KR101701495B1

KR101701495B1 - 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법

Info

Publication number: KR101701495B1
Application number: KR1020150127273A
Authority: KR
Inventors: 김성배; 이원록; 하인호
Original assignee: (주)더나은구조엔지니어링; (주)대우건설
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2017-02-09

Abstract

본 발명은 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수직, 수평 보강재가 외면에 결합되는 각형강관 기둥을 지반내에 삽입하고 각형강관 내에 콘크리트를 타설하여 일체로 합성하는 탑다운 공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 탑다운 공법은, (a) 중공을 갖는 각형강관 본체(11), 각형강관 본체(11)와 같은 길이를 갖도록 구성되어 각형강관 본체(11)의 각각의 외면에 수직하게 돌출되도록 결합되며 길이방향으로 일정 간격으로 연결공(121)이 천공된 강판으로 구성된 수직 보강재(12), 및 각형강관 본체(11) 길이방향으로 일정한 간격을 두고 각형강관 본체(11)의 외면을 둘러싸도록 수평하게 돌출되는 수평 보강재(13)로 구성되는 기둥 본체(10); 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 기둥 본체(10)의 상단에 하단이 삽입되어 결합되는 보강밴드(20); 및 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 보강밴드(20)의 상단이 하단에 삽입되어 기둥 본체(10)에 결합되는 보 결합구(30)로 구성되는 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 계획 층수만큼 제작하되, 기둥 본체(10)의 최상단에는 보강밴드(20)의 하단을 삽입하여 결합하고, 보강밴드(20)의 상단은 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 상부에 인양홀(51)이 천공된 인양블럭(50)의 하단에 삽입하여 결합하며, 기둥 본체(10)의 최하단에는 보강밴드(20)의 상단을 삽입하여 결합하고, 보강밴드(20)의 하단은 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 외면에 스터드볼트(61)가 설치된 근입블럭(60)의 상단에 삽입하여 결합하는 단계; (b) 지하층 기둥이 설치될 위치에 계획 심도까지 기둥설치홀을 천공하는 단계; (c) 인양홀(51)에 인양고리를 걸어서 크레인을 이용하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 인양하여 근입블럭(60)이 기둥설치홀의 하단에 위치하도록 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 삽입하는 단계; (d) 근입블럭(60)이 매입되도록 기둥설치홀에 콘크리트를 타설하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 하단을 고정하는 단계; (e) 1층 바닥판의 보와 슬래브를 설치하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 상단을 고정하는 단계; (f) 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 각형강관 본체(11) 내부에 콘크리트를 타설하여 CFT 기둥으로 합성하는 단계; (g) 1층 바닥판 이하의 터파기를 수행하면서 각층에 보와 슬래브를 설치하여 최하층 바닥까지 터파기를 완료하는 단계; (h) 기초 바닥판을 설치하여 지하층 공사를 마무리하는 단계; 및 (i) 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 수직 보강재(12)의 연결공(121)에 연결고리(43)을 설치하고, 연결고리(43)를 이용해 각형강관 기둥(1)의 외부에 주철근(41)과 띠철근(42)을 배근하고 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 2차 타설하여 SRC 기둥으로 합성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법{Top-down construction method using steel tube column with horizontal and vertical reinforcement}

본 발명은 각형강관 기둥과 이를 이용한 탑다운공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수직, 수평 보강재가 외면에 결합되는 각형강관 기둥과 각형강관 기둥 을 지반내에 삽입하고 각형강관 내에 콘크리트를 타설하여 일체로 합성하는 탑다운 공법에 관한 것이다.

강관 기둥을 이용하여 합리적인 구조설계를 도모하는 방식으로 콘크리트 충전 강관이 있다. 콘크리트 충전 강관이란(Concrete Filled steel Tube, 이하 CFT로 약칭함) 원형 또는 사각형상의 강관에 콘크리트를 충전한 콘크리트 충전강관을 말하며, CFT를 골조의 주요 구성부재 중 기둥부재에 채용하여 고축력에 저항하도록 한 구조를 CFT구조라 한다.

