KR101083762B1 - Cft기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조 - Google Patents

Cft기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조로서, CFT기둥(100)에서 대면하는 양 측면 중에서 어느 한 측면에는 철근이 삽입 가능한 다수개의 홀이 형성되며, 플랫플레이트 바닥구조물(400)은, CFT기둥의 외측면의 모서리 부위에서 외측으로 연장하도록 그 일측이 각각 용접 접합되는 다수 쌍의 강판(410)과, 동일 측면에 위치하는 한 쌍의 강판의 중앙에 위치하고 CFT기둥으로부터 외측으로 강판에 대응하는 길이로 연장하도록 그 일측이 CFT기둥에 각각 용접되는 다수개의 H형강(420)과, 동일 측면에 위치하는 한 쌍의 강판과 H형강을 각각 연결하는 다수개의 연결바(430), 및 CFT기둥의 한 측면에 형성된 다수개의 홀을 관통하여 CFT기둥의 내부에서 연결바의 외부까지 연장하도록 배근되는 다수개의 철근(440)을 포함한다. 본 발명은 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합부위를 효과적으로 보강 접합함으로써 펀칭전단 현상을 예방하고 동일 크기의 RC플랫플레이트 구조 이상의 내력을 확보할 뿐만 아니라 시공성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조{Connection Structure of Concrete Filled Steel Tube Column and Flat Plate Slab}
도 1a 및 도 1b는 통상적인 RC(Reinforced Concrete) 플랫플레이트의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2a 내지 도 3b는 종래기술에 따른 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조를 개략적으로 각각 도시한 도면이며,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 한 실시예에 따른 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
100 : CFT기둥 400 : 플랫플레이트 바닥구조물
410 : 강판 420 : H형강
430 : 연결바 440 : 철근
본 발명은 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조에 관한 것이며, 특히, CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합부위를 효과적으로 보강 접합하 여 펀칭전단 현상을 예방하고 동일 크기의 RC 플랫플레이트 구조 이상의 접합부위 내력을 확보하는 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조에 관한 것이다.
CFT(Concrete Filled Steel Tube)기둥은 강관내부에 콘크리트를 충전하여 강도와 강성을 향상시킨 합성 기둥으로, 고축력을 받는 기둥에 유리한 구조여서 최근에 그 적용이 확대되고 있다. 특히, 건물의 저층부나 지하층에서 기둥에 작용하는 하중이 최대로 커지므로 CFT기둥의 채용을 고려하는 경우가 많다.
건축물 공사에서 지하층의 공기가 전체 공기에서 매우 큰 비중을 차지한다. 따라서 가능하면 지하층의 층고를 낮추어 굴착 등에 따른 비용을 최소화하려는 노력이 수반되고 있다. 이런 연유로 도 1a 및 도 1b와 같은 RC 플랫플레이트(Reinforced Concrete Flat Plate)의 구조를 채용하는 경우가 일반적인 경향이다. 즉, 드롭패널이 포함된 RC 플랫슬래브(Flat Slab) 대신 RC 플랫플레이트(Flat Plate)로 구축함으로써, 시공성 확보는 물론 층고 및 터파기 깊이 절감, 그리고 공기를 크게 단축하고 있다.
더불어 고축력을 받을 수 있는 CFT기둥에 대폭적인 층고감소가 가능한 플랫플레이트 바닥구조물을 접합하는 것이 더욱 합리적인 방안으로 대두되고 있다. 그러나 CFT기둥은 그 외부가 강관으로 구성되고, 플랫플레이트 바닥구조물은 현장 타설하여야 하는 RC구조이기 때문에, 둘 사이의 일체성을 확보할 수 있는 상세한 구성관계를 구현하는 것이 기술적으로 매우 어렵고 복잡하다.
CFT구조는 일본에서 일찍부터 발전해 왔기 때문에, CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 일체성 확보를 위한 상세한 구성관계에 대해 일본에서 먼저 제안되 어 국내에서도 일부 도입하였으나, 기둥에 작용하는 축력이 커질 경우 고축력에 의한 플랫플레이트 바닥구조물의 펀칭전단(Punching Shear) 현상을 방지하기에는 그 기술력이 미흡한 실정이다. 즉, 현재 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합부위가 안정성을 갖도록 경제적으로 설계하는 설계기술이 국내를 비롯하여 국외에 제시된 바가 거의 없는 실정이다.
특히, 국내 CFT구조의 경우 40mm 이상의 후판재를 사용하는 경우가 대부분이기 때문에, CFT기둥은 일반 RC기둥에 비해 기둥의 사이즈가 대폭 감소하게 된다. 이에 비례하여 기둥 외주면에서 형성되는 펀칭전단 현상을 예방하는 면적 또한 대폭적으로 감소하기 때문에, 펀칭전단에 대한 취약성은 오히려 증대되는 부작용으로 나타나고 있다.
