KR101017800B1 - 십자형 보강판을 이용한 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강재기둥과 강재보의 접합부 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4개의 냉간성형강판을 용접하여 제작된 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조에 관한 것이다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부가 형성된 리브L형 단위부재 4개를 절곡부가 서로 접하도록 모서리에 배치, 용접하여 폐쇄형 단면을 갖도록 구성한 각형강관 기둥의 보가 접합되는 위치의 내부에 십자형 보강판을 설치하되 십자형 보강판의 각 단부가 모두 일정 길이로 각형강관 외부로 노출되도록 하여 보를 접합하기 위한 플레이트를 구성하도록 한 것을 특징으로 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조가 제공된다.

강관 기둥, 각형강관, 기둥보, 접합부

Description

십자형 보강판을 이용한 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조{Reinforcement structure for connection of cold formed plate column and steel beam}

본 발명은 강재기둥과 강재보의 접합부 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4개의 냉간성형강판을 용접하여 제작된 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조에 관한 것이다.

강관 내부를 콘크리트로 충전한 콘크리트 충전강관(Concrete Filled Steel Tubular Column; 이하 'CFT'라 함)은 대도시의 인구집중, 토지이용의 한계 등의 문제로 인하여 고층건물의 수요가 증가하면서 그 사용 또한 증가하고 있는 추세이다. 현재 사용중인 CFT 기둥용 강관의 제작방법은 4-Seam Plate 각형강관, 2-Seam Plate 각형강관, 1-Seam 냉간성형 각형강관 등 세 종류가 일반적으로 채택되고 있다. 4-Seam Plate 각형강관은 기둥에 사용되는 강판의 두께가 두꺼운 경우 강판의 4모서리를 용접하여 제작하는 방법이며, 2-Seam Plate 각형강관은 프레스성형 또는 절곡성형을 이용하여 ㄷ자형강 2개를 제작한 후 응력집중이 적게 걸리는 강관의 중앙부를 용접하는 방법이다. 또한 1-Seam 냉강성형 각형강관은 원형강관을 제작한 후 4각 형태로 재성형한 강관이다. 그러나 지금까지의 콘크리트 충전용 일반강관은 콘크리트와의 합성효과의 확보에 의심을 받고 있는바, 스터드 볼트 등을 사용하는 경우도 종종 있었다.

상기한 바와 같은 콘크리트 충전용 강관의 문제점을 개선하여 콘크리트와 강관의 합성효과를 적극적으로 유도하기 위하여 4개의 강판을 ㄱ형으로 절곡하는 방식으로 제작성을 높이고 모서리의 응력집중 위치를 피한 기둥 중앙부에 용접부를 위치시킴으로서 강관 모서리 절곡과 용접열에 의한 잔류응력의 영향을 최소화한 냉간성형 각형강관이 제안되었다. 도 6에 4개의 냉간성형 강판을 이용한 각형강관을 도시하였다. 도시된 바와 같이 이 냉간성형 각형강관(10)은 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부(111)가 형성된 4개의 리브L형 단위부재(11,12,13,14)를 절곡부(111)가 서로 접하도록 모서리에 배치, 용접하여 폐쇄형 단면을 갖도록 구성한 것이다. 이 냉간성형 각형강관의 특징은 얇은 강판을 절곡하여 단위부재로 이용함으로써 종래의 폐쇄형 철골부재에 비하여 경제적인 제작이 가능해지고 나아가 얇은 단면을 가지는 강판으로 제작되면서 큰 좌굴내력을 발휘하며 특히 충전기둥으로 사용할 경우 콘크리트의 구속력을 증대시키는 장점이 있다.

그러나 이 냉간성형 각형강관 자체를 또는 내부에 콘크리트를 충전하여 기둥으로 사용할 경우, 4개의 냉간성형 강판을 접합한 용접선으로 인해 강재보를 접합하기 곤란한 문제점이 있다. 즉, 강재보를 기둥에 단순접합(핀접합, 전단접합)할 경우 접합부의 제작 및 설치의 용이성을 고려하여 공장에서 기둥에 연결재(플레이트나 T형강)를 용접하고 현장에서 보 웨브와 연결재를 고력볼트 접합하는 방법이 일반적으로 사용되는데, 도 7에 나타낸 바와 같이 냉간성형 각형강관(10)의 경우 각형강관을 구성하기 위한 단위부재들간의 용접선과 플레이트(50)를 기둥(10)에 용접하기 위한 용접선이 서로 겹쳐 플레이트(50)를 기둥(10)에 용접하기 어려워지는 문제가 있다.

