KR20190057554A - 좌굴방지를 위한 강관버팀보 및 띠장의 연결구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 강관버팀보-띠장 연결체는, 흙막이 벽체의 기준열의 1열의 띠장에 일정간격으로 수평으로 설치되는 강관버팀보의 둘레를 감싸도록 형성된 고정밴드; 상기 기준열의 위에 위치한 상부열의 띠장과 상기 고정밴드 사이를 연결하는 구조용강관;을 포함하고, 상기 고정밴드는 2개의 좌우로 분리된 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트로 구성되어 상기 강관버팀보를 감쌀 수 있는 구조로 형성되고, 상기 고정밴드의 상기 좌우의 반고리형 플레이트가 서로 만나는 지점에서 제1볼트연결부가 형성되고 상기 볼트연결부의 볼트조임에 의하여 상기 고정밴드가 상기 강관버팀보에 밀착되게 연결될 수 있고, 상기 제1볼트연결부의 반대측의 상기 좌우의 반고리형 플레이트의 각각의 단부는 각각 외측으로 연장되어서 상기 연장된 면과 상기 구조용강관과의 사이에는 지지보강플레이트가 설치되고, 상기 지지보강플레이트와 상기 구조용 강관과의 사이에는 제2볼트연결부가 형성되고, 상기 제1볼트연결부는 상기 고정밴드의 하부에 형성되고 상기 제2볼트연결부는 상기 고정밴드의 상부에 형성된다.

Description

좌굴방지를 위한 강관버팀보 및 띠장의 연결구조{CONNECTING SYSTEM OF STEEL PIPE STRUT-STRIP FOR PREVENTING BUCKLING}

본 발명은 강관버팀보의 좌굴 방지구조에 관한 것으로, 띠장을 통해서 강관버팀보에 인가되는 압축하중에 대한 좌굴이 일어나지 않는 안정한 좌굴길이를 확보하고 좌굴하중에 대해 보강할 수 있는 강관버팀보 및 띠장의 연결구조에 관한 것이다.

도심지의 제한된 공간에서 대형 건축 지하구조물을 축조하기 위한 지하굴토공사는 주변지반의 안정이 최우선되어야 하므로, 구조물 축조를 위한 지반 굴착시 굴착 배면의 토사 붕괴 방지와 변위 억제를 위해 흙막이 공사가 필수적으로 검토되어야 하며, 공사계획에서도 흙막이 공법 선정이 상당히 중요한 부분을 차지하고 있다. 흙막이 공법은 가설 흙막이 구조를 활용하는 방법과 본 구조체가 토압, 수압에 대응하여 흙막이벽 역할을 하며 굴토공사와 병행하여 지하구조물을 축조하는 방법으로 크게 2가지 방법으로 구분할 수 있다. 가설 흙막이 구조는 민원유발의 가능성과 주변 지반의 안정성 문제에 따른 흙막이 구조의 붕괴 위험이 있으며, 실제로 붕괴된 사례도 상당수 있다. 또한, 주변지반의 변위로 인하여 민원이 발생하여 공사중단 또는 민원보상을 하는 사례도 다수 있다.

현행 토공사에 흙막이를 위해 사용되는 가시설은, 강재 파일과 토류판을 사용하거나, CIP(Cast in Place Wall), SCW(Soil Cement Wall) 등이 사용되며, 흙막이를 지지하는 형식은 재래의 가설 Strut로 지지하는 방식과 Earth Anchor, Soil Nailing, Rock Bolt 그리고 Top-Down 공법으로 지지하는 방식 등이 있다.

이 중에서 가설 Strut를 사용하는 경우는 가설재의 설치 및 해체 공정에 따른 공기의 증대와 해체시 주변지반의 변경을 유발할 가능성이 크나 상대적으로 Top-Down 공법에 비하여 지하공사시의 작업환경이 양호하고, 슬래브의 단면을 감소시킬 수 있는 장점이 있어 현재 널리 사용되고 있다.

또한, 버팀보로서, 최근에는 약축과 강축이 존재하여 토벽으로부터 띠장을 통해서 전달되는 압축하중에 대한 좌굴 설계시 약축에 대한 보강의 필요성이 있는 H-Pile 대신에, 대칭 단면이 있는 원형 강관 또는 정사각형 단면의 각형관이 널리 사용되고 있다.

일반적으로 H 형강은 구조적 특성상 강축과 약축을 갖게 되는데, 버팀보와 같은 압축부재로 사용할 경우에는 약축방향으로는 좌굴에 대해서 불리하다. 이를 보강하기 위해서 버팀보를 상호 연결해주는 브레이싱과 같은 보강재를 병행해서 사용하여야한다. 그러나 이러한 보강재는 작업자 설치 및 철거시 안전사고가 우려되며, 작업공간 확보에 어려움이 있어 공기 지연의 원인이 되고 공사비를 높이게 되는 단점이 있다.

따라서 구조적 안전성과 경제성이 유리한 고강도 강관버팀보를 적용하고, 가시설 및 구조물의 시공성과 공기단축에 유리한 고강도 강관버팀보 공법을 채택하는 것이 바람직하다. 고강도 강관 버팀보는 원형 강관을 이용하기 때문에 방향성이 없어 강축과 약축의 구분이 없으므로 좌굴 및 비틀림에 유리한 구조 단면을 갖고 있다. 또한 수평, 수직 브레이싱이 필요 없어 공사비, 공사기간, 시공성(버팀보 설치/해체, 지반굴착, 본 구조물 시공) 등이 H 형강 보다 상대적으로 우수하다.

상기 강관 버팀보는 버팀보라고 호칭되지만 실제는 수평부재(보, 거더)로서 거동하기 보다는 압축재(기둥)로서 거동하고 그렇기 때문에 좌굴 등의 발생으로 부재의 안정성이 크게 훼손될 수 있다.