CFT구조는 강관이 콘크리트를 구속함으로써 강성, 내력, 변형 등의 구조적인 면뿐만 아니라 내화 및 시공 등 다방면에서 우수한 성능을 발휘하고 내화피복의 감소에 의해 기둥의 치수를 작게 할 수 있다는 장점이 있어서, 기존의 철골구조(S조), 철근콘크리트구조(RC조), 철골 철근 콘크리트구조(SRC조)에 이은 제4의 구조로서 최근 각광을 받고 있다.

이러한 CFT구조는 최근 들어 개발된 새로운 구조 시스템으로서, 미국, 일본 등에서는 비교적 많은 연구가 진행되었고 현장에 원활하게 적용되고 있으며 최근에는 국내에서도 이에 대한 다양한 연구 및 시공 사례가 증가하고 있는 추세에 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 10-0705560 "고강도 콘크리트에 의해 압축대가 보강된 콘크리트충전강관기둥과 철근콘크리트 무량판의접합구조"(특허문헌 1)가 있다.

이 특허는 중공을 갖는 강관으로 이루어지며 중공내에는 콘크리트가 타설되어 채워진 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 슬래브로 이루어진 철근콘크리트 무량판이 일체로 접합되는 접합구조로서, 콘크리트충전 강관기둥과 철근콘크리트 무량판이 접합되는 접합부분의 압축대는 42MPa 내지 80MPa의 강도 범위를 갖는 고강도 콘크리트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전강관기둥과 철근콘크리트 무량판의접합구조를 제안한다.

이 특허가 제안하는 콘크리트충전강관기둥은 CFT기둥의 내부에 콘크리트를 충전할 때, CFT기둥 내에 스티프너가 없어도 되므로 하부압입에 의한 타설뿐만 아니라 상부타설도 가능하여 시공성을 향상시킬 수 있으며, 횡지지부재에 의하여 CFT기둥들을 서로 연결하여 보강함으로써 CFT기둥 세우기 작업 및 후속 시공 과정에서 CFT기둥에 대한 안정성을 확보하는 장점이 있으나, 콘크리트 합성 전의 내력을 강관이 부담해야 하고 콘크리트 타설 시에는 측압에 저항해야 하므로 강관의 전체 두께를 충분히 확보해야해서 비경제적이라는 단점이 있다.

특허등록 10-0705560 "고강도 콘크리트에 의해 압축대가 보강된 콘크리트충전강관기둥과 철근콘크리트 무량판의접합구조"

본 발명은 상술한 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수직 보강재 및 수평 보강재가 외면에 결합되어 기둥 강판의 전체 두께를 증가시키지 않아도 충분한 내력이 보장되며 수직, 수평 보강재에 의해 기둥 강판의 판폭 두께비를 절감하는 효과가 있어 오히려 기둥 강판의 두께를 줄일 수 있어 경제적인 효과가 있는 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 강, 약축이 존재하지 않는 각형강관 기둥을 이용하여 좌굴이라는 취성적 약점을 배제할 수 있고, 특히 각형강관 기둥을 사용하여 SRC 기둥(철골철근 콘크리트 합성 기둥)으로 합성하면 기존의 H형강을 사용할 때보다 합성기둥 내 배근되는 철근의 양을 줄일 수 있어서 경제적이며 자중을 줄일 수 있는 장점이 있는 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥은 중공을 갖는 각형강관 본체, 각형강관 본체와 같은 길이를 갖는 강판으로 구성되어 각형강관 본체의 각각의 외면에 수직하게 돌출되도록 결합되는 수직 보강재, 및 각형강관 본체 길이방향으로 일정한 간격을 두고 각형강관 본체의 외면을 둘러싸도록 수평하게 돌출되는 수평 보강재로 구성되는 기둥 본체; 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 기둥 본체의 상단에 하단이 삽입되어 결합되는 보강밴드; 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 보강밴드의 상단이 하단에 삽입되어 기둥 본체에 결합되는 보 결합구;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 각형강관 본체는 ㄱ자 단면을 갖는 두개의 ㄱ자형 부재를 결합하여 사각단면을 갖도록 구성될 수 있다.

