KR100404364B1

KR100404364B1 - 피라미드형 주각, 주두 보강구조

Info

Publication number: KR100404364B1
Application number: KR10-2000-0070136A
Authority: KR
Inventors: 이창남
Original assignee: 이창남
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2003-11-05
Also published as: KR20020040185A

Abstract

철골 기둥(3, 13)의 큰 집중 축하중을 콘크리트 기초판(7) 에 전달하기 위하여 사용하는 강판이 베이스플레이트(2, 12)이고 이를 보강한 기둥(3, 13) 뿌리가 주각(1, 11)이다.

베이스플레이트(2, 12)는 휨 부재인 캔틸레버판이므로 두께가 두꺼워지는 것이 문제다. 기둥(13)과 베이스플레이트(12) 사이에 리브(15)를 부착하는 종래의 리브보강주각(11)의 베이스플레이트(12)는 두께 절감 효과가 크지 않은 단점이 있다.

그러나 피라미드형 주각(1)은 기둥(3)의 하중 일부를 스티프너(4), 수직보강판(6) 및 경사판(5)이 압축력으로 베이스플레이트(2)에 전달함으로 인하여 힘의 동선이 간략해져서 캔틸레버판의 휨모멘트가 대폭 줄어들게 된다.

피라미드형 주두(17)는 플래트플레이트(18)를 지지하는 역피라미드형 깔대기 모양의 보강 수단으로 이를 활용하면 기둥(3) 주변의 휨 응력과 전단 응력이 대폭 줄어드는 효과가 있어서 경제적이다.

Description

피라미드형 주각, 주두 보강구조{Pyramid type Column Base ＆ Capital}

H형, ㅁ형, ㄷ형, ㅇ형 등 철골 기둥(3, 13) 을 타고 내려오는 큰 집중 축하중을 상대적으로 저급 재료인 콘크리트 기초판(7) 에 분산, 전달하기 위하여 중간 매개체로 사용하는 강판이 베이스플레이트(2, 12)이고 이를 보강하여 조성하는 기둥(3, 13) 뿌리 부분이 주각(1, 11)이다.

베이스플레이트(2, 12)는 기초판(7)과 접촉하여 기초 반력을 지지하는 휨 부재로, 기둥(3, 13) 표면 하단 근처를 고정단으로 하여 사방으로 뻗어나간 캔틸레버판으로 설계하므로 두께가 두꺼워지는 것이 문제점으로 부각된다.

캔틸레버판의 최대 휨모멘트는 길이의 제곱을 2로 나눈 값에 비례한다. 이는 양단 지지판의 4배, 양단 고정판일 경우의 6배에 해당하는 큰 값이다. 한편 공장에서 생산하는 강판은 두께가 제한되어 있어서 기둥(13) 플렌지(8), 수직보강판(16)과 베이스플레이트(12) 사이에 리브(15)를 용접 부착하여 형성하는 종래의 리브보강주각(11)은 베이스플레이트(12)가 리브(15) 로 인하여 응력상 여러개의 작은 조각판으로 분할되기는 하나 두께 절감 효과가 크지 않은 단점이 있다.

리브보강주각(11)에서 리브(15)는 기둥(13)과 수직보강판(16) 표면을 고정단으로 하여 방사선 방향으로 부착한 캔틸레버이므로 기둥(13) 표면과 수직보강판(16) 및 베이스플레이트(12)에 집중 응력을 유발하고 베이스플레이트(12)의 외곽이 ㄷ형으로 열려서 3변 고정, 1변 자유의 불균형 응력을 받게 되는 단점이 있다.

그러나 피라미드형 주각(1)은 기둥(3) 하중 일부를 스티프너(4), 수직보강판(6) 및 경사판(5)이 압축력으로 베이스플레이트(2)에 전달함으로 인하여 응력상 기둥(3)의 외곽 크기가 커진 것과 같은 효과가 있어서, 힘의 동선이 간략해지고, 경사판(5)이 베이스플레이트(2)의 외곽 캔틸레버 길이를 확실하게 줄여주기 때문에 외곽 캔틸레버판 부분의 휨모멘트가 대폭 줄어들게 된다.