고강도 강관버팀보를 적용하는 공법은 H 형강의 공법보다 좌굴 응력이 높은 편이나, 좌굴 방지를 위한 구조체의 안정성을 높이기 위해 좌굴길이를 확보하는 것이 중요하다. 강관버팀보 부재의 좌굴강도를 확보하는 방안으로는 부재 자체의 단면을 강화하는 방법과 세장비를 작게 하는 방법이 있는데 부재 자체의 단면을 강화하는 것은 단면 효율성 측면에서 한계가 있어서 세장비를 작게하는 것이 바람직하고 세장비를 작게하기 위하여서는 버팀보 자체의 길이를 줄이는 방법, 버팀보의 중간에 지점의 역할을 하는 중앙말뚝을 설치하는 방법, 버팀보의 양단의 지점 구속력을 키우는 방법이 있을 수 있다.

그런데, 버팀보 자체의 길이를 줄이는 방법의 경우에는 설계와 시공 여건에 큰 제약이 따라서 일반적으로 사용할 수 없고, 중앙말뚝을 설치하는 것 역시 본질적인 해결방법이 될 수 없으며 중앙말뚝이 많아질 수록 상대적 지하공사의 작업공간이 협소해져 작업성이 떨어지는 문제가 있고, 단순히 버팀보의 양단의 지점 구속력을 키우는 방법의 경우에는 원형의 강관버팀보는 상호 간의 연결과 띠장과의 연결이 쉽지 않다는 문제가 있다.

또한, 띠장과 강관버팀보를 와이어를 통해서 연결하여 처짐을 방지하는 기술이 제시되었으나 와이어를 통한 처짐 방지 기술은 버팀보의 좌굴 설계시 유효좌굴길이를 산정하는 데는 전혀 반영될 수 없는 것으로서 좌굴방지는 단순히 처짐을 방지하는 것으로는 역부족이라는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0733720호

강관버팀보를 strut으로 사용하는 경우, 강관버팀보는 압축재로서 강관버팀보에 좌굴이 발생하여 가설 벽체를 충분히 지지하지 못하고 무너질 위험이 있는바 강관버팀보 상호 간 및 강관버팀보와 띠장 간을 확실히 연결하고 강관버팀보의 안정적인 좌굴길이를 확보할 수 있는 구조의 개발이 요구된다.

또한, 상기 강관버팀보는 토류벽으로부터 띠장을 통해서 전달되는 횡압에 더하여 부재 자체의 자중과 시공하중에 의하여 정부모멘트가 모두 걸리게 되는데 좌굴방지와 더불어 이와 같은 정부모멘트에 대응하여 강관버팀보의 처짐을 동시에 효과적으로 방지할 수 있는 구조가 필요하다.

본 발명에 따른 강관버팀보-띠장 연결체는, 흙막이 벽체의 기준열의 1열의 띠장에 일정간격으로 수평으로 설치되는 강관버팀보의 둘레를 감싸도록 형성된 고정밴드; 상기 기준열의 위에 위치한 상부열의 띠장과 상기 고정밴드 사이를 연결하는 구조용강관;을 포함하고, 상기 고정밴드는 2개의 좌우로 분리된 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트로 구성되어 상기 강관버팀보를 감쌀 수 있는 구조로 형성되고, 상기 고정밴드의 상기 좌우의 반고리형 플레이트가 서로 만나는 지점에서 제1볼트연결부가 형성되고 상기 볼트연결부의 볼트조임에 의하여 상기 고정밴드가 상기 강관버팀보에 밀착되게 연결될 수 있고, 상기 제1볼트연결부의 반대측의 상기 좌우의 반고리형 플레이트의 각각의 단부는 각각 외측으로 연장되어서 상기 연장된 면과 상기 구조용강관과의 사이에는 지지보강플레이트가 설치되고, 상기 지지보강플레이트와 상기 구조용 강관과의 사이에는 제2볼트연결부가 형성되고, 상기 제1볼트연결부는 상기 고정밴드의 하부에 형성되고 상기 제2볼트연결부는 상기 고정밴드의 상부에 형성된다.

본 발명에 따른 다른 강관버팀보-띠장 연결체는, 흙막이 벽체의 기준열의 1열의 띠장에 일정간격으로 수평으로 설치되는 강관버팀보의 둘레를 감싸도록 형성된 고정밴드; 상기 기준열의 아래에 위치한 하부열의 띠장과 상기 고정밴드 사이를 연결하는 구조용강관;을 포함하고, 상기 고정밴드는 2개의 좌우로 분리된 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트로 구성되어 상기 강관버팀보를 감쌀 수 있는 구조로 형성되고, 상기 고정밴드의 상기 좌우의 반고리형 플레이트가 서로 만나는 지점에서 제1볼트연결부가 형성되고 상기 볼트연결부의 볼트조임에 의하여 상기 고정밴드가 상기 강관버팀보에 밀착되게 연결될 수 있고, 상기 제1볼트연결부의 반대측의 상기 좌우의 반고리형 플레이트의 각각의 단부는 각각 외측으로 연장되어서 상기 연장된 면과 상기 구조용강관과의 사이에는 지지보강플레이트가 설치되고, 상기 지지보강플레이트와 상기 구조용 강관과의 사이에는 제2볼트연결부가 형성되고, 상기 제1볼트연결부는 상기 고정밴드의 상부에 형성되고 상기 제2볼트연결부는 상기 고정밴드의 하부에 형성된다.

위와 같은 본 발명에 따른 강관버팀보-띠장 연결체에서는, 상기 고정밴드와 상기 띠장 사이에 2개의 구조용강관이 설치될 수 있다.

위와 같은 본 발명에 따른 강관버팀보-띠장 연결체에서는, 상기 구조용강관과, 상기 구조용강관이 연결되는 상부열 띠장 또는 하부열 띠장과, 상기 고정밴드 사이를 지지하는 수직각형강관과 수평각형강관을 추가적으로 포함할 수 있다.

