KR20070053836A - 기둥 슬래브간 접합부 전단보강재 및 그의 제조방법 - Google Patents

기둥 슬래브간 접합부 전단보강재 및 그의 제조방법 Download PDF

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박진호
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Abstract

본 발명은 건축구조물의 기둥과 슬래브가 접합되는 부위에 설치되어 전단 파괴에 대한 저항력을 증대하기 위해 사용되어지는 전단보강재에 있어서, 상기 전단보강재는 수평의 상부재와, 상기 상부재의 일측에 아래쪽으로 형성되는 중간재와, 상기 중간재의 일측에 형성되는 수평의 하부재와, 상기 하부재의 일측에 윗쪽으로 형성되는 중간재로 이루어지되, 상기 상부재와 중간재, 하부재들은 소정의 길이만큼 반복된 구조로 이루어진 기둥 슬래브간 접합부 전단보강재 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 슬래브 전체무게는 줄어들면서 콘크리트와의 부착성은 향상되어져 뛰어난 전단력 보강 효과를 얻을 수 있으며, 슬래브 주철근의 보강 및 간격 유지를 위한 스페이서로서의 역할도 겸하면서도 제작의 용이성과 간편한 시공성으로 인해 건축비용의 절감효과를 가질 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
전단, 보강, 기둥, 슬래브, 전단보강재

Description

기둥 슬래브간 접합부 전단보강재 및 그의 제조방법{Apparatus for enhancing shear strength of colum slab connecton part and its menufacturing method}
도 1 - 기둥 슬래브간 접합부에서 일어나는 전단파괴의 양상을 보여주는 참고도.
도 2 - 종래 사용되던 전단보강재들의 구성을 도시한 평면도 및 입면 참고도.
도 3 - 본 발명을 제조하기 전 상태의 강판을 도시한 사시도.
도 4 - 본 발명에 따른 전단보강재의 사시도.
도 5 - 도 4의 A-A선 단면도.
도 6 - 본 발명에 따른 전단보강재를 사용하여 기둥과 슬래브간 접합부를 보강한 구조를 도시한 평면도.
도 7 - 본 발명에 따른 슬래브에 전단파괴가 일어났을 때 전단보강재의 작용을 표시한 참고도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100: 본 발명 전단보강재
101: 강판(鋼板) 102: 요부
103: 철부 110: 상부재
120: 하부재 130: 중간재
140: 통공(通孔) 150: 오목홈
A: 슬래브 B: 기둥
C: 주철근 D: 균열라인
본 발명은 기둥 슬래브간 접합부 전단보강재 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 철근 콘크리트 구조물의 기둥과 슬래브가 접합되는 부위에 설치되어 전단파괴에 대한 저항력을 증대하기 위해 사용되는 전단보강재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 다층(多層)의 철근 콘크리트 구조물의 경우 각 층의 바닥을 형성하면서 일정한 면적을 제공하게 되는 슬래브와, 상기 슬래브들 사이에 소정 위치마다 설치되어 슬래브를 지지하면서 건축물의 자중 및 각 층에서 발생하는 사용하중을 기초부로 전달하게 되는 기둥부재로 구성되어진다.
상기와 같은 철근 콘크리트 구조에 있어서 슬래브와 기둥 부재가 만나는 지점인 기둥-슬래브 접합부에는 기둥 주변을 따라 슬래브와의 사이에서 발생하는 전 단력이 작용하게 되는데, 위 주두부 부위에 대한 내력이 충분치 못할 경우 전단 파괴가 발생할 우려가 크다.
더구나 보나 거더를 사용하지 않고 기둥에 의해 슬래브가 직접 지지되는 무량판 구조에 있어서의 기둥-슬래브 접합부는 기둥 주변에 과도한 응력 집중 현상이 발생하고 이로 인하여 슬래브는 도 1에 도시된 것과 같이 단면이 역피라미드형상과 같은 2방향 전단파괴(펀칭 전단파괴)현상이 발생하게 된다.
