KR101175503B1

KR101175503B1 - 단차부 형태의 기계적 수직접합부를 가지는 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널에 의한 구조벽체 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101175503B1
Application number: KR1020110008594A
Authority: KR
Inventors: 오재근; 강수민; 김욱종
Original assignee: 대림산업 주식회사
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-08-20
Also published as: KR20120087418A

Abstract

본 발명은 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널을 횡방향으로 접합하여 구조벽체를 구축함에 있어서, 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널의 수직접합부에 단차부를 형성하고, 양측 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널이 단차부를 통하여 맞물린 상태에서 긴장재를 관통시켜 체결함으로써, 구조벽체에 작용하는 횡력에 대한 저항성을 향상시키고 견고한 수직접합부를 통한 일체화를 도모할 수 있는 긴장재를 이용한 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널의 수직접합부를 가지는 구조벽체와 그 시공방법에 관한 것이다.

Description

단차부 형태의 기계적 수직접합부를 가지는 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널에 의한 구조벽체 및 그 시공방법{Concrete Wall having Vertical Connection of Precast Concrete Wall Panel and Constructing Method}

본 발명은 단차부 형태의 기계적 수직접합부를 가지는 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널에 의한 구조벽체 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널을 횡방향으로 접합하여 구조벽체를 구축함에 있어서, 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널의 수직접합부에 단차부를 형성하고, 양측 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널이 단차부를 통하여 맞물린 상태에서 긴장재를 관통시켜 체결함으로써, 구조벽체에 작용하는 횡력에 대한 저항성을 향상시키고 견고한 수직접합부를 통한 일체화를 도모할 수 있는 긴장재를 이용한 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널의 수직접합부를 가지는 구조벽체와 그 시공방법에 관한 것이다.

빌딩이나 아파트와 같은 건축구조물에서, 횡력 등에 대해 저항하는 구조벽체를 구축할 때, 복수개의 프리캐스트 콘크리트 구조벽체 패널(이하, "PC 패널"이라고 약칭한다)을 일체 결합하는 구조를 이용하는 경우가 많다.

복수개의 PC 패널을 접합하여 구조벽체를 구축하게 되면 PC 패널 간에는 수직접합부와 수평접합부가 존재한다. 수평접합부는 수직하게 배치되는 PC 패널 사이에 존재하여, 접합면이 수평하게 형성되는 부분이고, 수직접합부는 횡방향을 이웃한 PC 패널 사이에 존재하여, 접합면이 수직하게 형성되는 부분이다. 즉, 수직접합부는 횡방향으로 이웃하게 배치되는 PC 패널를 서로 횡방향으로 접합할 때, 양측 PC 패널 사이에 존재하게 되는 접합부인 것이다.

이와 같이 복수개의 PC 패널의 접합으로 이루어진 구조벽체가 횡력에 대해 안정적인 거동을 하기 위해서는 복수개의 PC 패널에 존재하는 수평접합부와 수직접합부에서 충분한 구조적 성능이 확보되어야 한다. 특히, 수직접합부에는 횡력이 작용할 때 PC 패널 사이에 큰 전단력이 발생하게 되므로, 구조벽체의 성능이 제대로 발휘되기 위해서는 수직접합부가 전단력에 파괴되지 않고 충분히 저항할 수 있어야 한다.

종래에는 이와 같은 PC 패널 사이의 수직접합부를 구성함에 있어서, 현장타설 콘크리트에 의하거나 용접 철물에 의한 방법을 이용하였다. 도 1에는 2개의 PC 패널(1a, 1b)이 횡방향으로 접합되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에는 각각 도 1의 선 A-A에 따른 부분 단면도가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 종래의 수직접합부 구조는 습식접합부로서, 양측 PC 패널(1a, 1b)로부터 횡방향 철근의 단부를 외부로 돌출시켜 서로 겹치게 한 상태에서, PC 패널의 양면에 거푸집(101)을 설치한 후, 돌출된 횡방향 철근이 매립되도록 현장에서 콘크리트(106)를 타설하는 구조를 가진다. 그런데, 이러한 습식접합부의 경우, 위에서 살펴본 것처럼, 거푸집을 수직하게 설치해야 하고, PC 패널 사이에 보강용 철근을 배근해야 하며, 현장에서의 콘크리트 타설 등의 번거로운 작업이 수반되어야 하므로, 그에 따라 시공성이 저하되고 시공비용도 증가된다. 특히, 현장 타설 콘크리트의 양생 기간이 필요하므로, 복수개의 층으로 구조벽체를 구축할 때에는, 콘크리트 양생 기간만큼의 공기 지연이 발생하는 단점이 있다. 또한 거푸집을 이용한 현장 콘크리트 타설에 의하므로, 콘크리트 타설 부위의 품질 저하가 발생할 수 있고, 그에 따라 수직접합부의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 도 3에 도시된 건식 수직접합부의 경우, PC 패널 내에 매립되어 설치되어 있는 매립 철판(102)에 연결 철판(103)을 용접한 후, 다시 시멘트 페이스트 등으로 빈 공간을 채워넣는 구조로 이루어진다. 부재번호 104는 PC 패널에 배근된 보강철근(104)이다. 그런데 건식 수직접합부에서는 위와 같이 수직접합부의 구성을 위해 PC 패널 내에 고가의 매립 철판(102)을 미리 설치해두어야 하므로 경제성이 저하되며, 좁은 공간에서의 용접 작업으로 인하여 용접 품질 저하가 발생할 수 있고, 이러한 용접 품질 저하는 곧바로 수직접합부의 구조적 성능 저하로 이어지므로, 수직접합부의 성능 저하 우려가 매우 크다는 단점이 있다. 또한 용접 작업 후에 빈 공간을 현장 타설 콘크리트, 모르타르, 또는 시멘트 페이스트로 채워야 하므로, 그에 따라 시공성과 시공품질이 저하되는 등의 문제점이 발생한다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 건축구조물에서 복수개의 PC 패널을 접합하여 구조벽체를 구축함에 있어서, 횡력에 대해 구조벽체가 안정적인 거동을 하도록, 횡방향으로 이웃하는 PC 패널 사이에 존재하게 되는 수직접합부를 견고하게 형성하는 것을 목적으로 한다. 특히, 위와 같은 PC 패널 사이의 수직접합부를 구현함에 있어서, 공기를 단축시키고, 시공성을 향상시키며, 시공품질을 향상시킴으로써, 수직접합부를 통하여 PC패널이 서로 견고하게 일체화될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 횡방향으로 서로 이웃하는 제1 PC 패널과 제2 PC 패널이 횡방향으로 서로 접합되어 구축되는 건축구조물의 구조벽체로서, 제1 PC 패널의 길이방향으로 하부측에는, 횡방향 측면이 상부측에서의 횡방향 측면보다 횡방향으로 더 돌출되어 있는 하부돌출단차부가 형성되어 있고; 상기 제1 PC 패널의 횡방향 측면 형상에 대응하여, 제2 PC 패널의 길이방향으로 상부측에는, 횡방향 측면이 하부측에서의 횡방향 측면보다 횡방향으로 더 돌출되어 있는 상부돌출단차부가 형성되어 있으며; 상기 하부돌출단차부와 상부돌출단차부에는 각각 길이 방향으로 관통공이 형성되어 있고; 제1 PC 패널의 상기 하부돌출단차부 위에 제2 PC 패널의 상기 상부돌출단차부가 놓이게 되어, 제1 PC 패널과 제2 PC 패널의 횡방향 측면이 맞물리게 되며; 제1 PC 패널과 제2 PC 패널의 횡방향 측면이 서로 맞물려서 상기 하부돌출단차부와 상부돌출단차부에 각각 형성된 관통공이 서로 연통된 상태에서, 상기 관통공에 긴장재가 삽입 배치되어 긴장재에 의해 수직방향의 긴장력이 가해지는 수직접합부를 가지는 것을 특징으로 하는 구조벽체가 제공된다.