또한 경사판(5)들의 상단면은 기둥(3) 주변을 같은 레벨에서 스티프너(4)와 수직보강판(6)을 서로 반대 방향 대칭으로 밀어주게 되므로 응력이 상쇄되고, 하단면은 베이스플레이트(2)를 연속, 폐쇄 다각형으로 구획시켜 주므로 내부판 휨모멘트도 줄어드는 장점이 있다.

수직보강판(6)은 베이스플레이트(2) 내부판을 응력상 더 잘게 분할하는 수단으로 플렌지(8) 외단 사이를 이어주는 강판이다.

피라미드형 주두(17)는 피라미드형 주각(1)을 위아래 뒤집어 놓은 형상으로 기초판(7) 대신 플래트플레이트(18) 를 지지하는 것이 다를 뿐이다. 그러나 일반적인 경우는 위 베이스플레이트(2)를 생략하고 스티프너(4)와 4개의 경사판(5) 으로 형성되는 피라미드형 깔대기에 콘크리트를 부어넣은 것으로 간략화 할 수 있다.

플래트플레이트(18)에서 응력이 가장 많이 집중되는 곳이 주두 부분이므로 역피라미드와 같은 형상으로 기둥(3)에 스티프너(4)와 경사판(5)을 용접 부착하여 보강하는 것이며, 베이스플레이트(2)를 생략해도 되는 이유는 주두(17)의 부담 하중 크기가 주각(1)에 비하여 작기 때문이다.

피라미드형 주두(17)로 인하여 외관상 기둥(3) 단부의 크기가 커졌으므로 플래트플레이트(18) 의 주열대 응력은 대폭 감소된다.

철골기둥(3, 13)에서 베이스플레이트(2, 12)는 캔틸레버로 설계하는 것이므로 두께가 두꺼워지는 것을 감수하여야 하나, 공장에서 공급하는 강판의 두께가 제한되어 있으므로 부득이 보강하여야 한다. 그러나, 재래식 리브보강주각(11)은 제작의 번거로움에 비하여, 보강 효과가 크지 않으므로 이에 대응하는 공법이 요청되고 있다. 따라서 제작 방법이 간단하여 경제적이면서도 보강 효과가 확실한 방안을 모색함을 기술적 과제로 삼는다.

또한 기둥(3, 13) 상단에 얹힌 플래트플레이트(18) 의 구조상 최대 약점인 기둥(3, 13) 주위 응력 집중 현상을 해소하는 방법도 과제 중의 하나이다.

플래트플레이트(18)는 바닥 구조 중 가장 간편한 것임에도 불구하고 위 기둥(3, 13) 주위 응력집중 현상을 해소하는 방안이 없어서 별로 사용되지 않는 구조이므로 그 사용을 활성화하는 것을 다른 과제로 삼는다.

도 1a는 기둥(3)의 주각 주두를 피라미드형으로 보강한 사시도이다.

도 1b는 기둥(3)의 주각을 피라미드형으로 보강한 평면도이다.

도 1c는 기둥(3)의 주각을 피라미드형으로 보강한 단면도이다.

도 2a는 재래식 리브보강주각(11)의 사시도이다.

도 2b는 재래식 리브보강주각(11)의 평면도이다.

도 2c는 재래식 리브보강주각(11)의 측면도이다.

< 도면의 부호에 대한 간단한 설명 >

1 : 피라미드형 주각

2, 12 : 베이스플레이트

3, 13 : 기둥

4, 14 : 스티프너

5 : 경사판

6, 16 : 수직보강판

15 : 리브보강주각

15 : 리브

7 : 기초판

8 : 플렌지

9 : 웨브

17 : 피라미드형 주두

18 : 플래트플레이트

도 1에서 베이스플레이트(2)는 기둥(3)을 타고 수직 방향으로 흘러오던 큰축하중을 분산시켜서 콘크리트 기초판(7) 에 전달하는 목적의 구조 부재여서, 두꺼운 강판이 필수적이나, 이를 도 2와 같은 재래식 리브보강주각(11) 대신 스티프너(4), 수직보강판(6) 및 경사판(5)으로 피라미드형 주두(1)를 조성, 경량화 하는 것이다.

