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KR101448161B1 - 트러스형 하이브리드 보 구조체 - Google Patents

트러스형 하이브리드 보 구조체 Download PDF

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KR101448161B1
KR101448161B1 KR1020130101439A KR20130101439A KR101448161B1 KR 101448161 B1 KR101448161 B1 KR 101448161B1 KR 1020130101439 A KR1020130101439 A KR 1020130101439A KR 20130101439 A KR20130101439 A KR 20130101439A KR 101448161 B1 KR101448161 B1 KR 101448161B1
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KR
South Korea
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truss
web
steel
beam structure
steel assembly
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KR1020130101439A
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염경수
곽규상
고수진
Original Assignee
주식회사 액트파트너
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Abstract

본 발명은 교량 또는 건축물을 시공하는 데에 사용되는 합성보에 관한 것으로서, 철골, 철근, 긴장재 등으로 합성보의 스틸조립체를 형성함으로써 강재를 절약할 수 있으면서도 우수한 성능을 발휘하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체에 관한 것이다.
상기 트러스형 하이브리드 보 구조체는, 스틸조립체와, 상기 스틸조립체와 합성되는 콘크리트로 이루어지는 보 구조체로서, 상기 스틸조립체는, 상·하현재 및 상기 상·하현재를 연결하는 다수의 수직재를 포함하여 이루어지는 하나 이상의 웨브트러스와, 상기 웨브트러스의 하현재 하면에 부착되는 하부플랜지를 포함하여 이루어지되; 상기 웨브트러스에는, 1개 이상의 긴장재가 수직재를 경유하여 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

트러스형 하이브리드 보 구조체{Truss type hybrid beam structure}
본 발명은 교량 또는 건축물을 시공하는 데에 사용되는 합성보에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철골, 긴장재, 철근 등으로 합성보의 스틸조립체를 형성함으로써 강재를 절약할 수 있으면서도 우수한 성능을 발휘하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체에 관한 것이다.
보는 교량 또는 건축물을 시공함에 있어 수평 구조부재로 사용되는 것으로서, 주로 축에 직각인 힘을 받아 휨에 의하여 하중을 지지하므로 보의 휨 모멘트에 대한 강성을 높이는 것과 관련된 많은 기술들이 있고 현재도 많은 기술들이 개발 중에 있다.
PC강선과 같은 긴장재를 보의 길이방향으로 배치하여 프리스트레스를 도입하는 것은 보의 휨 모멘트에 대한 강성을 높이기 위하여 일반적으로 사용되고 있는 방법으로서, 보의 공용시 휨 모멘트에 의하여 인장이 발생하는 부분에 긴장재를 배치하고 긴장재를 긴장시켜 인장력을 상쇄시키게 된다.
도 1에 도시되어 있는 등록번호 10-0536489의 '프리스트레스트 강합성보의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 강합성보'는, 강재 보에 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 대표적인 방법을 개시하고 있는데, 인장력이 많이 발생하는 I-강재(10)의 하부 플랜지(13) 부분에 긴장재(50)가 배치되고 이 긴장재(50)의 주위를 철근 어셈블리(70) 및 콘크리트가 감싸 철근 콘크리트부(30)를 이루고 있는 것을 볼 수 있다. 여기에서 콘크리트는 긴장재(50)를 긴장함으로 인해 발생하는 큰 압축력을 강합성보가 견딜 수 있도록 해주며 외부환경으로부터 긴장재(50)를 보호하는 역할을 한다.
이러한 강합성보는, ⅰ)강재가 지면으로부터 떨어지도록 강재를 거치시키는 단계, ⅱ)상기 강재의 일부분을 감싸도록 콘크리트를 타설하기 위한 거푸집을 강재에 매달리게 설치하는 단계, ⅲ)상기 강재에 철근과 긴장재 내설을 위한 쉬스관을 설치하는 단계, ⅳ)상기 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하여 양생시키는 단계, ⅴ)상기 거푸집을 제거하여 강재와 콘크리트를 합성하는 단계, 및 ⅵ)상기 쉬스관 내의 긴장재를 긴장시켜 콘크리트에 압축 프리스트레스를 도입하는 단계를 통하여 제작되는데, 긴장재로 프리스트레스를 도입하기 위하여 ⅲ) 단계 및 ⅵ) 단계와 같은 복잡한 과정을 필요로 하고 긴장재의 긴장작업을 하기 위하여 콘크리트가 양생될 때까지 기다려야 하므로 제작 시간도 오래 걸릴 뿐만 아니라 강재의 단가가 높아 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.
