KR101062928B1 - 콘크리트 충전 강관기둥 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 웹의 양단에 플랜지가 직각으로 각각 연결된 H형강과;

상기 H형강의 웹 양측면에 각각 부착되며, 웹에 플랜지가 직각으로 연결되는 T형강과;

상기 H형강과 T형강의 각 플랜지와 접합하여 충진 콘크리트가 타설되도록 공동을 형성하는 마감재와;

상기 공동에 타설되는 충진 콘크리트로 이루어지며,

상기 H형강과 T형강의 웹에 길이방향으로 일정간격 이격되게 관통되는 관통부와;

상기 마감재의 양단이 공동 내측으로 절곡되는 절곡부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥에 관한 것이다.

본 발명 콘크리트 충전 강관기둥에 의하면, H형강 및 T형강의 웹 면을 H형강에 접합하고, H형강과 T형강의 각 플랜지에 마감재를 접합하여 공동을 형성하는 구성이 두께가 얇은 강판을 절곡하여 형성할 수 있으므로 경량이면서 구조 성능이 뛰어나며, 마감재의 양단부를 1단 또는 2단 즉 다단으로 절곡함으로써, 공동에 타설되는 충진 콘크리트와의 접합 및 결합력을 높일 수 있으므로, 압축력에 대한 강관기둥의 좌굴내성을 동일한 크기 및 단면적의 다른 강관기둥과 비교하여 높은 강성 및 내구강도를 더욱 향상시켜 유지할 수 있는 것이다.

콘크리트, 강관기둥, T형강, 마감재, 절곡부,

Description

콘크리트 충전 강관기둥{Concrete filled tubular column}

본 발명은, 콘크리트 충전 강관기둥에 관한 것으로, 보다 상세하게는 H형강 또는 T형강과 이들 형강들 사이에 벌어진 간격을 마감재로 마감하여 공동을 갖는 철골구조를 형성하고, 이 공동안에 콘크리트를 타설하여 제작하는 콘크리트 충전 강관기둥에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 충전 강관기둥(Concrete Filled Steel Tube Column)은, 강판과 콘크리트를 이용한 폐단면 부재로써, 휨모멘트를 부담하는 강관이 외측에 있고, 축력을 부담하는 콘크리트가 내측에 있어 강관이 내부 콘크리트의 압축변형을 구속하여 콘크리트의 압축강도를 증가시키는 한편, 콘크리트가 강관의 국부좌굴, 압축좌굴 그리고 비틀림에 의한 내력 감소를 방지시키는 상호 보완작용의 효과로 인하여 강관과 콘크리트가 독자적으로 사용된 경우보다 부재의 내력과 변형능력을 크게 향상시킨 우수한 구조 시스템으로 최근에는 고층건물뿐만 아니라 저층건물 및 대공간 구조물에서도 그 사용빈도가 늘어나는 추세에 있다.

일 예로, 특허등록 제0684931호로 '절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재 및 이의 설치구조'가 개시된 바 있는데, 이는 도 1에 도시된 바와 같이, 양단이 안쪽으로 굽혀진 절곡부(105)가 형성되도록 L형의 단위부재(103)를 제작한 뒤, 상기 절곡부(105)가 면접촉되도록 L형의 단위부재(103)를 연결하여 사각형으로 형성한 후, 상기 4개의 단위부재(103)가 연결되어 형성된 공간(110)에 콘크리트를 타설하여 철골기둥(100)을 완성하도록 되어 있다.

그러나 선 등록된 특허는, 구조적인 장점에도 불구하고 강판의 폭 두께비 제한 때문에 적용 가능한 기둥크기가 제한적이고, 기둥과 보가 만나는 접합부가 구조적으로 취약하여 철골 기둥의 외측에 보강 다이아프램 철판이나 관통 다이아프램 철판을 설치하여 구조적인 안전성을 확보하여야 하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 보강 혹은 관통 다이아프램 철판은 특수한 용접기술이 필요할 뿐만 아니라 강관 내부에 콘크리트를 충전할 경우, 다이아프램 철판이 콘크리트 타설을 방해하기 때문에 시공품질을 확보하기가 곤란하며, 구조 내력에 비하여 강관의 제작비용이 과다해지고 시공성이 떨어지는 문제점이 있었다.

