KR101018824B1 - 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법 및 이를 이용한 구조물 시공방법 - Google Patents

티형 강재를 이용한 합성보 제작방법 및 이를 이용한 구조물 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 T형 강재, 상기 T형 강재의 양 단부에 설치되는 역 T형 강재, 상기 역 T형 강재에 설치되는 수직 스티프너를 이용하여 제작된 강합성보에 관한 것으로서, 동일단면 및 춤을 가진 강합성 보에 대비하여 사용되는 강재량을 줄일 수 있으면서도 자중을 최소화할 수 있으며, 긴장재에 의한 프리스트레스에 의하여 효율적이고 경제적인 합성보의 단면설계가 가능하게 되며, 기둥부재 및 길이에 따른 연결시공이 간편하고, 자중이 크지 않아 보다 효율적인 시공 및 관리가 용이할 뿐 만 아니라 천정 및 마감용 설비 시공도 간편한 T형 강재를 이용한 합성보 제작방법 및 이를 이용한 구조물 시공방법에 관한 것이다.
그리고 본 발명은 T형 강재의 복부 하단에 한 쌍의 앵글 보강재를 대향으로 장착하여 하부 인장 플랜지의 형성 및 허니컴 구조 보의 절단부 휨 좌굴 방지로 PC 단면 및 긴장재의 개수를 감소시킬 수 있고, 허용 압축 응력을 증대시킬 수 있으며, 허니컴 부분의 압축 전달면을 보완하여 라멜라 테어링(lamellar tearing) 발생가능 부위를 보완하며, PC 단면과의 종방향 일체성 및 안전성을 확보할 수 있고, 횡방향 응력 전달을 이루어 구조적으로 안정된 효과가 얻어지게 된다.
Figure R1020090002293
합성빔, 허니콤, 긴장재, 티형 강재, 합성보 제작방법

Description

티형 강재를 이용한 합성보 제작방법 및 이를 이용한 구조물 시공방법{COMPOSITE BEAM MAKING METHOD USING T-TYPED CHANNEL BEAM AND STRUCTURE CONSTRUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 합성보 제작방법및 이를 이용한 구조물 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 I형 강재의 복부를 제단하여 복수로 동일하게 제작된 T형 강재의 하부 주위에 케이싱 콘크리트로 합성시키고 프리 스트레스(pre-stress)를 더 도입시켜 제작한 T형 강재를 이용한 합성보 제작방법 및 이를 이용한 구조물 시공방법에 대한 것이다.
종래 건축물에 사용되는 보(BEAM)는 다양한 방법으로 제작되도록 하는데, 예컨대 강재보 또는 PSC 보를 이용하거나, 강재와 콘크리트를 합성시킨 강 합성보가 이용되고 있다.
도 1a의 경우에는 양단부의 기둥철골(10) 사이에 I형 강재 보(20)를 연결강재(11)를 이용하여 설치한 후, 상기 강재 보(20) 상부면에 바닥판 콘트리트(30)를 타설, 양생시킨 경우를 도시한 것으로서 가장 통상적인 방법에 의한 건축물용 보를 이용한 슬래브(바닥판) 시공방법을 도시한 것이라 할 수 있다.
하지만 이러한 I형 강재보(20)의 경우 다소 고가라는 문제점 때문에 최근 고가의 강판가격을 고려할 경우 다소 비 경제적이었다.
특히 강재와 콘크리트를 합성시켜 제작하는 합성보와 관련하여 샌드위치 합성보(40)가 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있다.
상기 도 1b에 의한 샌드위치 합성보(40)는 병렬로 이격된 측면 형강보(41)와 상기 샌드위치 합성보(40) 사이에 충전된 콘크리트(42)로 구성되어 있으며, 상기 콘크리트(42) 타설을 위하여 측면 형강보(41)의 하부플랜지 내측 상부에 걸쳐져 설치된 하부받침판(43)으로 구성되어 있으며, 상기 도 1c에 의한 샌드위치 합성보(40)는 병렬로 이격된 H형 철골인 측면 형강보(41), 상기 샌드위치 합성보(40) 사이에 충전된 콘크리트(42) 및 상기 콘크리트(42) 내측에 매설된 긴장재(44)와 상기 콘크리트(42) 타설을 위하여 측면 형강보(41)의 하부플랜지 내측 상부에 걸쳐져 설치된 하부받침판(43)으로 구성되어 있다.
하지만 이러한 샌드위치 합성보(40)의 경우 형강보(41)의 과다 사용및 내화피복으로 인하여 경제성 측면에서 거의 채택하기 어려운 합성보 형태라 할 수 있으며, 통상 건축물의 경우 그 뼈대구조는 H형 철골이 주로 이용되는데 이러한 H형 철골에 상기 샌드위치 합성보(40)를 연결시키기 위해서는 강재인 H형 철골과 샌드위치 합성보 단부면의 콘크리트와이 이질적인 재료의 접합을 충분히 확보할 수 있는 수단을 필요로 한다.
