KR20120123917A - 에이치형강 기둥의 내진보강용 콘크리트 블럭 및 이를 이용한 내진보강방법 - Google Patents

에이치형강 기둥의 내진보강용 콘크리트 블럭 및 이를 이용한 내진보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철골 모멘트 골조의 내진보강방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철골 모멘트 골조 기둥의 강성 혹은 연성을 간편하고 효율적으로 보강할 수 있는 내진보강용 콘크리트 블럭 및 이를 이용한 내진보강방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 철골 구조의 에이치형강 기둥의 양측면에 결합되어 기둥을 보강하는 콘크리트 블럭으로서, 상기 콘크리트 블럭은, 에이치형강 기둥의 상부 플랜지와 하부 플랜지 사이의 높이에 대응되는 높이를 가지고 상부 플랜지 및 하부 플랜지의 양쪽 끝에서 일정 길이가 연장된 폭을 가진 단면확대부와, 단면확대부에서 돌출되어 에이치형강 기둥의 상부 플랜지와 하부 플랜지 및 웨브로 둘러싸인 공간에 삽입되는 보강삽입부로 구성되고, 단면확대부에는 길이방향으로 높이방향을 따라 간격을 두고 복수의 종방향철근이 배근되며, 보강철판이 보강삽입부와 접촉하는 면에는 다수개의 전단연결재가 설치된 것을 특징으로 하는 에이치형강 기둥의 내진보강용 콘크리트 블럭이 제시된다.

Description

에이치형강 기둥의 내진보강용 콘크리트 블럭 및 이를 이용한 내진보강방법{Concrete block for seismic reinforcement of H-shaped column and seismic reinforcing method using the same}
본 발명은 철골 모멘트 골조의 내진보강방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철골 모멘트 골조 기둥의 강성 혹은 연성을 간편하고 효율적으로 보강할 수 있는 내진보강용 콘크리트 블럭 및 이를 이용한 내진보강방법에 관한 것이다.
최근 들어 한반도 주변의 지진발생빈도가 증가함에 따라 기존 건축물의 내진성능 평가와 함께 내진성능 향상에 대한 필요성이 대두되고 있다. 기존 건축물의 내진성능 향상을 위해 기술적 보강전략과 계획적 보강전략 중 효율적인 방법을 택하여 사용할 수 있다.
기술적인 측면에서의 보강전략으로는 강도 증가, 연성도 증가, 강도와 연성도 증가, 중량의 저감, 면진 및 제진장치의 설치 등을 고려할 수 있다. 계획적인 측면에서의 보강전략으로는 용도의 변경, 부분 철거, 임시적 보강, 단계적 보강, 외부 보강 등을 고려할 수 있다.
철골 구조에 적용할 수 있는 시스템 보강 전략으로는 보, 기둥, 전단벽 등의 부재를 추가하여 강도뿐만 아니라 강성도 및 연성도를 보강하는 방법, 반응수정계수를 결정하는 골조형식을 변경하는 방법, 지진하중에 의한 횡력이 하부구조로 안전하게 전달되도록 바닥구조가 다이아프램 역할을 하는지를 검토하여 필요시 보강하는 방법 등을 고려할 수 있다.
철골 구조를 이루는 각 구조부재에 대해서는 구조부재의 특성에 따라 다양한 보강방법이 적용될 수 있다. 기둥의 경우 건물의 용도상 벽의 증설이 곤란한 건물, 기둥의 전단내력이 부족한 건물, 동일층의 기둥 강성이 불균등한 건물 및 기둥에 큰 내력과 변형능력이 필요한 필로티 형식의 건물이 적용 대상이 되며 보강방법의 종류에는 용접 철망, 철판, 띠판 또는 FRP 등으로 감싸는 방법과 보강판을 첨부하는 방법 및 기둥 단면을 증대하는 방법 등이 있다.
