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기초의 종류 – 기초는 어떻게 결정할까?
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[지반공학]제 4장 얕은기초(기초공) #1
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옹벽의 직접기초 – 04plan
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건축물의 기초와 종류, 표현방법을 알아보자! :: 건축하는 누나
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- Most searched keywords: Whether you are looking for 건축물의 기초와 종류, 표현방법을 알아보자! :: 건축하는 누나 기초의 하중 전달방식에는 직접기초와 말뚝기초 두가지가 있습니다. 직접기초(spread foundation)는 기초 슬래브로부터 하중을 직접 지반으로 전달하는 … 건축업에 종사하시는 모든 직장인분들, 구조도 그리느라 한번쯤 애먹었던적이 있으실꺼에요.(저도 그랬거든요) 구조도를 처음 접하는 새내기 분들에게 도움이 되었으면 좋겠습니다. 기초를 찬찬히 다지자구요! 1…건축에 관한 모든 인문, 사회학적 지식
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건축물의 기초와 종류 표현방법을 알아보자!
1 기초의 뜻과 구성요소
2 하중 전달방식에 따른 분류
3 기초판(기초슬래브)의 형식에 따른 분류
4 기초의 적절한 깊이는
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기초와 종류와 기초를 어떻게 결정하는지 살펴보겠습니다.
기초의 종류
기초는 크게 얕은 기초와 깊은 기초로 구분합니다. 얕은 기초는 상부구조의 하중을 지탱할 수 있는 지반이 비교적 얕은 깊이에 있어서 지반 위에 온통기초나 줄기초를 설치하는 것을 말하는데 직접기초라고도 합니다. 깊은 기초는 상부구조의 하중을 지탱할 수 있는 지반이 깊은 위치에 있어서 기초 밑에 말뚝을 박아 지지하는 것을 말합니다.
기초는 기초 위에서 하중을 실어 나르는 구조체의 형태(기둥, 벽 등) 와 지반의 특성에 따라 다양한 형태로 만들어집니다. 얕은기초(직접기초)를 모양에 따라 구분하면 독립기초, 줄기초, 온통기초(Mat foundation), 복합기초로 구분할 수 있습니다.
독립기초는 원형이나 각형 기둥 하부에 설치해서 기둥을 타고 전달되는 축력을 독립적으로(방석처럼) 지반에 전달하는 기초를 말합니다. 독립기초의 크기는 기둥의 축력을 지지 지반에 넓게 분산할 수 있을 정도의 크기로 만드는데, 대략적인 과정은 다시 살펴보겠습니다.
줄기초는 연속기초라고도 하며, 벽이나 일련의 기둥을 띠모양으로 받치면서 상부 응력을 지반 또는 지정에 전달합니다. 소규모 조적식 건물 등에 주로 사용합니다.
복합기초는 두 개 또는 그 이상의 기둥에서 전달되는 응력을 하나의 기초판 형태로 기초에 전달하는 방식입니다. 건물 외곽에 위치한 기둥을 지지하는 독립기초가 대지 경계선을 넘을 때 주로 사용합니다. 건물 외곽 쪽으로 기초가 확장되지 못하고 반대쪽으로 상대적으로 크게 확장되면서 내부 기초와 연결되는 형태입니다. 이런 방식으로 외곽 기둥과 내부 기둥의 하중을 모아 지반에 균일하게 전달합니다.
온통기초는 상부구조에서 가해지는 응력을 단일기초판으로 모아 지반 또는 지정에 전달하는 방식입니다. 복합기초와 유사하지만 기둥 여러 개와 벽체를 동시에 지지하면서 바닥판 전체를 연결하는 방식으로 만들어집니다.
말뚝기초는 기초가 설치되는 지반의 지내력이 충분하지 못할 때 사용합니다. 말뚝은 견고한 지반에 도달할 수 있도록 충분히 깊게 설치해야 하고, 선단의 지지력뿐 아니라 주변 흙과의 마찰력으로 지지됩니다.
말뚝기초는 기성콘크리트말뚝(PHC 말뚝 등), 강관말뚝, 현장타설 콘크리트말뚝으로 구분할 수 있습니다.
