KR101038057B1 - 조립철근 절곡형 전단보강체 및 그 설치구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근으로 간단하게 제작할 수 있고 별도의 장치없이도 슬래브 상·하부철근 사이에 자립으로 설치할 수 있으며 아울러 최소의 철근량으로 넓은 범위에 걸쳐 유효하게 영향력을 미칠 수 있는 조립철근 절곡형 전단보강체와, 그 전단보강체의 방사형 설치구조에 관한 것이다.

본 발명에 따른 조립철근 절곡형 전단보강체는, 1본의 상현근; 상기 상현근과 평행하게 배치되는 1본의 하현근; 상기 상현근과 하현근을 연결하는 웨브근;을 포함하여 구성되되, 전체적으로 파형(波形) 또는 V형을 이루도록 절곡된 것임을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 전단보강체의 설치구조는, 슬래브와 기둥 접합부에 전단보강체를 설치하는 구조로서, 상기한 조립철근 절곡형 전단보강체를 슬래브의 상·하부철근 사이에 수평 배근하되, 전단보강체 다수개를 기둥에서 방사형으로 뻗어나가게 배근하는 것을 특징으로 한다.

무량판, 전단보강, 철근, 절곡, 방사

Description

조립철근 절곡형 전단보강체 및 그 설치구조{Shear reinforcing bar assembly and construction structure thereof}

본 발명은 슬래브-기둥 접합부의 강도와 연성도를 효과적으로 증대시킬 수 있는 전단보강체와 그 설치구조에 관한 것으로, 철근으로 간단하게 제작할 수 있고 별도의 장치없이도 슬래브 상·하부철근 사이에 자립으로 설치할 수 있으며 아울러 최소의 철근량으로 넓은 범위에 걸쳐 유효하게 영향력을 미칠 수 있는 전단보강체와 그 전단보강체의 방사형 설치구조에 관한 것이다.

철근콘크리트 구조물은 통상 바닥을 형성하는 슬래브와 건축물의 자중과 사용하중을 기초부로 전달하는 기둥을 포함하여 구성되는 것이 일반적이다. 철근콘크리트 구조물에서 슬래브와 기둥이 만나는 접합부인 기둥의 주두부(主頭部)는 기둥 주변을 따라 슬래브와의 사이에서 전단력이 작용하는데, 이 부위에 대한 내력이 충분치 못할 경우 전단파괴가 발생할 우려가 크다. 특히, 보가 없는 무량판구조에서는 기둥 주변에 응력이 과도하게 집중되기 때문에 기둥 주위의 슬래브에는 하부 로부터 경사지게 균열이 발생하거나 심해지면 구멍이 뚫리는 형태의 뚫림전단파괴가 일어나기 쉽다. 이러한 전단파괴는 다른 형태의 파괴 양상과는 달리 매우 취성적이어서 슬래브-기둥 접합부의 안전성에 대단히 치명적이므로, 구조설계를 할 때에는 이 부위에 특별한 주의를 기울여 전단파괴가 일어나지 않도록 슬래브-기둥 접합부의 전단성능을 증대시키기 위한 조치를 취해야 한다.

슬래브-기둥 접합부의 전단성능을 증대시키는 방법으로는 (ⅰ)슬래브의 두께를 전체 판에 걸쳐 증가시키는 방법, (ⅱ)지판(드롭패널)을 사용하여 기둥에 인접한 슬래브의 두께를 증가시키는 방법, (ⅲ)기둥 크기를 증가시키는 방법, (ⅳ)기둥에 기둥머리(주두)를 사용하는 방법, (ⅴ)기둥 주위의 슬래브(주열대 구간)를 전단보강체로서 보강하는 방법이 있다. 상기한 방법 중 (ⅰ)~(ⅳ)의 방법은 경제성 및 시공성이 떨어지고 층고 등에 대한 설계 과정에서 제약이 수반될 뿐만 아니라 보강 성능의 측면에서도 그다지 효과적이지 못한 것으로 보고되는 바, (ⅴ)의 전단보강체를 슬래브에 설치하는 방법이 현실적으로 가장 바람직한 방법이라 할 수 있다.

