WO2021157796A1 - 강콘크리트 코어 전단벽 시스템 - Google Patents

강콘크리트 코어 전단벽 시스템 Download PDF

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WO2021157796A1
WO2021157796A1 PCT/KR2020/010137 KR2020010137W WO2021157796A1 WO 2021157796 A1 WO2021157796 A1 WO 2021157796A1 KR 2020010137 W KR2020010137 W KR 2020010137W WO 2021157796 A1 WO2021157796 A1 WO 2021157796A1
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steel plate
wall
shear wall
plate column
core
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PCT/KR2020/010137
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English (en)
French (fr)
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박홍근
김현진
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서울대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention provides excellent biaxial bending performance and shear strength of the core wall, excellent workability and economic feasibility, by reinforcing the corner of the core shear wall with a first end steel plate column and reinforcing the central portion of the outer wall with a second end steel plate column It is for a steel concrete core shear wall system.
  • Such a skyscraper is constructed by adopting a structural system capable of effectively resisting these loads because the effects of lateral forces such as wind and earthquake loads as well as gravity loads are large.
  • Typical lateral force-resisting structural systems targeting large skyscrapers include mega frame structures, diagonal brace structures, and tube frames.
  • the megaframe structure is a structural system in which a three-dimensional truss module is constructed using structural members such as large-scale columns, beams, and braces, and this is repeatedly used.
  • the diagonal brace structure connects the inclined vertical member and the horizontal beam in a triangular shape, and is a structural system that efficiently resists the large shear force acting on the building through the axial behavior of the brace member.
  • the tube structure is a structural system that surrounds the outside of the building cross-section with columns and beams arranged at narrow intervals in order to effectively resist lateral forces.
  • the mega frame structure and the diagonal brace structure have advantages of relatively simple structural design and excellent material economy as it is possible to plan an efficient load transfer path for lateral loads. On the other hand, the design and construction between large members is remarkably difficult.
  • an outrigger system in which a core wall and an outrigger are used in combination is used in most skyscrapers.
  • the outrigger system is a structural system in which a large column outside a building is wrapped with a wall or a truss belt system, and this is connected to a core with a large horizontal steel member, an outrigger, to improve the lateral rigidity of the structure.
  • the design method and construction process are relatively similar or not significantly different from those of the low-rise building except for the floor where the outrigger is installed. There is this.
  • the core wall is a core wall for supporting gravity load and lateral force load, and a reinforced concrete core wall that is economical and has excellent structural performance and is safe for fire is used.
  • ACS Auto Climbing System
  • This ACS form not only increases the construction cost due to the high equipment rental cost, but also dismantles the ACS form at the outrigger junction and reassembles it. There is a hassle to do.
  • the outrigger which is another major element of the outrigger system, usually takes 2-3 months to install at one place, which puts a great burden on the construction period and cost.
  • the steel member crossing the core wall must be internally reinforced, which makes the thickness of the concrete wall unnecessarily thick.
  • Patent Registration No. 10-1948788 a core shear wall system with excellent wind- and seismic structural performance, constructability, safety, construction precision, and economic feasibility, was developed. .
  • the registered patent is a case in which a part of the core wall is reinforced with an L-type double steel plate composite wall, and due to the steel material concentrated on the outermost section of the core wall, the bending performance of the entire building can be greatly improved, and the wall thickness can be significantly reduced. .
  • this L-type double steel plate composite wall has a limit in the shear strength of the wall.
  • the steel material is concentrated only on the cross-sectional corner of the core wall, it is effective for bending in one direction, but for biaxial bending, the corner reinforcement placed near the rotation axis does not significantly contribute to the bending performance, so there is a limit to performance improvement (Fig. 1) ).
  • the present invention is applicable to the RC core wall of an outrigger system, and it is excellent in biaxial bending performance and core wall shear strength. do.
  • the present invention is a reinforced concrete outer wall portion forming the outside of the core shear wall; a first end steel plate column provided on the inside and outside of the corner of the outer wall, respectively; and a second end steel plate column provided to surround an end of the outer wall portion at the opening side; It provides a steel concrete core shear wall system, characterized in that consisting of.
  • the present invention according to another preferred embodiment is characterized in that a horizontal steel beam connecting the first end steel plate column and the second end steel plate column is provided on the side of the outer wall between the first end steel plate column and the second end steel plate column Steel concrete core shear wall systems are provided.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a steel concrete core shear wall system, characterized in that both ends of the opening of the core shear wall are provided with connecting beams respectively joined to the second end steel plate posts on both sides of the opening.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a steel concrete core shear wall system, characterized in that the connecting beam is composed of a steel plate beam with an open upper portion and concrete poured into the steel plate beam.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a steel concrete core shear wall system, characterized in that a through hole communicating with the inside of the steel plate beam is formed at the end of the opening side of the second end steel plate column.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a steel concrete core shear wall system, characterized in that the end steel plate columns inside and outside the outer wall part are interconnected by a horizontal tie.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a steel concrete core shear wall system, characterized in that the horizontal steel beams inside and outside the outer wall part are interconnected by horizontal ties.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a steel concrete core shear wall system, characterized in that a horizontal member is coupled to the first end steel plate column provided on the outside of the outer wall portion.
