KR100356048B1 - 유형 피에스 빔 및 이를 이용하여 구조물을 축조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하 주차장 시공에 이용되는 고하중·장스팬 구조물로서 가장 많이 활용되고 있는 PC 빔에 관한 것으로서, 구조적으로 우수하며 경제성 있는 U형 PS 빔 및 이를 이용하여 구조물을 축조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 U형 PS 빔(3)은 PC 기둥 코오벨부에 지지되는 양 단부의 깊이가 중간부의 깊이 보다 얇아 U형 PS 빔(3)의 하단부에 단이 생겨 댑(6)이 형성된 하부 플랜지(5) 및 상기 하부 플랜지(5) 양 측면에 위쪽으로 경사지게 형성된 경사 웨브(4,4')로 구성된다. 본 발명의 U형 PS 빔(3)을 이용하여 구조물을 구축하는 방법은 다수개의 PC 기둥을 설치하는 단계, 상기 PC 기둥의 상부에 다수개의 본 발명의 U형 PS 빔을 설치하는 단계, 상기 U형 PS 빔 사이에 PC 슬래브를 설치하는 단계 그리고 상기 PC 기둥, U형 PS 빔 및 PC 슬래브의 상부에 상부철근을 배근한 후 토핑(Topping) 콘크리트를 타설하는 단계로 구성된다. 본 발명의 U형 PS 빔 및 이를 이용하여 구조물을 구축하는 방법은 종래의 직사각형 PC 빔과 PC 기둥과의 결합이 종래의 단순지지에서 고정단지지가 되도록 하고, 외부하중에 의해 발생되는 정 모멘트에 의한 인장력에 대응되는 유효 압축단면적이 크도록 하여, 빔의 깊이를 현저히 줄일 수 있어 건물의 전체 층고를 감축시키고 나아가 처짐, 진동 및 균열이 개선된다.

Description

유형 피에스 빔 및 이를 이용하여 구조물을 축조하는 방법{U-shape PS beam and method for constructing structure using the same}

본 발명은 U형 PS 빔 및 이를 이용하여 구조물을 구축하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 지하 또는 지상의 기초 및 바닥판 위에 설치되는 PC 기둥(7)에 직각으로 설치되는 장스팬(Long Span) PS 빔으로서, PC 기둥(7)에 지지되는 하부 플랜지(5)의 양 단부의 깊이를 중간부의 깊이보다 얇게 형성하여 양 단부의 하단부에 기역자 형상인 댑(6)을 형성시킨 U형 단면의 PS 빔을 제작함으로서 외부하중에 의해 발생되는 정 모멘트에 의한 인장력에 대응하는 유효 압축단면적이 커지며, PC기둥 코오벨부와의 접합부가 고정단지지가 가능하게 하여 전체적으로 층고가 감축되는 것을 특징으로 하는 U형 PS 빔 및 이를 이용하여 구조물을 축조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 직사각형 PC 빔(1)은 도1A에서 도시된 바와 같이 직사각형 단면의 부재로서, 직사각형 PC 빔(1)의 양 단부의 하단부에 기역자 형상으로 파여진 댑(2)이 형성된다. 도1B에서 도시된 바와 같이 댑(2)이 형성된 종래의 직사각형 PC 빔(1)은 댑(2)을 형성시키기 위해 깊이를 줄인 'H1' 만큼 층고를 감축시키는 효과는 있지만, 종래의 직사각형 PC 빔(1)은 PC 기둥(7)에 통상 단순 지지되기 때문에 상기 종래의 직사각형 PC 빔(1)의 중앙에 최대 정 모멘트가 발생하여 이에 저항하기 위해 전체적으로 깊이가 큰 PC 빔(1)을 제작해야 하며, 댑(2)의 깊이(H2)/빔의 전체 길이의 비가 큰 경우에는 PC 빔(1)의 복부 전단균열에 의해 빔의 단부에서 내부에 설치된 PS 강선의 조기 정착파괴를 유발 할 수 있고, 결과적으로 처짐, 진동 및 균열에 대한 부재의 사용성 측면에서도 불리하다는 문제점이 있다. 또한 종래의 직사각형 PC 빔(1)의 댑(2)에 전단력에 의한 응력집중이 가해져 직사각형 PC 빔(1)의 구조적인 안정이 상기 댑(2) 부위의 전단강도에 의해 지배되기 때문에 많은 주철근, U형 스트럽, 보조철근 및 보강판이 댑 부위의 전단강도를 높이기 위해 배근 되어야 한다는 문제점이 있다.

