KR100519174B1 - 강구조물의 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 고력볼트를 사용하여 기둥과 보 또는 브레이스등을 쉽고 간편하게 결합하는 구조를 제시하기 위한 것으로, 본 발명은 각관 형태를 갖는 2개의 부재를 결합하는 결합구조에 있어서, 하나의 부재 상에 탭 형태의 암나사가 형성된 홀더를 관통 고정시켜 일체화하고; 다른 하나의 부재는 일변에는 슬릿 홈을 형성하고, 탭형 나사가 형성된 고력볼트의 머리 부에 일정한 각도를 유지하도록 나사 공을 형성하여 상기 고력볼트의 탭형 나사부가 부재의 외측으로 돌출 되도록 고력볼트를 각관 부에 삽입한 후 슬릿 홈을 통하여 나사 공에 스톱퍼를 결합하고, 탭형 나사 부에는 각관 부의 내면에 밀착 지지되는 볼트지지판을 끼워 용착함으로서 각관 부에 고력볼트가 이탈이 방지되는 상태로 결합되게 하고, 볼트지지판의 하단 중심부에는 고정핀을 형성하고 이에 대응되는 수직부재상에는 핀 공을 형성하여 결합시 고정핀이 상기 핀 공에 끼워 맞추어 지는 구조로 하며; 고력볼트가 결합된 상태의 부재를 홀더가 겹합된 부재에 대고 끼워 인입 시킨 후 고력볼트를 일정 각도로 회전시킴으로서 고력볼트와 홀더의 탭형 나사가 서로 맞물려 지도록 함으로서 2개의 부재가 서로 결합되도록 한 구성을 특징으로 하는 강구조물의 결합구조를 제시한다.

Description

강구조물의 결합구조{ Steel joint system }

본 발명은 각관으로 이루어진 기둥에 보를 결합하는 등과 같은 강 구조물의 결합구조에 관한 것으로, 상세히는 하나의 고력볼트를 사용하여 기둥과 보 또는 브레이스등을 쉽고 간편하게 결합하는 구조에 관한 것이다.

강구조물을 사용하는 시스템 건축분야에서 기둥과 보의 결합을 위해 일반적으로 용접법이나 고력볼트결합법이 이용된다.

건축분야에서 용접법은 견고한 결합부를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면에 고정상태를 유지하면서 이루어지기 때문에 용접작업이 매우 까다로운 단점이 있고, 모재의 물성변화(응력집중, 변형, 재질열화등)를 초래하기 때문에 고도의 용접조건과 기술을 요하게 된다.

고력볼트결합은 스플릿티 또는 플레이트를 사용하여 고력볼트로 2개의 부재를 결합하는 방법으로 고력볼트 마찰결합 또는 고력볼트 인장결합등이 사용되는데 용접결합에 비해 까다로운 시공조건을 필요로 하지 않고 안정된 역학적 품질확보가 가능하나 기둥에 각형 강관을 채용할 때 폐쇄형 단면이기 때문에 고력볼트를 채용하기 까다롭고 기둥에 탭나사를 형성한 플레이트를 용접법에 의해 형성해 주어야 하는 등 사전구성에 따르는 품질확보가 요구되며, 어느 경우에나 많은 볼트를 사용함으로 공수와 비용이 많이 들고, 안정된 품질을 위해서는 높은 기술력을 요하게 된다.

이와 같이 기존의 시스템 건축분야에서 사용하는 결합법은 고도의 작업조건과 품질관리 및 높은 기술력을 요하고, 공수가 많은 단점이 있었으며, 구조물의 해체 시에도 많은 어려움이 있었다.

본 발명은 비숙련자들이라 할지라도 쉽고 간편하게 결합이 가능하고, 하나의 볼트만 사용함으로서 신속한 결합이 가능하면서 고강도의 결합이 이루어지는 결합구조를 새로이 제시할 목적으로 안출된 것이다.