  • the amount of vertical reinforcement required for the shear wall of the existing RC core can be greatly reduced, and the steel cost can be increased simply by changing the thickness of the steel plate of the end plate column, making structural design easy.
  • first end steel plate column and the second end steel plate column and the horizontal steel beam connecting them can reduce the shear reinforcement in the concrete wall by contributing to the wall shear strength, and when using high-strength concrete or fiber-reinforced concrete, crack reinforcement Structural reinforcing bars, except for , may be omitted.
  • the horizontal steel beam when the horizontal steel beam is disposed at the slab position of each layer, the horizontal steel beam serves as an exposed joint for connecting the floor beam between the core wall and the external column, thereby improving construction precision.
  • FIG. 1 is a plan view showing an L-type double steel plate composite wall in which biaxial bending acts
  • Figure 2 is a perspective view showing the present invention steel concrete core shear wall system.
  • Figure 3 is an elevation view showing the elevation of Figure 2;
  • Fig. 4 is a plan view taken along line A-A' of Fig. 3;
  • FIG. 5 is an enlarged view showing a portion 'B' of FIG.
  • Figure 6 is an enlarged view showing a portion 'C' of Figure 4.
  • FIG. 7 is a plan view showing a junction between an outer wall portion and a second end steel plate column when the inner wall portion is provided.
  • FIG. 8 is a plan view showing the present invention steel concrete core shear wall system when biaxial bending is applied.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state in which an end steel plate column and a horizontal steel beam are coupled.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a state in which the outer wall portion is formed by pouring concrete into the end steel plate column and the horizontal steel beam.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a coupling relationship between a connecting beam and a second end steel plate column
  • the steel concrete core shear wall system of the present invention includes: a reinforced concrete outer wall portion forming the outside of the core shear wall; a first end steel plate column provided on the inside and outside of the corner of the outer wall, respectively; and a second end steel plate column provided to surround an end of the outer wall portion at the opening side; It is characterized in that it is composed of
  • FIG. 2 is a perspective view showing the present invention steel concrete core shear wall system
  • Figure 3 is an elevation view showing the elevation of Figure 2.
  • FIG. 4 is a plan view taken along line A-A' of FIG. 3, and FIGS. 5 and 6 are enlarged views showing parts 'B' and 'C' of FIG. 4, respectively.
  • FIG. 7 is a plan view showing the junction between the outer wall part and the second end steel plate column when the inner wall part is provided
  • FIG. 8 is a plan view showing the present invention steel concrete core shear wall system when biaxial bending acts.
  • the present invention steel concrete core shear wall system is a reinforced concrete outer wall portion (1) forming the outside of the core shear wall; a first end steel plate column (2) provided on the inside and outside of the corner portion of the outer wall portion (1), respectively; and a second end steel plate column (3) provided to surround the end of the outer wall (1) on the side of the opening (11); It is characterized in that it is composed of
  • An object of the present invention is to provide a steel concrete core shear wall system that is convenient and economical to construct while having excellent biaxial bending performance and core wall shear strength.
  • the first end steel plate column 2 is coupled to the inside and outside of the corner part of the outer wall part 1 forming the outside of the core shear wall, and the first end steel plate column 2 is coupled to the opening 11 side end.
  • the two-end steel plate column (3) is coupled.
  • the first end steel plate column 2 may be formed in a pair of L-shaped cross-sections so as to surround the corners of the L-shaped outer wall portion 1 (FIG. 5).
  • the second end steel plate column 3 may be formed in a C-shaped cross section so as to surround the end of the opening 11 side (FIG. 6).
  • the inner wall portion 10 orthogonal to the outer wall portion 1 is joined to the end of the outer wall portion 1 on the side of the opening 11, in particular, the inner wall portion 10 is designed as a load-bearing wall.
  • the second end steel plate column 3 may be formed to have a pair of L-shaped cross-sections so as to surround the inner wall portion 10 and the outer wall portion 1 together.
  • the formation of the joint was minimized by using the end steel plate columns 2 and 3 synthesized with the concrete outer wall part 1, but by preventing the outer wall part 1 from being divided by the steel plate.
  • the discontinuous interface between the steel-concrete heterogeneous materials constituting the core shear wall a mutually integrated composite behavior is possible.
  • a sufficient number of shear connectors SC may be coupled to the inner surfaces of the end steel plate columns 2 and 3 .
  • the end steel plate columns 2 and 3 can increase the steel material cost only with the steel sheet thickness without changing the wall thickness or the building plan. Structural design is easy.
  • the wall thickness can be reduced due to the improvement of structural performance, and the building area can be increased in proportion to the reduced wall thickness.
  • high-rise buildings are designed to have different wall thicknesses depending on the height
  • the present invention can be designed to have a constant wall thickness by adjusting the steel plate thickness of the end steel plate columns 2 and 3 . Therefore, the structural design is simple, and it is easy in terms of building plans such as facilities, electricity, and firefighting.
  • the ACS foam can be firmly supported on the end steel plate columns 2 and 3, the possibility of a safety accident due to the fall of the temporary material can be blocked.
  • the end steel plate columns 2 and 3 on the inner and outer sides of the outer wall portion 1 may be interconnected by horizontal ties 6 .
