KR20060023618A - Ｆｒｐ 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥 및 이의연결구조 - Google Patents

Ｆｒｐ 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥 및 이의연결구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥 및 이의 연결구조에 관한 것으로서, 내부에 중공부를 형성하는 기둥 몸체 및 상기 중공부에 유리섬유 FRP 또는 탄소-유리섬유 FRP로 이루어진 보강재로 구성된 철근 콘크리트 기둥을 공장에서 생산하여 현장으로 반입 설치하되, 철근이 배근된 철근 콘크리트 보를 상기 기둥 상단에 수평 방향으로 설치하는 동시에, 상기 철근 콘크리트 기둥의 중공부에 철근을 배근하거나 철근의 배근없이 무근으로 한 후, 보와 보 사이에 거푸집을 설치한 다음, 상기 성형공간 내에 콘크리트를 타설하여 경화시킨 상태에서, 다시 철근 콘크리트 기둥을 동일 수직선 상에 위치할 수 있도록 함으로써, 프리캐스트 기둥을 현장으로 운반시 상기 기둥의 중량이 줄어들어 운반 및 양중이 용이하여 전체적으로 공기단축 및 시공성을 향상시킬 수 있고, 더불어 높은 인장강도의 FRP 보강재가 영구 구조체로 사용되어 궁극적으로 건축물의 구조적인 안정을 도모할 수 있으며, 특히 대형으로 이루어진 부재의 경우에도 프리캐스트화할 수 있는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥 및 이의 연결구조에 관한 것이다.
유리섬유 FRP 또는 탄소-유리섬유 FRP, 섬유강화 플라스틱, 보강재, 철근 콘크리트, 기둥, 보, 거푸집, 영구 구조체

Description

ＦＲＰ 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥 및 이의 연결구조{Precast concrete using Fiber Reinforced Plastics construction and connection structure thereof}
도 1은 본 발명에 따른 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥을 나타내는 사시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥에 철근 콘크리트 보를 장착한 상태를 나타내는 평면도,
도 3a ~ 도 3c는 본 발명에 따른 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥이 서로 연결된 연결구조를 나타내는 수직 단면도,
도 4a ~ 도 4e는 본 발명에 따른 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥이 서로 연결된 연결구조를 단계적으로 나타내는 시공 단계도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기둥 몸체 11 : 중공부
20 : 보강재 21 : 유리섬유 FRP
22 : 탄소섬유 FRP 30 : 보
40 : 거푸집 50,51 : 철근
52 : 보 철근 53 : 기둥 연결용 철근
60 : 결속부재 70 : 콘크리트
본 발명은 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥 및 이의 연결구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부에 중공부를 형성하는 기둥 몸체 및 상기 중공부에 유리섬유 FRP 또는 탄소-유리섬유 FRP로 이루어진 보강재로 구성된 철근 콘크리트 기둥을 공장에서 생산하여 현장으로 반입 설치하되, 철근이 배근된 철근 콘크리트 보를 상기 기둥 상단에 수평 방향으로 설치하는 동시에, 상기 철근 콘크리트 기둥의 중공부에 철근을 배근하거나 철근의 배근없이 무근으로 한 후, 보와 보 사이에 거푸집을 설치한 다음, 상기 성형공간 내에 콘크리트를 타설하여 경화시킨 상태에서, 다시 철근 콘크리트 기둥을 동일 수직선 상에 위치할 수 있도록 하는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥 및 이의 연결구조에 관한 것이다.
일반적으로, 건설현장에서 철근 콘크리트 기둥을 시공하는 공법에는, 거푸집을 제작하여 현장에서 직접 콘크리트를 타설하는 현장 타설공법과, 공장이나 현장에서 미리 적당한 크기로 철근 콘크리트 기둥을 제작하여 조립하는 조립식 공법, 즉 프리캐스트(Precast Concrete) 공법이 있다.
이러한 공법중 상기의 현장 타설공법은 거푸집 제작에 따른 많은 전문 인력 과 자재 및 공기(工期)가 많이 소요되므로 최근에는 거푸집 공사를 지양하고, 프리캐스트 공법을 채택하여 부재의 표준화, 공정의 간소화, 노동 생산성을 추구하고 있다.
