KR101067723B1

KR101067723B1 - 철골 구조물용 ｈ-빔의 내력 강화구조

Info

Publication number: KR101067723B1
Application number: KR1020110014579A
Authority: KR
Inventors: 김성도
Original assignee: 주식회사베스트엔지니어링
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2011-09-28

Abstract

본 발명은 철골 구조물에서 구조재로 사용되는 H-빔의 내력을 강화시킬 수 있도록 한 철골 구조물용 H-빔의 내력 강화구조에 관한 것으로서,
H-빔(20)의 상하 플랜지(21)(22) 사이에 위치하도록 웹(25)의 양측에 보강 조립체(10)가 각각 설치되고, 상기 보강 조립체(10)는 일정 간격을 두고 용접 설치되는 스티프너(11)와; 상기 스티프너(11)를 서로 연결하여 상기 H-빔(20)에 작용하는 인장력에 대응하도록 하는 복수개의 인장 강선(12)과; 상기 H-빔(20)에서 압축력이 작용하는 부위의 인장 강선(12)에 삽입되며 양단이 상기 스티프너(11)에 접하도록 설치되어 상기 H-빔(20)에 작용하는 압축력에 대항하도록 하는 압축 강관(13)과; 상기 인장 강선(12)의 양측 끝단에 형성되어 상기 스티프너(11)의 외측으로 돌출되는 나사부(12')에 체결되는 조임 너트(14);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 H-빔에서 최대 응력이 발생하는 부위의 단면 크기를 줄일 수 있어 초과 설계에 따른 생산성 저하 및 비용 증가를 방지할 수 있음은 물론 단면 크기가 다른 H-빔의 현장 조립에 따른 현장 시공성 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

철골 구조물용 Ｈ-빔의 내력 강화구조{Moment Reinforcement of H-Beam for Steel Frame Construction}

본 발명은 철골 구조물에서 구조재로 사용되는 H-빔의 내력을 강화시킬 수 있도록 한 철골 구조물용 H-빔의 내력 강화구조에 관한 것으로서, 특히 H-빔 부재 중 최대 응력이 발생하는 부위에 설치되어 H-빔의 단면 크기를 줄이고 제품의 생산성과 현장 시공성에 따르는 문제를 해결하여 비용을 줄일 수 있도록 한 철골 구조물용 H-빔의 내력 강화구조에 관한 것이다.

일반적으로 철골 구조물에서 구조재로 사용되는 H-빔이나 I-빔은 전체 길이에 걸쳐 동일한 단면을 갖도록 제작된다. 이에 따라 H-빔이나 I-빔은 특정 위치에 작용하는 가장 높은 응력에 대응하는 단면 크기를 갖도록 설계하게 된다. 이에 따라 H-빔이나 I-빔 부재는 설계가 최적화되지 못하고 초과 설계되는 경우가 많으며, 이로 인하여 제작 및 생산비용이 증가하게 된다.

이러한 초과 설계에 따른 문제점을 해결하기 위하여, 작용하는 응력의 크기를 고려하여 단면 크기가 다른 H-빔을 서로 연결하여 사용하는 방법이 제시되고 있다. 그러나, 이 경우에는 현장 조립에 따른 여러 문제점이 발생하고 시공 시간이 길어지는 등 시공성이 나빠지고 시공 비용이 증가하는 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, H-빔의 단면 크기를 최대응력에 대응하는 크기로 확대하지 않고도 충분한 내력을 확보할 수 있도록 함으로써 제작 비용 및 현장 시공 비용을 줄일 수 있도록 한 철골 구조물용 Ｈ-빔의 내력 강화구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

구체적으로 휨 응력이 발생하는 철골 구조물에 있어서 인장측에는 인장 강선, 압축측에는 압축 강관을 설치하는 인장-압축 보강을 실시함으로써, 최대응력이 발생하는 부위의 내력을 강화시켜 H-빔의 단면 크기를 감소시키고 구조물의 제작 비용을 절감할 수 있도록 한 철골 구조물용 Ｈ-빔의 내력 강화구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 철골 구조물용 Ｈ-빔의 내력 강화구조는, H-빔의 상하 플랜지 사이에 위치되며 일정 간격을 두고 용접 설치되는 스티프너와; 상기 스티프너를 서로 연결하여 상기 H-빔에 작용하는 인장력에 대응하도록 하는 복수개의 인장 강선과; 상기 H-빔에서 압축력이 작용하는 부위의 인장 강선에 삽입되는 것을, 양단이 상기 스티프너에 접하도록 설치되어 상기 H-빔에 작용하는 압축력에 대항하도록 하는 압축 강관과; 상기 인장 강선의 양측 끝단에 각각 형성되어 상기 스티프너의 외측으로 돌출되는 나사부에 체결되는 조임 너트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 철골 구조물용 Ｈ-빔의 내력 강화구조에 따르면, 상기 스티프너는 내측 스티프너와 외측 스티프너의 이중 구조로 이루어지고, 상기 내측 스티프너와 외측 스티프너 사이의 인장 강선에는 강관 형태의 결속 슬리브가 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조에 따르면, 기둥 부재에 보 부재가 연결된 라멘 구조의 경우 상기 기둥 부재의 양측 플랜지 중 상기 보 부재가 접하는 부분을 상기 보 부재에 설치된 이중 스티프너 중 외측 스티프너로 활용하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조에 따르면, 상기 인장 강선은 와이어로프, 고강도 철근, 고강도볼트 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조는, H-빔의 웹 양측에 설치된 보강 구조체의 인장 강선이 구조물의 인장 강도를 향상시키고 압축 강관이 구조물의 압축 강도를 향상시키게 되므로, 최대 응력이 작용하는 부분의 내력이 크게 증가하여 H-빔의 단면 크기를 최적으로 설계하여 재료의 낭비를 줄이고 제작 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조에 따르면, 스티프너를 이중 구조로 함으로써 스티프너의 직각 방향으로 작용하는 인장 강선의 인발력에 의해 스티프너가 약축 방향으로 붕괴하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조에 따르면, 보 부재와 기둥 부재가 연결된 철골 구조물에서 기둥 부재의 일부를 스티프너로 활용함에 따라 필요한 스티프너의 수를 줄일 수 있고 연결 강도가 증가하는 효과가 있다.

