KR20140110491A - 안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 hpc기둥의 제작방법 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기둥 단면으로 서로 이격되어 수직 배치된 다수개의 주철근; 주철근의 외측에서 다수개의 주철근을 횡방향으로 둘러감는 외대근; 주철근의 내측에서 주철근과 일정한 이격거리를 두고 배치되는 내대근; 및 "ㄷ"자 형상의 몸체부와 상기 몸체부의 양단에서 하부로 수직연장된 수직부로 구성되되, 기둥 단면상 각 변과 모서리에서 인접한 주철근을 감싸면서 외대근과 내대근 위로 거치하여 긴결되는 형태로써 내대근 및 외대근이 배근된 열마다 설치되는 안장형 띠철근;으로 구성되는 조립철근망을 제작하는 제1단계; 상기 조립철근망의 내측 및 외측에 내부거푸집 및 외부거푸집을 설치하는 제2단계; 상기 외부거푸집과 내부거푸집 사이에 PC부 콘크리트를 타설하여 HPC기둥을 완성하는 제3단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 조립철근망은 단면상 중공부가 있는 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 제작방법 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

Description

안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 제작방법 및 이의 시공방법{Half precast concrete column manufacturing method using saddle-type ties and dual hoops and constructing method using the same}

본 발명은 횡보강근이 기둥단면을 관통하지 않으면서도 주철근의 좌굴방지효과 및 내부콘크리트 횡구속효과를 발휘할 수 있도록 주철근, 안장형 띠철근 및 이중 대근으로 구성된 조립철근망을 제작한 후, 상기 조립철근망의 내ㆍ외측에 거푸집을 설치하여 그 사이에 콘크리트를 타설하고, 이로 인하여 완성된 중공부가 있는 PC기둥을 현장으로 반입하여 설치한 후 중공부에 심부 콘크리트를 타설하는 것을 특징으로 하는 부분 PC기둥(Half Precast concrete, 이하 HPC기둥)의 제작방법 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

PC 공법은 현장에서의 인건비 절감과 공기단축을 도모하기 위하여, 80년대부터 건설현장에서 활발히 적용되고 있다. PC 공법은 공장생산된 부재를 현장에서 조립 및 접합하여 구조물을 구축하는 공업화 구조의 일례로, 공사기간의 단축, 시공성의 증대, 현장작업의 감소에 따른 노동력 절감, 공장제작에 따른 품질의 향상 등 다양한 이점이 있는 공법이다. 하지만 PC기둥이 대형화 또는 장주화되면 과도한 양중무게로 인해 제작, 운반, 설치 등에 한계를 갖게 된다.

종래의 PC기둥이 가지는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 국내에서도 원심성형 또는 단면내 강관삽입을 통해 기둥 내부에 중공부를 형성하거나, 또는 한 층의 PC기둥을 몇 개의 분절로 나누어 양중무게를 감소시키려는 노력이 이루어지고 있다. 하지만 원심성형의 경우, 재료분리의 우려가 있고 제작비용이 높으며 다양한 형상 및 크기의 PC기둥 제작에 제약이 있어 응용성이 떨어지는 단점이 있다. 그리고 강관삽입의 경우는 중공율이 낮아 양중무게 감소효과가 크지 않으며, 기둥단면을 관통하는 띠철근의 배치에 어려움이 따른다. 아울러 분절 PC기둥의 경우에는 분절간 이음을 위한 추가공정 및 비용이 발생하는 한계가 있다.

종래 PC기둥의 연결접합은 대체로 상부기둥의 주철근 하단부에 기계식 이음장치(슬리브)를 매립하여 설치한 후 그 속에 하부기둥의 주철근 또는 앵커볼트를 끼워 무수축 몰탈채움을 하거나, 상부기둥의 주철근을 하부로 돌출시켜 하부기둥의 주철근 또는 앵커볼트와 기계식 이음(커플러)한 후 그 연결부분에 대하여 무수축 몰탈채움을 하여 접합시켜 왔다. 이러한 연결접합은 시공이 간단치 않으며, 자재비 및 노무비로 인하여 시공비용이 높다는 단점이 있다. 또한 종래 PC 공법의 보-기둥 접합부는 일체성 부족으로 인하여 강도와 강성 등의 구조성능이 다소 떨어지는 편이며 방음, 방수 등 사용성에서도 다소 부정적인 면이 있는 편이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 다음과 같다.