하지만 아무래도 이러한 접합수단은 도 1a와 같이 강재(기둥철골)와 강재(I형 강재보)를 서로 볼트 체결하는 방법과 대비하여 시공성, 안정성 및 경제성이 떨 어질 수밖에 없을 뿐만 아니라 콘크리트(42)가 형강보(41) 사이의 전체 공간에 충전되도록 하기 때문에 합성보의 자중이 상당히 커질 수밖에 없다는 문제점이 지적되었다.
나아가, 다수의 샌드위치 합성보(40)를 서로 연결시키는 작업 또한 별도의 상기 접합수단을 필요로 하기 때문에 역시 그 연결방법에 있어 시공성 등이 매우 저하될 수밖에 없다는 문제점이 있었다.
이와는 다른 합성보가 제시되어 있는데, 이는 복부에 설비용 관을 포함하는 관부재를 설치할 수 있는 허니콤구조의 건축물 합성보를 소개한 것인데, I형 단면의 외피강재를 제작하고 그 내부에 콘크리트를 충진시키되, 상기 외피강재의 복부에는 복부 관통홀이 형성되도록 한 것이다. 이로서 합성보에 있어서도 설비용 관과 같은 관부재를 관통홀에 삽입 설치할 수 있는 장점은 있으나, 이러한 허니콤 구조의 합성보는 용접량이 많고 그 제작이 다소 복잡하여 역시 경제성이 떨어진다는 문제점이 있었으며, 역시 H형 철골 사이에 설치할 경우에 있어 강재인 H형 철골과 샌드위치 합성보 단부면의 콘크리트와의 접합부 처리 문제는 역시 별도의 접합수단이 필요하다는 근본적인 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은
합성보를 보다 경제적으로 제작할 수 있으면서도, H형 철골과 같은 기둥 부재와의 연결, 접합시공을 보다 용이하게 하면서도, 자중이 크지 않도록 하되 동일한 형고 라면 장 지간으로 제작할 수 있으며, 합성보의 춤에 따른 적용성을 증진시키고, 다수의 합성보를 서로 용이하게 연결시키되 부가적인 설비 및 부자재를 요구하지 않아, 그 제작성, 시공성 및 경제성을 충분히 확보할 수 있는 T형 강재를 이용한 합성보 제작방법 및 이를 이용한 구조물 시공방법을 제공함에 있다.
그리고 본 발명은 다른 목적으로서, 하부 인장 플랜지의 형성 및 허니컴 구조 보의 절단부 휨 좌굴 방지로 PC 단면 및 긴장재의 개수를 감소시킬 수 있고, 허용 압축 응력을 증대시킬 수 있으며, 허니컴 부분의 압축 전달면을 보완하여 라멜라 테어링(lamellar tearing) 발생가능 부위를 보완하며, PC 단면과의 종방향 일체성 및 안전성을 확보할 수 있고, 횡방향 응력 전달을 이루어 구조적으로 안정된 T형 강재를 이용한 합성보 제작방법 및 이를 이용한 구조물 시공방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, I형 강재의 복부를 길이방향으로 재단하되, 상기 재단은 양단부의 복부 중앙부로터 각각 안쪽까지 연장시킨 후, 상방 경사지면서 복부 상부 상부플랜지 하부에서 수평으로 연장된 후, 복부 중 앙부 하부로 하방 경사지면서 다시 복부 하단 하부플랜지 상부에서 수평으로 연장된 산마루형으로 연속 형성되도록 함으로서 상,하부플랜지에 의한 T형 강재를 구비하되, 상기 상,하부플랜지에 의한 T형 강재의 일 단부를 각각 단부면으로부터 안쪽으로 절단하고, 상기 상,하부플랜지의 절단 단부로부터 첫 번째 상방 돌출된 산마루를 복부 높이에 맞추어 절단하여, 서로 동일한 형상으로 상, 하부플랜지에 의한 복수의 T형 강재들을 제작하고,
상기 복수의 T형 강재 각각에 대해서 양단부의 복부 저면에 역 T형 강재를 일체화시켜, 양단부에 I형 단면을 형성시킴과 더불어 상기 I형 단면의 복부 양측으로 수직 스티프너를 고정시키며,
상기 각각의 T형 강재의 양측 수직 스티프너 사이에서 복부에 걸쳐 케이싱 콘크리트를 형성시키되, 상기 양측 수직 스티프너 외측의 양단부가 강재로 노출되도록 하는 단계를 포함하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 케이싱 콘크리트와의 합성성능과 강성을 증진시키기 위하여 상기 T형 강재의 복부 하부 양측으로 스터드를 형성시키고 철근 배근을 하는 단계를 더 포함하는 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 케이싱 콘크리트의 형성 높이는 상기 T형 강재의 복부에 관통 홀이 노출되는 높이로 형성된 것임을 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 케이싱 콘크리트 타설 이전에, 상기 수직 스티프너 사이에 긴장재를 설치하고, 상기 케이싱 콘크리트 타설 이후에 긴장재를 긴장시킨 후, 수직 스티프너에 정착시켜 케이싱 콘크리트에 프리스트레스를 도입시키는 단계를 더 포함하는 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 