KR100581224B1 - X shape cantilever column capital - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건물의 층고를 일반 철골조보다 줄이면서도 골조공사비를 철근콘크리트 정도로 낮추는 핵심 기술인 X형 까치발 기둥머리에 관한 것이다.The present invention relates to an X-shaped bracket foot head, which is a core technology for reducing the construction cost of a building while reducing the height of a general steel frame as much as reinforced concrete.

건물의 보 밑면과 천장 사이에는 설비 덕트 등을 위한 여유 공간이 필요한데 X형 까치발 기둥머리를 사용하면 기둥 주위만 보 높이가 높으므로 나머지 천장 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있다. 일반 구조는 가로보와 세로보를 도 2와 같이 기둥에 접합하며, 강접보와 단순보의 휨모멘트는 스팬의 제곱에 비례하므로 기둥스팬이 길면 보의 높이가 커져서 층고도 높여야 한다.The space between the base of the building and the ceiling is needed for the equipment ducts, etc. If you use the X-shaped bracket head, the beam height is high only around the column, so you can effectively use the remaining space inside the ceiling. In the general structure, the beams and the longitudinal beams are joined to the pillars as shown in FIG. 2, and the bending moments of the steel beams and the simple beams are proportional to the square of the span.

도 3에서 기둥 스팬 1/3에서 1/2 범위의 기둥 주변에 대각선 방향으로 까치발을 배열하여 가로, 세로 보들의 힘을 받아 기둥에 전달하는 것이다. 까치발의 모멘트는 M=P*L 이므로 단부로 갈수록 줄어들게 되어 전단내력을 확보하는 범위 내에서 변단면재로 설계한다. 또한 도 4a에서 바닥보의 휨모멘트는 고정단에서 최대이고 이를 벗어나면 그 값이 급격히 줄어들게 되므로 기둥머리만을 특별 보강하면 나머지 구간의 모든 보는 보다 적은 내력만 확보해도 안전하다. 도 2a에서 보 4a의 단부 휨모멘트는 (L1)2/12이고 도 3a에서 보 4d는 단순보로 설계해도 중앙최대 휨모멘트 값이 (2L1/3)2/8이어서 보 4a의 2/3이다. 또한 보 4d는 단순보이므로 합성보로 설계하면 철골 단면을 30% 정도 절감할 수 있어서 보 4a의 1/2정도의 휨모멘트를 받는 철골보로도 설계가 가능하다.In FIG. 3, the brackets are arranged in a diagonal direction around the pillar in the range of 1/3 to 1/2 of the pillar span to be transmitted to the pillar by the force of the horizontal and vertical beams. Since the moment of the bracket is M = P * L, it decreases toward the end, so it is designed as a cross section within the range to secure shear strength. In addition, the bending moment of the floor beam in Fig. 4a is the maximum at the fixed end and the value is sharply reduced if it is out of it, so if only the special reinforcement of the column head, all the beams in the remaining sections are secured with less strength. End bending moment of FIG beam 4a in 2a is (L 1) 2/12, and Figure 3a beam 4d can be designed as a simple beam this central maximum bending moment value (2L 1/3) 2/ 8 and then the beam 4a 2 / 3 In addition, since beam 4d is a simple beam, if the composite beam is designed, the steel cross section can be reduced by 30%, so it can be designed as a steel beam that receives a bending moment of about 1/2 of the beam 4a.

