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기초구조의 종류

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  • 하이구조
  • 04-01-27 16:29
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  기초구조의 종류

 

 

1.  기초의 역할

 

건물에 작용하는 각종 하중들은 슬래브(Slab)→작은 보(Beam)→큰 보(Girder)→기둥(Column)/벽체(Wall)→ 기초(Footing) 와 같은 수평부재들을 거쳐 수직부재들로 전달되었다가 지반(Ground)으로 흘러가는 힘의 경로를 가지고 있다. 기초는 최하층 기둥 하부에 위치하여 각종 하중들을 최종 집결하여 지반에 전달시키는 장소로, 지반침하 및 파괴에 대하여 구조내력상 안전성을 유지해야하는 중요한 구조요소이다. 따라서 기초는 지반과 밀접한 상관관계가 있으며, 기초가 설치되는 지지층은 상부구조물을 안전하게 지지할 수 있고, 적절한 기초 시공이 가능한 지층으로 선정된다.

 

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그림1  기초의 이해

 

기둥을 사람의 발에 비유한다면 기초는 신발에 해당한다고 할 수 있다. 하중, 지반상태, 내ㆍ외적환경 등에 따라 신발의 크기 및 형태는 변화되므로, 각 상황에 따라 안전성, 경제성, 시공성 등을 종합 분석하여 적정한 기초형식을 선정하여야 한다. 특히 기초형식은 건물하중과 지반의 지지능력에 따라 크게 영향을 받게 된다.  기둥하중에 대하여 상대적으로 지반상태가 좋으면 신발 크기가 작은 독립기초로 충분하지만, 지반상태가 좋지 않을수록 신발 크기가 점점 커지고, 좀 더 커지면 인접기초와 서로 붙어 복합기초가 되다가 나중에는 최하층 바닥 전체가 신발이 되는 전면기초가 된다. 지반의 지지능력이 더 나쁘면 말뚝(Pile)을 이용하여 신발의 지지지반을 바꾸거나 지반개량을 하여야 한다.  

 

 

2.  기초의 종류

 

기초란 지중에 설치되는 기초슬래브와 말뚝의 총칭으로, 기둥 및 주각 밑에 있는 푸팅, 지정, 피어, 매트슬래브, 말뚝 등이 여기에 속한다. 기초의 주요 구성요소 및 명칭은 다음과 같다.

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그림2  기초의 구성요소 및 명칭

 

지정에는 잡석지정, 자갈지정, 모래지정 등이 있으며, 지정의 역할은 기초구조물 하부 지반의 안전성을 확보하기 위한 것이다. 즉 터파기시 기초나 최하층바닥슬래브하부의 흐트러진 연약한 땅바닥을 편평하고 단단하게 잘 다짐으로써, 구조물이 침하되지 않도록 하는데 그 목적이 있다. 따라서 지반상태가 양호한 경우, 지정은 설치할 필요가 없다. 왜냐하면 기초하부 지반이 암반일 경우, 어설픈 지정의 설치는 오히려 기초하부 지반상태를 해칠 염려가 있기 때문이다. 밑창콘크리트의 역할은 기초콘크리트 타설시 콘크리트내의 물이 하부로 빠져나감으로 인한 콘크리트 강도저하를 방지하며, 기초의 크기 및 형상을 정확히 시공하는데 도움을 준다.

 

 

 3.  기초의 분류

 

 

기초의 형식은 토층의 구성상태, 상부구조물의 하중조건 및 기초의 근입깊이등에 따라 얕은기초(Shallow Foundation)깊은기초(Deep Foundation)로 나누어진다. 얕은 기초와 깊은 기초를 세부적으로 구분하여 나타내면 다음과 같다.

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그림3  기초의 분류

 

 

4.  얕은 기초

 

 

얕은 기초(Shallow Foundation)는 상부 구조물로부터 하중을 기초저면을 통하여 직접 지반에 전달하며, 기초저면 지반의 전단저항력으로 하중을 지지시키는 형식으로, 압축성이 큰 지층이 없을 때 지반에 직접 설치하므로 직접기초 라고도 하며, 하중전달기둥의 하부를 넓힌 형식으로 확대기초 라고도 한다. 얕은 기초는 푸팅(Footing)저면의 기초폭(B)에 대한 기초의 근입깊이(Df), Df/B 가 1~4 이하인 경우로, 그 형식과 기능에 따라 푸팅기초(Footing Foundation)와 전면기초(Mat 또는 Raft Foundation)로 크게 구분된다.

