KR101049880B1 - 프리캐스트 또는 현장 타설로 만들어진 콘크리트 부재를 구비하는 복합빔 및, 그 시공방법 - Google Patents

프리캐스트 또는 현장 타설로 만들어진 콘크리트 부재를 구비하는 복합빔 및, 그 시공방법 Download PDF

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(주)네오크로스구조엔지니어링
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Abstract

본 발명에 따른 복합빔은 그 중량이 작기 때문에 양중(揚重)이 용이하여 시공성이 우수하고 운반비 등의 물류비용이 감소하며, 콘크리트 소모량이 작기 때문에 친환경적이고, 기둥과의 체결이 용이하다는 특징을 가진다.

Description

프리캐스트 또는 현장 타설로 만들어진 콘크리트 부재를 구비하는 복합빔 및, 그 시공방법{Composite beam having concrete member precasted or casted in place and, construction methods using the same}
본 발명은 복합빔에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 중량이 작기 때문에 양중(揚重)이 용이하여 시공성이 우수하고 운반비 등의 물류비용이 감소하며, 콘크리트 소모량이 작기 때문에 친환경적이고, 기둥과의 체결이 용이하며, 슬래브 작업시 작업자가 발을 디딜 수 있는 충분한 공간을 제공하고 작업자의 부상 위험을 없애며, 데크 플레이트의 규격을 통일할 수 있는, 복합빔에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 복합빔의 시공방법에 대한 것이기도 하다.
일반적으로, 빔(beam)은 하중을 지지하기 위해 기둥과 기둥을 연결하도록 설치되는 구조물로서, 슬래브로부터 전달되는 하중을 지지한다. 이러한 빔은 통상적으로, '工' 형상의 단면을 가지는 철골과, 상기 철골을 감싸도록 타설된 콘크리트 부재와, 철골의 길이방향을 따라 콘크리트 부재의 내부에 매설된 철근 및, 철골의 하부 플랜지 및 철근을 감싸도록 콘크리트 부재에 매설된 스터럽 등을 포함한다.
슬래브가 완성된 경우, 빔이 기둥에 강접 체결된 경우에는 빔의 양단부와 빔의 중앙에 휨모멘트가 크게 작용하고 빔의 양단부에 전단력이 크게 작용한다. 한편, 콘크리트는 압축력에는 강하나 인장저항력은 작다. 본 출원인은 이러한 점에 착안하여, 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 빔(10)의 중앙에는 콘크리트를 적게 타설하여 단면적을 작게 하고 빔(10)의 양단부에는 콘크리트 단면적이 크게 되도록 한 바 있다. 상기 빔(10)은 양단부에 작용하는 모멘트 및 전단력에 효과적으로 대응할 수 있으면서도 콘크리트의 사용량을 줄일 수 있다는 장점을 가진다.
그러나, 상기 빔(10)은 스터럽(11)이 콘크리트 부재(12)의 윗면에 돌출되기 때문에 슬래브 시공시 작업자가 매우 불편하다는 문제점이 있다. 슬래브 시공시, 돌출된 스터럽(11) 때문에 작업자가 발을 디딜 공간이 부족할 뿐만 아니라, 돌출된 스터럽(11)에 걸려 넘어지거나 부상을 당하는 경우가 종종 발생한다. 그리고, 콘크리트 부재(12)를 공장에서 PC(프리캐스트)로 제작하는 경우에 빔(10)을 기둥(20)에 강접시, 프리캐스트된 콘크리트 부재(12)에 의해 상하 플랜지 용접작업이나 웨브의 고력볼트(23) 체결작업이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 도 3에 나타난 바와 같이, 슬래브를 시공하기 위해서 데크 플레이트(d)를 설치하는데, 데크 플레이트(d)는 콘크리트 부재(12)의 상면과 상부 플랜지(13)에 거치되도록 설치된다.
그런데, 돌출된 스터럽(11)으로 인해서 콘크리트 부재(12)의 상면에 거치되는 데크 플레이트(d)와 상부 플랜지(13)에 거치되는 데크 플레이트(d)는 그 길이가 달라져야 한다. 즉, 콘크리트 부재(12)의 상면에 거치될 데크 플레이트(d)는 상부 플랜지(13)에 거치될 데크 플레이트(d) 보다 그 길이가 짧아야 하고, 이에 따라 공사 현장에서는 상부 플랜지(13)에 거치되는 데크 플레이트(d)를 소정 길이만큼 절단하여 콘크리트 부재(12)의 상면에 거치될 데크 플레이트(d)를 만들고 있다. 따라서, 상기 절단에 소요되는 시간만큼 공사가 지연되고 비효율적이게 된다.
한편, 일반적으로 중력방향 하중이 작용하는 강접보(강접빔) 혹은 프리스트레스 방식으로 빔(보)를 제조하는 경우, 빔 단면의 하부에는 압축응력이 작용하고 빔 단면의 상부에는 인장응력이 작용한다. 이러한 빔에 슬래브가 시공되면 슬래브 등의 하중에 의해 빔 단면의 상부에는 압축응력이 작용하게 되고 빔 단면의 하부에는 인장응력이 작용하게 된다.
