KR20060102785A - 철근 볼트 접합에 의한 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의건식 연결부 개발 - Google Patents

철근 볼트 접합에 의한 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의건식 연결부 개발 Download PDF

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KR20060102785A
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유승룡
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Abstract

본 발명은 프리캐스트 콘크리트 보와 기둥부재를 결합하는 구조형식에 관한 것으로서, 기둥의 일정 높이에 나사공(23')이 일측면에서 노출되도록 결합구(13)를 갖춘 철근이 매립된 프리캐스트 콘크리트 기둥과(10); 철근의 일측 선단에 서레든 바(20)가 돌출되도록 배근된 프리캐스트 콘크리트 보로(11) 이루어져 상기 보의 서레든 바(20)가 삽입될 수 있는 ㄷ자형 앵글(17)에 고정된 덕트관(18)을 포함하고 한편으로는 기둥 결합구(13)의 나사공(23')에 체결할 서레든 바(20) 관통공(19)으로 형성되는 연결부로 이루어져, 상기 보 일측 단부의 관통공(19)을 통해 상기 기둥 나사공(23')에 서레든 바(20)를 체결하고 너트(16)로 고정시킴으로써 프리캐스트 콘크리트 보의 보 상하부의 주철근(14)을 기둥으로 트랜스퍼 블럭 없이 직접 연결하여 프리캐스트 기둥과 보가 강 접합되도록 구성하였다. 기둥과 보의 접합에서 기둥과 기둥 및 보의 접합부가 한곳에 집중되지 않아 경제성과 시공성 및 구조적 효율성이 향상된 강한 접합부를 이루고, 철근의 길이, 굴기와 강도를 조절함으로써 다양한 기둥의 폭에 대응하여 정확하게 맞출 수 있으면서도 요구되는 내력을 만족시킬 수 있고, 시공의 편리성과 공기의 단축 등을 가져올 수 있다. 또한 공장에서 제작한 프리캐스트 콘크리트 기둥 및 보 철근의 가공을 현장에서 하지 않게 됨으로써 품질 향상뿐만 아니라 재료비 절감에 의한 경제성을 획기적으로 개선시킬 수 있는 각별한 장점이 있는 것이다. 뿐만 아니라 기둥과 보의 접합에서 트랜스퍼 블럭을 이용하여 볼트로 접합하는 것이 아니라 일측에 나사산이 있는 서레든 바를 이용 하여 보의 주철근과 결합구를 통해 연결시키고 기둥에 연결함으로써 보의 주철근이 받는 응력을 기둥에 효과적으로 전달할 수 있고 트랜스퍼 블럭의 재료비를 절감할 수 있는 장점이 있다.
프리캐스트 콘크리트, 스플라이스 접합, 트랜스퍼 블럭 덕트관, 서레든 바, ㄷ자형 앵글부재

Description

철근 볼트 접합에 의한 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 건식 연결부 개발{Dry Joint Structure of Precast Concrete Beam and Column Unit with Bolt Connector}
도 1은 종래 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합상태를 개략적으로 나타낸 일실시예의 투시도,
도 2은 종래 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합상태를 개략적으로 나타낸 일실시예의 투시도,
도 3은 본 발명 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합구조를 나타낸 투시도,
도 4는 본 발명 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합구조를 나타낸 분해 사시도,
도 5a 내지 도 5b는 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 기둥의 제작 공정도,
도 6은 본 발명 프리캐스트 콘크리트 기둥의 접합부재에 채용된 결합구의 단면도
도 7a 내지 도 7b는 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 보의 제작 공정도,
도 8은 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 보의 접합부재에 채용된 결합구 의 단면도
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 프리캐스트 콘크리트 기둥 11, 11' : 프리캐스트 콘크리트 보
12 : 철근 13 : 결합구
14 : 철근 15 : 결합구
16 : 너트 17 : ㄷ자형 앵글부재
18 : 덕트관 19 : 관통공
20 : 서레든 바 21 : 와셔
22 : 와셔 23, 23' : 나사공
24, 24' : 나사공
본 발명은 프리캐스트 콘크리트 부재를 결합하는 접합구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보를 접합하는 접합부재를 조립식으로 구성하여 기둥의 나사공에 보에 일정길이 만큼 삽입된 서레든 바를 역방향으로 돌리면서 기둥 나사공에 서레든 바의 일측 단부에 나사산을 체결함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보를 저렴한 비용으로 견고하게 접합할 수 있으면서도 기둥과 보의 크기에 관계없이 채용할 수 있고, 트랜스퍼 블럭 없이 결합구만을 이용하여 보의 주철근을 기둥에 직접 연결할 수 있으므로 시공상 편리성과 공기의 단축을 가 능하게 하는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 건식 접합구조에 관한 것이다.