도 2a 내지 도 3b는 종래기술에 따른 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조를 개략적으로 각각 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 CFT기둥(100)의 외측면에 보강철물(210)을 각각 용접하고, 보강철물(210)에 다수개의 철근(220)을 용접하고 배근하여 플랫플레이트 바닥구조물(200)을 구성하는 형태로 하여 CFT기둥(100)과 플랫플레이트 바닥구조물(200)간의 접합구조를 갖도록 하였다.
그러나 이러한 접합구조는 접합부위가 견고하지 못해 CFT기둥(100)에 가해지는 축력에 의해 플랫플레이트 바닥구조물(200)의 펀칭전단 현상을 방지하는데 어려움이 있다.
도 3a 및 도 3b는 CFT기둥(100)의 외측면에 보강철물(310)을 각각 용접하고, 보강철물(310)과 CFT기둥(100)을 완전 관통하는 형태로 다수개의 철근(320)을 배근하여 플랫플레이트 바닥구조물(300)을 구성하는 형태로 하여 CFT기둥(100)과 플랫플레이트 바닥구조물(300)간의 접합구조를 갖도록 하였다.
그러나 이러한 접합구조는 다수개의 철근(320)을 보강철물(310)과 CFT기둥(100)을 완전 관통하는 형태로 배근하기 때문에 시공상에 많은 어려움이 있으며, 펀칭전단 현상을 방지하기에도 미흡하다.
따라서 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합부위를 효과적으로 보강 접합함으로써 펀칭전단 현상을 예방하고 동일 크기의 RC플랫플레이트 구조 이상의 내력을 확보하며 시공성을 향상시키는 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조로서, 상기 CFT기둥에서 대면하는 양 측면 중에서 어느 한 측면에는 철근이 삽입 가능한 다수개의 홀이 형성되며, 상기 플랫플레이트 바닥구조물은, 상기 CFT기둥의 외측면의 모서리 부위에서 외측으로 연장하도록 그 일측이 각각 용접 접합되는 다수 쌍의 강판과, 동일 측면에 위치하는 한 쌍의 강판의 중앙에 위치하고 상기 CFT기둥으로부터 외측으로 상기 강판에 대응하는 길이로 연장하도록 그 일측이 상기 CFT기둥에 각각 용접되는 다수개의 H형강과, 동일 측면에 위치하는 한 쌍의 강판과 H형강을 각각 연결하는 다수개의 연결바, 및 상기 CFT기둥의 한 측면에 형성된 상기 다수개의 홀을 관통하여 상기 CFT기둥의 내부에서 상기 연결바의 외부까지 연장하도록 배근되는 다수개의 철근을 포함하는 것을 특징으로 한다.
아래에서, 본 발명에 따른 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 한 실시예에 따른 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 통상적인 CFT기둥(100)에 하기와 같은 형태로 플랫플레이트 바닥구조물(400)을 형성함으로써 그들간의 접합구조를 갖도록 구성한 것이다. 즉, 본 발명의 플랫플레이트 바닥구조물(400)은 통상적인 CFT기둥(100)의 외측면의 모서리 부위에 외측으로 일정 길이 연장하도록 그 일측이 각각 용접 접합되는 4쌍의 강판(410)과, 동일 측면에 위치하는 한 쌍의 강판(410)의 중앙에 위치하고 CFT기둥(100)으로부터 외측으로 강판(410)에 대응하는 길이로 연장하도록 그 일측이 CFT기둥(100)에 용접되는 4개의 H형강(420)과, 동일 측면에 위치하는 한 쌍의 강판(410)과 H형강(420)을 각각 연결하는 다수개의 연결바(430), 및 CFT기둥(100)의 일측을 관통하여 CFT기둥(100)의 내부에서 연결바(430)의 외부까지 연장하도록 배근되는 다수개의 철근(440)으로 구성된다.
상기 강판(410)은 CFT기둥(100)과 동일하거나 유사한 두께를 갖는 것으로서, CFT기둥(100) 폭의 약 2/3정도의 크기를 갖도록 구성되어 CFT기둥(100)의 세로로 용접 접합된다. 이 때, 강판(410)은 플랫플레이트 바닥구조물(400)의 전체 두께가 대략 200mm 이상인 점을 고려하여 그 높이를 설정하면 된다.
H형강(420)은 강판(410)에 대응하는 길이로 연장하도록 그 일측이 CFT기둥(100)에 용접되는 것으로서, 양 플랜지가 CFT기둥(100)의 높이방향으로 각각 위치한 형태로 용접된다.
연결바(430)는 동일 측면에 위치하는 한 쌍의 강판(410)과 H형강(420)을 연결함으로써 한 쌍의 강판(410)과 H형강(420)이 일체성을 갖도록 한다.
