KR100684931B1 - 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재 및 이의설치구조 - Google Patents

절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재 및 이의설치구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철판을 절곡성형한 단위부재를 조립하여 완성한 폐쇄형 철골부재 및 이의 설치구조에 관한 것으로, 얇은 철판을 절곡한 단위부재를 이용함으로 종래의 폐쇄형 철골부재에 비하여 경제적인 제작이 가능해지고 나아가 얇은 단면을 가지는 철판으로 제작되면서도 큰 좌굴내력을 발휘하며 특히 충전기둥으로 사용하는 경우 콘크리트의 구속력을 증대시킬 수 있는 조립식 폐쇄형 철골부재와 이의 다양한 설치구조에 관한 것이다.
본 발명의 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재는 단위부재 복수개를 조립하여 내부가 빈 폐쇄형의 단면을 갖도록 완성되는 원형 또는 각형 튜브 형상의 철골부재로서, 상기 단위부재는 튜브의 단면 일부와 일치하는 형상을 갖는 면형성부와 상기 면형성부의 양단부에서 튜브의 내부를 향해 절곡된 절곡부를 포함하여 구성되도록 철판을 절곡한 것이며, 상기 단위부재 복수개 상호간을 절곡부가 서로 맞닿도록 배치한 후 접합함으로 완성되는데 특징이 있다. 이렇게 완성된 조립식 폐쇄형 철골부재는 그 자체로 거푸집 역할을 하게 되므로 내부에 콘크리트를 충전함으로써 CFT로서의 구조적인 이점을 살릴 수 있게 된다.
철판, 절곡, 조립, 좌굴, CFT

Description

절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재 및 이의 설치구조{Closed type inflected steel member and connection structure thereof}
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 조립식 폐쇄형 철골부재 두 개를 상호 나란하게 연결하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 3의 조립식 폐쇄형 철골부재 두 개를 상호 교차하도록 연결하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 1의 조립식 폐쇄형 철골부재에 콘크리트를 충전하여 기둥부재로 사용한 경우의 기둥-철근콘크리트보의 접합상태를 보여주는 도면이다.
도 10은 도 1의 조립식 폐쇄형 철골부재에 콘크리트를 충전하여 기둥부재로 하여 사용한 경우의 기둥-철골보의 접합상태를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 1의 조립식 폐쇄형 철골부재에 콘크리트를 충전하여 기둥부재로 사용한 경우에서 외측다이어프램을 이용한 기둥-보 접합상태를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 1의 조립식 폐쇄형 철골부재에 콘크리트를 충전하면서 외둘레로 철근콘크리트가 둘러싸도록 하여 완성된 SRC구조를 보여주는 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 조립식 폐쇄형 철골부재 110: 단위부재
110a: 리브L형 단위부재 110b: C형 단위부재
110c: 리브I형 단위부재 111: 면형성부
112: 절곡부 113: 보강리브
120: 함몰부 150: 보강재
210: 이너플레이트(inner plate) 220: 외측보강플레이트
230: 연결플레이트 240: 캡플레이트
250: 거치플레이트 260: 커버플레이트
270: 관통형 볼트 280: 외측다이어프램
300: 조립식 폐쇄형 철골기둥 310: 기둥철근
400: 철근콘크리트보 410: 보철근
500: 철골보
본 발명은 철판을 절곡성형한 단위부재를 조립하여 완성한 폐쇄형 철골부재 및 이의 설치구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 얇은 철판을 절곡한 단위부재를 이용함으로 종래의 폐쇄형 철골부재에 비하여 경제적인 제작이 가능해지고 나아가 얇은 단면을 가지는 철판으로 제작되면서도 큰 좌굴내력을 발휘하며 특히 충전기둥으로 사용하는 경우 콘크리트의 구속력을 증대시킬 있는 조립식 폐쇄형 철골부재와 이의 다양한 설치구조에 관한 것이다.
CFT구조는 폐쇄형의 강관 기둥 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 특별한 용접 과정을 통하여 생산되어야 하기 때문에 제작비용이 과다하다는 단점이 있으며, 이러한 경제적인 문제는 CFT구조의 적용성을 제한한다. 실제 CFT구조는 구조적인 안정성, 시공성 등의 이점에도 불구하고 아직까지 제한적으로 적용되고 있는 실정이다.