이에 상술한 바와 같은 종래의 제반결함을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, H형강과 T형강에 양단부가 절곡된 마감재를 접합하여 H형강과 같이 단면의 방향성에 따른 내력의 감소를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 경량이면서 구조성 능이 뛰어난 강관기둥을 제작하고 이를 이용하여 시공성과 부재내력을 향상시킬 수 있는 콘크리트 충전 강관기둥을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, H형강과 T형강의 각 플랜지에 양단부가 절곡된 마감재를 접합함으로써 충진 콘크리트와 마감재의 접합 및 결합력을 높여 강관이 국부좌굴을 지연시키는 동시에 강관의 폭 두께비를 완화시키면서 철골기둥의 유효 단면을 증가시킴으로 기둥의 휨강성과 부재 내력을 향상시킬 수 있는 콘크리트 충전 강관기둥을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, H형강의 웹 양측면에 T형강의 웹을 접합하여 십자형으로 기둥을 형성하고, 일반 H형강 기둥 내부에 보강 다이아프램 철판의 설치가 가능하므로 용접 품질과 시공성 및 구조 안정성을 향상시킴과 아울러 H형강과 T형강 내면에 보강 다이아프램 철판을 형성하여 미관적으로 우수한 콘크리트 충전 강관기둥을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 철골기둥의 양 끝단 대각선 길이에 의하여 철골기둥 설치를 위한 천공기둥의 직경이 결정되는데, 상기 천공기둥의 직경이 제한된 동일조건에서 보다 큰 크기의 철골기둥을 시공할 수 있기 때문에 높은 단면성능을 갖는 철골기둥 제작이 가능하여 시공시, 좌굴에 의한 내력감소 방지 및 사용시 매우 큰 부재 내력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 별도의 거푸집 작업 없이도 기둥 내부에 콘크리트를 타설하여 충전함으로써, 시공시 발생할 수 있는 구조적 위험요소를 배제함과 아울러 공기단축 및 공사비를 절감시킬 수 있는 콘크리트 충전 강관기둥을 제공함에 있다.

본 발명 콘크리트 충전 강관기둥은,

웹의 양단에 플랜지가 직각으로 각각 연결된 H형강과;

상기 H형강의 웹 양측면에 각각 부착되며, 웹에 플랜지가 직각으로 연결되는 T형강과;

상기 H형강과 T형강의 각 플랜지와 접합하여 충진 콘크리트가 타설되도록 공동을 형성하는 마감재와;

상기 공동에 타설되는 충진 콘크리트로 이루어지며,

상기 H형강과 T형강의 웹에 길이방향으로 일정간격 이격되게 관통되는 관통부와;

상기 마감재의 양단이 공동 내측으로 절곡되는 절곡부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명 콘크리트 충전 강관기둥에 의하면, H형강 및 T형강의 웹 면을 H형강에 접합하고, H형강과 T형강의 각 플랜지에 마감재를 접합하여 공동을 형성하는 구성이 두께가 얇은 강판을 절곡하여 형성할 수 있으므로 경량이면서 구조 성능이 뛰어난 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명 콘크리트 충전 강관기둥에 의하면, 마감재의 양단부를 1단 또 는 2단 즉 다단으로 절곡된 절곡부와, T형강 내면에 형성된 보강 다이아프램 철판이 공동에 타설되는 충진 콘크리트와의 접합력을 높일 수 있으므로 안정성을 향상시킴과 아울러 압축력에 대한 강관기둥의 좌굴내성을 동일한 크기 및 단면적의 다른 강관기둥과 비교하여 높은 강성 및 내구강도를 더욱 향상시켜 유지할 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명 콘크리트 충전 강관기둥을 지하층 역타공법에 적용할 경우, 일반적으로 천공직경은, H형강 플랜지 양끝단 대각선 길이에 의해 결정되는데, 본 발명 콘크리트 충전 강관기둥을 사용한다면, 동일조건에서 보다 큰 크기의 철골기둥 시공이 가능해 짐으로써, 높은 구조성능 및 철골단면을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 양측의 단면 성능이 동일하여 전체단면을 모두 이용할 수 있으므로 공사비 절감은 물론 공기를 단축시킬 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일부절개 사시도이다.

본 발명 콘크리트 충전 강관기둥은, 웹(31a)의 양단에 플랜지(31b)가 직각으로 각각 연결된 H형강(3)이 구성되고, 상기 H형강(3)의 웹(31a) 양측면에 각각 부착되며, 웹(41a)에 플랜지(41b)가 직각으로 연결되는 T형강(4)이 구성되고, 상기 H형강(3)과 T형강(4)의 각 플랜지(31b)(41b)와 접합하여 충진 콘크리트(6)가 타설되도록 공동(32)을 형성하는 마감재(5)가 구성되며, 상기 공동(32)에 타설되는 충진 콘크리트(6)로 이루어지고, 상기 H형강(3)과 T형강(4)의 웹(31a)(41a)에 길이방향으로 일정간격 이격되게 관통되는 관통부(7)가 구성되며, 상기 마감재(5)의 양단이 공동(32) 내측으로 절곡되는 절곡부(51)를 포함하여 구성되는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 H형강(3)은, 상기 T형강(3a)(3b)이 대향되도록 각 웹(3a')(3b')을 접합하여 형성할 수도 있다.

