KR100946940B1 - 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫슬래브 간의 전단보강 접합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근콘크리트 슬래브가 강관 기둥에 직접 지지되는 무량판 구조에 있어서 슬래브 철근공사가 용이하고 기둥에 지지되는 슬래브 부분의 펀칭전단을 방지하는 강관 기둥과 플랫슬래브 간의 전단보강 접합구조에 관한 것이다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 강관 기둥-철근콘크리트 플랫 슬래브 구조에서 강관 기둥 주변의 철근콘크리트 플랫 슬래브에 설치되어 플랫 슬래브의 펀칭전단강도를 보강하면서 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫 슬래브를 서로 연결하도록 하는 전단보강 접합구조로서, 강관 기둥의 외주면에 대응되는 형상의 접합면과 접합면의 상하단에서 수평으로 연장되고 적어도 어느 하나에는 복수의 구멍이 천공된 한 쌍의 보강면을 갖고, 서로 연결되어 강관 기둥을 감싸도록 구성되는 복수의 접합채널과; 각 접합채널에서 방사형으로 설치되는 복수의 보강채널, 접합채널에서 방사형으로 일정한 간격을 두고 설치되는 복수의 반지름방향 철근, 보강채널과 반지름방향 철근을 연결하면서 원주방향으로 일정한 간격을 두고 설치되는 복수의 원주방향 철근을 포함하는 복수의 방사형 조립철근망으로 이루어지는 전단보강 접합장치가 2단으로 강관 기둥에 설치되고, 2단으로 설치된 전단보강 접합장치의 원주방향 철근을 서로 연결하도록 복수의 행거철근(Hanger bar)을 설치한 것을 특징으로 하는 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫 슬래브의 전단보강 접합구조가 제공된다.

강관 기둥, 무량판 구조, 플랫 슬래브, 플랫 플레이트, 펀칭전단, 2방향 전단

Description

강관 기둥과 철근콘크리트 플랫슬래브 간의 전단보강 접합구조{Joint structure for Steel column and flat slab}

본 발명은 철근콘크리트 슬래브가 강관 기둥에 직접 지지되는 무량판 구조에 있어서 슬래브 철근공사가 용이하고 기둥에 지지되는 슬래브 부분의 펀칭전단을 방지하는 강관 기둥과 플랫슬래브 간의 전단보강 접합구조에 관한 것이다.

건축 구조물은 구조물에 작용하는 하중을 지반에 전달하기 위해 개개의 부재들로 구성되어 있다. 슬래브에 작용하는 하중은 보로 전달되고 보에 전달된 하중은 기둥과 기초를 통하여 지반에 분산되게 된다. 슬래브는 하중을 남-북 방향으로 지지하여 동-서 방향으로 장선이나 보에 전달하고 이 하중은 다시 장선이나 보를 지지하는 거더나 기둥 또는 벽으로 전달된다. 이렇게 한쪽 변의 경간길이가 다른 쪽 변의 경간길이에 비해서 길어서 슬래브가 외력이 작용하여 변형을 일으킬 때 길이가 짧은 변 방향으로만 휘는 슬래브를 1방향 슬래브라 한다. 하중이 바닥에 작용하면 동-서와 남-북 방향의 기둥과 기둥 사이의 거리가 그렇게 큰 차이가 없는 경우에 2방향 평판 작용에 의해 하중을 기둥에 전달하게 되는데 이런 슬래브를 2방향 슬래브라 한다.

가장 일반적인 2방향 슬래브로는 2방향 보로 보강된 슬래브, 플랫 플레이트, 플랫 슬래브, 워플 슬래브 등이 있다. 4면이 보로 보강된 슬래브가 가장 처음에 사용하던 슬래브 시스템이었고 기술이 발달함에 따라 보는 점차적으로 사라지게 되어 기둥이 직접적으로 슬래브를 지지하는 플랫 플레이트가 나타나기 시작하였으며 플랫 플레이트에서의 기둥 둘레의 전단 문제를 해결하기 위해 플랫 슬래브가 제안되었다. 전단에 문제가 없도록 기둥부분에서 두께가 두꺼운 부분을 지판(Drop panel)이라 부르는데 플랫 플레이트에 지판을 시공한 슬래브를 플랫 슬래브라 한다. 이렇게 단면이 두꺼워지거나 확대된 부분은 기둥 부근에서 추가로 휨모멘트나 전단에 저항할 수 있도록 하고 또한 슬래브의 처짐을 감소시킨다. 워플 슬래브는 직각방향으로 서로 엇갈리게 배치한 일련의 장선구조를 기둥이 지지하는 형식이다.