또한 본 발명에서는, 상기한 구조벽체에서 상기 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널 내에는 수직보강철근이 매립되어 있되 상기 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널의 상단부로는 수직보강철근의 상단부가 돌출되어 있고; 상기 수직보강철근의 하단부에는 철근커플러가 결합되어, 상기 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널의 하단부에는 철근커플러가 매립 구비되어 있으며; 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널 위로 복수개의 제1 및 제2 PC 패널이 차례로 적층되고, 각 층에서 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널은 하부돌출단차부와 상부돌출단차부가 맞물리는 수직접합부를 가지도록, 복수개의 층에 걸쳐 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널이 연속적으로 결합되어 구축되며; 복수개의 층에서 하층의 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널에 구비된 수직보강철근의 상단부는, 상층의 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널에 구비된 철근커플러에 삽입되어 체결됨으로써, 상층 구조벽체 및 하층 구조벽체 간에 수직보강철근이 연속되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 구조벽체가 제공된다.

이 경우, 상기 긴장재는, 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널이 적층된 복수개의 층에 걸쳐 연속되어 있으며; 상기 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널이 복수개로 적층되어 설치된 상태에서, 최상층 제2 PC 패널의 상단부에서 상기 긴장재가 긴장되어 정착됨으로써, 복수개의 층에 걸쳐 적층된 제1 PC 패널과 제2 PC 패널에 대해 긴장력이 도입되는 구조를 가질 수도 있다.

한편, 본 발명에서는, 철근의 단부를 상면으로 돌출되어 있고 긴장재가 기초부 상면으로 수직하게 연장되도록 설치되어 있도록 기초부를 형성하는 단계; 길이방향으로 하부측에는 횡방향 측면이 상부측에서의 횡방향 측면보다 횡방향으로 더 돌출되어 있는 하부돌출단차부가 형성되어 있고, 수직보강철근이 매립되어 있으며, 상기 수직보강철근의 하단부에는 철근커플러가 결합되어 매립된 상태로 구비되어 있는 제1 PC 패널을, 상기 기초부 위에 수직하게 배치하여, 상기 기초부의 상면으로 돌출된 철근 단부가 상기 철근커플러에 삽입되어 체결되도록 하고, 긴장재의 연장된 단부가 상기 하부돌출단차부에 형성된 관통공에 관통 삽입되도록 하는 단계; 상기 제1 PC 패널의 횡방향 측면 형상에 대응하여, 길이방향으로 상부측에는, 횡방향 측면이 하부측에서의 횡방향 측면보다 횡방향으로 더 돌출되어 있는 상부돌출단차부가 형성되어 있고, 수직보강철근이 매립되어 있으며, 상기 수직보강철근의 하단부에는 철근커플러가 결합되어 매립된 상태로 구비되어 있는 제2 PC 패널을, 상기 하부돌출단차부 위로 상기 상부돌출단차부가 맞물리도록 기초부 위에 수직하게 배치하여, 상기 기초부의 상면으로 돌출된 철근 단부가 상기 철근커플러에 삽입되어 체결되도록 하고 긴장재의 연장된 단부가 상기 상부돌출단차부에 형성된 관통공에 관통 삽입되도록 하는 단계; 및 상기 하부돌출단차부와 상기 상부돌출단차부를 관통한 긴장재를 긴장하여 정착함으로써, 긴장력이 도입되도록 하는 단계를 포함함으로써, 횡방향으로 서로 이웃하는 제1 PC 패널과 제2 PC 패널이 횡방향으로 서로 접합되어 건축구조물의 구조벽체가 구축되도록 하는 것을 특징으로 하는 건축구조물의 구조벽체 시공방법이 제공된다.