따라서, 일반적으로 중력방향 하중이 작용하는 강접보 혹은 프리스트레스 방식으로 보를 제조할 때, 인장응력이 작용하는 부분 즉, 중립축(中立軸, neutral axis)의 윗부분까지 콘크리트를 반드시 타설할 필요는 없다. 상기 인장응력이 작용하는 부분에 콘크리트를 타설하지 않더라도 슬래브가 시공되면 고정하중 및 활하중에 의해 상부 슬래브가 압축응력을 받기 때문이다.
아울러, 도 1 및 도 4에 나타난 바와 같이, 빔 제작시 콘크리트를 인장응력이 작용하는 부분 예를 들어, 상부 플랜지(13)까지 타설한 경우에는, 기둥(20)의 플랜지(21)와 콘크리트 부재(12) 사이의 좁은 공간에서 볼트(23)를 관통공(15) 및 결합공(25)에 설치해야 하기 때문에 작업이 용이하지 않고 작업속도가 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 중량이 작기 때문에 양중(揚重)이 용이하여 시공성이 우수하고 운반비 등의 물류비용이 감소되는, 복합빔을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 콘크리트 소모량이 작기 때문에 친환경적인 복합빔을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기둥과의 체결이 용이한 복합빔을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 슬래브 작업시 작업자가 발을 디딜 수 있는 충분한 공간을 제공하고 작업자의 부상 위험을 없앨 수 있는 복합빔을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 슬래브 작업시 사용되는 데크 플레이트의 규격을 통일할 수 있는 복합빔을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 복합빔을 이용한 시공방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 복합빔은, 빔의 전체 길이를 구성하도록 길이방향으로 길게 형성되고 '工' 형상의 단면을 가진 철골; 철골의 웨브의 일부와 하부 플랜지를 그 내부에 매설하는 콘크리트 부재; 상기 길이방향을 따라 콘크리트 부재의 내부에 매설된 보강철근; 및, 상기 길이방향을 따라 소정간격으로 배치되고, 철골의 하부 플랜지와 보강철근을 감싸도록 설치되는 스터럽;을 포함한다. 상기 철골의 상부 플랜지는 콘크리트 부재에 매설되지 않고 외부에 노출되며, 스터럽은 콘크리트 부재에 매설되어 외부에 노출되지 않는다.
상기 콘크리트 부재는 철골의 중앙부에는 설치되지 않고 철골의 양쪽 끝단에만 설치될 수 있다.
또한, 콘크리트 부재와 철골의 결합력을 높이기 위하여 하부 플랜지 또는 웨브에 스터드가 구비되거나 보강 철근의 적어도 일부가 웨브에 용접되어 결합될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 복합빔은, 빔의 전체 길이를 구성하도록 길이방향으로 길게 형성되고 '工' 형상의 단면을 가진 철골; 철골의 하부 플랜지의 아랫면에 결합되어 설치된 콘크리트 부재; 상기 길이방향을 따라 콘크리트 부재의 내부에 매설된 보강철근; 및, 상기 길이방향을 따라 소정간격으로 배치되고, 보강철근을 감싸도록 설치되는 스터럽;을 포함할 수 있다. 상기 철골의 상부 플랜지와 웨브는 콘크리트 부재에 매설되지 않고 외부에 노출되며, 스터럽은 콘크리트 부재에 매설되어 외부에 노출되지 않는다.
상기 콘크리트 부재의 폭(w1)은 하부 플랜지의 폭(w2)과 동일할 수 있다.
또한, 콘크리트 부재는 철골의 중앙부에는 설치되지 않고 철골의 양쪽 끝단에만 설치될 수 있다.
아울러, 콘크리트 부재와의 결합력을 높이기 위하여 하부 플랜지의 아랫면에는 스터드가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합빔은, 빔의 전체 길이를 구성하도록 길이방향으로 길게 형성된 철골; 그 상면이 철골의 하단과 결합된 플레이트; 및 플레이트의 상면이 외부에 노출되도록 플레이트가 매설된 콘크리트 부재;를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 철골은 콘크리트 부재에 매설되지 않고 외부에 노출된다.
상기 철골은 '工' 형상의 단면, 'T' 형상의 단면, 상부 플렌지 보다 하부 플렌지의 폭이 좁은 단면 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.
상기 복합빔은 상기 길이방향을 따라 소정 간격으로 콘크리트 부재에 매설되도록 설치되는 스터럽을 포함할 수 있다. 상기 스터럽은 그 양끝단이 플레이트와 하부 플렌지를 관통한 후, 볼트에 체결됨으로써 콘크리트 부재와 플레이트 및 철골을 결합시킨다.
상기 플레이트와 콘크리트 부재는 철골의 양끝단부에만 설치되고 철골의 중앙부에는 설치되지 않을 수 있다.
상기 철골은 그 중앙부가 '工' 형상의 단면을 가지고 그 양끝단부가 'T' 형상의 단면을 가질 수도 있다. 이 때, 철골과 플레이트는 콘크리트 부재 보다 기둥 쪽으로 더 연장되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면인 복합빔의 시공방법은, 기둥을 설치하는 단계; 및, 상기 복합빔을 기둥에 연결하는 단계;를 포함한다.
이 때, 상기 슬래브를 시공하기 위한 데크 플레이트는 상기 복합빔의 상부 플랜지에 거치되고 콘크리트 부재에는 거치되지 않는 것이 바람직하고, 이에 따라 데크 플레이트의 길이를 통일할 수 있다.
상기 플레이트와 콘크리트 부재의 조립체를 제조하고 철골을 제조한 후, 상기 조립체와 철골을 현장 또는 공장에서 결합할 수 있다.
