KR20130075238A - 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 기둥에 나선형으로 보강 장치를 설치하고 고정시켜서 지진에 대한 강성 및 연성을 보강하기 위한 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치에 관한 것으로서, 철근 콘크리트 기둥의 외표면에 밀착하여 이 기둥의 상단에서 하단까지 나선형으로 에워싸서 감는 밴드 패널 부재; 및 이 밴드 패널 부재를 철근 콘크리트 기둥에 고정시키기 위한 고정 부재를 포함하여 이루어진다. 이 밴드 패널 부재는 소정의 폭 및 길이를 갖는 다수의 부재로 이루어지며, 각각의 밴드 패널 부재는 길이 방향으로 수평에 대해서 일정 각도로 경사를 갖도록 형성되어 일렬로 결합되어 기둥을 에워싸서 감을 때 나선형을 이루게 되며, 각각의 밴드 패널 부재의 중앙에는 그 길이 방향을 따라서 복수의 홀이 형성되며, 그 길이 방향 양 끝단에는 상하 방향으로 복수의 홀이 형성되어 있으며, 고정 부재는 머리부와 몸체로 이루어지며, 상기 몸체는 콘크리트 기둥에 볼트 접합되도록 볼트 형태로 형성되며, 상기 머리부에는 드라이버를 사용할 수 있도록 십자형 홈이 형성된다.

Description

철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치{SEISMIC RETROFIT SYSTEM FOR RC COLUMN}

본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 내진 보강 장치에 관한 것으로서, 특히, 철근 콘크리트 구조물의 기둥에 나선형으로 보강 장치를 설치하고 고정시켜서 지진에 대한 강성 및 연성을 보강하기 위한 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치에 관한 것이다.

건물로 된 구조 시스템을 구성하는 요소 중에서 기둥은 가장 중요한 부재라고 할 수 있다. 기둥은 중력에 대해서 구조 시스템을 지탱하는 부재이며, 외부 하중에 대한 손상이 발생할 때 전체 구조물의 붕괴를 일으킬 수 있는 직접적인 원인이 될 수 있으므로 이에 대한 정확한 구조해석 및 설계가 중요하다고 할 수 있다. 특히, 지진과 같은 횡하중에 대해서 기둥 부재의 강성 및 연성을 확보하는 것은 안전한 구조 시스템에 있어서 필수적인 요소이다.

지진이란 암석층을 구성하는 지구의 판의 갑작스런 운동으로 인해서 그 충격파가 지표로 전달되는 것으로서, 땅이 갈라지거나 흔들리는 현상으로 나타난다. 지표로 전달된 충격파는 건물에게는 동역학적 하중으로 작용하게 되고, 이러한 하중이 기둥 부재의 구조적 저항 한계를 넘으면 건물에 손상을 일으키게 된다. 이러한 손상에 의해 수직부재는 축방향 저항 성능 및 P-Δ 효과에 의한 좌굴 저항 성능이 저하되어 건물의 붕괴를 일으키게 된다. 비록 수초간의 짧은 시간 동안 지진 하중이 인가되지만, 내진설계가 되어 있지 않은 건물들은 전체 또는 일부 구조 시스템의 붕괴로 인해 수많은 인명 피해가 발생하게 된다.

철근 콘크리트(RC) 구조 시스템은 철골 구조물에 비해서 재료 단가가 저렴하고 구조적인 사용 성능(진동)이 우수하여 주택이나 학교 건물에 많이 적용되고 있다. 그러나, 재료 특성상 취성적인 경향에 의해서 내진 설계가 충분하지 않은 RC 구조물의 경우에는 갑작스런 붕괴가 일어날 가능성이 크므로, 이에 대한 보강이 이루어질 필요가 있다.

한국의 경우에, 1988년에 내진 설계를 도입하였으므로, 그 이전에 건립된 건축물은 지진에 대해 대단히 취약하다고 볼 수 있다. 내진 설계 실태 조사 결과에 의하면, 한국의 전체 건축물 680만 동 중 내진 설계가 된 건물은 16만 동에 불과하고, 학교 시설물의 경우에 내진 설계가 된 학교는 전체 학교의 13%에 불과한 실정이다. 이에 따라서, 내진 설계가 적용되지 않은 많은 건축물들에 대해 내진 보강이 이루어져야 하며, 실제로 공공 시설물의 경우에 정부 차원의 사업 진행이 확대되고 있다.

내진 설계에서는 구조 시스템에서 가장 중요한 부재인 기둥에 대해서 내진 보강을 하는 것이 필수적인데, 현재는 그 보강 방법으로 철근 콘크리트, FRP 또는 강판으로 기존의 기둥을 에워싸는(wrapping) 방법이 주로 사용되고 있다.

