KR101076581B1 - 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 시공방법 - Google Patents

중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기둥과 보의 접합부 구조 및 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부 강관과 외부 강관으로 이루어진 2중 강관의 내부 강관과 외부 강관 사이에 콘크리트를 충전한 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 내부 강관기둥; 내부 강관기둥의 외주면에 접합된 복수의 H형 브라켓; H형 브라켓을 서로 연결하면서 내부 강관기둥을 둘러싸는 복수의 원호형 플레이트; 원형 플레이트가 연결되어 이루는 직경과 동일한 직경을 갖고 원호형 플레이트의 상부와 하부에 각각 결합되는 링 플레이트; 각 링 플레이트에 결합되고 내부 강관기둥을 감싸는 외부 강관기둥; 내부 강관기둥과 외부 강관기둥 사이 그리고 내부 강관기둥과 H형 브라켓 및 원호형 플레이트 사이에 충전되는 콘크리트; 및 각 H형 브라켓에 접합되는 H형강 보를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조가 제공된다.
콘크리트 충전 강관, 2중 강관, 기둥-보 접합부, H형강 보, 내화구조

Description

중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 시공방법{Joint structure for hollow core concrete filled tube column and H shaped beam and construction method therefor}
본 발명은 기둥과 보의 접합부 구조 및 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부 강관과 외부 강관으로 이루어진 2중 강관의 내부 강관과 외부 강관 사이에 콘크리트를 충전한 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.
철골구조 건물은 기둥, 보, 가새 등의 개별부재를 연결하고 조립함으로써 이루어진다. 개개의 부재가 아무리 튼튼하게 설계되었더라도 이들의 연결이 취약하게 되어 있으면 건물 전체가 안전하다고 할 수 없을 것이다. 접합부는 연결되는 각 부재의 응력을 충분히 전달될 수 있도록 해야 한다. 접합부를 어떻게 설계하고 시공하느냐에 따라 구조안전은 물론 구조체 공사비에 미치는 영향도 크다.
기둥과 보의 접합은 강접합과 핀접합으로 나눌 수 있으나 일반적으로 강접합으로 한다. 핀접합인 경우 고력볼트를 사용하고 강접합인 경우에는 용접으로 하는 것이 일반적이다. 용접접합의 경우 보 플랜지의 응력에 의해서 기둥의 플레이트가 면외 변형할 수 있는데 이것을 방지하기 위해 보가 접합되는 위치에 수평스티프너를 설치하여 보강해야 한다. 기둥 단면이 각형강관이나 원형강관일 때에는 보-기둥 접합부의 상세가 다소 복잡해지는데, 보강재(Diaphragm)의 형식에 따라 관통형 다이아프램 형식, 내부 다이아프램 형식 및 외부 다이아프램 형식이 있다.
콘크리트 충전 강관구조는 강관과 콘크리트의 상호작용에 의해 뛰어난 구조 성능으로 초고층 구조시스템에 적합한 구조로 알려져 있다. 그러나 콘크리트 충전 강관기둥-H형강 보 접합에 대한 역학거동 규명과 시공의 어려움으로 여러 가지 접합형식에 대해서 연구중에 있다. 관통형 다이아프램 형식, 내부 다이아프램 형식은 고층건물에 적합한 것으로 알려져 일본에서 널리 사용되고 있으나, 우리나라는 상대적으로 지진 및 풍 하중이 작으므로 관통형 및 내다이아프램 접합형식을 그대로 적용시킬 경우 시공상에서 용접 및 콘크리트 충전성 등의 비효율적인 측면이 많다. 그리고 외부 다이아프램 형식의 제작·가공에 따른 비경제성 및 접합부 주변 외관의 복잡성 등이 단점으로 지적된다.