일반적으로 공사기간을 단축시키고, 콘크리트의 품질을 높이기 위해 개발된 프리캐스트 콘크리트(Precast Concrete)는 미리 공장에서 타설하여 양생시킨 콘크리트 부재를 현장으로 운반하여 조립함으로써 공사기간을 단축시켜 공사비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 가장 이상적인 조건으로 공장에서 생산된 콘크리트 부재를 이용함으로써 현장의 기상조건이나 타설하는 인부의 숙련도에 따른 콘크리트의 품질저하를 극복한 것으로서 최근에는 프리캐스트 콘크리트를 이용한 건축공법이 선호되고 있다.
프리캐스트 콘크리트 부재를 이용하는 건축공법 중 도 1에 도시한 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보를 접합하는 공법이 종래부터 알려져 있다.
도 1에 도시한 종래의 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보를 접합하는 공법에서의 기둥과 보의 접합은 하부기둥(1)을 설치한 후 하부기둥(1) 위에 일정한 길이(통상 5cm) 겹쳐서 한쌍의 보(2, 2')를 올려 놓고, 이와 동시에 보(2, 2')에 형성되어 있는 관통공 내에 갈고리 철근(3)을 배근한 후 하부기둥(1)의 상부면과 한쌍의 보(2, 2') 사이 및 슬라브 위에 일정 두께의 토핑콘크리트층(4)을 타설한 후 토핑콘크리트층(4)이 충분히 양생된 후에 상부기둥(1')의 주철근(5) 하부에 형성된 각각의 관통공을 통해서 상기 하부기둥(1)의 상부로 노출된 하부기둥(1)의 주철근(5')을 각각 삽입하여 상기 상부기둥(1')의 주철근(5) 하부에 형성된 타원형상의 공간부내에 각각 고강도 모르타르를 주입하여 스플라이스 접합부(6)에서 주철근(5, 5')을 접합함으로써 기둥과 보를 접합하고 있다.
이러한 기둥과 보의 접합은 토핑콘크리트층(4)의 양생 및 스플라이스 접합부(6)에서의 고강도 모르타르의 양생으로 인하여 시공 기간이 장시간 소요되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 구조적으로 취약한 부분에 두개의 기둥(1, 1')과 두개의 보(2, 2')의 접합부가 집중되어 구조가 취약하다는 문제점이 있었다. 또한 현장에서 타설한 기둥 콘크리트를 이용한 기둥과 보의 접합은 기둥과 보를 강접합하지 못할 뿐만 아니라 현장에서 타설한 토핑콘크리트의 품질에 따라서 구조적으로 접합부에서 응력에 심각한 차이를 보일 수 있는 등의 결점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결한 것으로서 도 2에 도시한 종래의 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보를 접합하는 공법은 미리 공장에서 타설하여 양생시킨 프리캐스트 콘크리트 기둥(1,1')과 프리캐스트 콘크리트 보(2,2')가 제작되어 준비 되는데 보(2,2')가 연결될 부위의 기둥(1)에는 상하좌우에 각각 한쌍씩의 덕타일 로드(ductile rod)로 일컬어지는 접합부재(7)가 매립되고, 접합부재(7)의 나사공(7')이 기둥(1)의 외측으로 노출되며, 보(2,2')의 선단에는 보(2,2')에 매립된 철근(8)의 선단이 연결블럭(9)에 고정되어있다. 따라서 연결블럭(9)을 통해 볼트(9')를 상기 접합부재(7)의 나사공(7')에 체결함으로써 간단하게 프리캐스트 콘크리트 기둥(1)과 보(2,2')를 접합하게 된다.