까치발의 고정단 모멘트는 도 3a에서 L2가 L1의 1/2일 경우 ((L3/4*(L1/6)2)1/2)*(L1/2)=1.25L1이어서 보 4d 고정단 모멘트의 1.25배이기는 하나 변단면으로 하면 별 부담이 없다. 도 1에서 기둥의 층마다 8각형 강판에 구멍을 낸 상하 플랜지를 맞추고 4장의 웨브 플레이트를 대각선 방향으로 끼워 용접한다. 2개의 변단면재 까치발 끝단을 빔(4c)의 양단과 각도를 이룬 채 강접하여 기둥에 조립한다. 그 후 세로보(5a)와 가로보(4d)들을 접합하면 골조 공사가 완료된다. 도 3a에서 가로보, 세로보는 TSC보이고 이는 일반 H형 보 단면의 2/3 정도로 가능하다.The fixed end moment of the bracket feet is shown in FIG. 3A when L 2 is 1/2 of L 1 ((L 3/4 * (L1 / 6) 2 ) 1/2 ) * (L1 / 2) = 1.25L 1 Although it is 1.25 times of 4d fixed end moment, it is not burdened if it is a side face. In Fig. 1, the upper and lower flanges each having a hole in an octagonal steel sheet are aligned for each layer of the pillar, and four web plates are diagonally inserted and welded. The two end face bracket ends are angled to both ends of the beam 4c and assembled to the pillar. Thereafter, when the stringers 5a and the horizontal beams 4d are joined to each other, the framework is completed. In FIG. 3A, the horizontal beams and vertical beams are TSC beams, which is about two thirds of the general H-beam cross section.

Description

X형 까치발 기둥머리 {X shape cantilever column capital}X-shaped bracket foot post {X shape cantilever column capital}

건축구조물에서 기둥 스팬을 늘리면서도 보의 높이와 공사비를 줄이는 시도가 계속되고 있다. 일반적으로 보 밑에는 천장을 달고 그 사이에 각종 설비 덕트나 조명을 위한 배관을 하는 여유 공간을 필요로 하기 때문에 건물의 층고가 높아져서 건축법상 허용하는 용적률 내에서의 층수에 제한을 받고 또한 공사비가 증가하는 폐단이 있다. 그러나 보 높이를 무리하게 줄이면 보 단면의 구조상 효율이 급격히 떨어져서 비경제적일 뿐만 아니라 바닥의 과도한 처짐과 진동 장애를 감수하여야 한다. 그러므로 본 발명에서는 구조역학상의 원리에 순응하는 새로운 개념의 구조방식 중 도 6과 같은 X형 까치발 기둥머리(1)를 제시하여 값싸고 안전하면서도 천장 내부를 효율적으로 활용할 수 있도록 함을 목적으로 한다.Attempts have been made to reduce beam heights and construction costs while increasing column spans in building structures. In general, because the ceiling requires a free space to hang the ceiling and pipes for various equipment ducts or lighting between them, the height of the building is increased, which limits the number of floors within the allowable floor area ratio and the cost of construction. There is a discord. However, if the beam height is excessively reduced, the structural efficiency of the beam cross section is drastically deteriorated, which is not only economical, but also the excessive deflection of the floor and vibration disturbance. Therefore, the present invention aims to present an X-shaped bracket foot head 1 as shown in FIG. 6 in a new concept structure that conforms to the principles of structural mechanics, so as to efficiently utilize the interior of the ceiling cheaply and safely.

철골구조는 철근콘크리트구조에 비하여 시공이 간편하고 공사기간이 단축되지만 공사비가 20% 정도 비싸므로 사용 확산이 늦어지고 있다. 또한 건물의 제한 높이 내에 많은 층수를 수용하기 위해서 철근콘크리트 내력벽(대부분의 아파트처럼 벽체를 기둥과 보로 삼아 그 위에 바닥판을 시공하는 공법)구조나 플래트 슬래브가 많이 적용되고 있는데 전자는 준공 후 평면변경이 불가능하고 후자는 시공품질이 저하될 경우 처짐 량이 커지고 구조 안전상 위험정도가 심하여 안전사고로 이어지는 사례가 있다(예: 삼풍백화점).Compared to reinforced concrete structure, steel frame structure is easier to construct and shorten construction period, but its use is delayed because construction cost is 20% more expensive. In addition, to accommodate a large number of floors within the height of the building, reinforced concrete load-bearing walls (a method of constructing floorboards with columns and beams like most apartments) or flat slabs are applied. If this is impossible and the latter is poor in construction quality, there is a case where the amount of deflection increases and the safety risk is severe, leading to safety accidents (eg Sampoong Department Store).