  • the opposite ends are provided on the inside and outside of the outer wall part 1 to maintain the spacing between the end steel plate columns 2 and 3 for reinforcing the outer wall part 1, secure structural stability, and effectively constrain the concrete inside.
  • the steel plate columns 2 and 3 may be interconnected with a horizontal tie 6 .
  • the inner and outer first end steel plate columns (2) spaced apart from each other can be interconnected by a horizontal tie (6).
  • the second end steel plate columns 3 disposed on the inside and the outside may also be interconnected by a horizontal tie 6 .
  • the horizontal tie 6 may serve as a shear connector for integrating the first end steel plate column 2 and the second end steel plate column 3 with the outer wall portion 1 concrete.
  • the horizontal tie 6 can use a steel bar, a lightweight section steel, a flat bar, etc., and can be fixed to the inner surface of the first end steel plate column 2 or the second end steel plate column 3 by welding or bolting. .
  • the horizontal steel beams 4 on the inside and outside of the outer wall part 1 may be interconnected by horizontal ties 6 .
  • the horizontal steel beams 4 connecting the end steel plate posts 2 and 3 of both ends of the outer wall 1 are also provided inside and outside the outer wall 1 .
  • the horizontal steel beams 4 located inside and outside the outer wall part 1 are used. It can be connected with a horizontal tie (6).
  • the internal concrete is constrained by the horizontal tie (6), and the distance between the inner and outer horizontal steel beams (4) can be maintained.
  • a horizontal member 7 may be coupled to the first end steel plate column 2 provided on the outside of the outer wall portion 1 .
  • the existing RC core shear wall has problems in that the anchor member must be embedded in the joint in advance to connect the outrigger, reinforcement of the joint is required, and it is difficult to control the construction error.
  • the horizontal member 7 such as an outrigger or a floor beam by utilizing the first end steel plate column 2 disposed at the corner of the outer wall portion 1 .
  • the steel surface of the first end steel plate column 2 is easy to construct and stable bonding is possible.
  • the horizontal member 7 can be joined without being affected by the construction error of the outer wall portion 1 .
  • An external pillar (8) is installed so as to be connected to the core shear wall by a horizontal member (7) which is an outrigger.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a state in which an end steel plate column and a horizontal steel beam are combined
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a state in which an outer wall portion is formed by pouring concrete inside the end steel plate column and the horizontal steel beam.
  • first end steel plate column 2 and the second end steel plate column 3 at both ends of the outer wall portion 1 may be connected by a horizontal steel beam 4 .
  • the horizontal steel beam 4 may be connected to the end steel plate columns 2 and 3 on both sides by welding or bolting.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a coupling relationship between a connecting beam and a second end steel plate column.
  • the opening 11 of the front end wall of the core may be provided with a connecting beam 5 having both ends joined to the second end steel plate posts 3 on both sides of the opening 11, respectively.
  • the core is mainly arranged in an elevator room or a staircase room, there are a large number of openings in the core wall.
  • a coulpling beam or horizontal wall with high rigidity must be constructed at the top and bottom of the opening to connect the walls on both sides of the opening closely and firmly.
  • the present invention utilizes the second end steel plate column 3 installed on both sides of the opening 11 to directly connect the connecting beam 5 to the second end steel plate column 3 .
  • the connecting beam 5 can be fixed by welding or the like to the second end steel plate column 3 located at the side end of the outer wall 1 on the side of the opening 11 .
  • the connecting beam 5 may be provided at each floor slab location.
  • the connecting beam 5 may be pre-assembled integrally with the second end steel plate columns 3 on both sides and collectively installed in the field.
  • the connecting beam 5 may be composed of a steel plate beam 51 having an open upper portion and a concrete 52 poured into the steel plate beam 51 .
  • the connecting beam 5 may be formed of a steel frame member such as an H-beam, but may also be composed of a steel concrete composite beam to reduce the amount of steel and facilitate joint construction.
  • the steel plate beam 51 has an open U-shaped cross section.
  • the steel plate beam 51 not only plays a structural role by itself, but also serves as a permanent formwork for the concrete 52 poured therein, so construction is convenient.
  • a through hole 31 communicating with the inside of the steel plate beam 51 may be formed at the end of the second end steel plate column 3 on the side of the opening 11 .
  • the outer wall portion 1 and the connecting beam 5 are integrally constructed, and a through hole 31 may be formed in the second end steel plate column 3 in order to secure the structural integrity of these members.
  • the end of the connecting beam 5 is fixed to the outer wall part 1, and the horizontal reinforcement (not shown) reinforced inside the connecting beam 5 so that the end is continuous is passed through the outer wall part 1 through the through hole 31. ) and can be extended to the side.
  • the steel concrete core shear wall system of the present invention reinforces the corner and outer wall central portions of the RC core shear wall of the outrigger system with end steel plate columns, so that the biaxial bending performance and shear strength of the core wall are excellent, while constructability and economic feasibility.

