KR100710583B1 - Ｐｃ기둥과 철골보의 복합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PC기둥에 미리 브라켓을 일체화시킨 후 브라켓에 철골보를 접합함으로 서로 이질재료인 PC기둥과 철골보의 접합을 용이하게 시공할 수 있게 되며 나아가 장스팬으로 설계되는 구조물에서 간편하게 변형단면보의 구현이 가능해져 공사비를 절감하면서도 효율적으로 구조설계를 할 수 있게 된 PC기둥과 철골보의 복합구조에 관한 것이다.

본 발명 PC기둥과 철골보의 복합구조는, 수직의 PC기둥본체와 상기 PC기둥본체 상부에 수평으로 브라켓이 돌출되도록 구성된 것으로 기둥위치에 설치되는 브라켓일체형 PC기둥; 상기 브라켓일체형 PC기둥의 브라켓에 접합되어 브라켓일체형 PC기둥 상호간을 연결하는 철골보; 및, 상기 브라켓일체형 PC기둥 및 철골보 위에 시공되는 콘크리트슬래브;를 포함하여 구성되어 기둥은 PC기둥본체로 이루어지면서 기둥을 연결하는 보는 양단부의 브라켓과 중앙부의 철골보로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

PC, 브라켓, 철골보, 장스팬, 변형단면

Description

ＰＣ기둥과 철골보의 복합구조{Hybrid system of PC column and steel beam}

도 1은 종래의 PC기둥과 철골보의 복합구조를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 PC기둥과 철골보의 복합구조를 보여주는 도면으로, 브라켓일체형 PC기둥의 사시도(a)와 이를 적용하여 완성된 상태의 단면도(b)이다.

도 5는 도 2의 PC기둥과 철골보의 복합구조가 적용하여 완성된 변형단면보를 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 브라켓일체형 PC기둥

110: PC기둥본체 111: 기둥철근

120: 철골브라켓 125: 보강플랜지

130: PC브라켓 131: 슬리브

135: 접합플레이트

200: 철골보 300: 콘크리트슬래브

311: 수평철근

400: 상부PC기둥 411: 연결홈

500: 심플레이트(shim plate)

본 발명은 PC기둥과 철골보의 복합구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PC기둥에 미리 브라켓을 일체화시킨 후 브라켓에 철골보를 접합함으로 서로 이질재료인 PC기둥과 철골보의 접합을 용이하게 시공할 수 있게 되며 나아가 장스팬으로 설계되는 구조물에서 간편하게 변형단면보의 구현이 가능해져 공사비를 절감하면서도 효율적으로 구조설계를 할 수 있게 된 PC기둥과 철골보의 복합구조에 관한 것이다.

통상 건축구조물은 철근콘크리트구조, 철골구조 또는 철골철근콘크리트구조로 시공되나, 최근에는 철근콘크리트구조와 철골구조 각각의 장점을 살리는 방법으로 기둥은 철근콘크리트구조로 하고 보는 철골구조로 하는 복합구조가 제안되고 있다. 이와 같은 복합구조는 고가인 철골량을 줄여 공사비절감 효과를 꾀하면서 압축부재인 기둥에는 압축강도가 우수한 철근콘크리트구조를 택하고 휨부재인 보에는 휨강도가 우수한 철골조를 택한 결과 구조적인 효율성을 꾀하는데 유리한 구조이다.

도 1은 종래에 제시된 철근콘크리트기둥과 철골보의 접합을 보여주는 도면이다. 도 1(a)는 기둥 전체를 현장타설로 진행하는 것을 보여주며, 철골보가 철근콘 크리트기둥을 수평으로 관통하도록 배치한 후 철근콘크리트기둥을 현장시공하고 있다. 도 1(b)는 PC기둥을 이용하는 것을 보여주며, PC기둥을 설치하고 PC기둥 상부면 위로 철골보를 배치한 후 PC기둥과 철골보의 접합부를 현장시공하고 있다. 그러나 이와 같은 복합구조는 철근콘크리트기둥과 철골보가 서로 이질재료인 만큼 그 접합시공에 어려움이 따른다. 왜냐하면 철골보를 보 위치에 배치시킨 후에야 비로소 철골보가 접합되는 철근콘크리트기둥 부분의 시공이 현장타설로 진행되므로 현장타설을 위한 거푸집설치, 해체 등의 가설작업이 요구되기 때문이다.