상기 콘크리트 부재는 기둥의 콘크리트 표면 보다 기둥 쪽으로 더 연장되는 것이 바람직하다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 중량이 작기 때문에 양중(揚重)이 용이하여 시공성이 우수하고 운반비 등의 물류비용이 감소되는 복합빔을 제공한다.
둘째, 콘크리트 소모량이 작기 때문에 친환경적인 복합빔을 제공한다.
셋째, 기둥과의 체결이 용이한 복합빔을 제공한다.
넷째, 슬래브 작업시 작업자가 발을 디딜 수 있는 충분한 공간을 제공하고 작업자의 부상 위험을 없앨 수 있는 복합빔을 제공한다.
다섯째, 슬래브 작업시 사용되는 데크 플레이트의 규격을 통일할 수 있는 복합빔을 제공한다. 이에 따라 슬래브 타설 작업의 효율성을 높일 수 있고 작업 시간을 줄일 수 있다.
여섯째, 이러한 복합빔을 이용한 시공방법을 제공한다.
도 1은 종래 기술에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 3은 도 1의 복합빔을 보여주는 평면도로서, 데크 플레이트가 설치된 것을 보여준다.
도 4는 도 1의 복합빔이 기둥과 연결된 것을 보여주는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합빔과 기둥을 보여주는 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 B-B' 단면도이다.
도 7은 도 5의 복합빔과 기둥이 연결된 것을 보여주는 정면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도 9는 도 8의 C-C' 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도 11은 도 10의 D-D' 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 분해 사시도이다.
도 13은 도 12의 복합빔을 보여주는 단면도이다.
도 14와 도 15는 각각 도 12의 복합빔에 사용될 수 있는 철골을 보여주는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도 17은 도 16의 복합빔을 보여주는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제6 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도 19는 본 발명의 제7 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도 20은 본 발명의 제8 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도 21은 본 발명의 제9 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도 22는 본 발명의 제10 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도 23은 본 발명의 제11 실시예에 따른 복합빔이 기둥에 결합된 것을 보여주는 정면도이다.
도 24는 도 23의 H-H' 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합빔과 기둥을 보여주는 분해 사시도이고, 도 6은 도 5의 B-B' 단면도이다.
도면을 참조하면, 복합빔(100)은 '工' 단면 형상을 가진 철골(30)과, 콘크리트 부재(40)와, 철골(30)의 길이방향을 따라 배치된 보강철근(50) 및, 하부 플랜지(33)와 보강철근(50)을 감싸도록 설치되는 스터럽(55)을 포함한다.
철골(30)은 빔(100)의 전체 길이를 구성하도록 길이방향으로 길게 형성되고, '工' 형상의 단면을 가진다. 철골(30)은 상부 플랜지(31)와, 웨브(32) 및, 하부 플랜지(33)를 포함한다.
철골(30)의 양단부는 콘크리트 부재(40)에 매설되지 않고 외부에 노출되는 것이 바람직하다. 상기 노출된 양단부에는 관통공(35)이 형성되는데, 관통공(35)에는 체결볼트(23)가 삽입된다. 체결볼트(23)는 기둥(20)의 연결부(22)에 형성된 결합공(25) 및 관통공(15)에 삽입된 후, 너트와 체결됨으로써 빔(100)과 기둥(20)을 결합시킨다.
콘크리트 부재(40)는 철골(30)의 길이방향을 따라 설치된다. 콘크리트 부재(40)는 웨브(32)의 일부와 하부 플랜지(33)를 그 내부에 매설한다. 또한, 콘크리트 부재(40)는 철골(30)의 양끝단부까지 연장되지 않고 상기 양단부에 근접한 부분까지만 연장되는데, 기둥(20)을 콘크리트로 피복할 경우에 기둥(20)의 콘크리트의 표면까지, 또는 상기 콘크리트의 표면 보다 기둥(20) 쪽으로 대략 10mm 정도 더 연장되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 중력방향 하중 작용시 강접보의 양단부의 상부에는 인장력이 작용하고, 상기 양단부의 하부에는 압축력이 발생하는데 중립축이 철골빔의 외부에 위치하므로 양단부의 콘크리트를 철골빔 상부플랜지까지 연장시키지 않아도 전단력을 철골빔이 부담하면 구조내력상 안전하다.
복합빔을 프리스트레스 방식으로 제조하는 경우에도 중립축을 중심으로 중립축의 하부에는 압축응력이 작용하고 중립축의 상부에는 인장응력이 작용한다. 콘크리트는 압축응력에 강하고 인장응력에 약하기 때문에 중립축까지 혹은 중립축의 아래 쪽까지만 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 중립축 보다 위쪽의 웨브(32)와 상부 플랜지(31)는 콘크리트 부재(40)에 매설되지 않고 외부에 노출된다. 상기 노출된 부분에는 상부슬래브(도면에 미도시)가 타설되는데, 상부슬래브가 완성되면 상부슬래브는 압축응력을 받게 되고 하부 플랜지(33)는 인장응력을 받게 된다.
또한, 이와 같이 복합빔(100)은 콘크리트 사용량을 줄임으로써 복합빔(100)의 제조단가를 낮출 수 있고 CO2 발생량을 줄일 수 있으며, 복합빔(100)의 중량을 줄임으로써 시공성을 향상시키고 물류 비용을 줄일 수 있다.