2방향 슬래브가 지지할 수 있는 최대하중은 종종 슬래브와 기둥 사이의 절점 강도에 의해서 결정된다. 비록 두께가 얇은 2방향 슬래브가 설계하중에 의해서 발생하는 모멘트를 지지하는데 충분한 휨강도를 가졌다고 하더라도 설계하중을 기둥에 전달하는데 필요한 전단강도가 부족한 경우가 발생할 수 있다. 기둥으로의 하중 전달은 기둥 둘레의 면적에서 발생하며, 만약에 슬래브의 두께가 얇게 되면 이 면적이 작게 되어 응력이 상당히 증가할 수 있다. 이런 문제점은 플랫 플레이트 슬래브 시스템에서 종종 발생할 수 있다. 따라서 기둥 머리나 지판 등을 배치하는 플랫 슬래브 형식으로 이런 문제점을 보완하거나 또는 전단보강을 하여야 한다.

전단보강의 방법으로는 전단보강철근을 배치하는 방법을 들 수 있다. 전단보강철근은 보편적으로 배치되지는 않지만 스터럽이나 구조용 강재로 만든 전단머리 그리고 강재 바에 스터드를 용접해서 만든 전단 스터드가 사용되고 있다.

본 발명은 철근콘크리트 슬래브가 강관 기둥에 직접 지지되는 무량판 구조에 있어서 슬래브 철근공사가 용이하고 기둥에 지지되는 슬래브 부분의 펀칭전단을 방지하는 신규한 강관 기둥과 플랫슬래브 간의 전단보강 접합구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 강관 기둥-철근콘크리트 플랫 슬래브 구조에서 강관 기둥 주변의 철근콘크리트 플랫 슬래브에 설치되어 플랫 슬래브의 펀칭전단강도를 보강하면서 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫 슬래브를 서로 연결하도록 하는 전단보강 접합구조로서, 강관 기둥의 외주면에 대응되는 형상의 접합면과 접합면의 상하단에서 수평으로 연장되고 적어도 어느 하나에는 복수의 구멍이 천공된 한 쌍의 보강면을 갖고, 서로 연결되어 강관 기둥을 감싸도록 구성되는 복수의 접합채널과; 각 접합채널에서 방사형으로 설치되는 복수의 보강채널, 접합채널에서 방사형으로 일정한 간격을 두고 설치되는 복수의 반지름방향 철근, 보강채널과 반지름방향 철근을 연결하면서 원주방향으로 일정한 간격을 두고 설치되는 복수의 원주방향 철근을 포함하는 복수의 방사형 조립철근망으로 이루어지는 전단보강 접합장치가 2단으로 강관 기둥에 설치되고, 2단으로 설치된 전단보강 접합장치의 원주방향 철근을 서로 연결하도록 복수의 행거철근(Hanger bar)을 설치한 것을 특징으로 하는 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫 슬래브의 전단보강 접합구조가 제공 된다.

본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, 보강채널이 접합채널과 접합되는 측의 단부는 접합채널의 상하부 보강면 사이의 간격에 대응되는 폭의 폐쇄부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 강관 기둥 주변의 슬래브의 부족한 전단강도를 트러스 작용을 이용해 효과적으로 보강함으로써 뚫림전단파괴(Punching shear failure) 또는 2방향 전단(2-way shear)을 방지할 수 있다. 또한, 슬래브 상하부 주철근의 배근 작업이 간편해지고 정착길이를 용이하게 확보할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 표기하며, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 강관 기둥-철근콘크리트 플랫 슬래브 구조에서, 즉 기둥으로 강관을 사용하고 슬래브 시스템으로 플랫 슬래브 또는 플랫 플레이트(이하 '플랫 슬래브'라 함)를 적용하여 층고를 절감하도록 한 구조에서, 강관 기둥 주변의 철근콘크리트 플랫 슬래브에 설치되어 플랫 슬래브의 펀칭전단강도를 보강하면서 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫 슬래브를 서로 연결하도록 하는 전단보강 접합구조에 관한 것으로, 플랫 슬래브의 펀칭전단강도를 보강하면서 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫 슬래브를 서로 연결하도록 하는 전단보강 접합장치는 아래와 같이 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫슬래브 간의 접합장치의 단위부재를 나타낸 사시도이고, 도 2는 단위부재가 연결된 접합장치를 나타낸 사시도이다.

