KR100693005B1 - 하이브리드 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 강도의 강재 또는 상호 다른 단면적을 지닌 강재를 이용하여 합성제작된 하이브리드 빔에 관한 것으로, 고강도 H형강의 웨브를 길이방향으로 소정의 형상을 가지도록 절단하여 형성된 제 2 형강과, 상기 제 2 형강보다 웨브 및 플랜지의 두께가 얇고, 플랜지의 폭이 좁게 형성되고, 차등적인 강도를 강재로 이루어진 저강도 H형강의 웨브를 길이방향으로 소정의 형상을 가지도록 절단하여 형성된 제 1 형강을 포함하며, 상기 제 1 형강의 웨지 단부와 상기 제 2 형강의 웨지 단부를 상호 맞대어 용접이음된 것이다.

하이브리드, 빔, 강도, 형강, 용접, 단면적

Description

하이브리드 빔{Hybrid beam}

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 하이브리드 빔의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 도 1의 측단면도,

도 3은 도 1의 하이브리드 빔의 제작과정을 설명하기 위해 채용되는 도면,

도 4는 도 1의 변형예,

도 5는 도 4의 하이브리드 빔의 제작과정을 설명하기 위해 채용되는 도면,

도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 하이브리드 빔의 구성을 나타낸 사시도,

도 7은 도 6의 측단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 70 : 제 1형강 20, 80 : 제 2형강

30, 60, 90 : 용접 40 : 저강도 형강

50 : 고강도 형강 100 : 전단연결재

본 발명은 하이브리드 빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상호 다른 강도 또는 상호 다른 단면적으로 된 형강을 합성시킨 하이브리드 빔에 관한 것이다.

빔(보)은 통상적으로 여러 가지 구조물의 구성요소중 횡하중(橫荷重)을 지지하는 것으로서, 철골구조, 철근콘크리트구조, 목재구조 등 건축 뼈대를 구성하는 요소중에서 수평방향으로 놓여 주로 그 재축선(材軸線)에 수직방향으로 횡하중을 지탱하는 작용을 한다.

건축뼈대중의 빔은 대부분의 경우 기둥과 강(剛)접합되어 라멘을 형성하고 각 부 중량이나 적재하중을 지지하는 작용 뿐만 아니라 기둥과 함게 뼈대 전체가 수평방향의 풍하중(風荷重)이나 지진외란(地震外亂)에 견디는 성능을 구성하는 역할도 한다.

현재, 건축물과 교량등에는 H형강 빔이 많이 사용되고 있는데, 동일한 강종의 빔의 복부를 절단하여 육각형의 벌집 형상 또는 원형의 셀룰러(cellular) 빔으로 제작하여 사용되고 있다.

이와 같이 제작된 H형강 빔은 주로 콘크리트 슬래브와 함께 사용되며, 이때 콘크리트와의 합성효과를 고려하여 합성 빔으로 설계된다. 합성빔으로 설계될 때 철골보의 상부가 부담하는 압축력을 콘크리트가 부담하게 되므로 H형강 빔의 상부 가 받는 응력은 하부에 비하여 감소된다. 종래에는 동일한 강종과 대칭의 빔으로 제작되었기 때문에 그에 대하여 적절하게 대응하지 못하고 있는 형편이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 서로 다른 강도의 강재를 이용하여 제작된 하이브리드 빔을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상호 다른 단면적을 지닌 강재를 이용하여 제작된 하이브리드 빔을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 빔은, 고강도 H형강의 웨브를 길이방향으로 소정의 형상을 가지도록 절단하여 형성된 제 2 형강과, 상기 제 2 형강보다 웨브 및 플랜지의 두께가 얇고, 플랜지의 폭이 좁게 형성되고, 차등적인 강도를 강재로 이루어진 저강도 H형강의 웨브를 길이방향으로 소정의 형상을 가지도록 절단하여 형성된 제 1 형강을 포함하며, 상기 제 1 형강의 웨지 단부와 상기 제 2 형강의 웨지 단부를 상호 맞대어 용접이음된 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 빔은, 상기 제 1, 2 형강에 있어서,

상기 제 1 형강의 웨브 및 제 2 형상의 웨브가 단부에 길이 방향으로 다수의 반원호형상이 형성되는 것이다.

또한 상기 제 1형강의 플랜지 상면에 전단연결재가 설치되는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔에 대하여 설명하면 다음과 같다.