위와 같은 본 발명에 따른 강관버팀보-띠장 연결체에서는, 상기 띠장의 아래에는 상기 띠장을 지지하는 지지구를 추가적으로 포함할 수 있다.

위와 같은 본 발명에 따른 강관버팀보-띠장 연결체에서는, 상기 구조용강관이 연결되는 상부열 띠장 또는 하부열 띠장과 상기 구조용강관 사이에는 별도의 지지보강플레이트가 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 강관버팀보-띠장의 연결방법은, 흙막이 벽체에 강관버팀보 당 1열의 띠장을 설치하는 단계, 상기 1열의 띠장에 연결되는 강관버팀보를 설치하는 단계, 상기 강관버팀보의 둘레를 감싸도록 형성된 고정밴드를 설치하는 단계, 및 상기 띠장과 상기 고정밴드 사이를 연결하는 구조용강관을 설치하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 강관버팀보-띠장의 연결방법에서는, 상기 고정밴드는 2개의 좌우로 분리된 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트로 구성되어 상기 강관버팀보를 감쌀 수 있는 구조로 형성되고, 상기 고정밴드의 상기 좌우의 반고리형 플레이트가 서로 만나는 지점에서 제1볼트연결부가 형성되고 상기 볼트연결부의 볼트조임에 의하여 상기 고정밴드가 상기 강관버팀보에 밀착되게 연결될 수 있고, 상기 제1볼트연결부의 반대측의 상기 좌우의 반고리형 플레이트의 각각의 단부는 각각 외측으로 연장되어서 상기 연장된 면과 상기 구조용강관과의 사이에는 지지보강플레이트가 설치되고, 상기 지지보강플레이트와 상기 구조용 강관과의 사이에는 제2볼트연결부가 형성되고, 상기 제1볼트연결부는 상기 고정밴드의 하부에 형성되고 상기 제2볼트연결부는 상기 고정밴드의 상부에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 강관버팀보-띠장의 연결방법에서는, 상기 고정밴드는 2개의 좌우로 분리된 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트로 구성되어 상기 강관버팀보를 감쌀 수 있는 구조로 형성되고, 상기 고정밴드의 상기 좌우의 반고리형 플레이트가 서로 만나는 지점에서 제1볼트연결부가 형성되고 상기 볼트연결부의 볼트조임에 의하여 상기 고정밴드가 상기 강관버팀보에 밀착되게 연결될 수 있고, 상기 제1볼트연결부의 반대측의 상기 좌우의 반고리형 플레이트의 각각의 단부는 각각 외측으로 연장되어서 상기 연장된 면과 상기 구조용강관과의 사이에는 지지보강플레이트가 설치되고, 상기 지지보강플레이트와 상기 구조용 강관과의 사이에는 제2볼트연결부가 형성되고, 상기 제1볼트연결부는 상기 고정밴드의 상부에 형성되고 상기 제2볼트연결부는 상기 고정밴드의 하부에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 강관버팀보-띠장의 연결방법에서는, 상기 띠장의 일부 또는 전부는 상부띠장과 하부띠장의 2열로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 강관버팀보의 유효좌굴길이가 감소하여 세장비가 감소할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 강관버팀보와 강관버팀보가 연결되는 띠장 사이의 지점 구속이 강화될 수 있다.

따라서, 압축재로 작용하는 강관버팀보의 좌굴강도가 증가될 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에서는 띠장과 강관버팀보를 연결하기 위하여 구조용강관을 사용하고, 상기 구조용 강관이 스스로 지지될 수 있는 부재이고 와이어와 같은 스스로 지지될 수 없는 부재가 아니기 때문에 단순히 강관버팀보의 처짐을 방지하는 것이 아니라 구조용강관을 통한 본 발명의 강관버팀보-띠장의 연결체가 강관버팀보의 지점역할을 할 수 있어, 강관버팀보의 유효좌굴길이를 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 기존에 와이어를 사용하는 공법은 말뚝에 와이어를 고정시키므로 길이의 변화가 다양하지 못하지만, 본 발명에 따르면 띠장/말뚝에 모두에 고정시킬 수 있어서 길이 조정이 유연할 수 있고 결과적으로 유효좌굴길이의 선택폭을 크게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 구조용 강관이 압축 부재로서 사용되는 경우 그 길이를 축소할 수 있도록 하는 여러 타입의 연결방법을 제시하고 있어, 설계와 시공시 적용예가 넓어진다.

뿐만 아니라, 하나의 고정밴드에 1개 이상의 구조용강관, 예를 들어서 2개가 사용될 수 있으므로 강관버팀보의 유효좌굴길이를 줄이기 위하여 구조용강관 자체가 지나치게 길어지는 문제를 동시에 해결할 수 있으며, 더욱이 강관버팀보의 상부와 하부에서 모두 구조용강관으로 지지할 수 있게 되므로 강관버팀보의 유효좌굴길이 감소와 구조용강관의 길이를 줄이는 것이 더욱 유리하게 된다.