도 1과 같이 접합장치의 단위부재는 단면 ㄷ자 형상의 접합채널(10)과, 접합채널에 접합되는 방사형 조립철근망(20)으로 구성되고, 도 2에서와 같이 접합장치는 이들 단위부재가 연결되어 구성된다.

접합채널(10)은 강관 기둥의 외주면에 대응되는 형상의 접합면(11)과 접합면(11)의 상하단에서 수평으로 연장된 한 쌍의 보강면(12,12)을 갖는다. 접합채널(10)은 적어도 2개 이상으로 구성되며 각 접합채널은 서로 연결되어 강관 기둥을 감싸고 강관 기둥에 볼트 또는 용접으로 접합된다. 접합면(11)은 접합채널(10)이 접합되는 강관 기둥의 형상에 따라 그 형상이 결정되는데, 강관 기둥이 각형강관일 경우에 있어서 접합채널이 2개일 경우 "ㄱ"자형의 면, 4개일 경우 수평한 면을 이뤄 이들이 서로 연결되어 접합면이 강관 기둥의 외주면에 면접될 수 있도록 구성한다. 따라서 강관 기둥이 원형강관일 경우 도 1에서와 같이 호형의 면 또는 반원형의 면을 이룬다. 그리고 보강면(12)의 장변은 접합면(11)과 동일한 형상을 이루거나 또는 호형으로 이루어질 수 있다. 상부 보강면(12)에는 슬래브 상부 주철근 또는 하부 주철근의 정착을 위해 일정 간격으로 복수의 구멍(121)이 천공된다. 즉, 슬래브 상부 주철근 또는 하부 주철근의 단부를 구부리고 구멍(121)에 삽입하는 것으로 상부 또는 하부 주철근의 배근이 편리해지고 추가적인 정착력을 부여할 수 있다.

방사형 조립철근망(20)은 접합채널(10)에서 방사형으로 연장되는 복수의 보강채널(21), 접합채널(10)에서 방사형으로 일정한 간격을 두고 설치되는 복수의 반지름방향 철근(22), 보강채널(21)과 반지름방향 철근(22)을 연결하면서 원주방향으로 일정한 간격을 두고 설치되는 복수의 원주방향 철근(23)을 포함한다. 보강채널(21)은 각 접합채널(10) 간의 접합부를 폐쇄하도록 접합채널(10)에 방사형으로 접합된다. 이를 위해 보강채널(21)이 접합채널(10)과 접합되는 측의 단부는 접합채널(10)의 상하부 보강면(12) 사이의 간격에 대응되는 폭의 폐쇄부(211)가 형성된다. 이처럼 보강채널(21)을 이용해 접합채널(10)의 단부를 폐쇄하면서 접합채널(10)을 서로 연결함에 따라 슬래브 콘크리트가 접합채널과 접합채널 간의 접합부를 통해 흘러나가는 것을 방지할 수 있다.

이상과 같이 구성된 단위부재들이 서로 연결되어 도 2에 도시된 바와 같이 접합장치를 구성한다. 단위부재들의 접합은 보강채널(21)을 서로 맞대고 용접하거나 보강채널(21)에 볼트 구멍을 천공하여 이를 이용해 볼트로 접합할 수 있다.

도 3a 내지 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합장치를 이용해 슬래브를 시공하는 방법을 순서대로 나타낸 단면도이다.

먼저, 도 3a에서와 같이 접합장치를 조립한다. 접합장치의 각 단위부재는 위에서 설명한 것처럼 용접이나 볼트 접합을 이용해 서로 연결될 수 있다.

다음으로, 도 3b에서와 같이, 조립된 접합장치를 슬래브가 형성된 위치의 강관 기둥(30)에 용접으로 접합한다. 접합장치는 슬래브의 펀칭전단 위험단면 내에 배치되며 슬래브의 상부와 하부에 위치하도록 2단으로 설치한다.