도면에 도시되어 있지는 않으나 폭이 크고, 깊이가 얇은 와이드 빔은 상부 유효 압축단면적이 커서 층고의 감축에는 효율적이지만, PC 기둥(7)의 상부면 또는 코오벨부의 폭보다 상기 와이드 빔의 폭이 불필요하게 커서 비효율적이고, 펀칭전단균열에 의한 파괴가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 하부 플랜지 및 PC 기둥 코오벨부의 폭보다 크지 않은 폭을 가지며 상기 하부 플랜지의 양쪽 측면에 위쪽으로 경사지게 형성된 경사 웨브로 이루어진 U형 단면의 PS 빔으로 제작되어, 외부하중에 의한 정 모멘트에 의해 발생되는 인장력에 대응하는 상부 유효 압축단면적이 커져 층고를 감축할 수 있는 U형 PS 빔 및 이를 이용해 구조물을 축조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 U형 PS 빔을 PC 기둥 코오벨부에 단순지지 시키지 않고, U형 PS 빔을 PC 기둥 코오벨부에 설치시킨 후, 상기 U형 PS 빔과 PC 기둥의 상부에 토핑 콘크리트를 타설하여 일체화시킴으로서, U형 PS 빔이 PC 기둥에 고정지지 되도록 하여, U형 PS 빔의 정 모멘트를 감소시켜 전체 깊이를 줄임으로서 층고를 현저히 감축하고, 나아가 처짐, 진동 및 균열의 감축이 가능한 U형 PS 빔 및 이를 이용하여 구조물을 구축하는 방법을 제공하는 것이다.

도1A는 종래의 직사각형 PC 빔의 사시도이다.

도1B는 종래의 직사각형 PC 빔의 댑과 PC 기둥 코오벨부와의 접합부의 입면도이다.

도2A는 본 발명의 U형 PS 빔의 사시도이다.

도2B는 층고의 차이를 보이기 위한 종래의 직사각형 PC 빔, 본 발명의 U형 PS 빔, PC 기둥 및 PC 슬래브의 결합도이다.

도2C는 본 발명의 U형 PS 빔의 댑과 PC 기둥 코오벨부와의 접합부의 입면도이다.

도3A 내지 도3D는 본 발명의 U형 PS 빔을 설치하여 지하 또는 지상의 바닥판을 시공하는 방법의 구성도이다.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

1: 종래의 직사각형 PC 빔

2: 종래의 직사각형 PC 빔의 댑

3: 본 발명의 U형 PS 빔

4,4': 본 발명의 U형 PS 빔의 경사 웨브

5: 본 발명의 U형 PS 빔의 하부 플랜지

6: 본 발명의 U형 PS 빔의 댑

7: PC 기둥

8: PC 슬래브

9: 토핑 콘크리트

10,10': 중공

도면에 따라 본 발명을 설명한다.

도2A는 본 발명의 U형 PS 빔의 사시도이며, 도2B는 종래의 직사각형 PC 빔과 본 발명의 U형 PS 빔과의 비교를 통하여, 본 발명에 의해 층고가 감축할 수 있다는 것을 보이기 위한 종래의 직사각형 PC 빔, 본 발명의 U형 PS 빔, PC 기둥 및 PC 슬래브의 결합도이며 종래의 직사각형 PS 빔과의 구별을 위해 본 발명의 U형 PS 빔에는 해칭을 그려넣었다. 본 발명의 U형 PS 빔(3)은 도2A에 도시된 바와 같이 하부플랜지(5) 및 상기 하부 플랜지(5)의 양 측면에서 바깥쪽 위쪽으로 경사지게 형성된 경사 웨브(4,4')로 구성된다.

