KR100851490B1

KR100851490B1 - 층고 절감을 위한 철골 합성보 구조

Info

Publication number: KR100851490B1
Application number: KR1020060082917A
Authority: KR
Inventors: 오상훈; 유홍식; 윤명호
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-08-08
Also published as: KR20080020067A

Abstract

본 발명은 철골과 콘크리트의 합성 효과를 최대화하여 층고를 낮춤과 동시에 진동 성능을 향상시키고 나아가 강재의 사용량까지 절감할 수 있도록 만든 철골 합성보 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술구성은, 웨브(11), 상부 플랜지(12) 및 하부 플랜지(13)로 된 I형 철골보(10,20) 중 상기 하부 플랜지(13)의 폭이 상부 플랜지(12)보다 크게 제작되고, 상기 상부 플랜지(12) 및 하부 플랜지(13) 모두로부터 일정 간격으로 떨어지도록 상기 웨브(11)의 중앙 부위에 웨브 구멍(14)이 형성되며, 상기 하부 플랜지(13)의 양 끝단에는 ㄱ자형 지지판(15)이 철골보(10,20)의 길이방향을 따라 연장 설치되고, 상기 ㄱ자형 지지판(15) 상에 설치된 데크 플레이트(16)에 슬래브 콘크리트(17)가 타설되도록 구성되며; 상기 웨브 구멍(14)은 윗변이 좁고 밑변이 넓은 사다리꼴 형태를 이루고, 상기 ㄱ자형 지지판(15)은 상기 하부 플랜지(13)의 양 끝단에 선용접으로 결합 설치되거나, 하부 플랜지(13)와 일체로 형성되며; 상기 철골보(10,20)는 춤이 긴 큰 보(10)와 춤이 짧은 작은 보(20)로 구분되고, 상기 큰 보(10)와 작은 보(20)가 일정한 각도로 연결될 때, 상기 작은 보(20)의 ㄱ자형 지지판(25)이 상기 큰 보(10)의 ㄱ자형 지지판(15) 위에 걸치도록 설치되며; 상기 큰 보(10)의 웨브 구멍(14)은 덕트(14a)가 통과할 수 있도록 상기 작은 보(20)의 ㄱ자형 지지판(25)의 상부면과 상기 큰 보(10)의 ㄱ자형 지지판(15)의 상부면 사이에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 하는 층고 절감을 위한 철골 합성빔 구조.

철골보, 웨브 구멍, ㄱ자형 지지판, 데크 플레이트, 슬래브 콘크리트

Description

층고 절감을 위한 철골 합성보 구조{Structure for steel composite beam for reducing story height}

도1은 종래의 철골 합성보 구조를 나타낸 도면.

도2는 종래의 다른 철골 합성보 구조를 나타낸 도면.

도3은 종래의 또 다른 철골 합성보 구조를 나타낸 도면.

도4는 본 발명에 따른 철골 합성보 구조를 나타낸 도면.

도5는 본 발명에 따른 큰 보와 작은 보의 연결부를 예시한 도면.

도6은 본 발명에 따른 큰 보와 작은 보의 또 다른 연결부를 예시한 또 다른 도면.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10: 철골보(큰 보) 11: 웨브

12: 상부 플랜지 13: 하부 플랜지

14: 웨브 구멍 14a: 덕트

15: ㄱ자형 지지판 16: 데크 플레이트

17: 슬래브 콘크리트 20: 작은 보

24: 웨브 구멍 25: ㄱ자형 지지판

본 발명은 층고 절감을 위한 철골 합성보 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철골과 콘크리트의 합성 효과를 최대화하여 층고를 낮춤과 동시에 진동 성능을 향상시키고 나아가 강재의 사용량까지 절감할 수 있도록 만든 철골 합성보 구조에 관한 것이다.

종래의 철골 합성보 구조는 도1에 도시된 바와 같이, 철골보(1) 위에 강재 데크 플레이트(6)를 스터드(5)와 같은 부재를 통해 설치 고정하고, 상기 강재 데크 플레이트(6) 위에 슬래브 콘크리트(7)를 타설하여 만들어졌다. 이러한 방식의 철골 합성보 구조는 콘크리트 타설을 위한 거푸집 역할을 강재 데크 플레이트(6)가 하기 때문에 거푸집 설치를 위한 공기를 단축할 수 있을 뿐만 아니라 상기 강재 데크 플레이트(6)가 구조재의 역할도 하게 되는 장점이 있기는 하지만, 철골보(1)의 높이가 높아지고 철골보(1) 위에 슬래브 콘크리트(7)가 위치하게 되어 층고가 매우 높아지는 단점이 있었다.