본 발명은 철골골조공사의 급속 시공이 가능하고, 기둥에 별도로 내화피복을 할 필요가 없으며, 기둥과 보의 접합부의 일체성이 확보되어 접합부의 내력이 향상된 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 내부 강관기둥; 내부 강관기둥의 외주면에 접합된 복수의 H형 브라켓; H형 브라켓을 서로 연결하면서 내부 강관기둥을 둘러싸는 복수의 원호형 플레이트; 원형 플레이트가 연결되어 이루는 직경과 동일한 직경을 갖고 원호형 플레이트의 상부와 하부에 각각 결합되는 링 플레이트; 각 링 플레이트에 결합되고 내부 강관기둥을 감싸는 외부 강관기둥; 내부 강관기둥과 외부 강관기둥 사이 그리고 내부 강관기둥과 H형 브라켓 및 원호형 플레이트 사이에 충전되는 콘크리트; 및 각 H형 브라켓에 접합되는 H형강 보를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조가 제공된다.
본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, H형 브라켓, 원호형 플레이트 및 링 플레이트가 접합된 내부 강관기둥을 평면 계획에 따라 설치하는 단계; H형 브라켓에 H형강 보를 접합하는 단계; 외부 강관기둥을 내부 강관기둥을 감싸도록 설치하는 단계; 및 내부 강관기둥과 외부 강관기둥 사이 그리고 내부 강관기둥과 H형 브라켓 및 원호형 플레이트로 둘러싸인 공간에 콘크리트를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 시공방법이 제공된다.
본 발명에 따르면 기둥에 별도의 내화피복이 불필요하며 기둥-보 접합부의 일체성이 확보되어 접합부의 성능이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 표기하며, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조를 나타낸 분해조립도이고, 도 2는 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부의 종단면도이고, 도 3의 (a)는 보가 접합된 부분의 단면도(도 2의 A-A 단면도)이고 (b)는 기둥 부분의 단면도(도 2의 B-B 단면도)이다.
도 1에서와 같이 본 발명에 따른 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조는, 내부 강관기둥(10), 내부 강관기둥(10)의 외주면에 접합된 4개의 H형 브라켓(20), H형 브라켓(20)을 서로 연결하면서 내부 강관기둥(10)을 둘러싸는 4개의 원호형 플레이트(Arc plate, 30), 원형 플레이트(30)가 연결되어 이루는 직경과 동일한 직경을 갖고 원호형 플레이트(30)의 상부와 하부에 각각 결합되는 2개의 링 플레이트(40), 각 링 플레이트(40)에 결합되고 내부 강관기둥(10)을 감싸는 외부 강관기둥(50), 내부 강관기둥(10)과 외부 강관기둥(50) 사이 그리고 내부 강관기둥(10)과 H형 브라켓(20) 및 원호형 플레이트(30) 사이에 충전되는 콘크리트(60) 및 각 H형 브라켓(20)에 접합되는 H형강 보(70)로 이루어진다.
내부 강관기둥(10)은 강관기둥-H형강 보로 이루어지는 철골골조의 주 기둥을 이루는 부재로서 외부 강관기둥(50)으로 둘러싸이고 콘크리트(60)로 피복된다.
내부 강관기둥(10)에는 H형강 보(70)가 접합될 위치에 H형 브라켓(20)이 접합된다. 즉, H형 브라켓(20)은 H형강 보(70)를 접합하기 위해 내부 강관기둥(10)의 외주면에 용접으로 설치되는 것으로 접합되는 H형강 보(70)와 동일한 단면을 갖는다. 도 1에서는 내부 강관기둥(10)에 십자형으로 H형강 보(70)가 접합되는 경우, 즉 내부 강관기둥(10)이 중앙에 설치된 것을 예시한 것으로 H형 브라켓(20)은 4개가 설치되어 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 기둥(10)에 접합되는 보(70)의 수에 따라 외곽기둥의 경우 3개 또는 2개가 설치될 수 있다.