한편, CFT구조에서 기둥을 구성하는 강관이 외력을 받게 되면 면외 변형을 일으키기 쉬우므로, 강접합으로 설계하는 경우 기둥 및 보의 접합부가 충분한 강성 및 내력을 갖게 하기 위해 적절한 보강을 고려하게 된다. CFT 기둥-보 접합부 보강 방식으로는 다양한 방법이 있으나, 내측다이어프램 방식과 관통다이어프램 방식 및 외측다이어프램 방식이 가장 일반적으로 사용되어 왔다.
내측다이어프램 방식은 강관 내부에 다이어프램을 삽입하여 강관과 용접하는 형식으로, 외관이 단순하여 다이어프램의 제작이 용이하고 응력전달이 명확한 장점이 있으나, 강관 내부에 내측다이어프램을 삽입하기가 어려우며 철골보의 플랜지 두께가 기둥의 두께에 비하여 상대적으로 큰 경우에는 보와 맞닿는 강관 표면에 두께 방향으로 과도한 인장응력이 발생하여 Lamella tearing에 의하여 접합부가 조기 취성파단을 일으킬 수 있다는 단점이 존재한다.
관통다이어프램 방식은 강관을 횡방향으로 잘라낸 후 다이어프램을 관통시켜 강관과 용접하는 형식으로, 외관이 단순하여 다이어프램의 제작이 용이하고 응력 전달이 명쾌하다는 장점이 있으나, 다이어프램이 강관 기둥을 횡으로 분할하는 형식이므로 접합부에서의 기둥 가공의 작업량이 증대되어 시공성이 떨어진다는 단점이 있다.
외측다이어프램 방식은 강관 기둥의 외측 둘레를 따라 철골보가 접합되는 부분에 접합되는 철골보의 형상에 맞추어 별도의 접합구를 용접 등의 방법으로 설치하는 방식으로, 이는 외관이 복잡하여 다이어프램의 제작 및 설치가 용이하지 않고 마감 공사 등의 후속 작업에 난점이 있다는 단점이 존재한다.
본 발명은 상기한 종래의 문제를 개선하고자 안출된 것으로서, 얇은 철판을 절곡한 단위부재를 이용함으로 경제적인 제작이 가능해지고, 나아가 얇은 단면을 가지는 철판으로 제작되면서도 큰 좌굴내력을 발휘하며, 특히 충전기둥으로 사용하는 경우 콘크리트의 구속력을 증대시킬 수 있는 조립식 폐쇄형 철골 부재를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 조립식 폐쇄형 철골부재를 사용하여 상호간 연결 설 치하거나 다른 부재와 접합 설치하는 경우 연결부 및 접합부의 보강을 간단하면서도 용이하게 처리한 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조를 제공하는 것이다.
상기한 목적달성을 위해, 본 발명은 단위부재 복수개를 조립하여 내부가 빈 폐쇄형의 단면을 갖도록 완성되는 원형 또는 각형 튜브 형상의 철골부재로서, 상기 단위부재는 튜브의 단면 일부와 일치하는 형상을 갖는 면형성부와 상기 면형성부의 양단부에서 튜브의 내부를 향해 절곡된 절곡부를 포함하여 구성되도록 철판을 절곡한 것이며, 상기 단위부재 복수개 상호간을 절곡부가 서로 맞닿도록 배치한 후 접합함으로 완성되는 것을 특징으로 하는 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재를 제공한다.
또한, 본 발명은 조립식 폐쇄형 철골부재 두 개를 나란하게 배치하여 상호 연결 설치함에, 조립식 폐쇄형 철골부재를 구성하는 단위부재의 내주면 일부 또는 전체와 일치하는 형상을 가지는 이너플레이트(inner plate)를 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재의 단위부재 내주면에 동시에 접하도록 배치하여 단위부재와 접합함으로 조립식 폐쇄형 철골부재의 상호간 연결 설치가 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조를 제공한다.
또한, 본 발명은 조립식 폐쇄형 철골부재 두 개를 나란하게 배치하여 상호 연결 설치함에, 외측보강플레이트를 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재 외주면에 동시에 접하도록 배치하여 접합함으로 조립식 폐쇄형 철골부재의 상호간 연결 설치가 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조를 제공한다.