여기서, 수직 보강재와 수평 보강재는 이형철근으로 구성될 수 있다.

또는, 수직 보강재는 강판으로 구성될 수 있으며, 수직 보강재에는 길이방향으로 일정 간격으로 연결공이 천공될 수 있다.

여기서, 수평 보강재는 각형강관 본체의 모서리에서 수직 보강재의 돌출단까지 연결하도록 각형강관 본체의 외면에 결합될 수 있다.

또한, 보 결합구는 두께가 각형강관 본체의 두께보다 두껍게 구성될 수 있다.

이때, 굵은 이형철근으로 구성되는 철근 보강재가 각형강관 본체의 외면에 각형강관 본체의 길이방향으로 더 설치될 수 있다.

한편, 제1 ㄱ자형 부재가 제1 ㄱ자형 부재 보다 큰 변길이를 갖는 제2 ㄱ자형 부재의 내측면에 결합되고, 각형강관 본체의 단면 내측 코너에 관통홈이 천공된 코너 보강플레이트가 더 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법은 (a) 기둥 본체와 보강밴드 및 보 결합구를 순서대로 반복하여 결합하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 계획 층수만큼 제작하는 단계; (b) 지하층 기둥이 설치될 위치에 계획 심도까지 기둥설치홀을 천공하는 단계; (c) 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 기둥설치홀에 삽입하는 단계; (d) 기초부의 구근을 타설하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 하단을 고정하는 단계; (e) 1층 바닥판의 보와 슬래브를 설치하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 상단을 고정하는 단계; (f) 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 각형강관 본체 내부에 콘크리트를 타설하여 CFT 기둥으로 합성하는 단계; (g) 1층 바닥판 이하의 터파기를 수행하면서 각층에 보와 슬래브를 설치하여 최하층 바닥까지 터파기를 완료하는 단계; 및 (h) 기초 바닥판을 설치하여 지하층 공사를 마무리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, (a)단계에서, 기둥 본체의 최상단에는 보강밴드의 하단을 삽입하여 결합하고, 보강밴드의 상단은 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 상부에 인양홀이 천공된 인양블럭의 하단에 삽입하여 결합하며, 기둥 본체의 최하단에는 보강밴드의 상단을 삽입하여 결합하고, 보강밴드의 하단은 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 외면에 스터드볼트가 설치된 근입블럭의 상단을 삽입하여 결합하고, (c)단계에서, 인양홀에 인양고리 등을 걸어서 크레인을 이용하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 인양하여 근입블럭을 기초부의 구근에 삽입할 수 있다.

한편, (h)단계 이후에, (i) 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥 외부에 주철근과 띠철근을 배근하고 거푸집을 이용하여 콘크리트를 2차 타설하여 SRC 기둥으로 합성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, (i)단계에서, 연결고리를 수직 보강재의 연결공과 주철근 또는 띠철근에 연결할 수 있다.

