철근과 벽돌의 합성 강재인방보 구조형상 최적화를 위한 실험 연구 An experimental study for optimization of structural shape of composite steel lintel beam with steel reinforcement and brick원문보기
건설공사는 인력에 의한 중량작업이 많아 작업 중 안전사고에 대한 위험성이 높지만 작업방법을 개선하기가 쉽지 않다. 벽돌이나 콘크리트 블록 등을 시공하는 조적공사는 자재를 운반하고 설치하는 과정의 대부분이 인력에 의해 이루어지고, 조적벽체에 출입문이나 창문 등의 개구부가 설치되면 개구부 상단 조적 쌓기를 위해 무거운 철근콘크리트 인방보나 압출성형 인방보를 설치해야 한다. 하지만 이러한 성형화 된 인방보는 중량이 무거워 2∼3m이상의 긴 인방보를 시공해야 하는 경우 안전관리가 어렵고, 압출성형 인방보와 같이 인방보 내부에 ...
건설공사는 인력에 의한 중량작업이 많아 작업 중 안전사고에 대한 위험성이 높지만 작업방법을 개선하기가 쉽지 않다. 벽돌이나 콘크리트 블록 등을 시공하는 조적공사는 자재를 운반하고 설치하는 과정의 대부분이 인력에 의해 이루어지고, 조적벽체에 출입문이나 창문 등의 개구부가 설치되면 개구부 상단 조적 쌓기를 위해 무거운 철근콘크리트 인방보나 압출성형 인방보를 설치해야 한다. 하지만 이러한 성형화 된 인방보는 중량이 무거워 2∼3m이상의 긴 인방보를 시공해야 하는 경우 안전관리가 어렵고, 압출성형 인방보와 같이 인방보 내부에 강선이 없는 경우 처짐에 의해 균열이 발생하거나 외부 충격에 의한 파손 우려가 높다. 최근에는 성형화 된 인방보에 비해 중량이 1/5∼1/10 수준인 강재트러스 인방보가 개발되어 시공성은 개선되었지만, 벽돌 반장 쌓기나 4인치 콘크리트 블록 쌓기 등에는 적용할 수 없어 사용이 제한적이다. 이러한 이유로 지금도 건설현장에서는 무거운 철근콘크리트 인방보나 처짐 우려가 있는 압출성형 인방보를 사용하고 있다. 따라서 중량이 가볍고 외부 충격에도 쉽게 파손되지 않으며 다양한 조적조에 적용 가능한 인방보 구조형상에 대한 연구필요성이 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 대신 조적공사 시 사용하는 벽돌을 압축재로 사용하여 가볍고 휨강성이 좋은 인방보 구조형상을 개발하기 위한 연구를 진행하였다. 먼저 벽돌을 압축재로 사용할 수 있도록 합성구조 개념을 강재인방보에 접목시켜 합성 강재인방보 형상을 설계하였다. 강재인방보 최적형상을 결정하기 위해 강재인방보 형상 실험과 합성효과 실험을 진행하였으며, 수평 하중실험과 휨적용 하중실험을 통해 강재인방보 휨성능을 검증하였다. 합성 강재인방보 시공방법은 중량이 가벼운 강재인방보를 먼저 설치하고, 벽돌을 강재인방보 내부에 삽입함으로서 인방보 설치작업을 경량화 하였다. 또한 강재인방보 사이에 설치된 벽돌이 양생되면서 하부 강선은 인장재, 상부 강선과 벽돌은 압축재 역할을 수행할 수 있도록 합성구조 형상을 설계하였다. 따라서 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 합성 강재인방보는 인방보를 먼저 설치하고 인방보 내부에 벽돌을 후시공함으로서 기존의 성형화 된 인방보에 비해 인방보 중량을 1/5∼1/10 수준으로 줄여 작업자들이 안전하게 작업할 수 있도록 시공방법을 개선하였다. 둘째, 합성 강재인방보는 사전에 강선에 휨(Camber)을 줌으로서 조적하중을 경제적으로 지지할 수 있고, 강재트러스 인방보가 적용할 수 없었던 벽돌 반장 쌓기와 4인치 콘크리트 블록 쌓기에도 적용할 수 있도록 구조형상을 설계하였다. 셋째, 성형화 된 인방보 시공 시 전기파이프 라인과 간섭되어 인방보 걸침길이 확보가 어려웠으나 강재인방보 내부로 전기파이프 라인을 관통시켜 인방보 걸침길이를 확보할 수 있도록 설계하였다. 넷째, 벽돌을 압축재로 사용할 수 있도록 합성구조 형상을 설계하였으며, 실제로 강재인방보 내부에 벽돌을 습식 쌓기하고 휨실험을 한 결과, 건식 쌓기에 비해 휨강성이 35∼72% 정도 개선되었다. 다섯째, 합성 강재인방보 경제성 평가를 위해 벽돌 반장 쌓기와 한 장 쌓기에 적용할 수 있는 인방보를 설계하고, 기존 인방보와 공사비를 비교한 결과 16.8∼35.5% 정도 공사비 절감효과가 있었다. 본 연구에서는 벽돌 반장 쌓기에 적용할 수 있는 인방보 선정과정을 통해 합성 강재인방보 구조형상을 연구하였으나, 형상의 크기와 강재의 규격을 조정하고 추가적인 실험을 통해 보완한다면 ALC 블럭, 돌쌓기 등 다양한 형태의 조적공사 인방보에도 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
건설공사는 인력에 의한 중량작업이 많아 작업 중 안전사고에 대한 위험성이 높지만 작업방법을 개선하기가 쉽지 않다. 벽돌이나 콘크리트 블록 등을 시공하는 조적공사는 자재를 운반하고 설치하는 과정의 대부분이 인력에 의해 이루어지고, 조적벽체에 출입문이나 창문 등의 개구부가 설치되면 개구부 상단 조적 쌓기를 위해 무거운 철근콘크리트 인방보나 압출성형 인방보를 설치해야 한다. 하지만 이러한 성형화 된 인방보는 중량이 무거워 2∼3m이상의 긴 인방보를 시공해야 하는 경우 안전관리가 어렵고, 압출성형 인방보와 같이 인방보 내부에 강선이 없는 경우 처짐에 의해 균열이 발생하거나 외부 충격에 의한 파손 우려가 높다. 최근에는 성형화 된 인방보에 비해 중량이 1/5∼1/10 수준인 강재트러스 인방보가 개발되어 시공성은 개선되었지만, 벽돌 반장 쌓기나 4인치 콘크리트 블록 쌓기 등에는 적용할 수 없어 사용이 제한적이다. 이러한 이유로 지금도 건설현장에서는 무거운 철근콘크리트 인방보나 처짐 우려가 있는 압출성형 인방보를 사용하고 있다. 