첫째, 본 발명은 조립철근망이 설치된 중공부가 있는 PC기둥을 공장에서 제작하고 현장에서는 중공부에 심부 콘크리트만 타설하는 HPC기둥의 제작방법 및 시공방법을 제공하고자 한다.

둘째, 본 발명은 현장에서의 철근 및 거푸집 작업이 생략되는 HPC기둥의 제작방법 및 시공방법을 제공하고자 한다.

셋째, 본 발명은 PC기둥 내부에 중공을 형성하여 양중무게를 줄임으로써 대형기둥 또는 장주의 경우에도 PC화하여 시공할 수 있는 HPC기둥의 제작방법 및 시공방법을 제공하고자 한다.

넷째, 본 발명은 현장타설을 통한 접합부 일체시공이 실시되는 HPC기둥의 제작방법 및 시공방법을 제공하고자 한다.

다섯째, 본 발명은 중공부를 활용한 다양한 주철근이음이 가능한 HPC기둥의 제작방법 및 시공방법을 제공하고자 한다.

여섯째, 본 발명은 품질 및 내구성이 우수하고 친환경적인 HPC기둥의 제작방법 및 시공방법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 기둥 단면으로 서로 이격되어 수직 배치된 다수개의 주철근; 주철근의 외측에서 다수개의 주철근을 횡방향으로 둘러감는 외대근; 주철근의 내측에서 주철근과 일정한 이격거리를 두고 배치되는 내대근; 및 "ㄷ"자 형상의 몸체부와 상기 몸체부의 양단에서 하부로 수직연장된 수직부로 구성되되, 기둥 단면상 각 변과 모서리에서 인접한 주철근을 감싸면서 외대근과 내대근 위로 거치하여 긴결되는 형태로써 내대근 및 외대근이 배근된 열마다 설치되는 안장형 띠철근;으로 구성되는 조립철근망을 제작하는 제1단계; 상기 조립철근망의 내측 및 외측에 내부거푸집 및 외부거푸집을 설치하는 제2단계; 상기 외부거푸집과 내부거푸집 사이에 PC부 콘크리트를 타설하여 HPC기둥을 완성하는 제3단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 조립철근망은 단면상 중공부가 있는 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 제작방법 및 이의 시공방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.

첫째, 본 발명은 공장에서 HPC기둥을 선제작하고 현장에서는 중공부에 심부 콘크리트만 타설하면 되므로 골조공사의 층당공기를 단축할 수 있다.

둘째, 본 발명은 현장에서의 철근 및 거푸집 작업이 생략되어 자재비, 노무비 등의 공사비 절감이 가능하고, 시공이 간소화되어 현장 작업환경이 양호해진다.

셋째, 본 발명은 중공부로 인하여 PC기둥의 중량이 크게 줄어들어 운반과 양중시 유리하며, 이에 따라 대형기둥 및 장주의 PC화에 적합하다.

넷째, 본 발명은 현장타설을 통한 접합부 일체시공으로 인하여 강도, 강성 등의 구조성능이 우수하고 방음, 방수 등 사용성도 높아지며, 접합부에서 구조부재간 연결에 소요되던 많은 비용과 노력을 줄일 수 있다.

다섯째, 본 발명은 주철근의 기계식이음 뿐만 아니라, 중공부를 활용한 겹침이음도 가능하므로, 요구성능 및 경제성에 따라 다양한 주철근이음이 가능하다.

여섯째, 본 발명은 재료 손실률을 최소화하고 산업폐기물을 절감하므로 친환경적이며, 외부에 노출되는 면을 공장제작하는 PC공법이므로 품질관리가 용이하여 내구성이 우수하다.

일곱째, 본 발명의 HPC기둥은 각형뿐만 아니라 원형단면에 대해서도 적용가능하며, 다양한 단면크기 및 주철근 배치도 가능하다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 HPC기둥의 제작방법에서 조립철근망의 제작과정에 대한 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 HPC기둥의 제작방법에서 조립철근망에 관한 실시예를 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3c은 본 발명에 따른 HPC기둥의 제작 및 시공방법에서 도 1의 조립철근망에 내ㆍ외부거푸집을 설치한 후 PC부 콘크리트를 타설하여 중공부가 있는 PC기둥을 완성하고, 중공부에 심부 콘크리트를 채워 HPC기둥을 완성하는 과정에 관한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 HPC기둥의 제작방법을 통하여 완성된 중공부가 있는 HPC기둥의 실시예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 HPC기둥의 주철근 겹침이음을 이용한 시공방법을 나타낸 것이다.

