KR101128446B1 - 트러스데크 경량화 공법 - Google Patents

Abstract

1997년 국내 건축공사 현장에 처음 적용한 트러스데크는 현재 10여개 생산공장에서 공급하고 있으며 품질 면에서도 많은 발전이 있었다. 그러나 트러스데크의 하부 강판이 모두 평판이어서 재래식 일반 슬래브와 마찬가지로 슬래브의 스팬과 작용 하중이 늘어남에 따라 두께와 철근량을 늘려 대처하고 있다. 슬래브 두께를 고정한 상태에서 철근량만 늘리면 처짐이 커져서 사용성에 지장이 있다. 반면 슬래브 두께도 늘리면 자중이 동반 증가하여 보, 기둥, 기초 등에 부담을 줄 뿐만 아니라 층고를 키워야 하는 어려움이 있다.

현재 국내에서 사용하고 있는 트러스데크의 슬래브 두께는 대부분 15cm에 머물고 있으며, 적용 스팬은 대략 3～4m이다. 슬래브 스팬을 6m 정도로 늘일 수만 있다면 중간의 작은보(Sub Beam)를 생략할 수 있어서 큰 매력이 있겠지만 그러기 위해서는 트러스데크의 두께를 25～30cm로 증가시켜야 하는 어려움이 있다. 슬래브 스팬 6m는 3m의 2배이나, 휨모멘트의 차이는 4배, 처짐량의 차이는 16배가 되므로 비경제적이다. 그럼에도 불구하고 일각에서는 슬림플루어(Slim Floor)/딥데크(Deep deck), TU보/TU데크 등 비경제적인 공법을 개발하여 무리한 적용을 한다. 이를 개선하기 위하여 별도로 개선안을 특허출원 중에 있으나 그것을 현장에 적용하기까지 생산설비의 설계, 제작 기간이 2～3년이 필요하여 그동안 한시적이나마 재래식 트러스데크에 Ω형 거푸집을 추가하여 경량화 하는 방안을 제시한다.

일반 건축물의 바닥슬래브는 설계과정에서 전단내력 부족으로 두께를 키워야 하는 경우는 별로 없다. 즉, 콘크리트 두께는 여유가 있는데 인장철근과 반대편 압축 측 콘크리트와의 거리 확보를 위하여 두께를 증가시키는 것이다. 그 결과 콘크리트량이 추가되는 만큼 자중이 늘어나고 이로 인한 철근의 추가 배근과 하부 구조에의 부담 가중 등의 악순환이 계속되고 있다. 그러므로 슬래브의 외형 두께는 두껍게 하면서 실제로는 콘크리트 물량을 최소한으로 줄이는 여러 공법이 사용되고 있다. 대표적인 것은 중공슬래브, 조이스트 슬래브(Double Tee), 2방향의 와플슬래브 등이다. 그러나 이들 경량화 구조중 스판크리트를 제외하고 모두 공장 또는 현장에서 콘크리트 단면 일부를 제거하기 위한 거푸집이 필요한데 그 비용이 제거하는 콘크리트 값 보다 오히려 큰 것이 문제다. 또한 PC 구조는 토핑콘크리트를 필요로 하므로 경제성이 결여된다. 물론 얇은 강판을 성형한 것이므로 본 공법에서 제시하는 Ω형 거푸집(30)도 비용이 추가되고, 반면 그로인한 콘크리트 비용의 절감은 상대적으로 크지 않으므로 전체적인 트러스데크의 제품 단가는 다소 상승할 수 있다.

바닥 슬래브 하부에 마감을 하거나 흡음재 뿜칠을 하여야 할 경우 Ω형 거푸집은 골데크 등 굴곡이 있는 경우에 비하여 공사도 편하고 공사비도 절감되며, 평활한 천장면을 필요로 하는 고객의 요구를 만족시키는 것이 될 수 있다.