원호형 플레이트(30)는 브라켓(20)을 서로 연결하면서 내부 강관기둥(10)을 둘러싸도록 설치된다. 내부 강관기둥(10)을 둘러싸는 원호형 플레이트(30)의 직경은 링 플레이트(40) 및 외부 강관기둥(50)의 직경과 동일한 직경을 갖는다. 따라서 내부 강관기둥(10)과 외부 강관기둥(50) 사이에 콘크리트(60)를 충전할 때 내부 강관기둥(10), H형 브라켓(20) 및 원호형 플레이트(30)로 둘러싸인 공간 내부에도 콘크리트(60)가 채워지게 된다. 이를 위해 원호형 플레이트(30)의 양단부에는 H형 브 라켓(20)의 상부 플랜지와 하부 플랜지 사이로 삽입되고 웨브에 접하는 크기를 갖는 폐쇄단부(31)가 형성된다. 이 폐쇄단부(31)는 H형 브라켓(20)의 상부 플랜지와 하부 플랜지와 용접으로 접합되어 H형 브라켓(20)의 면외 변형을 방지하는 스티프너의 기능을 한다.
원호형 플레이트(30)와 동일 수직선 상에는 원호형 플레이트(30)가 연결되어 이루는 원의 직경과 동일한 직경을 갖는 링 플레이트(40)가 접합된다. 이 링 플레이트(40)는 외부 강관기둥(50)을 현장에서 간편 연결할 수 있도록 한다.
외부 강관기둥(50)은 내부 강관기둥(10)을 감싸도록 설치된다. 외부 강관기둥(50)은 링 플레이트(40)와 동일한 직경을 갖고 링 플레이트(40)와 접합된다. H형 브라켓(20), 원호형 플레이트(30) 및 링 플레이트(40)는 공장에서 미리 내부 강관기둥(10)에 접합되는데 반해, 외부 강관기둥(50)은 내부 강관기둥(10)을 세우고 H형강 보(70)를 접합해 골조를 구축한 후 시공된다. 따라서 외부 강관기둥(50)은 적어도 2개로 분할되고 현장에서 용접으로 서로 연결되어 내부 강관기둥(10)을 감싸게 된다. 외부 강관기둥(50)은 콘크리트(60) 타설을 위한 거푸집 역할을 하게 되고 내부 강관기둥(10)과 함께 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥을 구성한다.
내부 강관기둥(10)과 외부 강관기둥(50) 사이에 그리고 내부 강관기둥(10)과 H형 브라켓(20) 및 원호형 플레이트(30)로 둘러싸인 공간에 콘크리트(60)가 충전된다. 따라서 도 3(a)에서와 같이 기둥과 보의 접합부가 콘크리트로 일체화된 구조로 되고 도 3(b)에서와 내부 강관기둥(10)은 콘크리트(60)에 의해 피복되어 화재시 내부 강관기둥(10)의 온도 상승을 억제할 수 있는 내화구조가 된다.
H형 브라켓(20)에는 H형강 보(70)가 접합된다. H형 브라켓(20)과 H형강 보(70) 간의 접합은 본 발명이 속하는 기술분에서 공지된 임의의 접합방법이 선택적으로 사용될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부의 시공방법을 순서대로 나타낸 것이다.
먼저, 내부 강관기둥(10)에 H형 브라켓(20), 원호형 플레이트(30) 및 링 플레이트(40)를 접합한다. 내부 강관기둥(10)이 1층 1절 형식인 경우 상부에만, 2층 1절 형식인 경우 H형강 보가 접합될 위치에 각각 H형 브라켓(20), 원호형 플레이트(30) 및 링 플레이트(40)를 접합한다. 도면에서는 1층 1절 방식의 경우를 도시하였다. H형 브라켓(20), 원호형 플레이트(30) 및 링 플레이트(40)를 내부 강관기둥(10)에 접합하는 작업은 현장에서 실시될 수도 있지만 공장에서 미리 수행되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 4a에서와 같이 H형 브라켓(20), 원호형 플레이트(30) 및 링 플레이트(40)가 접합된 내부 강관기둥(10)을 평면 계획에 따라 설치한다.
다음으로, 도 4b에서와 같이 내부 강관기둥(10)에 H형강 보(70)를 접합하여 골조를 완성한다.