이를 위하여 본 발명은 각관 형태를 갖는 2개의 부재를 결합하는 결합구조에 있어서, 하나의 부재상에 탭 형태의 암나사가 형성된 홀더를 관통 고정시켜 일체화하고; 다른 하나의 부재는 일변에는 슬릿홈을 형성하고, 탭형 나사가 형성된 고력볼트의 머리부에 일정한 각도를 유지하도록 나사공을 형성하여 상기 고력볼트의 탭형 나사부가 부재의 외측으로 돌출 되도록 고력볼트를 각관부에 삽입한 후 슬릿홈을 통하여 나사공에 스톱퍼를 결합하고, 탭형 나사부에는 각관부의 내면에 밀착 지지되는 볼트지지판을 끼워 용착함으로서 각관부에 고력볼트가 이탈이 방지되는 상태로 결합되게 하고, 볼트지지판의 하단 중심부에는 고정핀을 형성하고 이에 대응되는 수직부재상에는 핀공을 형성하여 결합시 고정핀이 상기 핀공에 끼워 맞추어 지는 구조로 하며; 고력볼트가 결합된 상태의 부재를 홀더가 겹합된 부재에 대고 끼워 인입 시킨 후 고력볼트를 일정 각도로 회전시킴으로서 고력볼트와 홀더의 탭형 나사가 서로 맞물려 지도록 함으로서 2개의 부재가 서로 결합되도록 한 구성의 결합구조를 제시한다.

상기한 구성에서 2개의 부재중 1개의 부재는 수직부재이며, 다른 하나의 부재는 수평부재로서 각기 강 구조물에서 기둥과 보, 또는 보와 벽체사이에 설치되는 지주의 역할을 수행하는 부재들이며, 2 부재의 실제적인 결합은 고력볼트와 홀더에 의해 이루어지고, 고력볼트와 홀더의 결합은 탭형 나사에 의해 이루어지며, 수평부재를 수직부재의 결합부에 대고 고력볼트의 나사부가 홀더에 삽입되도록 끼운 후 대략 45°정도로 고력볼트의 나사머리를 회전시킴으로서 결합고정이 이루어지고, 고정상태에서 슬릿홈을 통하여 나사머리에 스톱퍼를 끼워 결합함으로서 고정상태가 유지되는 원터치 방식의 결합구조에 특징이 있다.

탭형 나사는 각기 대응되는 암나사와 수나사에 대하여 나사가 형성된 길이 방향으로 대응되는 홈을 형성하여 나사와 나사끼리 물릴 때는 나사에 의한 결합이 이루어지고, 홈과 나사끼리 만났을 때는 자유로이 넣고 뺄 수 있도록 구성된 것으로 이와 같은 나사를 사용함으로서 볼트를 수십회 회전시켜 나사결합이 이루어지도록 할 필요 없이 최종 조임부까지 암나사에 대하여 수나사를 밀어 넣은 후 마지막단계에서 약간 회전시켜 줌으로서 전 길이에 걸친 나사결합이 이루어지도록 구성된 것이다.

상기한 탭형 나사는 각기 짝을 이루는 암나사 및 수나사를 원주상 4등분하여 나사와 홈을 교대로 형성하거나, 원주상 8등분 또는 16등분하여 각기 교대로 나사와 홈이 형성되도록 함으로서 구성할 수 있으며, 4등분한 경우에는 수나사를 대략 90°회전시킴으로서 완전한 나사결합이 이루어지고, 8등분, 16등분은 각기 45°, 22.5°회전시킴으로서 수나사와 암나사의 완전한 접촉이 이루어져 나사결합이 완성된다.

본 발명에서 적용되는 수직부재는 주로 기둥요소이며, 정사각형 또는 직사각형 단면을 이루는 강재 각관이 사용되고, 수평부재는 H 형강, I형 강 또는 각관 형태등 제한 없이 사용가능하나 수직부재와의 결합부는 각관부가 형성되어져야 한다.

따라서, 일반 형강을 사용시에는 단부에 각관부를 형성하고, 각관을 사용할 경우에는 그 상태로 사용할 수 있다.

형강을 사용한 경우 각관부의 길이는 볼트지지판을 결합한 후 그 내부에서 고력볼트의 머리가 위치할 공간이 형성되는 정도면 족하다.

