KR100321907B1 - 슬릿이형성된접합부를구비한철골구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지진과 같은 매우 큰 외력에 의한 응력집중으로 파괴가 일어나기 쉬운 접합부의 스캘럽(scallop)을 형성시키지 않으므로써, 접합부의 균열발생을 억제시키고, 내진성능이 우수한 철골구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 철강구조에서 보의 웨브를 기둥의 측면에 접촉시키고, 보의 플랜지를 기둥의 측면에 용접시키며, 시어 플레이트로 웨브와 기둥의 측면을 보강시킨 접합부에는 보의 플랜지의 안쪽으로 웨브의 모서리와 기둥의 측면이 접하는 모서리가 응력집중으로 인해 파괴되는 것을 막는 슬릿(300)이 형성되어 있다.

그러한 본 발명의 슬릿이 형성된 접합부를 구비한 철골구조는 웨브(220)의 중간부위를 기둥(100)의 측면에 비접촉시키도록, 웨브(220)의 중간부위에서 일측면이 개방되어 웨브(220)의 높이방향으로 슬릿(300)을 형성시키고, 상기 슬릿(300)이 시어 플레이트(230)의 용접선(231)과 기둥(100)에 용접된 플랜지(210)의 용접선 (211)을 교차시키지 않게 빈 공간(301)을 제공하므로써, 응렵집중을 억제시킨다.

Description

슬릿이 형성된 접합부를 구비한 철골구조

본 발명은 슬릿이 형성된 접합부를 구비한 철골구조에 관한 것이며, 특히 강접(rigid connection)되도록 용접되는 철골구조의 접합부에 슬릿을 형성시켜 구조적성능을 높이는 철골구조에 관한 것이다.

일반적으로, 철골구조물은 기둥(column)과 보(beam)로 구성되어 있다. 그리고, 기둥과 보의 접합부는 접합방식에 따라서 강접과 약접으로 분류된다.

여기에서, 약접이란 기둥과 보가 볼트로만 체결된 핀접합(pin connection)된 상태를 의미하고, 강접이란 용접으로 접합된 상태를 의미한다. 강접은 대개 약접에 비해서 제작은 복잡하나 소성변형능력이 우수하기 때문에 큰 외력을 받는 부위에 사용된다. 그러나 강접을 해도 지진 등의 큰 외력이 작용하는 경우 접합부의 스캘럽(scallop)에서 응력집중현상이 발생되어 파괴되는 사례가 빈번하다.

종래 기술에 따른 철골구조는 도 1에 보이듯이, 각형강관기둥(10)에 "H"자 형강보(20)가 접합된 실례를 나타낸다. 상기 기둥(10)과 보(20)의 결합에서, 보 (20)의 하부 플랜지(flange)와 원 "A"로 표시된 상부 플랜지(21)는 대부분의 인장 및 압축하중을 전담하고, 웨브(22 ; web)는 전단하중을 전담한다. 전단하중은 상대적으로 상기 인장 및 압축하중에 비해 약하다.

상기 접합부에는 상기 기둥(10)과 보(20)를 접합하기 위해서 보(20)의 상부 플랜지(21)와 하부 플랜지는 기둥과 완전용접을 하고, 보(20)의 웨브(22)를 직접 기둥에 모살용접을 한다. 또한, 직사각 판형상의 시어 플레이트(23 ; shear plate)는 기둥과 용접되고, 보(20)의 웨브(22)에 다수의 볼트를 이용하여 반강접 (semi-rigid connection)된다.

도 2에 보이듯이, 상기와 같은 보(20)의 상부 플랜지(21)에는 현장제작형인 경우, 보의 하부 플랜지와 동일한 방향의 개선각을 갖는 경사면(26)이 형성되어 있다. 이런 경사면(26)의 개선각은 공장제작형인 경우, 하부 플랜지의 개선각과 반대 방향으로 형성되어 있다.

