KR20110083449A - 탑다운 공법 적용을 위한 원형 콘크리트 충전강관기둥과 철근 콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 접합시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탑다운 공법으로 지하층을 시공할 때, 원형의 콘크리트 충전강관기둥(Concrete Filled Steel Tubular Column/CFT기둥)과, 철근 콘크리트 무량판(Flat Plate)이 접합될 때, CFT기둥에 전단헤드가 구비된 지압띠로 이루어진 자켓 부재를 설치하여, CFT기둥과 무량판이 견고하게 접합 연결되도록 하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에서는 CFT기둥(10)과 무량판(30)이 일체로 접합되는 접합구조로서, CFT기둥과 무량판이 접합되는 위치에서, CFT기둥(10)의 외면에는 고정띠(4)가 일체로 설치되고; 제1 전단머리 자켓(1a)과 제2 전단머리 자켓(1b)으로 이루어진 자켓 부재가 CFT기둥(10)을 감싸도록 조립되어 설치되며; 제1 및 제2 전단머리 자켓은, 각각 지압띠(2)와, 복수개의 전단헤드(3)로 구성되어 있고; 지압띠(2)의 서로 마주보는 단부에는, 관통공(22)이 형성되어 있는 판형의 결합 플랜지(21)가 구비되어 있어 볼트부재(23)에 의해 체결됨으로써, 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)이 CFT기둥(10)의 외면에 고정 설치되고; 전단헤드(3)에는 철근관통공(31)이 형성되어 있어 복수개의 포스트 펀칭 철근(32)이 상기 철근관통공(31)을 관통하여 배치되며; 무량판(30)의 보강을 위한 보강철근이 배치된 상태에서, 자켓 부재, 포스트 펀칭 철근(32) 및 보강철근이 매립되도록 콘크리트가 타설되어 무량판(30)이 CFT기둥(10)과 일체로 접합되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CFT기둥과 무량판의 접합구조가 제공된다.

Description

탑다운 공법 적용을 위한 원형 콘크리트 충전강관기둥과 철근 콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 접합시공방법{Details and Construction Method of Circular CFT Column to RC Flat Plate Connections for Top-down Construction}

본 발명은 탑다운 공법 적용을 위한 원형 콘크리트 충전강관기둥과 철근 콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 접합시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 탑다운 공법으로 지하층을 시공함에 있어서, 원형의 콘크리트 충전강관기둥(Concrete Filled Steel Tubular Column/ 이하, "CFT기둥"이라고 약칭함)과, 철근 콘크리트 무량판(Flat Plate)이 접합될 때, CFT기둥에 전단헤드가 구비된 지압띠로 이루어진 자켓 부재를 설치하여, CFT기둥과 무량판이 견고하게 접합 연결되도록 하는 원형 콘크리트 충전강관기둥과 철근 콘크리트 무량판의 접합구조 및 그 접합시공방법에 관한 것이다.

지하층을 시공함에 있어서, 선기초 기둥부재를 지반에 매립한 후 위에서부터 아래로 지반을 굴착하면서 슬래브를 설치함으로써 지하층을 시공하게 되는 탑다운 시공방법이 일반적으로 사용된다. 이러한 탑다운 시공방법에 있어서 선기초 기둥부재로서 종래에는 H형강을 사용하였으나, 이러한 H형강은 트레미관을 설치할 별도의 공간이 필요하고, 선기초 기둥부재를 매립한 후 케이싱을 인발할 때 H형강의 방향성으로 인하여 기둥에 비틀림이 발생할 우려가 있고 그에 따라 시공오차가 발생할 수 있다.