그런데, 상기 프리캐스트 공법에 있어서, 철근 콘크리트 기둥이 대형화되면 과도한 중량으로 인하여 상기 기둥의 운반 및 양중이 어려워 대형 기둥이 필요한 경우에는 여전히 현장에서 거푸집을 설치하고 철근을 배근한 다음 콘크리트를 타설하는 일반적인 철근 콘크리트 시공방법을 그대로 사용하고 있어 위에서 언급한 문제점을 해결하지 못하는 원인이 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 내부에 중공부를 형성하는 기둥 몸체 및 상기 중공부에 유리섬유 FRP 또는 탄소-유리섬유 FRP로 이루어진 보강재로 구성된 철근 콘크리트 기둥을 공장에서 생산하여 현장으로 반입 설치하되, 철근이 배근된 철근 콘크리트 보를 상기 기둥 상단에 수평 방향으로 설치하는 동시에, 상기 철근 콘크리트 기둥의 중공부에 철근을 배근하거나 철근의 배근없이 무근으로 한 후, 보와 보 사이에 거푸집을 설치한 다음, 상기 성형공간 내에 콘크리트를 타설하여 경화시킨 상태에서, 다시 철근 콘크리트 기둥을 동일 수직선 상에 위치할 수 있도록 함으로써, 프리캐스트 기둥을 현장으로 운반시 상기 기둥의 중량이 줄어들어 운반 및 양중이 용이하여 전체적으로 공기단축 및 시공성을 향상시킬 수 있고, 더불어 높은 인장강도의 FRP 보강재가 영구 구 조체로 사용되어 궁극적으로 건축물의 구조적인 안정을 도모할 수 있으며, 특히 대형으로 이루어진 부재의 경우에도 프리캐스트화할 수 있는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥 및 이의 연결구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 프리캐스트 철근 콘크리트 기둥에 있어서,
내부에 중공부(11)가 길이방향으로 형성된 기둥 몸체(10) 및 상기 중공부(11)에 보강재(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 보강재(20)는 유리섬유 FRP(21) 및 탄소섬유 FRP(22) 복합재료를 형틀에 각각 적층구조로 와인딩한 후, 양생하여 제작된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강재(20)는 유리섬유 FRP(21)를 형틀에 와인딩한 후, 양생하여 제작된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 프리캐스트 철근 콘크리트 기둥의 연결구조에 있어서,
내부에 중공부(11)가 길이방향으로 형성된 기둥 몸체(10) 및 상기 중공부(11)에 유리섬유 FRP(21) 또는 유리섬유 FRP(21) 및 탄소섬유 FRP(22)를 형틀에 와인딩하여 양생한 보강재(20)로 이루어진 프리캐스트 철근 콘크리트 기둥 위에 철근 콘크리트 보(30)를 상기 기둥 몸체(10)에 수평 방향으로 설치하는 동시에, 상기 철근 콘크리트 기둥의 중공부(11)에 철근(50)을 배근하거나, 또는 철근(50)없이 무근 으로 한 후, 보(30)와 보(30) 사이에 거푸집(40)을 설치한 다음, 상기 성형공간 내에 콘크리트(70)를 타설하여 경화시킨 상태에서, 다시 철근 콘크리트 기둥을 동일 수직선 상에 위치할 수 있도록 세워 기둥과 기둥을 서로 연결한 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 철근 콘크리트 보(30)는 그 몸체 내부에 배근되는 보 철근(52)이 그 보(30)의 상,하부에 각각 상하방향으로 절곡, 연장되어 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보 철근(52)에는 일정한 길이를 갖는 기둥 연결용 철근(53)이 결속부재(60)에 의해 결속 형태로 지지 고정된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 기둥 연결용 철근(53)은, 철근 콘크리트 기둥 내에 철근(50)없이 무근 상태로 시공시, 상기 보 철근(50)의 상,하부 철근에 모두 결속 가능한 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 기둥 연결용 철근(53)은, 철근 콘크리트 기둥 내에 철근(50)을 배근하여 시공시, 상기 보 철근(52)의 상,하부 철근 및 중공부(11) 내에 배근되는 철근(50)에 모두 결속 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 기둥 연결용 철근(53)은, 철근 콘크리트 기둥 내에 철근(50)을 배근하여 시공시, 상기 보 철근(52)의 상,하부 철근 및 중공부(11) 내에 배근되는 철근의 하단만을 결속 가능한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥을 나타내는 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥에 철근 콘크리트 보를 장착한 상태를 나타내는 평면도이며, 도 3a ~ 도 3c는 본 발명에 따른 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥이 서로 연결된 연결구조를 나타내는 수직 단면도이다.