Abstract

본 발명은 코어 전단벽의 코너부를 제1단부강판기둥에 의해 보강하고 외벽부 중앙 부분을 제2단부강판기둥에 의해 보강함으로써, 이축 방향 휨 성능 및 코어벽의 전단강도가 우수하면서 시공성과 경제성이 뛰어난 강콘크리트 코어 전단벽 시스템에 대한 것이다. 본 발명 강콘크리트 코어 전단벽 시스템은 코어 전단벽의 외부를 형성하는 철근콘크리트 외벽부; 상기 외벽부의 코너부 내외측에 각각 구비되는 제1단부강판기둥; 및 상기 외벽부의 개구부 측 단부를 감싸도록 구비되는 제2단부강판기둥; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

강콘크리트 코어 전단벽 시스템
본 발명은 코어 전단벽의 코너부를 제1단부강판기둥에 의해 보강하고 외벽부 중앙 부분을 제2단부강판기둥에 의해 보강함으로써, 이축 방향 휨 성능 및 코어벽의 전단강도가 우수하면서 시공성과 경제성이 뛰어난 강콘크리트 코어 전단벽 시스템에 대한 것이다.
최근 20년간 아시아를 중심으로 초고층 건물의 수요가 크게 증가하고 있으며, 높이 300m 이상의 초고층 건물의 수가 매 5년간 100% 이상 증가하고 있다.
이러한 초고층 건물은 중력 하중과 더불어 풍하중이나 지진 하중 등의 횡력에 의한 영향이 크기 때문에, 이들 하중에 효율적으로 저항할 수 있는 구조 시스템을 채택하여 시공된다.
대형 초고층 건물을 대상으로 하는 대표적인 횡력 저항 구조 시스템으로는 메가프레임(Mega Frame) 구조, 대각 가새(Diagrid Frame) 구조, 튜브(Tube Frame) 구조 등이 있다.
상기 메가프레임 구조는 대형 규모의 기둥과 보 그리고 가새 등의 구조 부재를 사용하여 3차원 트러스 모듈을 구성하고, 이를 반복적으로 사용하는 구조 시스템이다.
그리고 대각 가새 구조는 경사진 수직부재 및 수평보를 삼각형 형태로 연결하는 것으로, 건물에 작용하는 큰 전단력을 가새부재의 축 방향 거동으로 효율적으로 저항하는 구조 시스템이다.
또한, 튜브 구조는 횡력에 효과적으로 저항하기 위하여 건물 단면의 외부를 간격이 좁게 배열된 기둥과 보로 둘러싼 구조 시스템이다.
상기 메가프레임 구조와 대각 가새 구조는 횡하중에 대한 효율적인 하중전달 경로의 계획이 가능함에 따라 비교적 구조설계가 단순하고 재료의 경제성이 우수한 장점이 있다. 반면, 대형 부재 간 설계 및 시공이 현저히 곤란하다.
상기 튜브 구조는 구조재료의 효율적인 사용은 가능하지만 기둥이 촘촘하게 배치되므로 사용자의 시야를 가려 개방성이 좋지 않다. 아울러 외부 충격에 노출될 경우 구조물의 안정성이 크게 떨어진다.
상기와 같은 횡력 저항 시스템들은 코어를 제외한 주요 구조 부재를 주로 강재로 설계함에 따라 강재량이 증가하여 공사비 상승이 불가피하다. 그러나 초고층 건물의 시공에는 막대한 공사비와 공기가 소요되므로, 구조적 효율성 뿐 아니라 전체적인 공사의 시공성 및 경제성이 함께 고려되어야 한다.
이에 최근에는 코어벽의 구조 성능 향상을 위해 대부분의 초고층 건물에서 코어벽과 아웃리거가 병용되는 아웃리거(outrigger) 시스템이 사용되고 있다.
상기 아웃리거 시스템은 건물 외부의 대형 기둥을 벽체 또는 트러스 벨트 시스템으로 감싸고, 이를 대형의 수평강재부재인 아웃리거로 코어와 연결하여 구조물의 횡강성을 증진시킨 구조 시스템이다.
상기 아웃리거 시스템은 주된 수직부재인 벽체와 외부기둥을 기존 철근콘크리트벽체와 강재 기둥으로 설계하므로, 아웃리거가 설치된 층을 제외하고는 설계방법 및 시공과정이 저층인 건물과 상대적으로 유사하거나 크게 다르지 않은 장점이 있다.
또한, 높은 강성의 콘크리트 코어로 인하여 횡하중에 의한 비틀림 및 휨에 효과적으로 저항할 뿐 아니라 우수한 변위 및 진동 제어는 물론 내화 특성으로 인하여 사용성 설계가 간편하다. 아울러 강재 대비 저렴한 콘크리트를 주재료로 사용함에 따라 가격 대비 성능이 우수한 구조설계가 가능한 장점이 있다.
이러한 아웃리거 시스템에서 코어벽은 중력 하중 및 횡력 하중 지지를 위한 핵심적인 벽체로서 경제적이면서도 구조성능이 우수하고, 화재에 안전한 철근콘크리트 코어벽이 사용된다.
상기 RC 코어벽은 고하중을 지지하기 위해 많은 철근이 배근되어야 하고, 대구경 철근이 사용되는 경우가 많다. 그런데 이러한 대구경 철근은 시공성이 크게 떨어질 뿐 아니라 철근의 직경 및 간격의 제한으로 인해 최적의 구조설계가 어렵다.