한편, 기둥-보 접합부에서는 보 단부에 생기는 휨모멘트가 보 플랜지 위치에서 기둥에 집중적으로 작용한다. 이와 같이 보 단부의 휨모멘트가 클 경우에는 도 8과 같이 기둥이 국부적으로 대변형을 일으키며 파괴를 유발한다. 따라서 이것을 방지하기 위해 수평스티프너를 설치해야 한다. 그러나 냉간성형 각형강관의 경우 수평스티프너를 설치하기 곤란하다는 문제점이 있다. 특히 냉간성형 각형강관에 콘크리트를 충전하여 충전기둥으로 사용할 경우 더욱 그러하다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 각형강관을 구성하기 위한 단위부재들간의 용접선과 연결재를 기둥에 용접하기 위한 용접선이 서로 겹쳐 연결재를 기둥에 용접하기 어려워지는 문제와 수평스티프너를 각형강관의 내부에 설치하기 곤란한 문제를 해결하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부가 형성된 리브L형 단위부재 4개를 절곡부가 서로 접하도록 모서리에 배치, 용접하여 폐쇄형 단면을 갖도록 구성한 각형강관 기둥의 보가 접합되는 위치의 내부에 십자형 보강판을 설치하되 십자형 보강판의 각 단부가 모두 일정 길이로 각형강관 외부로 노출되도록 하여 보를 접합하기 위한 플레이트를 구성하도록 한 것을 특징으로 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조가 제공된다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 십자형 보강판, 십자형 보강판의 개방부에 각각 용접 접합되어 폐쇄형 단면을 구성하되 십자형 보강판의 각 단부가 모두 일정 길이로 노출되도록 접합되며 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부가 형성된 4개의 리브L형 단위부재 및 십자형 보강판과 단위부재 조립체의 상하면에 각각 용접된 상하 다이아프램으로 구성된 연결재의 상하 다이아프램에 각각 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부가 형성된 리브L형 단위부재 4개를 절곡부가 서로 접하도록 모서리에 배치, 용접하여 폐쇄형 단면을 갖도록 구성한 각형강관 기둥을 연결한 것을 특징으 로 하는 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조가 제공된다.

본 발명에 따르면 보가 접합될 기둥의 위치에 십자형 보강판의 단부가 노출되도록 설치함으로써 강재보를 용이하게 기둥에 접합할 수 있을 뿐만 아니라 보 단부에 생기는 휨모멘트가 보 플랜지 위치에서 기둥에 집중적으로 작용함으로써 기둥이 국부적으로 대변형을 일으키는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 각형강관을 구성하기 위한 단위부재들간의 용접선과 연결재를 기둥에 용접하기 위한 용접선이 서로 겹쳐 연결재를 기둥에 용접하기 어려워지는 문제와 수평스티프너를 각형강관의 내부에 설치하기 곤란한 문제를 관통다아프램 형식으로 보가 기둥에 접합될 수 있도록 구성할 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.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면 본 실시 예에 따른 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조는, 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부(111)가 형성된 4개의 리브L형 단위부재(11,12,13,14)를 절곡부(111)가 서로 접하도록 모서리에 배치, 용접하여 폐쇄형 단면을 갖도록 구성한 각형강관 기둥(10)의 보가 접합되는 위치의 내부에 십자형 보강판(20)을 설치하되 십자형 보강판(20)의 각 단부가 모두 일정 길이로 각형강관(10) 외부로 노출되도록 하여 돌출된 부분(21)이 보를 접합하기 위한 플레이트가 되도록 구성하도록 한 것이다.

즉, 본 실시 예에서는 보 단부에 생기는 휨모멘트가 보 플랜지 위치에서 기둥에 집중적으로 작용함으로써 기둥이 국부적으로 변형을 일으키는 것을 방지함과 아울러 보를 기둥에 접합하기 위한 연결재로서 각형강관 기둥의 내부에 십자형 보강판을 설치하였다. 십자형 보강판을 구성하는 각 판의 높이는 십자형 보강판이 보를 접합하기 위한 플레이트가 되는 점을 감안한여 적절히 선택될 수 있다. 십자 보강판은 각형강관 기둥의 제작시 미리 보가 결합될 위치에 설치된다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조를 이용해 강재보를 기둥에 접합한 상태를 나타낸 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각형강관 기둥을 제작할 때 미리 십자형 보강판을 설치해 둠으로써 이 십자형 보강판을 이용해 강재보를 기둥에 쉽게 접합할 수 있다. 도 2에서는 십자형 보강판(20)의 돌출된 부분(21)에 강재보(30)의 웨브(31)를 볼트를 이용해 접합하는 단순접합(전단접합)의 예를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조를 나타낸 사시도이다.