상기 절곡부(51)는 예각으로 절곡되어 판의 국부좌굴 방지 및 콘크리트와의 합성효과를 높일 수 있는 것이다.

상기 절곡부(51)는 다단으로 절곡되어 판의 국부좌굴 방지 및 콘크리트와의 합성효과를 높일 수 있는 것이다.

상기 관통부(7)는, 철골보의 접합으로 인한 응력이 가장 작게 작용하는 상기 H형강(3)과 T형강(4)의 웹(31a)(41a) 내부에 관통되는 관통공(71)인 것이 바람직하다.

상기 관통부(7)는, 상기 H형강(3)의 T형강(3a)(3b) 각 웹(3a')(3b') 단부에 내측으로 절단홀(72)이 절단되며, 상기 절단홀(72)은 하니컴 보를 교차시킨 형태로 형성하여 콘크리트의 충진성을 높이고 강재량을 절약할 수도 있는 것이다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 결합 및 설치과정을 설명한다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, H형강(3)은 통상의 형강이며, T형강(3a)(3b)의 각 웹(3a')(3b') 단부 즉, 측면을 용접으로 접합하여 형성한 H형 강(3')을 사용할 수도 있다.

또한, 상기 H형강(3)의 웹(31a) 양측면에 T형강(4)(4')의 웹(41a)을 접합하여 '+'형상으로 형성하는데, 상기 CT형상(4)(4')의 웹(41a)은 H형강(3)의 웹(31a) 중앙에 접합하는 것이 바람직하다.

여기서 T형강(31)이란, 일반적인 H형강을 이등분해 T자 모양으로 만든 형강으로, 웹(31a)과 플랜지(31b)로 구성된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 철골보(20)와 접하는 상기 H형강(3)이나 T형강(4)의 각 플랜지(31b)(41b)의 변형 및 국부적인 파손을 방지하기 위해 상기 플랜지(31b)(41b) 내면에 웹(31a)(41a) 및 플랜지(31b)(41b)와 직교하는 방향으로 보강 다이아프램 철판(33)(33')이 돌출되어 접합되어 있으므로 플랜지(31b)(41b)의 내력을 높일 수 있으며, 상기 보강 다이아프램 철판(33)(33')은 플랜지(31b)(41b)에 접합되는 철골보(20)로부터 작용하는 하중으로 인해 플랜지(31b)(41b)의 변형 및 국부적인 파손을 방지할 수 있는 것이다.

한편, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 H형강(3)과 T형강(4)의 각 플랜지(31b)(41b)에 마감재(5)를 접합하여 마감하는데, 상기 마감재(5)의 절곡부(51)는 공동(32)에 위치하도록 예각으로 절곡되며, 상기 절곡부(51)는 필요에 따라 다단 즉, 1단 또는 2단으로 절곡되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마감재(5)의 절곡부(51)와 상기 H형강(3)과 T형강(4)의 각 플랜지(31b)(41b)를 용접 등에 의해 접합되면서 상기 H형강(3)과 T형강(4) 및 마감재(5) 내부에 공동(32)을 형성하는 강관기둥(1)의 외형을 완성하게 되는데, 상기 강관기둥(1)은 상기 H형강(3)과 T형강(4)의 각 웹 길이에 따라 직사각형의 단면을 갖을 수도 있으나, 통상적으로 정사각형에 가까운 단면을 갖게 되는 것이다.

여기서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 H형강(3)과 T형강(4)의 웹(31a)(41a)과 플랜지(31b)(41b)에 보강 다이아프램 철판(33a)이 접착되어 H형강(3)과 T형강(4)의 웹(31a)(41a)과 플랜지(31b)(41b)를 지지하므로 콘크리트의 타설 및 타설된 콘크리트의 양생시, 웹(31a)(41a)과 플랜지(31b)(41b)를 잡아주므로 H형강(3)과 T형강(4)의 변형을 방지할 수 있는 것이다.

상기의 과정으로 완성된 강관기둥(1)의 공동(32)에 충진 콘크리트(6)를 타설하는데, 상기 충진 콘크리트(6)는 상기 H형강(3)과 T형강(4)의 각 웹(31a)(41a)에 관통된 관통부(7)의 관통공(71)을 통해 서로 연결되면서 강관기둥(1)의 강성을 높일 수 있게 되는 것이다.