층고를 감소시키기 위해 도2에 도시된 바와 같이, 철골보(1)의 상부 플랜지(3)는 폭을 좁게 하고, 하부 플랜지(4)는 폭을 넓게 한 다음 상기 강재 데크 플레이트(6)를 상기 하부 플랜지(4)에 걸치도록 설치한 후 그 위에 슬래브 콘크리트(7)를 타설하는 슬림 플로어 방식이 개발되었다.

이러한 슬림 플로어 방식의 경우 철골구조의 층고를 대폭 감소시킬 수 있는 장점은 있으나, 철골보(1)의 양 쪽에 타설되는 슬래브 콘크리트(7)가 철골보(1)에 의해 분리되어 철골보(1)와 슬래브 콘크리트(7)가 완전히 일체가 되지 않아 작은 힘에도 철골보(1)와 슬래브 콘크리트(7) 사이에 슬립이 발생하는 문제가 있었다. 또한, 이 방식은 넓어진 하부 플랜지(4) 위에 얹혀지는 데크 플레이트(6)의 높이를 높게 하여야 하고, 스팬이 길어지더라도 데크 플레이트(6)의 높이에 맞추어 철골보(1)를 설계해야 하는 문제가 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 도3에 도시된 바와 같이, 철골보(1)의 상부 플랜지(3)와 웨브(2)가 만나는 부분에 웨브 구멍(2a)을 두어 양 쪽의 콘크리트가 일체가 되도록 하였고, 슬래브 콘크리트(7) 타설 시 콘크리트의 흐름을 방지하기 위해 ㄷ자형 지지판(8)을 하부 플랜지(4)와 점용접하여 고정시켰다. 이 방식은 상부 플랜지(3)와 웨브(2) 사이에 형성된 웨브 구멍(2a)에 의해 콘크리트의 합성 효과를 높여서 강재량을 절감할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 이러한 방식은 상부 플랜지(3)와 웨브(2) 사이의 웨브 구멍(2a)에 의해 철골보(1) 자체의 전단 및 휨 성능이 작아져 콘크리트를 타설하고 난 후 양생되기 전에 철골보(1)에 과다한 응력을 발생시킬 수 있고, ㄷ자형 지지판(8)은 가공 비용을 절약하기 위해 점용접에 의해 부착되어 있어 단지 거푸집의 역할을 할 뿐 구조재의 역할을 할 수 없기 때문에 스팬이 큰 경우에는 ㄷ자형 지지판(8)을 상당히 높게 설계해야 하므로 강재량의 손실이 커지는 문제점이 있었다.