수직 스티프너는 각각 수직 부와 수평 부를 갖는 "ㄴ"형의 단면으로 이루어지고, 상기 수평 부에는 다수의 관통 공이 형성되어 긴장재가 끼워져 정착되는 것임을 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 케이싱 콘크리트와의 합성성능과 강성을 증진시키기 위하여 상기 T형 강재의 복부 하부 양측에서 길이방향으로 앵글 보강재를 대향 형성시키고 철근 배근을 하는 단계를 더 포함하는 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 케이싱 콘크리트의 형성 높이는 상기 T형 강재의 복부에 관통 홀이 노출되는 높이로 형성된 것임을 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 케이싱 콘크리트 타설 이전에, 상기 수직 스티프너 사이에 긴장재를 설치하고, 상기 케이싱 콘크리트 타설 이후에 긴장재를 긴장시킨 후, 수직 스티프너에 정착시켜 케이싱 콘크리트에 프리스트레스를 도입시키는 것을 더 포함하는 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 공장에서 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 기재된 방법에 의하여 제작된 티형 강재를 이용한 합성보를 현장에서 적어도 2개 이상 길이방향으로 서로 연결시킨 후, 기둥을 포함하는 단부 구조물에 양단이 고정되도록 설치하고,
상기 케이싱 콘크리트의 타설 이전에 설치된 긴장재를 이용하여 케이싱 콘크리트 타설 이후에 긴장재를 긴장시켜 케이싱 콘크리트에 프리스트레스를 도입시키며, 그리고
상기 프리스트레스가 도입된 T형 강재를 이용한 합성보 상부면에 바닥판 콘크리트를 타설 후 양생시키는 단계를 포함하는 티형 강재를 이용한 합성보를 이용한 구조물 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 케이싱 콘크리트의 형성 높이는 상부 또는 하부플랜지에 의한 T형 강재의 복부에 관통홀이 노출되도록 형성하되, 상기 노출된 관통홀에는 설비용 관을 포함하는 관부재가 더 설치되도록 하는 티형 강재를 이용한 합성보를 이용한 구조물 시공방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 첫째, 동일단면 및 춤을 가진 합성보에 대비하여 사용되는 강재량을 줄일 수 있으면서도, 긴장재에 의한 프리스트레스에 의하여 효율적이고 경제적인 합성보의 단면설계가 가능하게 되며,
둘째, 합성보의 양단부가 I형 강재 형태로 노출되도록 함으로서 그 양단부를 H형 철골인 기둥부재에 연결시키는 작업이 용이하여 그 시공의 편의성 및 안정성이 증진될 수 있으며,
셋째, T형 강재 하부에 형성되는 케이싱 콘크리트의 높이 변동에 대응하여 T형 강재는 그대로 유지 한 채, 역 T형 강재의 형성 높이를 조정하여 그 높이에 대응할 수 있으므로 케이싱 콘크리트의 여러 다양한 규격 및 높이에 대응하는 합성보 제작이 가능하게 된다.
넷째, 강재를 이용하되 프리스트레스가 함께 도입되도록 한 케이싱 콘크리트의 사용으로 합성보의 전체 자중을 줄일 수 있게 된다.
다섯째, 합성보의 양단부에 형성된 역 T형 강재에 수직 스티프너를 설치할 경우 세그먼트 화된 합성보를 서로 용이하게 연결시킬 수 있게 되어 그 운반 및 시공성이 증진될 수 있으며, 상기 수직 스티프너는 합성보의 양단부에 있어 발생하는 국부응력과 전단응력에 효과적으로 저항할 수 있어 합성보의 구조적 안정성을 증진시킬 수 있게 된다.
여섯째, T형 강재의 재단에 따른 케이싱 콘크리트의 상부로 합성보의 복부에 관통홀을 형성시킬 경우 허니콤 방식의 합성보로 이용할 수 있어 천정마감의 효율성을 확보할 수 있으며 케이싱 콘크리트의 형성높이를 조정하여 T형 합성보의 층고높이를 줄일 수 있게 된다.
일곱째, T형 강재의 복부 하단에 한 쌍의 앵글 보강재를 대향으로 장착하기 때문에, 하부 인장 플랜지의 형성 및 허니컴 구조 보의 절단부 휨 좌굴 방지로 PC 단면 및 긴장재의 개수를 감소시킬 수 있고, 허용 압축 응력을 증대시킬 수 있으며, 허니컴 부분의 압축 전달면을 보완하여 라멜라 테어링(lamellar tearing) 발생가능 부위를 보완하며, PC 단면과의 종방향 일체성 및 안전성을 확보할 수 있고, 횡방향 응력 전달을 이루어 구조적으로 안정된 효과가 얻어지게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시 예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 의한 T형 강재를 제작하는 방법을 순서대로 도시한 것이다.
