KR100301305B1 - 초고층건물의 합성바닥 구조 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

초고층 건물의 바닥 시공분야

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

층고를 줄이고 현장시공성을 향상시킨 초고층 건물의 바닥구조 및 그 시공방법을 제공하기 위함.

3. 발명의 해결방법의 요지

건물바닥면의 일변 방향으로 다수 설치된 큰 보(1)와, 상기 큰 보(1) 간에 수직방향으로 설치되어 큰 보(1)들을 연결하는 작은 보(2)와, 상기 큰 보(1)와 작은 보(2) 위에 설치되는 합성슬래브(10)를 포함하는 바닥구조에 있어서, 큰 보(1)의 상부플랜지(4) 하부에 그와 수평으로 형성된 수평스티프너(13)를 설치하고, 작은 보(2)의 상부플랜지(7)를 상기 수평스티프너(13)와 수평되게 설치하고 이들 보(1,2) 위에 합성슬래브(10)를 설치하여 층고를 낮추고 이에 따라 내화피복, 외장재, 쉬어코넥터, 수직부재물량 등의 비용 및 인건비를 절감한다.

4. 발명의 중요한 용도

초고층 건물의 바닥.

Description

초고층건물의 합성바닥 구조 및 그 시공방법

본 발명은 고층 및 초고층 철골조 또는 철골 철근콘크리트조 등을 이용하는 건축물의 바닥구조 및 그 시공방법에 관한 것으로, 특히 층고의 절감 및 건설비용 절감이 가능한 초고층 건물 합성 바닥구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 초고층 건축물의 설계 및 시공에 있어서 높이에 따라 건축물에 작용하는 하중은 지수배로 증가하게 된다. 하중이 증가함에 따라 건축물이 안전하게 유지되기 위해서는 많은 물량의 건축재료가 필요하며 이에 따라 건물의 자중에 의해 수직방향으로 작용하는 하중도 증가하게 된다. 결국 건물의 높이가 증가함에 따라 건물에 작용하는 수평하중 및 수직하중의 증가에 의해 단위면적당 소요물량이 대폭 증가하게 된다.

그러므로 초고층건물의 시공에 있어서 층고를 줄일 수 있으면 그 경제적 효과는 중저층 건물에 비해 상당해진다.

도1 내지 도6은 종래의 초고층 건물의 바닥구조 및 이의 시공과정을 도시한 도면으로서, 우선 도1 및 도2를 참조하여 종래의 초고층 건물의 바닥구조를 전체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도1은 바닥구조의 평면도로서 단변방향으로 18m의 큰 보(1)가 6개 설치되고 그 직각방향으로 6m인 작은보(2)가 설치되며, 보(1,2) 위에 설치되는 합성슬래브(3)는 큰 보(1)에 평행하게 일방향 슬래브로 설계된 일례를 보인다. 도2는 도1의 A부분을 입체적으로 나타낸 것이다.

초공층 건물용으로 사용되는 바닥구조는 기존에 건설된 많은 수의 철골조, 철골철근 콘크리트조 건물에서 기둥 사이를 연결하는 큰 보(1) 및 상기 큰 보(1) 사이에 수직방향으로 다수개 설치되어 큰 보(1)들을 연결하는 작은 보(2)들로 이루어지는데, 이들은 철골로 구성되어 있다. 큰 보(1)들은 작은 보(2) 및 슬래브(3)에 작용하는 수직하중 및 외부에서 작용하는 수평하중에 저항하도록 설계된다. 그러므로 보의 춤이 두껍게 된다. 또한 배관용 공간을 위해 큰 보(1)의 웨브(5)에 개구부를 만들어 시공하게 된다.

한편 작은 보(2)는 슬래브(3)에 작용하는 수직하중만 부담하도록 설계되므로 보의 춤이 큰 보(1)에 비해 상대적으로 작게 된다. 그리고 설비용 배관공간이 일반적으로 보의 하부플랜지(9) 아래에 배치되게 된다.

