건축 구조의 이해

2장 기초 구조(foundation structure) 기둥기초 온통기초 기초 상부구조 잡석 지정 말뚝 하부구조 피어 기초

1. 기초의 종류 【1】직접기초 【2】말뚝기초 【3】피어기초 벽기초(줄기초) 기둥기초(독립기초) 복합기초 캔티레버기초 연속기초 (얕은기초) 【2】말뚝기초 (깊은기초) 【3】피어기초 벽기초(줄기초) 기둥기초(독립기초) 복합기초 캔티레버기초 연속기초 뗏목기초(온통기초) 강성기초 거더월 방식 비렌딜 트러스 방식 나무말뚝 Pc 및 ps콘크리트 말뚝 철관말뚝 강말뚝(H파일) 합성말뚝 제자리콘크리트말뚝 지지말뚝 마찰말뚝 케이슨공법 개방잠함법 공기잠함법 개정법 시카고방식 시트파일방식 텔레스코핑 스틸실린더방식 드릴공법

기초 형식의 선정 요인 하부 지층과 지하수 조건 기초의 하중, 형태, 두께 등 구조적 요구사항 시공 방법 공사 기간 시공 상 위험부담 소음, 교통, 흙과 물의 배출 등 환경적 요인 관련 법규

2-1 기초의 종류 【1】 직접기초 (1) 벽기초 (wall footing), 줄기초(strip footing) ; 내력벽(bearing wall)에 전달되는 하중을 지지하는 T형 기초 목구조, 철근콘크리트 내력벽 구조, 조적조에 적용 벽체에 직교하여 주근, 벽체 방향에 온도근 배근 (2) 기둥 기초 ( column footing), 독립기초 ; 기둥에 전달되는 집중하중을 지지하는 사각형 기초판 양방향(2-way)에 주근 배근, 사선 방향에 보조근 배근

(3) 복합 기초 ( combined footing) 도로 및 대지경계선에 인접한 외곽기둥의 기초판*과 내부 기초판을 사다리꼴 모양으로 하나로 묶어 이것의 도심에 두 기둥하중의 합력이 작용하도록 한 기초 (4) 캔티레버기초(cantilever footing) 내부기초판을 연결보로 묶고 외곽기둥의 지지점으로부터 돌출된 보의 단부에 기둥하중이 지지되도록 한 기초

(5) 연속기초 (continuous footing) 셋 또는 그 이상의 기둥기초를 연속해서 연장한 것 1방향/ 2방향 연속기초 부동침하 방지, 지진하중에 효과적 (6) 뗏목기초 (raft or mat foundation), 온통기초, 전면기초 뜬기초(floating foundation) 건물 하부구조 전면에 걸쳐 기초판을 설치한 역 T자형 기초 2방향 보를 설치하고 되메우거나 지하층 바닥 스래브 설치 지내력이 작거나, 말뚝기초가 비경제적이거나 불필요할 경우 기둥 지하 최하층바닥스래브 지하용수조 온통기초

(7) 강성기초 (rigid foundation) * 기초설계 기본 원칙 굴착된 흙의 중량 = 건물 전체 중량 ; 완공 후 침하량 최소화 뜬기초의 경우 외곽보다 중앙부분에 압축침하 발생 이러한 부동침하 방지 위해 강성이 높은 일체식 구조의 기초 사용 a) 거더 월 (girder wall) 방식 기둥 사이에 거더 월을 설치한 상자 모양의 일체식 기초 b) 비렌딜 트러스 (vierendeel truss) 방식 기둥과 보로서 트러스를 형성한 강성골조 기초

【2】 말뚝기초 (pile foundation) 직접기초는 하중을 직접 지반에 전달하는 반면, 말뚝기초는 하중을 먼저 말뚝에 전달한 다음 지반에 전달 말뚝머리/ 말뚝끝/ 쇠신/ 밑마구리/ 끝마구리 지름 지지 방법/ 지반 특성 지지말뚝 (end bearing pile) 단단한 지층에 박혀 그 지지력 대부분을 선단저항에 의존하는 말뚝 단단한 지층이 형성되어 있는 현장에 사용 마찰 말뚝 (friction pile) 말뚝 둘레의 마찰저항으로 지지력을 갖는 말뚝 적당한 깊이에 단단한 지층이 없는 현장에 사용 길이 보다 수량을 늘리는 것이 효과적 지지말뚝 마찰말뚝 단단한 지층

구성재료에 따른 말뚝의 종류 (1) 나무말뚝 (wood, timber pile) 지하수위 아래 나무말뚝은 반영구적 (2) Pc 및 ps콘크리트 말뚝 (precast, pretentionend concrete pile) 다양한 단면형태, 내구성이 좋다 (3)철관말뚝 (pipe pile) (4)강말뚝(H파일) (structural steel pile) 지지말뚝, 관입성이 좋고 배출 토량 감소 (5)합성말뚝 (composite pile) 지하수위 아랫부분에 나무말뚝과 윗부분에 제자리콘크리트말뚝 조합 (6)제자리콘크리트말뚝 (cast-in-place concrete pile) 땅에 구멍을 내거나 철관을 박아 현장에서 배근 및 콘크리트 타설하여 만드는 말뚝