이들 중에서 에이치형강 기둥에 콘크리트를 증타하여 단면을 증대시키는 방법은 단면 내력뿐만 아니라 국부좌굴의 방지에도 효과적인 방법이다. 하지만 증타되는 콘크리트와 철골 기둥의 일체성 확보, 콘크리트 증타를 위한 거푸집 설치 및 양생을 위한 공사기간의 소요, 증타된 콘크리트 자체의 연성 확보 등에서 불리한 점이 있다.
본 발명의 목적은 철골 구조의 기둥 특히 에이치형강으로 구성된 철골 기둥의 단면을 콘크리트를 증타하여 확대하는 내진보강방법의 단점을 해소하여 연성 혹은 강성을 간편하고 효율적으로 향상시킬 수 있는 콘크리트 블럭 및 이를 이용한 내진보강방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
철골 구조의 에이치형강 기둥의 양측면에 결합되어 기둥을 보강하는 콘크리트 블럭으로서,
상기 콘크리트 블럭은,
에이치형강 기둥의 상부 플랜지와 하부 플랜지 사이의 높이에 대응되는 높이를 가지고 상부 플랜지 및 하부 플랜지의 양쪽 끝에서 일정 길이가 연장된 폭을 가진 단면확대부와, 단면확대부에서 돌출되어 에이치형강 기둥의 상부 플랜지와 하부 플랜지 및 웨브로 둘러싸인 공간에 삽입되는 보강삽입부로 구성되고,
단면확대부에는 길이방향으로 높이방향을 따라 간격을 두고 복수의 종방향철근이 배근되며,
보강철판이 보강삽입부와 접촉하는 면에는 다수개의 전단연결재가 설치된 것을 특징으로 하는 에이치형강 기둥의 내진보강용 콘크리트 블럭이 제시된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 철골 구조의 에이치형강 기둥을 보강하는 방법에 있어서,
보강 대상 에이치형강 기둥의 웨브 면에 재축방향으로 점탄성판을 부착하고, 콘크리트 블럭의 보강철판이 점탄성판과 밀착하도록 에이치형강 기둥의 양쪽에 콘크리트 블럭을 배치한 후, 콘크리트 블럭의 길이방향에 대해 직각방향으로 섬유보강플라스틱 시트를 감싸고 다시 길이방향으로도 섬유보강플라스틱 시트를 부착하여 콘크리트 블럭의 전체 길이에 걸쳐 길이방향과 길이방향에 대해 직각방향으로 섬유보강플라스틱 시트를 감싸 콘크리트 블럭을 에이치형강 기둥에 결합시키는 것을 특징으로 하는 철골 구조의 에이치형강 기둥의 내진보강방법이 제시된다.
이때, 콘크리트 블럭의 양쪽 단부에서 길이방향에 대해 직각방향으로 단부 섬유보강플라스틱 시트를 이용해 콘크리트 블럭을 더 감쌀 수 있다.
본 발명에 따르면 에이치형강 기둥에 콘크리트 블럭을 섬유보강플라스틱 시트로 견고하게 결합함으로써 에이치형강 기둥이 콘크리트 블럭에 의해 구속되게 되므로 강성을 높이고 좌굴하중을 크게 증가시킬 수 있다.
또한 공장에서 미리 제작된 콘크리트 블럭을 섬유보강플라스틱 시트로 감싸는 방법으로 에이치형강 기둥에 견고하게 결합되므로 기둥의 보강이 간편하다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 에이치형강 기둥 내진보강용 콘크리트 블럭을 나타낸 것으로 (a)는 사시도이고 (b)는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 내진보강용 콘크리트 블럭을 이용해 에이치형강 기둥을 보강한 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 에이치형강 기둥 내진보강용 콘크리트 블럭을 나타낸 것으로 (a)는 사시도이고 (b)는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 콘크리트 블럭(10)은 단면확대부(11)와 단면확대부(11)에서 돌출되어 에이치형강 기둥(20)의 상부 플랜지(21)와 하부 플랜지(22) 및 웨브(23)로 둘러싸인 공간에 삽입되는 보강삽입부(12)로 구성된다.