또한, 본 발명은 사각형으로 완성된 상기 조립식 폐쇄형 철골부재를 기둥부재로 하여 조립식 폐쇄형 철골기둥을 설치함에, 상기 조립식 폐쇄형 철골기둥 내부에 콘크리트를 충전하는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조를 제공한다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 다양한 실시예를 도시한 도면으로, 도시하고 있는 바와 같이 본 발명은 철판을 절곡성형한 단위부재(110) 복수개를 조립하여 내부가 빈 폐쇄형의 원형 또는 각형 튜브 형상의 단면을 갖는 철골부재로 완성하는데 특징이 있다. 다시 말해, 철판을 절곡성형하여 튜브의 단면 일부와 일치하는 형상을 갖는 면형성부(111)와 상기 면형성부(111)의 양단부에서 튜브의 내부를 향해 절곡된 절곡부(112)를 포함하도록 형성시킨 단위부재(110)를 복수개 준비하고, 상기 단위부재(110) 상호간을 절곡부(112)가 서로 맞닿도록 배치한 후 접합함으로써 내부가 빈 폐쇄형의 단면을 갖는 철골부재를 완성하는 것이다.
단위부재(110)에서 면형성부(111)와 절곡부(112)가 만나는 절곡모서리는 철 판의 절곡성형 과정에서 자연스럽게 라운드형으로 처리되기 마련이므로, 상기 단위부재(110) 상호간을 절곡부(112)가 서로 맞닿도록 배치하면 절곡모서리가 만나는 부분은 면형성부(111)보다 들어간 형태의 함몰부(120)로 형성된다. 이에, 함몰부(120)를 단위부재(110) 상호간을 접합할 때 용접살을 채우면서 용접접합하기 위한 공간으로 활용할 수 있게 되는 바, 함몰부(120)는 외주면이 균일한 형태의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)로 완성하는데 유리하게 작용할 것이다.
본 발명의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)는 단위부재(110)가 조립되면 면형성부(111)는 테두리를 형성하고 절곡부(112)는 내부로 돌출된 돌출부를 형성하면서 완성된다. 상기 단위부재의 면형성부(111)로 인해 폐쇄형의 단면을 갖는 부재로 완성되므로, 단면 형태상 약축이 없어 H형강과 동일한 단면 사용시 H형강에 비하여 압축재로서 좌굴 내력확보에 유리하게 된다. 또한, 단위부재의 절곡부(112)는 면형성부(111)로 이루어지는 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 테두리 전체를 분할하면서 내부로 돌출되는 구조로 형성되기 때문에, 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 판좌굴의 폭을 줄이는 역할을 하며, 그 결과 본 발명에 따른 조립식 폐쇄형 철골부재(100)는 상대적으로 얇은 단면을 가지면서도 큰 좌굴내력을 발휘하게 된다. 다만, 이와 같은 절곡부(112)의 구조적인 역할을 보강하기 위해 도 1 내지 도 4에서와 같이 단위부재(110)를 절곡부(112) 끝단에서 절곡되는 보강리브(113)가 더 형성된 구조로 성형할 수 있다.
본 발명에 따른 조립식 폐쇄형 철골부재(100)는 그 자체로 또는 내부에 콘크리트를 충전함으로써 구조용 부재로 사용될 수 있다. 조립식 폐쇄형 철골부재 (100)를 보(beam)부재로 채택하는 경우에는 그 자체로 독립적으로 사용하여도 무방하나, 좀더 내력이 요구되는 기둥부재로 채택하는 경우에는 내부에 콘크리트를 충전하는 형태로 사용하도록 한다. 내부에 콘크리트가 충전되는 경우에는 조립식 폐쇄형 철골부재(100)는 일종의 거푸집 역할을 하면서 콘크리트를 구속하여 구조적인 내력을 발휘하게 되며, 특히 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 내부로 돌출되는 구조로 형성된 절곡부(112)는 콘크리트에 묻혀 앵커역할을 하게 되므로 압축력 작용시에는 콘크리트의 구속효과를 증대시키고 전단력 작용시에는 내부콘크리트까지 응력을 전달하는데 기여할 것이다.
도 1 내지 도 4는 사용되는 단위부재(110)의 형상 및 보강재(150)의 보강여부에 따라 다양한 형태로 완성된 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 보여준다.