내진 설계에서는 다음의 사항이 고려된 기술 및 공법이 개발되어야 한다. 즉, 내진 성능 구현, 공기 단축, 시공의 편의성, 경제성, 중량, 부착의 용이성 등이다.

그러나, 철근 콘크리트 보강은 습식 공법으로 인해서 시공 편의성에서 불리하고, 공사 기간이 길어지며, 중량 증가라는 단점을 가지고 있다.

FRP 보강은 시공은 편리하고 경량화할 수 있는 반면에, 내진 성능에 있어서 연성은 향상되지만 강성 보강이 불가능한 단점이 있다.

강판 보강의 경우에는, 강성 및 연성 보강이 가능하지만, 기존의 철근 콘크리트(RC) 기둥과의 접합이 용이하지 않으며, 대형 강판을 설치하게 될 때 시공 기계를 사용해야 하고, 용접 기술자를 필요로 하는 등 시공성과 경제성 면에서 불리한 점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 철근 콘크리트 기둥에 대해서 내진 보강을 수행할 때, 공기를 단축하고, 시공의 편의성, 경제성, 중량 문제, 부착의 용이성을 구현한 기둥 내진 보강 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치는, 철근 콘크리트 기둥의 외표면에 밀착하여 이 기둥의 상단에서 하단까지 나선형으로 에워싸서 감는 밴드 패널 부재; 및 이 밴드 패널 부재를 철근 콘크리트 기둥에 고정시키기 위한 고정 부재를 포함하여 이루어진다.

바람직하게는, 이 밴드 패널 부재는 소정의 폭 및 길이를 갖는 다수의 부재로 이루어지며, 각각의 밴드 패널 부재는 길이 방향으로 수평에 대해서 일정 각도로 경사를 갖도록 형성되어 일렬로 결합되어 기둥을 에워싸서 감을 때 나선형을 이루게 되며, 각각의 밴드 패널 부재의 중앙에는 그 길이 방향을 따라서 복수의 홀이 형성되며, 그 길이 방향 양 끝단에는 상하 방향으로 복수의 홀이 형성되어 있을 수 있다.

바람직하게는, 이 밴드 패널 부재의 길이 방향으로 중앙에 형성된 홀은 이 고정 부재를 사용하여 상기 밴드 패널 부재를 기둥에 고정시키는데 사용되며, 이 길이 방향 양 끝단에 상하 방향으로 형성된 복수의 홀은 인접하는 밴드 패널 부재를 서로 결합시키는데 사용될 수 있다.

바람직하게는, 이 고정 부재는 머리부와 몸체로 이루어지며, 이 몸체는 콘크리트 기둥에 볼트 접합되도록 볼트 형태로 형성되며, 이 머리부에는 드라이버를 사용할 수 있도록 십자형 홈이 형성될 수 있다.

바람직하게는, 이 고정 부재는 중공 튜브 형상을 갖어서, 이 고정 부재의 내부가 공동이며 그 외측 표면에는 내부의 공동까지 연결되는 다수의 홀이 형성되어 이 튜브 내측으로 유입된 유체가 이 다수의 홀을 통해서 고정 부재 외부로 배출되는 구조로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 이 고정 부재의 머리부는 볼트 형태로 형성되어, 내측에 너트 홈이 형성된 캡에 의해서 나사 결합될 수 있다.

본 발명을 실시함으로서, 철근 콘크리트 기둥을 밴드 패널을 이용하여 나선형으로 에워싸서 감으므로 기둥의 전단력을 보강하게 되고 횡력 저항 내진 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 밴드 패널을 나선형으로 형성함으로써 기둥의 측면 변위를 제한하여 내부 손상을 지연시키는 효과를 거둘 수 있어서 연성을 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 밴드 패널을 선형으로 기둥에 감을 때 보다 동일 재료 및 량으로 보강 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

또한, 각 부품들을 공장 제작하여 현장에서 조립하여 설치하므로 시공 편의성이 향상되고, 공기 단축 효과가 있고, 부품들로 나누어서 기둥에 볼트 접합하게 되므로 부착성이 향상되고 중량면에서 유리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 밴드 패널 내진 보강 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 밴드 패널 부재를 철근 콘크리트 기둥에 고정시키기 위한 고정 부재를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 고정 부재를 외부 마감하기 위한 구성을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 밴드 패널 내진 보강 장치를 도시한 도면이다.

