KR20210059173A

KR20210059173A - 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재

Info

Publication number: KR20210059173A
Application number: KR1020190146276A
Authority: KR
Inventors: 유영종; 안병권; 안상희; 송창근; 안준범
Original assignee: 주식회사정양에스지
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-05-25
Also published as: KR102295880B9; KR102295880B1

Abstract

본 발명은 건물하중을 지지하는 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물 바닥 전체를 기초로 하여 지지하는 구조인 매트기초 하단부에 시공하는 바닥 단열재에서 서로 이격되어 관통형성된 보강대삽입홈에, EPS 재질의 측면 몰드로 이루어지는 외부구조물 내측에 관통형성되는 구조물삽입공에 초고성능콘크리트(UHPC)을 타설하여 내부구조물이 형성되는 원통형의 보강대를 삽입하되, 상기 보강대가 상부보강대와 하부보강대 또는 상부보강대, 하부보강대 및 중앙보강대가 서로 결합하여 형성됨으로써, 단열성능과 강도를 향상시키며, 건물의 하중을 지지하여 부등침하를 저감할 수 있을 뿐만 아니라 탈형 및 몰드관리가 적어 공정이 단순화된 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재에 관한 것이다.

Description

모듈형 구조체가 포함된 기초단열재{Insulating materials for foundation of a house including the modular structure}

건물을 건설하는 현장에서는 건물의 단열성능을 극대화하여 시공의 편의를 위해 기초 콘크리트의 하단부에 단열재를 설치하는 것을 선호하고 있다. 그러나 현재 시판되는 대다수의 단열재는 건축물의 하중을 충분히 지지할 수 없어 이를 보완할 구조 성능을 갖춘 단열재를 필요로 하고 있다.

한편, 기초공사는 먼저 땅의 상태를 점검해 지내력(지반이 건축물의 적재하중에 견디는 힘)을 파악하고 이를 바탕으로 정확한 기초 구조 계산과 설계를 통해 최종적으로 기초 방식을 결정하며 진행한다.

줄기초와 매트기초는 주택을 지을 때 일반적으로 쓰이는 기초공사방법으로, 줄기초는 건물의 벽체나 기둥의 하중을 지지하는 연속한 기초로, 좁고 길게 연달아 도랑(줄, 띠)모양으로 땅을 파고 잡석을 다짐하여 그 위에 슬래프를 시공하는 것이고, 매트기초는 건물 바닥 전체를 기초로 하여 지지하는 구조로, 건축물 하중이 무겁고 지내력이 적은 경우에 적합하다.

건축물의 하중을 지지하기 위한 매트기초는 상부 구조물의 전부 또는 대부분을 접지 면적을 넓게 잡기 위하여 바닥 구조를 거꾸로 한 것 같이 넓은 판 모양으로 담당하게 한 기초로서, 지지하중이 무겁고 지내력이 적을 경우 등에 사용되어 주로 다세대주택과 5층 미만의 상가건축물에서 사용하고 있다.

건물의 테두리에 시공되는 줄기초는 건물의 하중이 지반으로 직접 연결되고 단열재에 하중이 전달되지 않아 안전한 것으로 알려져 있다.

그러나, 매트기초의 경우 기초의 하단부에 단열재가 설치됨으로써 단열재에 건물의 하중이 전달되나 이를 지지할 강도가 충분하지 않는 것이 문제가 되고, 이러한 현상으로 인해 건물의 부등침하가 발생하여 건물에 변형을 유발하고 균열이 발생하는 등의 하자가 유발되는 문제점이 있다.

이와 같은 매트기초는 도 1에 도시된 바와 같이 지반(1)에 설치되는 단열재(10)가 지면(2)으로부터 일정높이에 설치되는 구조재(20)의 하부에 설치되되, 지하동결선(4) 하부에 설치되고, 상기 구조재(20) 내측이 실내공간(3)으로 구성된다.

이와 같은 건축물 벽체에 의해 형성되는 실내공간(3)은 외부와의 단열을 위해 단열재(10)가 설치되나 구조재(20) 하부에 설치된 단열재(10)에 의해 실내공간과 외부와의 단열이 이루어지지만 이러한 단열재는 스티로폼 또는 우레탄이 사용되며 강도가 매우 약한 단점이 있다.

단열재(10)가 구조재(20)의 하부를 지탱하기에는 매우 약한 강도를 가지기 때문에 단열재(10) 사이사이에는 시멘트나 철근으로 성형한 복수의 지지체를 두어 약한 강도를 보강한다.

이때 지지체가 너무 많으면 단열이 약화된다. 지지체는 시멘트 또는 금속 재질로 이루어지기 때문에 지지체를 통해 온기를 뺏기기 때문이다. 반대로 지지체가 너무 적으면 단열재(10)의 강도가 약해져서 구조재(20)의 하중을 제대로 지지하지 못하게 된다.

나아가, 단열재(10)는 스티로폼 또는 우레탄과 같이 약한 구조를 갖는 재질이어서, 하부가 평평하여야 하므로, 작은 돌출도 단열재의 균열을 가져올 수 있어 매우 정교한 잡석 다짐 작업이 선행되어야 한다.