다음으로, 도 4c에서와 같이 외부 강관기둥(50)을 내부 강관기둥(10)을 감싸도록 설치한다. 외부 강관기둥(50)은 내부 강관기둥(10)에 접합된 링 플레이트(40)에 연결된다. 이때, 외부 강관기둥(50)과 내부 강관기둥(10) 사이에 수직철근을 추가로 배근할 수 있다.
마지막으로, 도 4d에서와 같이 내부 강관기둥(10)과 외부 강관기둥(50) 사이의 공간에 콘크리트(60)를 충전한다. 이때, 내부 강관기둥(10)과 H형 브라켓(20) 그리고 원호형 플레이트(30)로 둘러싸인 공간에도 콘크리트(60)가 밀실하게 충전된다.
이상과 같이 본 발명에 따르면 내부 강관기둥(10)과 H형강 보(70)로 구성되는 골조를 먼저 시공하여 시공중 하중은 내부 강관기둥(10)이 받도록 하면서 급속하게 골조공사를 진행할 수 있을 뿐만 아니라 기둥-보 접합부가 철골콘크리트 구조가 됨으로서 접합부의 일체성이 높아져 접합부의 성능이 향상된다. 그리고 내부 강관기둥(10)에 미리 링 플레이트(40)가 접합되어 있으므로 내부 강관기둥(10)을 피복하는 콘크리트를 타설하기 위한 거푸집으로 기능하는 외부 강관기둥(50)을 간편하게 현장에서 결합시킬 수 있다. 이렇게 내부 강관기둥이 콘크리트로 피복됨으로써 화재시 내부 강관기둥의 온도 상승을 억제할 수 있는 내화구조를 구현할 수 있으며, 기둥이 내부 강관기둥, 콘크리트 및 외부 강관기둥으로 구성됨으로써 기둥의 내력 및 좌굴성능을 크게 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 기둥에 별도의 내화피복이 불필요하며 기둥-보 접합부의 일체성이 확보되어 접합부의 성능이 향상된다.
지금까지 본 발명을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조를 나타낸 분해조립도이다.
도 2는 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부의 종단면도이다.
도 3의 (a)는 보가 접합된 부분의 단면도(도 2의 A-A 단면도)이고, (b)는 기둥 부분의 단면도(도 2의 B-B 단면도)이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부의 시공방법을 순서대로 나타낸 것이다.

Claims (2)

  1. 내부 강관기둥(10);
    내부 강관기둥(10)의 외주면에 접합된 복수의 H형 브라켓(20);
    H형 브라켓(20)을 서로 연결하면서 내부 강관기둥(10)을 둘러싸는 복수의 원호형 플레이트(30);
    원형 플레이트(30)가 연결되어 이루는 직경과 동일한 직경을 갖고 원호형 플레이트(30)의 상부와 하부에 각각 결합되는 링 플레이트(40);
    각 링 플레이트(40)에 결합되고 내부 강관기둥(10)을 감싸는 외부 강관기둥(50);
    내부 강관기둥(10)과 외부 강관기둥(50) 사이 그리고 내부 강관기둥(10)과 H형 브라켓(20) 및 원호형 플레이트(30) 사이에 충전되는 콘크리트(60); 및
    각 H형 브라켓(20)에 접합되는 H형강 보(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조.
  2. 청구항 1에 기재된 H형 브라켓(20), 원호형 플레이트(30) 및 링 플레이트(40)가 접합된 내부 강관기둥(10)을 평면 계획에 따라 설치하는 단계;
    H형 브라켓(20)에 H형강 보(70)를 접합하는 단계;
    외부 강관기둥(50)을 내부 강관기둥(10)을 감싸도록 설치하는 단계; 및
    내부 강관기둥(10)과 외부 강관기둥(50) 사이 그리고 내부 강관기둥(10)과 H 형 브라켓(20) 및 원호형 플레이트(30)로 둘러싸인 공간에 콘크리트(60)를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 콘크리트 충전 이중 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 시공방법.
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