KR101098693B1 - 단부판을 가지는 보강 철근을 이용한 보-기둥 접합 부분에서의 내진 성능 향상 구조를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 보와 철근 콘크리트 기둥으로 이루어지는 철근 콘크리트 골조 구조물에서, 보와 기둥이 접합되는 보-기둥 접합부에 단부판을 구비한 보강 철근을 보의 배치 방향으로 배치하여 접합부의 강도를 증가시키고, 보강 철근의 단부판 외측으로 소성힌지가 생성되도록 하여, 철근 콘크리트 골조 구조물의 연성을 향상시키고, 보-기둥 접합부의 손상을 방지하여, 내진 성능이 크게 향상되는 철근 콘크리트 골조 구조물에 관한 것이다.
본 발명에서는 철근 콘크리트 기둥(10)과 철근 콘크리트 보(20)가 접합되는 보-기둥 접합부를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물(100)로서, 양단에 판 부재로 이루어진 단부판(201)이 일체로 구비되어 있는 보강 철근(200)이, 보(20)의 배치 방향으로 보-기둥 접합부의 내부를 가로질처 단부판(201)이 보(20)의 내부에 위치하도록 매립 배치되어, 지진하중 작용시 상기 단부판(201)의 외측 위치에서 보(20)에 소성힌지가 생성되는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 골조 구조물이 제공된다.

Description

단부판을 가지는 보강 철근을 이용한 보-기둥 접합 부분에서의 내진 성능 향상 구조를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물{Reinforced Concrete Frame Structure having High Flexibility in Beam-Column Joint}

본 발명은 철근 콘크리트 보와 철근 콘크리트 기둥의 접합부를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물에 대한 것으로서, 구체적으로는 철근 콘크리트 보와 철근 콘크리트 기둥으로 이루어지는 철근 콘크리트 골조 구조물에서, 보와 기둥이 접합되는 보-기둥 접합부에 단부판을 구비한 보강 철근을 보의 배치 방향으로 배치하여 접합부의 강도를 증가시키고, 보강 철근의 단부판 외측으로 소성힌지가 생성되도록 하여, 철근 콘크리트 골조 구조물의 연성을 향상시키고, 보-기둥 접합부의 손상을 방지하여, 내진 성능이 크게 향상되는 철근 콘크리트 골조 구조물에 관한 것이다.

도 1에는 철근 콘크리트 기둥과 철근 콘크리트 보로 이루어진 철근 콘크리트 골조 구조물(100)을 나타내는 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 원 A로 표시된 보-기둥 접합부 즉, 철근 콘크리트 보와 철근 콘크리트 기둥이 접합되는 부분에서의 철근 배근 상세도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2의 선B-B에 따른 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 2에 도시된 보-기둥 접합부에서의 휨모멘트와 전단력 작용 상태 및 균열 발생 양상을 보여주는 개략도가 도시되어 있다.

도 1 내지 도 4에 도시된 것처럼, 철근 콘크리트 골조 구조물(100)은 철근 콘크리트 기둥(10)과 철근 콘크리트 보(20)로 이루어지며, 기둥(10)과 보(20)가 접합되는 보-기둥 접합부를 가지고 있다. 이러한 보-기둥 접합부는 보와 기둥의 휨모멘트와 전단력이 전달되는 중요한 구조요소인데, 수평하중에 해당하는 지진하중이 가해질 경우에는 도 4에 도시된 것처럼 보-기둥 접합부에 대각선 형태의 균열(30)이 발생하게 된다. 이와 같은 보-기둥 접합부에서의 균열은 결국 취성파괴를 야기하고, 철근 콘크리트 골조 구조물의 에너지 소산능력을 저하시켜 전체적인 골조의 붕괴를 초래할 수도 있다.

이를 방지하기 위하여 보-기둥 접합부를 타이로 보강하는 방안이 종래기술로 제시되고 있으나, 기존의 연구나 실험결과에 의하면, 보-기둥 접합부를 타이로 보강하는 종래의 기술로는 보-기둥 접합부의 위와 같은 손상을 방지하는데 충분하지 아니한 것으로 보고되고 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 지진하중 등과 같은 수평하중 작용시에 철근 콘크리트 골조 구조물의 연성을 향상시키고, 보-기둥 접합부의 손상을 방지함으로써 내진 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 형식의 철근 콘크리트 골조 구조물을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 철근 콘크리트 기둥과 철근 콘크리트 보가 접합되는 보-기둥 접합부를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물로서, 양단에 판 부재로 이루어진 단부판이 일체로 구비되어 있는 보강 철근이, 보의 배치 방향으로 보-기둥 접합부의 내부를 가로질러 단부판이 보의 내부에 위치하도록 매립 배치되어, 지진하중 작용시 소성힌지가 단부판 외측에서 생성되는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 골조 구조물이 제공된다.