아울러, 철골(30)의 양단부가 외부에 노출되고 콘크리트 부재(40)가 웨브(32)의 일부만을 그 내부에 매설하기 때문에 복합빔(100)과 기둥(20)의 연결작업이 용이해진다. 즉, 도 7에 나타난 바와 같이, 기둥(20)의 플랜지(21) 측방향에 비교적 넓은 공간이 확보되기 때문에 체결볼트(23)를 이용한 결합작업이 용이해진다. 기존에는 콘크리트 부재(12)가 웨브(32) 및 상부 플랜지(31)를 그 내부에 매설했기 때문에 플랜지(21)의 측방향 쪽에 충분한 공간이 확보될 수 없었다.
나아가, 기존에는 콘크리트가 상부플랜지(도 1, 3의 13)까지 타설되고 스터럽(11)이 외부에 노출되기 때문에 콘크리트 부재(12)에 거치되는 데크 플레이트(d)와 상부 플랜지(13)에 거치되는 데크 플레이트(d)의 길이가 달라야 했다(이러한 문제점은 '배경기술'에서 설명된 바 있다.). 본 발명에서는 모든 데크 플레이트(d)가 상부 플랜지(31)에 거치되기 때문에 상기 문제점을 해결할 수 있고 데크 플레이트(도 3의 d)의 규격을 통일시킬 수 있다.
보강철근(50)은 철골(30)의 길이방향을 따라 콘크리트 부재(40)의 내부에 매설된다. 프리스트레스 방식으로 복합빔(100)을 제작하는 경우, 보강철근(50)에 텐션이 인가된 상태에서 콘크리트가 타설되고, 이에 따라 보강철근(50)은 콘크리트 부재(40)에 압축력을 인가하게 된다.
보강철근(50)은 하부 플랜지(33)의 주위에 배치되는 것이 바람직하다. 보강철근(50) 중의 적어도 일부는 웨브(32)에 용접되어 결합되는 것이 바람직한데, 이것은 콘크리트 부재(40)와 철골(30)을 일체화시키기 위함이다.
한편, 보강철근(50) 중의 일부가 웨브(32)에 용접되는 것에 대한 대안으로써 또는 보강철근(50) 중의 일부가 웨브(32)에 용접되는 것과 함께, 하부플랜지(33)에 스터드(57)가 설치될 수도 있다. 스터드(57)는 하부 플랜지(33)로부터 돌출됨으로써 철골(30)과 콘크리트 부재(40)를 일체화시킨다. 스터드(57)는 하부 플랜지(33)의 아랫면에 설치되는 것이 바람직하지만, 웨브(32)에 설치될 수도 있다.
스터럽(55)은 철골(30)의 길이방향을 따라 소정 간격으로 설치된다. 스터럽(55)은 하부 플랜지(33)와 보강철근(50)을 감싸도록 설치되는 것이 바람직하다. 스터럽(55)은 콘크리트 부재(40)의 내부에 매설되고 외부에 노출되지 않는다. 따라서, 스터럽이 외부에 노출됨으로써 발생되는 문제점 즉, 작업자가 스터럽에 걸려서 넘어지거나 스터럽 때문에 발을 디딜 공간이 부족해지는 등의 문제점을 해결할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이고, 도 9는 도 8의 C-C' 단면도이다.
도면을 참조하면, 상기 복합빔(200)은 '工' 형상의 단면을 가진 철골(30)과, 하부 플랜지(33)의 아랫면에 결합되어 설치된 콘크리트 부재(140)와, 콘크리트 부재(140)의 내부에 매설된 보강철근(50) 및, 보강철근을 감싸도록 설치되는 스터럽(55)을 포함한다. 한편, 철골(30)은 제1 실시예의 철골(30)과 그 구성이 동일하므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 도 8, 9의 참조부호 중에서 도 5 내지 7의 참조부호와 동일한 것은 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소를 나타낸다.
콘크리트 부재(140)는 철골(30)의 길이방향을 따라 하부 플랜지(33)의 아랫면에 설치된다. 따라서, 웨브(32)와 상부 플랜지(31)는 콘크리트 부재(140)에 매설되지 않고 외부에 노출된다. 콘크리트 부재(140)의 폭은 하부 플랜지(33)의 폭보다 길게 형성된다.
콘크리트 부재(140)는 철골(30)의 양단부까지 연장되지 않고 상기 양단부에 근접한 부분까지만 연장되는 것이 바람직하다. 또한, 콘크리트 부재(140)와 철골(30)을 일체화시키기 위해서 하부 플랜지(33)의 아랫면에는 스터드(57)가 설치되는 것이 바람직하다.
보강철근(50)은 철골(30)의 길이방향을 따라 콘크리트 부재(140)의 내부에 매설되도록 설치된다. 복합빔(200)이 프리스트레스 방식으로 제조되는 경우, 보강철근(50)은 콘크리트 부재(140)에 압축력을 인가한다.
스터럽(55)은 철골(30)의 길이방향을 따라 소정 간격으로 설치된다. 스터럽(55)은 보강철근(50)을 감싸도록 설치되는 것이 바람직하다. 스터럽(55)은 콘크리트 부재(140)의 내부에 매설되고 외부에 노출되지 않는다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이고, 도 11은 도 10의 D-D' 단면도이다.