종래의 좌굴보강기술은 과다한 보강단면이 필요하고, 압축력을 받는 부재와의 결속력을 확보하는 문제 등이 있었으나, 본 발명은 고소(高所)에서의 설치 및 해체가 용이하고 과다한 보강단면이 불필요하며, 충분한 결속력을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 강관버팀보-띠장의 연결체는 모두 볼트 결합이 가능하여 기존에 사용된 용접 접합부의 문제점을 해결하고 부재의 회수율을 향상시킬 수 있으며, 구조용강관과의 볼트-너트 체결방식으로 설치가 간단하면서 견고하고, 강관의 파손시 교체가 용이한 고정구조를 제공할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 좌굴방지를 위한 강관버팀보 및 띠장의 연결구조의 일실시예를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 좌굴방지를 위한 강관버팀보 및 띠장의 연결구조의 다른 실시예를 보여주는 도면.
도 3은 강관버팀보가 상부열 띠장에 연결된 구조용 강관에 연결되었을 때의 본 발명에 따른 강관버팀보 및 띠장의 연결구조가 설치된 것을 보여주는 일실시예의 도면.
도 4는 본 발명에 따른 고정밴드에 2개의 구조용강관이 연결된 것을 보여주는 도면.
도 5는 강관버팀보가 상부열 띠장과 하부열 띠장에 각각 연결된 각각의 구조용 강관에 모두 연결되었을 때의 본 발명에 따른 강관버팀보 및 띠장의 연결구조가 상하로 설치된 것을 보여주는 다른 실시예의 도면.
도 6은 고정밴드에 구조용강관이 1개만 연결되는 경우를 설명하는 도면.
도 7은 강관버팀보와 띠장 사이의 구조용강관의 연결의 제1형태를 설명하는 도면.
도 8은 강관버팀보와 띠장 사이의 구조용강관의 연결의 제2형태를 설명하는 도면.
도 9는 강관버팀보와 띠장 사이의 구조용강관의 연결의 제3형태를 설명하는 도면.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

본 명세서에 있어서 서로 대응되는 구성요소에는 동일하거나 유사한 도면부호를 부가하였다.

본 명세서에서 상하좌우와 같은 방향을 설명할 때는 원칙적으로 도면에서 보이는 그대로를 기준으로 하고 설명에 따라서 이를 편의상 달리할 수도 있다. 본 명세서에서, "일면", "타면" 등과 같은 용어는 여러 개의 면들 중에서 서로 다른 면들을 지칭하는 것으로 사용되고 설명목적에 따라서 어느 일부분에서 "일면"이나 "타면"으로 설명된 부분이 다른 부분에서는 반대로 "타면"이나 "일면"으로 설명될 수도 있다. 또한, 본 발명에서 "수직", "직교", "경사" 등의 표현은 원칙적으로 기준이 되는 부재(강관 버팀보 등)에 대한 것이나, 역시 편의상 이를 달리할 수 있다.

본 발명에서 "직접적 연결"은 두 개의 부재가 중간의 별도 부재 없이 바로 연결되는 것을 의미하고, "간접적 연결"은 두 개의 부재가 중간의 별도의 부재를 통해서 연결되는 것을 의미한다. 따라서 "직접적 또는 간접적 연결"의 의미는 두 개의 부재가 중간의 별도 부재 없이 또는 별도 부재를 이용하여 연결될 수 있는 것을 모두 포함하는 것이다.

본 발명에 따른 좌굴방지를 위한 강관버팀보 및 띠장의 연결구조의 일실시예를 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에서와 같이 강관버팀보(1)는, 지하 흙막이 공사 시에 토류벽의 토압, 수압 등의 횡압을 지지하기 위한 CIP와 같은 말뚝(3)에 직교하는 방향으로 좌우로 연장되고 상하로 소정의 간격으로 다수개가 설치되는 띠장(2a, 2b, 140)에, 별도의 강관버팀보에 삽입 연결되는 관형연결재 등으로 구성된 강관-띠장 연결구(5)를 통하여 간접적으로 연결된다.

상기 강관버팀보(1)가 띠장(2a, 2b)의 연결지점과 소정 거리 떨어져 있는 위치에 고정밴드(10)가 상기 강관버팀보(1)의 둘레를 감싸도록 설치되고 상기 고정밴드(10)는 강관버팀보-띠장 연결체(100)에 의하여 또 다른 띠장(140)에 연결된다.

본 명세서에 있어서 강관버팀보(1)는 말뚝(3)을 따라서 상하로 여러 열로 배열된 띠장에 연결되는데, 설명의 목적으로 어느 하나의 강관버팀보(1)와 그 강관버팀보에 연결된 고정밴드(10)가 위치하는 열을 기준열이라고 하고 그 기준열 위에 위치하는 열을 상부열, 그 아래에 위치하는 열을 하부열이라 호칭한다.

따라서 상기 띠장(140)은 상기 띠장(2a)이 기준열에 위치할 때 상부열에 위치한다고 설명하며, 상기 기준열 아래의 하부열에는 또 다른 띠장(2b)이 존재하게 된다.

도 1에서의 띠장(2a, 2b)은 본 명세서에서 2단 띠장이라고 호칭되는데 이는 하나의 강관버팀보(1)의 기준열에 위치하는 띠장이되 2개의 열로 붙어서 설치되어 있는 띠장을 의미하고, 도 3, 도 9에서도 2단 띠장이 사용되고 있고, 반면에 도 2, 도 5, 도 7, 도 8에서는 1단 띠장이 사용되고 있다.

상기 연결체(100)는 띠장(140)과 고정밴드(10)를 연결하여 강관버팀보(1)를 띠장(140)에 간접적으로 연결한다. 상기 연결체(100)는 도 1에서와 같이 상기 띠장(140)으로부터 아래로 수직으로 연장된 후 다시 상기 강관버팀보(1)의 길이방향으로 연장되어 전체적으로 "ㄴ"자형을 가지는 각형강관을 포함할 수 있는데 상기 띠장(140)으로부터 수직으로 아래로 연장되는 수직각형강관을 도면부호 130, 상기 수직각형강관(130)으로부터 강관버팀보(1)의 길이방향으로 상기 고정밴드(10)를 향해서 수평으로 연장되는 수평각형강관을 도면부호 120으로 표시하였다. 물론 120번, 130번 부재로서 각형강관 이외의 부재가 사용될 수도 있으나 일반적으로 부재 단면 효율성과 중량 감소의 장점으로 중공 단면을 가지는 각형강관이 유리하다. 상기 수직각형강관(130)과 상기 띠장(140) 사이에는 지지보강플레이트(150)가 설치되고 상기 수평각형강관(120)과 상기 고정밴드(10) 사이에도 지지보강플레이트(160)가 설치된다. 상기 지지보강플레이트(150, 160)는 상기 각형강관(120, 130)과 상기 띠장(140)과 상기 고정밴드(10) 사이의 연결을 매개하여 상기 띠장(140)과 상기 고정밴드(10)와 상기 각형강관(120, 130)과의 사이에서 용접 또는 볼트 연결된다.