위와 같은 본 발명에 있어서, 상기 보는, U자형 단면을 가지는 프리캐스트 콘크리트로 제작되어, 기둥의 전면에 걸쳐진 상태에서, 단부판이 구비된 보강 철근이 보-기둥 접합부를 가로질러 U자형 단면 내부에 배근된 후 현장 타설 콘크리트가 타설되어 형성될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 철근 콘크리트 골조 구조물의 보-기둥 접합부에서, 보-기둥 접합부를 가로질러, 양단에 단부판이 구비된 보강 철근이 배치되고, 상기 단부판의 외측으로 소성힌지로 생성되므로, 지진하중 등이 작용할 때, 보에 소성힌지가 생성되어 우선적으로 연성 파괴가 유도되어 보-기둥의 접합부에서의 파괴가 방지되며, 그에 따라 철근 콘크리트 구조물의 연성 능력이 향상되며 보-기둥 접합부에서의 급작스러운 취성파괴가 방지되어 철근 콘크리트 골조 구조물의 내진 성능이 향상되는 효과가 발휘된다.

도 1은 철근 콘크리트 기둥과 철근 콘크리트 보로 이루어진 철근 콘크리트 골조 구조물을 보여주는 개략도이다.
도 2는 종래 기술의 철근 콘크리트 골조 구조물에서 도 1의 원 A로 표시된 보-기둥 접합부의 배근 상태 상세도이다.
도 3은 도 2의 선B-B에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 종래 기술에 의한 보-기둥 접합부에서의 휨모멘트와 전단력 작용 상태 및 균열 발생 양상을 보여주는 개략도이다.
도 5는 도 2에 대응되는 도면으로서, 본 발명에 따른 철근 콘크리트 골조 구조물에 구비된 보-기둥 접합부의 배근 상태 상세도이다.
도 6은 본 발명에 따른 보-기둥 접합부에 배치되는, 단부판이 구비된 보강 철근의 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 5의 상태에서 소성힌지 형성 위치에서의 균열 발생 상태를 보여주는 개략도이다.
도 8은 도 5에 대응되는 도면으로서, 본 발명의 또 다른 실시예(프리캐스트 콘크리트 보를 이용한 실시예)에 따른 보-기둥 접합부의 배근 상태 상세도이다.
도 9는 도 8의 선 C-C에 따라 보의 단면을 보여주는 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 5에 도시되어 있듯이, 철근 콘크리트 기둥(10)과 철근 콘크리트 보(20)가 접합되는 본 발명에 따른 철근 콘크리트 골조 구조물(100)의 보-기둥 접합부에는, 도 6에 도시된 것처럼, 양단에 판 부재로 이루어진 단부판(201)이 일체로 구비되어 있는 보강 철근(200)이 보(20)의 배치 방향으로, 기둥(10)의 내부와 보(20) 단부의 내부에 존재하게 된다. 즉, 단부판(201)이 구비된 보강 철근(200)이 기둥(10)을 가로 질러, 기둥(10) 양측의 보(20)의 단부에 매립되어 있는 것이다. 상기 보강 철근(200)의 단부는 기둥(10)의 외면으로부터 돌출되어 보(20)의 내부까지 삽입되고, 그에 따라 상기 단부판(201)은 보(20)의 내부에 위치하게 된다. 단부판(201)이 기둥(10)의 외면과 너무 가까운 위치에 존재하게 되면 보강 철근(200)의 휨강도 발현이 어려울 가능성이 있으므로, 상기 단부판(201)은 기둥(10)의 외면으로부터 보(20)의 유효 깊이(d)의 50%에 해당하는 거리만큼 떨어진 위치 또는 그보다 더 먼 거리만큼 떨어진 위치에서 보(20) 내부에 위치할 수 있다.

