KR101673287B1 - 보수, 보강 또는 리모델링시에 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 단면 내력을 증가시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보의 단부가 기둥과 같은 구조물에 모멘트 접합으로 연결된 구조에서 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 내력을 단부 보강재를 이용하여 용이하고 효과적으로 증가시키되 보와 단부 보강재가 합성단면을 이루어 단면 강성이 증대되고 중립축이 아래로 이동하며, 이에 따라 건축물의 보수, 보강 또는 리모델링에 효과적으로 이용될 수 있다.

Description

보수, 보강 또는 리모델링시에 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 단면 내력을 증가시키는 방법{Methods of increasing the sectional resisting force for negative moment acting at the end part of beam in case of repair or remodeling}

본 발명은 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 단면 내력을 보강하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 보의 단부가 기둥과 같은 구조물에 연결된 구조를 보수, 보강 또는 리모델링할 때 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 단면 내력을 단부 보강재를 이용하여 보의 하부에서 용이하고 효과적으로 증가시키고 단부 보강재와 보가 합성단면을 이룰 수 있는 보강 방법에 대한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 보강 방법에 이용되는, 단면 강성을 증대시키기 위한 단부 보강재에 대한 것이기도 하다.

일반적으로, RC보 또는 철골보 등과 같은 보가 기둥에 모멘트 접합(강 접합)을 이루는 경우, 보의 중앙에는 정모멘트가 발생하고 보의 단부에는 부모멘트가 발생한다. 도 1(a)는 철골보가 철골 기둥에 연결된 구조를 예시적으로 보여주고, 도 1(b)는 상기 구조에서 발생되는 모멘트 분포를 보여주고 있다.

도면에 나타난 바와 같이, 보의 단부에는 부모멘트가 작용하는데, 완공된 건축물을 보수 보강 또는 리모델링할 경우에 상기 부모멘트에 대한 내력을 증가시키기 위한 다양한 방안이 제안된 바 있다.

도 2는 이러한 방안 중의 하나를 보여주고 있는데, 도 2의 구조는 보 단부의 아랫면에 역T형 강재(1)를 설치하여 부모멘트 내력을 증가시킨다.

그러나, 상기 구조는 역T형 강재(1)와 철골 기둥(3)이 직접 접합되도록 용접하여야 하며, 역T형 강재(1)와 철골 기둥(3)이 만나는 부분에 응력이 집중되므로 이를 분산하기 위해서 스티프너(stiffener, 5)를 추가로 설치해야 한다는 문제점이 있다. 또한, 상기 구조는 철골 기둥(3)에만 적용될 수 있을 뿐이고 RC 기둥과 SRC 기둥에는 적용될 수 없다는 문제점이 있다.

한편, 슬래브(7)에 보강철판(도면에 미도시)을 매립하되, 보강철판의 한쪽 끝단이 철골 기둥(3)에 용접되도록 하는 구조가 제안된 바 있다. 상기 보강철판에는 스터드 볼트 등이 설치되기 때문에 슬래브(7)와 보강철판이 일체로 되어 부모멘트에 저항할 수 있다.

그러나, 건축물의 보수, 보강 또는 리모델링시에 보강철판을 슬래브(7)에 매립하기 위해서는 슬래브(7)의 일부분을 파쇄 및 제거하고 보강철판을 설치한 후 다시 콘크리트를 타설해야 한다는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 상기 파쇄 및 제거과정과 보강철판의 설치과정에서 기존에 매립된 주철근(도면에 미도시) 등과 간섭될 수도 있기 때문에 그 시공이 용이하지 않고 공사 비용이 많이 소요되기 때문에 실제로는 거의 이용되지 않고 있다.

아울러, 보 양단부의 하부에 H 형강을 설치하여 보의 지간 거리를 줄이는 방안이 제안된 바 있다. 그러나, 상기 방안은 H 형강이 보의 양단을 단순 지지하는 구조이기 때문에 단면 강성을 증가시키지 못한다는 문제점이 있다.

따라서, 현재에는 모멘트 재분배 설계를 통해서 보 중앙부의 정모멘트 내력을 보강(철판 또는 탄소 섬유시트를 설치하거나 프리스트레스 인가)하고 보 단부에 철판을 설치하여 전단 내력을 보강하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 기둥 등과 같은 구조물에 보의 단부가 강접합(모멘트 접합)으로 연결된 구조에서 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 단면 내력을 단부 보강재를 이용하여 보의 하부에서 용이하고 효과적으로 증가시키며 단부 보강재와 보가 합성단면을 이룰 수 있고 이에 따라 단면의 중립축이 하부로 이동하여 단면 강성을 증대시킬 수 있는 보강 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 내력을 보강(증가)하기 위해서 기존의 건축물을 파쇄하거나 제거할 필요가 없으므로 건축물의 보수 보강 또는 리모델링시에 안전하고 시공이 용이한 보강 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 방법에 사용되고 단면 강성을 증대시킬 수 있는 단부 보강재를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 보 단부가 연결철골(550)에 연결된 구조에서 연결판(530)이 단부 보강재(50)의 몸체(21)와 간섭하는 것을 피할 수 있는 보강 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에 따른 보강 방법은 보 단부(310)(510)의 아랫면 또는 하부에 단부 보강재(20)(20a)(30)(40)(50)를 보의 길이방향을 따라 설치한다. 단부 보강재(20)(20a)(30)(40)(50)는 상기 보와 합성단면을 이루어 단면 강성을 증가시키고 단부(310)(510)에 작용하는 부모멘트로 인해 발생한 압축력을 기둥(400)(600) 등과 같은 구조물에 전달한다.