슬래브(3)의 경우는 시공의 편리함을 위해서 덱크 플래이트 및 합성슬래브(10)를 사용하게 된다. 슬래브(3)는 큰 보(1) 및 작은 보(2)의 위에 설치하게 되며 따라서 보(1,2) 및 슬래브(3)의 설치에 필요한 층고는 큰 보(1)의 춤에 슬래브(3)의 두께를 합한 높이가 된다.

또한 종래의 바닥구조에서 보(1)는 철골, 슬래브(3)는 현장타설 콘크리트로 하는 경우 보(1,2)와 슬래브(3)의 일체성을 확보하기 위해 보(1)의 상부플랜지(4) 위에 쉬어코넥터(11)를 설치하게 된다. 쉬어코넥터(11)는 현장에서 용접 시공하여야 하며 재료비뿐만 아니라 시공 및 검사비용이 많이 소요된다.

도면에서 미설명된 부호 5는 큰 보의 웨브, 6은 큰 보의 하부플랜지, 7은 작은 보의 상부플랜지, 8은 작은 보의 웨브, 9는 작은 보의 하부플랜지를 각각 나타낸다.

이제, 도3 내지 도6을 참조하여 종래 초고층 바닥의 시공과정을 살펴보면 다음과 같다.

도3은 도1의 B-B'단면으로서 종래의 바닥구조에 있어서 최초에 큰 보(1)를 단변방향으로 설치한 상태를 나타낸다. 도4는 도3에서와 같은 큰 보(1)의 설치가 완료된 후, 작은 보(2)의 상부플래지(7)를 큰 보의 상부플랜지(4)에 맞추어 직각방향으로 설치하고 큰 보의 상부 플랜지(4) 위에 철골과 콘크리트의 일체성을 확보하기 위한 쉬어코넥터(11)를 설치한 것을 나타낸 것이다.

도5는 도4와 같은 시공 후, 작은 보 상부플랜지(7) 위에 합성슬래브(10)를 평면의 단변방향으로 설치하고 그 직각방향 즉 작은 보(2)와 평행하게 상단보강근(14)을 설치한 것을 나타낸 것이다. 도6은 큰 보(1), 작은 보(2)의 상부플랜지(4)와 합성슬래브(10), 쉬어코넥터(11)을 일체화하기 위해 타핑콘크리트(12)를 타설하여 일체화한 것을 나타낸 것이다.

그런데 이와 같은 종래의 바닥구조는 전술한 바와 같이 큰 보(1)와 합성슬래브(10)를 일체화하기 위해 큰 보(1)의 상부플랜지(4) 상에 전단보강철물인 다수의 쉬어코넥터(11)를 설치해야 하고 더군다나 이를 현장에서 용접시공하여야 하기 때문에 현장시공성이 매우 떨어지고, 효율적인 층고를 갖지 못하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 큰 보(1)의 상부플랜지(4)보다 낮은 위치에 작은 보(2)가 설치될 수 있도록 하는 동시에 별도의 보강철물을 사용하지 않고 합성슬래브(11)와 큰 보(1)를 일체화 할 수 있도록 하여 층고를 낮추고 현장 시공성을 향상시킨 초고층 건물의 바닥구조 및 그 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 초고층 건물의 바닥 평면도.

도2는 종래 바닥 구조의 입체도.

도3은 종래 바닥 구조의 큰 보 설치시 단면도.

도4는 종래 바닥구조의 작은 보 및 전단보강철물(쉬어코넥터) 설치시 단면도.

도5는 종래 바닥구조의 합성슬래브 설치시 단면도.

도6은 종래 바닥구조의 콘크리트 타설 후 단면도.

도7은 본 발명에 따른 초고층건물 바닥구조의 입체도.

도8은 큰 보 설치시 단면도.

도9는 작은 보 설치시 단면도.

도10은 합성슬래브 설치시 단면도.