본 발명에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥은 수직 보강재 및 수평 보강재가 외면에 결합되어 기둥 강판의 전체 두께를 증가시키지 않아도 충분한 내력이 보장되며 수직, 수평 보강재에 의해 기둥 강판의 판폭 두께비가 감소하므로 기둥 강판의 두께를 줄일 수 있어 경제적인 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법은 웹과 플랜지로 구성되어 단면상에서 강, 약축이 존재하는 H-형강을 사용하는 기존의 공법에 비하여 좌굴이라는 취성적 결함으로부터 자유롭고 SRC 기둥으로 합성시 상대적으로 적은 양의 철근이 사용되어 공사비를 절감할 수 있어 경제적인 효과가 있으며 더불어 자중을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 분해사시도이고, 도 2는 결합사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A 단면도이고, 도 4는 도 3의 B-B 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 다양한 예를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 분해사시도이다.
도 10 내지 도 17은 본 발명에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법을 순서대로 설명하기 위한 단면도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 분해사시도이고, 도 2는 결합사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A 단면도이고, 도 4는 도 3의 B-B 단면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥은 기둥 본체(10), 기둥 본체(10)의 상단에 하단이 삽입되는 보강밴드(20) 및 보강밴드(20)의 상단이 하단에 삽입되어 기둥 본체(10)에 결합되는 보 결합구(30)를 포함하여 구성된다.

기둥 본체(10)는 각형강관 본체(11)와 각형강관 본체(11)의 외면에 각형강관 본체(11) 길이방향으로 수직하게 돌출되는 수직 보강재(12) 및 각형강관 본체(11) 길이방향으로 일정한 간격을 두고 각형강관 본체(11)의 외면을 둘러싸도록 수평하게 돌출되는 수평 보강재(13)를 포함하여 구성된다.

각형강관 본체(11)는 내부에 중공을 갖는 각형강관으로 구성되는데 각형 단면을 갖는 일체로 구성될 수도 있으나 바람직하게는 같은 크기의 ㄱ자 단면을 갖는 두개의 부재를 결합하여 사각단면을 갖도록 구성된다. 각형강관 본체(11)의 길이는 기둥이 형성되는 길이에 따라 길이를 다르게 구성할 수 있으며 두께는 필요 내력을 고려하여 구조계산에 의해 결정된다.

수직 보강재(12)는 각형강관 본체(11)를 수직하게 보강하는 수단으로 도시된 바와 같이 각형강관 본체(11)와 같은 길이를 갖는 강판으로 구성되고 길이방향으로 일정 간격으로 연결공(121)이 천공되며 각형강관 본체(11)의 각각의 외면에 수직하게 돌출되도록 용접 등의 임의의 방법으로 결합된다. 수직 보강재(12)는 각형강관 본체(11)의 내력을 보강하고 판폭두께비를 절감하는 수단이다. 즉, 수직 보강재(12)에 의해 각형강관 본체(11)는 내력이 보강되고 판폭두께비가 줄어들어 두께의 증가 없이도 안정적인 거동이 확보되는 효과가 있다.

수평 보강재(13)는 각형강관 본체(11)의 외면을 수평하게 보강하는 수단으로 각형강관 본체(11)의 내력을 보강하여 각형강관 본체(11) 내부에 콘크리트 타설시 측압에 저항한다. 수평 보강재(13)는 다양한 형상으로 구성될 수 있으나 바람직하게는 도시된 바와 같이 각형강관 본체(11)의 모서리에서 수직 보강재(12)의 돌출단까지 연결하도록 각형강관 본체(11)의 외면에 결합된다. 이는 수평 보강재(13)가 수직 보강재(12)의 형태를 유지하도록 하기 위함이다.

보강밴드(20)는 각형강관 본체(11)에 보 결합구(30)를 안정적으로 결합하기 위한 수단으로 보강밴드(20)는 각형강관 본체(11)의 내경과 같은 외경을 갖도록 각형강관 본체(11)와 같은 단면으로 구성되어 하단이 각형강관 본체(11)에 삽입된다.

보 결합구(30)는 일측, 양측 또는 사면에 보가 결합할 수 있도록 결합면을 제공하는 수단으로 보강밴드(20)를 매개로 각형강관 본체(11) 상단에 결합된다.

결합은 보강밴드(20)를 먼저 기둥 본체(10)에 단속용접 등의 방법으로 결합하고 이후에 보 결합구(30)를 보강밴드(20)에 연속용접 등의 방법으로 결합할 수도 있고, 또는 보강밴드(20)에 기둥 본체(10)와 보 결합구(30)를 동시에 용접하여 결합할 수도 있다.