따라서 중량이 가볍고 외부 충격에도 쉽게 파손되지 않으며 다양한 조적조에 적용 가능한 인방보 구조형상에 대한 연구필요성이 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 대신 조적공사 시 사용하는 벽돌을 압축재로 사용하여 가볍고 휨강성이 좋은 인방보 구조형상을 개발하기 위한 연구를 진행하였다. 먼저 벽돌을 압축재로 사용할 수 있도록 합성구조 개념을 강재인방보에 접목시켜 합성 강재인방보 형상을 설계하였다. 강재인방보 최적형상을 결정하기 위해 강재인방보 형상 실험과 합성효과 실험을 진행하였으며, 수평 하중실험과 휨적용 하중실험을 통해 강재인방보 휨성능을 검증하였다. 합성 강재인방보 시공방법은 중량이 가벼운 강재인방보를 먼저 설치하고, 벽돌을 강재인방보 내부에 삽입함으로서 인방보 설치작업을 경량화 하였다. 또한 강재인방보 사이에 설치된 벽돌이 양생되면서 하부 강선은 인장재, 상부 강선과 벽돌은 압축재 역할을 수행할 수 있도록 합성구조 형상을 설계하였다. 따라서 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 합성 강재인방보는 인방보를 먼저 설치하고 인방보 내부에 벽돌을 후시공함으로서 기존의 성형화 된 인방보에 비해 인방보 중량을 1/5∼1/10 수준으로 줄여 작업자들이 안전하게 작업할 수 있도록 시공방법을 개선하였다. 둘째, 합성 강재인방보는 사전에 강선에 휨(Camber)을 줌으로서 조적하중을 경제적으로 지지할 수 있고, 강재트러스 인방보가 적용할 수 없었던 벽돌 반장 쌓기와 4인치 콘크리트 블록 쌓기에도 적용할 수 있도록 구조형상을 설계하였다. 셋째, 성형화 된 인방보 시공 시 전기파이프 라인과 간섭되어 인방보 걸침길이 확보가 어려웠으나 강재인방보 내부로 전기파이프 라인을 관통시켜 인방보 걸침길이를 확보할 수 있도록 설계하였다. 넷째, 벽돌을 압축재로 사용할 수 있도록 합성구조 형상을 설계하였으며, 실제로 강재인방보 내부에 벽돌을 습식 쌓기하고 휨실험을 한 결과, 건식 쌓기에 비해 휨강성이 35∼72% 정도 개선되었다. 다섯째, 합성 강재인방보 경제성 평가를 위해 벽돌 반장 쌓기와 한 장 쌓기에 적용할 수 있는 인방보를 설계하고, 기존 인방보와 공사비를 비교한 결과 16.8∼35.5% 정도 공사비 절감효과가 있었다. 본 연구에서는 벽돌 반장 쌓기에 적용할 수 있는 인방보 선정과정을 통해 합성 강재인방보 구조형상을 연구하였으나, 형상의 크기와 강재의 규격을 조정하고 추가적인 실험을 통해 보완한다면 ALC 블럭, 돌쌓기 등 다양한 형태의 조적공사 인방보에도 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
Since construction has much of heavy-weighted work by human power, the risk of safety is high, however, it is not easy to improve work method. In masonry work that builds brick or concrete block, most of the process that deliver and install components is done by human power, and once openings like d...
Since construction has much of heavy-weighted work by human power, the risk of safety is high, however, it is not easy to improve work method. In masonry work that builds brick or concrete block, most of the process that deliver and install components is done by human power, and once openings like door or window are installed on the masonry wall, heavy reinforced concrete lintel or extruded concrete lintel is needed to be installed above the openings. Since these kind of lintels are heavy, safety management is difficult when 2～3m or longer length of long lintel is needed to be built, and if there is no rebar inside lintel like extruded concrete lintel, there is high risk of crack by deflection or damage by external impact. Recently, steel truss lintel with 1/5～1/10 of weight compare to extruded concrete lintel was developed, and it improved constructability, nevertheless, it cannot be applied to piling half brick or piling 4 inch concrete block, the use of it is limited. Because of these reasons, heavy reinforced concrete lintel or extruded concrete lintel that has risk of deflection are used in construction