전단보강체를 설치하는 방법은 도 1과 같이 이용하는 전단보강체의 종류에 따라, 스터럽(Stirrup)을 이용한 방식, 전단헤드(Shear Head)를 이용한 방식, 전단스터드(Shear Stud)를 이용한 방식, 트러스조립철근을 이용한 방식으로 다시 구분할 수 있다.

스터럽을 이용한 방식은 현재 시공 현장에서 가장 널리 사용되고 있는 방식으로서, 도 1(a)에서와 같이 슬래브-기둥 접합부를 가로질러 배치된 상,하부 슬래 브철근에 스터럽을 감아 이것이 전단내력을 보강하도록 하는 방식이다. 이 방식은 통상의 철근자재를 사용하는 방식이어서 전단보강체의 구성을 위한 특수의 자재를 마련할 필요가 없어 자재의 수급이 간편하고 경제적이라는 장점이 있다. 하지만, 사용되는 스터럽이 슬래브 철근의 바깥 둘레를 감싸는 형태로 이루어지므로 슬래브의 피복두께를 적절히 유지하기 어렵다는 단점이 있으며, 아울러 소정의 피복두께 유지 때문에 250mm보다 얇은 슬래브에서는 적용하기 어렵고, 또한 다수의 스터럽을 결속함에 따라 현장에서의 공정이 많아져 시공성이 떨어진다는 문제점이 있다.

전단헤드를 설치하는 방식은 도 1(b)와 같은데, 이 방식은 H형강 또는 채널을 종,횡으로 접합하여 십자형 또는 격자형의 전단보강체를 구성하고 이러한 전단보강체를 기둥과 슬래브의 접합부에 설치한 방식이다. 이 방식은 전단에 대한 유효면적을 증가시키고 강재의 전단성능으로 전단력에 대한 내력 분산력을 키울 수 있으며, 슬래브의 부모멘트 저항능력을 향상시키는 장점이 있다. 그러나 이 방식은 형강재의 사용에 따라 필요 이상의 강재가 소요되고 건물의 자중이 증가하는 단점과 더불어 콘크리트 타설시 밀실한 충전이 이루어질 수 있도록 세심한 주의가 필요하다는 단점이 있으며, 아울러 전단보강체에 의해 슬래브 및 기둥철근이 단절될 수 있어 구조상 불리할 수 있다.

전단스터드를 이용하는 방식은 도 1(c)에서와 같이 스트립의 형태로 가공된 강판의 상부에 다수의 스터드볼트를 용접하여 전단보강체를 구성하고 이러한 전단보강체를 기둥과 슬래브의 접합부에 설치한 방식이다. 이 방식은 스터드볼트의 머리부와 강판에 의해 정착성능이 향상되기 때문에 도 1(a)방식보다 더 효과적인 것 으로 평가되지만, 다수의 스터드볼트를 용접하여 특수 제작한 전단보강체를 필요로 할 뿐만 아니라 특허받은 기술이기 때문에 사용상 제약이 따른다.

트러스조립철근을 이용한 방식은 도 1(d)에서와 같이 철근을 삼각 입체트러스 모양으로 조립하여 전단보강체를 구성하고 이러한 전단보강체를 기둥과 슬래브의 접합부에 설치한 방식이다. 이 방식은 콘크리트와 전단보강체의 구속력 증대로 전단보강에 유리한 것으로 평가되지만, 제작과정이 복잡한 삼각 입체트러스 모양의 전단보강체를 이용해야 할 뿐만 아니라 소요철근량에 비해 실체 사용하는 철근량이 지나치게 많아져 공사비가 증대되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술들에 대한 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 철근으로 간단하게 제작할 수 있고 별도의 장치없이도 슬래브 상·하부철근 사이에 자립으로 설치할 수 있으며 아울러 최소의 철근량으로 넓은 범위에 걸쳐 유효하게 영향력을 미칠 수 있는 조립철근 절곡형 전단보강체를 제공하는데 기술적 과제가 있다.

또한, 본 발명은 슬래브-기둥 접합부의 강도와 연성도를 효과적으로 증대시킬 수 있는 것은 물론 전단력을 효율적으로 분산시킬 수 있는 전단보강체의 설치구조를 제공하는데 기술적 과제가 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은 다음과 같은 기술적 특징을 가지는 조립철근 절곡형 전단보강체와 그 설치구조를 제공한다.