이에, 본 발명자들은 PC기둥에 브라켓 시스템을 도입하여 철근콘크리트기둥과 철골보의 접합을 용이하게 시공하여 현장작업을 최소화하는 PC기둥과 철골보의 복합구조를 개발하게 되었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제를 개선하고자 안출된 것으로서, PC기둥에 미리 브라켓을 일체화시킨 후 브라켓에 철골보를 접합함으로 서로 이질재료인 PC기둥과 철골보의 접합을 거푸집설치공정없이 용이하게 시공할 수 있게 된 PC기둥과 철골보의 복합구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 장스팬으로 설계되는 구조물에서 간편하게 변형단면보의 구현이 가능해져 공사비를 절감하면서도 효율적으로 구조설계를 할 수 있게 된 PC기둥과 철골보의 복합구조를 제공하는 것이다.

상기한 목적달성을 위해, 본 발명은 수직의 PC기둥본체와 상기 PC기둥본체 상부에 수평으로 브라켓이 돌출되도록 구성된 것으로 기둥위치에 설치되는 브라켓일체형 PC기둥; 상기 브라켓일체형 PC기둥의 브라켓에 접합되어 브라켓일체형 PC기둥 상호간을 연결하는 철골보; 및, 상기 브라켓일체형 PC기둥 및 철골보 위에 시공되는 콘크리트슬래브;를 포함하여 구성되어 기둥은 PC기둥본체로 이루어지면서 기둥을 연결하는 보는 양단부의 브라켓과 중앙부의 철골보로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PC기둥과 철골보의 복합구조를 제공한다.

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

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 PC기둥과 철골보의 복합구조를 보여주는 도면으로, 브라켓일체형 PC기둥의 사시도(a)와 이를 적용하여 완성된 상태의 단면도(b)이다.

도시하고 있는 바와 같이 본 발명은 수직의 PC기둥본체(110)와 수평의 브라켓이 일체화된 브라켓일체형 PC기둥(100)을 기둥위치에 설치하고 이렇게 설치된 브라켓일체형 PC기둥(100)의 브라켓에 철골보(200)를 접합함으로 기둥은 PC기둥본체(110)로 완성하면서 기둥을 연결하는 보는 양단부의 브라켓과 중앙부의 철골보(200)로 완성하는데 특징이 있다. 그 결과 현장에서는 PC기둥과 철골보의 직교접합이 아니라 브라켓과 철골보(200)의 수평접합이 이루어지게 되므로 작업효율성 이 향상되는 것은 물론, 수직의 기둥에서 수평의 보로 이어지는 부분에 대한 현장시공 하자를 제거할 수 있어 구조설계에 따른 응력발휘로 구조적인 안정성을 확보할 수 있게 된다.

브라켓일체형 PC기둥(100)의 브라켓과 철골보(200)의 접합은 모멘트접합이나 핀접합으로 이루어지며, 이는 시공되는 위치의 요구되는 구조성능에 따라 선택하도록 한다. 또한, 상기 철골보(200)를 브라켓일체형 PC기둥(100)의 브라켓 춤(depth)보다 작게 설계하면 간편한 방법으로 도 5와 같이 전체적으로 중앙부의 보춤이 작은 변형단면보로 완성할 수 있게 된다. 이로써, 응력분포에 따라 부모멘트구간인 단부는 보춤을 크게 하면서 정모멘트구간인 중앙부는 보춤을 작게 구성할 수 있게 되며, 결국 구조적인 안정성을 확보하면서 보 부재의 자재비를 절감하는 것은 물론 보 부재의 경량화를 꾀하여 전체 구조물의 중량을 감소시킬 수 효과를 기대할 수 있게 된다. 변형단면보를 구성함에는 전체 보 부재의 응력분포를 고려하도록 하며, 특히 브라켓일체형 PC기둥의 브라켓의 길이는 휨모멘트가 0이 되는 지점까지 미치도록 마련하는 것이 바람직하겠다. 이와 같은 변형단면보는 장스팬 구조물에 더욱 유리하게 적용할 수 있을 것이다.

상기 브라켓일체형 PC기둥(100) 및 철골보(200) 위로는 콘크리트슬래브(300)를 시공하여 바닥을 완성하게 된다. 이때, 콘크리트슬래브(300)와의 일체화를 위해 철골보(200)의 상부면에는 미리 스터드볼트 등의 전단키(shear connector)를 마련하도록 한다.

본 발명의 PC기둥과 철골보의 복합구조에 적용되는 브라켓일체형 PC기둥(100)은 수직의 PC기둥본체(110)와 상기 PC기둥본체(110) 상부에 수평으로 브라켓이 돌출되도록 구성된다. 이와 같은 브라켓일체형 PC기둥(100)은 PC기둥본체(110)와 브라켓의 일체화 방법에 따라 도 2 내지 도 4와 같이 구분할 수 있다.