이러한 이유로 H형강을 대신하여, 방향성이 없으며, 트레미관을 내부에 설치할 수 있어 별도의 공간이 필요하지 아니한 원형의 강관 내에 콘크리트를 충전한 CFT기둥을 선기초 기둥부재로 사용하려는 노력이 이루어지고 있다. CFT기둥을 선기초 기둥부재로 사용함에 있어서, 경제성 및 공기단축을 고려하여 보가 없는 철근콘크리트 무량판(이하, "무량판"으로 약칭함)으로 슬래브를 시공하는 것이 바람직한데, CFT기둥과 무량판이 접합되는 접합구조에서는, 무량판에 작용하는 하중에 의한 전단력을 CFT기둥으로 전달할 구조요소가 결여되어 있다. 따라서 CFT기둥과 무량판의 접합부에서 전단력을 효과적으로 전달할 수 있는 구조요소의 제안이 매우 중요하고 시급한 과제이다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술 분야의 필요성을 충족시키기 위하여 개발된 것으로서, CFT기둥과 무량판의 접합부에서 전단력을 효과적으로 전달할 수 있는 구조요소를 구비하도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 원형의 강관 내에 콘크리트가 충전되어 있는 CFT기둥과 무량판이 일체로 접합되는 접합구조로서,

상기 CFT기둥과 무량판이 접합되는 위치에서, CFT기둥의 외면에는 고정띠가 일체로 설치되고; 제1 전단머리 자켓과 제2 전단머리 자켓으로 이루어진 자켓 부재가 상기 고정띠에 의해 지지된 상태로 CFT기둥을 감싸도록 조립되어 설치되며; 상기 제1 및 제2 전단머리 자켓은, 각각 CFT기둥 외면의 절반을 감싸며 상기 고정띠에 의해 지지되는 지압띠와, 일단은 상기 지압띠에 일체로 부착되어 있고 타단은 CFT기둥의 외면 방향으로 연장되어 있는 빔 부재로 이루어진 복수개의 전단헤드로 구성되어 있고; 지압띠의 서로 마주보는 단부에는, 관통공이 형성되어 있는 판형의 결합 플랜지가 구비되어 있어 제1 및 제2 전단머리 자켓이 CFT기둥의 외면 절반을 각각 감싸서 상기 결합플랜지가 마주한 상태에서 관통공에 볼트부재가 관통되어 체결됨으로써, 상기 제1 및 제2 전단머리 자켓이 조립되어 CFT기둥의 외면에 고정 설치되고; 상기 전단헤드에는 철근관통공이 형성되어 있어 복수개의 포스트 펀칭 철근이 상기 철근관통공을 관통하여 배치되며; 무량판의 보강을 위한 보강철근이 배치된 상태에서, 제1 전단머리 자켓과 제2 전단머리 자켓으로 이루어진 자켓 부재, 포스트 펀칭 철근 및 보강철근이 매립되도록 콘크리트가 타설되어 무량판이 상기 CFT기둥과 일체로 접합되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CFT기둥과 무량판의 접합구조가 제공된다.

또한 본 발명에서는 위와 같은 CFT기둥과 무량판의 접합시공방법이 제공된다.

위와 같은 본 발명에 의하면, CFT기둥 외면에 전단헤드를 구비한 전단머리 자켓이 일체로 조립되어 구비되고 이러한 전단머리 자켓에 구비된 전단헤드가 무량판에 매립되어 일체화되므로, 무량판에 작용하는 하중에 의해 기인하는 전단력 및 모멘트는 전단머리 자켓을 통해 CFT기둥으로 전달되어 피어기초까지 전달되는 하중경로를 갖게 된다.

본 발명에서는 CFT기둥이 설치되고 굴착이 이루어진 후에 간편하여 전단머리 자켓을 볼트 결합에 의하여 조립할 수 있게 되므로, 굴착으로 인한 전단머리 자켓의 손상을 방지할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 전단헤드에 철근관통공이 형성되어 있고, 이를 통하여 포스트 펀칭 철근을 전단헤드에 관통시켜 수평하게 용이하게 배근할 수 있게 된다. 종래의 경우, 포스트 펀칭 철근 장착 의무를 이행하기 위하여, 철근을 현장에서 기둥 전면에 용접하거나 또는 기둥면을 관통하여 철근을 배근해야 했으며, 그에 따라 용접의 경우에는 용접 품질에 대한 신뢰가 떨어졌으며, 기둥면을 관통하는 것은 비용 증가 등의 문제를 야기하기 때문에, 포스트 펀칭 철근 장착에 상당한 애로사항이 있었으나, 본 발명에서는 이러한 애로사항 없이, 포스트 펀칭 철근을 용이하게 설치할 수 있게 된다.