도 3을 참조하면 본 실시 예에서는 각형강관 기둥에 강재보가 접합되는 위치에 연결재를 접합해 이 연결재를 이용해 강재보를 단순접합 및 강접합할 수 있도록 구성한 것이다. 구체적으로 연결재(40)는 십자형 보강판(41), 십자형 보강판(41)의 개방부에 각각 용접 접합되어 폐쇄형 단면을 구성하되 십자형 보강판(41)의 각 단부가 모두 일정 길이로 노출되도록 접합되며 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부(421)가 형성된 4개의 리브L형 단위부재(42a,42b,42c,42d) 및 십자형 보강판(41)과 단위부재 조립체의 상하면에 각각 용접된 상하 다이아프램(43,44)으로 구성되며 연결재(40)의 상하 다이아프램(43,44)에는 각각 각형강관 기둥(10)이 연결된다. 여기서 상하 다이아프램에는 각형강관 기둥의 크기 보다 더 크게 제작된다.

도 4는 연결재의 다른 실시 예을 나타낸 분해사시도이다.

도 4에 나타낸 바와 같이 본 실시 예에서의 연결재(40a)는 각형강관 기둥의 내부에 콘크리트를 충전할 수 있도록 상하 다이아프램에 구멍이 천공되어 있다. 이 구멍은 바람직하게는 중앙부에 단위부재의 절곡부(421)에 내접하는 크기의 중앙 구멍(45a)과 중앙 구멍(45a)에서 모서리에 내접하는 크기의 4개의 주변부 구멍(45b,45c,45d,45e)으로 조합하여 천공하는 것이 보다 밀실하게 콘크리트를 충전할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조를 이용해 강재보를 기둥에 접합한 상태를 나타낸 사시도이다.

본 실시 예에 따르면 상하 다이아프램과 노출된 십자형 보강판에 의해 종래 H형 압연형강 보의 접합부 구조와 동일한 구조를 구성할 수 있다. 즉, 본 실시 예에 따르면 관통다이아프램 형식의 기둥-보 접합부 구조가 되며 십자형 보강판이 노출되어 있으므로 별도로 강재보의 웨브를 접합하기 위한 플레이트를 각형강관 기둥에 용접할 필요가 없다. 따라서 강재보의 플랜지(32,33)는 상하 다이아프램(43,44) 에 각각 용접 또는 볼트로 접합되고 노출된 십자형 보강판(41)에는 강재보의 웨브(31)가 고력볼트 접합되는 강접합 구조를 구성할 수 있다.

한편, 도시하지는 않았지만 도 3에 도시된 실시 예에서 상하 다이아프램(43,44)을 제외하고 연결재(40)에 직접 각형강관 기둥(10)을 연결하는 것도 가능하다.

이상에서 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 실시 예에 따른 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조를 이용해 강재보를 기둥에 접합한 상태를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조를 나타낸 사시도이다.

도 4는 연결재의 다른 실시 예을 나타낸 분해사시도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조를 이용해 강재보를 기둥에 접합한 상태를 나타낸 사시도이다.

도 6은 냉간성형 각형강판을 나타낸 단면도이다.

도 7은 냉강성형 각형강관 기둥에 강재보를 접합하는 것을 나타낸 분해사시도이다.

도 8은 기둥-보 접합부의 국부변형을 나타낸 도면이다.

Claims (3)

1. 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부가 형성된 리브L형 단위부재 4개를 절곡부가 서로 접하도록 모서리에 배치, 용접하여 폐쇄형 단면을 갖도록 구성한 각형강관 기둥의 보가 접합되는 위치의 내부에 십자형 보강판을 설치하되 십자형 보강판의 각 단부가 모두 일정 길이로 각형강관 외부로 노출되도록 하여 보를 접합하기 위한 플레이트를 구성하도록 한 것을 특징으로 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조.
2. 십자형 보강판, 십자형 보강판의 개방부에 각각 용접 접합되어 폐쇄형 단면을 구성하되 십자형 보강판의 각 단부가 모두 일정 길이로 노출되도록 접합되며 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부가 형성된 4개의 리브L형 단위부재 및 십자형 보강판과 단위부재 조립체의 상하면에 각각 용접된 상하 다이아프램으로 구성된 연결재의 상하 다이아프램에 각각 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부가 형성된 리브L형 단위부재 4개를 절곡부가 서로 접하도록 모서리에 배치, 용접하여 폐쇄형 단면을 갖도록 구성한 각형강관 기둥을 연결한 것을 특징으로 하는 냉간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조.
3. 청구항 2에 있어서,

   상하 다이아프램에는 다수개의 구멍이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 냉 간성형 각형강관 기둥의 강재보 접합부 구조.

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