도 1은 단위부재(110)로 L형상의 면형성부(111)와 상기 면형성부(111)의 양단부에서 내측으로 절곡된 절곡부(112)로 이루어진 리브L형 단위부재(110a)를 채택한 예로서, 리브L형 단위부재(110a) 4개를 모서리에 배치하여 사각형으로 완성시킨 경우이다.
도 2는 단위부재(110)로 ㄷ형상의 면형성부(111)와 상기 면형성부(111)의 양단부에서 내측으로 절곡된 절곡부(112)로 이루어진 C형 단위부재(110b)를 채택한 예로서, C형 단위부재(110b) 2개를 절곡부(112)가 서로 맞닿도록 배치하여 사각형으로 완성한 경우이다.
도 3은 단위부재(110)로 도 2에서와 같은 리브L형 단위부재(110a)와, I형상 의 면형성부(111)와 상기 면형성부(111)의 양단부에서 절곡된 절곡부(112)로 이루어진 리브I형 단위부재(110c)를 함께 채택한 예로서, 상기 리브L형 단위부재(110a) 4개를 모서리에 배치하고 리브L형 단위부재(110a) 사이에 리브I형 단위부재(110c)를 더 배치하여 직사각형으로 완성한 경우이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 다양한 형태의 단위부재(110)를 이용하여 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 완성한 예로서, 도 4(a)는 리브L형 단위부재(110a)와 리브I형 단위부재(110c)를 함께 채택하여 대형 단면을 가지거나 판좌굴 폭을 크게 줄인 철골부재로 완성한 경우이고, 도 4(b)는 리브L형 단위부재(110a)를 사용하여 직사각형 단면형태의 철골부재로 완성한 경우이며, 도 4(c)는 리브I형 단위부재(110c)에서 면형성부(111)를 라운드 처리한 변형 리브I형 단위부재(110c)를 채택하여 원형 단면의 철골부재로 완성한 경우이다.
도 4(d)는 내력증대를 꾀하기 위해 외주면에 보강재(150)가 감싸지도록 제작한 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 일례로서, 사각형의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 모서리에 앵글형의 보강재를 접합하여 완성한 경우이다. 사각형의 부재는 특히 모서리부분이 구조적으로 취약한데, 이를 고려한 것이다. 보강재(150)로는 강재 또는 섬유강화플라스틱(FRP)을 채택할 수 있으며, 특히 섬유강화플라스틱을 채택하는 경우에는 도시하지는 않았지만 섬유강화플라스틱이 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 외주면 일부(모서리) 뿐만 아니라 전체를 감싸도록 제작하면 깔끔한 외관을 갖는 철골부재로 완성된다.
물론, 도 1 내지 도 4에서는 단위부재(110)로 절곡부(112) 끝단에서 절곡되 는 보강리브(113)가 형성된 상태의 것을 채택하고 있으며, 특히 도 4(a)에서는 절곡부(112)의 길이와 보강리브(113)의 형성여부를 조정함으로 철판의 사용을 최소화하면서 구조적인 성능발현을 극대화한 철골부재 예를 보여주고 있다.
도 5 내지 도 7은 전술한 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 연결 설치구조의 다양한 예를 보여준다. 특히, 조립식 폐쇄형 철골부재(100)는 비교적 얇은 철판을 절곡하여 완성된 것이므로 후판부재와의 접합은 통상의 용접접합과 볼트접합의 방법으로 이루어지는 것이 곤란할 것인 바, 본 발명에서는 구체적인 연결 설치방법에 따라 연결부를 보강하기 위한 구성요소를 구별하여 포함시키고 있다.
도 5는 도 1의 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 두 개를 상호 나란하게 배치하여 연결하는 상태를 보여주는 도면으로, 이너플레이트(210, inner plate)가 추가적으로 사용된 예이다.
이너플레이트(210)는 도시하고 있는 바와 같이 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 구성하는 단위부재(110)의 내주면 일부 또는 전체와 일치하는 형상을 가지는 부재로서, 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재의 단위부재(110) 내주면에 동시에 접하도록 배치하여 단위부재(110)와 접합함으로써 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 상호 연결 설치하는데 이용된다. 상기 이너플레이트(210)는 취약한 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 연결단부를 덧대어 보강하는 역할을 하게 될 것이다. 나아가, 이너플레이트(210)는 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재 상호간을 용접접합하여 연결할 때 덧대어진 뒷판(back plate)으로서 역할하여 완전용입용접을 가능케 한다.