상기 수직각형강관(130)의 상기 띠장(140)이 연결되는 일단과 상기 수평각형강관(120)의 상기 고정밴드(10)가 연결되는 일단은 구조용강관(110)이 연결되어 전체적으로 수직각형강관(130), 수평각형강관(120), 구조용강관(110)이 삼각형의 형상을 이룬다.

또한, 상기 수직각형강관(130)과 구조용강관(110), 상기 수평각형강관(120)과 상기 구조용강관(110)은 볼트 결합되는 것이 부재의 회수율 측면에서 유리하나 반드시 볼트 결합으로 제한되는 것은 아니고 용접 결합 등을 사용할 수도 있다.

여기서 부재의 회수율은, 본 발명이 사용되는 강관버팀보를 이용하는 흙막이 공사에서 강관버팀보, 강관버팀보의 이음재와 본 발명에서와 같은 강관버팀보-띠장의 연결체(100) 등은 모두 가시설재로서 흙막이 공사가 완료되면 해체된 후 다시 재활용이 되는 것으로서 반복되는 설치와 해체시에 부재의 단면 훼손을 최소화하여 정상적으로 재사용이 가능할 수 있어야 하는데 그러한 부재의 재사용가능성을 나타내는데 있어서 매우 중요한 지표이다.

이하에서 설명하는 다른 실시예에서와 같이 상기 각형강관(120, 130)이 사용되지 않는 경우에는 구조용 강관(110)이 상기 지지보강플레이트(150)와 상기 지지보강플레이트(160)를 통해서 각각 상기 띠장(140)과 상기 고정밴드(10)에 연결된다.

앞서 설명한 바와 같이, 도 1에서는 상기 강관버팀보(1)에 연결되는 띠장(2a, 2b)이 2단으로 되어 있는데, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 상단의 띠장(2a)은 강관버팀보(1)에 연결되는 것이고, 상기 상단의 띠장(2a)의 아래에 연결된 하단의 띠장(2b)은 상기 상단의 띠장(2a)에 연결된 기준열의 상기 강관버팀보(1)의 하부열의 강관버팀보(1)에 설치된 고정밴드(10)에 연결되는 수직각형강관(130)과 구조용강관(110)이 연결되는 것이다. 단, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 최상단의 띠장(140)의 경우에는 그 위에 더 이상 강관버팀보(1)가 설치되지 않으므로 이러한 경우에는 구별하기 위하여 도면부호 140을 사용하였으나, 이는 실질은 하단의 띠장(2b)과 유사한 것이다. 그렇기 때문에 하단의 띠장(2b)과 띠장(140)에는 이들을 말뚝(3)에 보다 견고하게 결합하고 지지하기 위한 도 1에서와 같은 지지구(4)가 설치되며 상기 지지구(4)는 상기 띠장(2b, 140)을 아래에서 지지하면서 상기 말뚝(3)에 연결되게 된다.

한편, 도 1의 각형강관(120, 130)은 띠장과 구조용강관(110)을 연결하면서 보강하기 위한 것으로서, 이하에서 설명하는 바와 같이 구조용강관(110)을 2개 이상 사용하거나 하나의 강관버팀보(1)에 상부 또는 하부에서 모두 구조용강관(110)이 연결되어 강관버팀보(1)의 유효좌굴길이를 작게 하면서도 구조용강관(110)의 길이를 작게하는 경우에는, 구조용강관(110) 자체에 인가되는 하중이나 구조용강관(110)에 발생하는 변위가 작아지므로 각형강관(120, 130)을 통한 보강은 도 2 등에서와 같이 하지 않을 수 있다.

이와 같은 강관버팀보 및 띠장의 연결구조를 사용하게 되면, 상기 연결체(100)가 일종의 까치발(귀잡이)로서 작용하여 띠장과 띠장 사이의 강관버팀보의 유효스팬(유효좌굴길이), 또는 도 3에서와 같이 강관버팀보(1)의 스팬 중에 중앙말뚝(6)이 설치되는 경우에는 띠장(2a, 2b)과 중앙말뚝(6) 사이의 유효스팬이 감소하여 실질적으로 세장비가 감소하게 된다. 뿐만 아니라, 상기 연결체(100)는 강관버팀보(1)의 지점에 대한 구속력을 증가시키기도 하여, 이로인한 세장비 감소로 인한 강관버팀보(1)의 좌굴강도 증가를 기대할 수 있게 된다.

또한, 이와 같이 연결체(100)는 강관버팀보(1)의 길이방향에 수직하게 재하되는 하중을 일정부분 해당 강관버팀보(1)의 기준열이 아닌 다른 열, 예들 들어 상부열 또는 하부열의 띠장(140)으로 전달하는 작용을 할 수 있어서 강관버팀보(1)의 그러한 수직하중으로 인한 처짐을 방지하는 데도 도움이 된다.

본 발명에 따른 좌굴방지를 위한 강관버팀보 및 띠장의 연결구조의 다른 실시예를 보여주는 도 2를 참조하면(도 2는 도 1과 달리 사시도로 도시하였으며, 각형강관을 사용하지 않는 실시예이다), 본 발명에 따른 연결체(100)는 별도의 "ㄴ"자형 각형강관(120, 130)을 사용하지 않고 구조용강관(110)에 의해서만 고정밴드(10)와 띠장(140)을 연결할 수도 있고, 강관버팀보(1)에 1열의 띠장(2a)만이 연결되고 별도의 도 1에서와 같은 하단띠장(2b)은 사용하지 않을 수 있다.