트러스데크, 삼각트러스, 경량화

Description

트러스데크 경량화 공법{Manufacturing Method of Light Weight Truss Deck}

강선트러스 하부에 얇은 강판을 부착하여 이를 거푸집 겸 철근으로 사용하는 트러스데크는 지난 12년간 국내 건축공사 현장에서 대대적으로 활용하고 있다. 그러나 트러스데크를 적용하는 바닥슬래브와 재래식 철근콘크리트 슬래브의 차이점은 강선트러스가 콘크리트 양생 전 까지 가설지주를 생략하는 기능을 가지고 있으며, 강선트러스 하부에 부착한 얇은 강판이 거푸집 역할을 하여 별도 거푸집을 조립하고 해체하는 시간을 벌 수 있다는 것을 장점으로 삼고 있다.

건축설계 과정과 시공 현장에서는 기둥과 기둥을 잇는 보만 설치하고, 그 사이에 설치하는 작은보(Sub Beam)를 생략하거나 작은보의 배치 간격을 넓히는 것을 원하고 있으나 바닥슬래브의 가능한 스팬이 한정되어 있다. 상재하중의 크기에 따라 다르기는 하지만 일반적으로 슬래브의 경제적인 스팬은 3～4m로 알려져 있다. 그 이유는 슬래브의 스팬이 길어질 경우 휨모멘트의 값이 스팬의 제곱, 처짐량은 4제곱만큼 커지기 때문이다. 예를 들면 하중이 같을 때 스팬 6m 슬래브의 휨모멘트와 처짐량은 스팬 3m 슬래브의 각각 4배, 16배라는 뜻이다. 또한 스팬이 길어지면 슬래브의 두께를 증가시켜야 하는데 두께 증가는 자중 추가로 직결되므로 "설상가상"의 어려움을 겪게 된다.

트러스데크 공장들은 두께 20cm, 25cm, 30cm 두께의 트러스데크를 생산할 수 있는 설비도 갖추고 있지만 특별한 경우를 제외하고는 대부분 두께 15cm 트러스데크가 주력 상품으로 정착되어 있다. 이런 어려움을 극복하기 위하여 제안한 공법 중에는 슬림플루어/딥데크, TU보/TU데크 등이 있다. 그러나 강판을 깊은 U형으로 성형한 딥데크나 TU데크는 내화구조 인정을 받지 못해 구조재로 활용하지 못하고 있으며, 거푸집으로만 활용하여 경제성으로는 검토의 대상이 되지 못할 정도로 비싸다. 그러므로 이를 사용함으로 인한 효용성은 공사기간 단축과 층고 절감에만 국한된다.

슬래브 두께는 키우면서도 구조 내력상 비효율적으로 사용되고 있는 콘크리트 단면을 제거하여 자중 부담을 줄이는 공법으로는 중공슬래브, 조이스트 슬래브(Double Tee Slab, 이하 DT 슬래브), 2방향 와플슬래브 등이 있다. 중공슬래브는 공사 현장에서 슬래브 단면 내에 원통형단면의 영구거푸집을 삽입하는 과정에서 거푸집 비용과 콘크리트를 부어 넣고, 부력으로 거푸집이 떠오르거나 좌우로 위치 이동을 하지 못하도록 구속하는 별도 자재와 현장 작업 비용이 부담스럽다. 또한 단면적 전체에 비하여 제거되는 중공부분 단면의 비중이 크지 않아 별로 큰 경량화 효과를 얻지 못한다.

PC 구조에서 스판크리트는 도 5b와 같이 유일하게 거푸집 없이 사출(밀어내는 방법)로 제작하여 그 자체만으로는 경제성이 있으나, PC 구조 특성상 단위 부재들 사이의 틈서리를 메우기 위하여 상부에 와이어메쉬를 깔고 이른바 토핑 (Topping) 콘크리트를 추가하여야 하므로 바닥 두께를 줄이는 효과가 반감되며 오히려 공사비가 추가되는 단점이 있다. DT 슬래브는 육교나 공장 등 일부 장스팬에 사용하며 토핑 콘크리트를 필요로 하고, 본 발명에서 목표로 하는 6m 정도의 스팬에 사용하기에는 부담스럽다. 마지막으로 와플슬래브는 일반 거푸집 위에 목욕통 같은 FRP 거푸집을 엎어놓고 남은 골 사이에 철근을 배근 후 콘크리트를 붓는 방법으로 공사 기간과 공사비 측면에서 경제성이 없다.