도 5에서는 이너플레이트(210)를 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 구성하는 단위부재의 면형성부(111)와 절곡부(112)를 포함한 내주면과 일치하는 형상을 가지도록 구성하고 있는데(단위부재 일치형 이너플레이트), 이는 이너플레이트(210)가 단위부재(110)에 밀착하면서 끼워지도록 하기 위함이다. 이로써, 접합을 하기 전이라도 이너플레이트(210)가 배치된 상태 그대로 유지되어 접합작업이 용이하게 이루어지게 되며, 도 5에서와 같이 관통형 볼트(270)로 마주보도록 위치한 이너플레이트(210)를 서로 연결하면서 단위부재(110)에 볼트접합하는 것이 가능해진다.
한편, 단위부재 일치형 이너플레이트(210)를 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 연결은 도 5(d)에서와 같이 이너플레이트(210)를 하나의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)에 돌출되도록 끼워 볼트접합하고, 이어 다른 하나의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 상기 돌출된 이너플레이트(210)에 끼워 연결위치를 조절하면서 볼트접합할 수 있다. 상기 이너플레이트(210)는 다른 하나의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 설치를 유도하는 가이드역할을 하게 된다. 이러한 접합 연결 상태는 일정 크기를 갖는 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 최종 연결길이를 이너플레이트(210)의 노출정도에 따라 조정할 수 있게 해주며, 특히 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 보부재로 사용하는 경우에 유리하게 적용할 수 있다. 다만, 이너플레이트(210)가 노출되는 부분은 연결 상태의 조립식 폐쇄형 철골부재가 설치되는 위치의 요구내력 분포를 고려하여 위치시켜야 할 것이다.
도 6은 도 1의 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 두 개를 상호 나란하게 배치하 여 연결하는 상태를 보여주는 도면으로, 외측보강플레이트(220)가 추가적으로 사용된 예이다.
외측보강플레이트(220)는 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 외주면에 동시에 접하도록 배치하여 볼트접합 또는 용접접합함으로써 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 상호 연결 설치하는데 이용된다. 상기 외측보강플레이트(220)는 취약한 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 연결단부를 덧대어 보강하는 역할을 하게 될 것이다.
도 6에서는 상기 외측보강플레이트(220)를 내측면에 돌기(221)가 형성되도록 구성하면서 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 연결단부 각각에 상기 돌기(221)가 끼워지는 결합홈(121)이 형성되도록 구성하고 있다. 이러한 구성은 간편하게 외측보강플레이트(220)를 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 외주면에 동시에 접하도록 배치할 수 있게 해준다. 상기 외측보강플레이트의 돌기(221)는 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 내부로 돌출될 것이므로, 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 구성하는 단위부재의 절곡부(112)를 보완하는 구성으로 작용하게 되며, 특히 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 내부에 콘크리트가 충전되는 경우에는 외측보강플레이트(220)가 콘크리트와 일체거동하도록 유도하는 역할을 하게 된다.
상기 외측보강플레이트의 돌기(221)는 플레이트형 또는 스터드볼트형으로 형성시킬 수 있으며, 이 경우에는 조립식 폐쇄형 철골부재의 결합홈(121)을 슬릿형으로 구성하여 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 나란하게 배치할 때 슬릿형의 결합홈(21)이 연속하게 이어질 수 있도록 한다. 슬릿형의 결합홈(121)은 도 6(c)에서와 같이 외측보강플레이트(220)가 가이드 역할을 하게 해준다. 도 6(a) 내지 도 6(c)에서는 T형 플레이트형의 돌기(221)가 형성된 외측보강플레이트(220)가 도시되어 있고, 도 6(d)에서는 스터드볼트형의 돌기(221)가 형성된 외측보강플레이트(220)가 도시되어 있다.