이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 기둥 단면으로 서로 이격되어 수직 배치된 다수개의 주철근(120); 주철근(120)의 외측에서 다수개의 주철근(120)을 횡방향으로 둘러감는 외대근(140); 주철근(120)의 내측에서 주철근(120)과 일정한 이격거리를 두고 배치되는 내대근(160); 및 "ㄷ"자 형상의 몸체부(180a)와 상기 몸체부(180a)의 양단에서 하부로 수직연장된 수직부(180b)로 구성되되, 기둥 단면상 각 변과 모서리에서 인접한 주철근(120)을 감싸면서 외대근(140)과 내대근(160) 위로 거치하여 긴결되는 형태로써 내대근(160) 및 외대근(140)이 배근된 열마다 설치되는 안장형 띠철근(180);으로 구성되는 조립철근망(100)을 제작하는 제1단계; 상기 조립철근망(100)의 내측 및 외측에 내부거푸집(500) 및 외부거푸집(400)을 설치하는 제2단계; 상기 외부거푸집(400)과 내부거푸집(500) 사이에 PC부 콘크리트(200)를 타설하여 HPC기둥을 완성하는 제3단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 조립철근망(100)은 단면상 중공부(300)가 있는 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 안장형 띠철근(180)과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 제작방법 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 HPC기둥의 제작방법에서 조립철근망(100)의 제작과정에 대한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 HPC기둥의 제작방법에서 조립철근망(100)에 관한 실시예를 나타낸 것이다. 조립철근망(100)은 현행 철근상세기준을 만족한다면 각형 및 원형 등 다양한 크기 및 형상으로 적용될 수 있다. 그리고 조립철근망(100)의 주철근(120)은 후에 타설될 콘크리트보다 돌출되어 구성되는 것이 바람직하다. 1절의 HPC기둥이 설치되고 그 위로 상부기둥을 시공할 경우 상하기둥의 주철근(120)간 이음을 원활하게 하기 위해서이다. 아울러 상하기둥간 주철근(120)의 겹침이음시에는 현행 설계기준에서 요구하는 겹침길이만큼 주철근(120)의 돌출길이가 더 길어지고 옵셋굽힘이 요구된다. 참고로 주철근(120)의 겹침이음은 기존 RC구조에서 흔히 사용되고 있는 방식으로써 종래의 PC기둥에서 사용되고 있는 슬리브 또는 커플러 등의 기계식이음방식과 비교하여 시공이 간편하고 경제적이다. 또한 경우에 따라서는 겹침부의 구조성능을 보강하기 위하여 상하기둥을 연결하는 연결철근을 추가로 배근할 수도 있다.

외대근(140)은 주철근(120)의 외측에서 주철근(120)을 둘러 감도록 설치되며, 내대근(160)은 주철근(120)의 내측에서 주철근(120)과 일정한 이격거리를 두고 배치되어 후술할 안장형 띠철근(180)의 수직부(180b)가 끼워져 이를 정착시키는 역할을 한다. 그리고 외대근(140) 및 내대근(160)은 기둥 단면상 중공부(300)가 형성되도록 설치되어야하며, 형상에 따라 내ㆍ외대근(140,160)은 각형 또는 원형이 될 수 있다.

안장형 띠철근(180)은 "ㄷ"자 형상의 몸체부(180a)와 상기 몸체부(180a)의 양단에서 하부로 수직연장된 수직부(180b)로 구성된다. 안장형 띠철근(180)은 기둥 단면상 각 변과 모서리에서 인접한 주철근(120)을 감싸면서 외대근(140)과 내대근(160) 위로 거치하여 긴결되는 형태이며, 내ㆍ외대근(140,160)이 배근 된 열마다 설치된다. 모서리부에서의 안장형 띠철근(180)은 각형단면 HPC기둥의 4면을 서로 완전연결해주는 보강철근으로서의 역할을 수행한다.

