KR100639293B1

KR100639293B1 - 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형조립기둥의 제작방법

Info

Publication number: KR100639293B1
Application number: KR1020050076625A
Authority: KR
Inventors: 윤영호; 김상연; 이수진; 김형근; 이창신; 남순우; 강석태; 이창남; 김성배
Original assignee: 대한주택공사; 에스에이치공사; 명화엔지니어링 주식회사; (주)센구조연구소
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2006-10-27

Abstract

본 발명은 내부에 콘크리트가 충전되는 박스형 조립기둥으로 사각 모서리에 ㄱ형강이 배치되고 ㄱ형강 사이마다 강판이 접합되어 완성되는 박스형 조립기둥을 제작함에 조립기둥 내에 충전되는 콘크리트의 측압을 저항하는데 유리하면서 접합부위가 외부로 노출되지 않아 깔끔한 외관을 가지도록 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법에 관한 것이다.

본 발명은 (a)ㄱ형강 두개를 이격하여 배치하고 강판을 두개의 ㄱ형강 사이에 내측으로 접하도록 배치한 후 내측에서 강판을 ㄱ형강에 접합 설치하여 제1면을 제작하는 단계; (b)상기 (a)단계를 거쳐 완성된 1차조립부재(두개의 ㄱ형강 사이에 강판이 접합된 부재) 2개를 이격하여 서로 마주보도록 배치하여 제2면을 제작하는 단계; (c)이격 배치된 상기 2개의 1차조립부재 사이에 강판을 끼워넣어 강판이 1차조립부재의 ㄱ형강 내측에 강판이 접하도록 배치한 후 내측에서 강판을 ㄱ형강에 접합 설치하여 제3면을 제작하는 단계; 및, (d)상기 (c)단계를 반복하여 강판으로 마지막 일면을 폐쇄하여 제4면을 제작함으로써 박스형 조립기둥을 완성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

강판, ㄱ형강, 조립기둥, CFT, 내측접합

Description

강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법{Manufacturing method of built up box column using steel sheets and ㄱ-shape steels}

도 1은 선출원된 강판을 ㄱ형강에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥을 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따라 완성된 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법을 도시한 순서도이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작에 사용되는 강판의 실시예들을 도시한 사시도이다.

도 7은 본 발명이 현장적용되는 상태를 도시한 사시도이다.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

100: (콘크리트 충전용) 박스형 조립기둥

110: ㄱ형강 120: 강판

120a: 띠형강판 120b: 개구부용 띠형강판

121: 돌기 122: 엠보싱

125: 접합철물 130: 1차조립부재

150: 개구부

M: 자석손잡이 SB: 강재보(steel beam)

본 발명은 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 용접조립기둥의 제작방법에 관한 것으로, 내부에 콘크리트가 충전되는 박스형 조립기둥으로 사각 모서리에 ㄱ형강이 배치되고 ㄱ형강 사이마다 강판이 접합되어 완성되는 박스형 조립기둥을 제작함에 조립기둥 내에 충전되는 콘크리트의 측압을 저항하는데 유리하면서 접합부위가 외부로 노출되지 않아 깔끔한 외관을 가지도록 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법에 관한 것이다.

CFT구조는 강관기둥 내부에 콘크리트를 충전한 구조로서, 강성, 내력, 변형 등 구조적으로 안정하고 내화, 시공 등에서 우수한 장점을 갖는 구조이다. 이와 같은 CFT구조는 그 소재인 강관이 특별한 제작설비를 갖춘 대형 공장에서 주문 생산되어야 하기 때문에 제작비용이 과다하다는 단점이 있으며, 이러한 경제적인 문제는 CFT구조의 적용성을 제한한다. 실제 CFT구조는 구조적인 안정성, 시공성 등 의 이점에도 불구하고 주로 대형 고층건축물에서 저층부의 시공에만 제한적으로 적용되고 있는 실정이다.

상기와 같은 CFT구조의 경제성을 해결하기 위하여 본 발명자는 ㄱ형강에 강판을 접합한 박스형 조립강관을 개발하였으며, 이를 제10-2004-0102058호로 특허출원하기에 이르렀다. 도 1은 제10-2004-0102058호의 발명(선출원발명)을 도시하고 있는 도면이며, 도시하고 있는 바와 같이 선출원발명은 사각 네모서리에 ㄱ형강을 배치하고 ㄱ형강 사이에 얇은 강판을 배치하여 ㄱ형강과 강판을 용접하여 완성되는 박스형 조립강관으로, 구조적으로 가장 취약한 모서리에 강재를 집중배치하고 나머지 부분에는 얇은 강판을 배치함으로써 최소의 강재량으로 구조적인 내력을 극대화한 조립기둥이다. 강판이 지나치게 얇을 경우에는 콘크리트 충전시 강판에 변형이 일어날 우려가 있는 바, 강판에 돌기, 엠보싱을 형성시켜 이를 보완하고 있다.

