KR101125917B1

KR101125917B1 - 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보

Info

Publication number: KR101125917B1
Application number: KR1020100012413A
Authority: KR
Inventors: 김강수; 최일섭
Original assignee: 서울시립대학교 산학협력단
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: KR20110092787A

Abstract

본 발명은 강판을 접합하여 상자형 단면과 H형 단면이 전체 길이에 걸쳐 반복되도록 제작된 강재 조립보를 이용하고 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 강콘크리트 합성보는 상부 플랜지 부재; 하부 플랜지 부재; 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재의 전체 길이에 걸쳐 일정한 간격을 두고 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재의 폭방향 중심선 상에서 서로 연결하는 복수의 제1 웨브 부재와, 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재의 폭방향 중심선 상에서 양쪽 끝단으로 각각 일정 거리로 이격되어 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재를 서로 연결하면서 제1 웨브 부재와 교대로 설치되는 복수의 한 쌍의 제2 웨브 부재로 구성되는 웨브 부재; 상하부 플랜지 부재의 양쪽 끝단에 설치된 마구리판; 웨브 부재만 또는 상하부 플랜지 부재와 웨브 부재 모두가 매입되는 콘크리트; 및 콘크리트에 보의 길이방향으로 제1 웨브 부재의 양쪽에 각각 매입되되 보의 길이방향의 중앙에서 서로 교차되도록 매입되고 마구리판에 긴장?정착되어 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재를 포함한다.

Description

프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보{Prestressed steel concrete composite beam}

본 발명은 강판을 접합하여 상자형 단면과 H형 단면이 전체 길이에 걸쳐 반복되도록 제작된 강재 조립보를 이용하고 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보에 관한 것으로, 바람직하게는 초고층 건축물의 아웃리거 시스템에서 코어와 외부기둥을 연결하는 아웃리거 빔으로 적용될 수 있다.

보는 휨과 전단에 의해 하중을 지지하는 구조부재로서 주로 휨모멘트가 구조적 거동을 지배하기 때문에 휨재라고도 한다. 보는 휨과 전단에 의한 응력과 변형이 주로 발생하나 작용하중이 단면의 전단중심과 일치하지 않으면 비틀림이 수반되기도 한다. 따라서 보는 충분한 휨강도와 전단강도(또는 비틀림강도)를 보유하여야 하고, 수평부재로 이용되므로 처짐에 대한 사용성이 확보되어야 한다.

보 부재 특히, 강재 보 부재의 단면형으로는 H형 단면이 주로 쓰이며, 박스형, I형, ㄷ형 단면이 쓰이기도 한다. 보 부재는 주로 압연강재가 이용되지만, 강판을 접합하여 제작된 조립보(built-up beam)가 사용되기도 한다. 비틀림을 받거나 좌굴길이가 대단히 길면 상자형 단면(box section)을 사용하기도 한다. 장스팬 보나 하중이 커서 휨강성이 크게 요구되는 경우 기성 압연부재로는 단면내력이나 강성이 부족할 수 있다. 이에 대한 대안으로 커버플레이트 보, 플레이트 거더, 하니컴 보 및 트러스 보 등이 사용된다.

보의 다른 형태로 강재와 철근콘크리트 부재 각각의 단점을 보완하여 장점을 극대화하기 위하여 강재와 철근콘크리트가 일체로 합성된 합성보가 있다. 합성보의 종류로는 노출된 강재보가 상부의 철근콘크리트 슬래브와 전단연결재로 합성된 노출형 합성보와 강재보가 콘크리트에 완전히 매입된 매입형 합성보가 있다. 매입형 합성보는 별도의 보 거푸집이 필요하며 콘크리트의 충전에 어려움이 있으나 완벽한 내화성능과 휨압축재의 역할이 필요한 경우나 강구조와 철근콘크리트구조가 만나서겹치는 경계 부근에 사용되기도 한다.