먼저 도 2a에 의하면, I형 강재(100)를 준비하게 된다.
상기 I형 강재(100)는 상부플랜지(110), 복부(120) 및 하부플랜지(130)가 일체로 구성되는 압연강재 기성제품을 이용함으로서 I형 강재(100)를 강판을 가공, 용접하여 제작하는 경우와 구별되도록 한다.
즉, 강판을 가공하여 상부플랜지(110), 복부(120) 및 하부플랜지(130)로서 각각 용접함으로서 I형 단면으로 구성되도록 하는 I형 강재(100)와 대비하여 그 제작비용 발생을 절감할 수 있도록 한다.
예컨대, 상기 I형 강재(100)는 50H-700(높이)× 300(폭)× 13× 24의 규격을 가지는 구조용 압연강재를 사용할 수 있을 것이다.
상기 I형 강재(100)는 복부(120)를 재단하여 2개의 T형 강재(200,300)를 제작하게 된다.
이러한 재단방법은 먼저, I형 강재(100)의 복부(120)를 길이방향으로 재단하되, 재단라인을 먼저, I형 강재(100) 양단부의 복부(120) 중앙부로터 각각 소정의 길이로 안쪽까지 연장시킨 후(A 라인), A 라인의 연장 끝단으로부터 상방 경사지면서 복부(120) 상부, 상부플랜지(110) 하부에서 수평으로 연장시킨 후(B 라인, C 라인), 다시 복부(120) 중앙부 하부로 하방 경사지면서 다시 복부(120) 하부, 하부플랜지(130) 상부에서 수평으로 연장된 라인(D 라인, E 라인)이 반복된 산마루형(A,B,C,D,E 라인 반복) 재단이 연속 형성되도록 함으로서 상부플랜지에 의한 T형 강재(200) 및 하부플랜지에 의한 T형 강재(300)를 도 2b 상단 및 하단에 도시된 것과 같이 구비될 수 있도록 한다.
이로서 본 발명은 1개의 I형 강재(100)로부터 2개의 T형 강재(200,300)를 구비할 수 있으며, 각각의 T형 강재(200,300)를 1개의 합성보에 이용함으로서 최종 2개의 합성보를 제작할 수 있어 1개의 I형 강재(100)를 이용하는 것과 대비하여 강재량 절감이 가능하도록 함을 알 수 있다.
이는 상부플랜지에 의한 T형 강재(200) 및 하부플랜지에 의한 T형 강재(300)가 서로 동일한 형상으로 재단 되도록 함을 전제로 해야 하는데, 이를 위해 본 발명에서는 도 2b의 상,하부플랜지에 의한 T형 강재(200,300) 일부를 추가로 재단하게 하며, 그 재단부분을 빗금 친 부분(F,G)으로 표시하였다.
즉, 상기 상,하부플랜지에 의한 T형 강재(200,300)의 양단부를 단부면으로부 터 안쪽으로 절단(F 부분)하고, 양 복부로부터 첫 번째 상방 돌출된 산마루(G 부분)를 복부 높이(H1)에 맞추어 절단하여, 도 2c와 같이 재단된 하부플랜지에 의한 T형 강재(300)를 상하로 뒤집을 경우 상부플랜지에 의한 T형 강재(200)와 동일한 형상으로 하부플랜지에 의한 T형 강재(300)를 제작할 수 있도록 하게 된다.
이때 상,하부플랜지에 의한 T형 강재(200,300)의 양단부 복부부위 길이(L1)와 양단부와 산마루 부분이 절단된 상,하부플랜지에 의한 T형 강재(200,300)의 양단부 복부부위 길이(L2)는 서로 동일하게 형성되도록 한다.
위와 같이 상부플랜지 및 하부플랜지에 의한 T형 강재(200,300)가 구비되면, 도 3a, 도 3b 및 도 3c와 같이 역 T형 강재(400)를 그 각각의 양단부에 용접하여 설치하게 된다. 이하에서 상기 상부플랜지 및 하부플랜지에 의한 T형 강재(200,300)들은 본 발명에 따라서 서로 동일하게 가공되지만, 설명의 간략화를 위하여 이하에서는 상부플랜지에 의한 T형 강재(200)에 대하여 보다 중점적으로 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
즉, 도 3a와 같이, 먼저 1개의 T형 강재(200의 양단부에 있어 재단된 복부(120) 저면에 역 T형 강재(400)의 복부(420)를 용접하여 일체로 형성시키게 된다. 이로서 T형 강재(200)의 양단부는 I형 단면으로 형성되도록 함을 알 수 있다.
이때, T형 강재(200)의 재단된 복부(120)의 길이와 역 T형 강재(400)의 복부(420)의 길이는 동일한 길이로 형성되도록 하게 된다.
또한 상기 복부(420)의 높이는 원하는 만큼 조정이 가능하여 추후 타설되는 케이싱 콘크리트(700) 높이에 따라 미리 그 높이를 정할 수 있게 되어 합성보의 춤 을 자유롭게 조정할 수 있도록 하되, T형 강재(200)는 그대로 유지가 가능함으로서 보다 용이한 합성보의 춤에 따른 단면규격에 대비할 수 있게 된다.
