KR101071647B1 - 재사용 지지앵글을 이용한 철골합성 거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철골합성 콘크리트 거더에 관한 것으로서, 하부플랜지와 상기 하부플랜지에 수직으로 일체로 형성된 웨브부를 가지는 철골거더와, 상기 철골거더의 상단에 설치되는 철근콘크리트부와, 상기 철골거더의 상단에 탈착가능하게 체결되어 상기 철근콘크리트부를 지지하는 거푸집 또는 데크플레이트를 지지하는 지지앵글을 구비하며, 상기 웨브부를 가로질러 상기 웨브부의 상단에 배치되며 일정길이로 형성된 연결철근을 더욱 구비하며, 상기 웨브부의 상단에는 상기 연결철근이 삽입 배치되는 오목한 체결홈이 형성되어, 철골거더의 상단부에 착탈이 가능한 지지앵글을 설치하여 시공시에는 상기 지지앵글에 데크플레이트나 거푸집을 설치하여 시공하중을 부담할 수 있음과 동시에 상기 철골거더와 상기 철근콘크리트부가 일체로 형성된 후에는 상기 지지앵글을 떼어내어 다시 사용이 가능하도록 구성함으로써, 철골합성 거더에 사용되는 강재량을 줄이면서도, 시공의 편의와 시공시의 시공하중을 부담할 수 있고, 상기 철골거더의 웨브부에 체결홈을 설치하고 상기 체결홈에 연결철근을 배치하여 상기 연결철근에 슬래브 철근을 연결하여 사용할 수 있고, 상기 연결철근이 전단키로서 기능할 수 있으므로, 철골합성 거더의 전단력에 대항할 수 있다.

Description

재사용 지지앵글을 이용한 철골합성 거더{STEEL HYBRID GIRDER USING RE-USED ANGLE}

본 발명은 철골합성 콘크리트 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철골합성 거더에 사용되는 강재량을 줄이면서도, 철골합성 거더의 시공시에 필요한 데크플레이트를 용이하게 설치할 수 있는 철골합성 콘크리트 거더에 관한 것이다.

일반적으로, 건축구조물을 철근콘크리트 구조로 축조하는 경우, 거푸집을 설치하고 철근을 배근한 후 현장에서 직접 콘크리트를 타설하는 현장 타설 공법이 ㅁ많이 이용되고 있는데, 이러한 현장타설공법은 거푸집의 제작 해체에 따른 많은 인력과 자재 및 시간이 소요되는 단점이 있어서, 최근에는 거푸집 공사 및 콘크리트 타설 작업을 필요로 하지 않는 PC 공법이나, 철골구조를 이용한 철골합성 구조물이 많이 이용되고 있는 추세이다.

종래의 철골구조를 이용한 철골합성 구조물로서, 도 1에 나타낸 바와 같은 철골합성 거더가 제안되고 있다. 도 1에 나타낸 철골합성 거더는 하부플랜지(2a)와 상부플랜지(2b)와 웨브(2c)로 구성된 철골거더(2)를 설치하고, 상기 철골거더의 상부에 데크플레이트를 재치한 후에 상기 데크플레이트의 상부에 철근을 배근한 후 콘크리트(3)를 타설하여 철골과 철근콘크리트가 일체화된 철골합성 거더로 구성된다.

또한, 종래의 철골합성 거더에 있어서는, 상기 철골거더의 상부플랜지에 스터드볼트(4) 등을 용접 등의 고정방법에 의해 고정하여, 상기 철골거더와 철근콘크리트가 일체로 거동하며 전단력에 저항할 수 있도록 구성하고 있다.

그러나, 도 1에 나타낸 바와 같이, 철골합성 거더의 응력분포를 살펴보면, 응력분포의 중립축이 철골거더의 상부플랜지 근처에 위치하고 있음을 알 수 있다. 즉, 철골합성거더의 상부측의 콘크리트는 압축력(C)을 부담하고, 철골거더의 하부측의 하부플랜지(T)는 인장력을 부담하고 있다.

여기서, 철골거더의 상부플랜지는 중립축 근처에 위치하여 철골합성 거더의 구조적인 기능에는 큰 기능을 하지 못하므로 시공이 완료된 후에는 상기 상부플랜지는 불필요한 부분이기는 하지만, 상기 철골합성 거더의 시공시에는 상기 상부플랜지에 데크플레이트를 얹어놓고 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하므로 시공시에 발생하는 시공하중을 부담하기 위해서는 필요한 부분이다. 따라서, 상기 철골거더의 상기 상부플랜지는 시공중에는 반드시 필요한 부분이지만 시공이 완료되어 철골거더와 철근콘크리트가 일체화가 된 후에는 불필요한 부분으로서, 고가인 철골부재의 강재량을 절감할 수 없어서 비용상승의 요인이 되고 있다.

