KR100488003B1 - 고강도 철골 구조물의 접합공법 - Google Patents

Abstract

강관지주를 입설하여 H횡보(2)(2')(2a)(2b)를 접합함에 있어서,

강관지주와 H강지주 외주면 필요지점에 지지판을 용접하는데 지지판에는 각기 한상씩의 돌출판을 돌출하여 상단부에는 주입안내용 안내만곡편을 형성하고 보울트공을 다수 뚫은 하단부에는 고정핀 보울트를 끼운다음 지지판 상단부에 로프안내링과 유도안내용 막대자석을 부착하고 H횡보에 용접한 횡보지지판에는 하단부에 역 브이홈 또는 경사부 내지 반원형의 호형상의홈과 로프구멍을 구성한 삽지판을 T자형으로 용접하여 로프구멍에 묶은 로프를 안내링에 통과시켜 한쌍의 지지판 사이로 잡아당겨서 삽지판을 끼우며, 역 브이(V)홈 및 경사부, 호형상의홈에 고정핀보울트에 걸쳐지게 안착하여 접합하며, H횡보 단부와 중단부에 삽지판을 용접하고 H연결횡보단부의 돌출판에 끼워서 조립 접합케한 고강도 콘크리트 충정강관 다이아프램 접합장치

Description

고강도 철골 구조물의 접합공법{omitted}

본발명은 CFT(Concrete Filled steel Tube) 기둥부재로 가장 많이 사용되는 각형 강관을 대상으로 다이프램 접합부의 시공공법을 개선하여 CFT구조 시공기술 및 CFT구조 설계의 다이아프램(Diaphragm) 접합부 설계식에 중요한 부분을 찾이하며 특히 건설기술 실무분야에서 현장 용접의 제거를 통해 고강도 콘크리트 각형 CFT 기둥의 활성화 및 견고성과 공사비를 대폭 절감토록한 고강도 철골 구조물의 접합공법에 관한 것이다,

CFT 구조의 기둥과 보의 접합부는 콘크리트의 충전성 확보가 전제되어야 하는데 접합부 응력 전달기구 및 이력성상등의 역학적 특성이 파악되어야 하며 디테일의 변화가 이러한 응력전달 기구에 미치는 영향을 판단할수 있어야 하고 콘크리트 충전 강관 구조의 기둥과 보로 구성되는 접합부는 많은 연구자들의 실험과 분석을 통하여 그형식이 제안되고 성능이 파악되었고, 일본 및 구미등에서는 충전 강관을 이용한 건축물이 이미 시공된 예가 다수있으며 이러한 접합부 형식들이 직접 적용된 경우가 많고 각 건설사 별로 특화된 성능인증형의 접합부 시스템이 정착되어 가고 있는 실정이다

국내의 경우에는 90년대 초반부터 실험연구에 의한 다양한 접합부 형식의 성능검증 및 제안이 이루어져 왔으나 실제 건물에 적용된 사례가 많지않아 체계화된 자료를 확보하여 예로 들기에는 어려운 상태이며 일본의 경우 "철근콘크리드 구조계사 규준 및 동해설" (이하 SRC규준이라 함)에 접합부 구성에 따른 다이아프램의 설계법이 나타나 있으며 주각부 설계 및 접합형식에 따른 역학적 특성 및 설계법이 제시되어 있고 JASS6에는 접합부 제작상의 주의할 점들이 기술되어 있다,

기둥과 보의 접합 형식에는 각형 및 원형강관을 기둥으로한 경우에는 강관이 면외 변형을 일으키기 쉬우므로 강접합으로 설계할 경우에는 적절한 보강을 해야 하는데 보강방법 중에서 각형강관의 경우는 외측 다이아프램 형식 내측 다이아프램 형식 관통다아프램 형식이 대표적이며 원형강관의 경우에는 외측 다이아프램형식과 내측 다이아프램형식이 일반적으로 사용된다, 이외에도 다이아프램 없이 접합하는 경우등, 기타 특수한 접합부 형식이 있으며 강관기둥 내면의 전체내면에 다이아프램을 가지는 내측 다이아프램 형식 또는 관통다이아프램 형식의 보강방법은 보 플랜지의 연장부분이 기둥을 관통하여 강관 내측으로 연장되어 용접되므로 보플랜지에 작용하는 응력전달이 원할하고 효과적이다,

