달이 불가능할 경우는 도1a의 보강 가새(17)를 추가하여 수평 트러스 역할을 하도록 한다. 바닥판b(4b)는 공사장 확보를 위하여 선별적으로 부분 시공할 수 있으나 흙파기 공사와 지하실 골조 공사를 위하여 필요한 환기 및 자재 운반용 개구부는 남겨 두어야 한다.

위 개구부를 통하여 지하 1층 바닥보 아래 까지 흙 파기 공사를 완료하고 위 1층 바닥과 같은 방법으로 지하1층 바닥판a(4a) 까지 공사를 시행하고 같은 방법으로 나머지 지하층과 기초 하단 까지 흙 파기 공사를 마친 후 기초 공사를 시행한다. 지하외벽 공사는 최하층부터 상향 시행하는 것이 바람직하나 필요하면 하향 공법을 적용할 수도 있다. 바닥판a(4a)의 흙막이벽 바로 내부에 연하여 콘크리틀 부어 넣기 전에 지하외벽(7) 콘크리트를 부어넣기 위한 파이프 슬리브를 1∼1.5m 간격으로 묻어둔다. 기초공사를 마치고 나서 최하층부터 철근콘크리트 기둥과 바닥판b(4b)를 공사해 올라가는 것으로 지하실 골조 공사를 완료한다.

정확한 위치를 벗어난 양 측 기둥에 바닥보를 설치하기 위하여서는 밴드 브라켓(10)이나 4분 밴드 브라켓(10a)의 U형 안장쇠(13)에 바닥보 양 단을 끼워 넣고 가조립 볼트로 조립한 후 바닥보와 안장쇠 사이를 현장 용접하는 방법을 사용한다. U형 안장쇠는 길이와 폭에 여유를 두어 도 6과 같이 기둥의 편심 시공 오차를 흡수한다.

도 5a는 재래식 기둥, 보의 접합 상태이고 도 5b는 본 발명의 기둥, 보 접합 방법이다. 지하실 바닥보는 거더 (3a) 뿐만 아니라 빔(3b)도 토압과 수압을 지지하여 강접하는 것이 바람직하므로 도 9와 같이 접합한다. 공장에서 거더 측면에다 U형 안장쇠를 용접하고 거기에 빔의 W형 강판거푸집(16)을 끼워 볼트로 가조립하고 주변을 현장용접하면 상기 W형 강판거푸집도 내부에 채우는 콘크리트와 더불어 토압과 수압을 지지하는 스트럿 역할을 하게 된다. 이 접합 방법이 거더 상호간의 거리와 폭의 오차를 흡수하는 것은 기둥과 보의 접합 경우와 동일하다.

하향 공법으로 시공하는 지하실 공사는 기둥 위치를 정확하게 시공하는 것이 어려우며 또한 상부의 슬래브가 가로막고 있으므로 아래층 철골재를 운반 조립하는 것이 번거로워서 바닥보(3a, 3b)를 철근콘크리트로 설계하는 것이 일반적이다. 그러나 철근콘크리트 보는 거푸집이 필수적이며 콘크리트 양생 기간을 기다렸다가 굴토하면서 거푸집을 제거하여야 하는 어려움이 있다. 따라서 재래식 H형 보를 사용할 경우 기둥과 보의 접합은 도 5a와 같이 평면상의 위치 이탈뿐만 아니라 비틀림 회전현상까지 보정하여야 하므로 매 층마다 현장검측을 거쳐 바닥보의 길이와 단부 절단 각도까지 조정하여야 한다. 그러므로 기둥을 도 5b와 같이 원형 강관을 사용하면 기둥의 비틀림은 영향을 주지 않으며 바닥보의 길이도 U형 안장쇠(13)의 길이로 보정되며 접합 축의 비뚤어짐도 U형 안장쇠의 여유 폭이 보정해 주므로 조립 작업에 어려움이 없어진다.