또한, 초고층 건물은 코어벽의 두께 및 중량이 상당하므로 이를 지지하기 위한 기초구조의 부담이 크고, 중량이 커 지진 하중에 불리한 거동을 나타낸다.
아울러 코어벽의 연속 시공을 위해 대형 시스템 거푸집인 ACS(Auto Climbing System) 폼이 주로 사용되는데, 이러한 ACS 폼은 장비 임대 비용이 고가여서 공사비가 증가할 뿐 아니라 아웃리거 접합부에서 ACS 폼을 해체 후 재조립해야 하는 번거로움이 있다.
뿐만 아니라 상기 아웃리거 시스템의 또 다른 주요 요소인 아웃리거는 1개소 설치에 통상 2~3개월의 공사기간이 소요되어, 공기 및 공사비용에 큰 부담이 된다. 그리고 아웃리거를 RC 코어벽에 정착하기 위해 코어벽을 가로지르는 강재 부재가 내부 보강되어야 하며, 이로 인하여 콘크리트 벽체 두께가 불필요하게 두꺼워져야 한다.
게다가 다량의 콘크리트 시공이 요구되는 초고층 건물은 콘크리트 벽체의 시공오차를 제어하기 어렵기 때문에, RC 벽체와 수평방향의 강재보를 연결하는 작업이 어렵다. 그리고 코어벽 외부에 강재 기둥을 사용하는 경우, 높은 압축응력을 받는 콘크리트의 장기 수축으로 인해 코어벽과 외부기둥 간 부등축소가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 부등축소 발생시 추가적인 응력이 발생되고, 접합부 시공시 시공 오차가 유발되므로 부등축소를 보정하기 위한 모니터링이 필요하다.
상기와 같은 기존의 아웃리거 시스템에 사용되는 RC 코어벽의 문제점을 해결하고자 건물의 내풍-내진 구조 성능, 시공성, 안전성, 시공정밀성, 경제성 등이 우수한 코어 전단벽 시스템인 등록특허 제10-1948788호가 개발되었다.
상기 등록특허는 코어벽 일부를 L형 이중강판합성벽으로 보강한 것으로, 코어벽의 단면 최외곽에 집중된 강재로 인하여 건물 전체의 휨 성능을 크게 향상시킬 수 있으며, 벽체 두께를 상당량 감소시킬 수 있다.
그러나 이러한 L형 이중강판합성벽은 벽체의 전단강도에 한계가 있다. 또한, 코어벽의 단면 코너부에만 강재를 집중 배치하면, 단일 방향 휨에는 효과적이지만 이축 방향 휨에 대해서는 회전축 근처에 배치된 코너 보강부가 휨 성능에 크게 기여하지 못하여 성능 개선에 한계가 있다(도 1).
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 아웃리거 시스템의 RC 코어벽 등에 적용 가능한 것으로, 이축 방향 휨 성능 및 코어벽 전단강도가 우수하면서도 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 코어 전단벽의 외부를 형성하는 철근콘크리트 외벽부; 상기 외벽부의 코너부 내외측에 각각 구비되는 제1단부강판기둥; 및 상기 외벽부의 개구부 측 단부를 감싸도록 구비되는 제2단부강판기둥; 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제1단부강판기둥과 제2단부강판기둥 사이의 외벽부 측면에는 제1단부강판기둥과 제2단부강판기둥을 연결하는 수평 강재보가 구비되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 코어 전단벽의 개구부에는 양단부가 각각 개구부 양측의 제2단부강판기둥에 접합되는 연결보가 구비되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 연결보는 상부가 개방된 강판보 및 상기 강판보의 내부에 타설되는 콘크리트로 구성되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제2단부강판기둥의 개구부 측 단부에는 상기 강판보의 내부와 연통되는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 외벽부 내외측의 단부강판기둥은 수평타이에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 외벽부 내외측의 수평 강재보는 수평타이에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 외벽부의 외부에 구비되는 제1단부강판기둥에는 수평부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 아웃리거 시스템의 RC 코어 전단벽의 코너부와 외벽부 중앙 부분을 단부강판기둥으로 보강함으로써, 이축 방향 휨 성능 및 강도가 증대된 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공할 수 있다.
따라서 기존 RC 코어 전단벽에 필요한 수직철근량을 대폭 줄일 수 있으며, 단부강판기둥의 강판 두께를 변경하는 것만으로 강재비를 증가할 수 있어 구조 설계가 용이하다. 뿐만 아니라 구조 성능 향상으로 인해 벽체 두께를 줄일 수 있으며, 감소된 벽체 두께에 비례하여 건축면적을 증가시킬 수 있어 경제적이다.
둘째, 콘크리트 외벽부와 합성된 단부강판기둥을 사용하되 외벽부가 강판에 의해 분할되지 않도록 함으로써 접합부 형성을 최소화할 수 있다. 아울러 코어 전단벽을 구성하는 강-콘크리트 이종 재료 간 불연속 계면을 최소화하여 일체적인 합성 거동이 가능하도록 구성할 수 있다.