 

(1) 푸팅기초 (Footing Foundation)

 

① 독립기초(Individual Footing) : 단일기둥을 지지, 기둥간격이 넓은 경우

② 복합기초(Combined Footing) : 2개 이상의 기둥을 지지, 기둥간격이 좁을 경우

③ 연속기초(Contintious Footing) : 다수의 연속기둥 또는 벽체를 지지, 

 

(2) 전면기초 (Mat 또는 Raft Foundation)

 

① 다수의 기둥들을 지지, 상부구조 전 단면 아래의 지지토층 위에 있는 단일 슬래브 형식의 확대기초

② 고층건물, 중량건물, 연약지반, 지하수위가 높은 지하실바닥에 유리

③ 허용지내력에 대한 하중증가로 인하여 기초저면적이 최하층바닥의 2/3 이상을

   차지할 때 유리

 

 

5.  깊은 기초

 

기초슬래브 하부 지층이 구조물 하중을 지지할 수 없는 경우에는 깊은 지중에 있는 굳은 지층에 말뚝이나 피어 등을 이용하여 하중을 전달시켜야 하는데, 푸팅(Footing)저면의 기초폭(B)에 대한 기초의 근입깊이(Df), Df/B 가 4 보다 큰 이러한 기초를 깊은 기초 (Deep Foundation) 라고 한다.

 

(1) 하중지지 형태에 따라

 

① 선단지지 말뚝 : 말뚝 선단지지력으로 단단한 지지층에 하중을 전달

② 마찰 말뚝 : 말뚝주면부의 마찰저항력으로 하중을 지지시켜 단단한 지지층에 말뚝이 닿지 않아도 됨.

 

(2) 말뚝의 형태에 따라

 

① 말뚝 기초 :

 

a. 대표적인 깊은 기초공법으로 피어 및 케이슨기초 보다 시공이 간편하고 공사비가 저렴함.

 

b. 말뚝의 축방향 허용지지력은 지반의 허용지지력과 말뚝재료의 허용하중을 비교하여 낮은 값으로 결정함.

 

c. 말뚝은 구조재료에 따라 강말뚝, 기성 콘크리트말뚝, 현장타설 콘크리트말뚝 등으로 구분되며, 이미 완성된 말뚝체를 타격이나 삽입 또는 진동 등에 의하여 지중에 박는 방법과 지중에 구멍을 뚫고 그 속에 콘크리트를 쳐서 말뚝을 만드는 방법 등이 있음.

 

② 피어기초 :

 

a. 구조물 하중을 연약한 토층을 지나 견고한 지지층에 전달시키기 위하여 지반에 굴착한 구멍 속에 현장타설 콘크리트를 채워 설치하는 깊은 기초의 일종으로서 일반적으로 직경은 사람이 들어가서 확인할 수 있도록 최소직경 760mm 정도 이상인 것을 말함.

 

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그림4  피어기초 (대구경 천공공사)

 

b. 말뚝기초가 지반 내부에 타입 또는 압입하여 주변지반을 다지면서 설치되는데 비하여 피어기초는 지반에 연직공을 파거나 뚫어 그 속을 콘크리트로 채워 설치하므로 선단지반이나 그 주위의 지반을 다지는 것이 아니라 오히려 팽창시키고 느슨하게 만들어 그 지지력의 값을 감소시키는 경향이 있으나, 시공 중에 굴착된 흙을 직접 눈으로 검사할 수 있어 연약한 지층을 지나 견고한 지지층에 기초를 설치하여 비교적 큰 연직하중을 전달시킬 수 있을 뿐만 아니라 수평력에 대한 저항력이 크며 시공중 소음과 진동이 낮은 공법임.

 

 

③ 케이슨 기초 :

 

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(a) 우물통 기초                (b) 공기 잠함 기초

 

그림5  케이슨 기초

 

a. 지상에 구축하거나 지중에 소정의 지지층까지 속파기공법 등에 의하여 침하시킨 후 그 바닥을 콘크리트로 막고 속을 채우는 중공 대형의 철근콘크리트 구조물로 된 기초형식을 말함.

 

b. 케이슨은 상부구조물의 하중과 토압 및 수압 뿐만 아니라 시공 중에 받게 되는 모든 하중조건에 대해서도 충분히 안전하도록 설계되어야 하고, 견고한 지지층에 충분히 관입시켜야 함.

 

c. 지중에 설치하는 기초 케이슨에는 압축공기를 이용하여 케이슨 내에 침입하는 물을 막으면서 시공하는 공기케이슨과 대기압에서 내부바닥을 굴착하는 오픈케이슨, 즉 우물통의 두가지 종류가 있음.

 

 

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