그리고 위와 같은 강합성보의 긴장재는 보에 하방의 수직하중만이 작용한다는 가정 하에 배치 방법이 정해지기 때문에, 지진 등으로 인하여 보에 상방의 수직하중이 작용하는 경우에는 오히려 보를 취약하게 만드는 요인이 될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 철골, 철근, 긴장재 등으로 합성보의 스틸조립체를 형성함으로써 강재를 절약할 수 있으면서도 우수한 성능을 발휘하며 제작 또한 용이한, 트러스형 하이브리드 보 구조체를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 상기 스틸조립체를 이루는 긴장재의 배치를 다양하게 할 수 있는 구조를 가지도록 함으로써 다양한 하중의 방향 및 크기에 쉽게 적용시킬 수 있고 성능이 우수한, 트러스형 하이브리드 보 구조체를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 스틸조립체와, 상기 스틸조립체와 합성되는 콘크리트로 이루어지는 보 구조체에 있어서, 상기 스틸조립체는, 상·하현재 및 상기 상·하현재를 연결하는 다수의 수직재를 포함하여 이루어지는 하나 이상의 웨브트러스와, 상기 웨브트러스의 하현재 하면에 부착되는 하부플랜지를 포함하여 이루어지되; 상기 웨브트러스에는, 1개 이상의 긴장재가 수직재를 경유하여 배치되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 스틸조립체는 2개의 웨브트러스를 구비하며, 상기 웨브트러스들은 보 구조체의 폭방향상에서 서로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 스틸조립체에는 서로 이격된 두 개의 웨브트러스 상부를 연결하는 상부연결재가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 웨브트러스의 수직재는, 웨브트러스의 길이방향 양단부에서 중앙부에서보다 더 촘촘하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 웨브트러스의 상·하현재는 앵글, ㄷ형강, T형강, 강관 중 어느 하나로 이루어지고, 수직재는 앵글, ㄷ형강, 강관, 띠형강판 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 스틸조립체의 폭방향 단부에는, 하부플랜지 위로 바닥판 부재를 거치시킬 수 있는 거치대 또는 영구거푸집 역할을 하는 막음판이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 웨브트러스에는 1개의 긴장재가 웨브트러스의 길이방향 중앙을 기준으로 대칭을 이루며 배치되되, 어느 한 수직재의 상단부와 이에 인접하는 수직재의 하단부를 교대로 경유하여 지그재그로 배치되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 웨브트러스에는 2개의 긴장재가 각각 웨브트러스의 길이방향 중앙을 기준으로 대칭을 이루며 배치되되, 각각의 긴장재는 어느 한 수직재의 상단부와 이에 인접하는 수직재의 하단부를 경유하여 지그재그로 배치되어 인접한 두 수직재 사이에서 X자 형상을 이루는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 위의 실시예에서 상기 긴장재의 단부는 웨브트러스의 단부측에 위치하는 수직재에 정착되되, 2개의 긴장재가 정착되는 수직재는 서로 다른 위치에 있는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 웨브트러스에는 길이가 서로 다른 2개 이상의 긴장재가 웨브트러스의 길이방향 중앙을 기준으로 대칭을 이루며 사다리꼴 형상으로 배치되되, 길이가 긴 긴장재는 길이가 더 짧은 긴장재를 감싸는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 웨브트러스의 수직재 상단부 및 하단부 중 적어도 어느 한 곳에는 관통홀이 형성되고, 긴장재는 상기 관통홀을 관통하여 배치되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 관통홀의 테두리에는 강선보호링이 더 형성되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 웨브트러스의 수직재 상단부 및 하단부 중 적어도 어느 한 곳에는 강선걸침홈을 가진 걸침부재가 형성되고, 긴장재는 상기 강선걸침홈에 걸쳐져 배치되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 긴장재는 경유하는 각 수직재에 각각 고정되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 스틸조립체의 단부에는 기둥과의 접합을 위한 접합부재가 더 형성되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 스틸조립체의 단부 하면에는 단부 보강을 위한 단부보강부재가 더 형성되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체가 제공된다.
본 발명에 의한 보 구조체는, 이를 구성하는 스틸조립체가 형강, 긴장재, 철근 등을 이용하여 트러스형으로 조립되기 때문에 강재량은 절약할 수 있으면서도 단면성능을 증가시킬 수 있다. 또한, 스틸조립체가 개방적인 형상을 가지고 있어 콘크리트의 타설이 용이할 뿐만 아니라 콘크리트와의 합성이 잘 이루어진다.
그리고 상기 스틸조립체는 긴장재가 다양하게 배치될 수 있는 구조를 가지고 있어 다양한 크기 및 방향을 갖는 하중에 쉽게 적용할 수 있으며, 특히 지진 등이 발생하여 보 구조체에 일반적으로 작용하는 힘의 방향과 다른 방향으로 작용하는 힘에 대해서도 대비할 수 있다.
상기 스틸조립체의 단부에는 접합부재를 형성시킴으로써 기둥과의 접합이 용이하게 이루어질 수 있으며, 단부보강부재를 더 형성시킴으로써 부모멘트가 크게 발생하는 보 구조체 단부를 보강할 수 있다.
또한, 웨브트러스를 포함한 스틸조립체가 공장에서 제작되기 때문에 보 구조체의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 현장에서의 작업을 줄여 공기를 단축할 수 있다.
도 1은 종래기술로서 '프리스트레스트 강합성보의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 강합성보'에 의한 강합성보의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 보 구조체를 건축물에 적용한 모습을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 보 구조체를 구성하는 스틸조립체의 단면도 및 사시도이다.