한편, 도 1에 나타낸 철골합성 거더를 개량하는 방안으로서 도 2a에 나타낸 바와 같은 철골합성거더가 제안되고 있다. 도 2a에 나타낸 철골합성 거더는 철골거더를 상하부 플랜지의 길이가 다르게 구성한 부등변 H형강을 이용하고 있다. 그러나, 도 2a에 나타낸 철골합성 거더에 있어서는, 시공시 데크플레이트를 걸치기 위한 면적이 작아져서 별도의 발판을 설치하여야 한다고 하는 문제점이 여전히 존재하고, 합성거더의 시공완료후에 상부플랜지가 여전히 구조적 기능을 담당하지 못하는 불필요한 부분으로 남게 된다는 문제점이 있다.

또한, 도 2b에 나타낸 바와 같이, T자 형강을 거꾸로 배치하고, T자 형강의 웨브 부분에 스터드볼트를 각각 용접 등의 방법에 의해 고정한 철골거더를 사용한 것이 제안되고 있으나, 이러한 구조에서는 철골거더에 데크플레이트를 설치하기 위하여 별도의 지지부재 등이 필요하게 되므로, 철골구조가 가지는 장점인 시공의 편의성과 공사기간을 단축할 수 있다는 장점을 전혀 살리지 못한다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 철골거더의 상부플랜지를 생략하여 철골합성 거더에 사용되는 강재량을 줄이면서도, 재사용이 가능한 지지앵글을 설치하여 시공의 편의와 시공시의 시공하중을 부담할 수 있는 철골합성 거더를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 철골합성 거더는, 하부플랜지와 상기 하부플랜지에 수직으로 일체로 형성된 웨브부를 가지는 철골거더와, 상기 철골거더의 상단에 설치되는 철근콘크리트부와, 상기 철골거더의 상단에 탈착가능하게 체결되어 상기 철근콘크리트부를 지지하는 거푸집 또는 데크플레이트를 지지하는 지지앵글을 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 웨브부를 가로질러 상기 웨브부의 상단에 배치되며 일정길이로 형성된 연결철근을 더욱 구비하며, 상기 웨브부의 상단에는 상기 연결철근이 삽입 배치되는 오목한 체결홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 지지앵글은 단면이 ㄴ자 형상, ㄷ자 형상, ㅁ자 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 철골합성 거더의 전체 길이에서 부의 휨모멘트를 받는 부분에서는 상기 철골거더는 상부플랜지를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 지지앵글은 일정 단위길이로 형성되며, 상기 지지앵글의 양끝단에는 차폐플레이트가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 지지앵글은 상기 철골합성 거더의 전체 길이의 중앙부분에서는 크기가 크고 체결볼트수가 작으며, 양단부에서는 크기가 작고 체결볼트수가 많게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 철골합성 거더에 의하면, 철골거더의 상단부에 착탈이 가능한 지지앵글을 설치하여 시공시에는 상기 지지앵글에 데크플레이트나 거푸집을 설치하여 시공하중을 부담할 수 있음과 동시에 상기 철골거더와 상기 철근콘크리트부가 일체로 형성된 후에는 상기 지지앵글을 떼어내어 다시 사용이 가능하도록 구성함으로써, 철골합성 거더에 사용되는 강재량을 줄이면서도, 시공의 편의와 시공시의 시공하중을 부담할 수 있다.

또한, 상기 철골거더의 웨브부에 체결홈을 설치하고 상기 체결홈에 연결철근을 배치하여 상기 연결철근에 슬래브 철근을 연결하여 사용할 수 있고, 상기 연결철근이 전단키로서 기능할 수 있으므로, 철골합성 거더의 전단력에 대항할 수 있다.

또한, 철골합성 거더의 부의 휨모멘트를 받는 부분에서는 상부플랜지를 설치하고, 정의 휨모멘트의 크기에 따라 상기 지지앵글의 크기와 체결볼트수를 조절함으로써 보에 작용하는 응력분포에 따라 적절하게 대응할 수 있다.

도 1, 도 2a 및 도 2b는 종래기술에 의한 철골합성 거더를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 철골합성 거더를 나타내는 도면이다.
도 4a는 도 3의 측면도이고, 도 4b는 도 3의 철골합성 거더를 나타내는 분해사시도이다.
도 5는 거더의 전체길이에 걸친 휨모멘트도이다.
도 6은 부의 휨모멘트를 받는 부분에서의 철골합성 거더를 나타내는 도면이다.
도 7a는 본 발명에 의한 지지앵글을 나타내는 도면, 도 7b는 거더의 응력분포에 따른 지지앵글의 설치를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 재사용이 가능한 지지앵글을 이용한 철골합성 거더에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 7b에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 철골합성 거더(1)는 철골거더(10)와, 철근콘크리트부(3)와, 지지앵글(20)과, 연결철근(30)을 구비한다.