도11은 콘크리트 타설 후 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 큰 보 2 : 작은 보

3 : 슬래브 4 : 큰 보 상부플랜지

5 : 큰 보 웨브 6 : 큰 보 하부플랜지

7 : 작은 보 상부플랜지 8 : 작은 보 웨브

9 : 작은 보 하부플랜지 10 : 합성슬래브

11 : 쉬어코넥터 12 : 타핑콘크리트

13 : 수평스티프너 14 : 상부 보강근

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바닥구조는, 건물바닥면의 일변 방향으로 다수 설치된 큰 보(1)와, 상기 큰 보(1) 간에 수직방향으로 설치되어 큰 보(1)들을 연결하는 작은 보(2)와, 상기 큰 보(1)와 작은 보(2) 위에 설치되는 합성슬래브(10)를 포함하는 바닥구조에 있어서, 상기 큰 보(1)는 상부플랜지(4) 하부에 일정거리를 두고 상부플랜지(4)와 수평이 되도록 웨브(5)에 고착되는 수평 보강철판을 구비하여 설치되고, 상기 작은 보(2)는 단부가 큰 보(1)의 상기 웨브(5)에 고정 설치되되 그 상부플랜지(7)가 상기 수평보강철판과 수평되게 설치되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 바닥 시공방법은, 상부플랜지(4) 하부에 일정간격을 두고 수평되게 설치된 수평 보강철판을 구비한 큰 보(1)를 건물 바닥 단면의 일변방향으로 다수 설치하는 제1 단계; 단부를 상기 큰 보(1)에 고정시켜 큰 보(1)들과 직각방향으로 작은 보(2)를 다수 설치하되, 작은 보(2)의 상부플랜지(7)가 상기 수평 보강철판과 수평을 이루도록 설치하는 제2 단계; 및 상기 큰 보(1)와 작은 보(2) 위에 합성슬래브(10)를 설치하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도7 이하를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도7은 본 발명에 의한 바닥구조의 입체도이다. 도면에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 바닥구조는, 큰 보(1)의 상부플랜지(4) 하부에 일정거리를 두고 상부플랜지(4)와 수평으로 설치하되, 공장제작을 통해 용접 등으로 웨브(5)에 고착된 수평 보강철판인 수평스티프너(13)를 설치하고, 작은 보(2)의 상부플랜지(7)를 상기 수평스티프너(13)와 수평되게 설치하고, 작은 보(2)의 상부에 합성슬래브(10)를 설치하도록 한다.

여기서 상기 수평스티프너(13)는 폭이 큰 보(1)의 상부플랜지(4) 폭의 1/2보다 작은 수평 보강철판 2개를 큰 보(1)의 웨브를 중심으로 양측에 대칭되게 공장에서 용접등으로 고정시킨 것이며, 그 바람직한 설치위치는 합성슬래브(10) 두께에서 큰 보(1)의 상부플랜지(4)의 피복두께를 뺀 길이만큼 상기 상부플랜지(4)로 하부방향으로 떨어져 설치되도록 한다.

합성슬래브(10)는 와이어 메쉬 슬림데크와 슬림데크의 상단 주근에 직각방향으로 현장에서 설치되는 상부 보강근(14)과 타핑 콘크리트(12)로 이루어진다. 작은 보(2)는 종래와 같이 큰 보(1)의 웨브(5)에 지지 고정됨은 물론이고, 설계상 그 상부플랜지(7)가 수평스티프너(13)에 고정되도록 할 수 있다.

이러한 구조를 가지는 본 발명에 따른 바닥구조는 합성슬래브(10)의 형성을 위해 와이어메쉬 슬림데크에 타핑콘크리트(12)를 타설하면, 타핑콘크리트(12)는 작은 보(2)의 상부플렌지(7)와 수평스티프너(13)가 수평으로 일치된 면으로부터 큰 보(1)의 상부플랜지(4)의 피복을 덮는 면까지 채워지면서 수평스티프너(13)와 큰 보(1)의 상부플랜지(4)의 사이 공간에도 채워지므로 합성슬래브(10)와 큰 보(1)의 일체성이 확보된다.

이에 따라 큰 보(1)의 상부플랜지(4)와 합성슬래브(10)와의 일체성을 위해 상부플랜지(4) 상에 현장설치하던 쉬어코넥터(11)가 불필요하게 되어 현장시공성을 향상시킬 수 있다. 또한 큰 보(1) 의 상부플랜지(4)와 수평스티프너(13) 까지의 길이만큼 합성슬래브(10)가 낮게 설치되므로 층고를 줄일수 있어 그에 따른 여러 가지의 경제적인 효과를 볼 수 있게 된다.