도 4는 상기 스틸조립체가 하나의 웨브트러스를 가지는 경우에 있어, 웨브트러스의 여러 가지 실시예이다.
도 5는 상기 스틸조립체가 두 개의 웨브트러스를 가지는 경우에 있어, 스틸조립체의 여러 가지 실시예이다.
도 6은 상기 웨브트러스의 수직재가 웨브트르서의 중앙부보다 양단부에서 더 촘촘하게 형성되어 있는 경우에 있어 웨브트러스의 사시도이다.
도 7은 상기 스틸조립체에 거치대 또는 막음판이 더 형성되어 있는 경우에 있어, 스틸조립체의 여러 가지 실시예이다.
도 8 및 도 9은 스틸조립체의 웨브트러스에 긴장재를 거치하기 위한 수단의 제1·2 실시예이다.
도 10은 상기 긴장재를 정착하는 방법에 관한 두 가지 실시예이다.
도 11 내지 도 13은 긴장재를 웨브트러스에 배치하는 방법에 관한 여러 가지 실시예이다.
도 14 내지 도 16는 스틸조립체가 기둥과 접합되는 방법에 관한 여러 가지 실시예이다.
도 17은 스틸조립체에 단부보강부재가 더 형성되어 있는 경우에 있어서의 여러 가지 실시예이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관하여는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 2에는 본 발명에 의한 보 구조체(G)가 건축물에 적용된 모습이 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 의한 보 구조체(G)를 이루는 스틸조립체(200)의 단면도와 사시도가 도시되어 있다.
본 발명에 의한 보 구조체는, 스틸조립체(200)와, 상기 스틸조립체(200)와 합성되는 콘크리트(300)로 이루어지는 것으로서, 상기 스틸조립체(200)는, 상·하현재(211, 212) 및 상기 상·하현재(211, 212)를 연결하는 다수의 수직재(213)를 포함하여 이루어지는 하나 이상의 웨브트러스(210)와, 상기 웨브트러스(210)의 하현재(212) 하면에 부착되는 하부플랜지(220)를 포함하여 이루어지되; 상기 웨브트러스(210)에는, 1개 이상의 긴장재(214)가 수직재(213)를 경유하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 보 구조체는, 일반적인 강합성보가 인장력에 대하여 큰 강성을 발휘하는 형강과 압축력에 대하여 큰 강성을 발휘하는 콘크리트를 합성함으로써 이 두 재료의 장점을 모두 갖는 것처럼, 강재로 이루어지는 스틸조립체(200)와 콘크리트가 합성되어 일반적인 강합성보의 장점을 갖는다. 그리고 동시에 상기 스틸조립체(200)는 형강, 긴장재, 철근 등이 트러스형으로 조립되어 형성되기 때문에 강재량은 줄이면서도 단면성능은 증가시킬 수 있으며, 스틸조립체(200)의 구성들 중 하부플랜지(220)를 제외한 구성들은 막대 형상을 가지고 개방적으로 조립되므로 콘크리트의 타설 작업이 용이하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 별도의 전단연결재를 사용하지 않고도 콘크리트와의 합성이 잘 이루어지게 된다.
I형강에 있어서 웨브와 같은 역할을 하는 스틸조립체(200)의 웨브트러스(210)는, 평면트러스처럼 웨브트러스(210)의 길이방향으로 형성되는 상현재(211)와 하현재(212) 그리고 상기 상·하현재(211, 212)의 사이에서 수직하게 형성되어 상·하현재(211, 212)를 연결해주는 수직재(213)를 포함하여 이루어진다. 이 외에 스틸조립체(200)는 1개 이상의 긴장재(214)를 포함하여 이루어지는데, 상기 긴장재(214)로는 PC강선 또는 와이어로프가 사용될 수 있다.
상기 긴장재(214)는 일반적인 평면트러스의 사재와 같이 웨브트러스(210)의 형태를 안정적으로 유지해주고, 웨브트러스(210)에 작용할 수 있는 하중의 방향과 반대되는 방향의 힘을 갖도록 인장되어 웨브트러스(210)에 프리스트레스를 도입하게 된다. 일반적인 평면트러스의 사재는 짧은 막대 형상으로 형성되어 상·하현재 사이에 하나하나 부착해주어야 하는 반면, 상기 긴장재(214)는 유연하여 하나의 긴장재(214)를 수직재(213)의 상·하단부를 경유하도록 하면서 웨브트러스(210)에 한번에 정착시킬 수 있다.
상기 긴장재(214)는 수직재(213)를 경유하여 배치되므로 긴장재(214)의 긴장 작업에 의해 웨브트러스(210)가 변형되지 않도록 수직재(213)와 상·하현재(211, 212)는 적절한 강성을 가지면서 강하게 접합되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 긴장재(214)는 웨브트러스(210)에 작용하는 하중의 방향 및 분포에 따라 다양하게 배치될 수 있는데, 이에 대해서는 아래에서 따로 자세히 설명하도록 한다.