안장형 띠철근(180), 내ㆍ외대근(140,160)으로 구성된 횡보강근은 단면을 관통하지 않으면서도 주철근(120)의 좌굴을 억제하는 역할을 하며, 내부콘크리트에 횡구속력을 제공한다. 이에 따라 횡보강근은 가급적 굵은 직경의 고강도 이형철근을 사용하는 것이 바람직하며, 기둥 전 길이에 걸쳐 일정한 수직간격으로 설치한다. 아울러 안장형 띠철근(180)은 현행 설계기준을 만족하도록 2개 내지 3개의 주철근(120)을 감싸도록 구성하며, 안장형 띠철근(180)의 수직부(180b)가 정착하는 내대근(160)은 최대한 단면 안쪽으로 설치하는 것이 바람직하다.

도 3a 내지 도 3c은 도 1의 조립철근망(100)에 내ㆍ외부 거푸집을 설치한 후 PC부 콘크리트(200)를 타설하여 중공부(300)가 있는 HPC기둥을 완성하고, 현장에서 중공부(300)에 심부 콘크리트(220)를 채워 HPC기둥을 완성하는 과정에 관한 순서도이고, 도 4는 도 1의 HPC기둥의 제작방법을 통하여 완성된 중공부(300)가 있는 HPC기둥의 실시예를 나타낸 것이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 HPC기둥은 단면상에서 조립철근망(100) 내ㆍ외측으로 내ㆍ외부거푸집(400,500)을 설치한 후, 그 사이에 PC부 콘크리트(200)를 타설하여 완성한다. 내ㆍ외부거푸집(400,500)은 PC부 콘크리트(200) 타설시 측압에 견딜 수 있어야 하며, 박리에 용이하도록 하여야 한다. 기둥 단면의 형상에 따라 내ㆍ외부거푸집(400,500)은 각형 또는 원형이 될 수 있다. PC부 콘크리트(200)는 최대골재치수가 제어된 고유동의 무다짐 콘크리트를 사용하는 것이 바람직한데, 밀집된 철근사이에 콘크리트의 충진성을 높이고 제작성을 높이기 위함이다. 또한 경우에 따라서는 강섬유보강콘크리트와 같은 고성능콘크리트를 PC부에 사용할 수도 있다. 강섬유보강콘크리트의 경우 변형능력이 우수하므로 제작, 운반, 설치시 PC부의 손상을 최소화할 수 있고, 구조적으로는 PC부의 조기압괴를 방지하여 주철근(120)의 충분한 응력활용을 가능케 하기 때문이다. 아울러 PC부 콘크리트(200)는 내화나 내식성 등이 크게 요구되는 경우에는 특수한 콘크리트를 사용하는 것도 가능하며, 전기배선 등을 위해 개구부를 설치할 수 있고 양중고리 등의 부수자재를 매입할 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 HPC기둥의 주철근 겹침이음을 이용한 시공방법을 나타낸 것이다. 본 발명의 HPC기둥을 이용한 시공방법은, 중공부(300)가 있는 HPC기둥을 공장에서 미리 제작한 후 시공현장으로 반입하여 사전에 먹메김과 레벨조정을 한 위치에 PC기둥을 설치하고 수직도를 확보하는 제1단계; 상기에 의해 설치된 HPC기둥의 중공부(300)에 심부 콘크리트(220)를 타설하는 제2단계; 상기에 의해 심부가 채워진 기둥 상단에 보의 단부를 안착시켜 보를 설치하는 제3단계; 및 상기 기둥과 조립된 보와 보 사이로 슬래브 거푸집 또는 PC슬래브를 설치하고 보 및 슬래브 철근을 배근한 후 보-기둥 접합부를 포함하여 슬래브 콘크리트를 일체로 타설하는 제4단계의 과정으로 시공이 이루어진다. 아울러 주철근(120)의 기계식 이음 등을 이용하여 중공형 PC기둥의 하단부가 중공단면의 강도를 충분히 발휘할 수 있을 만큼 HPC기둥의 하단부가 견고히 고정된 경우에는, HPC기둥이 시공하중에 저항할 수 있으므로 중공부(300)에 심부 콘크리트(220)를 타설하기 이전에 보를 먼저 설치할 수 있으며, 이에 따라 수직ㆍ수평부재의 동시타설도 가능하다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.