적절한 시공에 의해 국부적인 응력집중을 방지하고 높은 강성을 확보할수 있는 장점이 있으나 기둥의 절단과 조립에 의한 작업량의 증가와 스티프너의 분할 용접과정에 따른 응력집중점이 생길 가능성이 있어 실험등을 통해 응력전달 기구를 확인하고 상세를 결정할 필요가 있다,

기둥내부에 보강판을 덧댄 내측 다이아프램 형식의 접합부는 보강판에 구멍이 뚫린 형태에 따라 원형 및 사각등으로 달라질수 있고 원할한 콘크리트 충전을 위해 공기구멍을 뚫기도 한다,

기타 기둥과 보 접합부 근처에서 기둥강관의 두께를 증가시킨 논-다이아프램형식, 기둥관통형 고력 보울트 접합부형식, 종리브 보강 접합부형식, 스티프너(측면, 연직) 보강형 접합부형식, 특수 조립재를 이용한 접합부형식등이 있다.예를들어 종래의 알려진 철골 구조물의 접합 구조로는 일본공개특허공보 평13-032370호와 일본공개특허공보 평08-120792호가 본원특허와 유사한 기술로서 비쳐지고 있는데, 전자의 경우에는 강관지주에 단면이 ㄷ자형 형강을 등부분이 맞닿게 간격을 유지 시켜서 강관지주에 용접하고 철골조(횡보)를 상기 간격에 끼우후 보울트를 조여서 접합하는 기술과, 후자의 경우는 기둥재(강관지주)에 배판의 양단부를 절곡하여 2매 한쌍의 측판을 형성하고 측판에는 역V자상의 홀드(홈구)를 형성하여 피스공에 접합금구를 기둥재에 보울트로 고정하고 들보(횡보)에 구성한 위치 결정 보울트가 V자홈에 걸쳐 지도록 하여 금구 저면의 돌출 계지편이 끼원지고 받쳐지도록 접합하는 기술로서 이들 기술은 이미 알려져 있는 기술이며 정확한 접합위치에 일치시키는 과정과 작업 현장의 기후에 따라서 좌우 되어지고 신속, 정확하게 접합할수 없어 공기의 지연과 공비의 증대는 필수적인 결점이 있었던 것이다

콘크리트 충전강관 구조는 강관기둥에 고강도 콘크리트를 충전함으로서 강관의 구속효과에 의해 단면의 증가없이 기둥부재의 강도와 강성을 크게 증대 시킬수 있고 내화성능의 향상, 강재량 절감, 거푸집 불필요, 공간활용의 극대화, 공사기간 단축효과등 종래의 철골 및 RC구조에 비해 설계 및 시공적인 측면에서 많은 장점과 경제성이 큰 우수한 구성을 목적으로 하며 신뢰성이 높은 콘크리트의 배합 및 충전 시공법의 개발로 콘크리트의 블리딩 및 침하가 작고 유동성이 크며 재료 분리현상이 적게 일어나는 등 우수한 시공시스템을 갖추고 있으며,

이러한 고강도 충전강관 기둥은 실용화가 시급히 요구되여 왔으나 구조 시스템의 시공기술등을 뒷받침해 나갈 연구가 미비하고 특히 CFT기둥과 철골보의 접합부는 국부 응력등을 고려한 외부 다이아프램 또는 내부 다이아프램을 포함하고 있으나, 내부 다이아프램의 경우 콘크리트 타설시 다이아프램 하부의 콘크리트의 충진에 어려움이 있으며 외부 다이아프램으로 시공할 경우 철골보와의 접합부에서 부득이하게 현장용접이 시행되고 있어 기후조건 및 고도 시공에 따른 접합부의 품질관리 및 시공관리가 어려운 실정이며 공사비 상승의 요인으로 작용하고 있는 결점을 해결하기위한 것으로서 이하 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