이와 같이 단부판(201)이 구비된 보강 철근(200)이 기둥(10)을 가로질러 보-기둥 접합부에 내장되어 있으므로, 보-기둥 접합부의 휨강도가 증가하게 된다. 따라서 지진하중 등이 본 발명의 철근 콘크리트 골조 구조물에 작용하였을 때, 보-기둥 접합부에서는 보(20)에 배근된 주철근(21)의 항복이 일어나지 않게 되고, 단부판(201)의 외측이 구조적으로 소성힌지로 되어 도 7에 도시된 것처럼 단부판(201)의 외측 위치의 보(20)에서 우선적으로 균열(30)이 발생하여 연성 파괴되며, 보-기둥의 접합부에서는 파괴가 방지된다.

그에 따라 철근 콘크리트 구조물의 연성 능력이 향상되며 보-기둥 접합부에서의 급작스러운 취성파괴가 방지되어 철근 콘크리트 골조 구조물의 내진 성능이 향상되는 효과가 발휘된다.

도 5에서 설명되지 아니한 부재번호 11과 12는 각각 기둥(10)에 배근되는 수직철근(11)과 횡방향 철근(12)이다. 부재번호 22는 보(20)의 주철근(21)에 수직하게 배근되는 전단철근(22)이다.

한편, 위와 같이 단부판(201)이 구비된 보강 철근(200)이 기둥(10)을 가로질러 보-기둥 접합부에 내장하여 단부판(201)의 외측에서 보(20)에 소성힌지가 발생하게 하는 본 발명은 도면에 예시된 것과 같이 현장 타설 콘크리트로 이루어진 보와 기둥의 접합부에만 적용되지 아니하며, 후술하는 또다른 실시예와 같이, 프리캐스트 콘크리트 보와 기둥의 접합부에도 적용할 수 있다. 따라서 본 명세서에서 철근 콘크리트 보는 프리캐스트 콘크리트로 제작된 보를 포함하는 의미로 이해되어야 한다.

기둥과 프리캐스트 콘크리트로 제작된 보의 접합구조에 대한 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼, U자형 단면을 가지는 프리캐스트 콘크리트 부재(23)가 그 단부를 기둥(10)의 측면에 거치된 상태에서 그 내부에는, 단부판(201)이 구비된 보강 철근(200)이 배치된 후, 콘크리트가 타설되어 보(20)를 형성함과 동시에 보-기둥 접합부를 형성한다. 본 실시예에 대한 기타 내용은 앞서 살펴본 도 5 및 도 6의 실시예와 동일하므로 반복 설명을 생략한다.

프리캐스트 콘크리트로 제작된 보(20)와 기둥이 접합되는 경우에는 프리캐스트 콘크리트의 특성상, 보-기둥 접합부가 약화될 수밖에 없는데, 위와 같이 단부판(201)을 가진 보강 철근이 보-기둥 접합부의 내부에 배근되고 현장 타설 콘크리트로 보-기둥 접합부를 형성하여, 단부판(201)의 외측 위치에서 보(20)에 소성힌지가 형성되도록 함으로써 지진하중에 대한 프리캐스트 콘크리트 골조 구조물의 내진성능을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

100 : 철근 콘크리트 골조 구조물 10 : 기둥
20 : 보 21 : 주철근
200 : 보강 철근 201 : 단부판

Claims (2)

1. 철근 콘크리트 기둥(10)과 철근 콘크리트 보(20)가 접합되는 보-기둥 접합부를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물(100)로서,
   양단에 판 부재로 이루어진 단부판(201)이 일체로 구비되어 있는 보강 철근(200)이, 보(20)의 배치 방향으로 보-기둥 접합부의 내부를 가로질처 단부판(201)이 보(20)의 내부에 위치하도록 매립 배치되어,
   지진하중 작용시 상기 단부판(201)의 외측 위치에서 보(20)에 소성힌지가 생성되는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 골조 구조물.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 보(20)는,
   U자형 단면을 가지는 프리캐스트 콘크리트로 제작되어, 기둥(10)의 전면에 걸쳐진 상태에서, 단부판(201)이 구비된 보강 철근(200)이 보-기둥 접합부를 가로질러 U자형 단면 내부에 배근된 상태에서 현장 타설 콘크리트가 타설되어 형성된 것임을 특징으로 하는 철근 콘크리트 골조 구조물.

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