상기 하부 플랜지(5)는 PC 기둥(7)의 코오벨부에 지지되는 하부 플랜지(5) 양 단부의 하단부 깊이가 중간부의 깊이보다 얇게 형성됨으로서 양 단부에 단이 생겨댑(6)이 형성된다. 상기 하부 플랜지(5)의 내부에는 본 발명의 U형 PS 빔을 설치한 후 포스트텐션을 가할 수 있도록 PS 강선이 삽입 될 다수개의 타원형의 중공(10)이 길이방향으로 형성된다.

상기 경사 웨브(4,4')는 도2A에 도시된 바와 같이, 하부 플랜지(5)의 양쪽 측면에 좌·우 대칭으로 연속하여 위쪽으로 경사지게 형성된다. 본 발명의 U형 PS 빔을 설치한 후 포스트텐션을 가할 수 있도록 PS 강선이 삽입 될 다수개의 타원형의 중공(10')이 길이방향으로 양 경사 웨브(4,4')의 상단부에 형성되며, 경사 웨브(4.4')의 폭(W1)은 PC 기둥(7)의 코오벨부의 폭(W2)과 일치하는 것이 바람직하다. 또한 상기 하부 플랜지(5)와 양 경사 웨브(4,4')의 접합부의 안쪽에는 헌치가 형성되는 것이 바람직하다. 하부 플랜지(5) 및 양 경사 웨브(4,4')의 상부면에는 추후 타설되는 토핑 콘크리트(9)와의 결합을 위하여 다수개의 전단연결재를 연속하여 등 간격으로 설치하며 상기 전단연결재는 삼각형 또는 사각형 형상의 철근을 설치하거나 원형 또는 사각형의 홈을 파서 형성시킨다.

PS 빔의 단면을 U형 단면으로 하였기 때문에, 길이방향의 수평평면과 동일평면상에 형성되는 중심단면이 상기 하부 플랜지(5)의 대략 중간에 형성되어 외부하중에 의해 발생되는 정 모멘트에 의한 인장력에 대응하는 상부 유효압축단면적이커지므로, 동일한 인장력에 저항할 수 있는 종래의 직사각형 빔의 깊이보다 작은 깊이의 U형 PS 빔을 제작이 가능하여 층고를 도2B에 도시된 바와 같이 'H3' 만큼 감축할 수 있다. 아래 표1은 적재하중이 500 ㎏/㎠이고, PC 기둥 폭이 60㎝인 경우 본 발명의 U형 PS 빔과 종래의 직사각형 RC 빔의 소요깊이의 비교값을 실험을 통하여 나타낸 것이다. 아래 표1에서 알 수 있듯이 스팬(Span)이 길수록 본 발명의 U형 PS빔의 소요깊이가 종래의 직사각형 RC 빔보다 작아지는 바 층고(H3)가 현저하게 감축된다.

[표 1]

스팬(m)깊이(㎝)	7.5	10	12.5	15
종래의 직사각형 RC빔	50	75	90	135
본 발명의 U형 PS빔	35	35	40	50

[표 1]도2C는 본 발명의 U형 PS 빔의 댑(6)과 PC 기둥(7) 코오벨부와의 결합부의 입면도이다. 하부 플랜지(5)의 양 단부의 하단부에 단을 형성하여 전체적인 형상이 기역자 형상인 댑(6)이 형성된 U형 PS 빔이 상기 PC 기둥(7) 코오벨부에 설치된다. 상기 하부 플랜지(5) 및 경사 웨브(4,4')의 내부에는 경사 웨브(4,4') 및 하부 플랜지(5)의 길이방향으로 주근 및 PS 강선이 배근되며, 상기 경사 웨브(4,4') 및 하부 플랜지(5)의 길이방향과 직각으로 U형 스트럽 및 보조철근이 배근된다. 본 발명의 U형 PS 빔(3)과 PC 기둥(7)은 핀에 의해 단순지지 형태로 결합되지 않고, U형 PS 빔(3)을 상기 PC 기둥(7) 코오벨부에 설치시킨 후, PC기둥(7)과 U형 PS 빔(3) 상부 면에 토핑 콘크리트(9)를 타설하여 일체화된다. 따라서 상기 결합부위는 고정단으로 연속 지지되어 부 모멘트에 의해 저항할 수 있으므로 상기 하부 플랜지(5)의 중앙에 발생하는 정 모멘트가 감소되어 하부 플랜지(5)의 깊이를 감소되며 이로서 전체적인 층고도 감축된다.