셋째, 제1단부강판기둥과 제2단부강판기둥 및 이들을 연결하는 수평 강재보가 벽체 전단강도에 기여함으로써 콘크리트 벽체 내의 전단철근을 감소시킬 수 있고, 고강도콘크리트 또는 섬유보강콘크리트 등을 사용하는 경우 균열 철근을 제외한 구조용 철근을 생략할 수 있다.
넷째, 수평 강재보가 매층의 슬래브 위치에 배치되는 경우, 코어벽과 외부기둥 사이에서 수평 강재보가 바닥보와 연결되기 위한 노출형 접합부 역할을 함으로써 시공 정밀성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 이축 방향 휨이 작용하는 L형 이중강판합성벽을 도시하는 평면도.
도 2는 본 발명 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 도시하는 사시도.
도 3은 도 2의 입면을 나타내는 입면도.
도 4는 도 3의 A-A'에 따른 평면도.
도 5는 도 4의 'B' 부분을 도시하는 확대도.
도 6은 도 4의 'C' 부분을 도시하는 확대도.
도 7은 내벽부 구비시 외벽부와 제2단부강판기둥 간 접합부를 도시하는 평면도.
도 8은 이축 방향 휨이 작용하는 경우 본 발명 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 도시하는 평면도.
도 9는 단부강판기둥과 수평 강재보가 결합된 상태를 도시하는 사시도.
도 10은 단부강판기둥 및 수평 강재보의 내부에 콘크리트를 타설하여 외벽부가 형성된 상태를 도시하는 사시도.
도 11은 연결보와 제2단부강판기둥의 결합 관계를 도시하는 사시도.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 강콘크리트 코어 전단벽 시스템은 코어 전단벽의 외부를 형성하는 철근콘크리트 외벽부; 상기 외벽부의 코너부 내외측에 각각 구비되는 제1단부강판기둥; 및 상기 외벽부의 개구부 측 단부를 감싸도록 구비되는 제2단부강판기둥; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 도시하는 사시도이고, 도 3은 도 2의 입면을 나타내는 입면도이다. 그리고 도 4는 도 3의 A-A'에 따른 평면도이고, 도 5와 도 6은 각각 도 4의 'B'와 'C' 부분을 도시하는 확대도이다. 아울러 도 7은 내벽부 구비시 외벽부와 제2단부강판기둥 간 접합부를 도시하는 평면도이고, 도 8은 이축 방향 휨이 작용하는 경우 본 발명 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 도시하는 평면도이다.
도 2 및 도 3 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 강콘크리트 코어 전단벽 시스템은 코어 전단벽의 외부를 형성하는 철근콘크리트 외벽부(1); 상기 외벽부(1)의 코너부 내외측에 각각 구비되는 제1단부강판기둥(2); 및 상기 외벽부(1)의 개구부(11) 측 단부를 감싸도록 구비되는 제2단부강판기둥(3); 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이축 방향 휨 성능 및 코어벽 전단강도가 우수하면서도 시공이 편리하고 경제적인 강콘크리트 코어 전단벽 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명 강콘크리트 코어 전단벽 시스템에서는 코어 전단벽의 외부를 형성하는 외벽부(1)의 코너부 내외측에 제1단부강판기둥(2)이 결합되고, 개구부(11) 측 단부에 벽체 단부를 감싸는 제2단부강판기둥(3)이 결합된다.
상기 제1단부강판기둥(2)은 L형 외벽부(1)의 코너부를 감싸도록 한 쌍의 L형 단면으로 형성할 수 있다(도 5).
상기 제2단부강판기둥(3)은 개구부(11) 측 단부를 감싸도록 ㄷ형 단면으로 형성할 수 있다(도 6).
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 외벽부(1)의 개구부(11) 측 단부에 외벽부(1)와 직교하는 내벽부(10)가 접합되는 경우, 특히 내벽부(10)가 내력벽으로 설계되는 경우에는 제2단부강판기둥(3)을 한 쌍의 L형 단면으로 형성하여 내벽부(10)와 외벽부(1)를 함께 감싸도록 구성할 수 있다.
상기 외벽부(1) 콘크리트 타설시 단부강판기둥(2, 3) 내부에도 함께 콘크리트를 타설하여 코어 전단벽을 형성한다.
본 발명에서는 콘크리트 외벽부(1)와 합성된 단부강판기둥(2, 3)을 사용하되 외벽부(1)가 강판에 의해 분할되지 않도록 함으로써 접합부 형성을 최소화하였다. 아울러 코어 전단벽을 구성하는 강-콘크리트 이종 재료 간 불연속 계면을 최소화하여 상호 일체적인 합성 거동이 가능하다.
상기 단부강판기둥(2, 3)과 외벽부(1)의 일체화를 위해 단부강판기둥(2, 3)의 내측면에는 충분한 개수의 전단연결재(SC)를 결합할 수 있다.
또한, 코어 전단벽의 코너부가 제1단부강판기둥(2)에 의해 보강될 뿐 아니라 외벽부(1)의 중앙 부분도 제2단부강판기둥(3)에 의해 보강되므로, 이축 방향 휨에 대해 휨 성능이 향상된다(도 8 참조).
따라서 휨 강성 및 강도가 증대됨에 따라 기존 RC 코어 전단벽 대비 필요한 수직철근량을 대폭 줄일 수 있다.