단면확대부(11)는 에이치형강 기둥(20)의 높이(플랜지 사이의 거리)에 대응되는 높이(h1)를 가지고 상부 플랜지(21) 및 하부 플랜지(22)의 양쪽 끝에서 일정 길이가 연장된 폭(b1)을 가진다. 단면확대부(11)에는 길이방향으로 높이방향을 따라 간격을 두고 복수의 종방향철근(111)이 배근되어 있고 종방향철근(111)에 의해 단면확대부(11)의 휨 강성이 보강된다.
보강삽입부(12)는 단면확대부(11)에서 돌출되어 에이치형강 기둥(20)의 상부 플랜지(21)와 하부 플랜지(22) 및 웨브(23)로 둘러싸인 공간에 삽입된다. 따라서 높이는 에이치형강 기둥(20)의 상부 플랜지(21)와 하부 플랜지(22) 사이의 거리에 대응하여 결정되며 설계지진 하중 하에서 에이치형강 기둥(20)만이 축력을 받도록 이들 플랜지(21,22)로부터 일정 거리가 이격될 수 있는 높이(h2)를 가진다. 폭은 상부 플랜지(21) 및 하부 플랜지(22)의 한쪽 끝에서 웨브(23) 사이의 거리에 대응하여 결정되며 웨브(23)와 일정 거리가 이격될 수 있는 폭(b2)을 가진다.
에이치형강 기둥(20)의 웨브(23)를 마주보는 보강삽입부(12)의 단부면에는 보강철판(15)이 설치된다. 보강철판(15)이 보강삽입부(12)와 접촉하는 면에는 다수개의 전단연결재(16)가 설치되어 보강철판(15)이 보강삽입부(12)와 일체로 합성될 수 있도록 한다. 전단연결재(16)는 이 분야에서 공지된 임의의 전단연결재가 사용될 수 있으며 도면에서는 스터드 볼트가 사용된 예를 나타내었다.
아래에서는 이상과 같이 구성된 콘크리트 블럭을 이용해 철골 구조의 에이치형강 기둥을 보강하는 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 내진보강용 콘크리트 블럭을 이용해 에이치형강 기둥을 보강한 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2에 도시된 것처럼 본 발명에서는 철골 구조의 에이치형강 기둥(20)을 보강하여 강성을 높임과 동시에 국부좌굴을 방지하여 내진성능을 향상시킨다.
구체적으로, 보강 대상 에이치형강 기둥(20)의 웨브(23) 면에 점탄성판(30)을 부착한다. 이 점탄성판(30)을 통해 약진이나 풍하중에 의해 에이치형강 기둥(20)에 압축력이 작용할 때 콘크리트 블럭(10)에는 압축력이 작용하지 않도록 하고 점탄성판(30)이 변형하면서 에너지를 소산시키게 된다. 점탄성판(30)은 변위 의존형의 에너지 흡수 소재로서 고감쇠 고무 등 이 분야에 공지되어 있는 임의의 소재로부터 선택되어 사용될 수 있다.
다음으로, 공장에서 미리 제작하여 현장으로 반입된 콘크리트 블럭(10)을 각각 섬유보강플라스틱 시트(40)를 이용해 에이치형강 기둥(10)에 결합시킨다.
즉, 콘크리트 블럭(10)을 각각 에이치형강 기둥(20)의 양측면에 설치한 상태에서 콘크리트 블럭(10)의 길이방향에 대해 직각방향으로 섬유보강플라스틱 시트(40)를 감싸고 다시 길이방향으로도 섬유보강플라스틱 시트(40)를 감싸 콘크리트 블럭(10)의 전체 길이에 걸쳐 길이방향과 길이방향에 대해 직각방향으로 섬유보강플라스틱 시트(40)를 감싼다.
대안으로 콘크리트 블럭(10)을 제조한 후 콘크리트 블럭(10)의 노출면 즉, 상면, 측면 및 하면에 길이방향으로 섬유보강플라스틱 시트(40)를 접착시키고 길이방향으로 섬유보강플라시틱 시트(40)가 접착된 콘크리트 블럭(10)을 각각 에이치형강 기둥(20)의 양측면에 설치된 상태에서 콘크리트 블럭(10)의 길이방향에 대해 직각방향으로 섬유보강플라스틱 시트(40)를 감싸 콘크리트 블럭(10)을 에이치형강 기둥(20)에 결합시킨다.