또한 상기 역 T형 강재(400)의 복부(420) 안쪽에는 양면으로부터 수평으로 연장되는 스터드(800)를 설치하되, T형 강재(200)의 복부(120)에도 역시 스터드(800)를 설치함으로서 추후 타설되는 케이싱 콘크리트(700)와의 합성능력이 증가되도록 한다. 또한, 상기 T형 강재(200)와 역 T형 강재(400)에는 수직 스티프너(500)가 설치될 수 있도록 한다.
상기 수직 스티프너(500)는 도 3c에 도시된 바와 같이, T형 강재(200)의 상부플랜지(210)의 저면으로부터 역 T형 강재(400)의 하부플랜지(430)의 상면 사이에 수직으로 용접 설치되는 강재판으로서 수직판(510)과 수평판(520)으로 구성되며 전체적으로 L형으로 제작될 수 있으나 그 형상은 적의 변경이 가능하다.
상기 수평판(520)에는 후술되는 긴장재(600)가 관통할 수 있도록 관통공(521)이 다수 형성될 수 있도록 한다.
이러한 수직 스티프너(500)는 개략 역 T형 강재(400)의 중앙부위에 배치되도록 하되, 2개로 나뉘어 서로 마주보도록 설치되도록 한다.
이에 상기 양 수직 스티프너(500) 내측 사이에는 이후에 도 7을 참조하여 설명되는 바와 같이, 케이싱 콘크리트(700)가 타설되며, 수직 스티프너(500) 외측에는 별도의 케이싱 콘크리트(700)가 타설되지 않아 그대로 외부로 노출될 수 있게 된다.
그리고 도 3c에 의하면 상기 수직 스티프너(500)가 역 T형 강재(400)에 스터 드(800)와 함께 일체로 미리 제작될 수 있음을 보인 것으로서, 이러한 제작방식을 따르게 되면 역 T형 강재(400)를 T형 강재(200)에 설치하는 것만으로 수직 스티프너(500)와 스터드(800)를 동시에 설치할 수 있도록 함을 알 수 있다.
나아가, 상기 수직 스티프너(500)의 폭 및 높이는 다양하게 용도에 맞추어 변경할 수 있게 되어 케이싱 콘트리트의 폭 등에도 용이하게 대응할 수 있게 됨을 알 수 있다.
그리고 상기 양 수직 스티프너(500) 내측 사이에는 이후에 케이싱 콘크리트(700)의 타설을 위하여 철근 배근(550)이 이루어진다.
이와 같은 철근 배근(550)은 스터드(800)를 에워싸도록 이루어지며 상기 양 수직 스티프너(500) 내측 사이에서 이루어진다.
또한 다음으로는 도 5에 도시된 바와 같이, 위에서 살펴본 T형 강재(200a,200b), 역 T형 강재(400a,400b)를 서로 덧댐판(230)과 볼트(240)와 너트를 이용하여 길이방향으로 서로 연결할 수 있도록 한 것과 긴장재(600)의 설치상태를 도시한 것이다.
이에 본 발명에 의한 T형 강재(200a,200b)등은 수직 스티프너(500a,500b)에 의하여 양단부가 강재로 그대로 노출된 상태를 유지할 수 있기 때문에 간단하게 덧댐판(230)과 볼트(240)를 이용하여 서로 용이하게 연결할 수 있도록 함을 알 수 있다. 즉, T형 강재(200a,200b)에 설치된 역 T형 강재(400a,400b)에는 수직 스티프너(500a,500b)에 관통공(521)이 형성되어 있으므로 이러한 관통공을 이용하여 PC 강연선과 같은 긴장재(600)를 수평방향으로 미리 배치하고 나서, 상기 수직 스티프 너(500a,500b)에 별도의 긴장장치를 이용하여 긴장 후 정착될 수 있도록 한다.
이에 본 발명에 의한 T형 강재(200a,200b)는 그 길이방향으로 다수의 T형 강재(200a,200b)의 연결시공이 매우 용이하게 됨을 알 수 있으며, 그 연결 시 T형 강재와 역 T형 강재들을 서로 연결시키기 때문에 강재 접합 만에 의하여 이루어지므로 서로 다른 재질(강재와 콘크리트)이 접합되지 않아 그 접합 또는 연결성능을 충분히 확보할 수 있음을 알 수 있으며, 볼트(240)와 덧댐판(230)과 같은 연결수단을 사용하기 때문에 시공 및 그 품질관리도 매우 용이함을 알 수 있다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d 및 도 6e에는 양 수직 스티프너(500) 내측 사이에서 철근 배근(550)과 긴장재(600)가 스터드(800)와 함께 설치된 상태가 도시되어 있다. 이와 같은 구조에서는 도 6c에 도시된 바와 같이, 철근 배근(550)이 그 내측에 긴장재(600)와 스터드(800)를 에워싸고 있음을 알 수 있다.