또한, 도 8a 내지 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 H형강(3')의 T형강(3a)(3b) 각 웹(3a')(3b') 단부에 절단되고, 상기 T형강(4)의 웹(41a) 단부에 절단되어 대향하는 절단홀(72)을 통해 충진 콘크리트(6)를 통해 서로 연결되면서 강관기둥(1)의 강성을 높일 수 있으며, 상기 절단홀(72)은 하니컴 모양으로 형성되어 충진 콘크리트(6)와 면접촉되는 면적을 최대로 하여 강관기둥(1)의 강성을 더욱더 높일 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 마감재(5)의 절곡부(51) 및 보강 다이아프램 철판(33)이 충진 콘크리트(6) 안으로 묻혀 견고하게 지지하도록 보강함으로써, 좌굴내성을 더욱 높여 같은 압축력에 대해 강관기둥(1)의 강성을 높일 수 있으며, 상기 강관기둥(1)의 전체 단면이 정사각형에 가까운 형태를 가지는 바, 유사한 형태의 다른 강관기둥과 마찬가지로 일반 H형강이나 SRC기둥에 비하여 단면적을 상대적으로 더 작게 만들거나, 적은 양의 철골을 사용하는 것이 가능하게 되는 것이다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마감재(5)의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 상기 마감재(5)의 절곡부(51)는 둔각을 이루도록 절곡되며, 상기 절곡부(51)의 곡선부분이 H형강(3)과 T형강(4)의 각 플랜지(31b)(41b)에 각각 선접촉된 상태로 용접 등에 의해 접합하게 된다.

또한 본 발명의 다른 실시예는, 도 10 내지 도 11에 도시된 바와 같이, H형강(3)과 T형강(4)의 각 플랜지(31b)(41b)를 직선으로 연결하면서 양단부에 절곡부(51)가 평판의 마감재(5')를 사용할 수 있으며, 상기 마감재(5')를 사용하면 강관기둥(1')은 정팔각형에 가까운 단면을 갖게 되는데, 상기 마감재(5')의 절곡부(51)는 다단으로 절곡됨이 바람직하다.

여기서, 상기 마감재(5)의 절곡부(51)가 충진 콘크리트(6) 안으로 묻혀 보강 다이아프램 철판의 역할을 함과 동시에 좌굴내성을 더욱 높여 같은 압축력에 대해 강관기둥(1')의 강성을 높일 수 있으며, 상기 강관기둥(1')의 전체 단면이 정팔각형에 가까운 형태를 가지는 바, 유사한 형태의 다른 강관기둥과 마찬가지로 일반 H형강이나 SRC기둥에 비하여 단면적을 상대적으로 더 작게 만들거나, 적은 양의 철골을 사용하여 부재내력을 증가시키는 것이 가능하게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명은, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명하였으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 종래의 철골부재를 나타낸 사시도

도 2는 본 발명의 일부절개 사시도

도 3은 본 발명의 다른 실시예의 사시도

도 4는 본 발명의 정면구성도

도 5는 본 발명의 평면구성도

도 6은 본 발명 마감재의 다른 실시예를 나타낸 평면구성도

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 일부절개 사시도

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로,

a는 일부절개 사시도이고,

b는 정면구성도이다.

도 9는 도 5 마감재의 다른 실시예를 나타낸 평면구성도

도 10은 본 발명 마감재의 또 다른 실시예를 나타낸 평면구성도

도 11은 도 10 마감재의 다른 실시예를 나타낸 평면구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1,1': 강관기둥 3: H형강

31a: 웹 31b: 플랜지

33,33': 보강 다이아프램 철판 4: T형강

41a: 웹 41b: 플랜지

5: 마감재 51: 절곡부

6: 충진 콘크리트 7: 관통부

71: 관통공 72: 절단홀

Claims (8)

1. 웹의 양단에 플랜지가 직각으로 각각 연결된 H형강과;

   상기 H형강의 웹 양측면에 각각 부착되며, 웹에 플랜지가 직각으로 연결되는 T형강과;

   상기 H형강과 T형강의 각 플랜지와 접합하여 충진 콘크리트가 타설되도록 공동을 형성하는 마감재와;

   상기 공동에 타설되는 충진 콘크리트로 이루어지며,

   상기 H형강과 T형강의 웹에 길이방향으로 일정간격 이격되게 관통되는 관통부와;

   상기 마감재의 양단이 공동 내측으로 절곡되는 절곡부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥.
2. 청구항 1에 있어서, H형강은,

   상기 T형강이 대향되도록 각 웹을 접합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 절곡부는 예각으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥.
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 절곡부는 다단으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥.
5. 청구항 1에 있어서, 관통부는

   상기 H형강과 T형강의 웹 내부에 관통되는 관통공인 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥.
6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서, 관통부는,

   상기 H형강의 T형강 각 웹 단부에 내측으로 절단되는 절단홀인 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 절단홀은 하니컴 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 H형강과 T형강의 웹과 플랜지에 접합되어 플랜지의 변형을 방지하는 보강 다이아프램 철판을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥.

Images