본 발명에 따른 철근 콘크리트 기둥에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 기둥 몸체(10)는 통상의 프리캐스트 철근 콘크리트 기둥과 동일하지만 단지 내부에 중공부(11)가 형성되어 있다는 점에서 차이가 있으며, 상기 중공부(11)에 장착되는 유리섬유 FRP(21) 또는 유리섬유 FRP(21) 및 탄소섬유 FRP(22)를 소재로 하여 제작한 보강재(20)를 후(後) 콘크리트 기둥 구축용 보강재(20)로 사용하는 것에 주안점이 있다.
이는 그 중공부(11)만큼의 비어 있는 공간으로 인하여 중량 절감을 이룰 수 있으며, 이로 인하여 공장에서 생산한 다음, 시공현장으로의 운반 및 양중이 용이하게 된다.
또한, 상기 중공부(11)에는 와인딩(winding)방법으로 형성되어 있는 후(後) 콘크리트 기둥 구축용 보강재(20)가 장착되어 있는 바, 상기 보강재(20)는 탄소-유리섬유 보강재(20), 즉 유리섬유 FRP(21) 및 탄소섬유 FRP(22) 복합재료를 원형 또는 각형 형상의 형틀에 각각 적층구조로 와인딩 한 후, 양생한 보강재(20)이거나 유리섬유 FRP(21)를 형틀에 와인딩 한 후, 양생한 보강재(20)로서, 현장으로 반입 설치한 후, 중공부(11)에 콘크리트(70) 타설시 그 콘크리트(70)의 자중을 구조적으 로 지지해주는 역할을 담당하게 된다.
그리고, 상기 콘크리트(70)가 경화된 후에는 유리섬유 보강재 또는 탄소-유리섬유 보강재(20)가 콘크리트(70)와 일체화되어 철근(50)의 구조적 역할을 일부 담당하게 되는 바, 결국 유리섬유 보강재(20) 또는 탄소-유리섬유 보강재(20)가 적용된 철근 콘크리트 기둥이 구축됨에 따라 철근(50)의 물량 감소를 기대할 수 있다.
한편, 상기 기둥 몸체(10)의 중공부(11) 모서리 주위에는 철근(51)이 배근되거나, 철근(51)없이 무근 상태로 시공된다.
특히, 상기 철근(51)이 배근되는 경우, 철근 콘크리트 보(30)의 폭에 따라 철근(51)은 기둥 몸체(10)의 상단에서 정착길이 이상 돌출되어 타설부분 내로 연결될 수 있거나, 상기 철근 콘크리트 보(30)와 간섭될 경우에는 돌출되지 않도록 시공하게 된다.
이때, 상기 기둥 몸체(10)의 중공부(11) 모서리 주위에 배근되는 철근(51)은 기둥과 기둥 사이의 타설공간까지만 연결 가능하게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 철근 콘크리트 기둥을 서로 연결하여 시공함에 있어서, 도 4a ~ 도 4e는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥이 서로 연결된 연결구조를 단계적으로 나타내는 시공 단계도이다.
이를 참조하여 시공 단계를 설명하면, 먼저 상기 철근 콘크리트 기둥을 공장에서 생산하여 현장으로 반입 설치하게 된다.