도3A 내지 도3D는 본 발명의 U형 PS 빔(3)을 이용하여 구조물을 축조하는 방법의 구성도이다.

도3A는 지하 또는 지상의 기초 또는 바닥판 위에 공장에서 제작된 다수개의 PC 기둥(7)을 크레인을 이용하여 소정의 위치에 수직으로 설치하는 단계이다.

도3B는 상기 다수개의 PC 기둥(7) 코오벨부에 PC 기둥(7)과 직각으로, 공장에서 제작된 다수개의 본 발명의 U형 PS 빔(3)을 격자형으로 설치하는 단계이다. 상기 U형 PS 빔(3) 상부면에는 토핑 콘크리트와의 결합을 위하여 전단연결재가 형성될 수 있으며, PC 기둥(7) 코오벨부의 모서리에 본 발명의 U형 PS 빔의 댑(6)이 결합된다.

도3C는 상기 다수개의 U형 PS 빔(3)과 U형 PS 빔(3) 사이에 다수개의 PC 슬래브(8)를 크레인을 이용해서 연속하여 설치하는 단계이다.

도3D는 상기 다수개의 PC 기둥(7), 본 발명의 U형 PS 빔(3) 및 PC 슬래브(8)의 상부에 상부철근을 배근 한 후 토핑 콘크리트(9)를 타설하는 단계이다.

본 발명의 U형 PS 빔 및 이를 이용하여 구조물을 축조하는 방법은 고정된PC기둥 사이에 U형 PS 빔이 고정지지 되도록 설치하여 층고를 감축하고, 나아가 균열, 처짐 및 진동에 대한 부재의 사용성을 개선한다. 또한 PC 기둥 코오벨부의 폭보다 크지 않은 폭을 가진 U형 단면으로서, 하부 플랜지 및 유효 압축 단면적이 커지도록 상기 하부 플랜지에 위쪽으로 경사지게 형성된 경사 웨브로 구성되어 깊이가 얇은 PS 빔을 제작함으로서 층고가 현저하게 감축되며, 효율적이고 경제적인 단면을 가진 U형 PS 빔을 제공한다.

Claims (4)

1. 직사각형 단면이며, PC 기둥(7)에 지지되는 양 단부의 깊이가 중간부의 깊이보다 얇아 하단부에 단이 형성된 하부 플랜지(5); 및

   상기 하부 플랜지(5)의 양 측면에서 좌·우 대칭으로 바깥쪽 위쪽으로 경사지게 형성된 경사 웨브(4,4');

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 U형 PS 빔.
2. 제1항에서, 상기 양 경사 웨브(4,4')의 상부면 및 하부 플랜지(5)의 상부면에 길이방향으로, 삼각 형상의 철근 또는 사각 형상의 철근 중 어느 하나인 다수개의 전단연결재가 일정간격으로 더 설치되는 것을 특징으로 하는 U형 PS 빔.
3. 제1항에서, 양 경사 웨브(4,4') 및 하부 플랜지(5)에 포스트텐션을 가하기 위해 길이 방향으로 중공(10,10')이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 U형 PS 빔.
4. 수직으로 다수개의 PC 기둥(7)을 설치하는 단계;

   상기 PC 기둥(7)에 직각으로 다수개의 제1항의 U형 PS 빔(3)을 설치하는 단계

   상기 U형 PS 빔(3)과 U형 PS 빔(3) 사이에 다수개의 PC 슬래브(8)를 설치하는 단계; 그리고

   상기 다수개의 PC 기둥(7), U형 PS 빔(3) 및 PC 슬래브(8)의 상부에 상부철근을 배근하고, 토핑 콘크리트(9)를 타설하는 단계;

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 U형 PS 빔을 이용하여 구조물을 구축하는 방법.