이러한 본 발명의 시공방법에서, 기초부 형성 단계와, 제1 PC 패널의 배치 및 긴장재 관통 단계와, 제2 PC 패널의 배치 및 긴장재 관통 단계를 수행한 후에, 추가로 상층의 제1 PC 패널 배치 및 긴장재 관통 단계와 제2 PC 패널의 배치 및 긴장재 관통 단계를 순차적으로 수행하여 복수개의 층으로 제1 PC 패널과 제2 PC 패널을 설치하되; 하층의 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널의 상단부에는 수직보강철근의 상단부가 외부로 돌출되어 있어, 상기 외부로 돌출된 수직보강철근의 상단부가 상층의 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널에 구비된 철근커플러에 삽입 결합되며; 상기 긴장재의 긴장 및 정착단계는 최상층에서의 제1 PC 패널과 제2 PC 패널의 설치가 완료된 후에 수행됨으로써 복수개의 층으로 구조벽체가 구축될 수도 있다.

본 발명에 따른 수직접합부 구조를 가지는 구조벽체는, 하나의 부재로 이루어진 통상의 RC 구조벽체와 동등하거나 그 이상의 강도와 강성을 가지고 있으면서도, 변형 능력이 크게 향상되며, 특히, 횡력의 제거시에 다시 원상복귀되는 셀프 센터링 효과가 매우 우수하다. 따라서 잔류변형이 감소하여 구조벽체의 손상이 방지될 뿐만 아니라, 내진성능이 크게 향상되며, 강진발생 지역에 매우 유용하게 적용할 수 있게 된다,

또한 수직접합부에 배치된 긴장재는 주근을 대체하여 강도 증가에 크게 기여하므로, 철근 절감 효과가 발휘된다.

더 나아가, 본 발명에서는 수평접합부와 수직접합부를 따로 시공할 필요가 없이 한 번의 시공으로 동시에 시공이 가능하므로 시공시간을 단축시킬 수 있고 시공이 간편해진다. 특히, 종래처럼 매립 철판(102)에 연결 철판(103) 등을 PC 패널에 매립 설치할 필요가 없으므로, PC 패널의 제작이 용이해지고, 그만큼 제작 단가가 줄어들어 경제성이 좋아지게 된다. 또한, 거푸집 작업 및 철근보강 작업이 필요 없으므로 시공성이 향상되며, 전체적인 품질이 향상되는 효과가 발휘된다.

도 1은 2개의 PC 패널이 횡방향으로 접합되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2 및 도 3은 각각 도 1의 선 A-A에 따른 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 본 발명에 따른 수직접합부를 가지는 구조벽체가 2개 층으로 구축되어 있는 상태를 보여주는 개략도이다.
도 5는 기초부에 제1 PC 패널이 설치된 상태에서 제2 PC 패널을 설치하는 상태를 보여주는 개략적인 조립 사시도이다.
도 6은 1층의 슬래브가 설치된 상태의 개략적인 사시도이다.
도 7은 구조벽체가 2층으로 구축되고 2층의 슬래브까지 설치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 4에 대응되는 본 발명의 또다른 실시예에 대한 개략도이다.
도 9 및 도 10은 각각 횡방향으로 3개의 PC 패널이 서로 접합되어 3층의 구조벽체를 구축하는 실시예에 대한 시공 순서에 따른 정면도이다.
도 11은 일체형 구조벽체에 대해 횡력이 작용할 때의 변형 상태를 보여주는 개략도이다.
도 12는 복수개의 PC 패널이 단순히 횡방향 측면을 접하고 있는 상태에서 횡력이 작용할 때의 변형 상태를 보여주는 개략도이다.
도 13은 단순히 현장 타설 콘크리트에 의해 복수개 층의 구조벽체를 구축한 경우(RC 벽체)와 본 발명에 따른 수직접합부를 이용하여 복수개의 PC 패널을 결합하여 구축한 복수개 층의 구조벽체에 대한 파괴시까지의 하중-변위 곡선에 대한 그래프도이다.
도 14는 단순히 현장 타설 콘크리트에 의해 복수개 층의 구조벽체를 구축한 경우, 횡력 작용시의 하중-변위 이력곡선에 대한 그래프도이다.
도 15는 본 발명에 따른 수직접합부 구조를 이용하여 복수개의 PC 패널을 결합하여 구축한 복수개 층의 구조벽체에 대한 횡력 작용시의 하중-변위 이력곡선에 대한 그래프도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 4에는 본 발명의 일 실시예로서, 본 발명에 따른 수직접합부를 가지는 구조벽체가 2개 층으로 구축되어 있는 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 4의 (a)는 정면도이고, 도 4의 (b)는 측면도이다. 본 발명의 명세서에서는 편의상 2개의 PC 패널을 모두 언급할 때에는 "PC 패널(1a, 1b)"라고 기재하고, 2개의 PC 패널 각각을 구분하여 언급할 때에는 "제1 PC 패널(1a)"와 "제2 PC 패널(1b)"라고 기재한다.