여러형태의 강관지주(1)(1')를 입설하여 각각형태의 H횡보(2)(2')를 접합하거나 강관지주에 단면이 ㄷ 자형 홈강을 간격을 띄워서 등을 맞닿게 용접하고 간격에 횡보를 끼원서 보울트로 조립 접합한 것과, 배판의 양단부를 절곡한 측판에 V자홀드를 형성한 금구를 지주에에 고정하고 횡보의 보울트가 V자홈에 거쳐지게 접합하는 것에 있어서,강관지주(1)(1') 외주면의 임의지점에 지지판(3)(3')을 용접하는데 상기 지지판에는 삽착 지지하는 각각의 돌출판(4)(4)(5)(5')을 돌출 구 성하여 상단부 양측에는 주입 안내용 안내 만곡편(8)(8')(9)(9')을 형성하고 다수의 보울트공(6)을 뚫은 하단부에는 고정핀 보울트(7)(7')를 끼운다음 여기에 H횡보((2)(2')에 용접한 횡보지지판(11)(11')을 삽지하는데 상기 횡보지지판(11)(11')에는 다수의 보울트공(6)을 뚫은 삽지판(12)(12')을 T형으로 구성하며 상기 삽지판(12)(12')의 하단부는 핀보울트(7)(7')에 걸쳐지게하는 역브이홈(13)이나 경사부(14) 내지 브이홈 꼭지점에 호형상의홈(15)을 형성하고 역브이홈(13) 경사부(14)를 구성한 첨예부에 로프구멍(16)을 뚫고 로프(17)를 메달아서 각지지판(3)(3') 상단의 강관지주에 부착한 로프안내링(10)에 안내하여 잡아당겨서 삽지판(12)(12')을 돌출판 사이에 안내 삽지하고, 안내자석(10a)은 자력 에 의해 유도 안내를 보조토록 구성한 것이다, 또 강관지주(30)(40)와 H횡보(2a)를 외주면의 임의 지점에 지지판(28)(28a)와 (33)(33')(43)(43')를 용접하는데 상기 지지판에는 삽착 지지하는 각각의 돌출판(24)(25)(24a)(25a)와(34)(34')(35)(35')및((44)(44')(45)(45')를 돌출 구성하여 상단부 양측에는 주입 안내용 안내 만곡편(38)(39)(38')(39')와 (48)(49)(48')(49')및(52)(53)을 형성하고 하단부에는 고정핀 보울트((27)(27a)와(37)(37')및(47)(47')를 끼운 다음 여기에 H횡보에 용접한 횡보지지판(11a)(11b)을 삽지하는데, 횡보 지지판에는 삽지판(12)(21)(21a)을 T형으로 구성하며 상기 삽지판의 하단부는 핀보울트에 걸쳐지게한 역브이홈(13a)(23) 꼭지점에 호형상의 홈(15a)(29)(29a)를 형성하여 핀보울트가 끼워지도록 접합되게 하는 것이다미 설명부호 3a, 3b, 3c는 예시도의 지지판을 표시한 것이다

이에 작용을 설명하면 다음과 같다

먼저 도 1이나 도 2 에 의해 설명 하면 강관지주(1)(1') 에는 임의 높이로 결정된 H횡보 연결지점을 결정하여 각기한쌍씩의 돌출판 (4)(5)이 돌출토록 용착한 각지지판(3)(3')을 용접하고 용접된 위에는 로프안내링(10)이나 안내용 영구자석(10a)을 부착한다로프안내링(10)은 삽지판(12)(12')이 내려오면서 돌출판(4)(5) 상단에 각 외향으로 꾸부려진 안내만곡편(8)(9)사이로 안내위치 될 때 절단되여 제거되게 하거나 탄성편으로 구성하여 접어지게 함으로서 삽지판(12)(12')이 돌출판 사이로 안내토록 아래에서 잡아당기면 삽지판(12)(12') 돌출판(4)(5) 사이로 안내되여 쉽사리 끼원지고, 상단주입부에 구성된 안내만곡편(8)(9)은 삽지판(12)(12')이 끼워지는 것을 안내하는 역할을 하게된다따라서 H횡보(2)(2')답부에 용착된 횡보 지지판(11)(11')이 돌출판(4)(5)에 끼원지며 하단부에 구성된 역브이홈(13)은 고정 핀보울트(7)에 걸쳐지면 동시에 보울트공(6)과(6')가 일치되고 이 보울트공(6)(6')에 보울트 너트를 끼워서 조여주면 강관지주(1)에 H횡보(2)(2')가 접합되여 견고하게 결착지지 된다도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8 은 도 1과 도2의 작업과정을 전체적으로 설명한 도시이며 상기 도 6과 도8의 도시는 삽지판(12)(12')의 하단부가 역브이홈(13)가 아니고 전체적으로 역브이홈부(13)의 일측을 경사지도록 절단한 경사부(14)를 고정 핀보울트(7)(7')에 받쳐지도록 형성하였다