도 7 및 도 8은 도 3의 사각형으로 완성된 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 두 개를 상호 교차하도록 배치하여 연결하는 상태를 보여주는 도면으로, 도 7은 외측보강플레이트(220)와 캡플레이트(240) 및 연결플레이트(230)가 추가적으로 사용된 예이고, 도 8은 거치플레이트(250)가 추가적으로 사용된 예이다. 이러한 설치상태는 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 기둥 및 보부재로 사용할 때 기둥-보 접합 또는 보-보 접합에 활용될 수 있다. 도 7에서는 보-보 접합을, 도 8에서는 기둥-보 접합상태를 보여주고 있으나, 그 반대의 경우도 가능하다.
도 7과 같은 연결 설치는 외측보강플레이트(220)가 하나의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 일측면에 맞대어 접합되고 캡플레이트(240)가 다른 하나의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 마구리단면에 접합되며, 연결플레이트(230)가 상기 외측보강플레이트(220)와 캡플레이트(240) 각각에 접합되도록 구성한 후, 각각의 연결플레이트(230)를 상호 맞대어 접합함으로 완성된다. 이때, 상기 캡플레이트(240)를 마구리단면에 직접 용접접합할 수 있으나, 도 7(c)에서 도시하고 있는 바와 같이 캡플레이트(240)가 결합구(241)를 구비하도록 구성하여 이를 조립식 폐쇄형 철골부재(100)의 마구리 단면에 끼우면서 볼트접합할 수도 있다.
도 8과 같은 연결 설치는 거치플레이트(250)가 하나의 조립식 폐쇄형 철골부 재(100)의 일측면에 돌출하도록 접합되도록 한 후, 다른 하나의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 상기 거치플레이트(250)에 거치하여 접합함으로 완성되며, 도 8(a)와 도 8(b)는 거치플레이트(250)의 형태에 따라 구분하고 있다.
도 8(a)는 보강받침대를 구비한 수평의 거치플레이트(250)를 커버플레이트(260)와 함께 사용하여 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 위아래에서 잡아준 경우이고, 도 8(b)는 U자형상의 거치플레이트(250)를 단독으로 사용하여 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 좌우측에서 감싸면서 잡아준 경우이다. 다만, 상기 거치플레이트(250)는 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)의 외주면에 직접 접합해도 무방하나, 도 8(a)와 같이 외측보강플레이트(220)를 접합하여 보강한 상태에서 접합하는 것이 접합부의 보강을 위해 바람직하다.
도 9 내지 도 12는 사각형으로 완성된 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 기둥부재로 하여 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)으로 구성한 다양한 예를 보여준다.
도 9는 도 1의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)으로 하여 설치한 기둥-철근콘크리트보의 접합상태를 보여주며, 콘크리트가 충전된 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)과 철근콘크리트보(400)의 일체성 확보를 위해 보철근(410)을 상기 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)을 수평으로 관통하도록 배근한 예이다.
다만, 도 9에서는 조립식 폐쇄형 철골기둥(300) 내부에 콘크리트를 충전하기 전에 기둥철근(310)을 더 배근하고 있는데, 이는 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)이 영구거푸집으로 역할하는데 더 주안점을 둔 것이다. 도 9(a)와 도 9(b)는 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 내부에 배근되는 기둥철근(310)의 배근형태에 따라 구분하고 있다.
도 10은 도 1의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)으로 하여 설치한 기둥-철골보의 접합상태를 보여주며, 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)의 외주면에 외측보강플레이트(220)를 접합한 후 상기 외측보강플레이트(220)에 철골보(500)를 수평으로 접합한 예이다. 전술한 바와 같이 조립식 폐쇄형 철골부재(100) 두 개를 상호 나란하게 연결하는 경우에도 외측보강플레이트(220)가 이용될 수 있으므로, 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)의 연결부를 철골보(500)와의 접합구간에 위치시키면 접합부 보강 및 연결을 동시에 실현할 수 있게 된다. 물론, 도 10에서는 조립식 폐쇄형 철골기둥(300) 내부에 콘크리트를 충전하여 충전기둥으로 완성하고 있다.
도 10(a)에서는 외측보강플레이트(220)가 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)의 둘레 전체를 둘러싸면서 용접살이 외측보강플레이트(220) 사이의 모서리를 채우도록 용접접합된 상태를 보여준다. 이와 같은 외측보강플레이트(220)와 용접살에 의한 접합이 완전히 구현되면 철골보(500)에서 전달받은 응력은 외측보강플레이트(220)를 따라 전달되면서 분산되는 바, 상기 용접접합된 외측보강플레이트(220)는 구조적으로 외측다이어프램과 유사한 역할을 할 것으로 기대된다.