위와 같은 본 발명에 의하면, 지하층의 탑다운 시공에서, 강축과 약축이 존재하는 H형강 선기둥 부재를 대체하여 원형 CFT기둥을 사용할 수 있어, 천공직경이 줄어들게 되어 공기 및 공사비를 줄일 수 있게 되고, 선기초 기둥 매립 후, 케이싱 인발시에도 비틀림 발생이 없게 되며 등가의 H형강에 비해 압축강도가 증가하는 장점을 발휘하게 된다. 또한 본 발명에 의하면, CFT기둥에 무량판을 접합하여 사용할 수 있게 되므로, 시공성 확보는 물론 층고 및 터파기 깊이 절감, 그리고 공기단축에 크게 기여할 수 있게 되고, 그에 따라 지하층 및 층고절감이 필수인 초고층 건물 시공의 경제성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따른 전단머리 자켓이 원형 CFT기둥에 조립되어 설치되는 상태를 보여주는 분해사시도 및 결합사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 CFT기둥과 무량판의 접합부 상세 사시도이다.

다음에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 CFT기둥과 무량판의 접합구조 및 그 접합시공방법을 설명한다. 그러나 도면에 도시된 구성은 하나의 실시예이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1 및 도 2에는 각각 본 발명에 따른 전단머리 자켓(1)이 원형 CFT기둥(10)에 조립되어 설치되는 상태를 보여주는 분해사시도 및 결합사시도가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명에 있어서, 원형의 강관(101) 내에 콘크리트(102)가 채워진 구조를 가진 원형의 CFT기둥(10)에서, 무량판이 접합되는 위치에는 CFT기둥(10)의 외면에 고정띠(4)가 설치되어 있으며, 상기 고정띠(4) 위에는 제1 전단머리 자켓(1a)과 제2 전단머리 자켓(1b)으로 이루어진 자켓 부재가 상기 고정띠(4)에 의해 지지되어 CFT기둥(10)을 감싸도록 조립되어 설치된다. 상기 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)은, 각각 CFT기둥(10) 외면의 절반을 감싸는 지압띠(2)와, 일단은 상기 지압띠(2)에 일체로 부착되어 있고 타단은 CFT기둥(10)의 외면 방향으로 연장되어 도출되는 빔 부재로 이루어진 복수개의 전단헤드(3)로 구성되어 있다.

상기 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)은 CFT기둥(10)의 외면 절반을 각각 감싼 상태에서 지압띠(2)의 서로 마주보는 단부가 볼트 결합에 의해 서로 결합됨으로써, 하나의 부재를 이루어서 CFT기둥(10)의 외면에 조립 설치된다. 이를 위해서 지압띠(2)의 서로 마주보는 단부에는 판형의 결합 플랜지(21)가 구비되어 있고, 상기 결합플랜지(21)에는 관통공(22)이 형성되어 있다.

우선 CFT기둥(10)의 외면에 고정띠(4)가 CFT기둥(10)과 일체로 결합되어 설치된 상태에서, 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)이 CFT기둥(10)의 외면 절반을 각각 감싸서 상기 결합플랜지(21)가 마주한 상태에서 관통공(22)에 볼트부재(23)가 관통되어 체결됨으로써 상기 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)이 일체로 조립 결합된 자켓 부재가 CFT기둥(10)의 외면에 고정 설치된다. 이 때, 상기 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)의 지압띠(2)의 하면이 상기 고정띠(4)의 상면 위에 놓여 지압띠(2)가 상기 고정띠(4)에 의하여 지지됨으로써 지압띠(2)가 CFT기둥(10)의 외면에서 아래로 미끄러지는 것이 방지된다.