한편, 대한민국 공개특허 제10-2019-0108024호 수직형 압축 보강재 삽입형 하이브리드 단열판 및 이를 이용한 기초구조는 단열판의 손상 없이 상부의 하중을 하부로 전달하기 위한 것으로, 단열재 내부에 동일 레벨상에서 수직으로 다수개 배열되어 설치된 보강재의 상단 및 하단이 단열재의 상단 및 하단과 일치하여 상부에서 작용하는 하중은 보강재가 대응하도록 하였으나, 상기 보강재의 상부판과 하부판이 기둥보다 넓은 형태로 이루어져 단열재 사이에 삽입하여 제작하는 것이 사실상 불가능하다. 또한, 단열재 내부에 보강재가 일체적으로 형성되어 버림콘크리트(IC)가 균일하지 않아 보강재의 하부에 빈 공간이 형성될 경우에 보강재가 공중에 떠 있게 되어 보강재의 무게에 의하여 주변의 단열재(200)에 크랙이 발생할 수 있는 문제가 있다. 따라서, 보강재 하부의 버림콘크리트가 균일하지 못할 경우에 오히려 보강재로 인하여 단열재가 훼손되는 문제가 야기된다.

KR20-0399631 (등록번호) 2005.10.19. KR10-0787178 (등록번호) 2007.12.12. KR10-2019-0036445 (공개번호) 2019.04.04. KR10-2019-0108024 (공개번호) 2019.09.23.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로,

건물 바닥 전체를 기초로 하여 지지하는 구조인 매트기초 하단부에 시공하는 바닥 단열재에서 일정간격 이격되어 관통형성된 보강대삽입홈에, 측면 몰드로 이루어지는 외부구조물 내측에 형성되는 구조물삽입공에 초고성능콘크리트(UHPC)을 타설하여 내부구조물이 결합형성되는 원통형의 보강대를 삽입하되, 상기 보강대가 상부보강대와 하부보강대 또는 상부보강대, 하부보강대 및 중앙보강대가 서로 결합하여 형성됨으로써, 단열성능과 강도를 향상시키며, 건물의 하중을 지지하여 부등침하를 저감할 수 있을 뿐만 아니라 탈형 및 몰드관리가 적어 공정이 단순화된 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 매트기초의 경우 기초의 하단부에 단열재가 설치됨으로써 단열재에 건물의 하중이 전달되나 이를 지지할 강도가 충분하지 않아 지진, 흔들림 등에 취약하고 구조가 불안하여 균열 및 부등침하가 발생할 수 있는 단점을 보강하기 위해 단열층 내부에 초고성능콘크리트가 삽입된 보강대를 구비하여 강도를 향상시켜 건축물의 하중을 견딜 수 있도록 하여 건물의 변형과 균열에 강한 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 단열재를 지지하는 보강대가 단열재 상부로 돌출되어 보강대 위로 타설되는 콘크리트와 강한 결합력을 가지면서도 보강대의 중간층이 얇고 상하로 서로 분리되어 열교 전달을 최소화할 수 있는 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 측면 몰드 없이 외부보강대가 스스로 몰드가 되어 상부와 하부몰드만으로 보강대 제작이 가능하고, 상기 보강대를 단열층의 보강대삽입홈에 삽입하는 것으로 제조가 간단한 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 하부의 버림콘크리트층이 균일하지 않아 보강대 하부에 빈 공간이 생기더라도 보강대가 아래로 하강하여 보강대의 무게로 인하여 주변의 단열재에 크랙이 발생하지 않는 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 건물 바닥 전체를 기초로 하여 지지하는 구조인 매트기초 하단부에 시공하는 기초 단열재에 있어서, 다수개의 보강대삽입공(101)이 서로 이격되어 형성되는 기초단열재로 이루어지는 단열층(100)과; 상기 단열층(100)의 보강대삽입공(101)에 삽입되고, 내부에 초고성능콘크리트(UHPC)를 포함하는 보강대(200);를 포함하되; 상기 보강대(200)는 내측에 측단면이 T자형태의 구조물삽입공(211)이 형성되며 구조물삽입공(211)으로 타설되는 내부구조물(220)의 측면 몰드를 형성하는 외부구조물(210)과, 상기 구조물삽입공(211)으로 UHPC 모르타르가 타설되어 형성된 내부구조물(220)이 결합된 구조체가 상하로 분리되어 형성된다.

본 발명의 상기 보강대(200)는 하부에 구비되는 하부보강대(200a)와, 상기 하부보강대(200a) 상부에 구비되는 상부보강대(200b)를 포함하며, 상기 하부보강대(200a)은 제1외부구조물(210a)의 내부에 형성되는 제1내부구조물(220a)을, 상기 상부보강대(200b)은 제2외부구조물(210b)의 내부에 형성되는 제2내부구조물(220b)을 포함하며, 상기 제1외부구조물(210a)과 제2외부구조물(210b)는 상기 단열층(100)과 재질이 동일하다.

본 발명의 상기 보강대(200)는 하부에 구비되는 하부보강대(200a)와, 상부에 구비되는 상부보강대(200b)와, 상기 하부보강대(200a)와 상부보강대(200b) 사이에 배치되는 중앙보강대(200c)를 더 포함하며, 상기 중간보강대(200c)는 지지력을 제공하는 제3내부구조물(220c)와 상기 제3내부구조물(220c)의 외면을 감싸는 제3외부구조물(210c)로 이루어지되, 상기 제3내부구조물(220c)은 제1내부구조물(220a) 및 제2내부구조물(210b)과 재질이 상이하다.

본 발명의 상기 하부보강대(200a)의 제1내부구조물(220a)의 상부에는 제1돌기(221a)가 형성되고, 상기 상부보강대(200b)의 제2내부구조물(220b)의 하부에는 제1삽입홈(221b)이 형성되며, 상기 제1돌기(221a)의 외경과 제1삽입홈(221b)의 내경 사이에는 이격된 간격이 형성된다.