본 발명은 높은 휨강성과 우수한 비틀림강도를 보유하고 콘크리트와의 합성효과가 뛰어난 신규한 형상의 강콘크리트 헙성보를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 합성보에 도입되는 유효 긴장력을 증가시킬 수 있는 효율적인 단면형상을 갖는 강콘크리트 헙성보를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 강콘크리트 합성보는 상부 플랜지 부재; 하부 플랜지 부재; 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재의 전체 길이에 걸쳐 일정한 간격을 두고 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재의 폭방향 중심선 상에서 서로 연결하는 복수의 제1 웨브 부재와, 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재의 폭방향 중심선 상에서 양쪽 끝단으로 각각 일정 거리로 이격되어 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재를 서로 연결하면서 제1 웨브 부재와 교대로 설치되는 복수의 한 쌍의 제2 웨브 부재로 구성되는 웨브 부재; 상하부 플랜지 부재의 양쪽 끝단에 설치된 마구리판; 웨브 부재만 또는 상하부 플랜지 부재와 웨브 부재 모두가 매입되는 콘크리트; 및 콘크리트에 보의 길이방향으로 제1 웨브 부재의 양쪽에 각각 매입되되 보의 길이방향의 중앙에서 서로 교차되도록 매입되고 마구리판에 긴장?정착되어 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재를 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, 제1 웨브 부재와 한 쌍의 제2 웨브 부재는 파형강판으로 구성된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 상부 플랜지 부재에는 제2 웨브 부재 사이의 공간과 연통하는 복수의 개구부가 형성된다.

본 발명에 따른 합성보는, 휭강성이 높고 횡비틀림좌굴을 방지할 수 있으며 작용하중이 단면의 전단중심과 일치하지 않을 경우에도 비틀림에 효과적으로 저항할 수 있고 웨브의 국부좌굴에 대해서도 효과적으로 저항할 수 있다.

또한 콘크리트와의 합성효과가 뛰어나고 합성보에 도입되는 유효 긴장력을 보다 증가시킬 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 발명의 일 실시예에 따른 강재 조립보를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 조립보의 단면도로서 길이방향을 따라 절단한 종단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 조립보의 횡단면도로서 (a)는 도 1의 A-A 단면도이고 (b)는 도 1의 B-B 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보를 나타낸 평단면도이다. 즉, 웨브를 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보가 아웃리거 빔으로 사용된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.

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 발명의 일 실시예에 따른 강재 조립보를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 조립보의 단면도로서 길이방향을 따라 절단한 종단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 조립보의 횡단면도로서 (a)는 도 1의 A-A 단면도이고 (b)는 도 1의 B-B 단면도이다.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 조립보는, 상부 플랜지 부재(11), 하부 플랜지 부재(12), 상부 플랜지 부재(11)와 하부 플랜지 부재(12)를 서로 연결하며 서로 교대로 설치된 제1 웨브 부재(131)와 한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)로 구성되는 웨브 부재(13), 상하부 플랜지 부재(11,12)의 양쪽 끝단에 설치된 마구리판(14), 웨브 부재(13)를 감싸는 콘크리트(15) 그리고 콘크리트에 보의 길이방향으로 제1 웨브 부재(131)의 양쪽에 서로 교차되도록 매입되고 마구리판에 긴장?정착되어 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재(16)로 이루어진다.

상부 플랜지 부재(11)와 하부 플랜지 부재(12)는 전체 길이에 걸쳐 동일한 폭과 두께를 가진 강판으로 구성된다. 상부 플랜지 부재(11)와 하부 플랜지 부재(12)는 도시된 바와 같이 서로 동일한 폭을 갖는 대칭 단면으로 구성하거나, 하부 플랜지 부재(12)의 폭을 상부 플랜지 부재(11)의 폭보다 더 크게 하여 비대칭 단면으로 구성할 수 있다. 대칭 단면은 비합성보에 그리고 비대칭 단면은 합성보에 적용할 경우 유리하다. 합성보에 있어서 상부 플랜지 부재(11)는 압축영역에 위치하고 하부 플랜지 부재(12)는 인장영역에 위치하므로 비대칭 단면으로 구성할 경우 소요 강도와 강성을 확보하면서 보다 효율적인 단면을 얻을 수 있다.

웨브 부재(13)는 복수의 제1 웨브 부재(131)와 복수의 한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)로 구성된다.

제1 웨브 부재(131)는 상부 플랜지 부재(11)와 하부 플랜지 부재(12)의 폭방향 중심선 상에 배치되어 상부 플랜지 부재(11)와 하부 플랜지 부재(12)를 서로 연결한다. 복수의 제1 웨브 부재(131)는 상, 하부 플랜지 부재(11,12)의 길이방향을 따라 서로 일정한 간격을 갖고 배치된다. 따라서 제1 웨브 부재(131)가 설치된 강재 부분의 단면은 도 3(a)에서와 같이 H형 단면이 된다.