보 결합구(30)를 각형강관 본체(11)에 직접 결합하지 않고 보강밴드(20)를 매개로 결합하는 것은 수평부재인 보가 결합되는 보 결합구(30)와 각형강관 본체(11)를 결합함에 있어서 충분한 강도와 보다 안정적인 거동을 확보하기 위함이다.

보 결합구(30)는 각형강관 본체(11)와 같은 단면을 갖도록 구성되며 보 결합구(30)의 길이와 두께는 설치되는 수평부재의 형상과 필요내력을 고려하여 구조계산에 의해 결정된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 단면도이다.

보 결합구(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 각형강관 본체(11)와 같은 두께를 갖도록 구성될 수 있으며 필요에 따라서 도 5에 도시된 바와 같이 각형강관 본체(11) 보다 두껍게 구성될 수도 있다.

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 다양한 예를 도시한 단면도이다.

상술한 바와 같이 각형강관 본체(11)는 ㄱ자 단면을 갖는 두 개의 부재를 결합하여 사각단면을 갖도록 구성되는데, 도 6에 도시된 실시예에서 각형강관 본체(11)는 서로 다른 크기의 ㄱ자 단면을 갖는 두 개의 ㄱ자형 부재를 결합하여 구성된다. 즉, 제1 ㄱ자형 부재(11a)가 제1 ㄱ자형 부재(11a) 보다 큰 변길이를 갖는 제2 ㄱ자형 부재(11b)의 내측면에 결합되어 단면을 폐합한다.

일반적으로 ㄱ자 단면의 두 부재를 결합하여 사각단면의 강관기둥을 제작하기 위해서는 두 부재가 만나는 일측 면을 먼저 용접하고 강관기둥을 180도 회전시켜서 두 부재가 만나는 타측 면(단면상 대각선 방향으로 대칭되는 면)을 용접하는데, 본 실시예에 따르면 두 부재가 만나는 양측면이 한 방향에서 용접이 가능해 지기 때문에 강관기둥을 회전시킬 필요가 없어서 시공이 용이하며 필요에 따라서는 양측면을 동시에 용접할 수 있으므로 공기가 단축되는 효과가 있다. 또한 두 개의 ㄱ자형 부재의 크기가 달라 크기가 큰 제2 ㄱ자형 부재(11b)의 단부는 기둥의 사각단면으로부터 돌출되는데 이 돌출부(11c)는 수직 보강재(12)와 마찬가지로 각형강관 본체(11)의 내력을 보강하고 후술되는 SRC 기둥으로 합성시 전단연결재의 기능을 수행한다.

도 6에 도시된 실시예에서는 각형강관 본체(11)의 단면 내측 코너에 코너 보강플레이트(14)가 더 설치된다. 코너 보강플레이트(14)는 특별한 형상에 제한되는 것은 아니며 각형강관 본체(11) 길이방향으로 일정한 간격을 두고 각형강관 본체(11)의 코너에 결합된다. 코너 보강플레이트(14)에는 각형강관 본체(11) 내부에 타설되는 콘크리트의 원활한 충전을 위하여 관통홈(141)이 천공되어야 한다. 또한 후술되는 SRC 기둥으로 합성할 때에는 수평 보강재(13)에도 콘크리트 관통구(131)가 천공되어야 한다.

도 7에 도시된 실시예는 각형강관 본체(11)가 대단면을 갖는 경우를 도시한 것으로 본 실시예와 같이 각형강관 본체(11)의 단면이 크게 제작되는 경우에는 각형강관 본체(11)를 보강하는 수직 보강재(12)와 수평 보강재(13) 이외에 철근 보강재(15)가 각형강관 본체(11)의 외면에 각형강관 본체(11)의 길이방향으로 더 설치된다. 철근 보강재(15)는 굵은 이형철근 등으로 구성되며, 수직 보강재(12)와 마찬가지로 각형강관 본체(11)의 내력을 수직하게 보강하고 후술되는 SRC 기둥으로 합성시 전단연결재의 기능을 수행한다.