즉 각 삽지판(12)(12')(21) 하단첨예부에 뚫은 로프(17)(17') 구멍(16)에 끼운 로프는 로프안내링(10)에 끼워져서 돌출판(4)(5)(4')(5'),(24)(25)의 사이로 안내토록 아래에서 잡아당기면 삽지판(12)(12')(12a)이 돌출판(4)(5)사이로 쉽사리 끼워지도록 안내되며, 상단주입부에 구성된 안내만곡편(8)(9)(8')(9')(38)(39)(38')(39')(48)(49)(48')(49')은 삽지판(12)(12')(12a)이 끼워지는 것을 안내하는 역할을 하게된다,여기서 H횡보(2)의 횡보지지판(11)에 T형으로 용접된 삽지판(12)이 강관지주(1)(1')의 지지판(3)에 용착된 돌출판(4)(5)사이에 끼워져서 정확하게 보울트공(6)(6')들이 일치되도록 위치되게 걸쳐지는 것은 양측 돌출판(4)(5)하단부에 끼워져 고정된 핀보울트(7)(7')에 의하여 지지되기 때문이다, 다시말해 도5. 도6. 도7. 도8등의 예시도와 같이 각 삽지판(12)(12')(21)의 하단부는 핀보울트(7)(7')에 정확하게 위치되도록 걸쳐지는데 양단 하단부 는 역 브이홈(13)(23)이나, 경사부(14) 또는 역브이홈 정점에 반원형태의 호형상의홈(15)(29)을 형성함으로서 정확하게 위치를 결정하게 된다,도 5와 도7의 예시도에 있어서는 삽지판(12)하단이 역브이홈(13)으로 구성되어 양단 고정핀보을트(7)(7')에 신속, 정확하게 위치결정 되도록 결쳐지며, 도 6. 도 8의 예시도와 같이 삽지판(12)의 하단이 경사부(14)를 구성하였을 경우에는 삽지판(12)의 돌출면이 지지판(3)(3')에 가장 근접토록걸쳐지는 역할을 할수 있으나 양측모두가 경사부(14)가 구성되여 정확하게 정위치에 걸쳐지는 신속도는 역브이홈(13)에 비하여 떨어지는 경향이 있다,또 도9의 예시도와 같이 삽지판(12)(21)의 하단부 역브이홈(13)(23) 정점에 반원형의 호형상의홈(15)(29)을 구성하면 고정핀 보울트(7)(7')에 걸쳐질 경우 역브이홈(13)(23)에 걸쳐지는 것보다 정확, 신속은 물론 유동없이 견고하게 지지되는 효과가 있다,도9의 예시도는 접합부를 강관지주외에 H횡보(2a)와 H연결횡보(20)의 단부나 중단부에 횡보지지판(11), 지지판(28)과 돌출판(24)(25), 삽지판(12)(21)을 형성하여 접할수 있다,도 10과 11의 H강지주(30)와 원통형 강관지주(40)에 지지판(33)(33') 와 (43)(43')를 용착(용접)한 구성으로서 강관지주의 형태에 상관없이 H횡보등을 접합 할수 있는 구성의 도시 이다