구체적으로, 단부 보강재(20)(20a)(30)(40)(50)는 몸체(21)(31)(41)와, 몸체(21)(31)(41)의 선단에 설치된 압축력 전달판(25)(35)(45)을 구비한다. 몸체(21)(31)(41)는 보 단부(310)(510)의 아랫면 또는 하부에 결합되고, 압축력 전달판(25)(35)(45)은 상기 구조물의 표면에 고정된다. 따라서, 상기 부모멘트로 인해서 합성단면의 중립축 하부에 작용하는 압축력은 압축력 전달판(25)(35)(45)을 통해서 상기 구조물에 전달된다.

본 발명은 보 단부(310)(510)의 부모멘트 내력을 증가시키기 위해서 보, 기둥, 슬래브 등을 파쇄하거나 제거하지 않기 때문에 기존 건축물의 보수 보강 또는 리모델링에 효과적으로 이용될 수 있다.

상기 보가 철근 콘크리트보인 경우에는 보 단부(310)에 보강 철판(10)(10a)을 설치한 후, 단부 보강재를 보강 철판(10)(10a)에 용접으로 결합시킨다. 한편, 공장에서 보강 철판(10)(10a)과 단부 보강재가 일체로 만들어진 경우에는 보강 철판(10)(10a)과 단부 보강재를 한꺼번에 보 단부(310)에 설치할 수도 있다.

보강 철판(10)(10a)은 보 단부(310)의 아랫면과 양측면을 덮거나 아랫면만을 덮도록 설치될 수 있다.

보강 철판(10)(10a)에는 복수 개의 홀(hole, 11)이 형성되고, 홀(11)을 관통하여 단부(310)에 결합되는 결합부재에 의해서 보강 철판(10)(10a)이 상기 단부에 결합될 수 있다. 보강 철판(10)(10a)과 콘크리트 표면 사이에는 에폭시 수지를 그라우팅할 수도 있다.

한편, 상기 보가 철골보 또는 합성보인 경우에는 단부 보강재가 하부 플랜지(513)의 아랫면 또는 윗면에 설치될 수 있다.

상기 압축력 전달판(25)(35)(45)은 상기 구조물의 표면과 실질적으로 평행하게 설치되는 것이 바람직하다. 압축력 전달판(25)(35)(45)은 상기 구조물의 표면과 직접 접하거나 소정 간격으로 이격될 수 있는데, 압축력 전달판과 상기 표면이 소정 간격으로 이격된 경우에는 상기 압축력이 잘 전달되도록 상기 간격에 충진재(28)가 주입될 수 있다.

상기 구조물이 SRC 기둥(600)인 경우, 압축력 전달판(25)(35)(45)은 콘크리트(601)의 표면에 설치된다. 따라서, 상기 압축력은 콘크리트(601)에 전달되고, 이에 따라 단부 보강재와 대응되는 철골기둥(602)에 스티프너(도 2의 5)를 추가적으로 설치할 필요가 없다.

단부 보강재(20)(20a)(30)(40)(50)는 압축력 전달판(25)(35)(45)과 몸체(21)(31)(41)를 구비하는데, 몸체(21)(31)(41)는 'ㅗ'형 단면, 'ㅛ'형 단면, H형 단면 및, I형 단면 중 어느 하나의 단면 형상을 갖거나 강관 또는 CFT일 수 있다. 한편, 압축력 전달판(45)은 상기 기둥을 감싸도록 형성된 원형 링 또는 다각형링 또는 강관 구조를 가질 수도 있다.

몸체(21)(31)(41)의 길이는 보 길이의 1/8 ~ 1/4 인 것이 바람직하다. 몸체(21)(31)(41)의 길이가 보 길이의 1/8 보다 작은 경우에는 부모멘트 내력을 충분히 보강하기 어렵다. 그리고, 보 단부로부터 1/4을 초과하는 구간에는 일반적으로 정모멘트가 발생하므로 몸체(21)(31)(41)의 길이가 보 길이의 1/4 보다 큰 것은 바람직하지 않다.

한편, 본 발명에 따른 보강방법은, (b) 보 중앙부의 휨 내력을 보강하기 위해서 보의 길이방향을 따라 강봉 또는 강연선을 설치하고 강봉 또는 강연선에 프리스트레스를 인가(포스트 텐션)하거나 보의 길이방향을 따라 보 중앙부에 철판을 보강하는 단계;를 더 포함할 수 있는데, 상기 단계는 단부 모멘트에 대한 보강의 이전 또는 이후에 이루어질 수 있다.