도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예의 강관버팀보 및 띠장의 연결구조를 채용할 때 강관버팀보(1), 고정밴드(10), 지지보강플레이트(160), 구조용강관(110)의 연결관계를 설명한다.

본 발명의 고정밴드(10)는 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 2개의 좌우로 분리된 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트로 구성되어 강관버팀보(1)를 감쌀 수 있는 구조로 되어 있으며, 좌우의 반고리형 플레이트가 서로 만나는 지점에서 볼트연결부(11)가 형성되고 상기 볼트연결부(11)의 볼트조임에 의하여 고정밴드(10)가 강관버팀보(1)에 밀착되게 연결될 수 있다. 또한, 상기 고정밴드(10)의 좌우의 반고리형 플레이트에서 상기 볼트연결부(11)의 반대측 일단은 지지보강플레이트(160)와 맞닿아서 연결되는데 상기 지지보강플레이트(160)와 맞닿는 부분은 상기 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트가 상기 반고리형의 원주 바깥 방향으로 상기 지지보강플레이트(160)의 면방향을 따라서 수평하게 연장되어서 상기 지지보강플레이트(160)와의 결합면(12)을 형성하여, 상기 지지보강플레이트(160)와 상기 고정밴드(10)의 좌우의 반고리형 플레이트 사이에 볼트연결부(13)가 좌우에 형성될 수 있도록 한다.

또한, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 강관버팀보(1)는 상기 볼트연결부(13)들의 사이의 강관버팀보(1)의 단면 중심축과의 교차점에서는 상기 지지보강플레이트(160)에 직접 맞닿게 된다.

상기 지지보강플레이트(160)와 상기 구조용강관(110)과의 사이의 볼트연결부(14)가 형성되게 된다. 물론 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 구성요소들은 회수율 증가를 위하여 볼트 연결이 원칙이기는 하나 용접 등의 사용이 불가능한 것은 아니므로 필요에 따라서 용접 결합을 병용할 수도 있음은 물론이다.

한편, 본 발명의 고정밴드(10)는 도 3과 도 4에서 볼 때 상부에 구조용강관(110)과의 볼트연결부(14)가 형성되고 하부에 좌우의 반고리형 플레이트를 서로 연결하기 위한 볼트연결부(11)가 형성되어 있다.

한편, 본 발명의 연결체(100)의 다른 배치를 보여주는 도 5를 참조하면 도 3과 도 4의 고정밴드(10)와는 반대로 하부에 구조용강관(110)과의 볼트연결부(14)가 형성되고 상부에 좌우의 반고리형 플레이트를 서로 연결하기 위한 볼트연결부(11)가 형성되어 있는 고정밴드(10)가 존재할 수 있다. 도 5에서는 두 가지의 고정밴드(10)가 혼용되고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 두 가지의 고정밴드(10)가 사용되는 것은 고정밴드(10)를 통해서 강관버팀보(1)을 위에서 잡아주는 경우와 아래에서 잡아주는 경우에 따라서 고정밴드(10)에서 볼트연결부(14)와 볼트연결부(11)의 위치를 달리 하는 것이기 때문이다. 고정밴드(10)가 도 3의 위치에서와 같이 사용되는 경우, 도 3의 확대도에서 볼 수 있는 바와 같이, 볼트연결부(11)가 강관버팀보(1)의 하부에, 볼트연결부(14)가 강관버팀보(1)의 상부에 있는 것은 강관버팀보(1)를 강관버팀보(1) 위의 구조용강관(110)을 통해서 띠장에 연결하여 잡아주는 것으로서, 이러한 구조용 강관(110)은 인장부재로서 작용하고, 그 반대의 경우, 즉 도 5의 확대도에서 볼 수 있는 바와 같이 볼트연결부(11)가 상부에 볼트연결부(14)가 하부에 있는 것은 강관버팀보(1)를 그 하부에 위치한 구조용 강관(110)을 통해서 띠장에 연결하여 잡아주는 것으로서, 이러한 구조용 강관(110)은 압축부재로서 작용한다.

이처럼, 본 발명에서는 구조용 강관(110)이 강관버팀보(1)를 상부열과 하부열에서 동시에 또는 선택적으로 지지하여 줄 수 있고, 구조용 강관(110)이 하부열에서 강관버팀보를 잡아주는 경우에 상기 구조용 강관은 압축부재로서 압축강도와 좌굴강도를 동시에 고려하여 설계할 수 있어야 하는데, 이는 곧 구조용 강관이 인장재에서와 같이 압축재일때는 길을 수 없다는 것이고 구조용 강관의 길이를 결정하는 인자가 압축부재, 즉 하부열의 구조용 강관임을 의미한다. 본 발명에서는 구조용 강관(110)의 필요 길이를 축소할 수 있도록 하는 여러 타입의 연결방법을 제시하고 있어, 설계와 시공시 적용예가 넓어진다.

또한, 고정밴드(10)에는 도 2나 도 4에서와 같이 2개의 구조용강관(110)이 연결될 수 있게 지지보강플레이트(160)와의 사이에 2개의 볼트연결부(14)가 좌우대칭으로 형성될 수도 있지만 도 6에서와 같이 하나의 볼트연결부(14)만이 형성되고 이에 하나의 구조용강관(110)만이 연결될 수도 있다.

이하에서는 띠장(140, 2a, 2b)과 고정밴드(10) 사이에서 구조용강관(110)이 배열되는 방법에 대해서 설명한다.

제1형태는 도 5의 하측(부재를 중력방향으로 설치했을 때를 기준으로 하면 우측)에서 볼 수 있는 바와 같이 1열의 띠장(2a)이 사용되고 강관버팀보(1)가 상기 띠장(2a)에 각각 2개의 구조용강관(110)을 통해서, 볼트연결부(14)가 상부에 형성된 고정밴드(10)에 연결되는 것이다. 도 7은 이와 같이 연결된 단면의 모습이다.