이러한 프리캐스트 콘크리트 기둥(1)과 보(2,,2')의 접합은 단 볼트 4개만으로 주철근의 연속화가 이루어지고 스플라이스 접합부(6)가 기둥의 어느 높이에서나 가능하므로 기둥과 기둥 및 보의 접합이 한 곳에 집중되지 않으며, 연결 철근이 취약한 토핑에 정착하지 않고 프리캐스트 콘크리트 내에 정착하므로 강한 연결부를 이룰 수 있는 장점이 있고, 양방향 보에서 비틀림 또는 휨 하중이 과도할 때 상기 일반철근 연결부를 더욱 강하게 접합할 수 있는 방법으로 이는 연성효과를 증진시킬 수 있고, 특히 예상 지진 하중이 과도할 때 효과적이며, 상하부 철근은 연결부 주위에서 비부착 또는 부분부착으로 처리하여 연결부 내에는 철근의 부착응력에 의한 콘크리트의 응력 전달이 일어나지 않으므로 콘크리트 균열이 발생하지 않고 탄성 거동하게 된다. 즉, 보는 기둥을 중심으로 하여 회전이 허용되므로 건물이 횡변형을 가능하도록 하고 지진으로부터 오는 충격을 완화시킬 수 있는 장점이 있다.
그러나 도 3에 도시한 바와 같이 접합부재로 사용하는 덕타일 로드(ductile rod)가 주물제작으로 규격화되어 길이가 38cm인 단일형상을 갖는 것이기 때문에 설계자의 요구에 맞춰 다양한 형상의 기둥과 보를 접합하는데 활용하기에는 한계가 있을 뿐만 아니라, 요구 내구력의 크기에 효과적으로 대응할 수 없어 경제성이 떨어지는 단점이 있다. 예컨대 폭 76cm 이하의 기둥의 경우 상기 덕타일 로드를 설치할 수 없을 뿐만 아니라 하나의 덕타일 로드가 64 tonf의 인장력을 지지하게되어 반드시 64 tonf의 배수의 내력을 갖게 되므로 재료적 낭비가 크다고 할 수 있다.
또한 보의 주 철근과 기둥의 볼트를 연결하는 트랜스퍼 블럭(transfer block)과 덕타일 로드 각각의 중심선을 정확하게 일치시키기 어려워 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 트랜스퍼 블럭 하나의 비용이 약 40 US$에 이르며, 덕타일 로드 하나의 비용이 약 70~80 US$에 이르러 2개의 보와 1개의 기둥을 접합시킬 경우에 접합부의 비용에만 약 640~720 US$의 비용이 소요되어 경제성이 떨어지는 결점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합에서 야기되는 각종 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 경제성과 시공성 및 효율성이 향상된 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 건식 접합구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 나사공이 있는 결합구와 나사산이 있는 철근, 일정개수의 와셔를 조립하여 보와 접합되는 프리캐스트 콘크리트 기둥의 접합부재를 이룰 수 있으므로 철근의 길이, 굵기와 강도를 조절함으로써 다양한 기둥의 폭에 대응하여 정확하게 맞출 수 있으면서도 요구되는 내력을 만족시킬 수 있는 기둥과 보의 접합구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 트랜스퍼 블럭(9)을 사용하지 않고 보의 주철근(14)을 나사공(24')이 있는 결합구(15)를 통해 결합하고, 덕트관(18)의 관통공(19)을 통해 일정길이 만큼 체결되어있던 서레든 바(20)를 역방향으로 돌리면서 서레든 바(20) 단부의 나사산을 기둥 나사공(23')에 체결함으로써 보의 주철근(14)에 전달되는 응력을 트랜스퍼 블럭의 연결철물 없이 효과적으로 기둥에 전달 할 수 있는 프리캐스트 기둥과 보의 접합구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공사현장에서 기둥과 보의 접합 시에 기존의 습식공법 및 건식과 습식을 혼합하여 사용하는 공법에 비하여 시공의 편리성과 공기의 단축 등을 가져올 수 있는 건식접합 공법에 채용할 수 있는 기둥과 보의 접합구조를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 나사공(23')이 일측면에 노출되도록 몸체의 일정 높이에 결합구(13)를 갖춘 철근이 매립된 프리캐스트 콘크리트 기둥(10)과; 철근(14)의 일측 선단이 수평으로 돌출되도록 매립된 프리캐스트 콘크리트 보(11,11')로 이루어져 상기 수평으로 돌출된 철근(14)의 일측 선단에 결합구(15)가 연결되어있고, ㄷ자형 앵글(17)에 고정된 덕트관(18)의 관통공(19)을 통해 일측 단부에 나사산이 있는 서레든 바(20)를 역방향으로 돌리면서 결합구(15)에 일정 길이만큼 체결되었던 부분이 기둥의 나사공(23')에 체결함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(10)과 프리캐스트 콘크리트 보(11,11')가 접합되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 철근(12)에는 외주에 나사선이 형성되어 있고, 철근(12)의 양단부가 결합구(13)의 나사공(23')에 나사결합되고, 상기 결합구(13)는 일측 단부에 철근 체결용 나사공(23)이, 타측 단부에 ㄷ자형 앵글(17)에 제작된 덕트관(18)을 매개로 나사산이 있는 서레든 바(20)가 체결되는 나사공(23')이 각각 형성되어 있다.