본 발명은 상기 단열층(100)과 보강대(200)의 하부에는 버림콘크리트층(300)이 더 구비되며, 상기 보강대(200) 하부의 버림콘크리트층(300)이 비평탄화될때에 상기 보강대(200)가 하강하여 상기 버림콘크리트층(300)과 접촉된다.

본 발명의 상기 중앙보강대(200c)는 제3외부구조물(210c)의 중심부를 관통하는 플라스틱 재질로 이루어지는 제3내부구조물(220c)이 형성되되, 상기 제3내부구조물(220c)은 상부에 제3돌기(221c)와 하부에 제2돌기(222c)가 형성되며, 상기 상부보강대(200b)의 제2내부구조물(220b)과 하부보강대(200a)의 제1내부구조물(220a)에는 상기 제3돌기(221c)와 제2돌기(222c)가 각각 삽입되는 제3삽입홈(222b) 및 제2삽입홈(222a)이 형성된다.

본 발명의 상기 제3내부구조물(220c)의 제2돌기(222c)와 제3돌기(221c)의 외경과 상기 제1내부구조물(220a) 및 제2내부구조물(220b)의 제2삽입홈(222a) 및 제3삽입홈(222b)의 내경 사이에 이격된 간격이 구비된다.

따라서, 본 발명의 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재는 건물 바닥 전체를 기초로 하여 지지하는 구조인 매트기초 하단부에 시공하는 바닥 단열재에서 일정간격 이격되어 관통형성된 보강대삽입홈에, 측면 몰드로 이루어지는 외부구조물 내측에 형성되는 구조물삽입공에 초고성능콘크리트(UHPC)을 타설하여 내부구조물이 형성되는 원통형의 보강대를 삽입하되, 상기 보강대가 상부보강대와 하부보강대 또는 상부보강대, 하부보강대 및 중앙보강대가 서로 결합하여 형성됨으로써, 단열성능과 강도를 향상시키며, 건물의 하중을 지지하여 부등침하를 저감할 수 있을 뿐만 아니라 탈형 및 몰드관리가 적어 재료가 절감되고 공정이 단순화되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재는 매트기초의 경우 기초의 하단부에 단열재가 설치됨으로써 단열재에 건물의 하중이 전달되나 이를 지지할 강도가 충분하지 않아 지진, 흔들림 등에 취약하고 구조가 불안하여 균열 및 부등침하가 발생할 수 있는 단점을 보강하기 위해 단열층 내부에 초고성능콘크리트가 삽입된 보강대를 구비하여 강도를 향상시켜 건축물의 하중을 견딜 수 있도록 하여 건물의 변형과 균열에 강한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재 단열재를 지지하는 보강대가 단열재 상부로 돌출되어 보강대 위로 타설되는 콘크리트와 강한 결합력을 가지면서도 보강대의 중간층이 얇고 상하로 서로 분리되어 열교 전달을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재는 측면 몰드 없이 외부보강대가 스스로 몰드가 되어 상부와 하부몰드만으로 보강대 제작이 가능하고, 상기 보강대를 단열층의 보강대삽입홈에 삽입하는 것으로 제조가 간단한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재는 하부의 버림콘크리트층이 균일하지 않아 보강대 하부에 빈 공간이 생기더라도 보강대가 아래로 하강하여 보강대의 무게로 인하여 주변의 단열재에 크랙이 발생하지 않는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 매트기초용 기초 단열재의 단면도이고,
도 2 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재의 평면도이고,
도 2 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재의 단면도와 부분확대도이고,
도 3 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재의 보강대의 외부구조물에 상부몰드와 하부몰드를 결합한 상태의 단면도이고,
도 3 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재의 보강대의 외부구조물에 상부몰드와 하부몰드를 분리하고 내부구조물이 형성된 상태의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재가 상부보강대와 하부보강대로 분리된 상태의 사시도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재의 상부보강대와 하부보강대가 결합된 상태의 측단면도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재의 상부보강대와 하부보강대가 단열층에 삽입된 상태의 측단면도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재의 상부보강대와 하부보강대와 중앙보강대가 분리된 상태의 사시도이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재의 상부보강대와 하부보강대와 중앙보강대가 결합되된 상태의 측단면도이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재의 상부보강대와 하부보강대와 중앙보강대가 단열층에 삽입된 상태의 측단면도이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재에서 상부보강대와 하부보강대가 단열층에서 결합하여 버림콘크리트층을 누른 상태의 측단면도이고,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재의 상부보강대와 하부보강대에서 기둥부와 지붕부를 연결하는 연결부가 형성된 상태의 측단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

본 발명의 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재는 도 2 내지 도 11에 도시된 바와 같이 건물 바닥을 기초로 하여 지지하는 구조인 매트기초 하부에 시공하는 기초 단열재에 있어서,

다수개의 보강대삽입공(101)이 서로 이격되어 형성되는 기초단열재로 이루어지는 단열층(100)과,

상하 동일 직경으로 형성된 단열층(100)의 보강대삽입공(101)에 삽입되고, 원형 또는 다각형으로 이루어지며, 내부에 초고성능콘크리트(UHPC)가 포함된 보강대(200)를 포함하되,

상기 보강대(200)는 내측에 측단면이 T자형태의 구조물삽입공(211)이 형성되며 구조물삽입공(211)으로 타설되는 내부구조물(220)의 측면 몰드를 형성하는 외부구조물(210)과, 상기 구조물삽입공(211)으로 UHPC 모르타르가 타설되어 형성된 내부구조물(220)이 결합된 구조체가 상하로 분리되어 형성된다.

본 발명의 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재는 매트기초 하부에 시공하는 바닥 단열재로 도 2에 도시된 바와 같이 단열층(100)과 보강대(200)의 결합으로 이루어져 매트기초의 단점을 보완하도록 구비된다.