하지만, 선출원발명의 조립기둥은 ㄱ형강의 외측에 강판이 접합되는 실시예로서 설명되고 있는데, 이러한 조립기둥은 그 내부에 콘크리트를 충전하는 과정에서 콘크리트 측압에 의해 강판의 접합상태가 해체되어 탈락할 우려가 있으며, 강판의 양단부가 조립기둥 외부로 노출되면서 접합되기 때문에 외관이 그다지 말끔하지 못하다는 문제를 갖고 있다. 또한, 보강하기 위해 내측 표면에 엠보싱(부풀림)과 돌기가 형성되도록 롤포밍(roll forming) 가공된 강판을 이용하여 박스형 조립기둥을 제작하는 경우에는 반드시 돌기 양단부를 눌러 평활면처리 가공해야 하는 불편 이 초래되며, 또한 가공과정에서 접합부위의 강판 내측면이 고르지 않게 될 우려가 있어 강판과 ㄱ형강의 밀착접합이 어려워지는 문제가 예상된다.

이에, 본 발명자는 강판을 ㄱ형강 외측에 접합함으로써 예상되는 문제를 해결하기 위해 강판을 ㄱ형강 내부에 접합하는 방법을 개발하게 되었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 내부에 콘크리트가 충전되는 박스형 조립기둥으로 사각 모서리에 ㄱ형강이 배치되고 ㄱ형강 사이마다 강판이 접합되어 완성되는 박스형 조립기둥을 제작함에 조립기둥 내에 충전되는 콘크리트의 측압을 저항하는데 유리하면서 접합부위가 외부로 노출되지 않아 깔끔한 외관을 가지도록 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 띠형강판을 이용하여 현장 기둥시공단계에서 조립기둥을 용이하게제작하면서 콘크리트 충전 강관기둥으로 완성할 수 있도록 한 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적달성을 위해 본 발명은

내부에 콘크리트가 충전되는 박스형 조립기둥으로 사각 모서리에 ㄱ형강이 배치되고 ㄱ형강 사이마다 강판이 접합되어 완성되는 박스형 조립기둥을 제작함에,

(a)ㄱ형강 두개를 이격하여 배치하고 강판을 두개의 ㄱ형강 사이에 내측으로 접하도록 배치한 후 내측에서 강판을 ㄱ형강에 접합 설치하여 제1면을 제작하는 단계;

(b)상기 (a)단계를 거쳐 완성된 1차조립부재(두개의 ㄱ형강 사이에 강판이 접합된 부재) 2개를 이격하여 서로 마주보도록 배치하여 제2면을 제작하는 단계;

(c)이격 배치된 상기 2개의 1차조립부재 사이에 강판을 끼워넣어 강판이 1차조립부재의 ㄱ형강 내측에 강판이 접하도록 배치한 후 내측에서 강판을 ㄱ형강에 접합 설치하여 제3면을 제작하는 단계; 및,

(d)상기 (c)단계를 반복하여 강판으로 마지막 일면을 폐쇄하여 제4면을 제작함으로써 박스형 조립기둥을 완성하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따라 완성된 강판(120)을 ㄱ형강(110) 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥(100)을 도시한 사시도이다. 이와 같이 ㄱ형강(110) 사이 거리보다 큰 너비를 가지는 강판(120)을 ㄱ형강(110) 내측에서 접하도록 설치되는 박스형 조립기둥(100)은 그 내부에 콘크리트를 충전할 때 상당한 콘크리트 측압이 작용하거나 접합상태에 하자가 있더라도 강판(120)이 일단 ㄱ형강(110)에 걸 려 있으므로 탈락할 염려가 없다. 다시 말해, 강판(120)의 내측 접합으로 접합부위에는 인장력이 발생하지 않고 전단력만 있게 되므로 탈락 위험이 없어지며, 오히려 강판(120)을 누르는 콘크리트 측압이 ㄱ형강(110)과 만나는 면에서 마찰저항을 생기게 하므로 ㄱ형강(110)과 강판(120)의 접합력은 증대되는 것이다.