도 12의 A도는 강관지주(1)을 1개 입설하는 상태의 예시도로서 와이어(50)가 위에서 잡고 있고 도 12의B도는 양측에 강관지주(1)(1')를 순차적으로 새우는 상태의 예시도이며 이들은 각기 도 1, 도 4, 도 11과 같이 보울트공(6)(6')(6a)(22)(26)(26a)(36)(36')(46)(46')을 뚫고 최하단에는 핀보울트(7)(7')(27)(27')(27a)(47)(47')가 끼워지고 상단부에는 안내만곡편(8)(8')(9)(9')(38)(39)(38')(39')(48)(49)(48')(49')(52)(53)이 구성 된 지지판(3)(3')(3a)(3b)(3c)(33)(28)(28a)(33')(43)(43')이 결정한 임의 높이 위치에 용접되여 있고 동시에 로프안내링(10)과 안내자석(10a)도 부착된다

도 13A는 강관지주(1)(1')사이의 하부 지지판(3c)(3b)에 H횡보(2)를 연결 하고자 와이어(51)로 메달아서 위치시키는 예시도로서 H횡보(2)양단에는 삽지판(12)(12')(21)이 T자형으로 돌출된 횡보지지판(11)(11')이 용접 되어 있으며 양측 횡보지지판(11)(11')의 삽지판(12)(12')하단 첨예부의 로프구멍(16)에 묶은 로프(17)(17')를 잡아당겨서 유도하여 도 13B도와 같이 걸쳐진다

즉 양단부는 도5, 또는 도8과 같이 위치되면 보울트 너트로서 조여서 접합하여 연결하게 된다

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도 14는 도 9를 변형하여 수정 구성한 예시도로서 H횡보(2b) 단면부에 횡보지지판(11)이 없이 보울트공(6a)과 역브이홈(13a), 호형상의홈(15a)만을 구성한 삽지판(12a)을 직접 용착 연결하며 중단부에는 역브이홈(23a)과 호형상의 홈(29)을 구성한 삽지판(21a)을 거꾸로(반대로) 용접한 다음 도 15도시의 보울트공(26a), 핀보울트(27a) 및 안내만곡편(52)(53)을 주입부에 구성한 돌출판(24a)(25a)을 단부에 용접한 H연결횡보를 도 15와 같이 구성된 것을 반대로 위에서부터 삽지 시키고 보울트공(6a)(26a)를 dlofcl 시켜서 보울트 너트로 조립 연결 할수도 있게된다

도 16과 도 17의 도시는 지지판(58)과 횡보지지판(55)에 구성하는 돌출판(54)(54')과 삽지판(56)(56')을 각기 2개를 1조, 한쌍으로 하는데 선단부는 좁고(얇고), 후단부는 넓게(투텁게) 선협후광토록 구성하여 접합하는 상태를 표시한 것으로서 이렇케 구성하면 접합 결과가 더욱 견고하나 자재의 소모가 약간 상승되는 요인이 되고 조립 접합시 결합상의 까다로움이 있을수 있다

이와같이 된 본발명의 강관지주(골조기둥)와 H횡보, H형강(보) 접합부는 내측, 외측 관통의 여러 가지 대표적인 다이아프램 형식으로 발명된 것이며 접합부(접합장치)의 강성확보, 응력전달의 장점, 국부파괴의 근본적인 방지, 콘크리트 충전성의 확보는 물론 특히 강관지주에 횡보를 연결 접합함에 있어서 종래와 같이 횡보를 메달아서 접합위치에 일치시키기가 어려워서 상당한 일지시키는 시간이 장시간 소요 되면서도 정확한 접합위치에 접지 작업을 할수 없었던 폐단을 근본적으로 개선하게 되어 강관지주의 지지판에 돌출한 돌출판에 횡보의 삽지판을 정확하고 신속하게 위치 접합시킴으로서 시공경비의 절감을 극대화 할수 있는 효과적인 것이다