site. Therefore, the need for study on shape of lintel that is light-weighted, not easy to be damaged by impact, and can be applied to various masonry construction type is being developed. Accordingly, in this study, the experiment to develop shape of lintel that is light and has good bending rigidity by using brick that is used in brick as a compression member instead of concrete was conducted. First of all, in order to use brick as compressive member, composite steel lintel was designed by grafting concept of composite structure to steel lintel. In order to decide optimum shape of steel lintel, experiment for shape and composite effect was conducted, and verified bending ability of steel lintel through horizontal load test and bending applied load test. The composite steel lintel construction method lightened weight of lintel installation work by installing light weight of steel lintel, then inserting brick inside steel lintel afterwards. Also, composite structure shape was designed for lower steel rebar to perform as tension member, and upper steel rebar and brick to perform as compressive member. Consequently, the summary of this study result is as follows; First, for composite steel safety lintel construction method was improved for workers to work safe by reducing the weight of lintel to 1/5～1/10 level compare to existing lintel by installing lintel first then construct brick inside linte. Second, composite steel lintel can support masonry weight economically by giving camber in advance, and structural shape was designed to be applied to high brick piling and 4 inch concrete block piling which existing steel truss lintel was not be able to be applied. Third, in the construction of existing extruded concrete lintel, since it interfered electric pipe line, it was difficult to secure the length of cover of lintel, but it was designed to secure length of lintel cover by penetrating electric pipe line inside steel lintel. Fourth, the optimum shape of composite steel lintel was found to use brick as compressive member, and as a result of actually construct brick with wet method inside steel lintel and made bending test, flexible rigidity was improved 35∼72% compare to dry piling method. Fifth, as a result of designing lintel that can apply to half layer piling and one layer piling of brick, and compared construction cost with existing lintel to evaluate feasibility of composite steel lintel, it showed about 16.8∼35.5% of cost reduction effect. Although composite steel lintel shape was studied with selection process of lintel that can be applied to piling half brick, but if size of shape and rebar size is controlled, and improved by additional experiment, it is assumed that it can be applied to various kinds of masonry lintel such as ALC block, and stone masonry.