본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 기둥 등과 같은 구조물에 보의 단부가 연결된 구조에서 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 단면 내력을 단부 보강재를 이용하여 보의 하부에서 용이하고 효과적으로 증가시킬 수 있다.

둘째, 단부 보강재와 보가 합성단면을 이루고 단면의 중립축이 하부로 이동함에 따라 단면 강성을 증대시킬 수 있다. 즉, 단부 보강재가 보 양단부를 단순 지지하는 것이 아니라 합성 단면을 이루고 중립축이 아래로 이동하기 때문에 단면 강성을 증대시킬 수 있다.

셋째, 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 내력을 보강(증가)하기 위해서 기존의 건축물을 파쇄하거나 제거할 필요가 없으므로 건축물의 보수 보강 또는 리모델링시에 안전하고 시공이 용이하다.
넷째, 보 단부가 연결철골(550)에 연결된 구조에서 연결판(530)이 단부 보강재(50)의 몸체(21)와 간섭하는 것을 방지할 수 있다.

도 1(a)는 종래 기술에 따라 철골보가 철골 기둥에 연결된 구조를 보여주는 도면.
도 1(b)는 도 1(a)의 철골보에 발생하는 모멘트 분포를 보여주는 도면.
도 2는 종래 기술에 따라 철골보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 내력을 보강하기 위한 구조를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 사용되는 단부 보강재와 보강 철판을 보여주는 분해 사시도.
도 4는 도 3의 A-A' 단면도.
도 5는 도 3의 단부 보강재와 보강 철판을 이용하여 철근 콘크리트보의 단부를 보강하는 구조를 보여주는 도면.
도 6은 도 5의 B 부분을 확대한 도면.
도 7은 본 발명에 따라 철근 콘크리트보의 단부를 보강하는 또 다른 구조를 보여주는 도면.
도 8은 도 7의 C 부분을 확대한 도면.
도 9는 도 3의 단부 보강재를 이용하여 철골보의 단부를 보강하는 구조를 보여주는 도면.
도 10은 단부 보강재의 또 다른 변형예가 철골보에 설치된 구조를 보여주는 도면.
도 11은 도 10의 단부 보강재와 철골보의 관계를 보여주는 분해 사시도.
도 12는 도 11의 D-D' 단면도.
도 13은 단부 보강재의 또 다른 변형예를 보여주는 분해 사시도.
도 14는 단부 보강재의 또 다른 변형예를 보여주는 사시도.
도 15는 도 14의 단부 보강재와 보강 철판을 이용하여 철근 콘크리트보의 단부를 보강하는 구조를 보여주는 도면.
도 16a는 단부 보강재의 또 다른 변형예를 보여주는 정면도.
도 16b는 도 16a의 E-E' 단면도.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명에 사용되는 단부 보강재와 보강 철판을 보여주는 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A' 단면도이며, 도 5는 상기 단부 보강재와 보강 철판을 이용하여 철근 콘크리트보의 단부를 보강하는 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다. 상기 철근 콘크리트보는 RC보 또는 PC보 등일 수 있다.

본 발명에 따른 보강 방법은 보강철판(10)과 단부 보강재(20)를 공장에서 제작ㆍ준비하는 단계와, 보강철판(10)이 설치될 부분(보의 단부)과 압축력 전달판(25)이 설치될 부분(RC 기둥의 측면)에 부착된 이물질 등을 제거하는 단계와, 보강철판(10)을 보 단부(310)에 설치하는 단계와, 단부 보강재(20)를 보강철판(10)에 결합시키는 단계와, 압축력 전달판(25)을 RC 기둥(400)에 결합시키는 단계와, 그라우팅하는 단계 및, 도장 및 내화피복을 하는 단계를 포함한다. 아래에서는 상기 과정을 순차적으로 설명하기로 한다.

먼저, 보강철판(10)과 단부 보강재(20)를 공장에서 제작ㆍ준비한다.

보강철판(10)은 소정 두께의 철판으로 만들어지는데, 상기 소정 두께는 철근 콘크리트보로부터 전달되는 부모멘트의 전달과 전단응력 등으로 인해 파손되지 않고 단부 보강재(20)와 용접 등으로 결합될 수 있는 정도의 두께를 의미한다. 한편, 본 명세서에서 '~~ 철판'은 철로 만들어진 판'만'을 의미하는 것은 아니고 철과 대등하거나 그 이상의 강성, 강도 등을 가진 다른 재료로 만들어진 평판도 포함하는 의미로 사용된다.

보강철판(10)은 '

'의 횡단면을 갖고, 보 단부(310)를 덮을 수 있는 정도의 길이를 갖는다. 따라서, 단부 보강재(20)의 결합에 필요한 보강철판(10)은 보의 중앙부에는 요구되지 않는다(다만, 보 중앙부에 작용하는 정모멘트에 대한 내력을 증가시키기 위해서 철판이 보 중앙부에 설치될 수는 있다).

보강철판(10)은 '

'의 횡단면을 갖고, 이에 따라 보 단부(310)의 아랫면과 양측면을 덮는다. 한편, 경우에 따라서는 보강철판(10)의 상단이 수평방향으로 소정 길이만큼 연장되도록 형성되어 슬래브의 아랫면을 덮을 수도 있다(즉, 보강철판이 '

'와 같은 횡단면 형상을 가질 수도 있음).