수직부재에 삽입 고정되는 홀더는 원통형이나 각형등 외형에 관계 없이 내측에는 고력볼트의 탭형 나사와 짝을 이루는 탭형 나사가 형성되는 구조를 갖는다.

수직부재와 홀더의 고정은 나사결합, 용접결합등 다양한 방법이 시도될 수 있으며, 가능하면 홀더의 단면 전체가 전단응력을 부담할 수 있도록 수직부재로부터 돌출된 상태로 결합이 이루어지도록 구성한다.

고력볼트는 나사머리와 나사부로 구성되며, 나사부에는 상기한 홀더의 탭형 나사와 짝을 이루는 탭형 나사가 형성된다.

또한, 고력볼트의 머리부에는 내접선 방향으로 일정한 각도를 유지할 수 있도록 나사공이 형성되며, 여기에 스톱퍼 작용을 하는 볼트를 결합함으로서 슬릿홈에 의해 제한되는 각도 범위로 고력볼트를 회전시킬 수 있도록 구성된다.

수평부재의 각관부에 형성된 슬릿홈의 길이 및 나사공의 형성각은 탭형 나사부의 분활 각도에 영향을 받으며, 대략 탭형 나사를 8등분하여 형성한 경우 약 45°의 각도로 형성함으로서 0°일때 암나사와 수나사간에 진퇴가 자유롭게 이루어지고, 그 상태에서 수나사를 45°회전시키면 암나사와 수나사간에 완전한 접촉에 의한 나사결합이 이루어진다.

고력볼트와 홀더의 탭형 나사부는 사다리꼴, 사각 ,삼각 또는 캠형 나사등 역학적 특성을 고려하여 다양한 형식의 나사로 구성된다.

볼트지지판은 고력볼트의 이탈을 방지하고, 고력볼트에 의한 조임시 수직부재와 수평부재사이에 마찰압력이 작용되도록 하기 위한 것으로 각관부의 내면에 끼워맞춤된 후 용착되어 일체화되는 구조로 수평부재와 결합된다.

볼트지지판의 중앙부에는 관통홈이 형성되며, 상기 홈은 고력볼트의 탭형나사부를 그대로 통과시키지만 머리부는 걸리도록 형성되며, 홀더를 수직부재로 부터 돌출 시킨 경우에 홀더 외경에 맞는 홈을 내어 수평부재의 결합시 홀더의 돌출부위가 볼트지지판에 삽입될 수 있도록 구성된다.

볼트지지판에 형성한 고정핀 및 수직부재의 대응부위에 형성된 핀공은 고력볼트의 삽입위치 - 즉, 삽입 시에는 고력볼트의 나사가 형성된 부위와 홀더의 홈이 형성된 부위가 일치하여야 함으로 이를 맞추기 위한 삽입위치-를 알 수 있게 하고, 조립시 고정을 유지하는 작용을 한다.

따라서, 핀공은 고정핀의 결합시 어느 정도 유격을 갖도록 함이 바람직하며, 이를 위해 핀공은 홀더 중심점에 대하여 원호형을 유지하는 장공형태가 바람직하다.

이상의 구성에 의한 본 발명을 도면에 의한 실시형태를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 기본 구성도, 도2 및 도3은 결합상태를 도시한 것으로, 각관 형태의 수직부재(10)와 각관 형태의 수평부재(20)에 본 발명을 적용한 것을 보인 것이다.

상기 도면에 의한 실시구조에 의하면, 본 발명은 수직부재(10)의 결합부에는 수평방향으로 홀더를 관통시켜 고정하기 위한 관통홈(11)(12)이 형성되고, 결합부 관통홈(11) 하부에는 핀공(13)이 형성된다.

수평부재(20)는 각관 부재로 이루어지고, 상부에 슬릿홈(21)이 형성된다.

홀더(30)는 원형관 형태로 내부에 나사부(31a)와 홈부(31b)로 이루어지는 탭형 나사부(31)가 형성되며, 탭형 나사부와 반대측 외주면에는 단턱부가 형성되고 여기에 결합용 나사(32)가 형성된다.