이제, 도8 내지 도10을 참조하여 본 발명에 따른 바닥구조의 시공과정을 살펴보면 다음과 같다.

도8은 본 발명에 따른 큰 보(1)가 설치된 상태를 도시한 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르는 큰 보(1)는 상부플랜지(4)의 하부에 작은 보(2)를 지지하기 위해 웨브(9)에 고정되는 수평스티프너(12)를 더 구비하고 있는 것이다.

도9는 도8과 같은 큰 보(1) 설치 후에 작은 보(2)를 설치하는 과정을 도시한 것으로, 작은 보(2)의 상부플랜지(7)는 큰 보(1)의 수평스티프너(13)와 접합되게 설치되는 것을 나타낸다. 이때, 작은 보(2)는 큰 보(1)의 웨브(5)와 별도의 고정구에 의해 결합되며, 필요에 따라 작은 보(2)의 상부플랜지와(7)와 수평스티프너(13)를 고정구에 의해 고정한다.

도10은 도9와 같은 시공 후, 작은 보(2)위에 와이어메쉬 슬림데크를 설치하고, 큰 보(1)의 길이방향과 동일한 방향의 와이어메쉬 슬림데크의 상단주근과 직각방향으로 상부보강철근(14)을 설치한 것을 나타낸다. 여기서 와이어메쉬 슬림데크의 상단 주근은 큰 보(1)의 상부플랜지(4)와 동일한 높이를 유지하도록 하고, 상단 주근에 직각방향으로 배근된 상부 보강근(14)의 양단부는 큰 보(1)의 상부플랜지(4) 위에 얹혀지게 한다.

도11은 도10과 같이 와이어메쉬 슬림데크에 타핑콘크리트(12)를 타설하여 합성슬래브(10)를 형성한 것을 도시한 것으로, 이를 통해 합성슬래브(10)와 철골부재를 일체화시킨 것을 나타내고 있다.

이에 따라 종래의 바닥구조에 비해서 큰 보(1)의 상부 플랜지(4)에서 수평스티프너(13)의 거리만큼 바닥의 두께가 저감되며 결과적으로 층고가 줄어들게 되는 것이다.

따라서 위와 같이 이루어지는 본 발명은 다음과 같은 특징적인 효과를 가지는데, 도1과 같은 평면을 가진 45층(큰보 : BH900x350x15x25, 작은보 : H346x174x6x9, 합성슬래브 두께 : 15cm, 층고 450cm, 전체높이 20,250cm) 초고층 건물에 대해서 본 발명을 적용할 경우의 실제적인 적용효과는 다음과 같다.

1) 층고절감

각 층에서 바닥슬래브의 높이가 10cm씩 감소하므로 45층에서는 4.5m가 감소하게 된다. 건물의 층고가 2.2% 감소하게 되며 동일한 높이일 경우 종래의 바닥슬래브 시스템에 비해 1개층을 더 시공할 수 있게 된다.

2) 내화피복물량 감소

큰 보에 있어서 상부플랜지(4) 하단과 수평스티프너(13) 상부에 대해서는 종래의 방법과는 달리 내화피복이 필요 없으며 이에 따라 큰 보에서 내화피복 물량이 19.3% 감소하게 된다.

3) 쉬어코넥터 물량 감소

본 발명의 바닥구조에서 큰 보에 설치된 수평스티프너(13) 상부의 웨브(5)와 상부플랜지(4)는 콘크리트와 철골의 일체화에 사용되는 쉬어코넥터의 역할을 하므로 상부플랜지(4) 상부에 쉬어코넥터(11)를 별도로 설치하지 않아도 된다. 그러므로 종래에 큰 보의 상부플랜지(4) 상부에 설치하던 쉬어코넥터는 100% 절감된다.

4) 외장재 물량 감소

층고가 4.5m일 경우 유리 부분 2m를 제외한 2.5m의 외장재 설치높이중 10cm가 줄어들므로 본 발명에 의한 바닥구조를 이용하면 외장재물량이 4% 절감된다.