보강철판(10)에는 복수 개의 홀(11)이 보강철판(10)을 관통하도록 형성되어 있는데, 결합부재(도면에 미도시)가 홀(11)을 관통하여 단부(310)에 결합됨으로써 보강 철판(10)이 단부(310)에 결합될 수 있다.

단부 보강재(20)는 몸체(21)와, 몸체(21)의 선단에 결합된 압축력 전달판(25)을 구비한다. 몸체(21)는 보강철판(10)과 동일한 길이(보의 길이방향 길이)를 갖거나 보강철판(10) 보다 짧은 길이를 갖는다.

몸체(21)는 철근 콘크리트보로부터 전달되는 압축력을 압축력 전달판(25)으로 잘 전달할 수 있는 구조이면 다양한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 몸체(21)는, 도면에 나타난 바와 같이, 역 T형 단면('ㅗ'형 단면)을 가질 수도 있지만, 'ㅛ'형 단면, H형 단면 및, I형 단면 중 어느 하나를 가질 수도 있고, 강관이나 CFT(concrete filled tube)일 수도 있다.

몸체(21)의 길이는 보 길이의 1/8 ~ 1/4 인 것이 바람직하다. 몸체(21)의 길이가 보 길이의 1/8 보다 작은 경우에는 부모멘트 내력을 충분히 보강하기 어렵다. 그리고, 보 단부로부터 1/4을 초과하는 구간에는 일반적으로 정모멘트가 발생하므로 몸체(21)의 길이가 보 길이의 1/4 보다 큰 것은 바람직하지 않다.

압축력 전달판(25)은 몸체(21)의 선단에 결합되어 몸체(21)를 통해서 전달된 압축력을 RC 기둥(400)의 표면에 전달한다. 즉, 압축력 전달판(25)은 상기 부모멘트로 인해서 합성단면(보와 단부 보강재(20)의 합성단면)의 중립축 하부에 작용하는 압축력을 기둥에 전달한다. 이를 위해, 압축력 전달판(25)은 RC 기둥(400)의 표면과 평행을 이룰 수 있는 평판인 것이 바람직하다.

압축력 전달판(25)에는 관통공(26)이 형성될 수 있는데, 관통공(26)에는 결합수단(도면에 미도시)이 설치된다. 관통공(26)은 필요에 따라 형성되는 것으로서, 압축력 전달판(25)에는 관통공(26)이 없을 수도 있다.

한편, 보강철판(10)과 단부 보강재(20)는 공장에서 각각 별도로 제작한 후, 공사 현장에서 보강철판(10)을 보 단부(310)에 설치한 다음 단부 보강재(20)를 보강철판(10)에 결합시킬 수도 있지만, 공장에서 각각 별도로 제작한 보강철판(10)과 단부 보강재(20)를 공사 현장에서 서로 결합시킨 후 한꺼번에 보 단부(310)에 설치할 수도 있고, 공장에서 보강철판(10)과 단부 보강재(20)를 일체로 제작한 후 공사 현장에서 한꺼번에 보 단부(310)에 설치할 수도 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 보강철판(10)과 단부 보강재(20)의 제작ㆍ준비가 완료되면 보강철판(10)과 단부 보강재(20)를 공사 현장으로 운반한 후 설치하는데, 상기 설치에 앞서서 보강철판(10)이 설치될 부분(즉, 보 단부의 아랫면과 양측면)과 압축력 전달판(25)이 설치될 부분(즉, RC 기둥의 측면)에 부착되거나 묻어 있는 이물질 또는 불순물을 제거하는 것이 바람직하다.

상기 제거가 완료되면, 보강철판(10)을 보 단부(310)에 설치한다. 상술한 바와 같이, 보강철판(10)은 '

'의 횡단면을 갖고, 보 단부(310)의 아랫면과 양측면을 덮도록 설치된다. 보강철판(10)은 보 단부(310)에 직접 접촉되도록 설치될 수도 있지만, 보의 표면과 보강 철판(10) 사이에 소정 간격, 바람직하게는 대략 3mm ~ 5mm의 간격이 형성되도록 하는 것이 바람직한데, 이 점에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.

보강철판(10)은 결합부재(도면에 미도시) 예를 들어, 앵커볼트 등에 의해서 보 단부(310)에 결합된다. 구체적으로, 보강철판(10)을 지지대(도면에 미도시)에 올려 놓아서 보강철판(10)이 보 단부(310)에 밀착되도록 하거나 작업자가 보강철판(10)을 잡고 보 단부(310)에 밀착시키되, 보강철판(10)과 콘크리트 사이의 간격이 대략 3mm ~ 5mm 정도 되도록 한 후, 홀(11)과 대응되는 지점을 표시하고 보강철판(10)을 제거한 다음, 상기 지점을 천공하여 앵커홀(도면에 미도시)을 천공한다. 이어서, 보강철판(10)을 지지대(도면에 미도시)에 올려 놓아서 보강철판(10)이 보 단부(310)에 밀착되도록 하거나 작업자가 보강철판(10)을 잡고 보 단부(310)에 밀착시키되, 보강철판(10)과 콘크리트 사이의 간격이 대략 3mm ~ 5mm 정도 되도록 한 후, 각각의 홀(11)에 결합부재(예를 들어, 앵커볼트)를 설치함으로써 보강철판(10)을 보 단부(310)에 결합시킨다.