이러한 전단 파괴현상은 매우 취약한 구조를 갖는 것이어서 슬래브-기둥 접합부의 안전성에 대단히 치명적인 원인으로 작용하고 있으며, 따라서 건축구조 설계를 함에 있어서 기둥-슬래브 접합부 부위에 특별한 주의를 기울임으로써 전단파괴현상이 발생하지 않도록 하여야 한다.
이를 해결하기 위해 종래에는 상기 기둥-슬래브 접합부를 보강하여 전단내력을 키우기 위해서 기둥 주위에 지판(drop panel)이나 주두(capital)를 설치하는 방법을 통상적으로 사용하고 있으나, 상기와 같이 지판이나 주두를 설치하는 경우 단면의 확대를 통하여 전단 응력도(shear stress)를 저감시킬 수는 있으나, 이러한 지판이나 주두를 위한 거푸집의 제작이 번거롭고, 해당 부위에는 천정고가 낮아져 덕트나 조명기구의 설치를 위하여 층고를 높일 수 밖에 없는 단점을 가지는 것이며, 이로인해 건축비용의 상승이라는 비경제적 폐단을 갖는 것이다.
또한 기둥-슬래브간 접합부의 접합부위에 별도의 전단보강재와 같은 보강 수단을 설치하여 전단 내력을 증가시키는 위한 방법으로 스터럽(stirrup)을 이용한 방식, 전단 헤드를 설치하는 방식, 전단 스터드를 설치하는 방식 등을 사용하기도 하나, 상기 스터럽을 이용하는 방식은 도2(a)에 도시된 바와 같이 기둥-슬래브 접합부를 가로질러 배치된 상, 하부 슬래브 철근에 스터럽(띠철근)을 감아 이것이 전단 내력을 보강하도록 하는 방식이나, 이는 스터럽이 슬래브 철근의 바깥 둘레를 감싸는 형태로 이루어지고 있어 슬래브의 피복 두께를 적절히 유지하기 어렵다는 단점이 있으며, 만일 슬래브의 피복 두께를 유지하려고 하면 상,하부 주철근의 간격이 줄어들 수 밖에 없어 슬래브의 휨 저항 능력이 감소하게 되고, 두께가 얇은 슬래브에는 적용하기에는 어려움이 있으며, 다수의 스터럽을 결속함에 따라 현장에서의 공정이 많아지므로 시공성이 상대적으로 떨어진다는 폐단을 갖는 것이다.
도2(b)에 도시된 바와 같은 전단헤드를 설치하는 방식은 H형강 또는 채널을 종,횡으로 접합하여 전단보강재를 우물정(井)자형으로 구성하고 이를 기둥과 슬래브의 접합부에 설치함으로써 전단력에 대한 내력을 분담하도록 하는 방식으로, 형강재를 사용함에 따라 필요 이상의 강재가 소요되어 비경제적일 뿐만 아니라, 건물의 자중이 증가되고, 설치된 전단보강재에 의해 슬래브 및 기둥 철근이 단절될 수 있어 구조상 불리한 영향이 있을 수 있으며, 또 콘크리트의 타설시 콘크리트의 부실충전이 발생할 수도 있어 매우 세심한 주의를 필요로 한다는 단점을 갖는다.