제2형태는 도 5의 상측(마찬가지로 중력방향으로 설치했을 때를 기준으로 하면 좌측)에서 볼 수 있는 바와 같이 1열의 띠장(2a)이 사용되고 강관버팀보(1)가 상기 띠장(2a)에 각각 2개의 구조용강관(110)을 통해서 고정밴드(10)에 연결되되 고정밴드(10)가 앞서 설명한 바와 같이 볼트연결부(14)가 상부에 형성된 것과 하부에 형성된 것이 혼용되는 형태이다. 도 8은 이와 같이 연결된 단면의 모습이다. 이 유형은 좌굴길이를 크게 하는 경우 보강자재가 과도하게 커지는 것을 방지(보강재도 너무 길어지면 불안정할 수 있음)하기 위해서 수량을 늘려서 보강하기 위한 방법이고 밑에서 강관버팀보를 받쳐주는 방식을 함께 사용한다.

제3형태는 도 3의 우측에서 볼 수 있는 바와 같이 2열의 띠장(2a, 2b, 140)이 사용되고 강관버팀보(1)가 상단띠장(2a)에 연결되고 그 위에 있는 열의 하단띠장(2b, 140)에 구조용강관(110)을 통해서 고정밴드(10)가 연결되는 것이다. 이와 같이 연결되는 경우 모습을 그린 것이 도 9의 단면이며 도 9의 단면에서 보면 마치 구조용강관(110)이 고정밴드(10)에 수직으로 연결된 것과 같은 형상이나 실제로는 도 3에서와 같이 구조용강관이 경사져서 연결되어 있는 것이다. 이 형태는 별도의 추가 띠장이 필요하지만 강관버팀보를 단면상에서 일자로 보강하기 때문에 보강자래를 최소할 수 있는 단순한 구조인 점이 특징이다.

위와 같은 본 발명은 압축력을 받는 부재인 강관버팀보(1)의 길이가 길어지더라도 구조용강관(110)을 연결함으로써 좌굴하중에 대해 보강할 수 있는 좌굴방지구조를 제공할 수 있다.

상기 강관버팀보(1)는 엄지말뚝 또는 말뚝(3)에 작용하는 토압을 효과적으로 지지하여 굴착된 흙벽이 융출되거나 붕괴되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 별도의 띠장재를 횡상으로 눕혀 설치한 후, 상기 강관버팀보(1)의 단부가 상기한 띠장(2a, 2b)의 측면에 맞닿아 지지 고정되게 하고 있는 것이다.

본 발명의 장점을 와이어를 사용하는 선행기술과 비교하여 설명하면, 와이어를 사용하는 방법의 경우에는 아래의 그림에서 번호 ①과 같이 말뚝(H-Pile)의 간격과 강관버팀보의 간격이 서로 일정하면 큰 문제가 없지만, 아래 그림에서 번호 ③에서와 같이 말뚝(H-Pile)과 강관버팀보의 간격이 일정하지 않으면, 와이어의 연결이 비대칭으로 되어 불안정한 단점이 있고, 단순히 와이어로 처짐을 방지한다는 것 이외에 강관버팀보(1)의 좌굴길이를 확보할 수 없다.

[그림 1: 말뚝과 강관버팀보 간격 변화에 따른 와이어 체결 방식의 한계]

이는 와이어 자체가 연성재료(flexivble material)로서 와이어 체결로는 강관버팀보(1)에 와이어가 결합되는 부분의 결합력(지점구속력)이 유효스팬감소를 반영할 수 있을 정도로 견고하지 못하여 강관버팀보(1)의 유효좌굴길이를 축소할 수 없기 때문이다.

또한, 와이어는 그러한 연성의 선형 부재이므로, 와이어 자체가 압축력을 전혀 지지하지 못하여, 본 발명의 구조용 강관(110)과 같이 압축부재로서 사용해야되는 경우에는 적용할 수가 없다.

또한, 이와 같은 장점으로 인하여 강관버팀보(1)의 처짐 방지 효과 역시 와이어를 사용하는 경우에 비하여 크게 개선됨은 당연하고, 최소한 지점 구속으로 인한 강관버팀보(1)의 자중이나 시공하중에 대한 휨강도 증가가 이를 설명해준다.

게다가, 와이어를 사용하는 경우의 구조계산상의 처짐방지와 효과를 계산하는 것이 매우 복잡한 문제 역시 본 발명의 구조용 강관(110)을 이용하는 시스템에 의하여 해결될 수 있다.

한편, 본 발명은 좌굴길이가 길어 발생할 수 있는 처짐을 방지하는 처짐방지 기술이라기 보다는, 강관버팀보(1)의 좌굴길이 축소 기술이며, 처짐 방지는 좌굴길이를 축소하면서 얻는 부수적 효과일 뿐으로서 와이어를 사용하는 경우와는 본질적으로 상이하다고 할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다. 또한, 첨부한 도면은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위하여, 스케일에 따라 도시하지 않고, 부분적으로 확대 및 축소하여 도시되었다.