또한, 강판(120)의 양단부가 ㄱ형강(110) 내측에 접합되어 박스형 조립기둥에 수용된 상태에 있기 때문에 ㄱ형강(110)이 박스형 조립기둥(100)의 모서리를 감싸는 몰딩역할을 하게 되는 바, 전체적으로 외관이 향상될 것으로 기대된다.

도 3의 순서도에 따라 강판(120)을 ㄱ형강(110) 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥(100)의 제작방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

(a)1차조립부재(130) 제작단계- 도 3(a) ;제1면 제작

ㄱ형강(110) 두개를 이격하여 배치하고 강판(120)을 두개의 ㄱ형강(110) 사이에 내측으로 접하도록 배치한 후 내측에서 강판(120)을 ㄱ형강(110)에 접합 설치하여 1차조립부재(130)를 완성한다.

강판(120)은 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 내측으로 돌기(121)와 엠보싱(122)이 형성된 것을 채택하는 것이 바람직하다. 돌기(121)는 강판(120) 내측으로 수평방향의 띠로 형성되며, 그 끝이 상방을 향하면서 강판(120) 내측면과 평행하도록 형성된다. 상기 돌기(121)는 강판(120)의 단면계수와 단면2차모멘트를 증대시켜 휨강성과 변형저항 내력을 향상시키는 역할을 하며, 그 결과 강판 두께가 상당히 얇은 경우(1㎜ 이하)에도 박스형 조립기둥(100)은 내부에 충전되는 콘크리 트 측압을 충분히 저항할 수 있게 된다. 또한, 상기 돌기(121)는 박스형 조립기둥(100) 내부에 충전되는 콘크리트를 구속하여 보강하는 띠철근으로서 역할하기도 한다. 강판(120) 내측으로 볼록하게 형성된 엠보싱(부풀림, 122)은 상기 돌기(121)와 마찬가지로 강판(120)의 강성을 증대시켜 콘크리트 측압에 대한 저항성을 향상시키는 구성으로 역할한다.

상기 돌기(121)와 엠보싱(122)은 열연코일의 성형과정에서 롤포밍(roll forming) 가공하여 형성시키도록 한다. 이와 같이 내측에 돌기(121)와 엠보싱(122)이 형성된 강판(120)을 채택하더라도 강판(120)은 ㄱ형강(110) 내측에 접합(강판 외측면과 ㄱ형강 내측면을 접합함)되므로 접합부위의 돌기(121)와 엠보싱(122)의 평활면처리 가공을 하지 않아도 된다. 다만, 소요두께의 확보를 위해 필요시(점용접하는 경우-후술함) 돌기(121)의 양단부를 누르는 가공을 할 수 있으나, 본 발명에서 ㄱ형강(110)은 강판 외측면(어떠한 가공을 하지 않아 평평하고 고른 면으로 확보됨)과 접하므로 강판 내측면이 고르지 않더라도 강판(120)과 ㄱ형강(110)의 밀착접합에는 문제가 없다. 이러한 점은 강판의 외측 접합과 구별되는 것이다.

한편, 강판(120)으로는 도 5와 같은 띠형강판(120a)을 채택할 수 있다. 띠형강판(120a)은 ㄱ형강(110)에 직접통전방식으로 점용접(spot welding)하는데 유리하다. 직접통전방식은 압접시 접합재와 피접합재가 마주치는 반대면에서 서로 반대방향으로 +,-전극을 대고 누르면서 전기를 통하는 방법으로, 누르는 힘이 상쇄되어 비틀림변형이 생기지 않게 하기 때문에 동일면에서 같은방향으로 진행되는 간접 통전방식보다 접합부위의 내력을 손상시키지 않는다는 점에서 바람직한 방식이다. 그러나, 직접통전방식은 서로 반대편에서 누르면서 통전할 수 있는 공간이 필요하므로 부재 끝에서 용접점까지의 거리에 제한이 있다. 이와 같은 직접통전방식의 거리 제한 문제는 띠형강판(수직거리가 600㎜ 정도, 120a)을 채택함으로써 해결할 수 있다. 즉, 띠형강판(120a) 복수개를 순차적으로 연속 배치하여 용접접합함으로써 박스형 조립기둥(100)의 일면 전체에 강판(120)이 설치되도록 구성하는 것이다(띠형강판의 접합방법 상세는 도 3(d) 참고). 다만, 점용접시 모재가 어느 정도의 두께를 가지는 것이 바람직한데, 통상 본 발명에 채택되는 강판의 0.8~10㎜ 두께로는 부족할 것이므로 도 5에서와 같이 돌기의 양단부를 눌러 소요두께를 확보한 상태에서 그 부분을 점용접하도록 한다.