특히 도 2에 도시한 종래의 접합부재(7)인 덕타일 로드와 트랜스퍼 블럭(9)은 보의 주철근에 해당하는 철근의 응력을 덕타일 로드를 통해 기둥으로 전달하므로 접합부에서의 응력의 크기에 따라 트랜스퍼 블럭의 크기를 조절하며 효과적으로 설계하는데 경제적이지 못하는데 비하여 상기한 구성의 본 발명에 있어서는 철근(14), 결합구(15), 덕트관(18) 및 서레든 바(20)의 건식접합 구조로서 경제적으로 접합부에서의 응력을 효과적으로 설계할 수 있게 된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합구조를 상세하게 설명한다.
도 3는 본 발명 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합구조를 나타낸 투시도, 도 4는 본 발명 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합구조를 나타낸 분해 투시도, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 기둥의 제작 공정도, 도 6은 본 발명 프리캐스트 콘크리트 기둥의 접합부재에 채용된 결합구(13)의 단면도, 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 보의 제작 공정도, 도 8은 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 보의 접합부재에 채용된 결합구(15)의 단면도로서, 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 기둥은 도 5a 내지 도 5b에 도사한 바와 같은 공정으로 제작한다.
즉, 도 5a에 도시한 바와 같이 외주에 나사선이 형성된 철근(12)의 양단부를 결합구(13)의 철근 체결용 나사공(23)에 나사결합한다. 계속해서 도 5b에 나타낸 바와 같이 상기 결합구(13)를 갖춘 철근(12)을 일정한 높이에 세트로 배열하고, 이에 콘크리트를 타설하여 프리캐스트 콘크리트 기둥(10)을 제작하되 결합구(13)에 형성된 볼트 체결용 나사공(23')이 기둥(10)의 외측으로 노출되도록 한다.
여기서 결합구(13)는 도 6의 단면도에 나타낸 바와 같이 철근 체결용 나사공(23)과 볼트 체결용 나사공(23')이 형성되어 있는 것으로서 철근 체결용 나사공(23)에 철근(12)의 양단부가 체결되는 조립식으로 구성되므로 기둥의 폭크기에 대응하도록 철근(12)의 길이를 조절함으로써 즉, 기둥의 폭 크기에 알맞는 두께의 철근(12)을 사용함으로써 간단하게 다양한 크기의 기둥에 결합구(13)를 갖춘 철근 (12)을 채용할 수가 있다.
한편 프리캐스트 콘크리트 보는 도 7a 내지 도 7b에 도시한 바와 같은 공정으로 제작한다.
즉, 도 7a에 도시한 바와 같이 결합구(15)를 수평으로 철근(14)의 일측 선단을 끼워 고정한다. 다음으로 ㄷ자형 앵글(17)에 덕트관(18)을 고정하고 덕트관(18)의 관통공(19)에 서레든 바(20)를 삽입하여 상기 결합구(15)의 나사공(24)에 서레든 바(20)를 일정 길이만큼 체결하고, 상기 결합구(15)와 덕트관(18) 사이의 서레든 바(20)에는 기둥에 나사산을 결합한 후에 고정할 수 있는 너트(16)를 채결한 상태에서 프리캐스트 콘크리트 보(11,11')를 제작한다.