기둥(3) 하단부분 적당한 위치의 플렌지(8)와 리브(9)에 부착한 스티프너(4) 및 수직보강판(6)과 베이스플레이트(2) 사이에 용접한 경사판(5)은 기둥(3)의 압축력 일부를 받아 베이스플레이트(2)에 분산, 전달하게 되므로 베이스플레이트(2) 외곽의 설계용 캔틸레버 길이가 대폭 줄어들게 된다. 따라서 피라미드의 하단 외곽 면 경계는 베에스플레이트(2)가 캔틸레버 응력으로도 적절한 설계가 되는 범위에서 정하는 것이 바람직하며, 기둥(3)과 수직보강판(6) 및 경사판(5) 하단면으로 이루어지는 베이스플레이트(2)내부 면은 ㅁ형 폐쇄면으로 조성된다.

위 경사판(5)은 베이스플레이트(2)에 인장응력을, 수직보강판(6)과 스티프너(4)에는 압축응력을 유발하므로 그에 대응한 두께의 강판을 선정한다.

수직보강판(6)은 베이스플레이트(2) 내부면의 설계용 판 크기를 더 세분하기 위하여 플렌지(8) 외곽면을 닫아주는 강판이다.

피라미드형 주두(17)는 피라미드형 주각(1)을 위아래 뒤집어놓은 모양으로 플래트플레이트(18) 보강용이다. 그러나 플래트플레이트(18)는 베이스플레이트(2)에 비하여 응력이 크지 않으므로 베이스플레이트(2)를 생략하고 스티프너(4) 와 경사판(5)으로 이루어지는 피라미트형 깔대기에 콘크리트를 부어넣는 방법으로 보강하는 것이 합리적이다.

위 경사판(5)으로 인하여 플래트플레이트(18)와 기둥(3)과의 접촉면의 크기가 늘어나게 되므로 기둥(3) 주변 전단응력, 휨 응력에도 여유가 생기게 된다.

H형 기둥 등 철골기둥(3)의 하단부 적당한 위치의 플렌지(8) 및 웨브(9) 사이에 스티프너(4)와 수직보강판(6)을 붙이고 베이스플레이트(2)와의 사이에 경사판(5)을 끼워 용접함으로 이루어지는 피라미드형 주각(1)은 종래 사용하던 리브보강주각(11) 보다 베이스플레이트(2)의 두께를 대폭 줄일 수 있어서 효과적이다.

또한 피라미드형 주각(1)을 위아래 뒤집어놓은 형상의 피라미드형 주두(1)는 플래트플레이트(18) 기둥(3) 주변에 집중되는 휨 응력이나, 전단응력을 대폭 완화시키는 효과가 있다.

플래트플레이트(18)는 바닥 구조 중 가장 간편한 것임에도 불구하고 기둥(3) 주위 응력집중 현상을 해소하는 방안이 없어서 사용을 꺼려오던 것이므로 이를 해소하여 층고를 줄이는 효과가 있다.

Claims

H형 등 철골 기둥(3) 하단부 적당한 위치의 플렌지(8)와 웨브(9) 사이에 스티프너(4)와 수직 보강판(6)을 붙이고 베이스플레이트(2)와의 사이에 경사판(5)을 용접 부착하여 기둥(3)의 축하중 일부를 압축력으로 베이스플레이트(2)에 전달함으로 인하여 휨모멘트를 대폭 줄여서 두께를 감소시키는 것을 특징으로 하는 피라미드형 주각(1), 주두(17) 보강구조
제 1항에 있어서, H형 등 철골 기둥(3)이 플래트플레이트(18)를 지지하는 경우 기둥(3) 상단부 적당한 위치의 플렌지(8)와 웨브(9) 사이에 스티프너(4)를 붙이고 경사판(5)을 용접 부착하는 방법으로 피라미드형 주각(1)을 위아래 뒤집은 깔대기 형상의 역피라미드형으로 조성하여 플래트플레이트(18) 기둥(3) 주변의 휨 응력과 전단응력을 완화시키는데 활용하는 피라미드형 주각(1), 주두(11) 보강구조