상기 복합빔(300)은 '工' 형상의 단면을 가진 철골(30)과, 하부 플랜지(33)의 아랫면에 결합되어 설치된 콘크리트 부재(240)와, 콘크리트 부재(240)의 내부에 매설된 보강철근(50) 및, 보강철근(50)을 감싸도록 설치되는 스터럽(55)을 포함한다. 도 10, 11의 참조부호 중에서 도 5 내지 9의 참조부호와 동일한 것은 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소를 나타낸다. 그리고, 복합빔(300)은, 제2 실시예의 복합빔(200)에 비하여, 콘크리트 부재(240)의 폭(W1)이 하부 플랜지(33)의 폭(W2)과 동일하다는 특징을 가지고, 그 나머지 구성은 복합빔(200)과 동일하다.
한편, 도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 분해 사시도이고, 도 13은 상기 복합빔을 보여주는 단면도이다. 도 12와 도 13에서 도 1 내지 도 11의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소를 나타낸다.
상기 복합빔(350)은 '工' 형상의 단면을 가진 철골(30)과, 콘크리트 부재(360)와, 콘크리트 부재(360)의 상면에 설치되고 하부 플렌지(33)의 아랫면에 결합된 플레이트(370)와, 콘크리트 부재(360)의 내부에 매설된 보강철근(50)을 포함한다. 상기 구성요소 중에서 철골(30)과 보강철근(50)은 전술한 실시예의 철골(30) 및 보강철근(50)과 각각 동일하므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다.
플레이트(370)는 콘크리트 부재(360)의 상면에 매립되도록 설치되되, 플레이트(370)의 상면은 외부에 노출되어 하부 플렌지(33)와 결합된다. 플레이트(370)는 스틸 등으로 이루어질 수 있고, 이에 따라 플레이트(370)는 하부 플렌지(33)의 아랫면에 용접으로 결합될 수 있다. 상기 플레이트(370) 뿐만 아니라, 본 명세서의 다른 플레이트도 스틸로 만들어질 수 있다.
플레이트(370)의 하면에는 다수의 스터드(57)가 설치될 수 있는데, 스터드(57)는 콘크리트 부재(360)와 플레이트(370)의 결합력을 크게 한다.
플레이트(370)와 콘크리트 부재(360)의 조립체와 철골(30)은 각각 제조된 후 용접 등의 방법으로 결합되는데, 상기 조립체와 철골(30)의 결합은 현장이나 공장에서 이루어질 수 있다.
플레이트(370)는 콘크리트 부재(360) 보다 바깥쪽(즉, 기둥쪽)으로 더 연장되도록 형성되는 것이 바람직한데, 이것은 플레이트(370)를 기둥에 용접시키기 위해서이다.
한편, 최근에는 제강 기술의 발전으로 이러한 플레이트(370)의 강도를 철골(30)의 강도보다 더 크게 제조할 수 있게 되었다. 따라서, '工' 형상의 단면을 가진 철골(30) 대신에 'T' 형상의 단면을 가진 철골(도 14의 30a)을 사용할 수 있다. 즉, 플레이트(370)의 강도를 철골(30)의 강도보다 더 크게 함으로써 하부 플렌지(33)가 없는 'T' 형상의 철골(30a)을 사용할 수 있고 이에 따라 철골의 제조비용을 줄일 수 있어서 경제적이다. 철골(30a)과 플레이트(370)의 결합은 웨브(32)의 하단과 플레이트(370)를 용접 등으로 결합시킬 수 있다.
또한, 상기 철골(30)(30a)에 대한 대안으로서, 도 15에 나타난 바와 같이, 상부 플렌지(31) 보다 하부 플렌지(33b)의 폭이 좁은 철골(30b)을 사용할 수도 있다. 철골(30b)과 플레이트(370)의 결합은 하부 플렌지(33b)의 아랫면과 플레이트(370)를 용접 등으로 결합시킬 수 있다.
한편, 도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 분해 사시도이고, 도 17은 상기 복합빔을 보여주는 단면도이다. 도 16과 도 17에서 도 1 내지 도 15의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소를 나타낸다.
상기 복합빔(450)은 '工' 형상의 단면을 가진 철골(30c)과, 콘크리트 부재(360)와, 콘크리트 부재(360)의 상면에 설치되고 하부 플렌지(33)의 아랫면에 결합된 플레이트(470)와, 콘크리트 부재(360)의 내부에 매설된 보강철근(50) 및, 콘크리트 부재(360)의 내부에 매설되는 스터럽(55a)을 포함한다. 상기 구성요소 중에서 콘크리트 부재(360)와 보강철근(50)은 제4 실시예의 콘크리트 부재(360) 및 보강철근(50)과 각각 동일하므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다. 또한, 철골(30c)의 양끝단이 콘크리트 부재(360)의 양끝단 보다 더 연장되는 것은 전술한 실시예와 동일하다.
플레이트(470)는 콘크리트 부재(360)의 상면에 매립되도록 설치되되, 플레이트(470)의 상면은 외부에 노출된다. 비록, 도면에는 도시되지 않았지만, 플레이트(470)의 하면에는 스터드가 설치될 수도 있다.
플레이트(470)는 스터럽(55a) 및 볼트(56)에 의해서 하부 플렌지(33)의 아랫면에 결합된다. 플레이트(470)는 스틸 등으로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 볼트(56)에 의한 결합과 함께 플레이트(470)와 하부 플렌지(33)의 아랫면을 용접시킬 수도 있다. 플레이트(470)와 콘크리트 부재(360)의 조립체와 철골(30c)은 각각 제조된 후 현장이나 공장에서 결합될 수 있다.
