리브플레이트 및 링 플레이트로 보강된 CFT 기둥-형강보 접합부에 관한 연구

Abstract

최근 건축공사는 대규모 공사보다 재개발로 인해 도심지의 소규모 공사와 토지이용의 극대화 차원으로 지하공사가 고심도화, 인접건물과의 근접 시공이 이루어지고 있다. 고심도 굴착에 따른 흙막이 붕괴의 위험과 주변건물들의 침하, 민원발생, 굴착심도 증가에 따른 시각적인 불안감 증대 등의 문제점과 더불어 장기간의 공사기간에 따른 인접건물의 추가적인 피해로 이어지는 악순환이 반복되고 있다. 완벽한 설계와 시공을 진행하여도 소음과 먼지 발생 등으로 인근주민들의 안전욕구를 수용하지 못하고 있으며, 그에 따른 인근주민들의 피해의식이 급속도로 확산되어 신축공사에 시간적, 경제적으로 막대한 손실이 발생하는 것이 현실이다. 이에 Top-Down(이하; 역타공법) 공법은 작업공간을 확보할 수 있고 소음과 진동 등의 발생이 적어 주변 민원을 줄일 수 있어 도심지에 적합한 공법으로 그 사용이 늘고 있다.1)~3) 역타공법은 고심도 굴착에 따른 위험과 인근 주민의 민원을 방지하고자 그림 1과 같이 1층 바닥을 선 시공한 후, 1층 바닥을 작업공간으로 활용할 수 있어 별도의 복공판이 불필요하며, 무지보 거푸집 공법이 가능(BRD construction method)하고, 지상 및 지하 구조물을 동시에 시공이 가능한 장점이 있다. 이에 지하층을 시공하는 역타공법이 많은 현장에서 적용되고 있다. 역타 공법은 굴착 작업 진행에 따라 축조되는 영구지지 구조물인 슬래브가 토압, 수압 등 외부하중을 지지함으로써 보다 안전한 공사와 작업공간을 제공하여, 굴착과 시공을 동시에 이루어지면서 원가절감, 공기단축, 위험방지, 안전시공에 효과적이다. 이러한 역타 공법을 적용함에 있어 기초 작업을 위해 철골기둥을 골조용 기둥으로 우선 시공한다. 골조용 기둥으로 선 시공된 H-형강은 웹과 플랜지로 구성되어 단면상에서 강, 약축이 존재하여 콘크리트 충전강관기둥(Concrete Filed Tube; 이하 CFT 기둥)에 비해 좌굴에 불리한 것으로 알려져 있으며 SRC 기둥(철골철근 콘크리트 합성 기둥)에서는 합성 기둥 내 배근되는 철근의 양을 고려할 때 CFT 기둥에 비해 상대적으로 많은 양의 철근이 사용되는 것으로 알려져 있다. CFT 기둥 구조는 기둥의 강관이 콘크리트를 구속함으로써 강성, 내력, 변형 등의 구조적인 측면뿐만 아니라 내화 및 시공 등 다방면에서 우수한 성능을 발휘하는 장점이 있으며, 이에 따라 도심의 빌딩, 고층복합시설 등과 같은 건축물에 많이 적용하고 있는 추세이다. 또한 CFT 기둥은 H-형강에 비해 중량을 줄일 수 있고, 같은 CFT 기둥이라 하더라도 원형 강관을 사용하는 것이 사각형 강관을 사용하는 것보다 비용, 중량, 재료 사용량 측면에서 보다 유리한 장점을 가지고 있다. 이와 같이 CFT 기둥을 사용함에 여러 장점이 있음에도 불구하고 지상층 H-형강 기둥 사용으로 이종 기둥 부재 간에 접합부 설계가 매우 복잡해지고 H-형강 철골보 접합에 따른 철근배근시 간섭문제, 콘크리트 타설작업의 까다로움 등으로 시공성 및 경제성이 떨어지고 있다. 이에 본 연구에서는 CFT 기둥과 H-형강 철골보의 접합구조를 분할형 연결부재 또는 보강구조를 이용하여 1층에서 접합을 일반화하고 이종 기둥 부재 간에 이음이 용이하도록 개선된 접합상세를 개발하여 현장 적용여부를 파악하고자 한다.