5) 수직구조부재 물량 감소

본 발명에 의한 바닥구조를 사용하면 종래의 바닥슬래브 시스템을 사용할 때에 비해서 수직구조부재의 물량이 2.2% 절감된다.

6) 큰 보의 내력 증가

보의 물량에 있어서 종래의 바닥구조에 비해서 큰 보에 설치되는 수평스티프너(13)의 물량이 추가로 필요하게 되나, 수평스티프너(13)에 의해 큰 보의 내력이 증가되므로 동일 내력을 갖도록 부재의 단면을 감소시키게 되면 철골물량의 실질적인 증가량은 큰 영향을 미치지 아니한다.

7) 기타 효과

본 발명에 의하면 층고의 감소에 의해 계단수가 줄어들게 되고 이에 따라 실제적인 건물의 임대면적이 증가하게 된다. 또한 종래와 동일한 층수의 건물을 본 발명을 적용하여 시공할 경우 건물의 높이가 감소되므로 이에 따라 건물에 작용하는 횡하중도 감소하게 된다. 횡하중의 감소는 초고층건물에서는 많은 양의 구조부재 물량을 줄이는 요인이 된다.

Claims (5)

1. 건물바닥면의 일변 방향으로 다수 설치된 큰 보(1)와, 상기 큰 보(1) 간에 수직방향으로 설치되어 큰 보(1)들을 연결하는 작은 보(2)와, 상기 큰 보(1)와 작은 보(2) 위에 설치되는 합성슬래브(10)를 포함하는 바닥구조에 있어서,

   상기 큰 보(1)는 상부플랜지(4) 하부에 일정거리를 두고 상부플랜지(4)와 수평이 되도록 웨브(5)에 고착되는 수평 보강철판(13)을 구비하여 설치되고, 상기 작은 보(2)는 단부가 큰 보(1)의 상기 웨브(5)에 고정 설치되되 그 상부플랜지(7)가 상기 수평보강철판(13)과 수평되게 설치되도록 한 것을 특징으로 하는 초고층 건물의 바닥구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수평 보강철판(13)은, 상기 합성슬래브(10) 두께에서 상기 큰 보(1) 상부플랜지(4)의 피복두께를 뺀 길이만큼 상기 상부플랜지(4)와 거리를 두고 상부플랜지(4) 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 초고층 건물의 바닥구조.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 수평 보강철판(13)은, 그 폭이 큰 보(1)의 상부플랜지(4) 폭의 1/2보다 작은 수평 보강철판 2개를 큰 보(1)의 웨브를 중심으로 양측에 대칭되게 공장제작으로 설치하는 것을 특징으로 하는 초고층 건물의 바닥구조.
4. 건물의 바닥을 시공하는 방법에 있어서,

   상부플랜지(4) 하부에 일정간격을 두고 수평되게 설치된 수평 보강철판(13)을 구비한 큰 보(1)를 건물 바닥 단면의 일변방향으로 다수 설치하는 제1 단계;

   단부를 상기 큰 보(1)에 고정시켜 큰 보(1)들과 직각방향으로 작은 보(2)를 다수 설치하되, 작은 보(2)의 상부플랜지(7)가 상기 수평 보강철판(13)과 수평되게 설치하는 제2 단계; 및

   상기 큰 보(1)와 작은 보(2) 위에 합성슬래브(10)를 설치하는 제3단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고층 건물의 바닥 시공방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 3 단계는,

   상기 작은 보(2) 상에 와이어메쉬 슬림데크를 설치하되, 와이어메쉬의 슬림데크의 상단 주근의 높이와 상기 큰 보(1) 상부플랜지(4)의 높이를 동일하게 설치하는 제 4 단계;

   상기 와이어메쉬 슬림데크의 상단 주근과 직각 방향으로 다수의 상부 보강근(14)을 설치하되 그 단부가 상기 큰 보(1)의 상부플랜지(4) 위에 얹혀 지도록 설치하는 제5단계; 및

   상기 상부 보강근(14)이 설치된 와이어메쉬 슬림데크에 타핑콘크리트(12)를 타설하되 큰 보(1)의 상부플랜지(4) 피복두께 높이 만큼 타설하는 제6단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물의 바닥 시공방법.