본 발명에 따른 조립철근 절곡형 전단보강체는, 1본의 상현근; 상기 상현근과 평행하게 배치되는 1본의 하현근; 상기 상현근과 하현근을 연결하는 웨브근;을 포함하여 구성되되, 전체적으로 파형(波形) 또는 V형을 이루도록 절곡된 것임을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전단보강체의 설치구조는, 슬래브와 기둥 접합부에 전단보강체를 설치하는 구조로서, 상기한 조립철근 절곡형 전단보강체를 슬래브의 상·하부철근 사이에 수평 배근하되, 전단보강체 다수개를 기둥에서 방사형으로 뻗어나가게 배근하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 본 발명에 따른 전단보강체는 평면상으로 조립(용접)한 조립철근을 단순히 절곡하여 입체화된 형태로 완성되기 때문에 그 제작이 간편하여 저렴하게 생산 공급할 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 전단보강체는 자립으로 설치되는 구조를 가지기 때문에 별도의 장치를 이용하지 않고도 슬래브 상·하부철근 사이에 용이하게 설치할 수 있으며, 나아가 하나의 전단보강체로 유효범위를 극대화할 수 있기 때문에 전단 보강체의 설치개수와 소요 철근량을 최소화하면서 전단보강구조를 완성할 수 있다. 이에 따라 전체적으로 전단보강체 설치작업과 관련한 시공성과 경제성을 개선할 수 있다.

셋째, 본 발명에 따른 전단보강체의 설치구조는 전단보강체를 기둥을 중심으로 방사형을 배치하는 방식을 채용하기 때문에, 효율적인 전단력 분산을 기대할 수 있다. 나아가, 전단보강체를 기둥철근에 간편하게 구속시킬 수도 있기 때문에 슬래브-기둥 접합부의 일체성을 강화시키면서 접합부의 강도와 연성도를 증대시킬 수 있다.

본 발명에 따른 조립철근 절곡형 전단보강체(A)는, 1본의 상현근(10); 상기 상현근(10)과 평행하게 배치되는 1본의 하현근(20); 상기 상현근(10)과 하현근(20)을 연결하는 웨브근;을 포함하여 구성되되, 전체적으로 파형(波形) 또는 V형을 이루도록 절곡된다는데 기술적 특징이 있다. 즉, 평면상의 조립철근을 절곡하여 입체화한 것이다. 이와 같이 본 발명에 따른 조립철근 절곡형 전단보강체(A)는 입체화되기 때문에 별도의 장치없이 1본의 하현근(20)에만 의지하여 설치할 수 있으며, 다만 철근조립과정에서 입체화한 것이 아니라 평면상의 철근조립과정 후에 단순한 절곡작업으로 입체화하기 때문에 본 발명에 따른 조립철근 절곡형 전단보강체(A)의 전체적인 제작공정은 상당히 간소하다.

본 발명은 절곡형태에 따라 파형 절곡타입의 전단보강체(A)와 V형 절곡타입의 전단보강체(A)로 구분하여 제안하며, 아울러 본 발명은 전단보강체(A)의 구분된 형태에 따라 그 설치구조도 2가지로 구분하여 제안하며, 이하 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 파형 절곡타입의 전단보강체(A)를 도시하며, 도 3a와 도 3b는 도 2의 전단보강체(A)를 슬래브-기둥 접합부에 설치한 상태를 보여준다.

도 2에서 보는 바와 같이 파형 절곡타입의 전단보강체(A)는, 1본의 상현근(10); 상기 상현근(10)과 평행하게 배치되는 1본의 하현근(20); 상기 상현근(10)과 하현근(20)을 연결하는 웨브근;을 포함하여 구성되되 상기 웨브근이 수직연결근(31)과 경사연결근(32)을 포함하여 구성된 것으로서, 전체적으로 파형(波形)을 이루도록 절곡된다는데 구성상 특징이 있다. 상기 웨브근에서 수직연결근(31)은 상기 상현근(10)과 하현근(20)을 수직으로 연결하면서 다수개가 이격하게 평행 배치되는 구성이며, 경사연결근(32)은 두 수직연결근(31) 사이에서 상기 상현근(10)과 하현근(20)을 경사지게 연결하는 구성이다. 이와 같은 파형 절곡타입의 전단보강체(A)는 상현근(10), 하현근(20), 수직연결근(31), 경사연결근(32)을 상호 조립한 평면 상태의 조립철근을 2개 이상의 지점에서 절곡함으로써 파형 입체로 완성된 것이다. 이러한 전단보강체(A)가 전단저항력을 발휘함에 있어서는 경사연결근(32)이 가장 중요한 역할을 한다. 왜냐하면, 슬래브-기둥 접합부에는 연직방향의 전단력과 휨하중으로부터 발생하는 수평응력의 합력에 의해 사선 방향의 인장력이 작용 하여 사선 방향으로 균열과 파괴가 나타나게 되는데, 사선 형태의 경사연결근(32)이 사선 방향의 균열과 파괴에 효과적으로 대응하기 때문이다.