그리고, 합성빔 구조에 있어서 큰 보와 작은 보가 직각으로 만나는 부분에서는 ㄷ자형 지지판(8)을 절단하여 만나는 부분을 현장에서 용접하여야 하므로 시공 이 복잡하다는 문제점이 있었다. 또한, 상부 플랜지(3)와 웨브(2) 사이에 있는 웨브 구멍(2a)의 위치가 상부 플랜지(3)에 붙어 있고, 데크 플레이트(6)가 ㄷ자형 지지판(8) 위의 슬래브 콘크리트(7)의 위치와 같은 곳에 있기 때문에 상기 웨브 구멍(2a) 사이로 덕트(미도시)를 설치할 수 없어 철골보(1) 자체의 높이는 줄일 수 있으나, 덕트는 철골보(1) 밑에 위치해야 하기 때문에 층고절감 효과가 작은 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 웨브 구멍에 따른 철골보의 구조 성능의 저하를 최대한 방지하고 철골보 구조에 사용되는 모든 강재를 구조재로 사용할 수 있도록 하여 강재의 손실을 방지하며 큰 보와 작은 보의 연결을 용이하게 하여 현장에서의 공기를 단축시키고 덕트를 철골보 사이에 배치할 수 있도록 하여 층고절감 효과를 극대화한 철골 합성보 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 층고 절감을 위한 철골 합성보 구조는, 웨브, 상부 플랜지 및 하부 플랜지로 된 I형 철골보 중 상기 하부 플랜지의 폭이 상부 플랜지보다 크게 제작되고, 상기 상부 플랜지 및 하부 플랜지 모두로부터 일정 간격으로 떨어지도록 상기 웨브의 중앙 부위에 웨브 구멍이 형성되며, 상기 하부 플랜지의 양 끝단에는 ㄱ자형 지지판이 철골보의 길이방향을 따라 연장 설치되고, 상기 ㄱ자형 지지판 상에 설치된 데크 플레이트에 슬래브 콘크리트가 타설되도록 구성되며;
상기 웨브 구멍은 윗변이 좁고 밑변이 넓은 사다리꼴 형태를 이루고, 상기 ㄱ자형 지지판은 상기 하부 플랜지의 양 끝단에 선용접으로 결합 설치되거나, 하부 플랜지와 일체로 형성되며;
상기 철골보는 춤이 긴 큰 보와 춤이 짧은 작은 보로 구분되고, 상기 큰 보와 작은 보가 일정한 각도로 연결될 때, 상기 작은 보의 ㄱ자형 지지판이 상기 큰 보의 ㄱ자형 지지판 위에 걸치도록 설치되며;
상기 큰 보의 웨브 구멍은 덕트가 통과할 수 있도록 상기 작은 보의 ㄱ자형 지지판의 상부면과 상기 큰 보의 ㄱ자형 지지판의 상부면 사이에 위치하도록 형성된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 층고 절감을 위한 합성보 구조를 보다 상세히 설명한다.

도4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 기본적으로 웨브(11), 상부 플랜지(12) 및 하부 플랜지(13)로 된 I형 철골보(10)가 제작되고, 이 철골보(10)의 웨브(11) 상에 콘크리트의 일체화를 위한 웨브 구멍(14)이 형성되며, 상기 하부 플랜지(13)의 끝단에 데크 플레이트(6)를 지지하기 위한 소정 형태의 지지판(8)이 설치되고, 상기 데크 플레이트(6) 상에 슬래브 콘크리트(7)가 타설되어 구성된다는 점에서 도3에 도시된 종래의 철골 합성보 구조와 동일하다.

그러나, 본 발명에 따르면 종래의 철골 합성빔 구조가 가지는 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 몇 가지 특징적인 기술구성을 새로이 채용되었는 바, 이하에서 이들 구성을 차례로 설명한다.

첫 번째, 철골보(10)의 웨브(11)에 형성된 웨브 구멍에 따른 철골보의 구조 성능의 저하를 방지하기 위해 상기 웨브 구멍(14)을 상기 상부 플랜지(12) 및 하부 플랜지(13) 모두로부터 일정 간격으로 떨어지도록 상기 웨브(11)의 중앙 부위에 형성한다. 종래에는 도3에 도시된 바와 같이 철골보(1)의 상부 플랜지(3)와 웨브(2)가 만나는 부분에 웨브 구멍(2a)을 형성하였기 때문에 웨브 구멍(2a)이 위치하는 곳에서는 상부 플랜지(3)와 웨브(2)가 용접되지 못해 단면 강성이 감소되므로 구조 성능을 저하시키는 원인이 되었다. 본 발명에서는 도4에 도시된 바와 같이 웨브 구멍(14)을 웨브(11)의 중앙 부위에 형성하여 이를 해결하였다.

또한, 상기 웨브 구멍(14)은 종래와 같이 네모 또는 원형으로 형성될 수도 있으나, 본 발명에서는 상기 웨브 구멍(14)을 윗변이 좁고 밑변이 넓은 사다리꼴 형태를 이루도록 형성하여 철골 단면적이 작은 상부의 단면 결손을 감소시켜 상하부 간의 단면적 차이를 줄임으로써 단면의 강성 효율을 증가시켰다. 이 웨브 구멍(14)을 통해 철골보(10)의 양쪽의 슬래브 콘크리트(17)가 서로 연결되어 일체화되기 때문에 철골보(1)와 슬래브 콘크리트(17) 사이의 미끌림을 방지할 수 있다. 이 콘크리트의 일체화에 따라 보의 진동 성능이 개선되어 주거성의 향상도 기대할 수 있다.