도면 중 도면 부호 110은 철근 콘크리트 기둥이다. 도면에서는 철근 콘크리트 기둥이 사각 기둥 형상으로 되어 있지만, 이는 하나의 실시예일 뿐이고, 다른 형상, 예를 들면, 육각 기둥, 팔각 기둥, 원기둥 형상의 기둥에 대해서도 본 발명의 내진 보강 장치가 동일하게 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 밴드 패널 부재(120)가 기둥(110)을 나선형으로 에워싸고 있다. 이 밴드 패널 부재는 바람직하게는 강성과 연성을 갖는 금속을 재료로 사용할 수 있다. 도면의 우측에는 밴드 패널 부재(120)가 기둥(110)으로 부터 분리되어 도시되어 있다. 각각의 밴드 패널 부재(120)는 나선형으로 기둥을 에워싸도록 그 길이 방향으로 일정 각도로 경사지게 형성되어 있으며, 그 길이 방향을 따라서 중앙에 복수의 홀(121)이 형성되어 있다. 도면에서는 밴드 패널 부재의 중앙에 세 개의 홀이 일정간격으로 형성되어 있는데, 밴드 패널 부재의 길이에 따라서 홀을 그 이상으로 갖을 수도 있다. 또한, 홀의 직경은 철근 콘크리트 기둥의 크기에 따라서 결정될 수 있다. 즉, 기둥의 가로측 폭이 넓을 경우에는 비교적 홀의 크기를 크게 할 수 있을 것이며, 기둥의 폭이 작을 경우에는 홀의 직경도 작게 형성할 수 있다. 이는 기둥의 폭이 작음에도 불구하고 홀의 크기를 크게 하여 그 홀에 후술되는 고정 부재를 강제 삽입할 경우에 기둥에 균열이 크게 생기게 되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이 중앙의 홀(121)은 후술되는 고정 부재를 사용하여 밴드 패널 부재(120)를 기둥(110)에 고정시키는데 사용된다. 즉, 고정 부재가 이 홀(121)을 관통하여 철근 콘크리트 기둥에 삽입될 때 고정 부재의 상부가 밴드 패널 부재의 홀에 접촉하여 유지되어, 지진 등으로 인해서 기둥에 횡하중이 발생하여 기둥이 뒤틀리거나 횡방향으로 이동하려 할 때 밴드 패널 부재가 고정 부재의 머리부를 지탱하여 기둥의 변형을 억제하는 역할을 하게 된다.

또한, 각각의 밴드 패널 부재의 길이 방향 양 끝단에도 상하 방향으로 홀(122)이 형성되어 있는데, 이 홀(122)은 이웃하는 밴드 패널 부재들을 서로 결합시키고, 밴드 패널 부재(120)를 기둥(110)에 고정시키는 데도 사용될 수 있다.

밴드 패널 부재(120)들은 그 길이 방향 끝단에 형성된 홀(122)을 중첩시켜서볼트 등의 결합 부품을 이용하여 서로 결합시켜서 연결할 수 있다. 또한, 본 발명의 고정 부재를 홀(122)에 관통시켜서 이웃하는 두 개의 밴드 패널 부재(120)를 결합시키는 동시에 이 부재들을 기둥에 고정시킬 수 있다.

이와 같이 철근 콘크리트 기둥(110)의 상단에서 하단까지 나선형으로 연결하여 감긴 밴드 패널 부재(120)에 의해서 기둥(110)의 전단력이 보강되어 횡방향으로 가해지는 지진파에 대해서 내진 성능을 한층 향상시키게 된다. 또한, 나선형의 밴드 형태로 인해서 기둥의 측면 변위를 제한하므로 내부 손상을 지연시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 밴드 패널 부재를 철근 콘크리트 기둥에 고정시키기 위한 고정 부재를 도시한 도면이다.

본 고정 부재(200)는 도2에서 볼 수 있듯이, 머리부(210)와 몸체(220)로 이루어진다. 고정 부재(200)는 밴드 패널 부재(120)에 형성된 홀(121)을 관통하여 콘크리트 기둥(110)의 일정 깊이까지 파고 들어가서 고정된다. 고정 부재(200)가 콘크리트 기둥(110) 내부로 용이하게 파고 들어갈 수 있도록 몸체(220)는 도2에서 볼 수 있듯이, 볼트 형상으로 이루어져서 외측에 볼트 홈(221)이 형성되어 있고, 드라이버를 사용하여 고정 부재(200)를 기둥(110)에 밀어 넣을 수 있도록 고정 부재의 머리부(210)에는 십자형 홈(211)이 형성되어 있다. 또한, 이 고정 부재의 머리부(210)에는 마감으로서 캡을 씌워서 고정시킬 수 있도록 볼트 홈(212)이 형성되어 있다.