그러나, 현장제작형이든지 공장제작형이든지 보(20)의 상부 플랜지(21)와 하부 플랜지의 안쪽모서리에는 용접선을 서로 교차시키지 않게 하는 부채꼴 형상의 스캘럽(25 ; scallop)이 형성되어 있다. 또한, 스캘럽(25)이 형성된 부위에는 보 (20)의 플랜지(21)와 기둥(10)의 접합을 보강하는 백 플레이트(24 ; back plate)가 용접되어 있다.

상기 스캘럽(25)은 용접에서 용접선 교차에 따른 용접결함을 방지하고 응력집중을 완하하는 역할을 한다.

그러나, 이런 스캘럽이 형성된 접합부를 구비한 철강구조는 지진과 같은 매우 큰 외력의 작용시에, 용접결함 방지 및, 응력집중을 완하하는 스캘럽에서 파괴가 발생하는 단점이 있다.

따라서, 스캘럽의 형상을 개선하고자 하는 많은 노력이 진행되었으나, 응력집중으로 인한 스캘럽 단부에서의 균열발생을 억제시키지 못했다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지진과 같은 매우 큰 외력에 의한 응력집중으로 파괴가 일어나기 쉬운 접합부의 스캘럽(scallop)을 형성시키지 않으므로써, 접합부의 균열발생을 억제시키고, 내진성능이 우수한 철골구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 접합부를 구비한 철골구조의 구성을 설명하기 위한 정면도.

도 2는 도 1에 도시된 철골구조의 중요부위를 설명하기 위해 확대한 도면.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬릿이 형성된 접합부를 구비한 철골구조를 설명하기 위한 정면도.

도 4는 도 3에 도시된 철골구조의 중요부위를 설명하기 위해 확대한 도면.

도 5는 도 3에 도시된 철골구조의 연결관계를 나타낸 도면.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

100 : 기둥 200 : 보

210 : 플랜지 220 : 웨브

230 : 시어 플레이트 300 : 슬릿

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 기둥과 보를 서로 연결함에 있어서, 보의 웨브를 기둥의 측면에 접촉시키고, 보의 플랜지를 기둥의 측면에 용접시키며, 시어 플레이트로 웨브와 기둥의 측면을 보강시킨 접합부에는 보의 플랜지의 안쪽으로 웨브의 모서리와 기둥의 측면이 접하는 모서리가 응력집중으로 인해 파괴되는 것을 막는 슬릿이 형성되어 있다.

그러한 본 발명의 슬릿이 형성된 접합부를 구비한 철골구조는 웨브의 중간부위를 기둥의 측면에 비접촉시키도록, 웨브의 중간부위에서 일측면이 개방되어 웨브의 높이방향으로 슬릿을 형성시키고, 상기 슬릿이 시어 플레이트의 용접선과 기둥에 용접된 플랜지의 용접선을 교차시키지 않게 빈 공간을 제공하므로써, 응렵집중을 억제시킨다.

아래에서, 본 발명에 따른 슬릿이 형성된 접합부를 구비한 철골구조의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

이 실시예에서 설명하는 본 발명의 철골구조는 접합부에 슬릿이 형성되어 있는 것을 제외하고는 종래 기술과 동일하다. 그러므로, 도 1 내지 도 4에서 대응하는 구성요소에 대해서는 유사한 도면부호가 부여될 것이며, 이것들에 대한 설명은 여기에서 생략될 것이다.

도면에서, 도 1은 종래 기술에 따른 접합부를 구비한 철골구조의 구성을 설명하기 위한 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 철골구조의 중요부위를 설명하기 위해 확대한 도면이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬릿이 형성된 접합부를 구비한 철골구조를 설명하기 위한 정면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 철골구조의 중요부위를 설명하기 위해 확대한 도면이며, 도 5는 도 3에 도시된 철골구조의 연결관계를 나타낸 도면이다.

도 3에 보이듯이, 본 발명의 철골구조는 기존의 경우와 유사하게 기둥(100)과 보(200)의 플랜지(210)를 완전용접하여 강접시킨 원 "B"로 표시한 접합부를 갖고 있다. 그리고, 전당응력을 담당하는 시어 플레이트(230)는 보(200)의 웨브 (220)에 볼트결합되어 있고, 기둥(100)에 완전용접되어 있다.