도 2는 브라켓일체형 PC기둥(100)에서 브라켓으로 철골부재로 구성된 철골브라켓(120)을 채택한 예로서, 특히 십자형상의 철골브라켓(120)을 채택하고 있다. 철골브라켓(120)은 PC부재 제작공장에서 PC기둥본체(110)를 관통하여 돌출되도록 구성하여 완성하게 된다. 즉, 철골브라켓(120)의 일부를 PC기둥본체(110)에 매입시키는 것이다. 이때에는 도 2(a)와 같이 철골브라켓(120)이 콘크리트슬래브(300) 두께만큼 아래에서 PC기둥본체(110)를 관통하도록 배치하는 것이 바람직하다. 이는 철골브라켓(120)과 PC기둥본체(110)의 일체화를 확고히 하기 위함이며, 나아가 브라켓일체형 PC기둥(100)을 하부PC기둥으로 시공하고 그 위로 상부PC기둥(400)을 시공하는 경우 하부PC기둥과 상부PC기둥(400)의 이음부를 콘크리트슬래브(300)와 근접하게 위치하도록 유도함으로써 유리한 응력전달을 꾀하기 위함이다. 다만, 도 2(a)에서와 같이 철골브라켓(120)의 상부면을 감싸는 U자형 철근(112)을 PC기둥본체(110)에 매입시켜 보강하도록 한다.

철골브라켓(120)은 철골보(200)와 동일한 재료이기 때문에 철골브라켓(120)과 철골보(200)는 통상적인 철골부재의 접합방법과 같이 용접 또는 볼트접합을 따르게 된다.

특히, 도 2에서는 브라켓일체형 PC기둥의 철골브라켓(120)과 철골보(200)를 H형강으로 채택하면서 변형단면보로 완성하고 있는데, 이 경우에는 브라켓일체형 PC기둥의 철골브라켓(120)에 철골보(200)의 하부플랜지와 동일선상에서 수평으로 이어지는 보강플랜지(125)를 더 접합하여 PC기둥본체(110)에 정착하게 하는 것이 철골보(200)에서 철골브라켓(120)으로의 응력전달에 유리할 것이다.

브라켓일체형 PC기둥(100)과 철골보(200)의 접합이 완성되고 나면 그 위로 콘크리트슬래브(300)가 시공되므로 브라켓일체형 PC기둥의 철골브라켓(120) 상부면에는 스터드볼트와 같은 전단키를 마련하도록 한다.

한편, 도 2(b)에서는 브라켓일체형 PC기둥(100)을 하부PC기둥으로 하여 그 위로 상부PC기둥(400)이 접합되는 경우가 도시되어 있는데, 하부PC기둥과 상부PC기둥(400)을 스플라이스 슬리브(splice sleeve) 방법으로 서로 이음하고 있다. 즉, 하부PC기둥으로 시공되는 상기 브라켓일체형 PC기둥(100)을 기둥철근(111)이 상부로 돌출하도록 구성하고 상부PC기둥(400)을 하단에 수직 상향하여 연결홈(411)이 형성되도록 구성하여, 상기 브라켓일체형 PC기둥의 기둥철근(111)을 상기 상부PC기둥(400)의 연결홈(411)에 삽입한 후 연결홈(411)에 무수축 모르타르를 충진하는 것이다. 이때, 하부PC기둥으로 시공되는 상기 브라켓일체형 PC기둥(100)과 상부PC기둥(400) 사이에는 심플레이트(shim plate, 500)를 설치하여 상부PC기둥(400)의 수직도를 조절함이 바람직하며, 상기 심플레이트(500)의 설치로 형성된 하부PC기둥과 상부PC기둥(400)의 틈에는 무수축 모르타르를 충진하여 일체화를 꾀하도록 한다.