상기 단열층(100)은 EPS 단열재로 원통형의 초고성능콘크리트(UHPC, ultra-high performance concrete)가 삽입되는 보강대(200)가 관통하는 형태로 구성되어 열교차단 효과를 가지는 EPS 단열재의 낮은 강도 단점을 보완하고, 높은 강도의 초고성능콘크리트가 열교차단이 어려운 단점을 보완한다.

상기 단열층(100)은 장방형의 블록 형상으로 형성된 EPS(EXPANDED POLYSTYRENE : 발포 폴리스티렌) 재질의 단열재이며, 대표적인 재질은 스티로폼, 발포폴리스티렌, 폴리우레탄폼 등이 있다. 이 외에도 다양한 단열가능한 재질이 사용될 수 있다.

상기 보강대(200)는 측면몰드로 이루어지는 외부구조물(210)과, 상기 외부구조물(210)의 내측에 측단면이 T자형태로 형성되는 구조물삽입공(211)에 삽입되어 양생된 초고성능콘크리트(UHPC)로 이루어지는 내부구조물(220)의 결합으로 이루어진다. UHPC로 이루어진 내부구조물(220)은 지붕부의 직경이 60mm로 이루어지고, 기둥부의 직경이 40mm로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 다만, 지붕부의 직경이 커서 상부의 구조재(20)에 스팟 충격을 주지 않고, 기둥부의 직경이 30mm 이하로 작아질 경우에 구조재(20)를 지지하는 지지력이 약해질 수 있으므로 이보다는 큰 것이 바람직하다. 지붕부의 직경이 70mm 이상일 경우에는 UHPC를 통한 열전달이 많아져 열교 효과가 낮아지는 문제가 있다.

상기 단열층(100) 상부에는 콘크리트가 타설되어 구조재(20)를 형성하며 상기 보강대(200)와 결합되도록 구비되며, 상기 보강대(200)는 단열층(100) 상부면으로부터 10~20mm 돌출형성되어 상부에 타설되는 콘크리트와 결합력을 높이도록 구비한다.

이와 같이 상기 보강대(200)를 단열층(100) 상부면으로부터 10~20mm 돌출형성하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 EPS 재질로 이루어지는 외부구조물(210)의 상부에 아크릴소재의 도넛형태로 이루어지는 상부몰드(230)를 배치하고, 하부에는 상부몰드(230)와 동일한 아크릴소재의 하부몰드(240)를 배치하며, 상기 외부구조물(210)의 구조물삽입공(211)으로 UHPC 모르타르를 타설한 후 상기 상부몰드(230)와 하부몰드(240)를 제거하여 보강대(200)를 형성하고 상기 단열층(100)의 보강대삽입홈(101)에 삽입하면 상기 내부구조물(220)의 상부가 외부구조물(210), 단열층(100)으로부터 상부로 돌출형성되도록 한다. 본 발명의 외부구조물(210)은 내부에 타설되는 UHPC의 측면 몰드 역할을 하며, 공장에서 제조되어 시공지점에서는 보강대를 단열층(100)에 삽입하면 단열츨과의 결합이 완료되므로 시공 시간이 대폭 감소된다. 또한, 외부구조물(210)은 주변을 둘러싼 단열층(100)과 동일한 재질로 이루어져 외부구조물과 단열층 사이에 이질감 없이 서로 결합되며, 상부에서 타설되는 콘크리트와의 결합력도 우수하다.

상기 내부구조물(220)을 형성하기 위한 상기 하부몰드(240)는 상기 보강대(200)가 하부보강대(200a)와 상부보강대(200b) 또는 하부보강대(200a), 상부보강대(200b) 및 하부보강대(200a)와 상부보강대(200b) 사이에 배치되는 중앙보강대(200c)로 형성될 경우 서로 결합을 위한 삽입홈 또는 돌기를 형성하기 위해 상기 내부구조물(220) 내측으로 삽입되는 돌출부(241)를 형성하거나 상기 내부구조물(220)의 외측으로 돌기를 형성하는 구조물로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보강대(200)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 하부에 구비되는 하부보강대(200a)와, 상기 하부보강대(200a) 상부에 구비되는 상부보강대(200b)로 구성되되, 상기 하부보강대(200a)는 제1외부구조물(210a)의 내부에 형성되는 제1내부구조물(220a)의 상부에 제1돌기(221a)가 형성되고, 상기 상부보강대(200b)는 제2외부구조물(210b)의 내부에 형성되는 제2내부구조물(220b)의 하부에 상기 제1돌기(221a)가 삽입되는 제1삽입홈(221b)이 형성되어 상기 하부보강대(200a)와 상부보강대(200b)가 서로 맞닿으며 상하로 결합구비되게 된다.

상기 내부구조물(220)의 상부가 상기 외부구조물(210) 및 단열층(100)으로부터 상부로 돌출형성된 상태는 도 6 (b) 또는 도 9 (b)에 도시된 바와 같은 형태로 볼 수 있다.

또한, 상기 외부구조물(210)은 EPS 단열재로 쉽게 절단이 가능해 도 6 (a) 또는 도 9 (a)에 도시된 형상에서 주변의 단열층(100)보다 돌출된 외부구조물(210)을 시공시에 절단하여 사용할 수 있다. 이러한 경우, 보강대(200) 상부에서 타설되는 콘크리트는 보강대 상부와 측면의 일부와 결합된다. 또한, 단열층(100) 하부의 버림콘트리트층(300)의 일부에 빈 공간이 발생하여 보강대(200)가 단열층을 타고 밑으로 하강할 경우에도 보강대(200)의 일부가 계속 돌출할 수 있고, 외부구조물(210)의 상부에 형성된 단턱(212)이 그대로 단열층(100) 상부에 노출될 수 있다. 이와 같이 단턱이 노출된 경우에는 그대로 콘크리트를 타설할수도 있다. 타설된 콘코리트는 보강대 상부와, 외부구조물(210)의 단턱(212) 부분에 타설되어 보강대와 단열층을 결합시킨다.