그러한 본 발명의 철강구조는 원 "B"로 표시한 결합부에서 보(200)의 상부 플랜지(210)와 하부 플랜지의 안쪽모서리에 형성된 기존의 스캘럽을 제거하였다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 기존의 스캘럽이 형성된 부위에서, 소정크기의 개선각을 갖는 경사면(260)이 형성된 보(200)의 플랜지(210)의 끝단부는 기둥(100)과 용접에 의해서 강접되어 있다. 그리고, 상기 보(200)의 웨브(220)는 기둥(100)에 단순히 접촉되어 있다. 여기에서, 상기 플랜지(210)와 기둥(100)이 완전용접하기 위해서, 하부 플랜지의 개선각은 상부 플랜지(210)의 경사면(260)의 개선각과 반대방향을 취해야 한다.

상기와 같이 단순히 기둥(100)에 접촉하고 있는 상기 웨브(220)의 끝단부의 중간에는 플랜지(210)들에 가해지는 인장 및 압축응력을 전담시키고, 전단응력을 담당하는 시어 플레이트(230)를 용이하게 반강접(semi-rigid connection)시켜서, 접합부의 구조적 성능을 향상시키기 위한 슬릿(300 ; slit)이 형성되어 있다.

슬릿(300)은 도 4에 도시된 바와 같이, 웨브(220)의 끝단부의 중간에서 웨브 (200)의 높이방향으로 형성되어 있고, 시어 플레이트(230)보다 상대적으로 긴 길이를 갖는다. 그리고, 슬릿(300)의 양 끝단부는 라운드 형상으로 형성되어 있다.

이렇게 형성된 슬릿(300)은 시어 플레이트(230)를 기둥(100)의 측면에 고정시키기 위해서 시어 플레이트(230)의 접촉면 둘레를 용접시킨 용접선(231)을 갖는다. 그리고, 상기 슬릿(300)에 의해 형성된 빈공간(301)은 시어 플레이트(230)의 용접선(231)과 플랜지(210)들의 용접선(211)을 교차되지 않게 한다.

따라서, 상기 슬릿(300)은 전단응력을 담당하는 시어 플레이트(230)의 반강접 접합을 구조적으로 안정되게 용접시킬 수 있는 공간을 제공하고, 용접선(211, 231)들을 교차시키지 않기 때문에, 용접결함을 방지할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 철골구조는 응력집중으로 인하여, 파괴가 일어나기 쉬운 스캘럽을 없애고, 전단응력을 담당하는 시어 플레이트의 용접부위를 반강접으로 구성하도록 슬릿을 형성시켰기 때문에, 균열발생을 효과적으로 억제시키는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 철골구조의 접합부는 슬릿을 형성시켜서, 응력집중이 가중되는 부위를 없애기 때문에, 지진 등과 같은 큰 외력을 받는 구조물 철골구조의 접합부 또는 고층빌딩의 접합부에 적용될 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 철골구조에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

1. 기둥(column)(100)과, 두 플랜지(flange)(210)와 상기 두 플랜지(210)의 길이를 따라 상호 연결하는 웨브(web)(220)가 일체형으로 형성되며 상기 기둥(100)의 측면에 단부가 용접 고정되는 보(girder)(200) 및, 상기 기둥(100)에 일단부가 용접 고정되고 타단부는 상기 보(200)의 웨브(220)에 체결되어 고정되는 시어 플레이트(shear plate)(230)를 포함하는 철골구조에 있어서,

   상기 기둥(100)과 접하는 보(200)의 웨브(220) 중간부위에는 폭방향으로 슬릿(300)이 형성되어 상기 웨브(220)에 형성된 상기 슬릿(300)의 길이만큼 상기 기둥(100)과 상기 웨브(220)는 접하지 않으며,

   상기 슬릿(300)의 길이는 상기 기둥(100)과 상기 기어 플레이트(230)의 용접선(231) 길이보다 상대적으로 긴 것을 특징으로 하는 철골구조.