도면에 도시된 것처럼, 횡방향(PC 패널의 폭방향)으로 이웃하는 2개의 PC 패널(1a, 1b)을 본 발명에 따른 수직접합부에 의해 접합함에 있어서는 단차형상을 이용한다. 구체적으로 횡방향으로 이웃하는 2개의 PC 패널(1a, 1b) 중 제1 PC 패널(1a)의 횡방향 측면, 즉 수직접합부 측면에는 하부에 하부돌출단차부(11)가 형성되어 있다. 즉, 제1 PC 패널(1a)의 길이방향(수직방향)으로 2개의 구간으로 구분하여 하부에 위치하는 구간(하부측)의 횡방향 측면이 상부에 위치하는 구간(상부측)의 횡방향 측면보다 횡방향으로 더 돌출되어 하부돌출단차부(11)가 형성되는 것이다. 이에 대응하여, 상기 제1 PC 패널(1a)과 횡방향으로 이웃하여 접합되는 제2 PC 패널(1b)의 수직접합부 측면에는 상부측에 상부돌출단차부(12)가 형성되어 있다. 즉, 제2 PC 패널(1b)의 길이방향(수직방향)으로 상부측의 측면이 하부측의 측면보다 더 돌출되어 상부돌출단차부(12)가 형성되는 것이다. 따라서 제1 PC 패널(1a)의 상기 하부돌출단차부(11) 위에 제2 PC 패널(1b)의 상기 상부돌출단차부(12)가 놓이게 되어, 제1 PC 패널(1a)과 제2 PC 패널(1b)의 횡방향 측면이 서로 기계적으로 맞물리게 된다.

상기 하부돌출단차부(11)와 상부돌출단차부(12)에는 각각 길이 방향으로 관통공이 형성되어 있으며, 제1 PC 패널(1a)의 상기 하부돌출단차부(11) 위에 제2 PC 패널(1b)의 상기 상부돌출단차부(12)가 놓였을 때, 상기 하부돌출단차부(11)와 상부돌출단차부(12)에 각각 형성된 관통공은 서로 연통되고, 이와 같이 관통공이 연통되도록 제1 PC 패널(1a)과 제2 PC 패널(1b)의 측면이 서로 맞물린 상태에서, 상기 관통공에 긴장재(2)가 삽입된다. 즉, 본 발명에 따른 PC 패널의 수직접합부는, 양측 PC 패널의 측면에 하부돌출단차부(11)와 상부돌출단차부(12)를 각각 형성하고, 제1 PC 패널(1a)의 상기 하부돌출단차부(11) 위에 제2 PC 패널(1b)의 상기 상부돌출단차부(12)가 놓인 상태에서, 하부돌출단차부(11)와 상부돌출단차부(12)를 관통하여 긴장재(2)가 배치되어 길이방향 즉, 수직방향으로 긴장력이 도입되는 구조를 가지는 것이다.

다음에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 상기한 수직접합부를 가지도록 도 4에 도시된 것과 같은 구조벽체를 구축하는 방법 단계를 좀 더 상세히 살펴본다. 도 5 내지 도 7에 도시된 실시예는 2개의 층에 대해 수직하게 연속적으로 구조벽체를 구축하고, 긴장재는 최상층에서 긴장하는 구성을 가지고 있다.

우선 기초부(100)를 형성할 때부터 기초부(100)에 매립되어 배근되어 있는 기초부철근(110)의 단부를 기초부(100)의 상면으로 돌출되도록 한다. 그리고 수직하게 배치되는 긴장재(2)의 일단부를 기초부(100) 내에 매립하여 고정시키고 긴장재(2)의 타단부가 기초부(100) 상면으로 수직하게 연장되도록 설치한다. 상기 긴장재(2)는 강봉으로 이루어질 수도 있고 강연선으로 만들어진 스트랜드 형태일 수도 있다. 도 5 내지 도 7에서는 긴장재(2)가 편의상 스트랜드 형태로 도시되어 있다. 도 4 내지 도 7, 그리고 후술하는 도 8에서는 본 발명의 PC 패널(1a, 1b)과 기초부(100)를 도시하면서 PC 패널(1a, 1b) 내에 배근된 수직보강철근(15)과, 기초부(100)에 배근된 기초부철근(110)이, PC 패널(1a, 1b)의 두께 방향으로 2개가 나란하게 배치되는 것으로 도시하였으나, PC 패널(1a, 1b) 및 기초부(100)에 각각 배근되는 수직보강철근(15)과 기초부철근(110)은 1개만 배근될 수도 있으며, 필요에 따라서는 2개 이상이 될 수도 있다. 즉, 본 발명에 있어서 상기 수직보강철근(15)과 기초부철근(110)의 개수는 특별히 한정되지 않고 PC 패널과 기초부의 규모 등에 따라 자유롭게 변화시킬 수 있다.

본 발명에서 PC 패널의 하단부 내부에는 철근커플러(10)를 매립해둔다. 즉, 제1 PC 패널(1a)을 프리캐스트 방식으로 제작할 때, PC 패널의 하단부 내에 공지의 철근커플러(10)를 매립해두는 것이다. 이 때, 제1 PC 패널(1a) 내에 배근되는 수직보강철근(15)이 기초부철근(110)의 돌출된 단부와 서로 일직선에 위치하도록, 수직보강철근(15)과 그에 연결된 철근커플러(10)를 제1 PC 패널(1a) 내에 배치하게 된다. 후술하는 것처럼 상층의 PC 패널과의 결합을 위하여 상기 수직보강철근(15)의 상단부는 상기 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널의 상단부 외면으로 돌출되어 있다.

하부돌출단차부(11)가 형성되어 있는 제1 PC 패널(1a)을 기초부(100) 위에 세워놓는다. 그에 따라 기초부철근(110)의 돌출 단부가 제1 PC 패널(1a) 하단부의 철근커플러(10)에 끼워져 체결됨으로써, 기초부철근(110)과 PC 패널 내에 배치된 수직보강철근이 일체화된다. 그와 동시에 긴장재(2)의 타단부는 하부돌출단차부(11)에 형성된 관통공에 관통 삽입된다. 제1 PC 패널(1a)의 하단부 면과 기초부(100) 상면 사이에 존재할 수 있는 틈은 무수축 모르타르 등의 밀봉재를 이용하여 사춤함으로써 틈을 밀봉하는 것이 바람직하다.