상기 웨브트러스(210)의 하부에는 긴 판형상의 하부플랜지(220)가 부착되는데, 상기 하부플랜지(220)의 폭은, 도 3에 도시되어 있는 것처럼, 웨브트러스(210)의 폭보다 크게 형성됨으로써 하부플랜지(220) 위에 PC(Precaste Concrete)슬래브, 데크플레이트와 같은 바닥판 부재(D)들이 거치될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
웨브트러스(210)의 상·하현재(211, 212)는 앵글(211a), ㄷ형강(211b), T형강(211c), 강관(211d) 중 어느 하나로 이루어지고, 수직재(213)는 앵글(213a), ㄷ형강(213b), 강관(213c), 띠형강판(213d) 중 어느 하나로 이루어진다. 도 4에는 이러한 부재들을 조합함으로써 이루어질 수 있는 웨브트러스(210)의 다양한 형태가 도시되어 있다. 수직재(213)는, 도 4의 (b) 및 (g)에 도시되어 있는 것과 같이, 웨브트러스(210)의 폭 상에서 하나가 형성될 수도 있고, 도 4의 (a), (c)~(f) 및 (h)에 도시되어 있는 바와 같이, 상·하현재(211, 212)의 양측면에 접합되어 웨브트러스(210)의 폭 상에서 한 쌍이 형성될 수도 있다.
이러한 웨브트러스(210)는 보 구조체의 소요강성에 따라 상·하현재(211, 212)의 폭 및 수직재(213)의 길이가 달라질 수 있다.
그리고 상기 스틸조립체(200)는, 도 3에 도시되어 있는 것과는 달리, 2개의 웨브트러스(210)를 구비할 수 있다. 이때 웨브트러스(210)는 보 구조체의 폭방향상에서 서로 이격되어 형성되게 된다. 보 구조체의 폭이 큰 경우에는 이렇게 2개의 웨브트러스(210)가 구비되어 있는 것이 바람직할 것이다.
스틸조립체(200)가 2개의 웨브트러스(210)를 구비하는 경우, 두 개의 웨브트러스(210) 상부를 연결하는 상부연결재(230)를 더 형성시킴으로써 스틸조립체(200)의 형태를 안정적으로 유지하도록 할 수 있다. 상부연결재(230)가 더 형성되어 있는 경우, 본 발명에 의한 보 구조체(G)의 사용시에 보의 길이방향 중앙부 상단에서 크게 작용하는 압축하중에 의해 상현재(211)에 좌굴이 발생하는 것을 방지할 수 있다는 효과 또한 갖게 된다.
상기 상부연결재(230)는 하부플랜지(220)와 같이 긴 판형상으로 이루어질 수도 있으나, 콘크리트 타설의 용이성 및 강재 절약을 위하여 철근 또는 경량형강으로 이루어지는 것이 바람직할 것이다. 도 5에는 스틸조립체(200)에 2개의 웨브트러스(210)가 구비되어 있는 경우에 있어 스틸조립체(200)의 다양한 실시예들이 도시되어 있다.
상기 웨브트러스(210)의 수직재(213)는, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 등간격으로 형성되지 않고 웨브트러스(210)의 길이방향 양단부에서 중앙부보다 더 촘촘하게 형성될 수 있다. 보의 양단부에서는 전단력이 크게 작용하는데, 수직재(213)를 웨브트러스(210)의 양단부에 더 많이 배치함으로써 전단력에 대한 강성을 크게 할 수 있다.
도 7의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 슬래브(S)를 형성시키기 위하여 춤이 깊은 데크플레이트(deep deck)나 할로우코어 슬래브(hollow core slab), 더블티 슬래브(double T slab) 등을 사용하는 경우에는, 바닥판 부재(D)가 스틸조립체(200)의 하부플랜지(220) 바로 위에 거치될 수 있으나, 춤이 작은 데크플레이트를 사용하는 경우에는, 도 7의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 하부플랜지(220) 위로 거치대(240a)를 형성하고 상기 거치대(240a)에 바닥판 부재(D)가 거치될 수 있도록 한다. 슬래브(S)의 두께 및 데크플레이트와 같은 바닥판 부재(D)의 춤에 따라 거치대(240a)의 높이는 달라질 수 있으며, 거치대(240a)가 콘크리트의 타설을 위한 거푸집의 역할을 같이 할 수 있도록 강판으로 형성되는 것이 바람직하다. 거치대(240a)가 강판으로 형성되는 경우, 강판을 절곡하여 리브를 형성시켜 줌으로써 거치대(240a)의 강성을 향상시킬 수 있다.
거치대(240a)는 이와 같이 하부플랜지(220) 위에 별도의 부재로 형성될 수도 있으나, 도 7의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 하부플랜지(220)의 측단을 상향되게 절곡함으로써 거치대(240a)의 역할을 하도록 하는 것도 가능하다.