플레이트(470)는 콘크리트 부재(360) 보다 바깥쪽(즉, 기둥쪽)으로 더 연장되도록 형성되는 것이 바람직한데, 이것은 플레이트(470)를 기둥에 용접시키기 위해서이다.
스터럽(55a)은 철골(30c)의 길이방향을 따라 소정 간격으로 설치된다. 스터럽(55a)은 그 양끝단이 관통공(54)(34)을 관통한 후, 볼트(56)에 체결된다. 따라서, 스터럽(55a)은 철골(30c)과 플레이트(470) 및 콘크리트 부재(360)를 결합시키는 역할을 한다.
한편, 복합빔(450)은 철골(30c) 대신에 철골(30b)을 사용할 수도 있는데, 이러한 점은 본 명세서의 내용을 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 18은 본 발명의 제6 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도면을 참조하면, 복합빔(400)은 '工' 형상의 단면을 가진 철골(30)과, 콘크리트 부재(340)와, 콘크리트 부재(340)의 내부에 매설된 보강철근(50) 및, 하부 플랜지(33)와 보강철근(50)을 감싸도록 설치되는 스터럽(55)을 포함한다.
복합빔(400)은, 제1 실시예의 복합빔(100)과 비교하여, 콘크리트 부재(340)가 철골(30)의 중앙부에 형성되지 않는다는 점을 제외하면 복합빔(100)과 동일하다. 도 12의 E-E' 단면은 도 6과 동일하고, 도 18의 참조부호 중에서 도 5 내지 7의 참조부호와 동일한 것은 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소를 나타낸다.
콘크리트 부재(340)는 철골(30)의 길이방향을 따라 설치되는데, 철골(30)의 중앙부에는 설치되지 않는다. 알려진 바와 같이, 빔의 중앙에는 휨모멘트가 크게 작용하고 빔의 양단부에는 전단력이 크게 작용하는 바, 콘크리트는 휨모멘트에 대한 저항력이 작기 때문에 빔의 중앙에는 콘크리트 부재(340)를 설치하지 않고 빔의 양단부에만 콘크리트 부재(340)를 설치한다. 따라서, 복합빔(400)은 콘크리트 사용량을 줄여 복합빔(400)의 제조단가를 낮출 수 있고 CO2 발생량을 줄일 수 있으며, 복합빔(400)의 중량을 줄임으로써 시공성을 향상시키고 물류 비용을 줄일 수 있다는 특징을 가진다.
도 19는 본 발명의 제7 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도면을 참조하면, 복합빔(500)은 '工' 형상의 단면을 가진 철골(30)과, 콘크리트 부재(440)와, 콘크리트 부재(440)의 내부에 매설된 보강철근(50) 및, 보강철근(50)을 감싸도록 설치되는 스터럽(55)을 포함한다.
복합빔(500)은, 제2 실시예의 복합빔(200)과 비교하여, 콘크리트 부재(440)가 철골(30)의 중앙부에 형성되지 않는다는 점을 제외하면 복합빔(200)과 동일하다. 도 19의 F-F' 단면은 도 9와 동일하고, 도 19의 참조부호 중에서 도 8, 9의 참조부호와 동일한 것은 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 20은 본 발명의 제8 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 사시도이다.
도면을 참조하면, 복합빔(600)은 '工' 형상의 단면을 가진 철골(30)과, 콘크리트 부재(540)와, 콘크리트 부재(540)의 내부에 매설된 보강철근(50) 및, 보강철근(50)을 감싸도록 설치되는 스터럽(55)을 포함한다.
복합빔(600)은, 제3 실시예의 복합빔(300)과 비교하여, 콘크리트 부재(540)가 철골(30)의 중앙부에 형성되지 않는다는 점을 제외하면 복합빔(300)과 동일하다. 도 20의 G-G' 단면은 도 11과 동일하고, 도 20의 참조부호 중에서 도 10, 11의 참조부호와 동일한 것은 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소를 나타낸다.
한편, 도 21은 본 발명의 제9 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 분해 사시도이다.
상기 복합빔(550)은 '工' 형상의 단면을 가진 철골(30)과, 콘크리트 부재(380)와, 콘크리트 부재(380)의 상면에 설치되고 하부 플렌지(33)의 아랫면에 결합된 플레이트(375)와, 콘크리트 부재(380)의 내부에 매설된 보강철근(50)을 포함한다. 상기 구성요소 중에서 철골(30)과 보강철근(50)은 전술한 실시예의 철골(30) 및 보강철근(50)과 각각 동일하므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다.
상기 복합빔(550)은 중앙부에 콘크리트 부재(380)가 설치되지 않고 양단부에만 콘크리트 부재(380)가 설치된다는 점을 제외하면 제4 실시예에 따른 복합빔(350)과 동일하다. 따라서, 복합빔(550)의 양단부의 단면은 도 13과 동일하다.
한편, 철골(30)을 대신하여 'T' 형상의 단면을 가진 철골(도 14의 30a), 또는 상부 플렌지(31) 보다 하부 플렌지(33b)의 폭이 좁은 철골(30b)을 사용할 수도 있다.