도 3은 브라켓일체형 PC기둥(100)에서 브라켓으로 PC부재로 구성된 PC브라켓(130)을 채택한 예로서, 특히 십자형상의 PC브라켓(130)이 PC기둥본체(110)와 일체로 형성된 예이다. PC브라켓(130)은 PC부재 제작공장에서 PC기둥본체(110) 상단을 돌출하도록 구성하여 완성하게 된다. 즉, PC브라켓(130)을 PC기둥본체(110)와 일체로 제작하는 것이다. 이때에는 도 3(a)와 같이 PC브라켓(130) 상부면이 PC기둥본체(110) 상부면과 일치하도록 제작하는 것이 바람직하다. 이는 브라켓일체형 PC기둥(100) 위로 수평철근(311) 배근을 자유롭게 하여 콘크리트슬래브(300)가 시공될 때 PC기둥본체(110) 위의 콘크리트슬래브(300)와 PC브라켓(130) 위의 콘크리트슬래브(300)가 일체화되도록 하기 위함이며, 나아가 브라켓일체형 PC기둥(100)을 하부PC기둥으로 시공하고 그 위로 상부PC기둥(400)을 시공하는 경우 하부PC기둥과 상부PC기둥(400)의 이음부를 콘크리트슬래브(300)와 근접하게 위치하도록 유도함으로써 유리한 응력전달을 꾀하기 위함이다.

PC브라켓(130)은 철골보(200)와 서로 다른 부재이기 때문에 직접 접합이 어려운 바, 도 3(a)에서와 같이 PC브라켓(130) 단부에 접합플레이트(135)가 표면이 노출되면서 매입되도록 구성하여 철골보(200)를 상기 접합플레이트(135)에 접합하도록 한다. 상기 접합플레이트(135)는 PC브라켓(130)에 안정적으로 정착되어야 할 필요가 있으므로, PC브라켓(130) 내부에 매입되는 수평철근(311)과 직접 용접하거나 PC브라켓(130) 내부에 매입되는 전단키를 용접하도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 도 3(b)와 같이 PC브라켓(130)이 채택된 브라켓일체형 PC기둥(100)을 하부PC기둥으로 하여 그 위로 상부PC기둥(400)이 더 접합될 수 있으며, 이 경우에 도 스플라이스 슬리브(splice sleeve) 방법으로 이음할 수 있다. 하부PC기둥으로 시공되는 상기 브라켓일체형 PC기둥(100)과 상부PC기둥(400) 사이에는 심플레이트(500)를 설치하여 상부PC기둥(400)의 수직도를 조절하도록 한다. 상기 심플레이트(500)는 도 3(b)에서와 같이 콘크리트슬래브(300)와 동일한 두께를 가지도록 구성하여 브라켓일체형 PC기둥(100) 위로 수평철근(311)이 지나가도록 배근하고 콘크리트슬래브(300)를 일체로 타설한다.

도 4는 도 3과 동일하게 브라켓일체형 PC기둥(100)에서 브라켓으로 PC부재로 구성된 PC브라켓(130)을 채택한 예로서, 특히 십자형상의 PC브라켓(130)이 PC기둥본체(110)와 분리제작된 후 향후 시공단계에서 일체화되는 예이다. 즉, 처음부터 일체로 제작되는 도 3에서와는 달리 도 4에서는 PC브라켓(130)이 PC부재 제작공장에서 PC기둥본체(110)와 분리 제작된 후 현장에서 양 분리된 부재를 결합시켜 일체화시키게 되는 것이다.

도 4(a)에서는 분리 제작된 PC기둥본체(110)와 PC브라켓(130)의 일체화를 위해 상기 PC기둥본체(110)는 기둥철근(111)이 돌출하도록 제작하고 PC브라켓(130)은 수직으로 관통하는 슬리브(131)가 매입되도록 제작하고 있다. 그 결과 PC기둥본체(110)의 기둥철근(111)이 PC브라켓(130)의 슬리브(131)를 통과하도록 PC브라켓(130)을 PC기둥본체(110) 상부에 올려놓음으로 PC기둥본체(110)와 PC브라켓(130)이 일체화된다. 슬리브(131) 내에는 무수축 모르타르를 충진하여 기둥철근(111)이 PC브라켓(130) 내에 완전히 정착시키도록 한다. 도 4(b)에서는 이와 같은 브라켓 일체형 PC기둥(100)을 하부PC기둥으로 하여 그 위에 상부PC기둥(400)이 이음되는 경우를 보여주고 있는데, 이는 도 3(b)와 전체적으로 동일한 방법으로 이루어진다.

물론, 도 4(a)와 같은 브라켓일체형 PC기둥(100)을 이용하는 경우에도 분리 제작된 PC브라켓(130)을 그 단부에 접합플레이트(135)가 표면이 노출되면서 매입되도록 구성하여 철골보(200)가 상기 접합플레이트(135)에 접합할 수 있도록 해야 할 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, PC기둥에 미리 브라켓을 일체화시킨 후 브라켓에 철골보를 접합함으로 서로 이질재료인 PC기둥과 철골보의 접합을 거푸집설치공정없이 간편하게 시공할 수 있게 되어 작업효율성 상승효과는 물론 공사비 절감효과를 기대할 수 있다.