보 구조체가 건물의 최외곽에 형성되는 등의 이유로 스틸조립체(200)의 일측면 또는 양측면에 슬래브가 거치되지 않는 경우에는, 도 7의 (d)에 도시되어 있는 바와 같이, 막음판(240b)을 형성시킴으로써 영구거푸집의 역할을 하도록 할 수 있다. 상기 막음판(240b)은 거치대(240a)와 마찬가지로 리브를 갖는 강판으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
위에서 언급했던 바와 같이, 상기 스틸조립체(200)는 1개 이상의 긴장재(214)를 포함하여 이루어지는데, 긴장재(214)는 스틸조립체(200)의 수직재(213)를 경유하여 배치되므로 수직재(213)는 긴장재(214)를 거치시키기 위한 수단들을 구비하게 된다.
도 8에는 긴장재(214)의 거치를 위한 수단의 제1실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에 의하면, 상기 웨브트러스(210)의 수직재(213) 상단부 및 하단부 중 적어도 어느 한 곳에는 관통홀(h)이 형성되고, 긴장재(214)는 상기 관통홀(h)을 관통하여 배치되게 된다. 관통홀(h)은 수직재(213)의 상단부 및 하단부 중 한 곳에만 형성될 수도 있지만, 웨브트러스(210) 제작의 용이성 및 긴장재(214) 배치의 다양성을 위하여 양쪽 모두에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 관통홀(h)의 테두리에는 강선보호링(213h)을 더 형성하여 관통홀(h)의 테두리부분을 부드럽게 만들어줌으로써 긴장재(214)가 관통홀(h) 내면과의 마찰에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 9에는 긴장재(214)의 거치를 위한 수단의 제2실시예가 도시되어 있는데, 이 실시예에 의하면, 상기 웨브트러스(210)의 수직재(213) 상단부 및 하단부 중 적어도 어느 한 곳에는 강선걸침홈(v)을 가진 걸침부재(213f)가 형성되고, 긴장재(214)는 상기 강선걸침홈(v)에 걸쳐져 배치되게 된다.
걸침부재(213f)의 강선걸침홈(v)은 홈의 방향이 긴장재(214)의 방향과 일치되게 형성되어 긴장재(214)와 걸침부재(213f)와의 마찰을 최소화하고 긴장재(214)가 걸침부재(213f)에서 이탈하지 않도록 해준다.
상기 걸침부재(213f)는, 도 9의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 수직재(213)와 일체로 형성될 수도 있고, 도 9의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 수직재(213)와 별개로 형성되어 서로 접합될 수도 있다. 걸침부재(213f)가 수직재(213)와 별개로 형성되는 경우에는, 웨브트러스(210)의 춤 높이에 따라 수직재(213)의 길이만을 달리해줌으로써 웨브트러스(210)의 높이를 용이하게 조절할 수 있다.
상기 긴장재(214)가 웨브트러스(210)에 배치된 후에는 긴장재(214)를 긴장하게 되는데, 긴장재(214)의 긴장력을 유지하기 위하여 긴장재(214)의 양단부를 움직이지 않도록 정착한다. 긴장재(214) 단부의 정착은, 도 10의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 웨지(W)를 사용하거나, 도 10의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 유클립(U)을 사용하여 이루어질 수 있다. 또는, 긴장재(214)의 단부에 나사산이 형성된 강봉을 부착하여 볼트로 정착시킬 수도 있다. 그리고 긴장재(214)의 단부는 상·하현재(211, 212), 수직재(213) 중 어떤 곳에도 정착될 수 있다.
이와 같이 긴장재(214)는 웨브트러스(210)의 수직재(213) 또는 상·하현재(211, 212)에 정착될 수 있어 긴장재(214)의 단부를 콘크리트에 정착시키기 위하여 콘크리트가 양생될 때까지 기다릴 필요가 없다. 이에 따라 긴장재(214)까지 정착이 완료된 상태의 스틸조립체(200)를 공장에서 제작할 수 있어 현장에서의 작업이 감소하고 보 구조체의 시공을 용이하게 하는 것이 가능하다.
긴장재(214)는 웨브트러스(210)의 단부에서 정착될 뿐만 아니라 긴장재(214)가 경유하는 각각의 수직재(213), 즉 웨브트러스(210)의 단부에 위치하지 않은 수직재(213)에도 고정될 수 있다. 이렇게 긴장재(214)가 각각의 수직재(213)에 고정되는 경우, 긴장재(214)의 긴장력을 분산시켜 긴장재(214) 단부의 정착부분에서 발생하는 집중하중을 분산시킬 수 있다.
위와 같이 긴장재(214)가 웨브트러스(210)의 단부 외의 부분에 위치한 수직재(213)에도 고정될 때에는 긴장재(214)의 단부를 정착할 때와 마찬가지로 웨지 또는 유클립을 사용하되 그 형태나 위치를 달리하여 사용할 수 있다.