도 8에 도시된 실시예는 본 발명의 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥이 SRC 기둥으로 합성되는 경우이다. 각형강관 본체(11) 내부에 콘크리트가 1차 타설되어 CFT 기둥으로 형성된 후에 CFT 기둥의 외부에 주철근(41)과 띠철근(42)을 배근하고 거푸집을 이용하여 콘크리트를 2차 타설하여 SRC 기둥으로 합성될 수 있다. 이때, 수직 보강재(12)와 수평 보강재(13)는 2차 콘크리트와의 전단연결재의 기능을 수행하게 되며 타이바 등의 연결고리(43)를 수직 보강재(12)의 연결공(121)과 주철근(41) 또는 띠철근(42)에 연결하여 일체화를 도모할 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥의 분해사시도이다.

앞선 실시예에서는 수직 보강재(12)와 수평 보강재(13)가 강판으로 구성되는 것으로 도시 및 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않고 도 9에 도시된 바와 같이 수직 보강재(12)와 수평 보강재(13)가 이형철근으로 구성될 수 있다. 즉, 각형강관 본체(11) 각각의 외면에 각형강관 본체(11)와 같은 길이의 이형철근으로 구성되는 수직 보강재(12)를 용접 등의 공지된 임의의 방법으로 결합하고, 각형강관 본체(11) 길이방향으로 일정한 간격을 두고 각형강관 본체(11)의 외면을 둘러싸도록 각형강관 본체(11)의 외면과 수직 보강재(12)의 측면에 결합한다. 수평 보강재(13)는 도 9에 도시된 바와 같이 90도로 절곡한 이형철근으로 구성되어 각형강관 본체(11)의 이웃하는 두면에 결합될 수 있으며 또는 도시하지는 않았지만 일자형 이형철근으로 구성되어 각형강관 본체(11)의 각각의 외면에 결합될 수도 있다.

도 10 내지 도 17은 본 발명에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법을 설명하기 위한 단면도이다.

기존의 탑다운공법에서는 일반적으로 H형강이 기둥 부재로 사용되는데, 웹과 플랜지로 구성되는 H형강은 단면상에서 강, 약축이 존재하여 좌굴에 불리하며, 또한 H-형강을 사용한 SRC 기둥으로 합성할 때에는 합성기둥 내에 배근되는 철근의 양이 상대적으로 많은 양의 철근이 사용되며 자중이 늘어나는 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 고안된 것으로 기존의 H형강 대신에 상술한 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 이용하여 탑다운공법을 실행하면, 강, 약축이 존재하지 않는 CFT기둥은 좌굴이라는 취성적 결함으로부터 자유롭고 SRC 기둥으로 합성시 상대적으로 적은 양의 철근이 사용되어 공사비를 절감할 수 있어 경제적인 효과가 있으며 더불어 자중을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법의 순서는 다음과 같다.

먼저, 상술한 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 같이 계획 층수만큼 제작한다(도 10 참조).

기둥 본체(10)와 보강밴드(20) 및 보 결합구(30)를 순서대로 반복하여 결합하여 필요층수만큼 제작한다. 이때 최상단의 기둥 본체(10)의 상단에는 보강밴드(20)의 하단이 삽입되고 보강밴드(20)의 상단은 인양블럭(50)의 하단에 삽입된다. 또한 최하단의 기둥 본체(10)의 하단에는 보강밴드(20)의 상단이 삽입되고 보강밴드(20)의 하단은 근입블럭(60)의 상단에 삽입된다.