이를 극복하기 위한 수단으로 기존 트러스데크와 달리 3각형 강선트러스를 거꾸로 180°돌려놓고 이들을 평행하게 배열한 사이사이에 얇은 강판을 성형한 골데크를 부착하는 새로운 공법을 특허출원(초박강판리브데크와 강선트러스의 조합을 활용한 합성판 제작공법, 출원번호 10-2008-0103102) 하였으나 공장 가공기계 제작 및 설치 과정 등을 포함하여 현장에 적용하기까지는 2～3년의 기간이 필요한 상황이다.

골데크, DT 슬래브, 와플슬래브 등 슬래브 하부의 단면 일부를 도려내서 자중을 줄이는 방법들은 하부에서 상부로 올려 볼 때 천장면이 평활하지 않은 것이 장점일 수 있으나, 여전히 평활한 면을 선호하는 수요자도 있다. 본 발명은 후자로서 비록 슬래브 단면의 하부 일부가 비어있기는 하지만 실제로는 강판으로 막혀 있기 때문에 마감을 하거나 흡음재를 뿜칠하면 평판으로 인식할 수 있는 장점이 있다. 그러면서도 일부 천장 속을 활용하고자 하면 얇은 강판을 제거하여 그 빈 공간에 조명등을 삽입하는 등의 용도로 활용할 수 있다.

기존 트러스데크 제작설비를 그대로 사용하면서 간단히 부속품만 추가하여 콘크리트 사용 물량을 줄이고, 트러스데크를 경량화 할 수 있어야 한다. 또한 콘크리트를 부어넣는 동안 상기 간단한 부속품이 좌우로 위치이동하거나 부력으로 인하여 떠오르는 현상을 구속하는 별도 자재나 장치 및 부착 작업에 많은 노력이 추가되지 않아야 한다. 가능한 많은 콘크리트 단면을 제거하여 경량화 하여야 한다.

슬래브 단면 중 될수록 많은 부분을 제거하면서도 하부에서 올려다 본 형상이 평활하여야 한다. 또한 부분적으로 슬래브 단면을 절단하여 조명등을 삽입하는 등의 필요가 있을 경우, 손쉽게 그 목적을 달성할 수 있는 것이면 더욱 좋다.

도 1b, 도 2와 같이 삼각 트러스데크의 삼각트러스 래티스 발(18)과 거푸집용 강판(20) 사이에는 래티스(16)와 강판의 삼각형 용접용 돌기(22)로 인하여 벌어진 틈이 있으므로 이것을 활용하여 콘크리트 제거용 거푸집이 좌우 이동 또는 콘크리트 부력으로 떠오르는 것을 방지하는 걸침턱으로 활용한다. Ω형 거푸집(30)의 좌?우 벽(32)과 덮개는 역사다리꼴의 안정적인 형상을 이루도록 하나, 형상은 조정이 가능하다. 그러므로 Ω형 거푸집 발과 좌?우 벽은 강선트러스를 구성하는 강선의 콘크리트 피복 두께를 확보하는 한도 내에서 조정이 가능하다.

거푸집 덮개 좌?우 벽의 상단부를 연결하는 수평강판의 높이는 슬래브의 내화구조 규정으로 인정하는 최소치 10cm가 확보되도록 한다. 즉 슬래브 두께가 20cm일 때는 슬래브 콘크리트 하부면에서 덮개(31)까지 높이는 10cm, 25cm 슬래브에서 는 15cm, 30cm 슬래브는 20cm로 한다.

일반적인 중공슬래브는 단면의 중앙 부분에 원통형 영구거푸집을 삽입하는 것이므로 단면 제거 효과가 크지 않다. 또한 중앙부분의 원통형 영구거푸집이 좌?우로 이동하거나 부력으로 떠오르는 것을 방지하기위한 별도조치가 있어야 한다.

반면 Ω형 거푸집은 위 2가지 요구를 동시에 만족시킨다. 또한 슬래브 단면의 하부 일부를 제거하여 자중을 줄이는 방법은 모두가 하부에 굴곡이 있으나 본 Ω형 거푸집은 일반 트러스데크의 강판에 밀착시킨 것이므로 외관상 평판이면서도 실제 단면 내부에는 골이 있는 슬래브가 되는 장점이 있다.