한편, 도 10(b)에서는 외측보강플레이트(220)를 관통형 볼트(270)에 의해 접합한 예를 보여주고 있다.
도 11은 도 1의 조립식 폐쇄형 철골부재(100)를 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)으로 하여 설치한 기둥-보의 접합상태를 보여주며, 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)의 외주면에 외측보강플레이트(220)를 접합하고 외측보강플레이트(220)에 외부다이어프램(280)을 더 접합한 후 상기 외측다이어프램(280)에 보가 접합되도록 구성한 예이다. 도 10(a)와 같이 외측보강플레이트(220)가 외측다이어프램 역할을 수행하려면 외측보강플레이트(220)가 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)을 완전히 둘러싸면서 시공되어야 하는데, 이는 작업 정밀도가 요구된다. 이에, 도 11에서는 외측보강플레이트(220)에 상·하부플랜지를 구비하는 외측다이어프램(280)을 직접 접합하고 있다.
외측다이어프램(280)이 직접 접합되는 경우에서 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)과 보의 접합은, 도 11(a)와 같이 외측다이어프램(280)의 상·하플랜지에 보철근(410)을 거치하여 용접접합한 후 콘크리트를 타설함으로 기둥-철근콘크리트보 접합이 이루어지도록 하거나, 도 11(b)와 같이 외측다이어프램(280)의 상·하플랜지에 철골보(500)를 수평으로 접합함으로 기둥-철골보 접합이 이루어지도록 할 수 있다.
도 12는 조립식 폐쇄형 철골기둥(300) 외둘레로 기둥철근(310)을 더 배근하고 상기 기둥철근(310)이 매립되도록 콘크리트를 타설함으로 SRC기둥으로 완성하는 것을 보여준다.
이와 같은 SRC기둥은 지하층 역타공법에서와 같이 굴토작업 중의 하중에만 저항하도록 하거나 일반적인 SRC구조에서와 같이 콘크리트 피복 전단계 까지의 하중만 저항하도록 한 경우에 유용하게 적용할 수 있는 형태이다. 즉, 1차적으로는 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)만이 지지하도록 하고 최종적으로는 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)과 외부의 철근콘크리트부분이 함께 지지하도록 한 것이다. 이는 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)은 그 구성재료가 되는 철판의 두께가 제한되고 이에 따라 기둥의 크기가 제한될 것이므로 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)이 발휘할 수 있는 구조내력에는 한계가 있다는 것을 감안한 것이다. 이와 같은 구조의 시공은 조립식 폐쇄형 철골기둥(300)만으로 지지하도록 설치하는 단계, 조립식 폐쇄형 철골기둥(300) 내부에 콘크리트를 충전하는 단계, 조립식 폐쇄형 철골기둥(300) 외둘레의 철근콘크리트부분을 시공하는 단계로 이루어진다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 얇은 철판을 절곡한 단위부재를 이용함으로 종래의 폐쇄형 철골부재에 비하여 경제적인 제작이 가능해지고, 단위부재 상호간의 접합을 위해 형성된 절곡부의 구성 때문에 얇은 단면을 가지는 철판으로 제작되면서도 큰 좌굴내력을 발휘하는 조립식 폐쇄형 철골부재를 제공할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에 따른 조립식 폐쇄형 철골부재는 그 자체로 거푸집 역할을 하게 되므로 내부에 콘크리트를 충전함으로써 CFT로서의 구조적인 이점을 살릴 수 있게 되며, 이때 절곡부가 폐쇄형 철골부재 내부로 돌출되도록 형성됨으로 콘크리 트의 구속력을 증대에 효과를 발휘하게 된다.
또한, 조립식 폐쇄형 철골부재를 사용하여 상호간 연결 설치하거나 다른 부재와 접합 설치하는 경우 접합부 및 연결부의 보강을 간단하면서도 용이하게 처리할 수 있게 된다.