일반적으로 가로보(4a)와 세로보(5)는 도 2와 같이 기둥(2)에 직접 접합하는 것이 정상이다. 등분포 하중을 받는 강접보와 단순보의 휨모멘트는 보 길이(기둥 스팬)의 제곱에 비례하므로 기둥스팬을 멀게 하려면 보의 높이가 늘어나서 건물의 층고도 높여야 한다.Generally, the horizontal beams 4a and the vertical beams 5 are directly joined to the pillars 2 as shown in FIG. 2. Since the bending moments of rigid beams and simple beams subjected to equally distributed loads are proportional to the square of the beam length (column span), the distance of the column span increases the height of the beams and the height of the building.

도 4a는 도 2에 표시된 강접 가로보 4a의 휨모멘트도이다. Me는 고정단 휨모멘트 값이고 Mc는 중앙부의 휨모멘트인데 Me는 Mc의 2배이다. 그러므로 가로보 4a는 Me값을 설계 값으로 취급하여 설계하는 것이 보통이다. 또한 도 4b에서 단순(핀접합) 가로보 4b의 휨모멘트값 최고치가 M0이며 이는 앞의 Mc 값의 3배, Me의 1.5배에 달한다.4A is a bending moment diagram of the rigid crossbeam 4a shown in FIG. 2. Me is the fixed end bending moment value, Mc is the central bending moment, and Me is twice the Mc. Therefore, crossbeam 4a is usually designed by treating Me value as design value. In addition, the maximum bending moment value of the simple (pin bonded) crossbeam 4b in FIG. 4b is M 0 , which is three times the previous Mc value and 1.5 times Me.

따라서 보의 길이와 작용 하중이 같은데도 불구하고 빔 4a처럼 기둥에 고정된 것에 비하여 세로보에 핀접합된 4b의 단면이 더 커지는 경우도 있다.Therefore, although the beam length and the working load are the same, the cross section of the pin-bonded 4b to the stringer may be larger than that fixed to the column like the beam 4a.

보와 천장 사이의 빈 공간을 각종 설비 덕트와 전기 조명배관이 차지하지만 기둥을 피해서 가로 세로 방향으로 통과할 수 있는 여유 통로가 필요한 것이고 전 면적을 활용하지는 않는다. 그러므로 구조 응력상 필수적으로 높이를 확보하여야 할 기둥 주변 일부분의 보 높이만을 특별한 방법으로 키우고 나머지 부분의 보 높이를 최소화하여 설비나 조명을 위한 공간으로 활용하는 것이 기술적 과제이다. 또한 아파트의 거실 같은 경우는 천장 일부만이라도 우물천장으로 높이는 것이 바람직하므로 보의 기둥 주변 일부분만 높다면 층고 전체를 효율적으로 활용하는 데 도움이 된다. 플래트 슬래브는 위 목적을 달성하는데 합리적인 대표적 구조지만 기둥 스팬이 큰 평면에서는 적용이 불가능하고 또한 거푸집을 필요로 하는 철근콘크리트 구조이므로 철골조로 설계하는 큰 스팬에서도 동등한 효과를 얻을 수 있는 방법이 필요하다. The empty space between beams and ceiling is occupied by various equipment ducts and electric lighting pipes, but it requires a free passageway to pass horizontally and vertically away from the columns and does not utilize the entire area. Therefore, it is a technical task to raise only the beam height of a part around the column to be secured by structural stress in a special way and to minimize the height of the beam to be used as a space for installation or lighting. In addition, in the case of the living room of the apartment it is desirable to raise even a part of the ceiling to the well ceiling, so if only a part around the pillar of the beam is high, it helps to use the entire floor efficiently. Plate slab is a reasonable representative structure to achieve the above purpose, but since it is not applicable in the plane where the column span is large and the reinforced concrete structure that requires the formwork, there is a need for a method that can achieve the same effect even in the large span designed with steel frame.