도 6 (a) 또는 도 9 (a)에 도시된 외부구조물(210)은 도 3에서 상부몰드(230) 없이 외부구조물(210) 자체가 내부구조물인 UHPC의 측면몰드가 되어 내부구조물과 외부구조물이 일체화가 되어 보강대(200)의 제조가 더욱 간편해진다.

상기 단열층(100)은 EPS 단열재로 이루어고, 상기 보강대(200)가 서로 이격되어 단열층(100)을 관통하며 암수가 결합되듯이 맞물려 결합된다.

그리고, 상기 보강대(200)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 하부에 구비되는 하부보강대(200a)와, 상기 하부보강대(200a) 상부에 구비되는 상부보강대(200b)로 구성되되, 상기 하부보강대(200a)는 제1돌기(221a)가 형성되고, 상기 상부보강대(200b)는 상기 제1돌기(221a)가 삽입되는 제1삽입홈(221b)이 형성되어 상기 하부보강대(200a)와 상부보강대(200b) 또한 서로 암수가 결합되듯이 맞물려 결합구비된다.

또한, 상기 보강대(200)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 하부에 구비되는 하부보강대(200a)와, 상부에 구비되는 상부보강대(200b)와, 상기 하부보강대(200a)와 상부보강대(200b) 사이에 배치되는 중앙보강대(200c)로 구성될 수 있다.

이때, 상기 중앙보강대(200c)는 제3외부구조물(210c)의 중심부를 관통하는 원통형의 BL 소재 제3내부구조물(220c)이 형성되되, 상기 제3내부구조물(220c)은 상부에 제3돌기(221c)와 하부에 제2돌기(222c)가 형성되며, 상기 상부보강대(200b)의 제2내부구조물(220b)과 하부보강대(200a)의 제1내부구조물(220a)에는 상기 제3돌기(221c)와 제2돌기(222c)가 각각 삽입되는 제3삽입홈(222b) 및 제2삽입홈(222a)이 형성된다. 따라서, 상기 제2돌기와 제3돌기의 외경과 제2삽입홈과 제3삽입홈 사이에는 이격된 간격이 존재한다.

상기 중앙보강대(200c)는 제3외부구조물(210c)의 내부에 BL 소재 중앙보강대를 미리 제조하여 삽입한다. BL(Bakelite)은 플라스틱 소재의 제품으로 열경화성 수지의 일종으로, UHPC 에 비하여 열교차단 기능 및 강도가 뛰어나다. 중앙보강대는 BL 소재 이외에 구조 강도와 단열성이 있는 폴리카보네이트, PMMA, PVC 등 다른 플라스틱 소재로도 대체가 가능하다.

본 실시예는 측면 몰드와 UHPC를 일체화하여 제조를 단순화하고, 열교차단 효과를 높이고 강도를 유지하기 위하여 하부보강대(200a)와 상부보강대(200b) 사이에 중앙보강대(200c)를 더 형성하였다. 이러한 중앙보강대는 상부와 하부에 분리된 상부 및 하부보강대가 위치하고, 이러한 각 보강대는 서로 분리된 상태로 맞닿으며 상하로 놓여지므로 열교차단 효과가 높아진다. 나아가, 중앙보강대의 재질과 상부와 하부보강대의 지지력을 제공하는 내부구조물의 재질을 다르게 하므로 열전달이 낮아지게 된다. 한편, 강한 지지력을 제공하나 단열성능이 단열층(100)보다 낮은 내부구조물(220)은 상부와 하부에 넓은 직경의 지붕부가 형성되어 지지력을 보다 강화시키고, 기둥부는 좁게 하여 열교차단의 효과를 높이면서, 내부구조물(220) 주변에 단열층(100)과 동일한 소재의 외부구조물(210)을 두어 단열성능을 향상시키면서, 서로 분리된 각 보강대의 균형을 향상시킨다. 따라서, 각 층별 외부 구조물의 상단과 하단은 평평하게 형성되도록 한다.

한편, 상기 제1내부구조물(220a) 및 제2내부구조물(220b)은 T자형태로 이루어져 세로부분의 기둥부(223)와, 가로부분의 지붕부(224)를 연결하는 연결부(225)가 더 구비될 수 있으며, 이에 도 11에 도시된 바와 같이 상기 하부보강대(200a)의 제1내부구조물(220a)의 제1지붕부(224a)와, 제1기둥부(223a)를 연결하는 제1연결부(225a)가 형성되고, 상기 상부보강대(200b)의 제2내부구조물(220b)의 제2지붕부(224b)와 제2기둥부(223b)를 연결하는 제2연결부(225b)가 형성될 수 있다.

이와 같은 상기 내부구조물(220)은 외부구조물(210)의 내측에서 하부와 상부에 각각 제1연결부(225a)와 제2연결부(225b)를 형성하여 중앙보강대(200c)와 연결되는 하부보강대(200a) 및 상부보강대(200b)의 지지력을 강화함으로써, 상부의 가압력이 강해질 때도 변형없이 버틸 수 있게 된다.