종래 수직철근의 직경과 간격의 한계로 인해 강재비 상승이 어려운 기존 RC 코어 전단벽과 달리, 상기 단부강판기둥(2, 3)은 벽체 두께나 건축계획의 변경 없이 강판 두께만으로 강재비를 증가시킬 수 있어 구조 설계가 용이하다.
뿐만 아니라 구조 성능 향상으로 인해 벽체 두께를 줄일 수 있으며, 감소된 벽체 두께에 비례하여 건축면적을 증가할 수 있으므로 경제적이다.
일반적으로 초고층 건물은 높이에 따라 벽체 두께가 다르게 설계되는데, 본 발명은 단부강판기둥(2, 3)의 강판 두께를 조절함으로써 일정한 벽체 두께로 설계할 수 있다. 그러므로 구조 설계가 단순하고, 설비, 전기, 소방 등 건축계획 면에서도 용이하다.
한편, 종래에는 ACS 폼을 콘크리트 벽에 앵커 볼트로 앵커링하여 고정하였는데, 이 경우 앵커 볼트의 체결 불량으로 비계나 거푸집이 추락하는 등 사고 발생 가능성이 있었다.
이와 달리, 본 발명에서는 단부강판기둥(2, 3)에 ACS 폼을 견고하게 지지시킬 수 있으므로, 가설재의 추락으로 인한 안전사고의 발생 가능성을 차단할 수 있다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 외벽부(1) 내외측의 단부강판기둥(2, 3)은 수평타이(6)에 의해 상호 연결될 수 있다.
상기 외벽부(1)의 내외측에 구비되어 외벽부(1)를 보강하는 단부강판기둥(2, 3)의 간격을 유지하고 구조적 안정성을 확보하며 내부의 콘크리트를 효과적으로 구속하기 위해, 마주보는 단부강판기둥(2, 3)은 수평타이(6)로 상호 연결할 수 있다.
즉, 서로 이격 배치되는 내외측 제1단부강판기둥(2)은 수평타이(6)에 의해 상호 연결 가능하다.
마찬가지로 내측와 외측에 배치되는 제2단부강판기둥(3)도 수평타이(6)에 의해 상호 연결할 수 있다.
상기 수평타이(6)는 제1단부강판기둥(2)과 제2단부강판기둥(3)을 외벽부(1) 콘크리트와 일체화하는 전단연결재의 역할을 할 수 있다.
상기 수평타이(6)는 강봉, 경량 형강, 플랫 바 등을 사용 가능하며, 제1단부강판기둥(2)이나 제2단부강판기둥(3)의 내측면에 용접 또는 볼트 접합으로 고정할 수 있다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 외벽부(1) 내외측의 수평 강재보(4)는 수평타이(6)에 의해 상호 연결될 수 있다.
상기 외벽부(1) 양단부의 단부강판기둥(2, 3)을 연결하는 수평 강재보(4) 역시 외벽부(1)의 내외측에 구비된다.
그러므로 전술한 상기 외벽부(1) 내외측의 단부강판기둥(2, 3)을 연결하는 수평타이(6)와 마찬가지로, 외벽부(1)의 내측과 외측에 위치하는 수평 강재보(4)를 수평타이(6)로 연결할 수 있다.
상기 수평타이(6)에 의하여 내부 콘크리트를 구속하고, 내외측 수평 강재보(4)의 간격을 유지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 외벽부(1)의 외부에 구비되는 제1단부강판기둥(2)에는 수평부재(7)가 결합될 수 있다.
기존 RC 코어 전단벽은 아웃리거 연결을 위해 앵커 부재를 미리 접합부 내에 매입 설치하여야 하고, 접합부 보강이 필요하며, 시공 오차 조절이 어려운 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 외벽부(1)의 모서리에 배치된 제1단부강판기둥(2)을 활용하여 아웃리거나 바닥보 등의 수평부재(7)를 접합할 수 있다.
상기 제1단부강판기둥(2)의 강재면은 콘크리트와 비교하여 부재 접합 시공이 용이하고, 안정적 접합이 가능하다. 또한, 외벽부(1)의 시공 오차 영향을 받지 않고, 수평부재(7)의 접합이 가능하다.
아웃리거인 수평부재(7)에 의해 코어 전단벽과 연결되도록 외부기둥(8)을 설치한다.
도 9는 단부강판기둥과 수평 강재보가 결합된 상태를 도시하는 사시도이고, 도 10은 단부강판기둥 및 수평 강재보의 내부에 콘크리트를 타설하여 외벽부가 형성된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 9 및 도 10 등에 도시된 바와 같이, 상기 제1단부강판기둥(2)과 제2단부강판기둥(3) 사이의 외벽부(1) 측면에는 제1단부강판기둥(2)과 제2단부강판기둥(3)을 연결하는 수평 강재보(4)가 구비될 수 있다.
벽체의 전단력을 전달하기 위해 외벽부(1) 양 단부의 제1단부강판기둥(2)과 제2단부강판기둥(3)은 수평 강재보(4)로 연결할 수 있다.
이에 따라 외벽부(1)에 배근되는 전단 철근량을 절감할 수 있다.