【3】 피어기초 (pier foundation) 기둥 하중를 지지하는 사각형 또는 원형 등의 단면형태의 장방형 또는 원통형의 콘크리트 기초 피어 축조를 위한 흙파기 공법에 따라 (1) 케이슨 (caisson) 공법 케이슨, 잠함 : 내부 중앙이 비어 있고 바닥둘레에 철날이 달린 다양한 단면 형태의 구조체 a) 개방잠함법 (open caisson) 지하수 침투를 방지할 수 있는 현장 우물통 침하공법/ 지하층 침하공법 b) 공기잠함법(pneumetic caisson) 지하수가 많은 현장 또는 수위면 이하의 공사에 적용 작업공간에 높은 공기압 유지로 지하수 침투 방지 공법

(2) 개정법 개방된 대기 공간에 흙막이(cofferdam) 설치하여 우물파기로 피어를 축조하는 공법 a) 시카고 방식 (chicago method) b) 시트파일 방식(sheet pile method) c) 텔레스코핑 스틸 시린더 방식 (telescoping steel cylinder method) d) 드릴 공법 (drilling method) 피어의 지름과 깊이는 구조적 기준, 하중을 지지할 수 있는 지층의 깊이, 지질학적 조건, 사용 가능한 장비, 공사비, 공기 등에 따라 달라진다.

2-2 토양 (土壤, soil) 구조물의 내구성에 지속적으로 영향을 미친다 1. 지반조사와 토질시험 지반조사(surface exploration) 시료를 채취 > 지내력, 지하수의 상태, 지층의 구성, 동결선, 침하 및 슬라이딩 가능성 분석 > 기초형식, 넓이, 깊이, 파기방법 및 설치방법 검토 > 기초설계

【1】지반조사 방법 (1) 테스트 피트(test pit)법 원형상태의 불교란시료 채취 (2) 보링(boring)법 (3) 사운딩 로드(sounding rod)법 (4) 드릴(drill)법 (5) 물리탐사법 【2】토질실험 지내력 실험 지반의 허용지내력도를 측정하기 위하여 실제로 기초를 설치할 깊이까지 흙을 파고 철판을 깔아 하중을 실어 하중에 따른 침하량을 측정하는 재하실험 표2-1:각종 지반의 지내력

2. 기초침하 2.3 지반개량(soil improving) 균등침하 부동침하(differential settlement) 균열, 바닥의 기울음, 지붕의 누수, 창호의 여닫이 장애, 설비장비의 가동 장애를 야기 원인 : 지반 흙의 공극부피 수축, 지반의 실질적 파열 상수면의 저하, 인접 지반의 과다 굴착, 지반유실, 지반의 수축 팽창 대책 : 건물의 중량 = 제거되는 흙의 중량 지하수의 표면 : 지하수위(water table) 주어진 지점의 지하수위 : 상수면(watert level) 2.3 지반개량(soil improving) 흙을 다지거나 고결, 치환 탈수함으로써 토질을 인공적으로 안정시키는 것(soil stabilization)

2.4 깊은 지하층구조 【1】버팀대(bracing)방식 레이크(rake) 방식 깊은 지하층 설치 공법 【1】버팀대(bracing)방식 레이크(rake) 방식 격자수평버팀대(cross-lot bracing)방식 아일랜드(island)공법 【2】솔저 빔(soldier beam)/ 가로널(breast board) 방식 타이백 앵커(tieback anchorage) 【3】이중벽 스틸시트파일코퍼댐 (double-wall steel-sheet-pile cofferdam)방식 【4】뉴메틱 케이슨 코퍼댐(pnuemetic caisson cofferdam)방식 아일랜드(island)공법

【5】웰 포인트(well-point)공법 웰포인트를 설치하여 배수하면서 지하수위를 낮추어 흙파기하는 방식 【6】지하연속벽(underground continous wall)공법 연속적인 지중벽체를 축조하여 흙막이벽, 물막이벽 또는 지하외주벽체로 이용하는 공법 (1) 주열공법 지중에 말뚝을 일렬로 연접시켜 구축한 흙막이벽 (2) 제자리 콘크리트벽공법 장방형 단면의 제자리 콘크리트 말뚝을 연접시켜 구축한 흙막이벽 (3) 슬러리(slurry)공법 대구경 제자리말뚝 굴삭부에 비중이 큰 시멘트 점액(슬러리)를 채워 굴삭벽면의 붕괴를 방지하는 방법

A A 역타(top-down) 공법

2.5 기초의 설계 기초 설계 시 고려사항 상부구조의 하중을 충분히 지중에 전달 지하층은 가급적 건물전체에 균등히 설치하여 부동침하 방지 지중보의 강성을 높여 부동침하 방지 기초판은 동결선 이하에 설치 지지 말뚝의 부주면마찰로 인한 지반침하 유의 기초나 말뚝의 혼용으로 인한 부동침하 유의 말뚝공사로 인한 인접건물 영향 고려 경사 심한 굳은 지반의 슬라이딩 위험 고려