가로, 세로 기둥 스팬이 짧아서 기둥과 기둥 사이에만 보를 건너질러도 되는 경우라면 기둥 주변만 변단면재인 헌치(Haunch)로 설계해도 플래트 슬래브처럼 위 목적을 달성할 수 있으나 대부분의 구조 평면은 도 2a처럼 단순보(4b)를 세로보(5)에 걸어야 하므로 설사 기둥과 직접 만나는 가로보(4a)와 세로보(5)의 단부에만 헌치를 두고 나머지 중앙 부분의 단면을 줄인다 해도 단순보(4b)는 전 길이를 통하여 단면이 줄어지지 않아 천장 속을 활용하지 못하게 되므로 이를 해소하는 것이 기술적 과제이다.If the horizontal and vertical column spans are short enough to cross beams only between the columns, the design can be achieved with a haul, a transverse material only around the column, which can achieve the above objectives like a flat slab. Since the simple beam (4b) should be hung on the stringer (5), the simple beam (4b) will extend the entire length even if the cross-section of the remaining center part is reduced only at the end of the cross beam (4a) and the stringer (5) that meets the diarrhea column directly. It is a technical problem to solve this problem because the cross section is not reduced, so that it cannot be used in the ceiling.

도 3과 6에서 기둥 스팬 1/3에서 1/2 범위의 기둥 주변 보 높이를 경사지게 키워주는 것이 본 발명의 X형 까치발 기둥머리이며 구체적으로는 도 1에서 설명한다.3 and 6 to increase the height of the beam around the pillar in the range of the column span 1/3 to 1/2 inclined X-shaped bracket foot of the present invention and will be described in detail in FIG.

X형 까치발 기둥머리는 도2와 같은 일반 구조와 달라 가로, 세로보가 기둥과 직접 만나지 않으므로 기둥과 가로, 세로 보들과의 사이에 대각선 방향으로 까치발을 배열하여 힘을 전달하는 것이다. 까치발 끝을 연결하는 선은 규격이 큰 가상기둥의 외곽선으로 간주한다. 까치발은 내민보(cantilever)여서 기둥 주변의 휨모멘트 값이 최대이고 단부로 갈수록 적어진다(M=P*L). 그러므로 전단내력을 확보하는 범위 내에서 단부 단면을 점차적으로 감소시키는 변단면재로 설계하는 것이 자연스럽다. 또한 도 4a에서 보는 바와 같이 바닥보의 휨모멘트는 기둥과의 접합부인 고정단에서 최대이고 이를 벗어나면 그 값이 급격히 줄어들게 되므로 기둥머리만을 특별 보강하면 나머지 구간의 모든 보는 보다 적은 내력만 확보해도 안전하다.Unlike the general structure as shown in FIG. 2, the X-shaped bracket foot head does not directly meet the column, so the bracket is arranged in a diagonal direction between the column, the column and the beams to transmit force. The line connecting the end of the bracket is regarded as the outline of the large virtual pillar. Brackets are cantilever, so the bending moment around the column is maximum and decreases toward the end (M = P * L). Therefore, it is natural to design a side face member that gradually reduces the end section within the range of securing shear strength. In addition, as shown in Figure 4a, the bending moment of the beam is the maximum at the fixed end, which is a joint with the column, and the value is sharply reduced if it is out of it, so special reinforcement of the column head only secures less than all beams in the remaining sections Do.