특히, 박스형 조립기둥(100)의 일부 구간에는 (띠형)강판이 설치되지 않은 개구부(150)가 형성되도록 할 수 있는데, 상기 개구부(150)는 조립기둥(100)에 보(SB)를 볼트접합하기 위한 작업공간으로 활용하기 위해 마련된다(도 7 참고), 다시 말해, 도 7과 같이 기둥과 보가 접합하는 패널존에서 박스형 조립기둥(100)에 TSC보와 같은 강재보(SB)를 볼트접합하는 경우에는 볼트를 끼우고 너트를 조이기 위한 작업공간이 확보되어야 하는데, 이러한 공간확보를 위해 패널존 구간에 강판 설치를 생략하여 개구부(150)를 형성시키고 있는 것이다. 나아가, 상기 개구부(150)는 그 아래로 조립기둥 내부에 콘크리트를 충전하기 위한 용도로도 활용될 수 있다.

도시하지는 않았지만, 조립기둥(100)의 크기가 커지는 경우에는 모서리에 배 치되는 ㄱ형강과 ㄱ형강 사이에 T형강을 배치하고, 강판을 ㄱ형강과 T형강 사이에 배치 접합하는 방법으로 소정 크기의 조립기둥을 완성하기 위한 1차조립부재를 제작할 수 있을 것이다.

(b)1차조립부재(130) 배치단계- 도 3(b) ;제2면 제작

상기 (a)단계를 거쳐 완성된 1차조립부재(130, 두개의 ㄱ형강 사이에 강판이 접합된 부재) 2개를 이격하여 서로 마주보도록 배치한다.

(c)1차조립부재(130)에의 강판(120) 접합단계- 도 3(c) ;제3면 제작

이격 배치된 상기 2개의 1차조립부재(130) 사이에 강판(120)을 끼워 넣어 강판(120)이 1차조립부재의 ㄱ형강(110) 내측에 접하도록 배치한 후 내측에서 강판(120)을 ㄱ형강(110)에 접합 설치한다. (c)단계는 조립기둥의 4면 중 2면이 개방된 상태에서 일면(제3면)을 폐쇄하는 단계로서 여전히 마지막 일면(제4면)이 개방된 상태이므로 강판의 내측 접합은 별다른 불편없이 진행될 것이다. (c)단계에서도 띠형강판(120a)을 이용할 수 있으며, 패널존 구간에는 강판 설치를 생략하도록 한다.

(d)박스형 조립기둥 완성단계- 도 3(d) ; 제4면 제작

상기 (c)단계를 반복하여 강판(120)으로 마지막 일면(제4면)을 폐쇄함으로써 박스형 조립기둥(100)을 완성한다. (d)단계는 조립기둥의 4면 중 3면이 폐쇄된 상 태에서 이루어지기 때문에 마지막 일면의 내측 접합은 그다지 용이하지 않을 것이므로, 특히 마지막 일면은 도 5와 같은 띠형강판(120a)을 이용하여 순차적으로 폐쇄시키면서 진행하는 것이 더욱 바람직하겠다. (d)단계에서도 패널존 구간에 강판 설치를 생략하도록 한다.

상기 (a) 내지 (d)단계를 거쳐 완성된 상태의 조립기둥을 현장에 반입하여 설치할 수도 있지만, 현장에서 직접 (a) 내지 (d)단계를 거치면서 조립기둥을 완성할 수도 있을 것이다.

(e)개구부용 띠형강판 접합단계- 도 3(e)

상기 (a), (b), (c), (d)단계에서 패널존 구간에 강판 설치를 생략하여 개구부(150)를 형성시키는 경우 향후 상기 개구부(150)를 패쇄할 필요가 있다. 즉, 전술한 바와 같이 강재보(SB)와의 접합을 위해 패널존 구간에 개구부(150)를 형성시키면서 (a) 내지 (d)를 거치는 경우에는 개구부(150)를 활용하여 조립기둥(100)에 강재보(SB)를 접합한 후 조립기둥(100) 내부에 콘크리트를 충전하기 위해서 현장에서 개구부(150)의 폐쇄가 필요해지는 것이다(도 7 참고).