기초의 결정 과정
기초를 결정하는 과정을 대략 살펴보겠습니다.
처음에 해야 할 일은 토질조사결과(토질 주상도)를 확인하는 것입니다. 기초구조물이 설치되는 높이(지하층의 깊이)와 건축물을 지지할 수 있는 단단한 지반의 깊이를 따져보는 것입니다.
만일 기초가 설치될 위치의 지반이 약하다면 구조방식을 강구조로 바꾸어서 무게를 줄이는 것도 가능합니다.
그럼 간단하게 기초 형식을 결정하는 과정을 살펴보겠습니다.
먼저 건축물의 중량을 따져봅니다. 일반적으로 구조방식에 따라 건축물의 중량은 달라집니다. 보통 강구조가 가볍고 철근콘크리트구조가 조금 더 무겁습니다. 최하층은 기초보 등이 있기 때문에 훨씬 더 무겁게 됩니다.
■ 기둥의 구조적 역할
■ 기둥의 크기를 줄이려면?
위 그림에서 볼 수 있는 것처럼 기둥의 가장 기본적인 역할은 상부에서 전달되는 축하중을 기초로 전달하는 것입니다. 통상 인접한 기둥끼리 경간의 절반 정도씩 분할한 영역을 각자 지지하게 되는데 이렇게 전달되는 축력을 합한 값이 P라고 가정해보겠습니다.
이제 토질 주상도를 확인해 보아야 합니다.
■ 토공사 – 지반조사로 무엇을 알 수 있을까?
■ 지반조사 – 보링과 표준 관입 시험
토질주상도를 확인해보고 기초가 설치되는 깊이에 단단한 지반이 있는지 확인합니다. 지내력을 구하는 것은 복잡한 과정이지만 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙[별표 8]에서 정하고 있는 지반의 허용지내력은 다음과 같습니다.
(단위 : kN/m²)
지반 장기응력에 대한
허용지내력 단기응력에 대한
허용지내력 경암반 화강암·석록암·편마암·안산암 등의 화성암 및 굳은 역암 등의 암반 4000 각각 장기응력(연속적으로 작용하는 힘에 의한 변형력)에 대한 허용지내력 값의 1.5배로 한다. 연암반 판암·편암 등의 수성암의 암반 2000 혈암·토단반 등의 암반 1000 자갈 300 자갈과 모래와의 혼합물 200 모래섞인 점토 또는 롬토 150 모래 또는 점토 100
한편, 건축물을 지지할 수 있는 지층으로서 양호한 사질토 지반이라면 장기허용응력도는 통상 N값의 10배 정도 (10 × N kN/m²)로 대략적으로 추정해 볼 수 있습니다. 그래서 만일 지반에 자갈섞인 모래가 분포하고 있고, N값이 30 이상이면 지내력을 300kN/m² 정도로 가정해볼 수 있습니다.
대략적으로 기초가 설치될 지반의 깊이에서 이처럼 단단한 지반이 있다면 독립기초나 온통기초 같은 얕은 기초로 건축물을 충분히 지지할 수 있습니다. 만일 기초가 설치될 깊이의 지층이 성토층으로 구성되어 있고 N값이 작다면 건축물을 지지할 수 없겠죠.
만일 직접기초로 기초를 설치한다고 가정하고 기둥 하나 당 기초축력 P가 3,600kN/개소이라고 가정해보겠습니다. 이것을 지지지반의 지내력인 300kN/m²으로 나누면 12m²의 면적의 기초가 필요해 집니다. 즉 3.3m × 3.3m의 크기로 만들면 독립기초로서 지지할 수 있게 됩니다.
기초 면적 = 기둥의 하중 ÷ 지반의 지내력
만일 기초의 바닥면이 지지층 깊이까지 도달할 수 없다면 문제가 됩니다. 기초에 작용하는 축력을 지지층에 전달해야만 하는데, 건물의 규모가 크지 않다면 기반을 개량하는 방법을 적용할 수 있습니다.