1: 강관버팀보
2a, 2b, 140: 띠장
3: 말뚝
4: 지지구
6: 중앙말뚝
10: 고정밴드
11: 고정밴드를 형성하는 좌우의 반고리형 플레이트 사이의 볼트연결부
12: 결합면(좌우의 반고리형 플레이트가 외측으로 연장되어 지지보강플레이트와 결합되는 면)
13: 고정밴드를 형성하는 좌우의 반고리형 플레이트와 지지보강플레이트 사이의 볼트연결부
14: 고정밴드와 구조용강관 사이의 볼트연결부
100: 연결체
110: 구조용강관
120: 수평각형강관
130: 수직각형강관
150, 160: 지지보강플레이트

Claims (10)

1. 흙막이 벽체의 기준열의 1열의 띠장에 일정간격으로 수평으로 설치되는 강관버팀보의 둘레를 감싸도록 형성된 고정밴드;
   상기 기준열의 위에 위치한 상부열의 띠장과 상기 고정밴드 사이를 연결하는 구조용강관;을 포함하고,
   상기 고정밴드는 2개의 좌우로 분리된 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트로 구성되어 상기 강관버팀보를 감쌀 수 있는 구조로 형성되고, 상기 고정밴드의 상기 좌우의 반고리형 플레이트가 서로 만나는 지점에서 제1볼트연결부가 형성되고 상기 볼트연결부의 볼트조임에 의하여 상기 고정밴드가 상기 강관버팀보에 밀착되게 연결될 수 있고,
   상기 제1볼트연결부의 반대측의 상기 좌우의 반고리형 플레이트의 각각의 단부는 각각 외측으로 연장되어서 상기 연장된 면과 상기 구조용강관과의 사이에는 지지보강플레이트가 설치되고, 상기 지지보강플레이트와 상기 구조용 강관과의 사이에는 제2볼트연결부가 형성되고,
   상기 제1볼트연결부는 상기 고정밴드의 하부에 형성되고 상기 제2볼트연결부는 상기 고정밴드의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 강관버팀보-띠장 연결체.
2. 흙막이 벽체의 기준열의 1열의 띠장에 일정간격으로 수평으로 설치되는 강관버팀보의 둘레를 감싸도록 형성된 고정밴드;
   상기 기준열의 아래에 위치한 하부열의 띠장과 상기 고정밴드 사이를 연결하는 구조용강관;을 포함하고,
   상기 고정밴드는 2개의 좌우로 분리된 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트로 구성되어 상기 강관버팀보를 감쌀 수 있는 구조로 형성되고, 상기 고정밴드의 상기 좌우의 반고리형 플레이트가 서로 만나는 지점에서 제1볼트연결부가 형성되고 상기 볼트연결부의 볼트조임에 의하여 상기 고정밴드가 상기 강관버팀보에 밀착되게 연결될 수 있고,
   상기 제1볼트연결부의 반대측의 상기 좌우의 반고리형 플레이트의 각각의 단부는 각각 외측으로 연장되어서 상기 연장된 면과 상기 구조용강관과의 사이에는 지지보강플레이트가 설치되고, 상기 지지보강플레이트와 상기 구조용 강관과의 사이에는 제2볼트연결부가 형성되고,
   상기 제1볼트연결부는 상기 고정밴드의 상부에 형성되고 상기 제2볼트연결부는 상기 고정밴드의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 강관버팀보-띠장 연결체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고정밴드와 상기 띠장 사이에 2개의 구조용강관이 설치되는 것을 특징으로 하는 강관버팀보-띠장 연결체.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 구조용강관과, 상기 구조용강관이 연결되는 상부열 띠장 또는 하부열 띠장과, 상기 고정밴드 사이를 지지하는 수직각형강관과 수평각형강관을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 강관버팀보-띠장 연결체.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 띠장의 아래에는 상기 띠장을 지지하는 지지구를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 강관버팀보-띠장 연결체.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 구조용강관이 연결되는 상부열 띠장 또는 하부열 띠장과 상기 구조용강관 사이에는 별도의 지지보강플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 강관버팀보-띠장 연결체.
7. 흙막이 벽체에 강관버팀보 당 1열의 띠장을 설치하는 단계,
   상기 1열의 띠장에 연결되는 강관버팀보를 설치하는 단계,
   상기 강관버팀보의 둘레를 감싸도록 형성된 고정밴드를 설치하는 단계, 및
   상기 띠장과 상기 고정밴드 사이를 연결하는 구조용강관을 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관버팀보-띠장의 연결방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 고정밴드는 2개의 좌우로 분리된 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트로 구성되어 상기 강관버팀보를 감쌀 수 있는 구조로 형성되고, 상기 고정밴드의 상기 좌우의 반고리형 플레이트가 서로 만나는 지점에서 제1볼트연결부가 형성되고 상기 볼트연결부의 볼트조임에 의하여 상기 고정밴드가 상기 강관버팀보에 밀착되게 연결될 수 있고,
   상기 제1볼트연결부의 반대측의 상기 좌우의 반고리형 플레이트의 각각의 단부는 각각 외측으로 연장되어서 상기 연장된 면과 상기 구조용강관과의 사이에는 지지보강플레이트가 설치되고, 상기 지지보강플레이트와 상기 구조용 강관과의 사이에는 제2볼트연결부가 형성되고,
   상기 제1볼트연결부는 상기 고정밴드의 하부에 형성되고 상기 제2볼트연결부는 상기 고정밴드의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 강관버팀보-띠장의 연결방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 고정밴드는 2개의 좌우로 분리된 대체적으로 반원형의 반고리형 플레이트로 구성되어 상기 강관버팀보를 감쌀 수 있는 구조로 형성되고, 상기 고정밴드의 상기 좌우의 반고리형 플레이트가 서로 만나는 지점에서 제1볼트연결부가 형성되고 상기 볼트연결부의 볼트조임에 의하여 상기 고정밴드가 상기 강관버팀보에 밀착되게 연결될 수 있고,
   상기 제1볼트연결부의 반대측의 상기 좌우의 반고리형 플레이트의 각각의 단부는 각각 외측으로 연장되어서 상기 연장된 면과 상기 구조용강관과의 사이에는 지지보강플레이트가 설치되고, 상기 지지보강플레이트와 상기 구조용 강관과의 사이에는 제2볼트연결부가 형성되고,
   상기 제1볼트연결부는 상기 고정밴드의 상부에 형성되고 상기 제2볼트연결부는 상기 고정밴드의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 강관버팀보-띠장의 연결방법.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 띠장의 일부 또는 전부는 상부띠장과 하부띠장의 2열로 형성되는 것을 특징으로 하는 강관버팀보-띠장의 연결방법.

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