보강철판(10)의 설치가 완료되면, 도 5와 도 6에 나타난 바와 같이 관통공(26)과 대응되는 RC기둥(400)에 천공을 하여 앵커홀(410)을 형성한 후, 몸체(21)를 보의 길이방향을 따라 보강철판(10)에 결합시킨다. 이어서, 관통공(26)과 앵커홀(410)에 결합수단(앵커볼트 등)을 설치하여 압축력 전달판(25)을 RC 기둥(400)에 고정시킨다.

몸체(21)와 보강철판(10)의 결합은 용접 등으로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 도면과 같이 몸체(21)가 역 T형 단면('ㅗ'형 단면)을 가지는 경우에는 몸체(21)의 상단을 보강철판(10)에 용접시킨다.

이 때, 압축력 전달판(25)이 RC 기둥(400)의 표면에 직접 접촉되도록 단부 보강재(20)를 설치할 수도 있지만, 압축력 전달판(25)과 RC 기둥(400) 사이에 소정 간격이 형성되도록 한 후 상기 간격에 충진재(28)를 주입하는 것이 바람직한데, 이 점에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 몸체(21)와 압축력 전달판(25)이 공장에서 서로 분리되어 제작된 경우에는 공사 현장에서 RC기둥(400)에 앵커홀(410)을 형성하고 결합수단(앵커볼트 등)을 이용하여 압축력 전달판(25)을 RC기둥(400)에 결합시킨 후 몸체(21)를 보강철판(10)에 결합시키고, 이어서 몸체(21)와 압축력 전달판(25)을 결합시킨 다음 충진재(28)를 주입한다.

단부 보강재(20)의 설치가 완료되면 그라우팅을 실시한다. 구체적으로, 보강철판(10)과 콘크리트 표면 사이의 간격(상술한 바와 같이, 대략 3mm ~ 5mm의 간격)에 에폭시 수지(도면에 미도시)를 주입하여 상기 간격을 메운다. 에폭시 수지를 주입하는 것은 보강철판(10)과 보 단부(310)가 일체로 거동하도록 함으로써 응력전달이 잘 이루어지도록 하기 위함이다.

아울러, 압축력 전달판(25)과 RC 기둥(400) 사이에 충진재(28)를 주입한다. 충진재(28)는 압축력 전달판(25)과 RC 기둥(400) 사이의 틈을 없앰으로써 압축력이 잘 전달되도록 한다.

충진재(28)로는 에폭시 수지, 무수축 모르타르 등이 사용될 수 있다. 충진재(28)로서 에폭시 수지(28)를 사용하는 경우에는 상기 간격이 대략 3mm ~ 10mm 정도인 것이 바람직하고, 충진재(28)로서 무수축 모르타르를 사용하는 경우에는 상기 간격이 대략 30mm ~ 50mm 정도인 것이 바람직하다.

위와 같이, 본 발명에서는 단부 보강재(20)와 보강철판(10)이 보 단부(310)에 결합되면 단부 보강재(20)와 보강철판(10) 및 보가 합성단면을 이루고, 이에 따라 중립축이 하부로 이동하여 단면 강성이 증대되는 효과를 나타낸다. 이에 비해서, H형강 또는 헌치 등이 보 양단부의 하부를 단순 지지하는 구조는 이러한 단면 강성 증대 효과가 없다.

상기 그라우팅이 완료되면 보강철판(10)과 단부 보강재(20)에 도장을 하고 이어서 내화 피복을 한다. 한편, 공장에서 이미 도장이 일부 또는 전부 이루어진 경우에는 현장 작업을 일부 또는 전부 생략할 수 있다.

위와 같이 시공된 단부 보강재(20)는 보를 통해서 전달된 압축력(부모멘트로 인해서 보 단부의 하부에 발생한 압축력)을 압축력 전달판(25)을 통해서 철근 콘크리트보의 표면에 전달하기 때문에 부모멘트 내력을 증가시킨다.

그리고, 단부 보강재(20)와 보강철판(10)을 설치하기 위해서 보와 기둥에 작은 앵커홀을 천공하는 것을 제외하면 보와 기둥 및 슬래브 등을 파쇄 또는 제거하는 공정이 전혀 없기 때문에 기존 건축물의 보수 보강 또는 리모델링이 간단하고 쉽게 이루어질 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명에 따라 철근 콘크리트보의 단부를 보강하는 또 다른 구조를 보여주는 도면이고, 도 8은 도 7의 C 부분을 확대한 도면이다. 도 7과 도 8의 참조부호 중에서 도 1 내지 도 6의 참조부호와 동일한 것은 동일한 구성요소를 나타낸다.