후속하여 상부돌출단차부(12)가 형성되어 있는 제2 PC 패널(1b)을 상기 제1 PC 패널(1a)에 이웃하여 기초부(100) 상면에 올려놓는다. 도 5에는 기초부(100)에 제1 PC 패널(1a)이 설치된 상태에서 제2 PC 패널(1b)을 설치하는 상태를 보여주는 개략적인 조립 사시도가 도시되어 있다.

제1 PC 패널(1b)과 마찬가지로, 제2 PC 패널(1b)의 내부에도 수직보강철근(15)이 배근되어 있고, 그 하단에는 철근커플러(10)가 상기 수직보강철근(15)과 연결되어 배치되어 있다. 따라서 제2 PC 패널(1b)의 상부돌출단차부(12)가 제1 PC 패널(1a)의 하부돌출단차부(11) 위에 놓이게 함과 동시에 기초부(100)의 상면으로 돌출되어 있는 기초부철근(110)의 단부가 제2 PC 패널(1b) 하단부에 구비된 철근커플러(10)에 끼워져 체결되도록 하고, 그와 더불어 기초부(100)에 일단이 고정되어 하부돌출단차부(11)를 관통한 상태에 있는 긴장재(2)의 타단부를 제2 PC 패널(1b)의 상부돌출단부(12)에 관통시킨다. 제2 PC 패널(1b)의 하단부 면과 기초부(100) 상면 사이에 존재할 수 있는 틈 역시 무수축 모르타르 등의 밀봉재를 이용하여 밀봉하는 것이 바람직하다. 이와 같은 형태로 1층에 2개의 PC 패널(1a, 1b)을 배치하고 결합하여 1층의 구조벽체를 구축한다.

후속하여 상기 1층의 구조벽체의 상부에 1층의 슬래브를 시공하고, 다시 2층의 구조벽체를 구축한다. 슬래브는 현장타설 콘크리트에 의해 설치할 수도 있지만, 프리캐스트 바닥판을 이용하여 슬래브(200)를 설치할 수도 있다. 프리캐스트 바닥판을 이용하여 슬래브(200)를 설치할 경우에는, 1층의 구조벽체를 이루는 PC 패널(1a, 1b)의 상단부에 상기 슬래브(200)의 양단이 올려 놓여 지지되도록 할 수도 있고, 도 4의 (b)에 도시된 것처럼, 1층의 구조벽체를 이루는 PC 패널(1a, 1b)의 상단부 전면과 후면에 돌출되어 있는 돌출보(201)를 형성하여, 상기 슬래브(200)의 양단이 상기 돌출보(201)에 놓여져 슬래브(200) 양단의 하면이 돌출보(201)에 의해 지지되도록 구성할 수도 있다. 이와 같이 슬래브(200)의 양단이 제1 및 제2 PC 패널(1a, 1b)의 상단부에 걸쳐지도록 거치하고, 구조벽체의 상단부와 양측 슬래브(200) 사이의 공간에 무수축 모르타르나 콘크리트와 같은 채움재(4)를 타설하여 1층의 구조벽체와 슬래브(200)가 일체화되도록 한다.

도 6에는 1층의 슬래브(200)가 설치된 상태의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 이와 같이 1층의 슬래브(200)가 설치된 후에는 다시 2층의 구조벽체를 구축하는 작업을 수행한다. 즉, 앞서 PC 패널(1a, 1b)을 이용하여 1층의 구조벽체를 구축하는 것과 동일한 방법으로, 1층의 구조벽체 위에 제1 PC 패널(1a)과 제2 PC 패널(1b)을 동일한 방법으로 순차적으로 배치하고 결합하여 2층의 구조벽체를 구축하게 되는 것이다. 이 때, 1층의 구조벽체를 구축하고 있는 2개의 PC 패널(1a, 1b)의 상단부에는 수직보강철근(15)의 위쪽 단부가 상기 슬래브(200)의 상면보다 더 높게 수직하게 돌출되어 있다.

2층의 구조벽체를 구축하기 위한 PC 패널을 1층 PC 패널의 위에 놓을 때, 실질적으로 2층 구조벽체용 PC 패널의 하단은 슬래브(200) 위에 놓이게 된다. 따라서 1층 구조벽체용 PC 패널의 상단과 양측 슬래브(200) 사이의 공간에 타설된 채움재(4)가 아직 완전하게 경화되지 아니한 상태에서도 2층 구조벽체용 PC 패널을 설치할 수 있으며, 그만큼 시공기간의 단축 효과가 발휘된다.

이와 같이 2층 구조벽체용 PC 패널을 설치하게 되면, 1층에 배치된 PC 패널(1a, 1b)에 구비된 상기 수직보강철근(15)의 외부 돌출단부가 2층에 배치되는 PC 패널의 하단부에 내장되어 있는 철근커플러(10)에 끼워져 체결된다. 따라서 상층 구조벽체 및 하층 구조벽체 간에 수직보강철근(15)이 연속되는 구조를 가지게 된다. 물론 2층용 구조벽체용 PC 패널의 수직접합부에서도 하부돌출단차부와 상부돌출단차부를 긴장재(2)가 관통하게 된다.