인양블럭(50)과 근입블럭(60)은 모두 보 결합구(30)와 동일하게 구성되어 보강밴드(20)를 매개로 기둥 본체(10)에 결합된다. 인양블럭(50)은 상부에 인양홀(51)이 천공되며, 인양홀(51)에 인양고리 등을 걸어서 크레인을 이용하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 인양을 할 수 있도록 하는 수단이며, 근입블럭(60)은 외면에 스터드볼트(61)가 설치되고 지반에 근입되어 CFT 기둥의 하단을 고정하는 수단이다.

이어서, 지하층 기둥이 설치될 위치에 기둥설치홀(2)을 천공한다(도 11 참조).

일반적으로 탑다운 공사에서는 지반에 기둥을 설치하기 위해서는 케이싱을 압입하면서 지반을 천공하고 철골기둥을 삽입한 후 철골기둥의 기초부 구근에 콘크리트 타설하고 케이싱을 인발하는 방식이 통용된다. 본 발명 또한 이러한 방식을 따라 기둥을 설치할 수 있으며, 다만 일반적으로 철골기둥으로 H형강을 사용하는데 반해 본 발명은 철골기둥으로 상술한 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 이용하며 이후 이를 CFT기둥으로 합성하는 것으로 천공의 방식이나 구근의 타설 등의 일반적인 시공단계는 특정한 것에 제한되는 것이 아니므로 상세한 설명은 생략하며 공지된 임의의 방식을 따르면 된다.

기둥설치홀(2)을 천공하는 것 또한 공지된 임의의 방식으로 실행될 수 있으며 바람직하게는 암석층에 구애받지 않고 빠르게 천공작업이 가능한 PRD(Pdercussion Rotary Drill) 방식으로 천공한다. PRD 천공은 이 분야에서 널리 알려진 공법이므로 상세한 설명은 생략한다.

이어서, 본 발명에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 기둥설치홀(2)에 삽입한다(도 12 참조).

이어서, 근입블럭(60)이 삽입된 기초부의 구근(3)을 타설한다(도 13 참조).

기초부의 구근(3)을 타설하면 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 하단이 고정된다.

이어서, 1층 바닥판의 보와 슬래브(4)를 설치한다(도 14 참조).

1층 바닥판의 보와 슬래브(4)가 설치되면 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 상단이 고정된다. 즉, 1층 바닥판을 설치하면서 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 수직하게 고정한다.

이어서, 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 각형강관 본체(11) 내부에 콘크리트를 타설한다(도 15 참조).

각형강관 본체(11) 내부에 콘크리트를 타설하여 양생하면 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)은 콘크리트와 일체화되어 CFT 기둥으로 합성된다.

이어서, 1층 바닥판 이하의 터파기를 수행하면서 각층에 보와 슬래브(4)를 설치한다(도 16 참조).

각층의 터파기 및 보와 슬래브의 설치는 최하층 바닥까지 터파기가 완료될 때까지 반복적으로 실행한다.

이때에는 1층을 기준으로 지하층과 동시에 상부층 공사를 수행할 수 있는데 상부층 공사를 병행하는 것은 다양한 방법으로 진행될 수 있으며 여기에서는 지하층 공사를 중심으로 설명하기로 한다.

이어서, 기초 바닥판(5)을 설치하여 지하층 공사를 마무리한다(도 17 참조).

최하층 바닥까지 터파기가 완료되면 기초 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 기초 바닥판(5)을 설치한다.

이후에, 필요에 따라 본 발명의 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 SRC 기둥으로 합성하는 단계를 더 실행할 수 있다.

앞서 도 8을 참고하여 살펴본 바와 같이 본 발명의 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1) 외부에 주철근(41)과 띠철근(42)을 배근하고 거푸집을 이용하여 콘크리트를 2차 타설하여 SRC 기둥으로 합성할 수 있다. 이때, 수직 보강재(12)와 수평 보강재(13)는 2차 콘크리트와의 전단연결재의 기능을 수행하게 되며 2차 콘크리트의 지압강도를 상승하게 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 각형강관 기둥의 외면에 수직 보강재 및 수평 보강재가 결합되어 기둥 강판의 전체 두께를 증가시키지 않아도 충분한 내력이 보장되며 수직, 수평 보강재에 의해 기둥 강판의 판폭 두께비가 감소하므로 기둥 강판의 두께를 줄일 수 있어 경제적이다.