상기 철골거더(10)는 상기 철골합성 거더에 있어서, 하부측에 작용하는 인장력을 부담한다. 상기 철골거더(10)는 하부플랜지(10a)와, 상기 하부플랜지(10a)에 수직으로 연장되어 형성되며 상기 하부플랜지(10a)에 일체로 형성되는 웨브부(10b)를 구비한다. 여기서, 본 발명에 있어서의 상기 철골거더(10)는 상부플랜지를 생략하여 상부플랜지의 형성에 소요되는 강재량을 줄일 수 있다.

상기 웨브부(10b)의 상단측에는 상기 철골거더의 길이방향을 따라 일정간격 이격되어 U자형 형상의 오목한 체결홈(11)이 다수 형성된다. 본 실시예에 있어서는, 상기 체결홈은 U자형 형상의 홈을 예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 체결구멍으로 형성하여도 좋다.

상기 체결홈(11)에는 도 3 및 도 4b에 나타낸 바와 같이, 일정길이를 갖는 연결철근(30)이 삽입된다. 상기 연결철근은 상기 웨브부에 수직한 방향으로 배치되며, 상기 철골거더의 상부에 설치되는 철근콘크리트부(30)에 매설되어, 상기 철근콘크리트부와 상기 철골거더가 일체로 거동하도록 구성된다.

또한, 상기 연결철근은 상기 철골합성 거더에 작용하는 전단력에 저항하는 전단키(shear key)로서 기능하며, 상기 연결철근의 상부에는 상기 철골합성 거더에 일체로 형성되는 슬래브의 철근이 배치되어, 슬래브 철근과 연결되도록 구성된다.

상기 체결홈의 아래쪽 일정 위치에는 지지앵글(20)이 설치된다. 상기 지지앵글(20)은 상기 철골거더의 상기 웨브부(10b)에 체결볼트(21) 등의 고정수단에 의해 착탈가능하게 설치된다.

상기 지지앵글(20)은 상기 웨브부(10b)를 중심으로 양측에 서로 대칭되게 배치되는 한 쌍의 지지앵글(20a, 20b)로 구성되며, 본 실시예에 있어서, 상기 지지앵글은 단면이 ㄴ자 형상인 것을 예로 하였으나 반드시 이에 한정되지 않고, ㄷ자 형상, ㅁ자 형상으로 구성할 수도 있다.

상기 지지앵글의 설치높이는 상기 철골합성 거더에 작용하는 응력분포에 따라 상기 철근콘크리트부가 거더에 작용하는 압축력을 충분히 부담할 수 있는 단면적을 가지도록 위치되며, 대략 중립축의 위치에 설치된다. 이로써, 상기 지지앵글은 종래의 철골합성 거더의 상부플랜지로서 기능하게 된다.

상기 지지앵글(20)의 상부에는 상기 철근콘크리트부를 설치하기 위한 거푸집이나 데크플레이트가 설치된다. 이로써, 상기 지지앵글은 상기 철골거더에 상기 철근콘크리트부를 합성시키도록 시공할 때에 상기 거푸집이나 데크플레이트를 통하여 작용하는 시공하중을 부담한다.

상기 거푸집이나 상기 데크플레이트의 상부에는 슬래브철근과 슬래브 콘크리트를 타설하여 경화시켜 상기 철골거더와 상기 연결철근과 상기 철근콘크리트부가 일체로 형성된다.

상기 지지앵글은 상기 철근콘크리트부가 경화하여 상기 철골거더와 일체로 형성된 후에는 구조적인 기능을 하지 않으므로, 상기 체결볼트(21)를 해제하여 상기 철골거더의 상기 웨브부로부터 떼어내어진다.

이로써, 철골거더의 상단부에 착탈이 가능한 지지앵글을 설치하여 시공시에는 상기 지지앵글에 데크플레이트나 거푸집을 설치하여 시공하중을 부담할 수 있음과 동시에 상기 철골거더와 상기 철근콘크리트부가 일체로 형성된 후에는 상기 지지앵글을 떼어내어 다시 사용이 가능하도록 구성함으로써, 철골합성 거더에 사용되는 강재량을 대략 25% ~ 30% 정도 줄일 수 있고, 시공의 편의와 시공시의 시공하중을 부담할 수 있다.