(제 1실시예)

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 하이브리드 빔의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 측단면도이다.

본 발명의 제 1실시예에 따른 하이브리드 빔은 웨브(web; 복부)를 중심으로 상하부에 동일 폭의 플랜지가 형성된 H형강을 채용한다. 제 1실시예의 하이브리드 빔은 콘크리트 슬래브와 함께 사용되는 철골보로 이용된다.

제 1실시예의 하이브리드 빔은, 상호 차등적인 강도를 지니고 해당 웨브(복부)의 길이방향을 따라 소정 형상으로 절단된 제 1형강(10)의 웨브와 제 2형강(20)의 웨브가 상하로 맞대어진 채로 용접(30)에 의해 상호 결합된 것이다.

여기서, 상기 제 1형강(10)을 저강도 형강이라고 하였을 경우 그 제 1형강(10)의 강도는 SM400∼490 이다. 그리고, 상기 제 2형강(20)을 고강도 형강이라고 하였을 경우 그 제 2형강(20)의 강도는 SM570∼650 이다.

상술한 본 발명의 제 1실시예의 하이브리드 빔을 제작하기 위해서는, 먼저 도 3에 예시된 바와 같이 저강도 형강인 H형강의 웨브를 길이방향으로 절단(즉, 점선(a)을 따라 절단)하고 고강도 형강인 H형강의 웨브를 동일하게 길이방향으로 절 단한다. 이후, 그 절단된 제 1형강(10)의 일단(웨브)과 제 2형강(20)의 일단(웨브)을 도 1과 같이 맞대고서 용접(30)에 의해 상호 합성시킨다. 이에 따라, 그 합성된 하이브리드 빔의 웨브에는 육각형의 벌집 구멍이 형성된다.

이와 같이 제작된 제 1실시예의 하이브리드 빔(마치 H형강과 같은 형상의 빔)을 건축물에 배치시킬 때, 압축부(압축을 받는 부분)에는 저강도 형강인 제 1형강(10)을 위치시키고, 인장부(인장되는 부분)에는 고강도 형강인 제 2형강(20)을 위치시킨다.

여기서, 그 저강도 형강의 웨브 및 고강도 형강의 웨브를 길이방향으로 절단할 때, 도 3의 점선(b)을 따라 절단한 후에 저강도 형강과 고강도 형강의 웨브를 상호 결합시키게 되면 종래의 H형강의 단면 높이보다 최고 1.5배까지 확대시킬 수 있게 되고, 그로 인해 휨에 대한 단면강성의 효율이 극대화된다.

상술한 본 발명의 제 1실시예에서는 웨브에 육각형의 벌집 구멍이 형성된 하이브리드 빔을 설명하였는데, 그 웨브에 형성되는 구멍은 벌집 형상 뿐만 아니라 원형상 또는 사각 형상, 팔각 형상 등이어도 무방하다.

(변형예)

도 4는 도 1의 변형예이고, 도 5는 도 4의 하이브리드 빔의 제작과정을 설명하기 위해 채용되는 도면이다.

H형강의 저강도 형강 및 고강도 형강을 도 5에서와 같이 각각 절단한 후에, 그 절단된 저강도 형강과 고강도 형강의 웨브를 길이방향으로 상호 맞댄 후에 그 맞댄 부위를 용접으로 상호 결합시키게 되면 도 4에서와 같은 형상이 된다. 도 4에서, 참조부호 40은 저강도 형강을 의미하고, 참조부호 50은 고강도 형강을 의미하며, 참조부호 60은 용접을 의미한다.

(제 2실시예)

도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 하이브리드 빔의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6의 측단면도이다.

본 발명의 제 2실시예에 따른 하이브리드 빔은 콘크리트 슬래브와 함께 사용되는 철골보로 이용된다.

제 2실시예의 하이브리드 빔은, 웨브를 중심으로 일측에 길이방향으로 플랜지가 형성되고, 상기 웨브를 중심으로 타측에 다수의 반원호 형상이 형성된 제 1형강(70); 및 웨브를 중심으로 일측에 길이방향으로 플랜지가 형성되고, 상기 웨브를 중심으로 타측에 다수의 반원호 형상이 형성된 제 2형강(80)으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1형강(70) 및 제 2형강(80)의 타측이 상호 맞대어져서 용접(90)에 의해 결합된다.