도 1은 휨 응력이 발생하는 보에서의 힘의 작용 방향을 설명하기 위한 참고도.
도 2는 휨 응력이 발생하는 보에서의 보강 개념을 설명하기 위한 참고도.
도 3은 본 발명에 따른 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조가 도시된 구성도.
도 4는 본 발명의 요부 구성인 보강 조립체에서 힘의 작용 방향을 설명하기 위한 참고도.
도 5와 도 6은 본 발명의 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조가 보 부재와 기둥 부재의 연결부에 적용된 경우의 사시도 및 정면도.
도 7은 본 발명에 따른 효과를 설명하기 위한 참고도.
도 8은 본 발명의 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조가 다양한 구조물에 적용된 예를 설명하기 위한 참고도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조를 설명하면 다음과 같다.

일반적 보 형태의 H-빔에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 하중에 의해 휨 응력(Moment)이 발생할 때, H-빔의 상·하 플랜지 중 어느 한쪽에는 인장력(Tension Force)력이 작용하고 다른 한쪽에는 압축력(Compress Force)이 작용하게 된다. 따라서, H-빔의 내력을 강화하기 위해서는 상·하측 플랜지에 작용하는 외력에 대응하도록 인장-압축보강(Reinforcemant)이 필요하다.

이러한 인장-압축보강은 도 2와 같이, 인장측에는 인장 강선(12)을 설치하고, 압축측에는 인장 강선(12)과 더불어 압축 강관(13)을 설치하는 방식으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 인장-압축보강을 실시하면 H-빔의 휨(Moment) 또는 처짐 현상을 줄일 수 있을 것으로 판단되며, 본 발명은 이러한 원리를 적용한 보강 구조체를 H-빔의 웹 양측에 설치하는 방식으로 이루어진다.

본 발명에 따른 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조는 도 3에 도시된 바와 같이, H-빔(20)의 상하 플랜지(21)(22) 사이에 위치하도록 웹(Web, 25)의 양측에 보강 조립체(10)가 각각 설치된 형태로 이루어지며, 상기 보강 조립체(10)는 일정 간격을 두고 용접 설치되는 스티프너(11)와; 상기 스티프너(11)를 서로 연결하여 상기 H-빔에 작용하는 인장력에 대응하도록 하는 복수개의 인장 강선(12)과; 상기 H-빔(20)에서 압축력이 작용하는 부위의 인장 강선(12)에 삽입되는 것으로, 양단이 상기 스티프너(11)에 접하도록 설치되어 상기 H-빔(20)에 작용하는 압축력에 대항하도록 하는 압축 강관(13)과; 상기 인장 강선(12)의 양측 끝단에 형성되어 상기 스티프너(11)의 외측으로 돌출되는 나사부(12')에 체결되는 조임 너트(14);를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 스티프너(11)는 내측 스티프너(11a)와 외측 스티프너(11b)의 이중 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 단일 구조의 스티프너에 상기 인장 강선(12)을 설치할 경우, 단일 구조의 스티프너의 직각 방향으로 작용하는 인장 강선(12)의 인발력에 의해 단일 구조의 스티프너의 약축 방향의 붕괴가 발생할 수 있기 때문이다.

그리고, 상기 스티프너(11)가 이중 구조로 이루어진 경우, 상기 내측 스티프너(11a)와 외측 스티프너(11b) 사이의 인장 강선(12)에는 강관 형태의 결속 슬리브(15)가 각각 설치된다. 상기 내측 스티프너(11a)와 외측 스티프너(11b) 사이에 설치된 결속 슬리브(15)는 상기 스티프너(11)의 외측에서 상기 인장 강선(12)의 나사부(12')에 체결된 조임 너트(14)에 의해 상기 스티프너(11)에 결속된다.