지반 개량은 통상적으로 지반을 원기둥형태로 파서 말뚝이나 벽체처럼 배치하는 식으로 지반을 보강하는 방법을 사용할 수 있습니다. 지반 전체를 보강하는 방법을 쓸 수도 있지만 독립기초나 기둥의 아래쪽 지반을 개량하면 지반개량면적을 줄일 수 있게 됩니다. 그런데 지반개량 깊이가 깊다면 통상 10m 이상 말뚝기초를 고려하게 됩니다.
■ [분류 전체보기] – 건축재료 목차
■ [분류 전체보기] – 건축시공 목차
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[지반공학]제 4장 얕은기초(기초공) #1
이번 포스팅에서는 얕은기초(직접기초)에 대한 이야기를 해보려고합니다.
얕은기초는 뿌리 내림이 얕아, 작용하중을 지반이 주로 저항하며 측면지반의 지반 반력에 의한 저항을 고려하지 않은 기초로 테르자기의 지지력 이론을 적용할 수 있도록 하는 기초를 말한다.
제 4장 얕은기초에 대한 포스팅은 2개의 파트로 나누어 올릴 예정인데요. 그 중에서 첫번째인 이번 포스팅에서는 얕은기초가 무엇인지에 대해서 전반적인 지식을 쌓는 시간으로서 과년도에서 직접적으로 출제되고 있지는 않습니다.
제 1장~6장까지는 계산문제가 많이 출제되고 있는데 7장부터는 암기위주의 내용이 나오니 조금만 더 화이팅합시다.
기초공
1. 기초의 구분
: 상부구조에서 오는 하중을 지반에 전하는 부분을 총칭하여(Foundation)라하며 기초는 직접기초(Direct foundation)로 대별된다.
(1)얕은기초
: 기초판과 지지 지반 사이에 중개물을 설치하는 형식과 기초 B와 기초 깊이 D_f와 비 D_f/B≤1인 경우
독립푸팅기초: 상부구조의 전하중을 단일기둥으로 지지하는 형식
연속푸팅기초: 일련의 기둥 또는 벽에서의 하중을 띠 모양의 기초판으로 지지하는 형식
복합푸팅기초: 상부구조의 전하중을 2개 이상의 기둥으로 지지하는 형식
캔틸레버식 푸팅기초: 2개의 기초를 strap으로 연결시킨 기초형식
전면기초: 푸팅기초의 전면적이 커져서 그 합계가 건축면적의 2/3를 초과하는 경우, 전체의 기둥하중을 단ㅇㄹ 기초판으로 지지하는 형식
-사일로나 굴뚝의 기초에 사용된다.
-굴착하여 버린 무게만큼 구조물 무게가 가벼워진다.
-절대 침하량이 커지는 단점이 있다.
(2)깊은기초(Deep foundation)
: 기초판과 지지 지반 사이에 중개물을 설치하는 형식과 기초 B와 기초 깊이 D_f와의 비 D_f/B>1인 경우
말뚝기초: 말뚝에 의하여 구조물을 지지하는 기초, 튼튼한 지반이 대단히 깊이 있어서 굳은 지층에 직접기초 구축이 불가능할 때 쓰이는 기초
피어기초(Pier foundation): 구조물의 하중을 충분한 지지력을 얻을 수 있는 지반에 전달하기 위하여 수직공을 굴착하여 그 속에 현장 콘크리트를 타설하여 만들어진 주상의 기초
케이슨 기초(Caisson foundation): 바닥이 없는 지하구조물을 지상에서 건조한 케이슨을 필요로 하는 곳까지 운송한 다음 자중이나 적재하중에 의하여 소정의 위치까지 침하시킨 후에 모래, 자갈 또는 빈배합으로 채움하는 기초
(3)기초의 비교
기초형식 얕은 기초 깊은 기초 단면도 장단점 ·공사비가 저렴
·품질유지가 양호
·기초지반의 육안확인이 가능
·넓은 부지 필요
·다양한 기초공법을 적용
·지지층 심도가 깊은 경우에 적합
·공사비가 상대적으로 고가
·항타 시 소음과 진동을 유발
시공방법 ■푸팅기초
· 독립푸팅기초
·연속푸팅기초
·복합푸팅기초
·켄벨레버식 푸팅기초
■전면기초 ■말뚝 기초
·기성 말뚝기초
·현장타설 말뚝기초
■피어기초
■케이슨기초
·우물통 기초
·공기케이슨 기초
·박스케이슨 기초
■특수형식 기초
적용범위 ·지반을 굴착하여 양질의 지반상에 확대기초를 설치하고 상부하중을 기초지반에 전달하는 강체기초
·얕은 심도에 양호한 지반이 분포할 때 적용 가능
·말뚝시공 후 말뚝 두부에서 확대기초를 타설하며, 탄성체 기초임
·연직력은 말뚝선단 및 주면마찰력으로 지지, 수평력은 휨저항과 주변지반으로 저항
환경조건 ·기초지반 교란방지대책필요
·시공 시 진동, 소음이 비교적 적음
·점유면적이 직접기초보다 적음
·항타 시 진동, 소음이 큼
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2. 기초 일반
(1)기초의 필요조건
: 구조물 안전을 위한 기초의 형식을 선장하고자 할 때, 기초가 구비해야 할 조건은 다음과 같다.