그리고 본 발명의 CFT기둥(100)에는 대면하는 양 측면 중에서 어느 한 측면에 다수개의 홀이 천공되어 있다. 따라서 철근(440)을 배근할 경우, 철근(440)은 CFT기둥(100)의 일측면에 형성되는 홀을 따라 삽입되어 그 끝단이 대면하는 CFT기둥(100)의 타측면에 맞닿을 때까지 삽입되어 배근된다. 이 때, CFT기둥(100)의 또다른 측면을 통해서는 상기와 동일한 형태로 철근(440)이 배근되기 때문에, CFT기둥(100)의 내부에는 각각의 끝단이 고정되지 않은 다수개의 철근(440)이 서로 교차하는 형태로 배근된다.
상기와 같이 구성되는 CFT기둥(100)과 플랫플레이트 바닥구조물(400)에 콘크리트를 타설하여 양생시킴으로써, 본 발명의 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합이 완성된다.
아래에서는, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합과정에 대해 상세히 설명하겠다.
먼저 CFT기둥(100)에 홀을 가공함에 있어 서로 대면하는 양 측면 중 어느 한 측면에 철근(440)이 관통할 수 있는 홀을 가공한다. 그런 다음, 고축력에 의한 플 랫플레이트 바닥구조물(400)의 펀칭전단 파괴현상을 방지하기 위해 CFT기둥의 각각의 외측면 중앙부에 춤이 낮은 H형강(420)을 용접하고, CFT기둥의 모서리 부위에는 강판(410)을 세로로 용접한다.
또한, 동일 측면에 위치하는 H형강(420)과 한 쌍의 강판(410)을 철근과 유사한 다수개의 연결바(430)로 연결한다. 이렇게 연결함으로써 CFT기둥의 외측면에 접합되는 강판(410)과 H형강(420)간의 일체성을 확보하여 펀칭전단 파괴현상에 강하게 저항하는 메커니즘을 형성한다. 이 때, 강판(410), H형강(420) 및 연결바(430)는 미리 일체로 용접 제작하여 현장에서는 단지 그러한 일체형 철물을 CFT기둥의 외측면에 각각 접합하는 것도 가능하다.
그런 다음, 철근(440)을 배근한다. 철근(440)을 CFT기둥을 관통하도록 대면하는 양 측면에 홀을 뚫어 관통하기는 쉽지가 않다. 따라서 본 발명은 대면하는 양 측면 중에서 어느 한 측면에 다수개의 홀을 뚫고, 그 구멍에 철근(440)을 삽입하되 그 끝단이 맞은편의 타측면에 맞닿을 때까지 삽입하는 매우 간단한 작업을 채택하였다. 이 때, 다수개의 철근(440)은 그 끝단이 CFT기둥의 내부에서 고정되지 않는 형태를 갖지만, 나중에 CFT기둥의 내부에 콘크리트를 타설하면 자동으로 정착된다.
이러한 철근(440)의 삽입 배근이 완료되면 나머지 슬래브 철근들도 배근한다. 그런 다음, 콘크리트를 CFT기둥의 내부에 충전하고, 플랫플레이트 바닥구조물에도 콘크리트를 타설하여 일체로 양생시킴으로써 본 발명의 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합이 완성된다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합부위를 효과적으로 보강 접합함으로써 펀칭전단 현상을 예방하고 동일 크기의 RC플랫플레이트 구조 이상의 내력을 확보할 뿐만 아니라 시공성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 접합부위를 보강하는 철근을 배근함에 있어 굳이 현장용접을 하지 않더라도 원하는 강도를 발휘할 수 있으므로 시공성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 현재 실무자들이 사용하는 RC 무량판 설계법(가령, 직접설계법, 등가골조 설계법 또는 상용프로그램을 이용한 유한요소해석에 기반한 설계법)에 그대로 흡수될 수 있도록 내력계산이 가능함으로 실무 적용이 용이하다.
이상에서 본 발명의 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

  1. CFT(Concrete Filled Steel Tube)기둥과 플랫플레이트(Flat Plate) 바닥구조물간의 접합구조로서,
    상기 CFT기둥에서 대면하는 양 측면 중에서 어느 한 측면에는 철근이 삽입 가능한 다수개의 홀이 형성되며,
    상기 플랫플레이트 바닥구조물은 상기 CFT기둥의 외측면의 모서리 부위에서 외측으로 연장하도록 그 일측이 각각 용접 접합되는 다수 쌍의 강판과, 동일 측면에 위치하는 한 쌍의 강판의 중앙에 위치하고 상기 CFT기둥으로부터 외측으로 상기 강판에 대응하는 길이로 연장하도록 그 일측이 상기 CFT기둥에 각각 용접되는 다수개의 H형강과, 동일 측면에 위치하는 한 쌍의 강판과 H형강을 각각 연결하는 다수개의 연결바, 및 상기 CFT기둥의 한 측면에 형성된 상기 다수개의 홀을 관통하여 상기 CFT기둥의 내부에서 상기 연결바의 외부까지 연장하도록 배근되는 다수개의 철근을 포함하는 것을 특징으로 하는 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 H형강은 양 플랜지가 상기 CFT기둥의 높이방향으로 각각 위치하도록 용접되는 것을 특징으로 하는 CFT기둥과 플랫플레이트 바닥구조물간의 접합구조.
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