도 22는 본 발명의 제10 실시예에 따른 복합빔을 보여주는 분해 사시도이다. 도 22에서 도 1 내지 도 21의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소를 나타낸다.
상기 복합빔(650)은 '工' 형상의 단면을 가진 철골(30d)과, 콘크리트 부재(380)와, 콘크리트 부재(380)의 상면에 설치되고 하부 플렌지(33)의 아랫면에 결합된 플레이트(475)와, 콘크리트 부재(380)의 내부에 매설된 보강철근(50) 및, 콘크리트 부재(380)의 내부에 매설되는 스터럽(55a)을 포함한다.
상기 구성요소 중에서 보강철근(50) 및 스터럽(55a)은 복합빔(450)의 보강철근(50) 및 스터럽(55a)과 각각 동일하다. 그리고, 상기 복합빔(650)은 중앙부에 콘크리트 부재(380)가 설치되지 않고 양단부에만 콘크리트 부재(380)가 설치된다는 점을 제외하면 제5 실시예에 따른 복합빔(450)과 동일하다. 따라서, 복합빔(650)의 양단부의 단면은 도 17과 동일하다.
한편, 철골(30d)을 대신하여 상부 플렌지(31) 보다 하부 플렌지(33b)의 폭이 좁은 철골(30b)을 사용할 수도 있다.
도 23은 본 발명의 제11 실시예에 따른 복합빔이 기둥에 결합된 것을 보여주는 정면도이고, 도 24는 도 23의 H-H' 단면도이다. 도 23에서 도 1 내지 도 22의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소를 나타낸다.
상기 복합빔(700)은 철골과, 콘크리트 부재(380)와, 콘크리트 부재(380)의 상면에 설치되고 웨브(32)의 하단에 결합된 플레이트(376)와, 콘크리트 부재(380)의 내부에 매설된 보강철근(50)을 포함한다. 상기 구성요소 중에서 콘크리트 부재(380)와 보강철근(50)은 제9 실시예의 콘크리트 부재(380) 및 보강철근(50)과 각각 동일하다.
상기 철골의 양단부는 'T'형상의 단면을 가진 철골(30a)로 이루어지고 상기 철골의 중앙부는 '工' 형상의 단면을 가진 철골(30)로 이루어진다. 철골(30a)과 철골(30)의 연결 결합은 연결판(38) 및 볼트(39)에 의해 이루어지거나, 연결판(38)을 철골(30a)(30)에 용접시키는 것에 의해서 이루어질 수 있다.
플레이트(376)는 웨브(32)의 하단에 용접으로 결합된다. 플레이트(376)는 콘크리트 부재(380)의 상면에 매설되도록 설치되는데, 플레이트(376)의 상면은 외부에 노출되어 웨브(32)와 결합된다.
플레이트(376)는 콘크리트 부재(380)의 끝단보다 양쪽으로 더 연장되도록 형성되는 것이 바람직한데, 이것은 플레이트(376)와 기둥(20)의 결합 및, 플레이트(376)와 하부 플렌지(33)의 결합을 위해서이다. 플레이트(376)와 하부 플렌지(33)는 연결판(38) 및 볼트(39)에 의해서 결합되거나, 연결판(38)을 용접시켜서 결합될 수 있다.
또한, 콘크리트 부재(380)는 기둥(20)의 콘크리트면(27) 보다 소정거리(S) 만큼 기둥(20) 쪽으로 더 연장되는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 상기 거리(S)가 대략 10mm이다.
20 : 기둥 30, 30a, 30b, 30c, 30d: 철골
40, 140, 240, 340, 360, 380, 440, 540 : 콘크리트 부재
370, 375, 376, 470, 475 : 플레이트
50 : 보강철근 55, 55a : 스터럽
57 : 스터드 d : 데크 플레이트
100, 200, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700 : 복합빔

Claims (18)

  1. 빔의 전체 길이를 구성하도록 길이방향으로 길게 형성된 철골;
    그 상면이 철골의 하단과 결합된 플레이트; 및
    플레이트의 상면이 외부에 노출되도록 플레이트가 매설된 콘크리트 부재;를 포함하고,
    상기 철골은 콘크리트 부재에 매설되지 않고 외부에 노출되며,
    플레이트와 콘크리트 부재는 철골의 양끝단부에만 설치되고 철골의 중앙부에는 설치되지 않고,
    철골은 그 중앙부가 '工' 형상의 단면을 가지고 그 양끝단부가 'T' 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 복합빔.
  2. 제1항에 있어서,
    철골과 플레이트는 콘크리트 부재 보다 기둥 쪽으로 더 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복합빔.
  3. 빔의 전체 길이를 구성하도록 길이방향으로 길게 형성된 철골;
    그 상면이 철골의 하단과 결합된 플레이트; 및
    플레이트의 상면이 외부에 노출되도록 플레이트가 매설된 콘크리트 부재;를 포함하고,
    상기 철골은 콘크리트 부재에 매설되지 않고 외부에 노출되며,
    콘크리트 부재는 기둥의 콘크리트 표면 보다 기둥 쪽으로 더 연장되도록 형성되고, 철골과 플레이트는 콘크리트 부재 보다 기둥 쪽으로 더 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복합빔.