한편, 파형 절곡타입의 전단보강체(A)는 도 2에서와 같이 동일한 수직연결근(31)과 만나는 위치에서 상현근(10)과 하현근(20)만을 동시에 절곡함으로써 간단하게 완성할 수 있다. 또한, 파형 절곡타입의 전단보강체(A)에서 경사연결근(32)을 수직연결근(31)과도 접하도록 마련한다면, 상현근(10), 하현근(20), 수직연결근(31), 경사연결근(32) 상호 간에 연속성이 확보되면서 전단보강체(A)의 트러스거동을 이끌 수 있다.

도 2와 같은 파형 절곡타입의 전단보강체(A)는 슬래브에 매입되도록 슬래브 상·하부철근 사이에 수평 배근하게 되는데, 전단보강체(A)는 도 3a와 도 3b에서와 같이 전단보강체(A)의 단부를 기둥선(CL)에 일치시키거나 기둥(C) 내부에 위치시키면서 기둥(C)을 중심으로 방사형으로 뻗어나가게 배근하는 것이 바람직하다. 방사형 배근은 전단력을 효휼적으로 분산시키기 위함이다. 나아가, 다수개의 전단보강체(A) 각각은 수직 배근되는 각 기둥철근(CR)과도 방사형을 이루도록 배근하는 것이 바람직하며(도 3a 참조), 이는 기둥철근(CR)에서 전단보강체(A)로의 원활한 전단흐름이 형성하기 위함이다. 특히, 전단보강체(A)는 슬래브-기둥 접합부에서 슬래브 상·하부철근 사이에 배근하기 때문에 슬래브의 피복두께를 그대로 유지할 수 있으며, 아울러 전단보강체(A)가 자립하기 때문에 그 배근작업은 용이하게 수행할 수 있다. 즉, 슬래브하부철근을 배근한 후 전단보강체(A) 배근하고 이어 슬래브상부철근 배근하기만 하면 되는 것이다. 또한, 전단보강체(A)의 절곡폭(마루와 골 사이 거리)이 곧 전단보강체(A)의 설치폭이 되기 때문에 전단보강체의 절곡폭을 적절히 조절하면 하나의 전단보강체(A)로 그 유효범위(전단저항력을 발휘하는 범위)를 극대화할 수 있으며, 이에 따라 전단보강체(A)의 설치개수를 줄일 수 있어 전체적으로 전단보강체(A)의 배근작업을 간소화할 수 있다.

도 4는 V형 절곡타입의 전단보강체(A)를 도시하며, 도 5a와 도 5b는 도 4의 전단보강체(A)를 슬래브-기둥 접합부에 설치한 상태를 보여준다.

도 4에서 보는 바와 같이 V형 절곡타입의 전단보강체(A)는, 1본의 상현근(10); 상기 상현근(10)과 평행하게 배치되는 1본의 하현근(20); 상기 상현근(10)과 하현근(20)을 연결하는 웨브근;을 포함하여 구성되되, 전체적으로 V형을 이루도록 절곡된다는데 구성상 특징이 있다. 즉, V형 절곡타입의 전단보강체(A)는 상현근(10), 하현근(20), 웨브근을 상호 조립한 평면 상태의 조립철근을 1개의 지점에서 절곡함으로써 V형 입체로 완성된 것이다. 상기 웨브근은 상현근(10)과 하현근(20)을 사선으로 연결하는 경사근으로 마련하는 것이 웨브근에 의한 전단저항에 유리하며, 나아가 경사근은 도 4에서와 같이 연속된 파형근(33)으로 마련할 수 있다.