두 번째, 상기 철골보(10)는 상기 하부 플랜지(13)의 폭이 상부 플랜지(12)보다 크게 제작되고, 하부 플랜지(13)의 양 끝단에는 ㄱ자형 지지판(15)이 철골보(10)의 길이방향을 따라 연장 설치된다. 이 때, 상기 ㄱ자형 지지판(15)은 상기 하부 플랜지(13)의 양 끝단에 선용접으로 결합 설치될 수도 있고, 하부 플랜지(13)와 일체로 형성될 수도 있다.

종래에는 도3에 도시된 바와 같이 하부 플랜지(4)의 끝단에 ㄷ자형 지지판(8)이 단순히 점용접되어 데크 플레이트(6)를 지지하는 역할만 할 뿐 구조재로서 기능을 하지 못하였으나, 본 발명에서는 ㄱ자형 지지판(15)의 하단이 상기 하부 플랜지(13)의 끝단에 선접촉되도록 한 다음 철골보(10)의 길이방향을 따라 선용접하여 완전히 결합시킴으로써 ㄱ자형 지지판(15)이 구조재로서도 역할을 할 수 있도록 하여 강재의 손실을 방지하였다. 이러한 효과는 처음부터 ㄱ자형 지지판(15)을 하부 플랜지(13)와 일체로 형성함으로써 달성될 수도 있다.

세 번째, 도5에 도시된 바와 같이 상기 철골보(10,20)는 춤(높이)이 긴 큰 보(10)와 춤이 짧은 작은 보(20)로 구분되고, 상기 큰 보(10)와 작은 보(20)가 일정한 각도로 연결될 때, 상기 작은 보(20)의 ㄱ자형 지지판(25)이 상기 큰 보(10)의 ㄱ자형 지지판(15) 위에 걸치도록 설치된다.

종래에는 철골보의 규격에 관계없이 ㄷ자형 지지판의 높이가 일정하여 큰 보(10)와 작은 보(20)가 직각으로 만나는 부분에서는 ㄷ자형 지지판(8)을 절단하여 현장에서 용접해야 하였으므로 시공이 복잡하다는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에 따르면 상기한 바와 같이 ㄱ자형 지지판(15)의 높이를 일정하게 하는 것이 아니라, 춤이 높은 큰 보(10)에서는 낮게 하고 춤이 낮은 작은 보(20)에서는 크게 하여 큰 보(10)와 작은 보(20)가 일정한 각도를 가지고 만날 때 작은 보(20)가 큰 보(10)의 ㄱ자형 지지판(15) 위에 걸치도록 하고, 데크 플레이트(16)는 작은 보(20)의 ㄱ자형 지지판(25) 위에 걸치게 하여 큰 보(10)와 작은 보(20)를 연결할 때 ㄱ자형 지지판(15)을 절단하지 않아도 되도록 하였다.

네 번째, 도3 및 도4를 비교하면 알 수 있듯이, 본 발명에서는 데크 플레이트(16) 위에 슬래브 콘크리트(17)를 타설할 때, 슬래브 콘크리트(17)의 상부면이 철골보(10)의 상부 플랜지(12)의 면보다 높지 않도록 타설하여 층고를 절감시켰다. 물론, 시공 위치에 따라 슬래브 콘크리트(17)의 상부면이 철골보(10)의 상부 플랜지(12)의 면보다 더 높게 타설될 수도 있다.

다섯 번째, 도6에 도시된 바와 같이 상기 큰 보(10)의 웨브(11)에 형성된 웨브 구멍(14)을 덕트(14a)가 통과할 수 있도록 상기 작은 보(20)의 ㄱ자형 지지 판(25)의 상부면과 상기 큰 보(10)의 ㄱ자형 지지판(15)의 상부면 사이에 위치하도록 형성하였다. 종래에는 도3에 도시된 바와 같이 데크 플레이트(6)가 ㄷ자형 지지판(8) 위의 슬래브 콘크리트(7)의 위치와 같은 곳에 있기 때문에 상기 웨브 구멍(2a)은 콘크리트를 연결하는 역할을 할 뿐 그 사이로 덕트를 설치할 수 없었으며, 그 결과 덕트를 철골보(1) 밑에 별도로 설치하여야 했기 때문에 층고절감 효과가 감소되었다.