다음으로는 도 7과 같이 케이싱 콘크리트(700;700a,700b)를 미 도시된 거푸집을 이용하여 양 수직 스티프너(500) 내측 사이에 형성시키게 된다. 이러한 케이싱 콘크리트(700a,700b)는 수직 스티프너(500a,500b) 사이에 형성되도록 함으로서 상기 수직 스티프너(500a,500b)가 일종의 측면 거푸집 역할을 할 수 있음을 알 수 있어 거푸집 제작 및 시공비용도 절감될 수 있음을 알 수 있다. 또한 T형 강재(200), 역 T형 강재(400)에 있어 형성시킨 스터드(800)에 의하여 케이싱 콘크리트와의 합성능력을 증진시킬 수 있도록 한다.
이러한 케이싱 콘크리트(700a,700b)는 그 형성높이를 정함에 있어 T형 강재(100)의 복부(120)에 있어 재단라인인 C라인에 도달하지 않도록 하게 되는데 이 로서 케이싱 콘크리트(700a,700b) 타설 이후에는 케이싱 콘크리트 상부표면과 상기 C 라인 사이에 일정한 관통홀(S)이 형성될 수 있음을 알 수 있다.
이로서 본 발명에 의한 합성보는 복부에 설비용 관과 같은 관부재(900)가 관통 설치될 수 있음을 알 수 있어 허니콤 구조로서 구조물에 있어 층고의 감소시킬 수 있게 됨을 알 수 있으며 하층 천정에 있어 스프링쿨러와 같은 천정 마감설비를 설치할 수 있어 층고 천정 마감공간을 효율적으로 이용할 수 있음을 알 수 있다.
나아가, 상기 케이싱 콘크리트(700)에는 긴장재(600)가 긴장 후 정착되어 압축 프리스트레스가 도입되도록 하여 동일한 춤을 기준으로 합성보의 휨 강성을 충분히 확보할 수 있음을 알 수 있어 동일단면 및 춤을 가진 합성보에 대비하여 사용되는 강재량을 줄일 수 있으면서도, 긴장재에 의한 프리스트레스에 의하여 효율적이고 경제적인 합성보의 단면설계가 가능하게 됨을 알 수 있다.
또한 상기 긴장재에 의한 프리스트레스 도입에 의하여 케이싱 콘크리트의 단면크기를 효율적으로 조정하여 합성보의 자중이 감소될 수 있도록 하여 합성보의 제작 및 시공을 안정적으로 가능할 수 있도록 함을 알 수 있다.
이와 같이 제작된 합성보는 예를 들면 도 1a에 도시된 바와 같은, 기둥 철골(10) 사이에 얹어져 설치될 수도 있고, 그 양단부가 역 T형 강재(400)에 의한 강재로 노출되어 역시 간단한 덧댐판(230) 및 볼트(240)를 이용하여 H형 철골과 같은 기중구조물에의 연결시공이 매우 용이하여 그 설치도 매우 간단해지며 이는 결국 합성보의 양단부가 수직 스티프너(500) 및 역 T형 강재(400)에 의하여 I형 단면의 강재로서 외부에 노출되기 때문임을 알 수 있다.
이에 본 발명의 합성보가 기둥구조물 등에 설치되면 슬래브(바닥판) 콘크리트를 타설, 양생하여 구조물 상,하 층에 대한 기본적인 구조물 시공이 완료될 수 있도록 하게 된다.
나아가, 본 발명의 합성보는 수직 스티프너를 설치하지 않고, 상부 또는 하부플랜지에 의한 T형 강재를 구비한 후, 양단부에 역 T형 강재를 설치하고, 긴장재를 상기 역 T형 강재의 하부플랜지 주위에 미리 배치하고, 상기 긴장재가 매립되어 포함되도록 하되 합성보의 관통홀이 형성되도록 함과 더불어 합성보의 양단부는 T형 및 역 T형 강재가 노출되도록 형성 높이를 정해 케이싱 콘크리트를 타설, 양생시킨 후, 긴장재를 긴장, 정착시킴으로서 수직 스티프너가 배제된 합성보 제작도 가능하다.
또한 미도시하였으나, 수직 스티프너 설치와 상관없이 케이싱 콘크리트의 형성 높이를 도 2a에 있어 재단라인 C 상부까지 형성되도록 하여 관통홀이 형성되지 않도록 하는 합성보 제작이 가능하며, 케이싱 콘크리트에 프리스트레스 도입이 가능하도록 할 수 있다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c에는 상기 케이싱 콘크리트(700)와의 합성성능과 강성을 증진시키기 위하여 상기 T형 강재(200)의 복부(120) 하부 양측에서 길이방향으로 앵글 보강재(920)를 대향 고정시키고 철근 배근(550)을 하는 구조가 도시되어 있다.