그 결과 도 4에 도시된 바와 같이 상기 인장 강선(12)이 내부적으로 인장력에 대응하는 힘을 발생시키게 되고, 상기 결속 슬리브(15)는 압축력에 대응하는 힘을 발생함으로써 H-빔(20)의 내력을 향상시키게 된다. 이에 따라 H-빔(20)에서 최대 응력이 발생하는 부분의 단면 크기를 키우지 않고도 충분한 내력을 발생할 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 효과를 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

일반적인 경우에는 (a)와 같이 최대응력에 대응하는 단면 크기(L)로 H-빔을 제작하게 되며, 이 경우에는 재료의 낭비 및 생산성 저하로 인한 재료비의 부담이 커지게 된다. 또, (b)와 같이 최대응력이 작용하지 않는 부분은 최적의 단면 크기(ℓ)로 H-빔을 제작하고, 최대응력이 작용하는 부위만 최대응력에 대응하는 단면 크기(L)로 H-빔을 제작하여 현장에서 조립할 수도 있다. 이 경우 현장 시공시 여러 가지 불편이 있고, 시공 비용이 증가하는 단점이 있다. 반면, 본 발명과 같이 최대응력이 작용하는 부위에 보강 조립체(10)를 설치할 경우, (c)와 같이 최적의 단면 크기(ℓ)로 H-빔을 제작하더라도 최대응력에 대응할 수 있으므로, 제작비용의 증가 또는 현장 시공상의 문제를 모두 해결할 수 있게 된다.

한편, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 기둥 부재(35)에 보 부재(30)가 연결된 라멘(Rahmen) 구조의 경우에는, 상기 기둥 부재(35)의 플랜지(21)(22) 중 상기 보 부재(30)가 접하는 부분을 상기 보 부재(30)에 설치된 이중 스티프너(11) 중 외측 스티프너(11b)로 활용할 수도 있다.

그리고, 상기 인장 강선(12)으로는 와이어로프, 고강도 철근, 고강도 볼트 등을 사용하며, 상기 스티프너(11)에 구멍을 천공하여 상기 인장 강선(12)을 통과시킨 후 상기 인장 강선(12)의 단부에 형성된 나사부(12')에 상기 조임 너트(14)를 체결함으로써 상기 인장 강선(12)이 고정되도록 한다.

이상과 같이 구성된 보강 조립체는 철골 구조물에서 구조재로 사용되는 H-빔에서 최대응력이 작용하는 부분에 설치되어 H-빔의 단면 크기를 줄일 수 있도록 한다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 라멘 구조물의 단부, 단순빔의 중앙부, 컨틸레버 구조물의 단부, 반단면 구조물의 단부 등에 설치되어 구조물의 내력을 강화시킴으로써 H-빔의 단면 크기가 필요 이상으로 커지는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

10: 보강 조립체
11: 스티프너
11a: 내측 스티프너 11b: 외측 스티프너
12: 인장 강선
13: 압축 강관
14: 조임 너트
15: 결속 슬리브
20: H-빔
21: 상부 플랜지
22: 하부 플랜지
25: 웹(Web)
30: 보 부재
35: 기둥 부재

Claims

H-빔(20)의 상하 플랜지(21)(22) 사이에 위치하도록 웹(Web, 25)의 양측에 보강 조립체(10)가 각각 설치되고,
상기 보강 조립체(10)는,
일정 간격을 두고 용접 설치되는 스티프너(Stiffner, 11)와;
상기 스티프너(11)를 서로 연결하여 상기 H-빔(20)에 작용하는 인장력에 대응하도록 하는 복수개의 인장 강선(12)과;
상기 H-빔(20)에서 압축력이 작용하는 부위의 인장 강선(12)에 삽입되는 것으로, 양단이 상기 스티프너(11)에 접하도록 설치되어 상기 H-빔(20)에 작용하는 압축력에 대항하도록 하는 압축 강관(13)과;
상기 인장 강선(12)의 양측 끝단에 형성되어 상기 스티프너(11)의 외측으로 돌출되는 나사부(12')에 체결되는 조임 너트(14);를 포함하는 것을 특징으로 철골 구조물용 Ｈ-빔의 내력 강화구조.
제1항에 있어서,
상기 스티프너(11)는 내측 스티프너(11a)와 외측 스티프너(11b)의 이중 구조로 이루어지고, 상기 내측 스티프너(11a)와 외측 스티프너(11b) 사이의 인장 강선(12)에는 강관 형태의 결속 슬리브(15)가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조.
제2항에 있어서,
기둥 부재(35)에 보 부재(30)가 연결된 라멘(Rahmen) 구조의 경우 상기 기둥 부재(35)의 플랜지 중 상기 보 부재(30)가 접하는 부분을 상기 보 부재(30)에 설치된 이중 스티프너(11) 중 외측 스티프너(11b)로 활용하는 것을 특징으로 하는 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인장 강선(12)은, 와이어로프(Wire Rope), 고강도 철근(Rebar), 고강도볼트(High Tension Bolt) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철골 구조용 H-빔의 내력 강화구조.