이러한 방법에 의해 2층에도 PC 패널에 의해 2층의 구조벽체가 1층 구조벽체와 연속하여 구축되면, 긴장재(2)를 긴장하여 정착한다. 즉, 긴장된 상태의 긴장재(2)의 단부를 최상층의 PC 패널(1a, 1b)의 상단부에서 정착하여, 복층으로 배치된 PC 패널에 사이에 수직방향으로 긴장력을 도입하는 것이다. 이와 같이 긴장력이 도입된 상태에 후속하여, 앞서 1층의 슬래브(200) 설치와 동일한 방법으로 최상층 슬래브를 설치하게 된다. 도 7에는 구조벽체가 2층으로 구축되고 2층의 슬래브까지 설치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

위의 설명에서는 비록 2개의 층에 대해 구조벽체를 수직하게 연속 구축하는 것으로 설명하였지만, 2개 층 이상의 복층으로도 시공할 수 있으며, 이 경우, 앞서 설명한 PC 패널의 설치 과정을 반복하여 시공을 하게 된다.

또한 위의 실시예에서는 전층에 대해 PC 패널을 이용하여 구조벽체를 구축한 상태에서, 최상층의 PC 패널 상단부에서 긴장재(2)를 긴장하여 정착하는 것으로 설명하였으나, 각 층을 시공하면서 긴장재(2)를 긴장 정착할 수도 있다.

도 8에는 도 4에 대응되는 본 발명의 또다른 실시예에 대한 도면으로서, 도 8의 (a)는 정면도이고, 도 8의 (b)는 측면도이다. 도 8에 도시된 것처럼, 1층에서 본 발명에 따른 수직접합부를 이용하여 PC 패널을 일체 접합하여 1층 구조벽체를 구축한 상태에서, 1층의 슬래브를 시공하기 전에 긴장재(2)를 긴장 정착할 수 있다. 구체적으로는 1층의 PC 패널(1a, 1b)을 조립 설치한 후, 긴장재(2)를 긴장하여 제2 PC 패널(1b)의 상단부에서 정착한다. 이와 같이 긴장재(2)의 정착에 의해서 1층의 PC 패널(1a, 1b) 간에는 수직방향의 긴장력에 의해 일체화된 수직접합부가 형성된다.

후속하여 1층의 PC 패널(1a, 1b)의 상단에 슬래브(200)가 걸쳐지도록 배치하고, 슬래브(200)와 PC 패널(1a, 1b) 상단의 공간에는 무수축 모르타르나 콘크리트 등의 채움재(4)를 채우기 전에 2층 구조벽체용의 또다른 긴장재(2) 단부를 배치한다. 따라서 상기 채움재(4)가 채워지면 2층 구조벽체용 긴장재(2)의 하단부는 채움재(4) 속에 매립되어 고정된다. 이러한 상태에서 다시 2층의 PC 패널(1a, 1b)을 조립 설치하여 2층의 구조벽체를 구축하고, 2층 구조벽체용 긴장재(2)를 긴장하여 2층 구조벽체를 구축하고 있는 제2 PC 패널(1b)의 상단에서 정착한다. 이와 같이 긴장재(2)는 앞서 도 4 내지 도 7의 실시예처럼 최상층에서 일괄하여 긴장하여 정착할 수도 있지만, 도 8에 도시된 실시예처럼 각 층에서 긴장재를 정착할 수도 있다. 이 경우, 하층의 제1 및 제2 PC 패널(1a, 1b)을 관통하는 긴장재와, 상층의 제1 및 제2 PC 패널을 관통하는 긴장재는 그 수직 위치가 서로 어긋나 있는 것이 긴장재 설치의 용이성을 위해 바람직하다.

한편, 앞서 언급한 것처럼, 긴장재(2)로는 강연선으로 이루어진 스트랜드 이외에 강봉을 이용할 수도 있다. 이 경우, 전층에 대해 하나의 강봉을 사용할 수도 있지만, 복수개의 강봉을 커플러 장치로 연결하여 이용할 수도 있다. 이와 같이 강봉을 커플러 장치로 연결하여 사용하는 경우, 상기 커플러 장치는 각 층의 상단에서 채움재(4)가 채워지는 슬래브(200)와 PC 패널(1a, 1b) 상단의 공간에 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 도면에서는 횡방향으로 2개의 PC 패널(1a, 1b)이 본 발명에 따른 수직접합부에 의해 서로 접합되는 경우만을 도시하였으나, 한 층에 구축되는 구조벽체의 횡방향 폭이 넓을 경우에는 횡방향으로 3개 이상의 PC 패널이 본 발명에 따른 수직접합부에 의해 서로 접합될 수 있다. 즉, 한 층의 구조벽체 내에 2개 이상의 수직접합부가 존재할 수 있는 것이다.

도 9 및 도 10에는 각각 횡방향으로 3개의 PC 패널이 서로 접합되어 3층의 구조벽체를 구축하는 실시예에 대한 정면도가 시공 순서에 따라 도시되어 있다. 도면에서 편의상 좌측에서 우측으로 가면서 각각 제1 PC 패널(1a), 제2 PC 패널(1b) 및 제3 PC 패널(1c)이라고 명명한다.

3개의 PC 패널이 서로 접합되어 하층의 구조벽체를 구축하게 되는 경우, 제1 PC 패널(1a)과 제2 PC 패널(1b) 간의 수직접합부는 앞서 도 4 내지 도 8에서 살펴본 구조를 가질 수 있다. 그리고 제2 PC 패널(1b)과 제3 PC 패널(1c) 간에도 동일한 수직접합부를 가질 수 있다. 따라서 중간에 위치하는 제2 PC 패널(1b)의 경우, 횡방향으로 일측에는 상부돌출단차부가 형성되고 타측에는 하부돌출단차부가 형성되도록 제작될 수 있다.