상기 홀더(30)는 수직부재의 관통홈(11)에 삽입되어 나사부 외측이 관통홈에 걸리어 약간 돌출 되고, 홀더의 타측단은 수직부재의 다른 관통홈(12)에 걸린 상태로 나사(32)가 관통홈(12)으로 통과된 후 너트(33)로 고정되는 구조로 결합되는 구조를 갖는다.

고력볼트(40)는 머리부(41)와 탭형 나사부(42)로 이루어지며, 머리 부에는 내접선 방향으로 약 45°각도를 갖는 2개의 나사공(41a)(41b)이 형성되고, 나사부에는 홀더의 나사부 및 홈부에 대응하는 나사부(42a)와 홈부(42b)가 형성된다.

고력볼트의 머리부는 수평부재의 내부에 삽입된 상태에서 슬릿홈(21)을 통하여 삽입한 스톱퍼(50)가 하나의 나사공(41a)에 결합된다.

스톱퍼(50)는 몸통부에 나사공에 결합하기 위한 나사가 형성되고, 머리부 없이 육각홈(51)이 형성되어 육각렌치에 의해 고력볼트에 체결되고, 체결상태에서 슬릿홈에 걸려 슬릿홈을 타고 유동할 수 있도록 구성된다.

볼트지지판(60)은 수평부재의 각관 내부에 끼워맞춤되는 4각면체로 이루어지고, 중심부에는 고력볼트의 나사부를 관통시키기 위한 관통홈(61)과, 돌출된 홀더(30)가 걸리도록 된 턱홈(62)이 형성되며, 턱홈의 하부에는 고정핀(63)이 형성되는 구조를 갖는다.

상기 볼트지지판(60)은 관통홈(61)에 고력볼트의 나사부를 끼운 상태로 수평부재의 각관 내부에 삽입한 후 수평부재와 용접하여 고정함으로서 수평부재와 일체가 된다.

수직부재(10)와 홀더의 결합, 수평부재와 고력볼트의 결합은 공장에서 이루어지며, 현장에서는 수평부재와 수직부재의 단순조립만 이루어진다.

즉, 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이 홀더 및 고력볼트가 각기 수직부재 및 수평부재에 고정 결합된 상태에서 설치 형장으로 운반되고, 설치현장에서는 수평부재의 볼트지지판에 형성된 고정핀(63)과 수직부재에 형성된 핀공을 일치시키고, 홀더의 돌출부위를 볼트지지판의 턱홈(62)에 끼움으로서 고력볼트 및 홀더에 형성된 나사부와 홈이 짝을 이루면서 맞춤 되어 고력볼트 나사부의 홀더내 삽입이 이루어지고, 그 상태에서 스톱퍼(50)를 대략 45°각도로 회전시키면 고력볼트의 수나사와 홀더의 암나사가 물리어 나사결합이 이루어진다.

이 상태는 스톱퍼가 도면상 슬릿홈의 좌측면에 접한 상태에서 45°회전하여 우측면에 접하게 되며, 그 상태에서 고력볼트가 풀리는 것을 방지하기 위하여 노출된 나사공(41b)에 또다른 스톱퍼를 결합하여 줌으로서 고력볼트는 결합상태를 유지하게 된다.

도5는 수직부재를 중심으로 좌우로 수평부재를 결합한 구조의 실시형태를 도시한 것으로, 이 경우 양쪽에 탭형 나사부를 형성한 홀더의 양단이 수직부재의 결합부로부터 약간 씩 돌출하도록 수직부재에 결합하여 고력볼트가 결합된 수평부재를 홀더의 양단에 고정 결합하는 구조이다.

상기 결합 구조는 수직부재를 기둥부재로 하고, 수평부재를 보로 하여 기둥 양쪽으로 보를 설치하는 구조물이나 수직부재로 표현된 부재를 수평으로 뉘인 보와 같은 형태로 설치하고, 수평부재로 표현된 부재를 그 상하부에 설치하여 벽체를 유지하는 기둥 또는 주 기능역할을 수행하도록 구성한 구조물 등 다양한 방식으로 설치 구성할 수 있다.