이와 같이 시공된 철근 콘크리트 기둥의 상단에 철근 콘크리트 보(30)를 상 기 기둥의 중심을 향하도록 하여 상기 기둥에 수평 방향으로 설치하게 된다(도 2a 및 도 2b참조).
이때, 상기 철근 콘크리트 보(30)의 몸체 내부에는 보 철근(52)이 배근되며, 상기 철근(52)은 보(30)의 몸체 일단에서 정착길이 이상 연장되어 돌출 형성되는 바, 상기 보 철근(52)은 보(30)의 상,하부에 각각 배열 설치된다.
이때, 보(30)에서 연장되어 돌출 형성된 상기 철근(52)에 있어서, 상부의 철근(52)은 상방향을 향하도록 직각 형태로 절곡시킨 꺾임 구조로 구성되는 동시에, 하부의 철근(52)은 하방향을 향하도록 구성된 후, 상기 철근 콘크리트 기둥의 중공부(11)에 삽입 가능하도록 한다.
특히, 상하 방향으로 각각 절곡 형성된 철근(52)을 서로 연결하는 일정한 길이를 갖는 기둥 연결용 철근(53)을 철사 등과 같은 결속부재(60)에 의해 결속 형태로 지지 고정할 수 있게 되는 바, 철근 콘크리트 기둥 내에 철근(50)의 배근없이 무근 상태로 시공시, 보 철근(52)의 상,하부를 모두 기둥 연결용 철근(53)으로 결속하여 지지 고정하게 된다(도 3a참조).
또한, 철근 콘크리트 기둥 내에 철근(50)을 배근하여 시공시, 상기 보 철근(52)의 상,하부 철근과 더불어 중공부(11) 내에 설치되는 철근(50)과 함께, 기둥 연결용 철근(53)을 결속하게 되는데, 이때 상기 보 철근(52)의 상부 철근에 결속되는 철근(50)은 결속부재(60)의 결속없이 시공하거나, 상기 결속부재(60)를 통해 견고히 결속하여 시공하게 된다(도 3b 및 도3c 참조).
본 발명에 따른 도 4a ~ 도 4e의 시공 단계도는 철근(50)의 배근없이 무근 상태에서 철근 콘크리트 기둥이 연결 시공되는 단계를 나타내고 있다.
위와 같이, 상기 기둥 몸체(10)의 내부에 형성된 중공부(11)에 보강재(20)가 설치된 상태에서 콘크리트(70)가 타설되는 보강재(20)의 내부공간, 즉 원형 또는 각형 형태의 단면 형상을 이루는 타설공간 내에 철근(50)들을 일정한 간격을 두고 원형 형태로 배근 작업을 하여 설치하거나, 철근(50)의 배근없이 무근으로 한 후, 상기 보(30)와 보(30) 사이의 비어 있는 공간, 즉 타설공간 내에 상기 기둥의 모서리 부분과 동일한 형태 및 크기와, 상기 보(30)의 높이로 거푸집(40)을 설치하게 된다.