Claims (12)

  1. 단위부재 복수개를 조립하여 내부가 빈 폐쇄형의 단면을 갖도록 완성되는 원형 또는 각형 튜브 형상의 철골부재로서,
    상기 단위부재는 튜브의 단면 일부와 일치하는 형상을 갖는 면형성부와 상기 면형성부의 양단부에서 튜브의 내부를 향해 절곡된 절곡부를 포함하여 구성되도록 철판을 절곡한 것이며, 상기 단위부재 복수개 상호간을 절곡부가 서로 맞닿도록 배치한 후 접합함으로 완성되는 것을 특징으로 하는 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재.
  2. 제1항에서,
    상기 단위부재로 L형상의 면형성부와 상기 면형성부의 양단부에서 내측으로 절곡된 절곡부로 이루어진 리브L형 단위부재를 채택하여 상기 리브L형 단위부재 4개를 모서리에 배치하거나,
    상기 단위부재로 ㄷ형상의 면형성부와 상기 면형성부의 양단부에서 내측으로 절곡된 절곡부로 이루어진 C형 단위부재를 채택하여 상기 C형 단위부재 2개를 절곡부가 서로 맞닿도록 배치함으로 사각형으로 완성하는 것을 특징으로 하는 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재.
  3. 제2항에서,
    상기 리브L형 단위부재 또는 C형 단위부재 사이에 I형상의 면형성부와 상기 면형성부의 양단부에서 절곡된 절곡부로 이루어진 리브I형 단위부재를 더 배치하여 사각형으로 완성하는 것을 특징으로 하는 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 단위부재는 절곡부 끝단에서 절곡되는 보강리브를 더 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 조립식 폐쇄형 철골부재의 외주면 일부 또는 전체가 보강재로 감싸지도록 제작되는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재.
  6. 제1항의 조립식 폐쇄형 철골부재 두 개를 나란하게 배치하여 상호 연결 설치함에,
    조립식 폐쇄형 철골부재를 구성하는 단위부재의 내주면 일부 또는 전체와 일치하는 형상을 가지는 이너플레이트(inner plate)를 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재의 단위부재 내주면에 동시에 접하도록 배치하여 단위부재와 접합함으로 조립식 폐쇄형 철골부재의 상호간 연결 설치가 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조.
  7. 제6항에서,
    상기 이너플레이트를 하나의 조립식 폐쇄형 철골부재에 돌출되도록 끼워 접합하고, 이어 다른 하나의 조립식 폐쇄형 철골부재를 상기 돌출된 이너플레이트에 끼워 연결위치를 조절하여 길이를 조정하면서 접합함으로 조립식 폐쇄형 철골부재의 상호간 연결 설치가 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조.
  8. 제1항의 조립식 폐쇄형 철골부재 두 개를 나란하게 배치하여 상호 연결 설치함에,
    외측보강플레이트를 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재 외주면에 동시에 접하도록 배치하여 접합함으로 조립식 폐쇄형 철골부재의 상호간 연결 설치가 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조.
  9. 제8항에서,
    상기 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재는 그 연결단부 각각에 슬릿형의 결합홈이 연속하여 이어지도록 형성되며,
    상기 외측보강플레이트는 그 내측면에 플레이트형 또는 스터드볼트형의 돌기가 형성되며,
    상기 외측보강플레이트의 돌기를 상기 조립식 폐쇄형 철골부재의 결합홈에 끼움으로 외측보강플레이트를 두 개의 조립식 폐쇄형 철골부재 외주면에 동시에 접하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조.
  10. 제1항의 조립식 폐쇄형 철골부재를 기둥부재로 하여 조립식 폐쇄형 철골기둥을 설치함에,
    상기 조립식 폐쇄형 철골기둥 내부에 콘크리트를 충전하는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조.
  11. 제10항에서,
    상기 조립식 폐쇄형 철골기둥을 수평으로 관통하도록 보철근을 배근하고 상기 보철근이 매립하도록 콘크리트를 타설함으로 기둥-철근콘크리트보 접합이 이루어지거나,
    상기 조립식 폐쇄형 철골기둥의 외주면에 외측보강플레이트를 접합하고 상기 외측보강플레이트에 철골보를 수평으로 접합함으로 기둥-철골보 접합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조.
  12. 제10항 또는 제11항에서,
    상기 조립식 폐쇄형 철골기둥 외둘레로 기둥철근을 더 배근하고 상기 기둥철근이 매립되도록 콘크리트를 타설하는 것을 특징으로 하는 조립식 폐쇄형 철골부재의 설치구조.
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