상기 구조는 보강철판(10a)이 평평한 철판이라는 점을 제외하면 도 5의 구조와 동일하다. 즉, 보강철판(10a)은 보 단부(310)의 아랫면을 덮고 양측면을 덮지는 않는다. 따라서, 상기 구조를 위한 보강 방법은 상술한 보강 방법과 동일하다. 그리고, 단부 보강재(20)와 보강철판(10a)이 보 단부(310)에 결합되면 단부 보강재(20)와 보강철판(10a) 및 보는 합성단면을 이루고 중립축이 하부로 이동하며, 이에 따라 단면 강성이 증대되는 것도 상술한 바와 동일하다.

도 9는 도 3의 단부 보강재를 이용하여 철골보의 단부를 보강하는 구조를 보여주는 도면이다.

도면에 나타난 바와 같이, 상기 철골보는 상,하부 플랜지(511)(513)와 웨브(512)로 이루어지고 SRC 기둥(600)의 철골기둥(602)에 강접합된다. SRC 기둥(600)은 철골기둥(602)과, 철골기둥(602)의 둘레에 형성된 콘크리트(601) 및, 각종 철근(도면에 미도시) 등으로 이루어진다.

단부 보강재(20)는 상술한 단부 보강재(20)와 그 구성이 동일하다. 그리고, 단부 보강재(20)의 몸체(21)는 하부 플랜지(513)에 직접 결합되고, 이에 따라, 보강철판(10)은 필요하지 않다.

단부 보강재(20)가 하부 플랜지(513)에 결합되면 단부 보강재(20)와 보는 합성단면을 이루고 중립축이 아래로 이동하여 단면 강성이 증대된다.

아울러, 압축력 전달판(25)은 SRC 기둥(600)의 콘크리트(601) 표면에 압축력을 전달하도록 설치된다. 압축력 전달판(25)과 상기 표면은 직접 서로 접하거나 소정 간격이 생기도록 설치될 수 있는데, 상기 간격의 길이 및 상기 간격에 주입되는 충진재(28, 예를 들어, 에폭시, 무수축 모르타르 등)는 상술한 바와 동일하다.

상기 철골보의 보강 방법은 단부 보강재(20)를 공장에서 제작ㆍ준비하는 단계와, 몸체(21)와 용접될 부분(하부 플랜지의 아랫면)과 압축력 전달판(25)이 설치될 부분(SRC 기둥의 콘크리트 표면)에 부착된 이물질 등을 제거하는 단계와, 몸체(21)를 하부 플랜지(513)에 결합시키는 단계와, 압축력 전달판(25)을 SRC 기둥(600)에 결합시키는 단계와, 그라우팅하는 단계 및, 도장 및 내화피복을 하는 단계를 포함한다. 이러한 보강 방법은 상술한 보강 방법을 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이므로 반복을 피하기 위해서 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.

그리고, 철골보의 보강 방법은 합성보에도 그대로 적용될 수 있는데, 이러한 점은 본 명세서를 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 철골보의 보강방법은 압축력 전달판(25)을 고정시키기 위해서 콘크리트(601)에 작은 앵커홀(410)을 천공하는 것을 제외하면 보와 기둥 및 슬래브 등을 파쇄 또는 제거하는 공정이 전혀 없기 때문에 기존 건축물의 보수 보강 또는 리모델링이 간단하고 쉽게 이루어질 수 있다.

아울러, 압축력 전달판(25)이 SRC 기둥의 콘크리트(601)에 압축력을 전달하기 때문에 단부 보강재(20)와 대응되는 철골 기둥에 스티프너(도 2의 5)를 설치하지 않아도 되고, 이에 따라 콘크리트(601) 타설에 지장을 줄 수 있는 스티프너의 개수가 줄어들기 때문에 SRC 기둥의 제작이 쉬워지고 그 생산단가도 낮아질 수 있다.

한편, 도 10 내지 도 12는 철골보를 보강하는 또 다른 방법을 보여준다. 상기 보강 방법은 하부 플랜지(513)의 윗면에 설치되는 단부 보강재(30)를 이용한다. 상술한 바와 같이, 철골보의 단부(510)가 기둥과 같은 구조물에 강접합된 경우 철골보의 단부(510)에는 부모멘트가 발생하고 이에 따라 철골보 단부의 하부에는 압축력이 작용하게 되는데, 단부 보강재(30)는 하부 플랜지(513)의 윗면에 설치되어 압축력을 SRC 기둥의 콘크리트(601)에 전달한다.

단부 보강재(30)는 웨브(512)의 양쪽에 각각 설치되는데, 몸체(31)와 압축력 전달판(35)을 구비한다.

몸체(31)는 보의 길이방향을 따라 길게 형성된 구조를 갖는데, 하부 플랜지(513)의 윗면에 용접 등으로 결합될 수 있다.

몸체(31)는 'ㄱ'형상의 단면을 가지고 웨브(512) 및 하부 플랜지(513)의 윗면에 결합된다. 하지만, 하부 플랜지(513)에 작용하는 압축력을 압축력 전달판(35)에 잘 전달할 수 있다면 몸체(31)는 다양한 구조를 가질 수 있는데, 예를 들어, 'ㅜ'형 단면, 'ㅗ'형 단면, 'ㅠ'형 단면, 'ㅛ'형 단면, H형 단면 및, I형 단면 중 어느 하나의 단면 형상을 갖거나 강관 또는 CFT일 수도 있다.