이와 같이 앵글 보강재(920)를 설치하면 하부 인장 플랜지의 형성 및 허니컴 구조 보의 절단부 휨 좌굴 방지로 PC 단면 및 긴장재의 개수를 감소시킬 수 있고, 허용 압축 응력을 증대시킬 수 있다. 또한 허니컴 부분의 압축 전달면을 보완하여 라멜라 테어링(lamellar tearing) 발생가능 부위를 보완하고, PC 단면과의 종방향 일체성 및 안전성을 확보할 수 있으며, 횡방향 응력 전달을 이루어 구조적으로 더욱 안정될 수 있다.
그리고 상기 앵글 보강재(920)와 철근 배근(550)을 설치한 다음에는 상기 케이싱 콘크리트(700)의 형성 높이가 상기 T형 강재(200)의 복부(120)에 관통 홀(S)이 노출되는 높이로 형성되는데, 이와 같은 상기 케이싱 콘크리트(700) 타설 이전에는 도 9a, 도 9b 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 수직 스티프너(500) 사이에 긴장재(600)를 설치하고, 상기 케이싱 콘크리트(700) 타설 이후에 긴장재(600)를 긴장시킨 후, 수직 스티프너(500)에 정착시켜 케이싱 콘크리트(700)에 프리스트레스를 도입시키게 된다.
상기와 같이 본 발명은 I형 강재의 복부를 길이방향으로 재단하여 복수의 I형 강재를 제작하고, 이를 이용하여 동일단면 및 춤을 가진 합성보에 대비하여 사용하기 때문에 강재량을 줄일 수 있으면서도, 긴장재에 의한 프리스트레스에 의하여 효율적이고 경제적인 합성보의 단면설계가 가능하게 되며, 합성보의 양단부가 I형 강재 형태로 노출되도록 함으로서 그 양단부를 H형 철골인 기둥부재에 연결시키는 작업이 용이하여 그 시공의 편의성 및 안정성이 증진될 수 있다.
그리고 T형 강재 하부에 형성되는 케이싱 콘크리트의 높이 변동에 대응하여 T형 강재는 그대로 유지 한 채, 역 T형 강재의 형성 높이를 조정하여 그 높이에 대응할 수 있으므로 케이싱 콘크리트의 여러 다양한 규격 및 높이에 대응하는 합성보 제작이 가능하게 된다. 또한 강재를 이용하되 프리스트레스가 함께 도입되도록 한 케이싱 콘크리트의 사용으로 합성보의 전체 자중을 줄일 수 있고, 합성보의 양단부에 형성된 역 T형 강재에 수직 스티프너를 설치할 경우 세그먼트 화된 합성보를 서로 용이하게 연결시킬 수 있게 되어 그 운반 및 시공성이 증진될 수 있으며, 상기 수직 스티프너는 합성보의 양단부에 있어 발생하는 국부응력과 전단응력에 효과적으로 저항할 수 있어 합성보의 구조적 안정성을 증진시킬 수 있게 된다.
뿐만 아니라 T형 강재의 재단에 따른 케이싱 콘크리트의 상부로 합성보의 복부에 관통홀을 형성시킬 경우 허니콤 방식의 합성보로 이용할 수 있어 천정마감의 효율성을 확보할 수 있으며 케이싱 콘크리트의 형성높이를 조정하여 T형 합성보의 층고높이를 줄일 수 있게 된다.
그리고 상기 T형 강재의 복부 하단에 한 쌍의 앵글 보강재를 대향으로 장착하기 때문에, 하부 인장 플랜지의 형성 및 허니컴 구조 보의 절단부 휨 좌굴 방지로 PC 단면 및 긴장재의 개수를 감소시킬 수 있고, 허용 압축 응력을 증대시킬 수 있으며, 허니컴 부분의 압축 전달면을 보완하여 라멜라 테어링(lamellar tearing) 발생가능 부위를 보완하며, PC 단면과의 종방향 일체성 및 안전성을 확보할 수 있고, 횡방향 응력 전달을 이루어 구조적으로 안정되는 것이다.
본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 실시 예를 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.