그리고 추가로 콘크리트 블럭(10)의 양쪽 단부를 콘크리트 블럭(10)의 길이방향에 대해 직각방향으로 단부 섬유보강플라스틱 시트(41)로 감싼다. 따라서 콘크리트 블럭(10)은 양쪽 단부에서 에이치형강 기둥(20)에 더욱 견고하게 결합된 구조가 된다.
본 발명에 적용되는 섬유보강플라스틱 시트(40,41)에서 보강섬유로는 탄소섬유, 유리섬유, 아마미드 섬유 등에서 적용환경을 고려하여 적절한 보강섬유가 선택되어 사용될 수 있고 기지재료(매트릭스 수지)로는 에폭시 수지, 페놀 수지 등 이 분야에서 공지된 임의의 수지가 사용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면 에이치형강 기둥(20)에 콘크리트 블럭(10)을 섬유보강플라스틱 시트(40,41)로 견고하게 결합함으로써 에이치형강 기둥(20)이 콘크리트 블럭(10)에 의해 구속되게 되므로 강성을 높이고 좌굴하중을 크게 증가시킬 수 있다. 또한 공장에서 미리 제작된 콘크리트 블럭(10)을 섬유보강플라스틱 시트(40,41)로 감싸는 방법으로 에이치형강 기둥(20)에 견고하게 결합되므로 기둥의 보강이 간편하다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 콘크리트 블럭
11: 단면확대부
111: 종방향철근
12: 보강삽입부
15: 보강철판
16: 전단연결재
20: 에이치형강 기둥
30: 점탄성판
40: 섬유보강플라스틱 시트
41: 단부 섬유보강플라스틱 시트

Claims (3)

  1. 철골 구조의 에이치형강 기둥의 양측면에 결합되어 기둥을 보강하는 콘크리트 블럭으로서,
    상기 콘크리트 블럭은,
    에이치형강 기둥의 상부 플랜지와 하부 플랜지 사이의 높이에 대응되는 높이를 가지고 상부 플랜지 및 하부 플랜지의 양쪽 끝에서 일정 길이가 연장된 폭을 가진 단면확대부와, 단면확대부에서 돌출되어 에이치형강 기둥의 상부 플랜지와 하부 플랜지 및 웨브로 둘러싸인 공간에 삽입되는 보강삽입부로 구성되고,
    단면확대부에는 길이방향으로 높이방향을 따라 간격을 두고 복수의 종방향철근이 배근되며,
    보강철판이 보강삽입부와 접촉하는 면에는 다수개의 전단연결재가 설치된 것을 특징으로 하는 에이치형강 기둥의 내진보강용 콘크리트 블럭.
  2. 철골 구조의 에이치형강 기둥을 보강하는 방법에 있어서,
    보강 대상 에이치형강 기둥의 웨브 면에 재축방향으로 점탄성판을 부착하고, 청구항 1에 기재된 콘크리트 블럭의 보강철판이 점탄성판과 밀착하도록 에이치형강 기둥의 양쪽에 콘크리트 블럭을 배치한 후, 콘크리트 블럭의 길이방향에 대해 직각방향으로 섬유보강플라스틱 시트를 감싸고 다시 길이방향으로도 섬유보강플라스틱 시트를 부착하여 콘크리트 블럭의 전체 길이에 걸쳐 길이방향과 길이방향에 대해 직각방향으로 섬유보강플라스틱 시트를 감싸 콘크리트 블럭을 에이치형강 기둥에 결합시키는 것을 특징으로 하는 철골 구조의 에이치형강 기둥의 내진보강방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    콘크리트 블럭의 양쪽 단부에서 길이방향에 대해 직각방향으로 단부 섬유보강플라스틱 시트를 이용해 콘크리트 블럭을 더 감싸는 것을 특징으로 하는 철골 구조의 에이치형강 기둥의 내진보강방법.
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