도6은 중앙의 부재를 중심으로 십자형태로 결합되는 부재의 결합구조를 예시한 것으로 한개의 기둥에 4개의 보가 결합되는 형태 또는 한개의 보에 대하여 십자형으로 교차하는 보와 상하부에 교차하는 기둥(벽기둥)의 결합구조를 예시한 것이다.

상기 실시례는 4개의 독립된 홀더(30)를 각기 수직부재(또는 보로 사용할 경우 수평부재)에 고정 결합한 상태에서 각각의 홀더에 수평부재를 결합하는 구조로 이루어진다.

이상의 구성에 의한 본 발명은 하나의 고력볼트와 대응되는 홀더를 사용하여 2부재를 결합 고정하는 구조로서 기존의 기둥과 보의 결합, 보와 기둥의 다양한 결합 형태에 대하여 공히 적용할 수 있다.

이상의 구성에 의한 본 발명은

① 1개의 고력볼트와 그에 결합되는 홀더를 사용하여 직각으로 교차하는 2개의 부재를 결합함으로서 공수와 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

② 고력볼트의 고정시 인입후 1/4 회전함으로서 필요한 위치에 고정됨으로서 시공이 간편하고, 신속한 장점이 있다.

③ 굵기가 큰 한개의 볼트를 사용하여 체결이 이루어짐으로서 나사산이 상대적으로 크고 캠 형태로 구성할 수 있어 부식 등에 의한 내 지연파괴 특성이 크고, 인장 결합력 및 마찰결합력이 극대화되며, 홀더와 고력볼트가 전단에 함께 저항함으로 역학적 특성이 우수한 결합구조가 된다.

④ 현장작업은 고력볼트의 주입 후 1/4회전하고, 스톱퍼를 결합하는 방식으로 이루어짐으로 설치 공정이 매우 단순하고, 비숙련자도 용이하게 조립할 수 있다.

⑤해체가 용이하고, 해체 후 재사용이 가능하며, 시공완료 후 돌출부위가 없어 외관이 미려해지는 효과를 갖는다.

도1은 본 발명의 기본 구조를 보이기 위한 구성도

도2 및 도3은 본 발명의 결합 상태도

도4a 및 도4b는 본 발명에 의한 고력볼트와 홀더의 작용 상태도

도5는 3개의 부재를 서로 결합한 결합구조의 실시례도

도6은 5개의 부재를 서로 결합한 결합 구조의 실시례도

*주요부호의 설명

10.수직부재 11,12.관통홈 13.핀공

20.수평부재 21.슬릿홈 30.홀더

31.탭형 나사부 32.결합용 나사 33.너트

40.고력볼트 41.머리부 42.탭형나사부

50.스톱퍼 60.볼트지지판 61.관통홈

62.턱홈 63.고정핀

Claims (1)

1. 각관 형태를 갖는 2개의 부재를 결합하는 결합구조에 있어서, 하나의 부재상에 탭 형태의 암나사가 형성된 홀더를 관통 고정시켜 일체화하고; 다른 하나의 부재는 일변에는 슬릿홈을 형성하고, 탭형 나사가 형성된 고력볼트의 머리부에 일정한 각도를 유지하도록 나사공을 형성하여 상기 고력볼트의 탭형 나사부가 부재의 외측으로 돌출 되도록 고력볼트를 각관부에 삽입한 후 슬릿홈을 통하여 나사공에 스톱퍼를 결합하고, 탭형 나사부에는 각관부의 내면에 밀착 지지되는 볼트지지판을 끼워 용착함으로서 각관부에 고력볼트가 이탈이 방지되는 상태로 결합되게 하고, 볼트지지판의 하단 중심부에는 고정핀을 형성하고 이에 대응되는 수직부재상에는 핀공을 형성하여 결합시 고정핀이 상기 핀공에 끼워 맞추어 지는 구조로 하며; 고력볼트가 결합된 상태의 부재를 홀더가 겹합된 부재에 대고 끼워 인입 시킨 후 고력볼트를 일정 각도로 회전시킴으로서 고력볼트와 홀더의 탭형 나사가 서로 맞물려 지도록 함으로서 2개의 부재가 서로 결합되도록 한 구성을 특징으로 하는 강구조물의 결합구조.