같은 단면적일 때 강관 기둥의 단면 2차 반경(i)이 H형 기둥의 약축 보다 크므로 효율적이다. 또한 강콘크리트 보는 W형 강판거푸집(16)과 콘크리트의 합성 작용으로 스트럿 역할을 하기 때문에 보의 높이도 줄고 강재의 물량도 절감되어 경제적이다. 본 발명의 강콘크리트 보는 강재 사용량이 H형 보의 50% 정도에 불과하다. 강콘크리트 보는 H형 보 보다 높이가 낮으므로 흙 파기를 비롯한 모든 물량도 줄어들어 경제적이다.

도 1은 강콘크리트 바닥보를 스트럿으로 겸용하는 지하골조,

도 2는 중앙기둥과 바닥보의 접합 사시도,

도 3은 중앙기둥과 바닥보의 접합 상세도,

도 4는 외부기둥과 바닥보의 접합 상세도,

도 5는 편심기둥과 보의 접합 상세도,

도 6는 편심시공 흡수장치,

도 7은 일반 바닥보와 강콘크리트 바닥보,

도 8은 밴드 브라켓의 조립도,

도 9는 강콘크리트 거더와 빔의 접합 상세도이다.

〈도면의 부호에 대한 간단한 설명〉

1 : 중앙기둥 2 : 외부기둥

3a: 바닥보(거더) 3b: 바닥보(빔)

4a: 바닥판a 4b: 바닥판b

5 : 흙막이벽 6 : 엄지말뚝

7 : 지하외벽 8 : 기초

9 : 콘크리트 채우기 10 : 밴드 브라켓

10a: 4분 밴드 브라켓 11 : 수평 플랜지

12 : Ω관 13 : U형 안장쇠

14 : 철근콘크리트 기둥 15 : 외주 보

16 : W형 강판거푸집 17 : 보강 가새

Claims (3)

1. 지상에서 기초 하단 경질지반까지 굴착장비로 구멍을 뚫어 강관 중앙기둥(1)과 외부기둥(2)을 삽입하도록 구성하고 ;

   상기 중앙기둥(1)과 구멍 사이는 기초 하단레벨 이하 부분의 빈 공간에 콘크리트를 부어넣고 나머지 상부에는 모래로 채우고, 외부기둥(2)과 구멍은 전부 콘크리트를 채우도록 하며 ;

   상기 중앙기둥(1)에는 Ω관(12)에 수평 플랜지(11)와 2개의 U형 안장쇠(13)를 용접한 밴드 브라켓(10)을 설치하고, 외부기둥(2)에는 1개의 U형 안장쇠와 수평 플랜지가 용접된 4분 밴드 브라켓(10a)으로 구성하고 ;

   상기 브라켓에 W형 강판거푸집(16)을 부착하여 콘크리트를 부어 넣고, 1층 바닥레벨의 외주부에 바닥판a(4a)를 설치하여 흙막이 공사를 시행 하는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 바닥보를 가설 스트럿으로 겸용하는 지하골조 부력하향공법
2. 제 1항에 있어서 U형 안장쇠(13)는 정확한 위치를 벗어난 양 측 기둥에 바닥보(3a, 3b)를 설치하는 경우 밴드 브라켓(10)이나 4분 밴드 브라켓(10a)에 W형 강판거푸집(16)을 넣도록 구성하고 ;

   상기 W형 강판거푸집은 볼트로 조립한 후 바닥보와 안장쇠 사이를 현장용접 하여 U형 안장쇠의 길이와 폭이 기둥의 편심 시공 오차를 흡수하도록 하며 ;

   상기 W형 강판거푸집 내부에 콘크리트를 채워 토압과 수압을 지지하는 스트럿 역할을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 바닥보를 가설 스트럿으로 겸용하는 지하골조 부분하향공법.
3. 제 1항에 있어서 지하실 외주부의 바닥판a(4a)는 테크 플레이트 위에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 수평보 역할을 하도록 구성되고 ;

   상기 수평보의 내력이 부족하면 보강 가새(17)를 설치하여 내력을 보강하도록 하며, 흙막이벽(5)으로부터 전달되는 토압과 수압을 바닥보(3a, 3b)에 전달시키는 것이 특징인 강콘크리트 바닥보를 가설 스트럿으로 겸용하는 지하골조 부분하향공법.