도 1 은 본발명 접합상태의 사시도

도 2 는 본발명 접합상태를 반대로 도시한 상태의사시도

도 3 은 본발명 접합상태의 평면 예시도

도 4 는 본발명 접합상태의 측면 예시도

도 5 는 본발명의 양단 삽지판 저면을 여V홈으로 구성한 상태로 양단 강관지주에 장치한 상태의 측면 예시도

도 6 은 본발명의 삽지판 저면을 경사부로 구성하여 접한한 상태의 예시도

도 7 은 본발명의 삽지판 저면을 역V홈으로 구성하여 접합한 상태의 예시도

도 8 은 본발명의 양단 삽지판 저면을 경사부로 구성한 상태로 양단 강관지주에 장치한 측면 예시도

도 9 는 본발명의 접합부를 H횡보의 중단 임의 지점에도 접합할수 있게한 상태를 예시한 사시도

도 10 은 본발명 접합부를 강관지주가 아닌 H강지주에도 지지판을 부착 장치할수 있는 예시도

도 11 은 본발명의 접합부를 원통형 강관지주에 장치한 예시도

도 12 A 도는 본발명의 강관 지주하나를 입설하는 상태의 예시도

도 12 B도는 본발명의 강간 지주두개를 입설하는 상태의 예시도

도 13 A도는 본발명의 강관 지주 두 개를 입설하여 H횡보를 장치하는 예시도

도 13 B도는 본발명의 강관지주 두 개를 입설하여 H횡보를 장치하는 예시도

도 14는 본발명 도9의 변형(수정)한 상태의 예시도

도 15는 본발명 도14의 H연결 횡보를 반대방향에서 도시한 사시도

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Claims (4)

1. 강관지주를 입설하여 H횡보(2)(2')(2a)를 접합 하거나 지주에 단면이 ㄷ자형 홈간을 간격을 띄워서 등을 맞닿게 용접하고 간격에 횡보를 끼워서 조립 접합한 것과, 배판의 양단부를 절곡한 측판에 V자 홀드를 형성한 금구를 지주에 고정하고 횡보의 보울트가 V자홈에 걸쳐지도록 접합케한 것에 있어서,

   강관지주(1)(1') 외주면 임의 지점에 지지판(3)(3')을 용접하는데,지지판(3)(3')에는 각기 한쌍의 돌출판(4)(5)(4')(5')을 돌출 구성하여 상단부에는 주입 안내용 안내만곡편(8)(9)(8')(9')을 형성하고, 다수의 보울트공을 뚫은 하단부에는 고정핀 보울트(7)(7')를 끼운다음 지지판 상단부에 로프안내링(10)과 안내자석(10a)을 부착하고 H횡보(2)(2')에 용접한 횡보지지판(11)(11')에는 하단부에 역브이홈(13) 또는 경사부(14)와 로프구멍(16)을 구성한 삽지판(12)(12')을 T자형으로 용접하여 로프구멍에 묶은 로프를 안내링(10)에 통과시켜서 한쌍의 지지판 사이로 잡아당겨서 삽지판을 끼워, 역브이홈(13) 및 경사부(14)가 고정핀 보울트에 결쳐지게 하여 접합하는 고강도 철골 구조물의 접합공법
2. 청구항 1에 있어서, 강관지주(30)(40)외주면의 임의지점에 지지판(28)(28a)(33)(33')(43)(43')을 용접하는데 양측 주입 안내용 안내만곡편(38)(39)(38')(39')(38)(39)(48)(49)(48')(49')을 형성한돌출판(24)(25)(24a)(25a)및(34)(34')(35)(35')(44)(44')(45)(45')을 돌출되게 용접한 지지판(33)(33')을 H강지주(30)에 연결판(31)과 함께 용착하여서 된 고강도 철골 구조물의 접합공법
3. 청구항 1에 있어서, H횡보(2b) 단부에 보울트공(6a)과 역브이홈(13a)을 구성하고 정점에 반원형의 호형상의홈(15a)을 형성한 삽지판(12a)을 구성하고 H횡보(2b) 중단에는 역브이홈(23a)을 상부로 향하도록 형성한 삽지판(21a)을 용착한 다음 다수의 보울트공(26a)과 고정핀보울트(27a) 및 안내만곡편(52)(53)을 구성한 돌출판(24a)(24b)을 용접한 지지판(28a)을 삽지판(21a)에 끼워서 조립 접합케 한 고강도 철골 구조물의 접합공법
4. 청구항 1에 있어서, 지지판(58)과 횡보지지판(55)에 각기 한쌍씩의 돌출판(54)(54')과 삽지판(56)(56')을 선단부는 얇고 후단부는 두텁게, 선협후광 하도록 구성하여 상호 교접되게 접합케 함을 특징으로한 고강도 철골 구조물의 접합공법.