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KR101159041B1 - 조립강관박스기둥과 철골보의 접합부구조 - Google Patents

조립강관박스기둥과 철골보의 접합부구조 Download PDF

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KR101159041B1
KR101159041B1 KR1020110073545A KR20110073545A KR101159041B1 KR 101159041 B1 KR101159041 B1 KR 101159041B1 KR 1020110073545 A KR1020110073545 A KR 1020110073545A KR 20110073545 A KR20110073545 A KR 20110073545A KR 101159041 B1 KR101159041 B1 KR 101159041B1
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KR
South Korea
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steel pipe
rib
pipe box
plate
pillar
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KR1020110073545A
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염경수
곽규상
김태영
서용칠
Original Assignee
주식회사 하모니구조엔지니어링
주식회사 건축사사무소건원엔지니어링
주식회사 액트파트너
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Abstract

본 발명은 강관기둥과 철골보의 접합부구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관기둥으로 조립강관박스기둥을 이용하여 철골보와의 접합부에 관통 다이어프램을 간편하게 설치한 접합부구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 조립강관박스기둥과 철골보의 접합부구조는, 네 모서리에 리브L형 절곡철판을 배치하고 리브L형 절곡철판 사이에 리브一형 절곡철판을 배치하여 강관박스기둥으로 조립 완성하되 접합부 구간에서 리브一형 절곡철판을 간격을 띄어 분리 배치하여 개구부를 형성시키면서 완성한 조립강관박스기둥; 십자형의 부재로 단부가 조립강관박스기둥의 개구부를 통과하여 외부로 돌출되게 하면서 조립강관박스기둥에 관통 설치되는 관통 다이어프램; 관통 다이어프램의 돌출 단부에 접합 설치되는 철골보;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

조립강관박스기둥과 철골보의 접합부구조{Joint of steel box column and steel beam}
본 발명은 강관기둥과 철골보의 접합부구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관기둥으로 조립강관박스기둥을 이용하여 철골보와의 접합부에 관통 다이어프램을 간편하게 설치한 접합부구조에 관한 것이다.
CFT(Concrete Filled steel Tube)구조는 강관에 콘크리트를 충전하여 구속시킨 구조방식인데, 강성, 내력, 변형 등의 구조적인 면뿐만 아니라 내화 및 시공 등 다방면에서 우수한 성능이 인정되어 최근 활발하게 적용되고 있다.
CFT구조는 주로 기둥 부재를 CFT기둥으로 시공하고 보 부재를 H형강 철골보로 시공하여 완성하는데, 이 경우 CFT기둥과 철골보의 접합부 시공이 중요하다. CFT기둥과 철골보의 접합부에서 철골보에 작용하는 힘에 의해 CFT기둥의 강관이 국부 파괴되거나 강관의 국부변형을 초래하는 응력집중에 의해서 접합부가 조기에 파단하 우려가 크기 때문이다. 이에 따라 접합부는 충분한 강성 및 내력을 갖도록 적절하게 보강하게 되는데, 도 1은 종래에 적용되어 오던 접합부의 모멘트 보강구조를 도시한다.
도 1에서와 같이 종래에는 모멘트 보강을 위해 접합부에 다이어프램을 설치하는 방식을 채택하여 왔다. 다이어프램 설치방식은 그 설치 위치에 따라 내측 다이어프램 방식(도 1(a)), 관통 다이어프램 방식(도 1(b)) 외측 다이어프램 방식(도 1(c))로 구분된다. 내측 다이어프램 방식은 응력전달이 명확한 장점이 있으나, 다이어프램의 설치가 용이하지 않다는 단점이 있다. 외측 다이어프램 방식은 외관이 복잡하여 다이어프램의 제작 및 설치가 용이하지 않고 마감 공사 등의 후속 작업에 어려움이 있다. 관통 다이어프램 방식의 경우에는 내측 다이어프램 방식과 마찬가지로 응력전달이 명확한 장점이 있기는 하나, 강관을 잘라서 다이어프램을 용접하는 방식이기 때문에 제작과정이 복잡하다는 단점이 있다.