또한, 장스팬으로 설계되는 구조물에서 간편하게 변형단면보의 구현이 가능해져 공사비를 절감하면서도 효율적으로 구조설계를 할 수 있게 되며, 나아가 구조부재의 중량 감소에 따라 전체 구조물의 중량 감소를 꾀할 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 수직의 PC기둥본체와 상기 PC기둥본체 상부에 수평으로 브라켓이 돌출 구성되도록 일체화된 것으로, 기둥위치에 설치되는 브라켓일체형 PC기둥;

   상기 브라켓일체형 PC기둥의 브라켓에 접합되어 브라켓일체형 PC기둥 상호간을 연결하는 철골보; 및,

   상기 브라켓일체형 PC기둥 및 철골보 위에 시공되는 콘크리트슬래브;

   를 포함하여 구성되어 기둥은 PC기둥본체로 이루어지면서 기둥을 연결하는 보는 양단부의 브라켓과 중앙부의 철골보로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PC기둥과 철골보의 복합구조.
2. 제1항에서,

   상기 철골보는 브라켓일체형 PC기둥의 브라켓 춤(depth)보다 작게 설계되어 전체적으로 중앙부의 보춤이 작은 변형단형보로 형성되는 것을 특징으로 하는 PC기둥과 철골보의 복합구조.
3. 제2항에서,

   상기 브라켓일체형 PC기둥은 철골부재로 구성된 철골브라켓이 PC기둥본체를 관통하여 돌출되도록 제작된 것을 특징으로 하는 PC기둥과 철골보의 복합구조.
4. 제3항에서,

   상기 브라켓일체형 PC기둥의 철골브라켓과 철골보는 H형강으로 구성되며,

   상기 브라켓일체형 PC기둥의 철골브라켓에는 철골보의 하부플랜지와 동일선상에서 수평으로 이어지는 보강플랜지가 더 접합되어 PC기둥본체에 정착하게 되는 것을 특징으로 하는 PC기둥과 철골보의 복합구조.
5. 제2항에서,

   상기 브라켓일체형 PC기둥은 PC부재로 구성된 PC브라켓이 PC기둥본체 상단에서 돌출하도록 일체로 제작되며,

   상기 브라켓일체형 PC기둥의 PC브라켓은 그 단부에 접합플레이트가 표면이 노출되면서 매입되도록 구성되며,

   상기 철골보는 상기 접합플레이트에 접합하는 것을 특징으로 하는 PC기둥과 철골보의 복합구조.
6. 제2항에서,

   상기 브라켓일체형 PC기둥은 PC기둥본체와 PC부재로 구성된 PC브라켓이 분리 제작되되 상기 PC기둥본체는 기둥철근이 돌출하도록 제작되고 PC브라켓은 수직으로 관통하는 슬리브가 매입되도록 제작되어 PC기둥본체의 기둥철근이 PC브라켓의 슬리브를 통과하도록 PC브라켓을 PC기둥본체 상부에 올려놓음으로 PC기둥본체와 PC브라켓이 일체화되며,

   상기 브라켓일체형 PC기둥의 PC브라켓은 그 단부에 접합플레이트가 표면이 노출되면서 매입되도록 구성되며,

   상기 철골보는 상기 접합플레이트에 접합하는 것을 특징으로 하는 PC기둥과 철골보의 복합구조.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,

   상기 브라켓일체형 PC기둥을 하부PC기둥으로 하여 그 위로 상부PC기둥이 더 접합되며,

   하부PC기둥으로 시공되는 상기 브라켓일체형 PC기둥은 기둥철근이 상부로 돌출하도록 구성되고 상기 상부PC기둥은 하단에 수직 상향하여 연결홈이 형성되도록 구성되어 상기 브라켓일체형 PC기둥의 기둥철근을 상기 상부PC기둥의 연결홈에 삽입한 후 연결홈에 무수축 모르타르를 충진함으로 하부PC기둥과 상부PC기둥을 서로 이음하는 것을 특징으로 하는 PC기둥과 철골보의 복합구조.
8. 제7항에서,

   하부PC기둥으로 시공되는 상기 브라켓일체형 PC기둥과 상부PC기둥 사이에는 심플레이트(shim plate)가 설치되어 상부PC기둥의 수직도가 조절되며,

   상기 심플레이트의 설치로 형성된 하부PC기둥과 상부PC기둥의 틈에는 무수축모르타르 또는 콘크리트가 충진되는 것을 특징으로 하는 PC기둥과 철골보의 복합구조.

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