그리고, 상기 제 1형강(70)의 웨브 및 플랜지의 두께는 상기 제 2형강(80)의 웨브 및 플랜지의 두께보다 얇으며, 상기 제 1형강(70)의 플랜지의 폭은 상기 제 2형강(80)의 플랜지의 폭보다 좁다.

한편, 상기 제 1형강(70)을 제 2형강(80)의 상부에 위치시키는 이유는 다음 과 같다. 콘크리트가 압축력을 부담하는 철골보의 상부분에 작용하는 응력은 하부에 비하여 작다. 따라서, 철골보의 상부 부분의 단면적을 어느 정도 감소시켜도 보의 강도는 크게 차이가 나지 않게 되며, 철골보의 단면적 대비 강도의 효율이 상승된다. 그에 따라, 본 발명의 제 2실시예에서는 제 1형강(70)의 단면적을 제 2형강(80)의 단면적 보다 20∼30%(바람직하게는 23%) 정도 작게 한 것이다.

그리고, 상기 제 1형강(70)의 플랜지 상면에 전단연결재(100)가 설치됨이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제 2실시예의 하이브리드 빔을 제작하기 위해서는 상술한 도 5에서와 같은 수순에 의해 제작된다.

즉, 작은 사이즈(작은 단면; 예를 들어 H500ㅧ200, H-600ㅧ200 시리즈)를 지닌 제 1형강(70)의 웨브를 길이방향으로 다수개의 반원호 형상을 형성시키면서 절단(T형강이 됨)하고, 중폭 또는 광폭(예를 들어 H500ㅧ300, H-600ㅧ300 시리즈)의 제 2형강(80)의 웨브를 길이방향으로 다수개의 반원호 형상을 형성시키면서 절단(T형강이 됨)한다.

이후, 그 절단된 제 1형강(70)의 일단(웨브)과 제 2형강(80)의 일단(웨브)을 도 6 및 도 7과 같이 맞대고서 용접(90)에 의해 상호 합성시킨다. 이에 따라, 그 합성된 하이브리드 빔(마치 I형강 또는 H형강과 같은 형상의 빔)의 웨브에는 다수개의 원 형상의 구멍이 형성된다. 그 후, 전단연결재(100)를 상기 제 1형강(70)의 플랜지 상면에 용접 결합시킨다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 제 1실시예에 따르면, 강도가 서로 다른 형강을 이용하여 하나의 빔으로 제작한 후에 인장부에는 고강도 형강 부분을 배치하고 압축부에는 저강도 형강 부분을 배치할 수 있으므로, 형강을 보다 효과적으로 사용할 수 있게 된다. 그리고, 종래의 H형강의 단면 높이보다 최고 1.5배까지 확대시킬 수 있어서 휨에 대한 단면강성의 효율을 극대화시킨다.

한편, 본 발명의 제 2실시예에 따르면, 두개의 다른 사이즈의 형강을 사용하여 상부와 하부가 각각 다른 단면을 가지고 웨브에 원형의 개구부를 가지는 비대칭 셀방식(Cellular)의 하이브리드 빔이 제작가능하므로, 동일한 강도를 가지는 합성 대칭 하이브리드 빔에 비하여 그 비대칭 셀방식의 하이브리드 빔은 단위중량이 최대 30%까지 절감되고, 부가적으로 셀방식의 빔의 특징인 경량화, 장스팬 및 층고절감효과도 동시에 갖게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예들로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (4)

1. 고강도 H형강의 웨브를 길이방향으로 소정의 형상을 가지도록 절단하여 형성된 제 2 형강과,

   상기 제 2 형강보다 웨브 및 플랜지의 두께가 얇고, 플랜지의 폭이 좁게 형성되고, 차등적인 강도를 강재로 이루어진 저강도 H형강의 웨브를 길이방향으로 소정의 형상을 가지도록 절단하여 형성된 제 1 형강을 포함하며, 상기 제 1 형강의 웨지 단부와 상기 제 2 형강의 웨지 단부를 상호 맞대어 용접이음된 것을 특징으로 하는 하이브리드 빔.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1형강의 강도는 SM400∼490이고, 상기 제 2형강의 강도는 SM570∼650인 것을 특징으로 하는 하이브리드 빔.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1 형강의 웨브 및 제 2 형상의 웨브는 단부에 길이 방향으로 다수의 반원호형상이 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 빔.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1형강은 플랜지 상면에 전단연결재가 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 빔.

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