다음으로, 도 3c에서와 같이, 2단으로 설치된 접합장치의 반지름방향 철근(22)을 서로 연결하도록 복수의 행거철근(Hanger bar)을 설치하고, 슬래브 상부 주철근(41)과 하부 주철근(42)을 설치한다. 행거철근은 상하단에 반지름방향 철근에 결합을 위한 갈고리를 형성한 것으로, 전단보강철근으로서 기능한다. 즉, 본 발명에 따르면, 상단의 접합장치의 반지름방향 또는 원주방향 철근과 하단의 접합장치의 반지름방향 또는 원주방향 철근이 행거철근으로 연결된 형태로서, 상단의 반지름방향 또는 원주방향 철근이 트러스의 상현재로서 그리고 하단의 반지름방향 또는 원주방향 철근이 하현재로서 그리고 행거철근이 복부재와 같은 기능을 함으로써 기둥 주변의 부족한 슬래브 전단강도를 효과적으로 보강할 수 있다. 슬래브 상부 주철근(41)과 하부 주철근(42)의 단부는 구부려지고 접합채널(10)의 보강면(12)에 형성된 구멍(121)에 삽입하는 것으로 슬래브 철근의 배근이 편리해지고 추가적인 정착력을 부여할 수 있다.

마지막으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 슬래브 콘크리트를 타설하게 된다.

한편, 이상에서는 접합장치가 먼저 조립된 후 강관 기둥에 접합되는 것으로 설명하였으나, 접합장치의 단위부재를 제작한 다음 강관 기둥에 각 단위부재를 접합한 후 각 단위부재를 연결하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합장치를 이용해 슬래브를 시공한 상태를 나타낸 절개도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 전단보강 접합장치가 강관 기둥 주변의 철근콘크리트 플랫 슬래브에 설치되어 플랫 슬래브의 펀칭전단강도를 보강하면서 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫 슬래브를 서로 연결한다. 따라서 본 발명에 따르면, 강관 기둥 주변의 슬래브의 부족한 전단강도를 보강채널, 반지름방향 철근, 원주방향 철근 그리고 상하단의 반지름방향 철근과 원주방향 철근을 연결하는 행거철근의 조합에 따른 트러스 작용을 이용해 효과적으로 보강함으로써 뚫림전단파괴(Punching shear failure) 또는 2방향 전단(2-way shear)을 방지할 수 있다. 또한, 접합채널을 이용해 슬래브 상하부 주철근의 배근 작업이 간편해지고 정착길이를 용이하게 확보할 수 있다.

지금까지 본 발명을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫슬래브 간의 접합장치의 단위부재를 나타낸 사시도이다.

도 2는 단위부재가 연결된 접합장치를 나타낸 사시도이다.

도 3a 내지 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합장치를 이용해 슬래브를 시공하는 방법을 순서대로 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합장치를 이용해 슬래브를 시공한 상태를 나타낸 단면도이다.

Claims (2)

1. 강관 기둥-철근콘크리트 플랫 슬래브 구조에서 강관 기둥 주변의 철근콘크리트 플랫 슬래브에 설치되어 플랫 슬래브의 펀칭전단강도를 보강하면서 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫 슬래브를 서로 연결하도록 하는 전단보강 접합구조로서,

   강관 기둥의 외주면에 대응되는 형상의 접합면(11)과 접합면(11)의 상하단에서 수평으로 연장되고 적어도 어느 하나에는 복수의 구멍이 천공된 한 쌍의 보강면(12)을 갖고, 서로 연결되어 강관 기둥을 감싸도록 구성되는 복수의 접합채널(10)과;

   각 접합채널(10)에서 방사형으로 설치되는 복수의 보강채널(21), 접합채널(10)에서 방사형으로 일정한 간격을 두고 설치되는 복수의 반지름방향 철근(22), 보강채널(21)과 반지름방향 철근(22)을 연결하면서 원주방향으로 일정한 간격을 두고 설치되는 복수의 원주방향 철근(23)을 포함하는 복수의 방사형 조립철근망(20)으로 이루어지는 전단보강 접합장치가 2단으로 강관 기둥에 설치되고,

   2단으로 설치된 전단보강 접합장치의 원주방향 철근을 서로 연결하도록 복수의 행거철근(Hanger bar)을 설치한 것을 특징으로 하는 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫 슬래브의 전단보강 접합구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   보강채널(21)이 접합채널(10)과 접합되는 측의 단부는 접합채널(10)의 상하 부 보강면(12) 사이의 간격에 대응되는 폭의 폐쇄부(211)가 형성된 것을 특징으로 하는 강관 기둥과 철근콘크리트 플랫 슬래브의 전단보강 접합구조.

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