도 2a에서 가로보 4a의 단부 휨모멘트는 (L1)2/12이고 도 3a에서 가로보 4d는 단순보로 설계해도 중앙최대 휨모멘트 값이 (2L1/3)2/8이어서 위 가로보 4a의 2/3이다. 또한 가로보 4d는 단순보이므로 바닥슬래브와 합성보로 설계하면 철골 단면을 30% 정도 절감할 수 있으므로 결국 위 가로보 4a의 절반 정도의 휨모멘트를 받는 철골보로도 설계가 가능하다. 물론 까치발의 배열 방향이 대각선이라 길이가 길어져서 고정단 모멘트의 값이 커진다. 즉 도 3a에서 L2가 L1의 1/2일 경우 까치발의 고정단 휨모멘트는 (L3/4*(L1/6)2)1/2)*(L1/2)=1.25L1이어서 가로보 4d 고정단 모멘트 값의 1.25배이기는 하나 기둥 주변 일부분의 쓸모없는 공간에서만 보의 높이를 변단면으로 키워주면 별 부담없는 경제적인 설계가 가능하다. 이는 휨모멘트에 대응하는 보의 단면계수는 보 높이의 제곱에 비례하기 때문이다. 바닥슬래브를 가로보에 데크 플레이트를 얹고 콘크리트를 치는 세로 1방향 슬래브일 경우 도 2의 세로보(5)는 가로보(4b)를 지지하는 주요 보이지만 도 3의 세로보 5a는 하중을 받지 않는 타이빔에 불과하므로 최소 단면으로도 충분하다.End bending moment of FIG cross beam 4a in 2a is (L 1) 2/12 and the cross beam 4d is a value simple beam may be designed with a central maximum bending moment in the Figure 3a (2L 1/3) 2 /8 and then 2 above cross beam 4a / 3. In addition, since the cross beam 4d is a simple beam, the floor slab and the composite beam can reduce the cross section of the steel frame by about 30%. Therefore, the cross beam 4d can be designed as a steel beam that receives about half the bending moment of the cross beam 4a. Of course, the direction of the bracket feet is diagonal, so the length is longer and the value of the fixed end moment is increased. That is, in FIG. 3A, when L 2 is 1/2 of L 1 , the fixed end bending moment of the bracket foot is (L 3/4 * (L1 / 6) 2 ) 1/2 ) * (L1 / 2) = 1.25L 1 Although it is 1.25 times the cross beam 4d fixed end moment value, it is possible to economically design economically without increasing the height of the beam to the side surface only in the useless space around the column. This is because the section modulus of the beam corresponding to the bending moment is proportional to the square of the beam height. When the floor slab is a longitudinal one-way slab on which the deck plate is placed on the cross beam and hits the concrete, the stringer 5 of FIG. 2 is the main support for the cross beam 4b, but the stringer 5a of FIG. 3 is only a tie beam that is not loaded. A minimum cross section is sufficient.

도 1에서 기둥의 층마다 8각형 강판에 기둥 단면 외형과 일치하는 구멍을 낸 상하 플랜지를 까치발 상하 플랜지 높이에 맞추고 4장의 웨브(7) 플레이트를 상하 플랜지와 기둥 외면에 맞게 대각선 방향으로 끼워 서로 만나는 면을 공장 용접한다. 까치발은 상하 플랜지와 웨브를 도 1과 같이 사다리꼴로 재단하여 용접한 변단면재이며, 2개의 까치발 끝단을 빔(4c)의 양단과 각도를 이룬 채 강접하고 후에 현장에서 세로보(5a)와 접합할 볼트구멍 뚫은 철판을 부착해 둔다. 현장에서는 먼저 세운 기둥에 2개의 까치발과 1개의 가로보(4c)가 3각형으로 조립된 것을 기둥의 세로방향 축을 중심으로 하여 상하 플랜지와 웨브 플레이트에 접합 플레이트와 볼트로 조립한다. 그 후 세로보(5a) 측면을 까치발 단부에 볼트로 접합하고 나머지 가로보(4d)들을 세로보(5a)에 접합하는 것으로 골조 공사가 완료된다.In Fig. 1, the upper and lower flanges having holes corresponding to the column cross-sectional shape of the octagonal steel sheet in each layer of the column are aligned at the height of the upper and lower flanges of the bracket, and the four web (7) plates are diagonally aligned with the upper and lower flanges and the outer surface of the column to meet each other. Factory weld the cotton. The bracket is the edge face material which is welded by cutting the upper and lower flange and web in a trapezoidal shape as shown in Fig. 1, and the two bracket ends are welded at an angle with both ends of the beam 4c and later joined with the stringer 5a in the field. Attach the iron plate with bolt holes. In the field, two brackets and one cross beam (4c) are assembled in a triangular shape on the first pillar, and the joint plate and bolt are mounted on the upper and lower flanges and the web plate about the longitudinal axis of the pillar. Then, the frame construction is completed by joining the side of the stringer 5a to the end of the bracket with bolts and joining the remaining crossbeams 4d to the stringer 5a.

도 3a에서 까치발을 제외한 가로보, 세로보는 새로 개발한 TSC합성보를 사용한 것이고 이는 일반 H형 보 단면의 2/3 정도로 가능하다. 기둥은 도 5와 같이 원형강관뿐만 아니라 H형강, 4개의 ㄱ형강을 조립한 기둥 또는 각관을 사용해도 된다.In FIG. 3a, the horizontal beams and vertical beams except for the bracket are used with the newly developed TSC composite beams, which is about 2/3 of the cross section of a general H-shaped beam. The pillar may use a H-shaped steel, a pillar or a square tube assembled with four a-beams as well as a circular steel tube as shown in FIG. 5.