최소의 근입깊이를 가질 것(동결심도보다 깊게)
안전하게 하중을 지지할 수 있을 것
침하가 허용치를 넘지 않을 것
경제적인 시공이 가능할 것
기초공의 시공이 가능할 것
(2)기초설계 시에 고려하여야 할 하중
구조물의 사하중과 활하중
횡방향하중(토압, 풍하중)
기초면 상부의 유효하중
진동하중
(3)직접기초의 근입깊이 결정 시 고려사항
동결 깊이 이하로 한다.
풍화의 영향을 고려하여 1.2m 이하로 한다.
경사지 푸팅은 60~100cm 떨어지게 한다.
푸팅의 고저차는 지반의 응력이 중복되지 않게 한다.
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옹벽의 직접기초
(1) 설계일반
옹벽의 직접기초는 양호한 기초지반위에 설치하고 연직하중은 직접기초저면의 원지반만으로 지지시키는 것으로 한다. 연약하지만 비교적 얕은 위치에 양질의 지지층이 있는 경우에는 지지층까지 근입시키는 방법 외에 안정처리와 양질토에 의한 치환을 하여 개량지반을 형성하여 직접기초를 설치한다.
(2) 개량지반(안정처리, 치환)상의 직접기초 개량된 지반의 직접기초는 비자립형 옹벽 등의 견고한 지지지반을 구조형식의 옹벽에 이용하지 않는다. 또한, 구조물로서의 중요도가 높은 옹벽에 이용하는 경우에는 신중한 검토가 필요하다. 직접기초의 기초지반을 개량하는 것은 크게 다음 3가지 경우가 있다.
① 표층에 연약층이 있고 양호한 지지층이 비교적 얕은 위치(2～3m 정도)에 있어 연약층의 전체두께를 개량하는 경우
② 연약층이 두텁고 양호한 지지층이 깊은 위치에 있어 연약층의 두께의 일부를 개량할 경우(하중에 의한 지중응력도가 연약지반의 허용응력도 이하가 되는 깊이까지 연약층을 개량하는 경우)
③ 연약층이 두텁고 양호한 지지층이 깊은 위치에 있어 심층혼합처리 등에 의해 양호한 지지층까지 연약층의 전체두께를 개량하는 경우
(3) 치환콘크리트
기초지반으로서 일부가 부적합한 지반이 존재하는 경우와 비탈면위에 설치하는 경우에는 그 부분을 굴착하여 콘크리트로 치환한다. 비탈면상의 직접기초는 굴착토량을 삭감하기 위해 저판에 단차를 둔다. 치환콘크리트의 강도는 기초지반의 강도와 동등하게 한다. 또한, 치환콘크리트가 기초저면에 차지하는 비율이 비교적 큰 경우와 저판밑을 모두 콘크리트로 치환해 버리는 것은 구조적, 경제적으로 바람직하지 않은 경우가 있기 때문에 치환기초의 범위도 어느 정도 제한하여야 한다.
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