본 발명은 종래 CFT구조에서 접합부 보강을 위한 다이어프램의 설치 문제를 개선하고자 개발된 것으로서, 관통 다이어프램 방식을 간단한 시공과정으로 유리하게 적용할 수 있는 강관기둥과 철골보의 접합부구조를 제공하는데 기술적 과제가 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 네 모서리에 리브L형 절곡철판을 배치하고 리브L형 절곡철판 사이에 리브一형 절곡철판을 배치하여 강관박스기둥으로 조립 완성하되 접합부 구간에서 리브一형 절곡철판을 제거하여 개구부를 형성시키면서 완성한 조립강관박스기둥; 십자형의 부재로 단부가 조립강관박스기둥의 개구부를 통과하여 외부로 돌출되게 하면서 조립강관박스기둥에 관통 설치되는 관통 다이어프램; 관통 다이어프램의 돌출 단부에 접합 설치되는 철골보;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조립강관박스기둥과 철골보의 접합부구조를 제공한다.
본 발명에 따르면, CFT구조에서 기둥부재로 조립강관박스기둥을 이용하고 조립강관박스기둥의 제작과정에서 관통 다이어프램을 간단하게 설치할 수 있기 때문에, CFT구조에서 강관기둥과 철골보의 접합부를 구조적으로 유리한 관통 다이어프램 설치방식으로 간단하게 완성할 수 있다.
도 1은 종래 CFT구조에서 다이어프램의 설치방식을 도시한다.
도 2는 특허 제0684931호 따른 조립강관박스기둥을 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 조립강관박스기둥과 철골보의 접합부구조에 대한 제1실시예를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 조립강관박스기둥과 철골보의 접합부구조에 대한 제2실시예를 도시한다.
도 5는 조립강관박스기둥과 철골보의 접합부구조에 대한 제3실시예를 도시한다.
이하 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 특허 제0684931호 따른 조립강관박스기둥을 도시하는데, 보는 바와 같이 특허 제0684931호는 절곡철판을 복수개를 조립하여 내부가 빈 폐쇄형의 원형 또는 각형 튜브의 철골부재로 완성하는데 특징이 있다.
도 2(a)는 C형 단면의 양단부가 내향하게 절곡되어 절곡부가 형성된 리브C형 절곡철판 2개를 조립하여 박스기둥으로 완성한 예이고, 도 2(b)는 L형 단면의 양단부가 내향하게 절곡되어 절곡부(111)가 형성된 리브L형 절곡철판(110) 4개를 조립하여 박스기둥으로 완성한 예이고, 도 2(c)는 리브L형 절곡철판(110) 4개와 평판의 양단부가 절곡되어 절곡부(121)가 형성된 리브一형 절곡철판(120) 4개를 조립하여 박스기둥으로 완성한 예이다. 이와 같은 조립강관박스기둥(100)은 절곡철판의 절곡부(111, 121)를 서로 맞닿게 배치하고 맞닿은 부분에서 접합하여 조립하게 된다. 특히 절곡철판의 절곡 과정에서 절곡부(111, 121)가 자연스럽게 곡면으로 처리되기 마련이어서 절곡철판 상호 간을 절곡부(111, 121)가 서로 맞닿도록 배치하면 절곡부(111, 121)가 맞닿는 부분은 오목하게 들어가게 형성되기 때문에, 이 부분을 통해 홈용접(Y1)하면 유리하게 조립할 수 있다. 물론 경우에 따라 절곡철판 상호 간은 볼트접합할 수도 있다.
조립강관박스기둥(100)은 도 2에서 보는 바와 같이 절곡철판의 절곡부(111, 121)가 내부로 돌출되면서 폐쇄형의 박스기둥으로 완성되며, 이에 따라 압축재로서 좌굴에 유리한 기둥부재가 된다. 특히 절곡철판의 절곡부(111, 121)는 조립강관박스기둥(100) 내부에 충전되는 충전콘크리트와의 구속력 증대에 기여하므로 조립강관박스기둥(100)은 CFT구조의 기둥부재로 유리하게 적용할 수 있다. 도 2(b)(c)에서는 절곡부(111, 121) 끝단을 더 절곡한 절곡철판을 이용하여 철골철판 상호 간의 맞댄 부분을 T형 리브로 완성한 것을 확인할 수 있는데, 이러한 절곡철판은 좌굴내력 발휘와 충전콘크리트의 구속력 증대에 더욱 유리한 역할을 한다.