그러나 도면에 도시된 것처럼, 제2 PC 패널(1b)의 양측 모두에 상부돌출단차부가 형성될 수도 있다. 즉, 제1 및 제3 PC 패널(1a, 1c)에는 각각 하부돌출단차부(11)가 형성되어 있고, 제2 PC 패널(1b)의 양측에는 각각 상부돌출단차부(12)가 형성될 수도 있는 것이다. 따라서 이 경우, 한 층의 구조벽체를 구축함에 있어서는, 우선 제1 및 제3 PC 패널(1a, 1c)을 설치하고, 도 9에 도시된 것처럼, 제1 PC 패널(1a)과 제3 PC 패널(1c) 사이에 제2 PC 패널(1b)을 수직하게 거치하여 결합하게 된다. 기타 기초부의 PC 패널 간의 접합, 아래층 PC 패널과 위층 PC 패널 간의 접합, 슬래브의 설치, 긴장재의 긴장, 정착 등은 앞서 설명한 것과 동일하므로 반복 설명은 생략한다.

다음에서는 이와 같은 본 발명에 따른 PC 패널의 수직접합부 구조를 가지는 구조벽체의 구조적 거동과 효과에 대해 설명한다.

도 11에는 일체형 구조벽체에 대해 횡력이 작용할 때의 변형 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있고, 도 12에는 복수개의 PC 패널이 단순히 횡방향 측면을 접하고 있는 상태에서 횡력이 작용할 때의 변형 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 도면에서 M은 휨모멘트(M)이다.

도 11 및 도 12에 도시된 것처럼, 복수개의 PC 패널이 단순히 횡방향 측면을 접하고 있는 상태에서 횡력(V₁ - V₅)이 작용하게 되면, 이웃하는 PC 패널 사이에는 전단력 FT가 작용하게 되면서 도 12와 같은 변위가 발생하게 된다. 그러나 본 발명에서는 PC 패널이 횡방향으로 하부돌출단차부(11)와 상부돌출단차부(12)의 기계적인 결합뿐만 아니라, 상기 하부돌출단차부(11) 및 상부돌출단차부(12)를 관통하여 긴장재(2)가 배치되고 수직방향으로 긴장력이 도입되어 있다. 따라서 횡력에 의해 PC 패널 사이에 작용하는 전단력은 하부돌출단차부와 상부돌출단차부 간의 기계적인 결합과, 단차부를 관통하여 배치되는 긴장재(2)의 긴장력에 의해 상쇄되어 전단력으로 인한 변위가 발생하지 않게 되며 복수개의 PC 패널들은 일체로 결합되어 하나의 구조재로서 거동하게 된다.

특히, 본 발명에 따른 수직접합부를 가지는 구조벽체의 구조적인 이점은 하중-변위 곡선 및 하중-변위 이력곡선을 통해서도 확인할 수 있다.

도 13에는 단순히 현장 타설 콘크리트에 의해 복수개 층의 구조벽체를 구축한 경우(RC 벽체)와 본 발명에 따른 수직접합부를 이용하여 복수개의 PC 패널을 결합하여 구축한 복수개 층의 구조벽체에 대한 파괴시까지의 하중-변위 곡선이 도시되어 있다. 도 13에서 사각형의 점은 일반 RC 벽체에 대한 그래프도이고, 원형의 점은 본 발명에 따른 수직접합부를 이용한 PC 패널의 구조벽체에 대한 그래프도이다. 도 13에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 구조벽체는 비록 복수개의 PC 패널의 조립으로 구성되어 있지만, 콘크리트가 일체로 타설되어 형성되는 통상의 RC 구조벽체와 동등하거나 그 이상의 강도와 강성을 보이고 있으며, 변형능력에 있어서는 크게 향상되었다. 즉, 본 발명에 따른 구조벽체는 횡력에 대해 큰 저항성능을 발휘하는 것이다.

도 14는 단순히 현장 타설 콘크리트에 의해 복수개 층의 구조벽체를 구축한 경우, 횡력 작용시의 하중-변위 이력곡선을 도시한 것이고, 도 15는 본 발명에 따른 수직접합부 구조를 이용하여 복수개의 PC 패널을 결합하여 구축한 복수개 층의 구조벽체에 대한 횡력 작용시의 하중-변위 이력곡선을 도시한 것이다.

도 14 및 도 15에 도시된 그래프를 비교해보면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 구조벽체는 셀프 센터링(self centering) 효과 즉, 작용하던 횡력이 제거되었을 때, 구조벽체가 다시 원래 상태로 복원되는 효과가 매우 우수함을 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 수직접합부 구조를 가지는 구조벽체는, 하나의 부재로 이루어진 통상의 RC 구조벽체 이상의 강도와 강성을 가지고 있으면서도, 변형 능력이 크게 향상되며, 특히, 횡력의 제거시에 다시 원상복귀되는 셀프 센터링 효과가 매우 우수하다. 따라서 잔류변형이 감소하여 구조벽체의 손상이 방지될 뿐만 아니라, 내진성능이 크게 향상되며, 강진발생 지역에 매우 유용하게 적용할 수 있게 된다,