그리고, 몸체(31)의 후단에는 덮개(38)가 설치될 수 있다. 덮개(38)는 이물질, 물 등이 몸체 내부로 유입되는 것을 방지한다.

압축력 전달판(35)은 몸체(31)의 선단에 설치되고, 몸체(31)로부터 전달된 압축력을 SRC 기둥의 콘크리트(601)에 전달한다.

단부 보강재(30)가 하부 플랜지(513)에 결합되면 단부 보강재(30)와 보는 합성단면을 이루고 중립축이 아래로 이동하여 단면 강성이 증대된다.

상기 철골보의 보강 방법은 단부 보강재(30)를 공장에서 제작ㆍ준비하는 단계와, 몸체(31)와 용접될 부분(하부 플랜지의 윗면과 웨브)과 압축력 전달판(35)이 설치될 부분(SRC 기둥의 콘크리트 표면)에 부착된 이물질 등을 제거하는 단계와, 몸체(31)를 하부 플랜지(513)의 윗면과 웨브에 결합(용접)시키는 단계와, 그라우팅하는 단계 및, 도장 및 내화피복을 하는 단계를 포함한다. 이러한 보강 방법은 상술한 보강 방법을 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이므로 반복을 피하기 위해서 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.

상기 보강방법은 도 9의 보강방법과 동일한 효과를 가진다. 특히, 상기 보강방법은 단부 보강재(30)가 하부 플랜지(513)의 윗면에 설치되기 때문에 철골보 아래의 설비 공간의 간섭을 피할 수 있고 층고 확보 및 미관상으로 유리하다.

도 13은 본 발명에 사용될 수 있는 단부 보강재의 또 다른 변형예를 보여준다.

도면에 나타난 바와 같이, 단부 보강재(40)는 몸체(41)와, 몸체(41)의 선단에 설치된 압축력 전달판(45)을 구비한다.

압축력 전달판(45)은 RC 기둥 또는 SRC 기둥의 콘크리트 표면을 감싸도록 형성된 링이다. 이러한 링 구조의 압축력 전달판(45)은 압축력을 보다 넓게 분산시켜 전달하는 효과와 기둥 콘크리트를 구속하는 효과를 갖는다. 아울러, 내진 설계시 인장력에 의해 압축력 전달판(45)이 기둥으로부터 이격되는 것을 방지하는 효과를 가진다.

한편, 도면에는 정사각형 링이 도시되어 있으나, 압축력 전달판(45)은 원형 링, 다각형 링, 강관 등으로 이루어질 수도 있다.

압축력 전달판(45)에는 다수 개의 관통공(46)이 형성될 수 있다. 관통공(46)을 관통하도록 결합수단(앵커볼트 등, 도면에 미도시)이 설치됨으로써 압축력 전달판(45)이 RC 기둥 또는 SRC 기둥의 콘크리트에 고정될 수 있다.

단부 보강재(40)가 보에 결합되면 단부 보강재(40)와 보는 합성단면을 이루고, 이에 따라 단면 강성이 증대된다.

도 14는 본 발명에 사용될 수 있는 단부 보강재의 또 다른 변형예를 보여주고, 도 15는 철골보의 단부에 상기 단부 보강재가 설치된 구조를 보여준다.

도면에 나타난 바와 같이, 단부 보강재(50)는 몸체(21)와, 몸체(21)의 선단에 설치된 압축력 전달판(25) 및, 몸체(21)의 상단에 형성된 절개부(52)를 구비한다. 상술한 단부 보강재(20)와 비교하여, 단부 보강재(50)는 절개부(52)를 갖는다는 차이가 있다.

상술한 바와 같이, 단부 보강재(50)가 보에 결합되면 단부 보강재(20)와 보는 합성단면을 이루고 중립축이 하부로 이동하여 단면 강성이 증대된다.

상기 절개부(52)는, 도 15에 나타난 바와 같이, 연결판(530)을 위한 공간을 제공한다. 알려진 바와 같이, 공장에서 기둥을 제작할 때, 철골 기둥(602)에 연결 철골(550)을 결합하기도 하는데, 공사 현장에서는 연결철골(550)과 철골보를 연결판(530)(532)과 볼트(도면에 미도시) 등을 이용하여 서로 결합한다. 이 때, 연결판(530)과 몸체(21)의 간섭을 피하기 위해서 몸체(21)의 상단에 절개부(52)를 형성한 것이다.

도 15는 단부 보강재(50)가 철골보를 보강하기 위해서 사용된 것을 보여주고 있으나, 단부 보강재(50)는 합성보를 보강하기 위해서도 사용될 수 있는데, 이러한 점은 당업자에게 자명할 것이다.

한편, 도 16a는 단부 보강재의 또 다른 변형예를 보여주는 정면도이고, 도 16b는 도 16a의 E-E' 단면도이다. 도 16a, 16b의 도면 참조부호 중에서 도 1 내지 도 15의 도면 참조부호와 동일한 것은 동일한 구성요소를 나타낸다.