본 발명은 상기와 같은 조립강관박스기둥(100)을 이용하여 철골보와의 접합부를 구성한다는데 특징이 있다. 특히 본 발명은 도 2(c)에와 같이 리브L형 절곡철판(110)과 리브一형 절곡철판(120)으로 조립한 조립강관박스기둥(100)을 이용하여 관통 다이어프램 설치방식으로 철골보와의 접합부를 구성하며, 관통 다이어프램의 구체적인 형태에 따라 3가지의 실시예를 제안한다.
도 3a 내지 도 3c는 조립강관박스기둥(100)과 철골보의 접합부구조에 대한 제1실시예를 도시하는데, 관통 다이어프램으로 관통플레이트(310)를 설치한 예이다.
관통플레이트(310)는 십자 평면의 철판으로 마련되어 조립강관박스기둥(100)에 관통 설치되며, 이를 위해 조립강관박스기둥(100)은 접합부 위치에서 철골보(200)와의 접합부 위치에서 리브L형 절곡철판(110)이 연속 배치되는 한편 상기 리브一형 절곡철판(120)이 하기 관통플레이트(310)의 두께만큼 간격을 띄어 분리 배치됨으로써 슬릿형 개구부(130)가 십자 방향으로 형성되도록 마련된다. 다시 말해 리브一형 절곡철판(120)의 너비와 일치하는 너비로 관통플레이트(310)를 준비하고, 조립강관박스기둥(100)은 리브L형 절곡철판(110)을 연속화시키면서 리브一형 절곡철판(120)을 길이방향으로 분절시켜 슬릿형 개구부(130)를 마련하고, 리브L형 절곡철판(110)과 리브一형 절곡철판(120)을 접합하면서 조립강관박스기둥(100)을 제작하는 과정에서 관통플레이트(310)의 단부가 슬릿형 개구부(130)를 통해 빠져 나와 외부로 돌출하도록 관통플레이트(310)를 슬릿형 개구부(130)에 끼워 설치하면 된다(도 3c 참조).
관통플레이트(310)를 십자 평면의 철판으로 마련하기 때문에, 조립강관박스기둥(100)의 네 면에서 가운데에 위치하는 리브一형 절곡철판(120)의 길이방향 일부 구간을 제거하는 것으로 관통플레이트(310)의 관통 설치가 가능해지고, 아울러 관통플레이트(310)를 설치하여도 조립강관박스기둥(100) 내부의 모서리 부분이 열린 공간으로 유지되어 조립강관박스기둥(100) 내부에 충전콘크리트의 타설이 가능해진 것이다.
상기와 같이 관통플레이트(310)가 조립강관박스기둥(100)에 관통 설치되면, 철골보(200)를 접합 설치한다. 철골보(200)로는 H형강보는 물론 단부에 H형강이 돌출되게 제작된 합성보도 채택가능하며, 플랜지(210)를 관통플레이트의 돌출 단부(311)에 접합하고 웨브(220)를 조립강관박스기둥의 리브一형 절곡철판(120)에 접합하여 설치하면 된다. 도 3a 내지 도 3c에서 철골보는 플랜지(210)를 관통플레이트의 돌출 단부(311)와 용접접합하고 웨브(220)를 조립강관박스기둥의 리브一형 절곡철판(120)과 볼트접합하고 있는데, 특히 플랜지(210)의 용접접합은 백바(back-bar, Y2)을 덧대어 V형 홈용접(Y1)을 실시하고 있고, 웨브(220)의 볼트접합은 스플릿T(320)를 이용하여 실시하고 있다. 스플릿T의 플랜지(321)를 조립강관박스기둥의 리브一형 절곡철판(120)에 맞대어 용접접합하여 설치하고, 스플릿T의 웨브(322)를 철골보의 웨브(220)와 맞대어 볼트접합하여 설치한 것이다.
한편 관통플레이트(310)에는 통공(312)을 형성시킬 수 있는데, 통공(312)은 조립강관박스기둥(100) 내부에 충전콘크리트의 타설 구멍으로 역할하며 나아가 관통플레이트(310)와 충전콘크리트의 구속력 증대에도 기여한다.