한편, 밴드 패널 부재(120)를 콘크리트 기둥(110)에 고정시키기 위해서 고정 부재(200)를 콘크리트 기둥(110)에 강제 삽입하는 과정에서 콘크리트 기둥에 균열이 발생할 수 있는데, 이를 보완하기 위해서 고정 부재(200)를 중공 튜브 형태로 제작할 수 있다. 즉, 도면에서 볼 수 있듯이, 고정 부재(200)는 튜브 형태로 중앙에 공동을 형성하였으며, 튜브 형태의 고정 부재의 외표면에는 공동인 중앙까지 관통하는 다수의 홀(222)을 형성하였다. 이후, 고정 부재(200)를 밴드 패널 부재(120)의 홀(121)을 관통하여 콘크리트 기둥(110) 내부 일정 깊이까지 진입시켜서 고정시키고 난 뒤, 외부로 부터 미리 준비한 그라우팅 재료를 고정 부재(200)의 공동에 주입하게 된다. 이때, 그라우팅 재료는 공동의 끝단까지 채워진 후에 고정 부재의 홀(222)을 통해서 외부로 흘러나오게 된다. 이 흘러나온 그라우팅 재료는 고정 부재의 강제 진입에 의해서 생긴 기둥 내부 균열에 침투하여 매우는 한편, 고정 부재(200)의 외측면과 콘크리트 기둥(110) 사이를 더 단단히 결합시키는 역할을 한다.

도3은 본 발명에 따라 고정 부재를 외부 마감하기 위한 구성을 도시한 도면이다.

철근 콘크리트 기둥(110)에 본 발명에 따른 밴드 패널 부재(120)를 나선형으로 에워싸서 감은 후에, 고정 부재(200)를 밴드 패널 부재 홀(121)을 관통하여 콘크리트 기둥(110)에 삽입 고정하고 나서는, 미관을 위해서 콘크리트 기둥을 마감 처리할 수 있다. 또한, 도2에 대한 설명에서 언급된 바와 같이, 고정 부재 내측에 그라우팅 재료를 주입하여 철근 콘크리트 기둥의 균열을 매우는데, 고정 부재가 기둥에 대해서 수평하게 삽입하여 고정되므로 그라우팅 재료가 역류하여 외부로 흘러 나올 수 있다. 이를 방지하기 위해서도 고정 부재의 머리부에는 마감 처리가 필요하게 된다.

이를 위해서는, 도3에 도시된 바와 같이, 고정 부재(200)의 머리부(210)를 볼트 형상으로 만들고, 내측에 너트가 형성된 캡(300)으로 나사 결합할 수 있다. 한편, 외부 마감재(310)를 기둥의 형상에 따라서 기둥의 외측에 에워싸서 형성할 수 있다. 이와 같이 하여, 건물의 콘크리트 기둥에 내진 보강을 한 후에도 건물의 기둥의 미관을 유지할 수 있게 된다.

110: 철근 콘크리트 기둥
120: 밴드 패널 부재
121, 122: 홀
200: 고정 부재
21O: 머리부
211: 십자형 홈
220: 몸체
221:볼트 홈
222: 홀
300: 캡
310: 마감재

Claims (6)

1. 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치에 있어서,
   철근 콘크리트 기둥의 외표면에 밀착하여 상기 기둥의 상단에서 하단까지 나선형으로 에워싸서 감는 밴드 패널 부재; 및
   상기 밴드 패널 부재를 철근 콘크리트 기둥에 고정시키기 위한 고정 부재를 포함하여 이루어지는, 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 밴드 패널 부재는 소정의 폭 및 길이를 갖는 다수의 부재로 이루어지며, 각각의 밴드 패널 부재는 길이 방향으로 수평에 대해서 일정 각도로 경사를 갖도록 형성되어 일렬로 결합되어 기둥을 에워싸서 감을 때 나선형을 이루게 되며, 각각의 밴드 패널 부재의 중앙에는 그 길이 방향을 따라서 복수의 홀이 형성되며, 그 길이 방향 양 끝단에는 상하 방향으로 복수의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치.
3. 제1 또는 2항에 있어서,
   상기 밴드 패널 부재의 길이 방향으로 중앙에 형성된 홀은 상기 고정 부재를 사용하여 상기 밴드 패널 부재를 기둥에 고정시키는데 사용되며, 상기 길이 방향 양 끝단에 상하 방향으로 형성된 복수의 홀은 인접하는 밴드 패널 부재를 서로 결합시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치.
4. 제1 또는 2항에 있어서,
   상기 고정 부재는 머리부와 몸체로 이루어지며, 상기 몸체는 콘크리트 기둥에 볼트 접합되도록 볼트 형태로 형성되며, 상기 머리부에는 드라이버를 사용할 수 있도록 십자형 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 고정 부재는 중공 튜브 형상을 갖어서, 상기 고정 부재의 내부가 공동이며 그 외측 표면에는 내부의 공동까지 연결되는 다수의 홀이 형성되어 상기 튜브 내측으로 유입된 유체가 상기 다수의 홀을 통해서 고정 부재 외부로 배출되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치.
6. 제1 또는 2항에 있어서,
   상기 고정 부재의 머리부는 볼트 형태로 형성되어, 내측에 너트 홈이 형성된 캡에 의해서 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치.
   

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