기존 트러스데크 생산 설비를 그대로 사용하면서 Ω형 거푸집만 별도 제작 삽입하면 되므로 생산 설비가 큰 부담이 되지 않는다. 또한 단면 제거 효과가 크고, 바닥 하부가 평판으로 보이므로 마감재나 각종 뿜칠재의 면적 증가가 없다.

기존의 삼각 트러스데크는 한 개 상부근의 상현재(12)와 두 개 하부근의 하현재(14), 상부근과 하부근을 서로 용접 연결하는 좌우 2개조의 래티스(16)로 구성된 삼각트러스(10)와 하부의 강판(20)으로 구성되어 있다. 하부의 강판은 거푸집용으로 판 두께 0.5mm가 적용된다. 강판에는 용접용 돌기(22)가 있어 이곳에 래티스 발을 용접하여 강판 하부에 용접점 흠집이 나타나지 않도록 한다. 또한 삼각 트러스데크는 삼각트러스 3개를 단위 폭으로 구성되고, 상부에 배근한 후 콘크리트를 타설하여 슬래브로 폭 넓게 사용되고 있다.

본 발명은 도 1a와 같이 기존 삼각 트러스데크의 거푸집용 강판에 생성된 강선트러스 용접용 돌기와 강선트러스의 래티스 발(18) 사이에 있는 틈을 활용하여 Ω형 거푸집(30)을 고정하는 방법이다. Ω형 거푸집은 트러스데크의 거푸집용 강판과 동일 자재 또는 합성수지를 사용하여 두께 0.5mm 내외의 강판을 Ω형으로 성형한 것으로 높이는 삼각 트러스데크를 사용하여 시공하는 슬래브의 두께에서 10cm를 뺀 값(20cm 슬래브일 때는 10cm, 25cm 슬래브에서는 15cm, 30cm 슬래브는 20cm)으로 하여 최소한의 내화구조 규준을 충족시키지만 필요하면 내화시험을 거쳐 높이를 증가시킬 수 있다(일반 골데크에서는 슬래브의 얇은 부분 두께를 7.5cm로 하여 시험을 거쳐 내화구조로 인정받았음).

Ω형 거푸집 좌?우 벽의 상호간격은 강선트러스를 구성하는 강선의 콘크리트 피복 두께를 확보하는 한도 내에서 최대한으로 늘이면 좌우 벽의 각도는 수직이 아니라 강선트러스의 3각형 외곽 형태에 따라 역사다리꼴 형태가 된다. 트러스데크의 강선트러스 래티스 발(18)과 하부 거푸집용 강판(20) 사이에 있는 용접용 돌기(22)로 인하여 벌어진 틈에 Ω형 거푸집의 발(35)을 삽입하여 콘크리트 제거용 거푸집이 좌우로 이동 또는 콘크리트 부력으로 떠오르는 것을 방지한다.

Ω형 거푸집 발(35)을 강선트러스 래티스 발(18)밑으로 끼워 넣는 작업은 한 쪽 Ω형 거푸집 발을 강선트러스의 한 쪽 래티스 발 밑으로 끼워 넣은 상태에서 Ω형 거푸집의 나머지 발을 다른 발 쪽으로 밀어 변형시키면서 트러스데크의 거푸집 강판쪽으로 내린 후 놓아주면 쉽게 끼워지는데, 이는 Ω형 거푸집의 양쪽 측면의 벽(32)의 탄성을 이용하여 이루어지게 된다. 또한 만약 작업장에 여유 공간이 있으면 트러스데크의 한쪽에서 강선트러스와 평행방향으로 좌?우 Ω형 거푸집 발(35)을 강선트러스의 좌?우 래티스 발(18)밑에 끼워서 밀어 넣는 방법을 사용할 수도 있다.