따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

100: 조립철근망
120: 주철근
140: 외대근
160: 내대근
180: 안장형 띠철근
180a: 몸체부
180b: 수직부
200: PC부 콘크리트
220: 심부 콘크리트
300: 중공부
400: 외부거푸집
500: 내부거푸집

Claims (7)

1. 기둥 단면으로 서로 이격되어 수직 배치된 다수개의 주철근(120); 주철근(120)의 외측에서 다수개의 주철근(120)을 횡방향으로 둘러감는 외대근(140); 주철근(120)의 내측에서 주철근(120)과 일정한 이격거리를 두고 배치되는 내대근(160); 및 "ㄷ"자 형상의 몸체부(180a)와 상기 몸체부(180a)의 양단에서 하부로 수직연장된 수직부(180b)로 구성되되, 기둥 단면상 각 변과 모서리에서 인접한 주철근(120)을 감싸면서 외대근(140)과 내대근(160) 위로 거치하여 긴결되는 형태로써 내대근(160) 및 외대근(140)이 배근된 열마다 설치되는 안장형 띠철근(180);으로 구성되는 조립철근망(100)을 제작하는 제1단계;
   상기 조립철근망(100)의 내측 및 외측에 내부거푸집(500) 및 외부거푸집(400)을 설치하는 제2단계;
   상기 외부거푸집(400)과 내부거푸집(500) 사이에 PC부 콘크리트(200)를 타설하여 HPC기둥을 완성하는 제3단계;
   를 포함하여 이루어지되,
   상기 조립철근망(100)은 단면상 중공부(300)가 있는 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 제작방법.
2. 제1항에서,
   상기 PC부 콘크리트(200)의 단면 형상이 원형 또는 각형인 것을 특징으로 하는 안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 제작방법.
3. 제1항에서,
   상기 PC부 콘크리트(200)는 고유동콘크리트 또는 고성능콘크리트인 것을 특징으로 하는 안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 제작방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 HPC기둥을 이용한 시공방법에 있어서,
   중공부(300)가 있는 HPC기둥을 공장에서 미리 제작한 후 시공현장으로 반입하여 사전에 먹메김과 레벨조정을 한 위치에 HPC기둥을 설치하고 수직도를 확보하는 제1단계;
   상기 제1단계에 의해 설치된 HPC기둥의 중공부(300)에 심부 콘크리트(220)를 타설하는 제2단계;
   상기 제2단계에 의해 심부가 채워진 HPC기둥 상단에 보의 단부를 안착시켜 보를 설치하는 제3단계;
   상기 제3단계의 HPC기둥과 조립된 보와 보 사이로 슬래브 거푸집 또는 PC슬래브를 설치하고, 보 및 슬래브 철근을 배근한 후 보-기둥 결합부를 포함하여 슬래브 콘크리트를 일체로 타설하는 제4단계;
   로 이루어진 것을 특징으로 하는 안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 시공방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 HPC기둥을 이용한 시공방법에 있어서,
   중공부(300)가 있는 HPC기둥을 공장에서 제작한 후 시공현장으로 반입하여 사전에 먹메김과 레벨조정을 한 위치에 HPC기둥을 설치하고 수직도를 확보하는 제1단계;
   상기 제1단계에 의해 세워진 HPC기둥의 상단에 보의 단부를 안착시켜 보를 설치하는 제2단계;
   상기 제2단계의 HPC기둥과 조립된 보와 보 사이로 슬래브 거푸집 또는 PC슬래브를 설치하고, 보 및 슬래브 철근을 배근한 후 HPC기둥, 보, 보-기둥 접합부, 슬래브 등의 수직ㆍ수평부재의 콘크리트를 동시 타설하는 제3단계;
   로 이루어진 것을 특징으로 하는 안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 시공방법.
6. 제5항에서,
   상기 제4단계의 슬래브 콘크리트 타설 후에 상부로 HPC기둥을 설치하되,
   하부의 HPC기둥과 상부의 HPC기둥은 주철근(120) 겹침이음을 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 시공방법.
7. 제6항에서,
   상기 제3단계의 슬래브 콘크리트 타설 후에 상부로 HPC기둥을 설치하되,
   하부의 HPC기둥과 상부의 HPC기둥은 주철근(120) 겹침이음을 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 안장형 띠철근과 이중 대근을 이용한 HPC기둥의 시공방법.
   

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