(e)단계는 개구부용 띠형강판(120b)을 준비하고 이를 이웃하는 ㄱ형강(110) 사이에 끼워넣어 ㄱ형강(110) 내측에 접하도록 배치한 후 외측에서 ㄱ형강(110)에 접합하는 방식으로 이루어진다. 조립기둥(100)을 완전히 폐쇄하는 단계이기 때문에 내측에서 접합작업을 수행하는 것은 곤란하므로, 개구부용 띠형강판(120b)을 내측에 접하도록 배치한 상태에서 외측에서 접합하고 있다. 이때, 자석손잡이(M)를 이용하면 개구부용 띠형강판(120b)이 ㄱ형강(110) 내측에 접하도록 배치된 상태를 외측에서 접합 작업을 수행하는 동안 유지할 수 있을 것이다.

개구부용 띠형강판(120b)은 도 6과 같이 그 양단 외측으로 접합철물(125)이 접합된 것을 채택할 수 있으며, 상기 접합철물(125)은 개구부용 띠형강판(120b)과 ㄱ형강(110)의 접합부위를 보강하면서 개구부용 띠형강판(120b)의 좌우이동을 억제하는 역할을 한다. 이러한 경우에는 접합철물(125)을 ㄱ형강(110)의 끝단부와 용접접합하는 방법으로 개구부용 띠형강판(120b)을 접합 설치하도록 한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 내부에 콘크리트가 충전되는 박스형 조립기둥으로 사각 모서리에 ㄱ형강이 배치되고 ㄱ형강 사이마다 강판이 접합되어 완성되는 박스형 조립기둥을 제작함에 강판을 ㄱ형강 내측에 접합함으로써 조립기둥 내에 충전되는 콘크리트의 측압을 충분히 저항하고 접합부위가 외부로 노출되지 않아 깔끔한 외관을 가지는 조립기둥으로 완성할 수 있게 된다. 또한, 띠형강판을 이용함으로 현장 기둥시공단계에서도 조립기둥을 용이하게 제작하면서 콘크리트 충전 강관기둥으로 완성할 수 있게 된다.

Claims

내부에 콘크리트가 충전되는 박스형 조립기둥으로 사각 모서리에 ㄱ형강이 배치되고 ㄱ형강 사이마다 강판이 접합되어 완성되는 박스형 조립기둥을 제작함에,

(a)ㄱ형강 두개를 이격하여 배치하고 강판을 두개의 ㄱ형강 사이에 내측으로 접하도록 배치한 후 내측에서 강판을 ㄱ형강에 접합 설치하여 제1면을 제작하는 단계;

(b)상기 (a)단계를 거쳐 완성된 1차조립부재(두개의 ㄱ형강 사이에 강판이 접합된 부재) 2개를 이격하여 서로 마주보도록 배치하여 제2면을 제작하는 단계;

(c)이격 배치된 상기 2개의 1차조립부재 사이에 강판을 끼워넣어 강판이 1차조립부재의 ㄱ형강 내측에 강판이 접하도록 배치한 후 내측에서 강판을 ㄱ형강에 접합 설치하여 제3면을 제작하는 단계; 및,

(d)상기 (c)단계를 반복하여 강판으로 마지막 일면을 폐쇄하여 제4면을 제작함으로써 박스형 조립기둥을 완성하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법.
제1항에서,

박스형 조립기둥의 네 면을 구성하는 상기 강판은 띠형강판 복수개를 순차적으로 연속 배치하여 용접접합함으로써 ㄱ형강 사이에 접합 설치되는 것을 특징으로 하는 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법.
제1항 또는 제2항에서,

상기 박스형 조립기둥은 그 일부 구간에 강판이 설치되지 않은 개구부가 형성되며,

상기 (d)단계 후에는, 상기 개구부에 개구부용 띠형강판을 이웃하는 ㄱ형강 사이에 끼워넣어 ㄱ형강 내측에 접하도록 배치한 후 외측에서 개구부용 띠형강판을 ㄱ형강에 접합하는 (e)단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법.
제3항에서,

상기 개구부용 띠형강판은 그 양단 외측으로 접합철물이 접합되며,

상기 (e)단계는 상기 개구부용 띠형강판의 접합철물을 ㄱ형강의 끝단부와 용접접합함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법.
제1항 또는 제2항에서,

박스형 조립기둥의 네 면을 구성하는 상기 강판은 내측으로 수평방향의 띠를 형성하면서 그 끝이 상방을 향하는 돌기가 돌출되도록 형성되면서 볼록하게 다수개의 엠보싱이 형성된 강판인 것을 특징으로 하는 강판을 ㄱ형강 내측에 접합한 콘크 리트 충전용 박스형 조립기둥의 제작방법.