상기한 바와 같이 하여 제작한 프리캐스트 콘크리트 기둥(10)과 프리캐스트 콘크리트 보(11)는 도 3에 도시한 바와 같이 ㄷ자형 앵글(17)에 고정된 덕트관(18)의 관통공(19)을 통해서 보의 주철근(14) 단부의 결합구(15)에 일정 길이만큼 체결되어있는 서레든 바(20)를 역방향으로 풀어 상기 프리캐스트 콘크리트 기둥(10)에 매입된 나사공(23')의 일측 단부에 나사산이 있는 서레든 바(20)를 체결하고 너트(16)로 고정함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(10)과 프리캐스트 콘크리트 보(11,11')에서 트랜스퍼 블럭(9)의 연결 없이 주철근(14)의 결합구(15)를 통한 연속으로 견고하게 접합된다. 이때 결합구(13)의 선단과 덕트관(18)의 선단 사이에는 연결구 접합면적의 증가와 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 시공오차를 줄이기 위해 와셔(21)를 삽입하게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합구조는 접합부재를 철근과 결합구의 조립구조로 구성하고, 접합부재에 보의 결합구에 체결되어 있는 서레든 바를 역방향으로 풀면서 서레든 바 단부의 나사산을 통해 기둥의 나사공에 체결하여 기둥과 보를 결합함으로써 보 주철근의 응력을 결합구를 통해 기둥으로 바로 전달할 수 있어서 경제적으로 효율적인 프리캐스트 기둥과 보의 접합부 설계가 가능한 장점이 있다. 뿐만 아니라 공사현장에서 기둥과 보의 접합시에도 기존의 습식공법 및 건식과 습식을 혼합하여 사용하는 공법에 비하여 시공의 편리성과 공기의 단축 등을 가져올 수 있다.
또한 공장에서 타설하여 양생시킨 프리캐스트 콘크리트 기둥에는 상하에 각각 2개씩 나사공이 일측면에서 노출되도록 접합부재가 매립되고, 수개의 와셔를 조립하여 보와 결합되는 프리캐스트 콘크리트 기둥의 접합부재를 이룰 수 있으므로 철근의 길이, 굴기와 강도를 조절함으로써 다양한 기둥의 폭에 대응하여 정확하게 맞출 수 있으면서도 요구되는 내력을 만족시킬 수 있다.
그리고 프리캐스트 콘크리트 공장에서 프리캐스트 콘크리트 보의 타설 이전에 앵글에 고정된 덕트관의 관통공을 통해 서레든 바를 주철근의 단부에 결합되어있는 결합구에 일정 길이만큼 체결하여 매설되므로 보다 효율적으로 생산속도와 정밀도를 향상시킬 수 있고, 덕트관을 통해 단부에 나사산이 있는 서레든 바를 상기 접합부재의 나사공에 체결함으로써 간단하게 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보를 강 접합할 수 있는 장점이 있다.
이러한 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합은 주철근과 결합구로 연결된 서레든 바를 이용하여 강 접합이 이루어지고 스플라이스 접합부가 기둥의 어느 높이에서나 가능하므로 기둥과 기둥 및 보의 접합이 한 곳에 집중되지 않으며, 종래 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합에서와 같이 접합부의 연결 철근이 취약한 토핑에 정착하지 않고, 프리캐스트 콘크리트 내에 정착하므로 강한 연결부를 이룰 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 나사공(23')이 일측면에 노출되도록 몸체의 일정 높이에 결합구(13)를 갖춘 철근(12)이 매립된 프리캐스트 콘크리트 기둥(10)과; 철근(14)의 일측 선단이 수평으로 돌출되도록 매립된 프리캐스트 콘크리트 보(11,11')로 이루어져, 상기 보 단부의 ㄷ자형 앵글(17)에 고정된 덕트관(18)의 관통공(19)을 통해 상기 나사공(23')에 일측 단부에 나사산이 있는 서레든 바(20)를 체결함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(10)과 프리캐스트 콘크리트 보(11,11')가 접합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 철근(12)에는 외주에 나사선이 형성되어 있고, 철근(12)의 양단부가 결합구(13)의 나사공(23)에 나사결합된 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 강 접합구조.
  3. 나사공(23')이 일측면에 노출되도록 몸체의 일정 높이에 결합구(13)를 갖춘 철근(12)이 매립된 프리캐스트 콘크리트 기둥(10)과; ㄷ자형 앵글(17)에 고정된 덕트관(18)의 관통공(19)을 통해 보의 주철근(14) 단부의 결합구(15)에 일정길이 만큼 삽입되어있는 서레든 바(20)를 역방향으로 풀면서 자유롭게 움직일 수 있고, 서레든 바(20) 단부의 나사산을 상기 기둥 일측면에 노출되어있는 나사공(23')에 체결함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(10)에다 프리캐스트 콘크리트 보(11,11')가 강 접합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 건식 접합구조.
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