보를 기둥에 직접 접합하는 일반 골조와 달리 X형 까치발 기둥머리(1)를 마련하여 이를 가상 기둥으로 삼아 가로보, 세로보를 접합하면 보의 단면설계용 휨모멘트가 대폭 줄어들어 보 높이가 낮아져서 건물 층고가 줄어들고 다라서 공사비가 절감되는 효과가 있다.Unlike the general frame that directly connects the beam to the column, the X-shaped bracket foot head (1) is prepared and used as a virtual column to join horizontal beams and vertical beams, which greatly reduces the bending moment for the cross-sectional design of the beam, resulting in lower beam heights, thereby reducing building height. Therefore, the construction cost is reduced.

도 1은 X형 까치발 기둥머리의 평면도와 단면도,1 is a plan view and a cross-sectional view of the pillar head X-shaped,

도 2는 일반 골조의 평면도와 단면도,2 is a plan view and a cross-sectional view of a general skeleton,

도 3은 X형 까치발 기둥머리를 사용한 골조의 평면도와 단면도,3 is a plan view and a cross-sectional view of the frame using the X-shaped bracket head;

도 4는 강접보와 단순보의 휨모멘트도,4 is a bending moment diagram of the steel beam and the simple beam,

도 5는 H형강과 4개의 ㄱ형강을 조립한 기둥, 강관 기둥의 예,Figure 5 is an example of a column, steel pipe pillars assembled H-beam and four a-beam,

도 6은 X형 까치발 기둥머리의 사시도이다.6 is a perspective view of the X-shaped bracket foot column.

〈도면의 부호에 대한 간단한 설명〉<Brief description of the symbols in the drawings>

1 : X형 까치발 기둥머리 2 : 기둥1: X-shaped bracket foot head 2: Column

3 : 까치발 4 : 가로보3: magpie feet 4: cross beam

5 : 세로보 6 : 플랜지5: stringer 6: flange

7 : 웨브7: web

L1: 가로 방향 기둥스팬 L2: 세로 방향 기둥스팬L 1 : Horizontal column span L 2 : Vertical column span

Claims (1)

기둥에 보를 연결함에 있어서 직접 부착하지 않고, 기둥(2)과 보(4, 5)를 까치발로 연결하도록 구성하며 ;It is configured to connect the pillars 2 and the beams 4 and 5 with brackets without directly attaching the beams to the pillars; 상기 까치발(3)은 한쪽면의 경우 기둥에 부착된 플랜지에 연결하고 반대쪽은 보에 연결되도록 하며, 내력의 크기에 따라 변단면으로도 제작하고 ;The bracket foot (3) is connected to the flange attached to the column in the case of one side and the other side to be connected to the beam, according to the size of the bearing capacity is also produced by the cross section; 상기 플랜지(6)는 기둥과 까치발을 연결함에 있어서 기둥에 용접으로 접합하고, 플랜지와 까치발의 접합은 볼트로 하도록 구성하며 ;The flange 6 is configured to be welded to the pillar in connecting the pillar and the bracket, and the joint of the flange and the bracket is bolted; 상기 플랜지와 까치발의 접합은 용접접합도 가능하고, 까치발의 웨브와 기둥에 용접된 플랜지의 대각선방향 웨브(7)를 볼트접합 하고 ;The flange and the bracket feet can be welded together, and the web of the bracket feet and the diagonal web 7 of the flange welded to the column are bolted together; 상기 기둥(2)은 원형강관과 각형강관, H형강, 4개의 ㄱ형강을 조립하여 사용할 수 있도록 구성하여 보 단면 설계용 휨 모멘트 값을 줄이는 것을 특징으로 하는 X형 까치발 기둥머리.The pillar (2) X-shaped bracket foot head, characterized in that the circular steel pipe and square steel pipe, H-shaped steel, four a-beams can be assembled and used to reduce the bending moment value for beam cross-sectional design.
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