상기 긴장재(214)는, 보 구조체에 작용하게 될 하중의 종류 및 크기에 따라서 웨브트러스(210)에 다양하게 배치될 수 있는데, 이하에서는 긴장재(214)의 다양한 배치 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 11에는 상기 긴장재(214) 배치 방법의 제1실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에 의하면, 웨브트러스(210)에는 1개의 긴장재(214)가 웨브트러스(210)의 길이방향 중심을 기준으로 대칭을 이루며 배치되되, 어느 한 수직재(213)의 상단부와 이와 인접하는 수직재(213)의 하단부를 교대로 경유하여 지그재그로 배치된다. 도 11의 (a)는 웨브트러스(210)를 이루는 수직재(213)의 수가 홀수개인 경우, 도 11의 (b)는 짝수개인 경우에 있어서의 긴장재(214)의 배치 모습이다.
보가 건축물에 적용되어 사용될 때에는 일반적으로 보에 하방의 수직하중이 작용하므로, 상기 긴장재(214)가 웨브트러스(210)의 길이방향 중앙에서는 수직재(213)의 하단부를 경유하고 웨브트러스(210)의 길이방향 단부에서는 수직재(213)의 상단부를 경유하도록 배치함으로써 웨브트러스(210)에 상방의 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한다. 긴장재(214)에 의한 긴장력은, 위와 같이 보에 작용하는 하중과 반대 방향의 힘으로 작용하여 상기 하중을 상쇄시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 웨브트러스(210)의 형태를 안정적으로 유지해줌으로써 콘크리트 타설압 등에 대해 웨브트러스(210)가 변형되지 않도록 해주는 역할을 하기도 한다.
만약 보 구조체가, 수직하중이 상방으로 작용하는 특수한 곳에 사용되는 경우는, 도 11의 (c)와 같이, 긴장재(214)가 웨브트러스(210)의 길이방향 중앙에서는 수직재(213)의 상단부를 경유하고 웨브트러스(210)의 길이방향 단부에서는 수직재(213)의 하단부를 경유하도록 배치한다.
도 12의 (a)에는 긴장재(214) 배치 방법의 제2실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에 의하면, 웨브트러스(210)에는 2개의 긴장재(214)가 각각 웨브트러스(210)의 길이방향 중심을 기준으로 대칭을 이루며 배치되되, 각각의 긴장재(214)는 어느 한 수직재(213)의 상단부와 이에 인접하는 수직재(213)의 하단부를 경유하여 지그재그로 배치되어 인접한 두 수직재(213) 사이에서 X자 형상을 이루게 된다.
제2실시예가 적용된 웨브트러스(210)는 방향성이 있는 프리스트레스를 갖지는 않으나, 2개의 긴장재(214)가 웨브트러스(210)의 형태를 매우 안정적으로 유지해주기 때문에, 제1실시예에서와 마찬가지로 콘크리트 타설압 등에 대해 웨브트러스(210)가 변형되는 것을 방지해주고, 보 구조체에 일반적으로 작용하는 하방의 수직하중뿐만 아니라 지진 등에 의해 돌발적으로 발생할 수 있는 상방의 수직하중에 대한 웨브트러스(210)의 강성을 향상시켜주게 된다.
도 12의 (b)는 이러한 제2실시예의 변형 실시예로서, 긴장재(214)들의 단부가 웨브트러스(210)의 단부측에 위치하는 수직재(213)에 정착되되, 2개의 긴장재(214)가 정착되는 수직재(213)의 위치가 서로 다른 것을 특징으로 한다. 상기 변형 실시예가 적용된 웨브트러스(210)는, 제2실시예가 적용된 웨브트러스(210)의 장점을 가질 뿐만 아니라, 상방의 프리스트레스가 도입되어 보 구조체에 작용하는 하중을 상쇄시켜 줄 수 있다. 그리고 변형 실시예를 적용하는 경우, 제1실시예에서와 마찬가지로, 도 12의 (c)에서와 같이, 웨브트러스(210)에 하방의 프리스트레스를 도입할 수 있음은 당연하다. 제2실시예의 변형 실시예에 있어 웨브트러스(210) 양단부의 긴장재(214)가 배치되지 않은 부분에는, 도 12의 (d)에 도시되어 있는 바와 같이, 강재로 된 사재(A)를 설치함으로써 웨브트러스(210)의 형태가 보다 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
도 13에는 긴장재(214) 배치 방법의 제3실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에 의하면, 웨브트러스(210)에는 길이가 서로 다른 2개 이상의 긴장재(214)가 웨브트러스(210)의 길이방향 중심을 기준으로 대칭을 이루며 사다리꼴 형상으로 배치되되, 길이가 긴 긴장재(214)는 길이가 더 짧은 긴장재(214)를 감싸는 형태로 배치된다.
제3실시예에서의 긴장재(214)들은 웨브트러스(210)에 프리스트레스를 도입하는 역할을 하는데, 배치되는 긴장재(214)의 수를 조절함으로써 프리스트레스의 크기를 조절하는 것이 가능하다. 즉, 도 13에는 웨브트러스(210)에 2개의 긴장재(214)가 배치되어 있으나, 더 큰 프리스트레스를 필요로 하는 경우에는 3개 이상, 큰 프리스트레스를 필요로 하지 않은 경우에는 1개의 긴장재(214)를 배치할 수도 있다.