한편, 상기 단열층(100)과 보강대(200)의 하부는 버림콘크리트층(300)이 더 구비되며, 상기 버림콘크리트층(300)은 지표면을 평탄하게 하기 위해 설치하는 구조로, 상기 보강대(200)와 단열층(100)을 지지하게 된다.

상기 보강대(200)는 도 10에 도시된 바와 같이 상기 하부보강대(200a)와 상부보강대(200b)를 차례로 보강대삽입홈(101)에 삽입하면 하부보강대(200a)가 버림콘크리트층(300)과 직접 접촉하게 된다. 이때 버림콘크리트층(300)이 다른 이유로 평탄하지 못한 경우가 발생하면, 상기 하부보강대(200a)가 버림콘크리트(300)의 빈 공간으로 하강하고, 상부보강대(200b)가 자중에 의하여 하강하게 된다. 버림콘크리트층(300)의 빈 공간 높이가 높다면 상부보강대(200b)의 상단이 단열층(100) 위로 조금 돌출하고, 버림콘크리트층(300)의 빈 공간 높이가 낮다면 상부보강대(200b)의 상단이 단열층(100) 위로 크게 돌출하게 된다. 이러한 버림콘크리트층(300)의 비평탄화는 많이 발생하지 않으나, 발생될 경우에도 충분히 수용하면서 지지력을 유지할 수 있게 된다.

상기 단열층(100)는 일정 간격으로 상하로 수직되게 보강대삽입홈(101)이 형성되며, 상기 보강대삽입홈(101)에 보강대(200)가 삽입된다. 이때 상기 보강대(200)는 보강대삽입홈(101)에 빡빡하게 끼워져 측면 이동이 없게 배치한다.

한편, 상기 하부보강대(200a)와 상기 상부보강대(200b)가 결합되거나 상기 하부보강대(200a), 상부보강대(200b) 및 중앙보강대(200c)가 결합될 때는 서로 억지끼움 고정되지 않고 돌기와 삽입홈 사이에 여유공간을 형성하여 유격에 의해 진동을 흡수할수 있도록 구비된다.

상기 하부보강대(200a)의 제1내부구조물(220a)의 상부에 돌출형성된 제1돌기(221a)보다 상기 상부보강대(200b)의 제2내부구조물(220b)의 제1삽입홈(221b)의 직경이 더 크게 형성되고, 상기 제3내부구조물(220c)의 제2돌기(222c)와 제3돌기(221c) 보다 상기 제1내부구조물(220a) 및 제2내부구조물(220b)의 제2삽입홈(222a) 및 제3삽입홈(222b)의 직경이 더 크게 형성된다. 이는 제1돌기(221a)와 제1삽입홈(221b)도 동일하다.

이와 같이 돌기와 삽입홈 사이에 형성된 이격 공간은 수평 진동을 흡수할 수 있으며, 또한 열전달을 방해하여 열교차단 효과를 높일 수 있다.

본 발명에서 보강대(200)의 내부구조물(220)은 초고성능콘크리트, UHPC(Ultra-High Performance concrete)로 시멘트, 실리카 퓸, 잔골재, 충전재 및 고성능 감수제를 낮은 물-시멘트비로 혼합하여 만든 것으로 대체로 압축강도가 100~200MPa, 인장강도가 8~20MPa탄성계수가 40~50GPa의 범위에 이른다.

상기 보강대(200)는 단열층(100) 내부에 내장되어 단열층(100)의 골조 역할을 하는 것으로 단열층(100)의 지지력을 높여준다.

또한, 상기 내부구조물(220)은 외부구조물(210)보다 상부로 일정높이 돌출형성됨으로써, 상부 기초콘크리트 즉 구조재(20)와 결합력을 높일 수 있게 된다. 즉, 상기 내부구조물(220)은 상기 구조재(20)와 서로 면대면으로 결합되는 것이 아니라 암수형태로 결합되도록 하여 결합력을 높일 수 있게 된다.

본 발명은 초고성능콘크리트로 이루어지는 내부구조물(220)이, EPS 재질의 측면 몰드로 이루어지는 외부구조물(210)과 결합되고 일체화함으로써, 단열층(100)의 크랙이 발생되지 않도록 한다.

한편, 본 출원인은 100*100*130(가로*세로*높이)으로 바닥 단열재의 일부를 모델링하여 EPS 만으로 구성된 케이스를 기준으로 하여 UHPC 전체, UHPC와 중앙보강대의 조합(본 발명)에 따라 전열량이 얼마나 차이나는지를 비교하였으며, 이때, 전열량 분석을 위한 실내외 온도차는 20℃로 설정하였다.

하부에 표는 EPS 단열관류율 W/(m².K)열재와 개발품의 이동열량 및 등가 열관류율 비교한 것이다.

	EPS only	UHPC	UHPC + PVC (가운데 10T)	UHPC + PVC (가운데 110T)
모델링
결 과
열량 W	0.046	0.130	0.114	0.067
열관류율 W/(m².K)	0.230	0.651	0.569	0.336
전열량 증감량 (%)	기 준	282	248	146

UHPC + PVC 두께	열량 W	선형열교 W/K	열관류율 W/(m².K)	열전도율 W/(m.K)	전열량 증감량 % (EPS 기준: 0.046)
10	0.114	0.003	0.569	0.074	248
20	0.104	0.003	0.518	0.067	226 (↓22)
30	0.096	0.003	0.481	0.063	209 (↓17)
40	0.090	0.002	0.451	0.059	196 (↓13)
50	0.085	0.002	0.426	0.055	185 (↓11)
60	0.081	0.002	0.404	0.053	176 (↓9)
70	0.077	0.002	0.386	0.050	167 (↓9)
80	0.074	0.001	0.370	0.048	160 (↓7)
90	0.071	0.001	0.357	0.046	154 (↓6)
100	0.069	0.001	0.345	0.045	150 (↓4)
110	0.067	0.001	0.336	0.044	146 (↓4)

위 실험과 같이 UHPC만 있는 것보다는 중앙에 PVC가 있는 것이, PVC의 두게가 클수록 단열 효과가 높음을 알 수 있다.