Ω형 거푸집이 콘크리트를 부어넣는 과정에서 변형을 일으키지 않도록 강성을 높이는 수단으로 도 3a, 도 3b와 같이 Ω형 거푸집의 덮개(31)와 좌?우 벽(32) 외부에 엠보싱(33)을 조성하고 덮개와 좌?우 벽이 만나는 점에는 내부로 역엠보싱(34)을 둘 수 있다. 또한 트러스데크의 거푸집용 강판의 용접용 돌기(22)를 도 2와 같이 ㄱ형 용접용 돌기(24)로 조성하면 Ω형 거푸집 발(35)을 직접 ㄱ형 용접용 돌기에 끼울 수 있다.

Ω형 거푸집(30)의 소재와 강판두께는 다양하게 검토할 수 있다. 특히 강판에 엠보싱을 설치하면 Ω형 거푸집의 강판 두께는 0.4mm 이하로 최소화할 수 있다. Ω형 거푸집 강판은 콘크리트 타설에 의한 압력과 덧침 콘크리트 자중에 저항하면 되므로 초박판을 사용할 수 있는 것이다. 또한 Ω형 거푸집의 소재는 경제성과 작업성을 고려하여 선택할 수 있으며, 합성수지 등 다양한 소재의 적용이 가능하다.

도 1a는 기존 삼각 트러스데크에 Ω형 거푸집을 결합시켜 경량화된 트러스데크의 상세도,

도 1b는 도 1a의 부분 상세도,

도 2는 트러스데크의 용접용 돌기가 ㄱ형인 트러스데크의 부분 상세도,

도 3a ～ 도 3b는 각각 도 1a의 전체 입면도와 부분 상세 입면도,

도 4a는 트러스데크에 매립관을 적용한 중공슬래브의 단면도,

도 4b는 골데크의 단면도,

도 5a ～ 도 5b는 각각 DT슬래브와 스판크리트의 단면도 이다.

＜도면의 부호에 대한 간단한 설명＞

10 ; 삼각트러스 12 ; 상현재

14 ; 하현재 16 ; 래티스

18 ; 래티스 발 20 ; 강판

22 ; 삼각형 용접용 돌기 24 ; ㄱ형 용접용 돌기

30 ; Ω형 거푸집 31 ; 덮개

32 ; 벽 33 ; 엠보싱

34 ; 역엠보싱 35 ; Ω형 거푸집 발

Claims (4)

1. 한 개의 상부근과 두 개의 하부근, 및 상부근과 하부근을 상호 연결하는 좌우 2개 조의 강선트러스로 구성된 삼각트러스(10); 상기 삼각트러스는 상부근을 상현재(12), 하부근을 하현재(14), 상현재와 하현재를 연결하는 강선은 래티스(16)가 되고, 하부는 강판(20)으로 구성되며; 및 삼각 트러스데크 래티스의 래티스 발(18) 하부와 강판의 접촉면은 삼각형 용접용 돌기(22) 또는 ㄱ자형이 45도 회전된 형상의 ㄱ형 용접용 돌기(24)를 가지는 트러스데크 경량화 공법에 있어서,

   상기 삼각 트러스데크는 2 개의 삼각트러스 사이에 역사다리꼴의 Ω형 거푸집(30)을 설치하여 내부가 비어있는 공간으로 만들고, 상부에 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설하면 Ω형 거푸집의 내부의 중공만큼 트러스데크의 중량이 감소하고,

   Ω형 거푸집(30)은 상부 덮개면이 평행한 Ω형태의 역사다리꼴로 제작되어, 상부의 덮개(31)와 양쪽 측면의 벽(32), 하부의 Ω형 거푸집 발(35)로 구성되며, 상기 Ω형 거푸집 발은 양쪽 측면의 벽(32)의 탄성을 이용하여 삼각 트러스데크의 래티스 발밑으로 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 트러스데크 경량화 공법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   ㄱ자형이 45도 회전된 형상의 ㄱ형 용접용 돌기(24)는 ㄱ자형이 45도 회전된 형상의 방향이 래티스 발(18)의 방향인 것을 특징으로 하는 트러스데크 경량화 공법.
4. 제1항에 있어서,

   Ω형 거푸집(30)은 강판 또는 합성수지 등을 이용하여 제작하는 것을 특징으로 하는 트러스데크 경량화 공법

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