또한, 본 발명에 따른 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법은 웹과 플랜지로 구성되어 단면상에서 강, 약축이 존재하는 H-형강을 사용하는 기존의 공법에 비하여 좌굴이라는 취성적 결함으로부터 자유롭고 SRC 기둥으로 합성시 상대적으로 적은 양의 철근이 사용되어 공사비를 절감할 수 있어 경제적인 효과가 있으며 더불어 자중을 줄일 수 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10: 기둥 본체 11: 각형강관 본체
12: 수직 보강재 121: 연결공
13: 수평 보강재 131: 콘크리트 관통구
14: 코너 보강플레이트 141: 관통홈
15: 철근 보강재 20: 보강밴드
30: 보 결합구 41: 주철근
42: 띠철근 43: 연결고리
50: 인양블럭 51: 인양홀
60: 근입블럭 61: 스터드볼트

Claims

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(a) 중공을 갖는 각형강관 본체(11), 각형강관 본체(11)와 같은 길이를 갖도록 구성되어 각형강관 본체(11)의 각각의 외면에 수직하게 돌출되도록 결합되며 길이방향으로 일정 간격으로 연결공(121)이 천공된 강판으로 구성된 수직 보강재(12), 및 각형강관 본체(11) 길이방향으로 일정한 간격을 두고 각형강관 본체(11)의 외면을 둘러싸도록 수평하게 돌출되는 수평 보강재(13)로 구성되는 기둥 본체(10); 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 기둥 본체(10)의 상단에 하단이 삽입되어 결합되는 보강밴드(20); 및 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 보강밴드(20)의 상단이 하단에 삽입되어 기둥 본체(10)에 결합되는 보 결합구(30)로 구성되는 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 계획 층수만큼 제작하되, 기둥 본체(10)의 최상단에는 보강밴드(20)의 하단을 삽입하여 결합하고, 보강밴드(20)의 상단은 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 상부에 인양홀(51)이 천공된 인양블럭(50)의 하단에 삽입하여 결합하며, 기둥 본체(10)의 최하단에는 보강밴드(20)의 상단을 삽입하여 결합하고, 보강밴드(20)의 하단은 중공을 갖는 각형강관으로 구성되어 외면에 스터드볼트(61)가 설치된 근입블럭(60)의 상단에 삽입하여 결합하는 단계;
(b) 지하층 기둥이 설치될 위치에 계획 심도까지 기둥설치홀을 천공하는 단계;
(c) 인양홀(51)에 인양고리를 걸어서 크레인을 이용하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 인양하여 근입블럭(60)이 기둥설치홀의 하단에 위치하도록 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)을 삽입하는 단계;
(d) 근입블럭(60)이 매입되도록 기둥설치홀에 콘크리트를 타설하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 하단을 고정하는 단계;
(e) 1층 바닥판의 보와 슬래브를 설치하여 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 상단을 고정하는 단계;
(f) 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 각형강관 본체(11) 내부에 콘크리트를 타설하여 CFT 기둥으로 합성하는 단계;
(g) 1층 바닥판 이하의 터파기를 수행하면서 각층에 보와 슬래브를 설치하여 최하층 바닥까지 터파기를 완료하는 단계;
(h) 기초 바닥판을 설치하여 지하층 공사를 마무리하는 단계; 및
(i) 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥(1)의 수직 보강재(12)의 연결공(121)에 연결고리(43)을 설치하고, 연결고리(43)를 이용해 각형강관 기둥(1)의 외부에 주철근(41)과 띠철근(42)을 배근하고 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 2차 타설하여 SRC 기둥으로 합성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직, 수평 보강재를 갖는 각형강관 기둥을 이용한 탑다운공법.
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