아래는 EPS 단열재와 본 발명 바닥 단열재의 이동열량 및 등가 열관류율 비교한 표이다. 내부구조물을 사각형으로 하여 실험한 것으로, 기둥부 25.50*26.50mm이며, 지붕부 53.0*53.0mm이다.

구 분	EPS 단열재	전체 UHPC	UHPC + PVC 20	UHPC + PVC 30
열량 W	7.454	8.292	8.028	7.954
선형 열관류율 W/K	0.000	0.042	0.029	0.025
등가 열관류율 W/(m².K)	0.230	0.256	0.248	0.245
등가 열전도율 W/(m.K)	0.030	0.033	0.032	0.032

상기 실험과 같이 UHPC만으로 된 보강대보다 UHPC와 플라스틱 소재가 삽입된 형태가 열 차단율이 더 우수함을 알 수 있다.

또한, 아래는 UHPC 보강대에 삽입되는 플라스틱 자재의 형상에 따른 전열해석 비교한 것이다. UHPC: 1.0 W/m.K 이며, 중앙에 삽입되는 중앙보강대는 BL(베크라이트): 0.2 W/m.K 이다.

구 분	상하 삽입부위 無	상하 삽입부위 有

열량 W	0.096	0.093
선형 열관류율 W/K	0.002	0.002
등가 열관류율 W/(m².K)	0.479	0.465
등가 열전도율 W/(m.K)	0.062	0.060

아래는 UHPC(0.8 W/m·K), 베크라이트:BL(Φ 30, 0.2 W/m·K) 적용한 제품의 이동열량 및 등가 열관류율을 비교한 것이다.

구 분	EPS 단열재	전체 UHPC	UHPC + BL 높이 20	UHPC + BL 높이 30
열량 W	7.454	8.148	7.933	7.881
선형 열관류율 W/K	0.000	0.035	0.024	0.021
등가 열관류율 W/(m².K)	0.230	0.251	0.245	0.243
등가 열전도율 W/(m.K)	0.030	0.033	0.032	0.032

아래는 UHPC(0.8 W/m·K), PVC (Φ 40, 0.14W/m·K) 적용한 제품의 이동열량 및 등가 열관류율을 비교한 것이다.

구 분	EPS 단열재	전체 UHPC (Φ 30기준)	UHPC + PVC 높이 20	UHPC + PVC 높이 30
열량 W	7.454	8.148	8.149	8.053
선형 열관류율 W/K	0.000	0.035	0.035	0.030
등가 열관류율 W/(m².K)	0.230	0.251	0.252	0.249
등가 열전도율 W/(m.K)	0.030	0.033	0.033	0.032

아래는 UHPC의 열전도율(1.0, 0.8값 비교) 변화에 따른 전열량 및 등가 열관류율 비교한 것이다.

구 분	Φ30		BL: Φ30, 0.2W/m.K, 상하 삽입부위 포함된 형상
	UHPC ONLY		UHPC + BL 높이 20		UHPC + BL 높이 30
	1.0 W/m.K	0.8 W/m.K	1.0 W/m.K	0.8 W/m.K	1.0 W/m.K	0.8 W/m.K
열량 W	8.292	8.148	7.993	7.933	7.926	7.881
선형 열관류율 W/K	0.042	0.035	0.027	0.024	0.024	0.021
등가 열관류율 W/(m².K)	0.256	0.251	0.247	0.245	0.245	0.243
등가 열전도율 W/(m.K)	0.033	0.033	0.032	0.032	0.032	0.032

구 분	Φ30		PVC: Φ40, 0.14W/m.K, 상하 삽입부위 포함된 형상
	UHPC ONLY		UHPC + PVC 높이 20		UHPC + PVC 높이 30
	1.0 W/m.K	0.8 W/m.K	1.0 W/m.K	0.8 W/m.K	1.0 W/m.K	0.8 W/m.K
열량 W	7.454	8.148	8.224	8.149	8.106	8.053
선형 열관류율 W/K	0.000	0.035	0.038	0.035	0.033	0.030
등가 열관류율 W/(m².K)	0.230	0.251	0.254	0.252	0.250	0.249
등가 열전도율 W/(m.K)	0.030	0.033	0.033	0.033	0.033	0.032

따라서, 본 발명의 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재는 건물 바닥 전체를 기초로 하여 지지하는 구조인 매트기초 하단부에 시공하는 바닥 단열재에서 일정간격 이격되어 관통형성된 보강대삽입홈(101)에, EPS 재질로 이루어지는 외부구조물(210) 내측에 형성되는 구조물삽입공(211)에 초고성능콘크리트(UHPC)을 타설하여 내부구조물(220)이 형성되는 원통형의 보강대(200)를 삽입하되, 상기 보강대(200)가 상부보강대(200b)와 하부보강대(200a) 또는 상부보강대(200b), 하부보강대(200a) 및 중앙보강대(200c)가 서로 결합하여 형성됨으로써, 단열성능과 강도를 향상시키며, 건물의 하중을 지지하여 부등침하를 저감할 수 있을 뿐만 아니라 탈형 및 몰드관리가 적어 공정이 단순화되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재는 매트기초의 경우 기초의 하단부에 단열재가 설치됨으로써 단열재에 건물의 하중이 전달되나 이를 지지할 강도가 충분하지 않아 지진, 흔들림 등에 취약하고 구조가 불안하여 균열 및 부등침하가 발생할 수 있는 단점을 보강하기 위해 단열층(100) 내부에 초고성능콘크리트가 삽입된 보강대(200)를 구비하여 휨강도를 향상시켜 건축물의 하중을 견딜 수 있도록 하여 건물의 변형과 균열에 강한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재는 단열재를 지지하는 보강대가 단열재 상부로 돌출되어 보강대 위로 타설되는 콘크리트와 강한 결합력을 가지면서도 보강대의 중간층이 얇고 상하로 서로 분리되어 열교 전달을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