상기 단부 보강재(20a)는, 단부 보강재(20)와 비교하여, 압축력 전달판(25)이 몸체(21) 보다 아래로 더 연장되고, 몸체(21)의 아랫면에 보강리브(29)가 설치된다. 단부 보강재(20a)는 압축력 전달판(25)의 면적이 더 넓기 때문에 압축력을 보다 넓은 면적에 전달할 수 있다. 그리고, 압축력 전달판(25)의 하부에도 관통공(26)이 형성될 수 있다.

이상에서는 철근 콘크리트보(RC보 또는 PC보)가 RC 기둥(400)에 연결되는 경우 및, 철골보 또는 합성보가 SRC 기둥(600)에 연결되는 경우만을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 기술적 사상은 보의 단부가 다른 구조물(벽체, 다른 보 등)에 강접합되어 보의 단부에 부모멘트가 발생되는 경우에도 적용될 수 있는데, 이러한 점은 본 명세서를 참조한 당업자가 자명하게 알 수 있을 것이다.

또한, 보 단부를 위와 같이 보강하는 것과 함께, 보 중앙부의 휨 내력을 보강하기 위해서 보의 길이방향을 따라 강봉 또는 강연선을 설치하고 강봉 또는 강연선에 프리스트레스를 인가(포스트텐션)하거나 보의 길이방향을 따라 보 중앙부에 철판을 보강할 수도 있다. 상기 프리스트레스를 인가하는 구성은 대한민국 특허등록 제581981호, 제560725호 등에 그 구성이 개시되어 있고 상기 철판을 보강하는 구성은 대한민국 등록특허 제1400449호 등에 그 구성이 개시되어 있으므로 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.

10, 10a : 보강철판 11 : 홀(hole)
20, 20a, 30, 40, 50 : 단부 보강재
21, 31, 41 : 몸체 25, 35, 45 : 압축력 전달판
26, 36, 46 : 관통공 28 : 충진재
29 : 보강 리브 38 : 덮개
52 : 절개부 55 : 거싯 플레이트
310 : 철근 콘크리트보의 단부 400 : RC 기둥
410 : 앵커홀 510 : 철골보의 단부
511 : 상부 플랜지 512 : 웨브
513 : 하부 플랜지 530, 532 : 연결판
550 : 연결철골 600 : SRC 기둥
601 : SRC 기둥의 콘크리트 602 : SRC 기둥의 철골기둥

Claims (10)

1. 기존 건축물의 보수, 보강 또는 리모델링시에 사용되고, 철골보 또는 합성보의 단부가 기둥의 연결철골(550)과 연결되는 구조에서 상기 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 단면의 내력을 보강하는 방법으로서,
   (a) 상기 보의 길이방향을 따라 보 단부에 설치되도록 소정 길이를 갖는 몸체(21)와, 몸체(21)의 선단에 결합된 압축력 전달판(25)을 구비하고, 상기 몸체(21)의 상단에는 절개부(52)가 형성된 단부 보강재(50)를 준비하는 단계;
   (b) 상기 보와 연결철골(550)을 연결하는 연결판(530)이 절개부(52)에 삽입되고 압축력 전달판(25)이 기둥과 소정 간격으로 이격되도록 단부 보강재(50)를 설치하는 단계; 및
   (c) 상기 기둥과 압축력 전달판(25) 사이에 충진재(28)를 주입하여 압축력이 기둥으로 잘 전달되도록 하는 단계;를 포함하며,
   연결철골(550)은 기둥에 수직으로 설치된 철골이고,
   연결판(530)은 보와 연결철골(550)을 연결하도록 보와 연결철골(550)의 하부 플랜지에 설치되고, 연결판(530)이 절개부(52)에 삽입되는 것에 의해 연결판(530)과 몸체(21)의 간섭을 피할 수 있으며,
   단부 보강재(50)는 보의 단부에서부터 기둥까지 연장되도록 설치되고, 이에 따라, 압축력 전달판(25)은 상기 부모멘트로 인해서 합성단면의 중립축 하부에 작용하는 압축력을 기둥에 전달하며,
   단부 보강재(50)는 보와 합성단면을 이루어 단면 강성을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 단면 내력을 보강하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기둥은 SRC 기둥(600)이고,
   SRC 기둥(600)은 철골기둥(602)과, 철골기둥(602)의 둘레에 형성된 콘크리트(601)를 포함하고,
   상기 연결철골(550)은 철골기둥(602)에 연결되며,
   콘크리트(601)에는 앵커홀(410)이 형성되고, 압축력 전달판(25)에는 관통공(26)이 형성되며, 앵커볼트가 관통공(26)을 관통하여 앵커홀(410)에 설치되는 것에 의해 압축력 전달판(25)이 콘크리트(601)에 고정되고,
   단부 보강재(50)와 대응되는 철골기둥(602)의 부분에는 스티프너(5)가 없는 것을 특징으로 하는, 보의 단부에 작용하는 부모멘트에 대한 단면 내력을 보강하는 방법.
   
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