도 4a 내지 도 4c는 조립강관박스기둥(100)과 철골보의 접합부구조에 대한 제2실시예를 도시하는데, 관통 다이어프램으로 H형강 타입의 관통브라켓(410)을 설치한 예이다.
제2실시예에서 관통브라켓(410)은 H형강을 십자 구조로 제작되어 조립강관박스기둥(100)에 관통 설치되며, 이를 위해 조립강관박스기둥(100)은 접합부 위치에서 리브L형 절곡철판(110)이 연속 배치되는 한편 리브一형 절곡철판(120)이 관통브라켓(410)의 춤만큼 간격을 띄어 분리 배치됨으로써 박스형 개구부(140)가 형성되도록 마련된다. 관통브라켓(410)의 관통 설치는 앞서 살펴본 관통플레이트(310)의 관통 설치와 전반적으로 동일하다(도 4c 참조).
한편 관통브라켓(410)을 H형강으로 십자 구조로 마련하기 때문에 조립강관박스기둥(100)의 네 면에서 가운데에 위치하는 리브一형 절곡철판(120)의 길이방향 일부 구간을 제거하는 것으로 관통브라켓(410)의 관통 설치가 가능해진다. 다만 관통브라켓(410)이 H형 단면을 가지기 때문에 관통브라켓(410)을 설치하여도 박스형 개구부(140)는 여전히 일부 부분이 개구된 상태에 있게 되는바, 본 발명에서는 폐쇄플레이트(420)로 조립강관박스기둥(100)과 관통브라켓(410) 사이에서 개구된 박스형 개구부(140)를 폐쇄하고 있다. 폐쇄플레이트(420)로 폐쇄해야 조립강관박스기둥(100) 내부에 충전콘크리트를 타설할 때 유출을 방지할 수 있다. 폐쇄플레이트(420)는 일종의 스티프너가 되어 관통브라켓(410)을 보강하기도 한다.
상기와 같이 관통브라켓(410)이 조립강관박스기둥(100)에 관통 설치되면, 철골보(200)를 접합 설치한다. 도 4a 내지 도 4c에서 철골보(200)와 관통브라켓(410)은 플랜지(210, 411)와 웨브(220, 412)끼리 서로 이음판(B2)을 이용하면서 볼트접합(B1)을 실시하고 있다.
도 5는 조립강관박스기둥(100)과 철골보의 접합부구조에 대한 제3실시예를 도시하는데, 관통 다이어프램으로 플레이트 조립 타입의 관통브라켓(510)을 설치한 예이다.
제3실시예에서 플레이트 조립 타입의 관통브라켓(510)은 서로 이격 배치된 십자 평면의 상?하부 수평판(510a, 510b)의 네 마구리 단부가 수직판(510c)으로 연결 접합되는 십자구조의 부재로 마련되는데, 상?하부 수평판(510a, 510b)에는 콘크리트의 용이한 충전을 위한 통공(미도시)이 형성되거나 보강을 위한 보강스티프너(512)가 설치될 수 있다.
플레이트 조립 타입의 관통브라켓(510)은 앞서 살펴본 제2실시예와 거의 동일한 방식으로 접합부를 구성한다. 즉 리브L형 절곡철판(110)이 연속 배치되는 한편 리브一형 절곡철판(120)이 관통브라켓(510)의 춤만큼 간격을 띄어 분리 배치됨으로써 박스형 개구부(140)가 형성되는 조립강관박스기둥(100)에 관통 설치되고, 돌출 단부(511)에 철골부(200)가 접합 설치되는 것이다. 다만 제3실시예에서 플레이트 조립 타입의 관통브라켓(510)은 상?하부 수평판(510a, 510b)의 단부가 박스형 개구부(140)를 통해 빠져 나와 조립강관박스기둥(100) 외부로 돌출되면서 수직판(510c)이 조립강관박스기둥의 리브一형 절곡철판(120)와 동일 선상에 위치하도록 설치되어야 한다. 그래야 폐쇄플레이트를 별도 마련하지 않으면서 효과적으로 접합부를 구성할 수 있다. 한편 도 5에서는 상?하부 수평판(510a, 510b)에 백바(Y2)을 덧대어 상?하부 수평판(510a, 510b)과 철골보의 플랜지(210)를 용접접합하고, 수직판(510c)에 이음판(B2)을 용접접합하여 이음판(B2)과 철골보의 웨브(220)를 볼트접합하고 있다.