도 14 내지 도 16에는 본 발명을 이루는 스틸조립체(200)가 기둥(100)과 접합되는 방법이 도시되어 있다. 도 14의 (a)는 스틸조립체(200)가 RC기둥(100R)과 접합되는 방법으로서, 스틸조립체(200)를 RC기둥 위에 단순 거치시키되, 스틸조립체(200)를 이루는 하부플랜지(220)의 단부를 일부 제거하여 하부플랜지(220)가 RC기둥의 수직철근과 간섭하지 않도록 하고 기둥 부분에 타설되는 콘크리트와의 합성이 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다. 스틸조립체(200)의 단부에는 RC기둥의 수직철근 사이를 관통하는 수평철근을 배근함으로써 RC기둥 위에 거치되는 2개의 스틸조립체(200)에 의한 보 구조체들을 일체화시켜줄 수 있다.
도 14의 (b)에는 스틸조립체(200)가 I형강 기둥(100I)과 접합되는 방법이 도시되어 있다. 본 발명을 이루는 스틸조립체(200)가 I형강 기둥과 접합되는 경우에는, 접합부재(400)로서의 I형강 토막(400I)이 단부에 형성되어 있는 스틸조립체(200)를 사용한다. 상기 I형강 토막은 그 단부면이 스틸조립체(200)의 상현재(211) 및 하부플랜지(220) 단부면과 용접되거나, 상현재(211)와 하부플랜지(220) 사이의 공간에 삽입되어 용접됨으로써 스틸조립체(200)에 고정될 수 있다. 또는, 연결판을 사용하여 스틸조립체(200)와 I형강 토막을 볼트접합할 수도 있다. 이렇게 단부에 접합부재(400)로서 I형강 토막(400I)을 갖는 스틸조립체(200)는, 일반적인 I형강 보가 I형강 기둥에 접합되는 것과 같은 방법으로 I형강 기둥에 접합되게 된다. I형강 기둥에는 미리 브라켓(B)을 부착해 두어 상기 브라켓과 I형강 토막이 접합되도록 함으로써 현장에서의 작업이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
도 15에는 스틸조립체(200)가, 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재에 접합되는 방법이 도시되어 있다. 상기 철골부재(100F)와 스틸조립체(200)를 접합할 때에는, 도 15에 도시된 바와 같이, 웨브트러스(210)의 상현재(211) 및 하현재(212)에서 연장되는 접합부재(400)를 사용할 수도 있고, 스틸조립체(200)와 I형강 기둥을 접합하는 방법과 같은 방법을 사용할 수도 있다. 상기 철골부재에는 스틸조립체(200)와의 접합부 보강을 위하여 내다이어프램 또는 외다이어프램이 설치될 수 있다.
도 16에는 스틸조립체(200)가, 기둥의 각 모서리 위치에 앵글(10)이 설치되고 상기 앵글(10)의 위치를 고정하여 기둥의 형상을 유지시켜주는 템플레이트(20)를 포함하여 이루어지는 철골철근콘크리트 기둥의 철골조립체(100S)에 접합되어 있는 모습이 도시되어 있다. 상기 철골조립체를 이루는 앵글(10)에는 볼트공(12)이 구비되어 있어 보를 거치하기 위한 지지대(55)를 쉽게 형성시킬 수 있으므로, 도 16의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 지지대 위에 스틸조립체(200)의 단부를 단순 거치하거나, 도 16의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 스틸조립체(200)의 상현재(211) 및 하부플랜지(220)에서 연장되는 형태의 접합부재(400)를 사용하여 상기 접합부재(400)가 철골조립체의 외면에 부착되도록 함으로써 스틸조립체(200)와 철골조립체가 접합될 수 있도록 한다.
스틸조립체(200)의 단부 하면에는 단부 보강을 위한 단부보강부재(500)가 더 형성될 수 있다. 단부보강부재(500)는 부모멘트가 크게 작용하는 보 구조체의 단부에 부착되어 부모멘트에 대한 내력을 향상시키는 역할을 하게 된다. 도 17에는 이러한 단부보강부재(500)의 여러 가지 실시예가 도시되어 있다.
도 17의 (a)에는 상기 단부보강부재(500)의 제1실시예가 도시되어 있는데, 스틸조립체(200)의 단부 하면에 ⊥형 단면을 갖는 철골 토막(500T)이 접합되어 있는 것을 볼 수 있다.
단부보강부재(500)는 상기의 접합부재(400)와 별개로 형성될 수도 있으나, 도 17의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 스틸조립체(200)의 하부플랜지(220) 폭 중심부를 하부플랜지(220) 단부측에서 일부 제거하고 스틸조립체(200)의 춤보다 큰 춤을 갖는 I형강 토막(400I)을 사용함으로써 접합부재(400)가 단부보강부재(500)의 역할을 겸하도록 할 수도 있다.