도 1a는 종래 철골구조의 구조물 시공단면도를 도시한 것이고,
도 1b 및 도 1c는 종래 샌드위치 합성보의 예를 도시한 것이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 의하여 제작되는 T형 강재의 재단방법을 도시한 것이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 의한 합성보에 있어 T형 강재와 역 T형강재 및 완성사시도를 도시한 것이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 및 도 5e는 본 발명에 의한 합성보에 있어 T형 강재의 하부에 스터드와 철근 배근한 상태를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 합성보에 긴장재를 설치한 상태를 도시한 것이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d 및 도 6e는 본 발명에 의한 합성보에 있어 T형 강재의 하부에 스터드, 긴장재, 철근 배근 및 케이싱 콘크리트를 시공한 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 합성보에 케이싱 콘크리트를 설치한 상태를 도시한 것이다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명에 의한 합성보에 있어 T형 강재의 하부에 앵글 보강재 및 철근 배근한 상태를 도시한 것이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 본 발명에 의한 합성보에 있어 T형 강재의 하부에 앵글 보강재, 긴장재, 철근 배근 및 케이싱 콘크리트를 시공한 상태를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: I형 강재 110:I형 강재의 상부플랜지
120: I형 강재의 복부 130:I형 강재의 하부플랜지
200,200a,200b: 상부플랜지에 의한 T형 강재
300,300a,300b: 하부플랜지에 의한 T형 강재
400,400a,400b:역 T형 강재
500,500a,500b:수직 스티프너
510:수직 스티프너의 수직판
520:수직 스티프너의 수평판 521:관통공
550: 철근 배근 600:긴장재
700,700a,700b:케이싱콘크리트
800:스터드 900:관부재
920:앵글 보강재

Claims (10)

  1. I형 강재의 복부를 길이방향으로 재단하되, 상기 재단은 양단부의 복부 중앙부로터 각각 안쪽까지 연장시킨 후, 상방 경사지면서 복부 상부 상부플랜지 하부에서 수평으로 연장된 후, 복부 중앙부 하부로 하방 경사지면서 다시 복부 하단 하부플랜지 상부에서 수평으로 연장된 산마루형으로 연속 형성되도록 함으로서 상,하부플랜지에 의한 T형 강재를 구비하되, 상기 상,하부플랜지에 의한 T형 강재의 일 단부를 각각 단부면으로부터 안쪽으로 절단하고, 상기 상,하부플랜지의 절단 단부로부터 첫 번째 상방 돌출된 산마루를 복부 높이에 맞추어 절단하여, 서로 동일한 형상으로 상, 하부플랜지에 의한 복수의 T형 강재들을 제작하고,
    상기 복수의 T형 강재 각각에 대해서 양단부의 복부 저면에 역 T형 강재를 일체화시켜, 양단부에 I형 단면을 형성시킴과 더불어 상기 I형 단면의 복부 양측으로 수직 스티프너를 고정시키며,
    상기 각각의 T형 강재의 양측 수직 스티프너 사이에서 복부에 걸쳐 케이싱 콘크리트를 형성시키되, 상기 양측 수직 스티프너 외측의 양단부가 강재로 노출되도록 하는 단계를 포함하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 케이싱 콘크리트와의 합성성능과 강성을 증진시키기 위하여 상기 T형 강재의 복부 하부 양측으로 스터드를 형성시키고 철근 배근을 하는 단계를 더 포함하는 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 케이싱 콘크리트의 형성 높이는 상기 T형 강재의 복부에 관통 홀이 노출되는 높이로 형성된 것임을 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 케이싱 콘크리트 타설 이전에, 상기 수직 스티프너 사이에 긴장재를 설치하고, 상기 케이싱 콘크리트 타설 이후에 긴장재를 긴장시킨 후, 수직 스티프너에 정착시켜 케이싱 콘크리트에 프리스트레스를 도입시키는 것을 더 포함하는 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 수직 스티프너는 각각 수직 부와 수평 부를 갖는 "ㄴ"형의 단면으로 이루어지고, 상기 수평 부에는 다수의 관통 공이 형성되어 긴장재가 끼워져 정착되는 것임을 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 케이싱 콘크리트와의 합성성능과 강성을 증진시키기 위하여 상기 T형 강재의 복부 하부 양측에서 길이방향으로 앵글 보강재를 대향 형성시키고 철근 배근을 하는 것을 더 포함하는 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 케이싱 콘크리트의 형성 높이는 상기 T형 강재의 복부 에 관통 홀이 노출되는 높이로 형성된 것임을 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 케이싱 콘크리트 타설 이전에, 상기 수직 스티프너 사이에 긴장재를 설치하고, 상기 케이싱 콘크리트 타설 이후에 긴장재를 긴장시킨 후, 수직 스티프너에 정착시켜 케이싱 콘크리트에 프리스트레스를 도입시키는 것을 더 포함하는 특징으로 하는 티형 강재를 이용한 합성보 제작방법.
  9. 공장에서 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 기재된 방법에 의하여 제작된 티형 강재를 이용한 합성보를 현장에서 적어도 2개 이상 길이방향으로 서로 연결시킨 후, 기둥을 포함하는 단부 구조물에 양단이 고정되도록 설치하고,
    상기 케이싱 콘크리트의 타설 이전에 설치된 긴장재를 이용하여 케이싱 콘크리트 타설 이후에 긴장재를 긴장시켜 케이싱 콘크리트에 프리스트레스를 도입시키며, 그리고
    상기 프리스트레스가 도입된 T형 강재를 이용한 합성보 상부면에 바닥판 콘크리트를 타설 후 양생시키는 단계를 포함하는 티형 강재를 이용한 합성보를 이용한 구조물 시공방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 케이싱 콘크리트의 형성 높이는 상부 또는 하부플랜지에 의한 T형 강재의 복부에 관통홀이 노출되도록 형성하되, 상기 노출된 관통홀 에는 설비용 관을 포함하는 관부재가 더 설치되도록 하는 티형 강재를 이용한 합성보를 이용한 구조물 시공방법.
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