도2(c)에 도시된 바와 같이 전단 스터드(stud)를 설치하는 방식은 스트립(strip)의 형태로 가공된 평철판의 상부에 다수의 스터드 볼트를 용접한 것을 조립하여 전단보강재를 구성하고 이를 기둥과 슬래브가 접합되는 부위에 설치함으로써 전단 내력이 보강되도록 하는 방식으로, 이는 주로 수직으로 입설된 스터드 볼트에 의해 전단 보강 효과를 도모하게 되는데 이는 수직 보강구조에 해당하여 경사 보강 에 비해 전단 저항 효과가 떨어지는 단점을 갖는 것이며, 이 방식은 다수개의 스터드 볼트에 대한 용접 작업이 필요하므로 제작상의 번거로운 폐단을 갖는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술들이 가지는 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 비교적 얇은 강재에 다수개의 통공(通孔)을 일정간격으로 천공하고, 이를 절곡하여 요부(凹部)와 철부(凸部)가 반복되도록 형성함으로써 전체적인 무게는 줄어들면서 콘크리트와의 부착성은 향상되어져 뛰어난 전단 보강 효과를 얻을 수 있으며, 슬래브 상,하부 주철근의 간격 유지를 위한 스페이서로서의 역할도 겸하면서도 제작의 용이성과 간편한 시공성으로 인해 건축비용의 절감효과를 가질 수 있는 전단보강재를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 전단보강재(100)의 구성은 다음과 같다.
건축구조물의 기둥과 슬래브가 접합되는 부위에 설치되어 전단 파괴에 대한 저항력을 증대하기 위해 사용되어지는 전단보강재에 있어서, 상기 전단보강재(100)는 수평의 상부재(110)와, 상기 상부재(110)의 일측에 아래쪽으로 형성되는 중간재(130)와, 상기 중간재(130)의 일측에 형성되는 수평의 하부재(120)와, 상기 하부재(120)의 일측에 윗쪽으로 형성되는 중간재(130)로 이루어지되, 상기 상부재와 중간 재, 하부재들은 소정의 길이만큼 반복된 구조로 이루어진다.
이때 상부재(110)와 하부재(120) 사이에 형성되는 중간재(130)는 용접에 의해 상부재(110)와 하부재(120)의 일측에 접합될 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같은 강판(101)을 연속적으로 절곡하는 것이 구조적인 면에서나 제작의 용이성 등에서 더욱 바람직하다.
본 발명은 상기 상부재(110)와 하부재(120), 중간재(130)의 각 중앙부에 통공(140)이 천공되도록 하여 콘크리트 타설시 강판(101)과 콘크리트의 부착을 보다 견고하게 할 수도 있다.
본 발명 전단보강재(100)의 제조에 사용되는 강판(101)은 폭은 좁고 길이는 길며 두께는 얇은 띠형상의 강재가 바람직하나, 봉(棒)형상의 강재일 수도 있으며, 강도는 Fy = 300 MPa 이상을 사용하여야 하고, 특히 냉간성형방법에 의해 가공된 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명 전단보강재(100)에 있어 상기 상부재(110)와 하부재(120)의 이격된 간격은 슬래브(A)의 상,하 주철근(C) 사이 간격, 즉 배근된 철근의 높이와 대등하게 함이 바람직하고, 또한 본 발명 전단보강재(100)는 상기 슬래브의 주철근(C) 사이사이에 끼워져 설치될 수 있도록 함으로써 본 발명 전단보강재(100)가 상기 슬래브 주철근(C)의 일정 간격을 유지하는 스페이서로서의 기능을 하게 할 수도 있다.
상기 강판(101)의 두께 및 폭, 통공(140)의 간격 등은 건축물의 슬래브(A)구조에 따라 설계자에 의해 적절히 조절되어짐이 바람직하다.
본 발명에 있어서 중간재(130)는 기둥-슬래브 접합부에 작용하는 전단력에 대하여 저항함으로써 기둥-슬래브 접합부의 파괴를 최소화시킬 수 있는 가장 핵심적인 구성요소로써, 상기 중간재(130)는 상부재(110)와 하부재(120)의 일측에 형성됨에 있어 기둥-슬래브 접합부의 전단력에 대하여 저항력이 가장 좋은 수직의 형상이 바람직하나, 상기 중간재(130)는 상기 전단력에 대하여 저항하는 방향으로 경사지게 절곡될 수도 있다. 이때 경사각은 너무 작거나 너무 클 경우 전단력에 저항력이 약해지므로 35°~75°의 범위가 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 얇고 긴 강판(101)을 가공하여 구성함으로써 전체적인 무게를 줄일 수 있어 건축물에 미치는 부하가 적고, 취급 및 시공이 용이할 뿐만 아니라, 상부재(110)와 하부재(120)의 사이에 형성되는 중간재(130)에 의해 기둥-슬래브간 접합부 콘크리트에 있어 사선방향으로 작용하는 인장력에 효과적으로 저항할 수 있게 된다.