특히, 도 4의 전단보강체(A)는, 상기 상현근(10)과 하현근(20)을 동일한 수직선상의 위치에서 동시에 절곡하고, 아울러 웨브근을 각각의 일 단부가 수직으로 마무리된 2본의 파형근(33)으로 마련하여, 파형근의 수직단부(33a)가 상현근(10)과 하현근(20)의 절곡부위에 근접한 위치에서 상현근(10)과 하현근(20)을 수직으로 연 결하도록 배치하는 한편, 2본의 파형근(33)을 상현근(10)과 하현근(20)의 절곡부위를 중심으로 양쪽 대칭하게 배치한 형태이다. 이러한 형태는 상현근과 하현근만의 절곡으로 절곡부위를 최소화하고, 절곡부위에서 양쪽으로 균일하게 응력전달이 이루어지도록 하고, 아울러 절곡부위를 적절히 보강하기 위해 제안된 형태이다.

한편, 도 4와 같은 V형 절곡타입의 전단보강체(A)는 20~25°의 사이각이 바람직한데, 이와 같은 사이각은 하나의 전단보강체(A)에 대한 유효범위(전단저항력을 발휘하는 범위)를 극대화하면서 전단보강체(A)의 설치개수를 줄이기 위해 고려한 범위이다.

도 4와 같은 V형 절곡타입의 전단보강체(A)는 앞서 살펴본 파형 절곡타입의 전단보강체(A)와 마찬가지로 기둥(C)을 중심으로 방사형으로 배근하는 것이 바람직하다. 다만, V형 절곡타입의 전단보강체(A)는 도 5a와 도 5b에서와 같이 전단보강체(A)의 절곡부위를 수직배근된 기둥철근(CR)에 걸쳐 놓기만 하면 간편하게 방사형으로 뻗어나가게 배근할 수 있다. 특히, 전단보강체(A)를 기둥철근(CR)에 걸쳐 놓으면 전단보강체(A)는 곧 기둥철근(CR)에 구속된 상태에 있기 때문에, 완성된 슬래브-기둥 접합부는 일체성이 더욱 강화되어 강도와 연성도가 증대된다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 실시예는 본 발명의 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

도 1은 종래의 전단보강방법에 따른 슬래브와 기둥 접합부를 보여준다.

도 2는 본 발명에 따른 조립철근 절곡형 전단보강체의 일 실시예를 보여주며, 도 3a와 도 3b는 도 2의 조립철근 절곡형 전단보강체의 설치구조를 보여준다.

도 4는 본 발명에 따른 조립철근 절곡형 전단보강체의 다른 실시예를 보여주며, 도 5a와 도 5b는 도 4의 조립철근 절곡형 전단보강체의 설치구조를 보여준다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 상현근

20: 하현근

31: 수직연결근

32: 경사연결근

33: 파형근

33a: 수직단부

A: 전단보강체

C: 기둥

CL: 기둥선

CR: 기둥철근

Claims (8)

1본의 상현근(10);

상기 상현근(10)과 평행하게 배치되는 1본의 하현근(20);

상기 상현근(10)과 하현근(20)을 연결하는 웨브근;을 포함하여 구성되되,

상기 웨브근은, 다수개가 수직으로 이격하게 평행 배치되는 수직연결근(31);과, 상기 두 수직연결근(31) 사이에서 경사지게 배치되는 경사연결근(32);을 포함하여 구성된 것이고,

전체적으로 파형(波形)을 이루도록 절곡된 것임을 특징으로 하는 조립철근 절곡형 전단보강체.

제1항에서,

상기 상현근(10)과 하현근(20)이 동일한 수직연결근(31)과 만나는 위치에서 동시에 절곡됨으로써 파형을 이루게 되는 것을 특징으로 하는 조립철근 절곡형 전단보강체.

삭제

삭제

삭제

삭제

슬래브와 기둥 접합부에 전단보강체를 설치하는 구조로서,

제1항 또는 제2항의 조립철근 절곡형 전단보강체(A)를 슬래브의 상·하부철근 사이에 수평 배근하되, 전단보강체(A) 단부를 기둥선(CL)에 일치시키거나 기둥(C) 내부에 위치시키면서 전단보강체(A) 다수개를 기둥(C)에서 방사형으로 뻗어나가게 배근하는 것을 특징으로 하는 전단보강체의 설치구조.

삭제

Images