다음으로는, 상기 콘크리트(70)를 타설하여 경화시키고 난 상태에서, 수평하게 시공한 상기 철근 콘크리트 보(30) 위에 다른 중공형 철근 콘크리트 기둥을 동일 수직선 상에 위치할 수 있도록 세운 후, 다시 상기와 같은 작업을 반복하여 기둥을 단계적으로 시공하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 내부에 중공부(11)가 길이방향으로 형성된 기둥 몸체(10) 및 상기 중공부(11)에 유리섬유 FRP(21) 또는 유리섬유 FRP(21) 및 탄소섬유 FRP(22)로 이루어진 보강재(20)로 구성된 철근 콘크리트 기둥을 공장에서 생산하여 현장으로 반입 설치한 후, 서로 연결구조로 시공한 다음, 상기 중공부(11)에 콘크리트(70)를 현장 타설함으로써, 상기 철근 콘크리트 기둥의 중량이 줄어들어 운반 및 양중이 용이함에 따라 전체적으로 공기단축 및 시공성을 향상시킬 수 있으며, 특히 유리섬유 FRP(21) 및 탄소섬유 FRP(22) 복합재료를 형틀에 각각 적층구조로 와인딩한 다음 양생하여 제작한 보강재(20) 또는 유리섬유 FRP(21)를 형틀에 와인 딩한 다음 양생하여 제작한 보강재(20)를 기둥의 중공부(11)에 설치하여 상기 FRP 보강재(20) 자체가 철근 콘크리트 기둥을 보강하는 역할을 하는 동시에 철근 콘크리트 기둥 구조물에서 영구 구조체로 사용되어 철근(50) 역할을 보완하게 되므로 궁극적으로 건축물의 구조적인 안정을 도모할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥 및 이의 연결구조에 의하면, 철근 콘크리트 기둥 내부에 중공을 형성함으로써, 기둥의 중량이 줄어들어 대형의 부재라도 프리캐스트화할 수 있고, 운반 및 양중이 용이하여 전체적으로 공기단축 및 시공성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 높은 인장강도의 FRP 보강재가 영구 구조체로 사용되어 더욱 견고한 철근 콘크리트 기둥을 얻을 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 프리캐스트 철근 콘크리트 기둥에 있어서,
    내부에 중공부(11)가 길이방향으로 형성된 기둥 몸체(10) 및 상기 중공부(11)에 보강재(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보강재(20)는 유리섬유 FRP(21) 및 탄소섬유 FRP(22)의 복합재료를 형틀에 각각 적층구조로 와인딩한 후, 양생하여 제작된 것을 특징으로 하는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 보강재(20)는 유리섬유 FRP(21)를 형틀에 와인딩한 후, 양생하여 제작된 것을 특징으로 하는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥.
  4. 프리캐스트 철근 콘크리트 기둥의 연결구조에 있어서,
    내부에 중공부(11)가 길이방향으로 형성된 기둥 몸체(10) 및 상기 중공부(11)에 유리섬유 FRP(21) 또는 유리섬유 FRP(21) 및 탄소섬유 FRP(22)를 형틀에 와인딩하여 양생한 보강재(20)로 이루어진 프리캐스트 철근 콘크리트 기둥 위에 철근 콘크리트 보(30)를 상기 기둥 몸체(10)에 수평 방향으로 설치하는 동시에, 상기 철근 콘크리트 기둥의 중공부(11)에 철근(50)을 배근하거나, 또는 철근(50)없이 무근으로 한 후, 보(30)와 보(30) 사이에 거푸집(40)을 설치한 다음, 상기 성형공간 내에 콘크리트(70)를 타설하여 경화시킨 상태에서, 다시 철근 콘크리트 기둥을 동일 수직선 상에 위치할 수 있도록 세워 기둥과 기둥을 서로 연결한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥의 연결구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 철근 콘크리트 보(30)는 그 몸체 내부에 배근되는 보 철근(52)이 그 보(30)의 상,하부에 각각 상하방향으로 절곡, 연장되어 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥의 연결구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보 철근(52)에는 일정한 길이를 갖는 기둥 연결용 철근(53)이 결속부재(60)에 의해 결속 형태로 지지 고정된 것을 특징으로 하는 FRP 구조체를 이용한 중 공형 프리캐스트 기둥의 연결구조.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기둥 연결용 철근(53)은, 철근 콘크리트 기둥 내에 철근(50)없이 무근 상태로 시공시, 상기 보 철근(50)의 상,하부 철근에 모두 결속 가능한 것을 특징으로 하는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥의 연결구조.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 기둥 연결용 철근(53)은, 철근 콘크리트 기둥 내에 철근(50)을 배근하여 시공시, 상기 보 철근(52)의 상,하부 철근 및 중공부(11) 내에 배근되는 철근(50)에 모두 결속 가능한 것을 특징으로 하는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥의 연결구조.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기둥 연결용 철근(53)은, 철근 콘크리트 기둥 내에 철근(50)을 배근하여 시공시, 상기 보 철근(52)의 상,하부 철근 및 중공부(11) 내에 배근되는 철근의 하단만을 결속 가능한 것을 특징으로 하는 FRP 구조체를 이용한 중공형 프리캐스트 기둥의 연결구조.
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