이처럼 본 발명은 설치 시공에 있어 슬래브의 상,하부 주철근 사이에 배치됨으로써 슬래브 철근의 피복 두께에 불리한 영향을 주지 않을 뿐더러 상기 상,하부 주철근 사이의 적정 간격 유지를 위한 스페이서로서의 역할을 겸함과 동시에 주철근을 보조하게 되어 기둥-슬래브간 접합부의 보강효과를 극대화할 수 있는 것이고, 구조가 간단하여 제작이 용이하여 건축비용의 절감효과를 갖는다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 전단보강재(100)의 제조방법은 다음과 같다.
먼저 띠형상의 강판(101) 중간부에 일정간격으로 다수개의 통공(140)을 천공하는 단계와, 상기 통공(140)이 천공된 강판(101)을 소정간격으로 절곡(折曲)하는 단계로 이루어지는데, 상기 절곡단계에 있어서 강판(101)은 요부(102)와 철부(103)가 반복되도록 절곡되어진다.
이때 본 발명에 있어 요부(102)와 철부(103)의 구분은 본 발명 전단보강재(100)의 중간을 길이방향으로 지나는 가상의 선을 긋고, 상기 가상의 선보다 하부는 요부(102)가 되고, 상부는 철부(103)가 된다.
이때 절곡은 수평의 상부재(110)와 수직의 중간재(130), 다시 수평의 하부재(120), 수직의 중간재(130)이 반복되는 구조로 이루어지며, 결국 상부재(110)와 하부재(120)는 중간재(130)에 의해 지지되는 구조가 되는 것이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 구현된 바람직한 실시예와 함께 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 절곡하기 직전의 강판(101)을 도시한 것으로, 상기 강판(101)에는 다수개의 통공(140)이 일정간격 이격되어 천공된 상태이다. 상기 통공(140)은 거푸집에 콘크리트를 부어 슬래브(A) 형성시 콘크리트가 상기 통공(140) 속에 채워지도록 함으로써 강판(101)과 콘크리트의 부착을 보다 더 견고하게 하기 위한 것이다.
이때 중간재(130)에는 완만하게 휘어 형성된 오목홈(150)과 같이 표면에 굴곡을 형성함으로써 콘크리트와의 밀착성을 보다 향상시킬 수도 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 전단보강재(100)의 설치는 도 6에 도시한 바와 같으며, 길이방향으로 기둥을 향하도록 하되 기둥주위로 다수개를 배치하여 기둥-슬래브 접합부에 발생되는 균열 및 전단파괴에 효과적으로 저항할 수 있도록 한다. 이때 전단보강재(100)의 설치갯수는 기둥-슬래브 접합부의 전단력 계산에 의해 갯수가 결정되어진다.
이처럼 본 발명 전단보강재(100)를 기둥-슬래브 접합부에 설치한 경우 기둥주위의 예상 균열라인(D)이 도 7에 도시한 바와 같이 중간재(130)를 가로질러 통과함으로써 효과적인 보강이 이루어지게 되는 것이다.
또한 다수개의 본 발명 전단보강재를 배치함에 있어서 기둥주위로 평면상 십자형을 이루면서 배치되도록 하고 있으나, 이와 같은 형태 이외에도 중심부에 동일한 방향으로 배치하거나, 기둥에 대해 수평으로 배치하는 등의 방법도 가능할 것이다.
또한 본 발명은 제조 및 시공적인 측면에서 볼 때, 전체적으로 얇은 판재를 사용하여 트러스와 같은 형상으로 제작하는 것이므로 종래 기술인 강철빔이나 철근, 스터드 볼트를 사용하는 경우에 비하여 경량화할 수 있으며, 제작비용의 획기적인 절감이 가능하게 된다.