그러나, 본 발명에 따르면 큰 보(10)의 웨브 구멍(14)을 상기 작은 보(20)의 ㄱ자형 지지판(25)의 상부면과 상기 큰 보(10)의 ㄱ자형 지지판(15)의 상부면 사이에 위치하도록 형성하고, 큰 보(10)에 형성된 다수개의 웨브 구멍(14) 중 일부에 덕트(14a)를 설치하여 층고의 절감 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 이 때, 덕트(14a)가 설치되지 않는 나머지 웨브 구멍(14)은 철골보(10)의 양쪽에 타설되는 슬래브 콘크리트(17)를 연결하여 이를 일체화시키는 역할을 함은 이미 상기한 바와 같다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 층고 절감을 위한 철골 합성보 구조는 다음과 같이 시공된다.

먼저, 각 공장에서 별도 제작된 큰 보(10), 작은 보(20) 및 데크 플레이트(16)를 현장으로 운반한다. 이 때, 큰 보(10)에는 공장에서 덕트(14a)가 설치될 웨브 구멍(14)에 별도로 덕트 스페이스 및 스티프너를 부착하여 제작한다. 현장에 운반된 후에는 큰 보(10)를 먼저 기둥에 연결하고, 작은 보(20)를 큰 보의 ㄱ자형 지지판(15) 위에 걸친 후에 큰 보(10)에 설치된 스티프너에 볼트 체결하여 결합시 킨다.

그 다음 작은 보(20)의 ㄱ자형 지지판(25) 위에 데크 플레이트(16)를 설치하고 그 위에 슬래브 콘크리트(17)를 큰 보(10) 및 작은 보(20)의 상부 플랜지의 면과 같은 높이로 타설한다. 이 때 큰 보(10)의 웨브 구멍(14) 중 덕트(14a)가 설치되지 않는 일부와 작은 보(20)의 웨브 구멍(24)에도 슬래브 콘크리트(17)가 타설되어 철골보(10,20)와 일체화된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 층고 절감을 위한 철골 합성보 구조에 의하면, 웨브 구멍에 따른 철골보의 구조 성능의 저하가 효과적으로 방지되고, 모든 강재를 구조재로 사용할 수 있도록 하여 강재의 손실이 방지되며, 큰 보와 작은 보의 연결이 용이하게 되어 현장에서의 공기를 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 덕트를 철골보 사이에 배치할 수 있도록 하여 층고절감 효과를 극대화할 수 있다.

Claims

웨브(11), 상부 플랜지(12) 및 하부 플랜지(13)로 된 I형 철골보(10,20) 중 상기 하부 플랜지(13)의 폭이 상부 플랜지(12)보다 크게 제작되고, 상기 상부 플랜지(12) 및 하부 플랜지(13) 모두로부터 일정 간격으로 떨어지도록 상기 웨브(11)의 중앙 부위에 웨브 구멍(14)이 형성되며, 상기 하부 플랜지(13)의 양 끝단에는 ㄱ자형 지지판(15)이 철골보(10,20)의 길이방향을 따라 연장 설치되고, 상기 ㄱ자형 지지판(15) 상에 설치된 데크 플레이트(16)에 슬래브 콘크리트(17)가 타설되도록 구성되며;

상기 웨브 구멍(14)은 윗변이 좁고 밑변이 넓은 사다리꼴 형태를 이루고, 상기 ㄱ자형 지지판(15)은 상기 하부 플랜지(13)의 양 끝단에 선용접으로 결합 설치되거나, 하부 플랜지(13)와 일체로 형성되며;

상기 철골보(10,20)는 춤이 긴 큰 보(10)와 춤이 짧은 작은 보(20)로 구분되고, 상기 큰 보(10)와 작은 보(20)가 일정한 각도로 연결될 때, 상기 작은 보(20)의 ㄱ자형 지지판(25)이 상기 큰 보(10)의 ㄱ자형 지지판(15) 위에 걸치도록 설치되며;

상기 큰 보(10)의 웨브 구멍(14)은 덕트(14a)가 통과할 수 있도록 상기 작은 보(20)의 ㄱ자형 지지판(25)의 상부면과 상기 큰 보(10)의 ㄱ자형 지지판(15)의 상부면 사이에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 하는 층고 절감을 위한 철골 합성빔 구조.
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