도 17의 (c)에는 단부보강부재(500)의 제2실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서는 단면이
Figure 112013077791469-pat00001
형상으로 절곡된 강판(500C)을 스틸조립체(200)의 단부 하면에 부착함으로써 상기 강판이 단부보강부재(500)가 되는 동시에 콘크리트 타설을 위한 영구거푸집의 역할을 하도록 한다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하게 하기 위한 예시에 불과한 것이므로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다.
예를 들어, 본 발명에 의한 보 구조체를 구성하는 스틸조립체(200)는 콘크리트와 합성되어 보 구조체를 이루게 되지만, 주차 전용 건물이나 일반 건물의 최상층과 같이 내화의 필요성이 적은 곳에 적용할 때에는 콘크리트와 합성되지 않고 스틸조립체(200)만이 사용될 수도 있다.
따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.
200 : 스틸조립체 210 : 웨브트러스
211 : 상현재 212 : 하현재
213 : 수직재 213f : 걸침부재
213h : 강선보호링 214 : 긴장재
220 : 하부플랜지 230 : 상부연결재
240a : 거치대 240b : 막음판
300 : 콘크리트 400 : 접합부재
500 : 단부보강부재
G : 보 구조체 h : 관통홀
v : 강선걸침홈

Claims (16)

  1. 스틸조립체(200)와, 상기 스틸조립체(200)와 합성되는 콘크리트(300)로 이루어지는 보 구조체(G)에 있어서,
    상기 스틸조립체(200)는, 상·하현재(211, 212) 및 상기 상·하현재(211, 212)를 연결하는 다수의 수직재(213)를 포함하여 이루어지는 하나 이상의 웨브트러스(210)와, 상기 웨브트러스(210)의 하현재(212) 하면에 부착되는 하부플랜지(220)를 포함하여 이루어지되;
    상기 웨브트러스(210)의 상·하현재(211, 212)는 앵글, ㄷ형강, T형강, 강관 중 어느 하나로 이루어지고, 수직재(213)는 앵글, ㄷ형강, 강관, 띠형강판 중 어느 하나로 이루어지고,
    상기 하부플랜지(220)의 폭은 웨브트러스(210)의 폭보다 크게 형성되어 하부플랜지(220) 위에 바닥판 부재(D)가 거치될 수 있도록 하며,
    상기 웨브트러스(210)에는, 1개 이상의 긴장재(214)가 수직재(213)를 경유하여 배치되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스틸조립체(200)는 2개의 웨브트러스(210)를 구비하며, 상기 웨브트러스(210)들은 보 구조체(G)의 폭방향상에서 서로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스틸조립체(200)에는 서로 이격된 두 개의 웨브트러스(210) 상부를 연결하는 상부연결재(230)가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웨브트러스(210)의 수직재(213)는, 웨브트러스(210)의 길이방향 양단부에서 중앙부에서보다 더 촘촘하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스틸조립체(200)의 폭방향 단부에는, 하부플랜지(220) 위로 바닥판 부재(D)를 거치시킬 수 있는 거치대(240a) 또는 영구거푸집 역할을 하는 막음판(240b)이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 웨브트러스(210)에는 1개의 긴장재(214)가 웨브트러스(210)의 길이방향 중앙을 기준으로 대칭을 이루며 배치되되, 어느 한 수직재(213)의 상단부와 이에 인접하는 수직재(213)의 하단부를 교대로 경유하여 지그재그로 배치되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 웨브트러스(210)에는 2개의 긴장재(214)가 각각 웨브트러스(210)의 길이방향 중앙을 기준으로 대칭을 이루며 배치되되, 각각의 긴장재(214)는 어느 한 수직재(213)의 상단부와 이에 인접하는 수직재(213)의 하단부를 경유하여 지그재그로 배치되어 인접한 두 수직재(213) 사이에서 X자 형상을 이루는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 긴장재(214)의 단부는 웨브트러스(210)의 단부측에 위치하는 수직재(213)에 정착되되, 2개의 긴장재(214)가 정착되는 수직재(213)는 서로 다른 위치에 있는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 웨브트러스(210)에는 길이가 서로 다른 2개 이상의 긴장재(214)가 웨브트러스(210)의 길이방향 중앙을 기준으로 대칭을 이루며 사다리꼴 형상으로 배치되되, 길이가 긴 긴장재(214)는 길이가 더 짧은 긴장재(214)를 감싸는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 웨브트러스(210)의 수직재(213) 상단부 및 하단부 중 적어도 어느 한 곳에는 관통홀(h)이 형성되고, 긴장재(214)는 상기 관통홀(h)을 관통하여 배치되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 웨브트러스(210)의 수직재(213) 상단부 및 하단부 중 적어도 어느 한 곳에는 강선걸침홈(v)을 가진 걸침부재(213f)가 형성되고, 긴장재(214)는 상기 강선걸침홈(v)에 걸쳐져 배치되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 긴장재(214)는 경유하는 각 수직재(213)에 각각 고정되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 스틸조립체(200)의 단부 하면에는 단부 보강을 위한 단부보강부재(500)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는, 트러스형 하이브리드 보 구조체.












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