또 콘크리트의 타설시에도 상기 본 발명 전단보강재(100)는 콘크리트가 거푸집에 충전됨에 방해하지 않아 시공에 지장을 주지 않을 뿐만 아니라, 본 발명 전단보강재는 슬래브 철근의 사이사이에 삽입되어 스페이서로서의 역할을 하면서 서로 보강하는 기능을 하게 됨으로써 적절한 철근 배근 간격 유지 및 슬래브 휨 강성 유지에 특히 유용한 것이다.
이처럼 본 발명 전단보강재는 구조가 간단하면서도, 제조가 용이하여 공장에서 대량생산으로 인한 비용의 절감이 가능하게 되며, 슬래브 철근 위에 본 발명을 단순히 올려놓는 것만으로도 시공이 가능하여 작업이 편리할 뿐만 아니라 두께가 얇기 때문에 주철근이 모두 배치된 다음에 배치하여도 슬래브의 피복두께에 큰 영향이 없게 된다.
또한 본 발명은 비교적 적은 양의 강재를 사용하여 제작됨으로써 건축물의 전체적인 무게를 감소시킬 수 있으며, 슬래브 주철근의 유효두께를 감소시키지 않아도 되므로 슬래브의 구조성능을 확보할 수 있고, 또한 얇은 슬래브 시공을 가능하는 효과를 갖는다.
또 본 발명 전단보강재는 다수개의 통공이 형성된 구조여서 콘크리트와의 부착이 양호해질 뿐만 아니라, 중간재의 표면 굴곡으로 인해 콘크리트의 밀착성도 보다 향상되는 효과를 갖는 것이다.
또 본 발명 전단보강재의 모서리부분이 슬래브 상부 철근에 걸쳐지는 구조여서 철근에 의한 전단보강재의 처짐을 보강하고 정착효과를 갖도록 하여 전단력에 대해 더 큰 저항력을 가지며, 슬래브 주철근의 간격 유지를 위한 스페이서로서의 역할도 겸할 수 있는 것이다.
또 본 발명 전단보강재는 기존제품에 비하여 강도와 연성도를 증가시켜 접합부의 내진성능을 향상시키므로 횡하중에 의한 구조물의 붕괴를 막을 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

  1. 건축구조물의 기둥과 슬래브가 접합되는 부위에 설치되어 전단 파괴에 대한 저항력을 증대하기 위해 사용되어지는 전단보강재에 있어서,
    상기 전단보강재는 수평의 상부재와,
    상기 상부재의 일측에 아래쪽으로 형성되는 중간재와,
    상기 중간재의 일측에 형성되는 수평의 하부재와,
    상기 하부재의 일측에 윗쪽으로 형성되는 중간재로 이루어지되, 상기 상부재와 중간재, 하부재들은 소정의 길이만큼 반복된 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 기둥 슬래브간 접합부 전단보강재.
  2. 제 1항에 있어서 상기 상부재와 중간재, 하부재에는 각각 중앙에 통공이 천공되도록 구성되어짐을 특징으로 하는 기둥 슬래브간 접합부 전단보강재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중간재는 경사진 구조를 가지며, 상기 경사각은 35°~ 75°범위임을 특징으로 하는 기둥 슬래브간 접합부 전단보강재.
  4. 구조물의 기둥과 슬래브가 접합되는 접합부 구조에 있어서, 구조물의 기둥과 슬래브가 접합되는 부위에 설치되어 전단파괴에 대한 저항력을 증대하기 위해 사용되는 전단보강재의 제조방법에 있어서,
    띠형상의 강판 중간부에 일정간격으로 다수개의 통공을 천공하는 단계와,
    상기 통공이 천공된 강판을 소정간격으로 절곡하는 단계와,
    상기 절곡단계에 있어서 강판이 요부와 철부가 반복되도록 절곡되어짐을 특징으로 하는 기둥 슬래브간 접합부 전단보강재의 제조방법
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