또한, 상기 제1단부강판기둥(2)에 아웃리거가 접합되는 경우, 아웃리거의 응력을 코어 전단벽 전체가 전달하기 위해 코어 전단벽을 횡방향으로 가로지르는 강재 보강이 필요하다. 상기 수평 강재보(4)는 이러한 역할을 하므로, 별도의 강재 보강이 불필요하여 시공성 및 경제성이 우수하다.
상기 수평 강재보(4)는 양측의 단부강판기둥(2, 3)에 용접 또는 볼트 접합에 의해 연결할 수 있다.
도 11은 연결보와 제2단부강판기둥의 결합 관계를 도시하는 사시도이다.
도 2, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 코어 전단벽의 개구부(11)에는 양단부가 각각 개구부(11) 양측의 제2단부강판기둥(3)에 접합되는 연결보(5)가 구비될 수 있다.
건물에서 코어는 엘리베이터실이나 계단실이 주로 배치되므로, 코어벽에는 다량의 개구부가 존재한다. 특히, 건물 내 주통로를 위한 대형 개구부가 코어벽에 형성되는 경우, 개구부 양측의 벽체를 긴밀하고 견고하게 연결하기 위해 개구부의 상하부에 강성이 큰 연결보(coulpling beam) 또는 수평벽체가 시공되어야 한다.
그런데 이와 같이 벽체 사이에 강성이 큰 부재를 설치하기 위해서는 상세가 복잡한 대각 가새 철근이 시공되거나 이웃하는 벽체와의 접합이 어려운 강재 합성보가 사용되므로, 시공이 어려울 뿐 아니라 공기가 긴 단점이 있다.
이에 본 발명은 개구부(11)의 양측에 설치된 제2단부강판기둥(3)을 활용하여, 제2단부강판기둥(3)에 연결보(5)를 직접 접합한다.
상기 연결보(5)는 개구부(11) 측 외벽부(1) 측단에 위치한 제2단부강판기둥(3)에 용접 등에 의해 고정 가능하다.
상기 연결보(5)는 각 층 슬래브 위치에 구비될 수 있다.
상기 연결보(5)는 양측의 제2단부강판기둥(3)과 일체로 선조립하여 현장에서 일괄 설치할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 연결보(5)는 상부가 개방된 강판보(51) 및 상기 강판보(51)의 내부에 타설되는 콘크리트(52)로 구성할 수 있다.
상기 연결보(5)는 H형강 등 철골 부재로 형성할 수 있으나, 강재량을 절감하고 접합부 시공이 용이하도록 강콘크리트 합성보로 구성할 수도 있다.
이에 상기 강판보(51)는 상부가 개방된 U형 단면으로 구성한다.
상기 강판보(51)는 그 자체로 구조적 역할을 할 뿐 아니라 내부에 타설되는 콘크리트(52)의 영구거푸집 역할을 하므로 시공이 편리하다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제2단부강판기둥(3)의 개구부(11) 측 단부에는 상기 강판보(51)의 내부와 연통되는 관통공(31)이 형성될 수 있다.
상기 외벽부(1)와 연결보(5)를 일체로 시공하고, 이들 부재의 구조적 일체성을 확보하기 위해 제2단부강판기둥(3)에는 관통공(31)을 형성할 수 있다.
따라서 상기 연결보(5)의 단부를 외벽부(1)에 고정하고, 단부 연속이 되도록 연결보(5) 내부에 배근되는 수평철근(미도시)을 관통공(31)을 통해 외벽부(1) 측으로 연장하여 정착할 수 있다.
본 발명의 강콘크리트 코어 전단벽 시스템은 아웃리거 시스템의 RC 코어 전단벽의 코너부와 외벽부 중앙 부분을 단부강판기둥으로 보강함으로써, 이축 방향 휨 성능 및 코어벽의 전단강도가 우수하면서 시공성과 경제성이 있다는 점에서 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (8)

  1. 코어 전단벽의 외부를 형성하는 철근콘크리트 외벽부(1);
    상기 외벽부(1)의 코너부 내외측에 각각 구비되는 제1단부강판기둥(2); 및
    상기 외벽부(1)의 개구부(11) 측 단부를 감싸도록 구비되는 제2단부강판기둥(3); 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 제1단부강판기둥(2)과 제2단부강판기둥(3) 사이의 외벽부(1) 측면에는 제1단부강판기둥(2)과 제2단부강판기둥(3)을 연결하는 수평 강재보(4)가 구비되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 코어 전단벽의 개구부(11)에는 양단부가 각각 개구부(11) 양측의 제2단부강판기둥(3)에 접합되는 연결보(5)가 구비되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 연결보(5)는 상부가 개방된 강판보(51) 및 상기 강판보(51)의 내부에 타설되는 콘크리트(52)로 구성되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 제2단부강판기둥(3)의 개구부(11) 측 단부에는 상기 강판보(51)의 내부와 연통되는 관통공(31)이 형성되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 외벽부(1) 내외측의 단부강판기둥(2, 3)은 수평타이(6)에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템.
  7. 제2항에서,
    상기 외벽부(1) 내외측의 수평 강재보(4)는 수평타이(6)에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 외벽부(1)의 외부에 구비되는 제1단부강판기둥(2)에는 수평부재(7)가 결합되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 코어 전단벽 시스템.
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