한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 보나 거더의 경우, 전체 길이에 대한 휨모멘트도를 살펴보면, 거더의 중앙부분(B)에서는 정(+)의 휨모멘트를 받으므로 거더의 상부측이 압축력을 받고 하부측이 인장력을 받지만, 거더의 양단부(A)에서는 부(-)의 휨모멘트를 받는다.

따라서, 본 실시예에 있어서는, 상기 부의 휨모멘트를 받는 부분, 즉 거더의 길이를 l이라 할 때 기둥지지점으로부터 각각 l/5의 거리에 있는 부분에 대해서는 상기 철골거더의 상부에 상부플랜지(10c)를 더욱 설치하여, 양단부의 상부측에 작용하는 인장력을 부담하도록 구성된다.

또한, 상기 상부플랜지의 하부측에는 체결구멍(12)을 형성하여 슬래브 철근이나 거더의 철근이 삽입되어 배치되도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 부의 휨모멘트를 받는 부분에서의 상기 철골거더와 정의 휨모멘트를 받는 부분에서의 상기 철골거더는 체결용 철판(40)에 의해 용접 등의 수단으로 서로 고정될 수 있다.

한편, 상기 지지앵글이 설치되는 위치에 따라 그 크기와 체결볼트의 수를 달리 구성하는 것이 바람직하다.

거더의 길이에 따라 전단력도와 휨모멘트도를 살펴보면, 전단력은 거더의 길이의 양단부측에서 가장 크고, 휨모멘트는 거더의 길이의 중앙부분에서 가장 크게 작용하므로, 거더의 길이의 양단측에 설치되는 지지앵글에서는 상기 지지앵글을 상기 철골거더의 상기 웨브부에 체결하기 위한 체결볼트는 중앙부에 설치되는 지지앵글보다 그 간격이 작고 그 수를 많이 형성한다.

또한, 상기 지지앵글의 크기는 중앙부에서의 지지앵글이 양단부에서의 지지앵글보다 그 크기를 크게 형성한다.

또한, 상기 지지앵글(10)은 시공의 편의를 위하여, 예를 들면 1.5 ~ 3.0m 정도로 일정 단위길이로 제조하여 설치할 수 있고, 일정 단위길이로 제조된 상기 지지앵글의 양끝단에는 상기 지지앵글의 단면형상에 상응하는 형상을 가지는 차폐플레이트(20)를 상기 지지앵글에 고정할 수 있다. 이로써, 상기 지지앵글 각각은 상기 차폐플레이트에 의해 막혀 있으므로 일정단위 길이로 제조된 지지앵글을 서로 인접하여 배치할 때에 앵글면의 위치를 맞추는데 시간이 소요되지 않고 간편하게 시공할 수 있다.

본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.

1 : 철골합성 거더
10 : 철골거더
10a : 하부플랜지
10b : 웨브부
10c : 상부플랜지
20, 20a, 20b : 지지앵글
30 : 연결철근

Claims (6)

1. 철골합성 거더에 있어서,
   하부플랜지와 상기 하부플랜지에 수직으로 일체로 형성된 웨브부를 가지는 철골거더와,
   상기 철골거더의 상단에 설치되는 철근콘크리트부와,
   상기 철골거더의 상단에 탈착가능하게 체결되어 상기 철근콘크리트부를 지지하는 거푸집 또는 데크플레이트를 지지하는 지지앵글을 구비하는 것을 특징으로 하는 재사용이 가능한 지지앵글을 이용한 철골합성 거더.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 웨브부를 가로질러 상기 웨브부의 상단에 배치되며 일정길이로 형성된 연결철근을 더욱 구비하며,
   상기 웨브부의 상단에는 상기 연결철근이 삽입 배치되는 오목한 체결홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 재사용이 가능한 지지앵글을 이용한 철골합성 거더.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지앵글은 단면이 ㄴ자 형상, ㄷ자 형상, ㅁ자 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 재사용이 가능한 지지앵글을 이용한 철골합성 거더.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 철골합성 거더의 전체 길이에서 부의 휨모멘트를 받는 부분에서는 상기 철골거더는 상부플랜지를 구비하는 것을 특징으로 하는 재사용이 가능한 지지앵글을 이용한 철골합성 거더.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지앵글은 일정 단위길이로 형성되며,
   상기 지지앵글의 양끝단에는 차폐플레이트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 재사용이 가능한 지지앵글을 이용한 철골합성 거더.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지앵글은 상기 철골합성 거더의 전체 길이의 중앙부분에서는 크기가 크고 체결볼트수가 작으며, 양단부에서는 크기가 작고 체결볼트수가 많게 형성되는 것을 특징으로 하는 재사용이 가능한 지지앵글을 이용한 철골합성 거더.

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