이와 같이 본 발명에서는 볼트부재(23)에 의하여 전단머리 자켓(1a, 1b)을 CFT기둥(10)에 조립 설치하므로 용접 등의 방법을 이용하는 경우에 비하여 작업이 간편하게 이루어질 수 있다. 또한 자켓부재가 2개의 부재로 구분되어 있으므로, 운반과 취급이 용이하여 시공성이 향상되는 장점도 있다.

상기 전단헤드(3)는 H빔과 같은 빔 부재로 제작되며, 일단부는 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)의 외면에 용접 등의 방법에 의해 일체로 부착되고 타단부는 수평방향으로 뻗어 있다. 도면에 도시된 실시예에서는 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b) 각각에 2개씩의 전단헤드(3)가 구비된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 아니하며 필요에 따라서는 3개 이상의 전단헤드가 각각의 전단머리 자체(1a, 1b)에 구비될 수 있다. 본 발명에 있어서 상기 전단헤드(3)에는 수평방향으로 포스트 펀칭 철근이 관통할 수 있는 철근관통공(31)이 형성되어 있다.

도 3에는 본 발명에 따른 CFT기둥(10)과 무량판(30)의 접합부 상세 사시도가 도시되어 있다.

접합부 형성 위치 즉, 무량판(30)이 접합될 위치에서 고정띠(4)가 설치되고, CFT기둥(10)의 외면에 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)이 조립 설치된 상태에서, 무량판(30)을 보강하기 위한 보강철근이 무량판(30) 내에 배근된다. 슬래브를 무량판으로 시공함에 있어서는, 예상하지 못한 파괴에 대한 방지책으로서 기둥면에 2가닥 이상의 포스트 펀칭 철근(32)을 배근하는 것이 의무화되어 있다. 본 발명에서는 이러한 포스트 펀칭 철근(32)의 배근을 위하여 전단헤드(3)에 수평방향으로 포스트 펀칭 철근(32)이 관통할 수 있는 철근관통공(31)이 형성되어 있으며, 도 3에 도시된 것처럼 이러한 포스트 펀칭 철근(32)이 철근관통공(31)을 관통하여 배치된다. 도 3에서 무량판(30)에 배근되는 기타 보강철근의 도시는 생략되었다.

이와 같이 포스트 펀칭 철근(32)의 관통 설치와 보강철근의 배치가 완료되면 콘크리트를 타설하여 상기 CFT기둥(10)에 일체로 무량판(30)을 시공한다. 즉, 제1 전단머리 자켓(1a)과 제2 전단머리 자켓(1b)으로 이루어진 자켓 부재, 포스트 펀칭 철근(32) 및 보강철근이 매립되도록 콘크리트를 타설하여 무량판(30)을 상기 CFT기둥(10)과 일체로 접합하여 설치하게 되는 것이다.

종래의 경우, 이러한 포스트 펀칭 철근 장착 의무를 이행하기 위하여, 철근을 현장에서 기둥 전면에 용접하거나 또는 기둥면을 관통하여 철근을 배근해야 했다. 그러나 용접의 경우에는 용접 품질에 대한 신뢰가 떨어졌으며, 기둥면을 관통하는 것은 비용 증가 등의 문제를 야기하기 때문에, 포스트 펀칭 철근 장착에 상당한 애로사항이 있었다. 그러나 본 발명에서는 위와 같이, 전단헤드(3)에 철근관통공(31)이 형성되어 있으므로, 종래와 같은 애로사항 없이, 상기 철근관통공(31)을 이용하여 포스트 펀칭 철근(32)을 전단헤드(3)를 관통하여 수평하게 용이하게 배근할 수 있게 된다.