1 : 지반 2 : 지면
3 : 실내공간 4 : 지하동결선
10 : 단열재 20 : 구조재
100 : 단열층 101 : 보강대삽입공
200 : 보강대 200a : 하부보강대
200b: 상부보강대 200c : 중앙보강대
210 : 외부구조물 210a : 제1외부구조물
210b : 제2외부구조물 210c : 제3외부구조물
211 : 구조물삽입공 212 : 단턱
220 : 내부구조물 220a : 제1내부구조물
220b : 제2내부구조물 220c : 제3내부구조물
221a : 제1돌기 221b : 제1삽입홈
221c : 제3돌기
222a : 제2삽입홈 222b : 제3삽입홈
222c : 제2돌기
223a : 제1기둥부 223b : 제2기둥부
224a : 제1지붕부 224b : 제2지붕부
225a : 제1연결부 225b : 제2연결부
230 : 상부몰드 240 : 하부몰드
241 : 돌출부
300 : 버림콘크리트층

Claims

건물 바닥 전체를 기초로 하여 지지하는 구조인 매트기초 하단부에 시공하는 기초 단열재에 있어서,
다수개의 보강대삽입공(101)이 서로 이격되어 형성되는 기초단열재로 이루어지는 단열층(100)과;
상기 단열층(100)의 보강대삽입공(101)에 삽입되고, 내부에 초고성능콘크리트(UHPC)를 포함하는 보강대(200);를 포함하되;
상기 보강대(200)는 내측에 측단면이 T자형태의 구조물삽입공(211)이 형성되며 구조물삽입공(211)으로 타설되는 내부구조물(220)의 측면 몰드를 형성하는 외부구조물(210)과, 상기 구조물삽입공(211)으로 UHPC 모르타르가 타설되어 형성된 내부구조물(220)이 결합된 구조체가 상하로 분리되어 형성된 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재.
제1항에 있어서,
상기 보강대(200)는 하부에 구비되는 하부보강대(200a)와, 상기 하부보강대(200a) 상부에 구비되는 상부보강대(200b)를 포함하며,
상기 하부보강대(200a)은 제1외부구조물(210a)의 내부에 형성되는 제1내부구조물(220a)을, 상기 상부보강대(200b)은 제2외부구조물(210b)의 내부에 형성되는 제2내부구조물(220b)을 포함하며,
상기 제1외부구조물(210a)과 제2외부구조물(210b)는 상기 단열층(100)과 재질이 동일한 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재.
제2항에 있어서,
상기 보강대(200)는 하부에 구비되는 하부보강대(200a)와, 상부에 구비되는 상부보강대(200b)와, 상기 하부보강대(200a)와 상부보강대(200b) 사이에 배치되는 중앙보강대(200c)를 더 포함하며,
상기 중간보강대(200c)는 지지력을 제공하는 제3내부구조물(220c)와 상기 제3내부구조물(220c)의 외면을 감싸는 제3외부구조물(210c)로 이루어지되,
상기 제3내부구조물(220c)은 제1내부구조물(220a) 및 제2내부구조물(210b)과 재질이 상이한 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재.
제2항에 있어서,
상기 하부보강대(200a)의 제1내부구조물(220a)의 상부에는 제1돌기(221a)가 형성되고, 상기 상부보강대(200b)의 제2내부구조물(220b)의 하부에는 제1삽입홈(221b)이 형성되며,
상기 제1돌기(221a)의 외경과 제1삽입홈(221b)의 내경 사이에는 이격된 간격이 형성되는 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재.
제1항에 있어서,
상기 단열층(100)과 보강대(200)의 하부에는 버림콘크리트층(300)이 더 구비되며, 상기 보강대(200) 하부의 버림콘크리트층(300)이 비평탄화될때에 상기 보강대(200)가 하강하여 상기 버림콘크리트층(300)과 접촉되는 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재.
제3항에 있어서,
상기 중앙보강대(200c)는 제3외부구조물(210c)의 중심부를 관통하는 플라스틱 재질로 이루어지는 제3내부구조물(220c)이 형성되되,
상기 제3내부구조물(220c)은 상부에 제3돌기(221c)와 하부에 제2돌기(222c)가 형성되며, 상기 상부보강대(200b)의 제2내부구조물(220b)과 하부보강대(200a)의 제1내부구조물(220a)에는 상기 제3돌기(221c)와 제2돌기(222c)가 각각 삽입되는 제3삽입홈(222b) 및 제2삽입홈(222a)이 형성되는 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재.
제6항에 있어서,
상기 제3내부구조물(220c)의 제2돌기(222c)와 제3돌기(221c)의 외경과 상기 제1내부구조물(220a) 및 제2내부구조물(220b)의 제2삽입홈(222a) 및 제3삽입홈(222b)의 내경 사이에 이격된 간격이 구비되는 모듈형 구조체가 포함된 기초단열재.