  4. 기둥을 설치하는 단계; 및
    복합빔을 기둥에 연결하는 단계;를 포함하고,
    상기 복합빔은,
    빔의 전체 길이를 구성하도록 길이방향으로 길게 형성된 철골;
    철골의 웨브의 일부와 하부 플랜지를 그 내부에 매설하는 콘크리트 부재;
    상기 길이방향을 따라 콘크리트 부재의 내부에 매설된 보강철근; 및
    상기 길이방향을 따라 소정간격으로 배치되고, 철골의 하부 플랜지와 보강철근을 감싸도록 설치되는 스터럽;을 포함하고,
    상기 철골의 상부 플랜지는 콘크리트 부재에 매설되지 않고 외부에 노출되며, 스터럽은 콘크리트 부재에 매설되어 외부에 노출되지 않고,
    슬래브를 시공하기 위한 데크 플레이트는 상부 플랜지에 거치되고 콘크리트 부재에는 거치되지 않는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  5. 제4항에 있어서,
    콘크리트 부재는 철골의 중앙부에는 설치되지 않고 철골의 양쪽 끝단부에만 설치되는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  6. 기둥을 설치하는 단계; 및
    복합빔을 기둥에 연결하는 단계;를 포함하고,
    상기 복합빔은,
    빔의 전체 길이를 구성하도록 길이방향으로 길게 형성된 철골;
    철골의 하부 플랜지의 아랫면에 결합되어 설치된 콘크리트 부재;
    상기 길이방향을 따라 콘크리트 부재의 내부에 매설된 보강철근; 및
    상기 길이방향을 따라 소정간격으로 배치되고, 보강철근을 감싸도록 설치되는 스터럽;을 포함하고,
    상기 철골의 상부 플랜지와 웨브는 콘크리트 부재에 매설되지 않고 외부에 노출되며, 스터럽은 콘크리트 부재에 매설되어 외부에 노출되지 않으며,
    슬래브를 시공하기 위한 데크 플레이트는 상부 플랜지에 거치되고 콘크리트 부재에는 거치되지 않는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    콘크리트 부재의 폭(w1)이 하부 플랜지의 폭(w2)과 동일한 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  8. 제6항에 있어서,
    콘크리트 부재는 철골의 중앙부에는 설치되지 않고 철골의 양쪽 끝단에만 설치되는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  9. 기둥을 설치하는 단계; 및
    복합빔을 기둥에 연결하는 단계;를 포함하고,
    상기 복합빔은,
    빔의 전체 길이를 구성하도록 길이방향으로 길게 형성된 철골;
    그 상면이 철골의 하단과 결합된 플레이트; 및
    플레이트의 상면이 외부에 노출되도록 플레이트가 매설된 콘크리트 부재;를 포함하고,
    상기 철골은 콘크리트 부재에 매설되지 않고 외부에 노출되며,
    슬래브를 시공하기 위한 데크 플레이트는 상기 복합빔의 상부 플랜지에 거치되고 콘크리트 부재에는 거치되지 않는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  10. 제9항에 있어서,
    철골은 '工' 형상의 단면, 'T' 형상의 단면, 상기 상부 플랜지 보다 하부 플랜지의 폭이 좁은 단면 중 적어도 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 길이방향을 따라 소정 간격으로 콘크리트 부재에 매설되도록 설치되는 스터럽을 포함하고,
    상기 철골은 상기 상부 플랜지와, 하부 플랜지 및, 상기 상부 플랜지와 하부 플랜지를 연결하는 웨브를 포함하며,
    상기 스터럽은 그 양끝단이 플레이트와 하부 플랜지를 관통한 후 볼트에 체결됨으로써 콘크리트 부재와 플레이트 및 철골을 결합시키는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  12. 제9항에 있어서,
    플레이트와 콘크리트 부재는 철골의 양끝단부에만 설치되고 철골의 중앙부에는 설치되지 않은 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  13. 기둥을 설치하는 단계; 및
    복합빔을 기둥에 연결하는 단계;를 포함하고,
    상기 복합빔은,
    빔의 전체 길이를 구성하도록 길이방향으로 길게 형성된 철골;
    그 상면이 철골의 하단과 결합된 플레이트; 및
    플레이트의 상면이 외부에 노출되도록 플레이트가 매설된 콘크리트 부재;를 포함하고,
    상기 철골은 콘크리트 부재에 매설되지 않고 외부에 노출되며,
    플레이트와 콘크리트 부재의 조립체를 제조하고 철골을 제조한 후, 상기 조립체와 철골을 결합하는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  14. 제13항에 있어서,
    철골은 '工' 형상의 단면, 'T' 형상의 단면, 상부 플랜지 보다 하부 플랜지의 폭이 좁은 단면 중 적어도 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 길이방향을 따라 소정 간격으로 콘크리트 부재에 매설되도록 설치되는 스터럽을 포함하고,
    상기 철골은 상부 플랜지와, 하부 플랜지 및, 상부 플랜지와 하부 플랜지를 연결하는 웨브를 포함하며,
    상기 스터럽은 그 양끝단이 플레이트와 하부 플렌지를 관통한 후 볼트에 체결됨으로써 콘크리트 부재와 플레이트 및 철골을 결합시키는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  16. 제13항에 있어서,
    플레이트와 콘크리트 부재는 철골의 양끝단부에만 설치되고 철골의 중앙부에는 설치되지 않은 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  17. 제13항에 있어서,
    콘크리트 부재는 기둥의 콘크리트 표면 보다 기둥 쪽으로 더 연장되는 것을 특징으로 하는 복합빔의 시공방법.
  18. 삭제
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