11: 하부돌출단차부
12: 상부돌출단차부

Claims

횡방향으로 서로 이웃하는 제1 PC 패널과 제2 PC 패널이 횡방향으로 서로 접합되어 구축되는 건축구조물의 구조벽체로서,
제1 PC 패널의 길이방향으로 하부측에는, 횡방향 측면이 상부측에서의 횡방향 측면보다 횡방향으로 더 돌출되어 있는 하부돌출단차부(11)가 형성되어 있고;
상기 제1 PC 패널의 횡방향 측면 형상에 대응하여, 제2 PC 패널의 길이방향으로 상부측에는, 횡방향 측면이 하부측에서의 횡방향 측면보다 횡방향으로 더 돌출되어 있는 상부돌출단차부(12)가 형성되어 있으며;
상기 하부돌출단차부(11)와 상부돌출단차부(12)에는 각각 길이 방향으로 관통공이 형성되어 있고;
제1 PC 패널의 상기 하부돌출단차부(11) 위에 제2 PC 패널의 상기 상부돌출단차부(12)가 놓이게 되어, 제1 PC 패널과 제2 PC 패널의 횡방향 측면이 맞물리게 되며;
제1 PC 패널과 제2 PC 패널의 횡방향 측면이 서로 맞물려서 상기 하부돌출단차부(11)와 상부돌출단차부(12)에 각각 형성된 관통공이 서로 연통된 상태에서, 상기 관통공에 긴장재(2)가 삽입 배치되어 긴장재(2)에 의해 수직방향의 긴장력이 가해지는 수직접합부를 가지는 것을 특징으로 하는 구조벽체.
제1항에 있어서,
상기 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널 내에는 수직보강철근(15)이 매립되어 있되 상기 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널의 상단부로는 수직보강철근(15)의 상단부가 돌출되어 있고;
상기 수직보강철근(15)의 하단부에는 철근커플러(10)가 결합되어, 상기 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널의 하단부에는 철근커플러(10)가 매립 구비되어 있으며;
제1 PC 패널 및 제2 PC 패널 위로 복수개의 제1 및 제2 PC 패널이 차례로 적층되고, 각 층에서 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널은 하부돌출단차부(11)와 상부돌출단차부(12)가 맞물리는 수직접합부를 가지도록, 복수개의 층에 걸쳐 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널이 연속적으로 결합되어 구축되며;
복수개의 층에서 하층의 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널에 구비된 수직보강철근(15)의 상단부는, 상층의 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널에 구비된 철근커플러(10)에 삽입되어 체결됨으로써, 상층 구조벽체 및 하층 구조벽체 간에 수직보강철근(15)이 연속되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 구조벽체.
제2항에 있어서,
상기 긴장재(2)는, 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널이 적층된 복수개의 층에 걸쳐 연속되어 있으며;
상기 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널이 복수개로 적층되어 설치된 상태에서, 최상층 제2 PC 패널의 상단부에서 상기 긴장재(2)가 긴장되어 정착됨으로써, 복수개의 층에 걸쳐 적층된 제1 PC 패널과 제2 PC 패널에 대해 긴장력이 도입되는 것을 특징으로 하는 구조벽체.
철근의 단부를 상면으로 돌출되어 있고 긴장재(2)가 기초부(100) 상면으로 수직하게 연장되도록 설치되어 있도록 기초부(100)를 형성하는 단계;
길이방향으로 하부측에는 횡방향 측면이 상부측에서의 횡방향 측면보다 횡방향으로 더 돌출되어 있는 하부돌출단차부(11)가 형성되어 있고, 수직보강철근(15)이 매립되어 있으며, 상기 수직보강철근(15)의 하단부에는 철근커플러(10)가 결합되어 매립된 상태로 구비되어 있는 제1 PC 패널을, 상기 기초부(100) 위에 수직하게 배치하여, 상기 기초부(100)의 상면으로 돌출된 철근 단부가 상기 철근커플러(10)에 삽입되어 체결되도록 하고, 긴장재(2)의 연장된 단부가 상기 하부돌출단차부(11)에 형성된 관통공에 관통 삽입되도록 하는 단계;
상기 제1 PC 패널의 횡방향 측면 형상에 대응하여, 길이방향으로 상부측에는, 횡방향 측면이 하부측에서의 횡방향 측면보다 횡방향으로 더 돌출되어 있는 상부돌출단차부(12)가 형성되어 있고, 수직보강철근(15)이 매립되어 있으며, 상기 수직보강철근(15)의 하단부에는 철근커플러(10)가 결합되어 매립된 상태로 구비되어 있는 제2 PC 패널을, 상기 하부돌출단차부(11) 위로 상기 상부돌출단차부(12)가 맞물리도록 기초부(100) 위에 수직하게 배치하여, 상기 기초부(100)의 상면으로 돌출된 철근 단부가 상기 철근커플러(10)에 삽입되어 체결되도록 하고 긴장재(2)의 연장된 단부가 상기 상부돌출단차부(12)에 형성된 관통공에 관통 삽입되도록 하는 단계; 및
상기 하부돌출단차부(11)와 상기 상부돌출단차부(12)를 관통한 긴장재(2)를 긴장하여 정착함으로써, 긴장력이 도입되도록 하는 단계를 포함함으로써,
횡방향으로 서로 이웃하는 제1 PC 패널과 제2 PC 패널이 횡방향으로 서로 접합되어 건축구조물의 구조벽체가 구축되도록 하는 것을 특징으로 하는 건축구조물의 구조벽체 시공방법.
제4항에 있어서,
기초부(100) 형성 단계와, 제1 PC 패널의 배치 및 긴장재 관통 단계와, 제2 PC 패널의 배치 및 긴장재 관통 단계를 수행한 후에,
추가로 상층의 제1 PC 패널 배치 및 긴장재 관통 단계와 제2 PC 패널의 배치 및 긴장재 관통 단계를 순차적으로 수행하여 복수개의 층으로 제1 PC 패널과 제2 PC 패널을 설치하되;
하층의 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널의 상단부에는 수직보강철근(15)의 상단부가 외부로 돌출되어 있어, 상기 외부로 돌출된 수직보강철근(15)의 상단부가 상층의 제1 PC 패널 및 제2 PC 패널에 구비된 철근커플러(10)에 삽입 결합되며;
상기 긴장재(2)의 긴장 및 정착단계는 최상층에서의 제1 PC 패널과 제2 PC 패널의 설치가 완료된 후에 수행됨으로써 복수개의 층으로 구조벽체가 구축되는 것을 특징으로 하는 건축구조물의 구조벽체 시공방법.