이상에서 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
100: 조립강관박스기둥
110: 리브L형 절곡철판
120: 리브一형 절곡철판
111, 121: 절곡부
130: 슬릿형 개구부
140: 박스형 개구부
200: 철골보
210: 플랜지
220: 웨브
310: 관통플레이트
311, 511: 돌출 단부
312: 통공
320: 스플릿T
321: 플랜지
322: 웨브
410, 510: 관통브라켓
420: 폐쇄플레이트
510a: 상부 수평판
510b: 하부 수평판
510c: 수직판
512: 보강스티프너

Claims (3)

  1. 삭제
  2. L형 단면의 양단부가 내향하게 절곡되어 절곡부(111)가 형성된 리브L형 절곡철판(110)이 네 모서리를 구성하도록 배치하는 한편 리브L형 절곡철판(110) 사이에 평판의 양단부가 절곡되어 절곡부(121)가 형성된 리브一형 절곡철판(120)을 배치하되, 리브L형 절곡철판의 절곡부(111)와 리브一형 절곡철판의 절곡부(121)가 서로 맞닿도록 배치하고 맞닿은 부분에서 접합함으로써 강관박스기둥으로 조립 완성되는 것으로, 철골보(200)와의 접합부 위치에서 상기 리브L형 절곡철판(110)이 연속 배치되는 한편 상기 리브一형 절곡철판(120)이 하기 관통브라켓(410)의 춤만큼 간격을 띄어 분리 배치됨으로써 박스형 개구부(140)가 십자 방향으로 형성된 조립강관박스기둥(100);
    H형강을 십자 구조로 제작한 부재로, 상기 조립강관박스기둥(100) 내부에 삽입 설치되되 단부가 박스형 개구부(140)를 통해 빠져 나와 조립강관박스기둥(100) 외부로 돌출되도록 설치되는 관통브라켓(410);
    상기 조립강관박스기둥(100)과 관통브라켓(410) 사이에서 개구된 박스형 개구부(140)를 폐쇄하도록 조립강관박스기둥(100)에 접합 설치되는 폐쇄플레이트(420);
    상기 관통브라켓(410)의 돌출 단부에 접합 설치되는 철골보(200);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조립강관박스기둥과 철골보의 접합부구조.
  3. L형 단면의 양단부가 내향하게 절곡되어 절곡부(111)가 형성된 리브L형 절곡철판(110)이 네 모서리를 구성하도록 배치하는 한편 리브L형 절곡철판(110) 사이에 평판의 양단부가 절곡되어 절곡부(121)가 형성된 리브一형 절곡철판(120)을 배치하되, 리브L형 절곡철판의 절곡부(111)와 리브一형 절곡철판의 절곡부(121)가 서로 맞닿도록 배치하고 맞닿은 부분에서 접합함으로써 강관박스기둥으로 조립 완성되는 것으로, 철골보(200)와의 접합부 위치에서 상기 리브L형 절곡철판(110)이 연속 배치되는 한편 상기 리브一형 절곡철판(120)이 하기 관통브라켓(510)의 춤만큼 간격을 띄어 분리 배치됨으로써 박스형 개구부(140)가 십자 방향으로 형성된 조립강관박스기둥(100);
    서로 이격 배치된 십자 평면의 상?하부 수평판(510a, 510b)의 네 마구리 단부가 수직판(510c)으로 연결 접합된 십자구조의 부재로, 상기 조립강관박스기둥(100) 내부에 삽입 설치되되, 상?하부 수평판(510a, 510b)의 단부가 박스형 개구부(140)를 통해 빠져 나와 조립강관박스기둥(100) 외부로 돌출되면서 수직판(510c)이 조립강관박스기둥의 리브一형 절곡철판(120)와 동일 선상에 위치하도록 설치되는 관통브라켓(510);
    상기 관통브라켓의 돌출 단부(511)에 접합 설치되는 철골보(200);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조립강관박스기둥과 철골보의 접합부구조.
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