Since construction has much of heavy-weighted work by human power, the risk of safety is high, however, it is not easy to improve work method. In masonry work that builds brick or concrete block, most of the process that deliver and install components is done by human power, and once openings like door or window are installed on the masonry wall, heavy reinforced concrete lintel or extruded concrete lintel is needed to be installed above the openings. Since these kind of lintels are heavy, safety management is difficult when 2～3m or longer length of long lintel is needed to be built, and if there is no rebar inside lintel like extruded concrete lintel, there is high risk of crack by deflection or damage by external impact. Recently, steel truss lintel with 1/5～1/10 of weight compare to extruded concrete lintel was developed, and it improved constructability, nevertheless, it cannot be applied to piling half brick or piling 4 inch concrete block, the use of it is limited. Because of these reasons, heavy reinforced concrete lintel or extruded concrete lintel that has risk of deflection are used in construction site. Therefore, the need for study on shape of lintel that is light-weighted, not easy to be damaged by impact, and can be applied to various masonry construction type is being developed. Accordingly, in this study, the experiment to develop shape of lintel that is light and has good bending rigidity by using brick that is used in brick as a compression member instead of concrete was conducted. First of all, in order to use brick as compressive member, composite steel lintel was designed by grafting concept of composite structure to steel lintel. In order to decide optimum shape of steel lintel, experiment for shape and composite effect was conducted, and verified bending ability of steel lintel through horizontal load test and bending applied load test. The composite steel lintel construction method lightened weight of lintel installation work by installing light weight of steel lintel, then inserting brick inside steel lintel afterwards. Also, composite structure shape was designed for lower steel rebar to perform as tension member, and upper steel rebar and brick to perform as compressive member. Consequently, the summary of this study result is as follows; First, for composite steel safety lintel construction method was improved for workers to work safe by reducing the weight of lintel to 1/5～1/10 level compare to existing lintel by installing lintel first then construct brick inside linte. Second, composite steel lintel can support masonry weight economically by giving camber in advance, and structural shape was designed to be applied to high brick piling and 4 inch concrete block piling which existing steel truss lintel was not be able to be applied. Third, in the construction of existing extruded concrete lintel, since it interfered electric pipe line, it was difficult to secure the length of cover of lintel, but it was designed to secure length of lintel cover by penetrating electric pipe line inside steel lintel. Fourth, the optimum shape of composite steel lintel was found to use brick as compressive member, and as a result of actually construct brick with wet method inside steel lintel and made bending test, flexible rigidity was improved 35∼72% compare to dry piling method. Fifth, as a result of designing lintel that can apply to half layer piling and one layer piling of brick, and compared construction cost with existing lintel to evaluate feasibility of composite steel lintel, it showed about 16.8∼35.5% of cost reduction effect. Although composite steel lintel shape was studied with selection process of lintel that can be applied to piling half brick, but if size of shape and rebar size is controlled, and improved by additional experiment, it is assumed that it can be applied to various kinds of masonry lintel such as ALC block, and stone masonry.
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