10 : CFT 기둥, 2 : 지압띠, 3 : 전단헤드, 4 : 고정띠

Claims (2)

1. 원형의 강관 내에 콘크리트가 충전되어 있는 CFT기둥(10)과 무량판(30)이 일체로 접합되는 접합구조로서,
   상기 CFT기둥(10)과 무량판(30)이 접합되는 위치에서, CFT기둥(10)의 외면에는 고정띠(4)가 일체로 설치되고;
   제1 전단머리 자켓(1a)과 제2 전단머리 자켓(1b)으로 이루어진 자켓 부재가 CFT기둥(10)을 감싸도록 조립되어 설치되며;
   상기 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)은, 각각 CFT기둥(10) 외면의 절반을 감싸며 상기 고정띠(4)에 의해 지지되는 지압띠(2)와, 일단은 상기 지압띠(2)에 일체로 부착되어 있고 타단은 CFT기둥(10)의 외면 방향으로 연장되어 있는 빔 부재로 이루어진 복수개의 전단헤드(3)로 구성되어 있고;
   지압띠(2)의 서로 마주보는 단부에는, 관통공(22)이 형성되어 있는 판형의 결합 플랜지(21)가 구비되어 있어 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)이 CFT기둥(10)의 외면 절반을 각각 감싸서 상기 결합플랜지(21)가 마주한 상태에서 관통공(22)에 볼트부재(23)가 관통되어 체결됨으로써, 상기 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)이 조립되어 CFT기둥(10)의 외면에 고정 설치되고;
   상기 전단헤드(3)에는 철근관통공(31)이 형성되어 있어 복수개의 포스트 펀칭 철근(32)이 상기 철근관통공(31)을 관통하여 배치되며;
   무량판(30)의 보강을 위한 보강철근이 배치된 상태에서, 제1 전단머리 자켓(1a)과 제2 전단머리 자켓(1b)으로 이루어진 자켓 부재, 포스트 펀칭 철근(32) 및 보강철근이 매립되도록 콘크리트가 타설되어 무량판(30)이 상기 CFT기둥(10)과 일체로 접합되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CFT기둥과 무량판의 접합구조.
   
2. 원형의 강관 내에 콘크리트가 충전되어 있는 CFT기둥(10)과 무량판(30)을 일체로 접합하는 접합시공방법으로서,
   CFT기둥(10)의 외면에 고정띠(4)를 일체로 설치하는 단계;
   각각 CFT기둥(10) 외면의 절반을 감싸는 지압띠(2)와, 일단은 상기 지압띠(2)에 일체로 부착되어 있고 타단은 CFT기둥(10)의 외면 방향으로 연장되어 있는 빔 부재로 이루어진 복수개의 전단헤드(3)로 구성되어 있고, 지압띠(2)의 서로 마주보는 단부에는, 관통공(22)이 형성되어 있는 판형의 결합 플랜지(21)가 구비되어 있으며, 상기 전단헤드(3)에는 철근관통공(31)이 형성되어 있는 구조의 제1 전단머리 자켓(1a)과 제2 전단머리 자켓(1b)으로 이루어진 자켓 부재를 상기 CFT기둥(10)과 무량판(30)이 접합되는 위치에서 상기 지압띠(2)가 상기 고정띠(4)에 의해 지지된 상태로 CFT기둥(10)에 감싸도록 배치하는 단계;
   제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)의 지압띠(2)에 구비된 상기 결합플랜지(21)가 서로 마주한 상태에서 관통공(22)에 볼트부재(23)를 관통시켜 체결하여 상기 제1 및 제2 전단머리 자켓(1a, 1b)을 CFT기둥(10)의 외면에 고정 설치하는 단계;
   복수개의 포스트 펀칭 철근(32)을 상기 철근관통공(31)을 관통하여 배치하는 단계;
   무량판(30)의 보강을 위한 보강철근을 배치하는 단계; 및
   제1 전단머리 자켓(1a)과 제2 전단머리 자켓(1b)으로 이루어진 자켓 부재, 포스트 펀칭 철근(32) 및 보강철근이 매립되도록 콘크리트를 타설하는 단계를 포함하여;
   무량판(30)을 상기 CFT기둥(10)과 일체로 접합하여 설치하는 것을 특징으로 하는 CFT기둥과 무량판의 접합시공방법.
   
   

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