한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)는 상부 플랜지 부재(11)와 하부 플랜지 부재(12)의 폭방향 중심선에서 양쪽 끝단으로 각각 일정 거리가 떨어진 위치에 배치되어 상부 플랜지 부재(11)와 하부 플랜지 부재(12)를 서로 연결한다. 복수의 한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)는 상, 하부 플랜지 부재(11,12)의 길이방향을 따라 서로 일정한 간격을 갖고 제1 웨브 부재(131)와 교대로 배치된다. 따라서 제1 웨브 부재(131)와 한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)는 보의 전 지간(span)에 걸쳐 연속적으로 반복되면서 상, 하부 플랜지 부재(11,12)를 서로 연결시킨다. 한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)를 상, 하부 플랜지 부재(11,12)의 폭방향으로 끝단에 배치하고 상, 하부 플랜지 부재(11,12)가 서로 동일한 폭을 갖는 경우 한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)가 설치된 부분의 단면은 상자형 단면이 된다. 그렇지 않고 폭방향으로 끝단에서 안쪽으로 배치할 경우 단면은 도 3(b)에서와 같이 대략 ㅍ자형 단면이 된다. 한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)는 제1 웨브 부재(131)와 서로 중첩되도록 교대로 배치되거나 중첩되지 않도록 교대로 배치될 수 있다.

마구리판(14)은 보의 양쪽 끝단의 개방 단부를 폐쇄하도록 상하부 플랜지 부재(11,12)의 양쪽 끝단에 각각 설치되고, 소요 긴장력으로 긴장된 긴장재(16)를 정착시킨다.

웨브 부재(13)는 콘크리트(15)로 감싸지고 외력에 대해 일체로 거동한다. 즉, 콘크리트(15)에 매입된 웨브 부재(13)는 콘크리트(14)와 합성되어 외력에 대해 저항한다.

콘크리트(15)에는 복수의 긴장재(16)가 매입된다. 긴장재(16)는 보의 길이방향으로 제1 웨브 부재(131)와 제2 웨브 부재(132) 사이에 서로 교차되도록 매입되고 마구리판에 긴장?정착된다. 즉, 제1 웨브 부재(131)과 한 쌍의 제2 웨브 부재(132) 중 어느 하나의 제2 웨브 부재(132) 사이에 설치된 하나의 긴장재는 보의 일단에서 타단의 하부 플랜지 부재()를 향해 아래로 경사지게 배치되고 다른 하나의 긴장재는 보의 일단에서 타단의 상부 플랜지 부재를 향해 위로 경사지게 배치되어 보의 중앙에서 서로 교차되도록 배치된다.

본 발명에 따른 강콘크리트 합성보는 H형 단면과 상자형(ㅍ자형) 단면이 연속적으로 반복되는 강재 보와 콘크리트가 합성되고 콘크리트에 매입된 긴장재에 의해 프리스트레스가 도입된 단면이 된다. 그리고 콘크리트는 한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)에 의해 구속된 형태가 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보를 나타낸 평단면도이다. 즉, 웨브를 따라 절단한 단면도이다.

전술한 실시예에서는 제1 웨브 부재(131)와 한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)가 평판으로 구성된 것이다. 그러나 본 실시예에서는 콘크리트와의 부착성능을 높이고 휨강성을 향상시키기 위해 제1 웨브 부재(131)와 한 쌍의 제2 웨브 부재(132,132)를 파형강판으로 구성한다. 파형의 단면은 도 3(a)에 도시된 물결파형,도 3(b)에 도시된 사다리꼴 파형 또는 도 3(c)에 도시된 산형 파형으로 제한되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 임의의 파형강판이 적용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보를 나타낸 사시도이다.

이상의 실시예에서 강콘크리트 합성보는 공장 제작에 의해 제작되는 것이나 본 실시예에 따른 강콘크리트 합성보는 현장타설방식에 의해 제작될 경우에 적용될 수 있다. 이를 위해 상부 플랜지 부재에는 일정 간격으로 개구부(111)가 형성된다. 본 실시예에서는 상부 플랜지 부재(11), 하부 플랜지 부재(12), 웨브 부재(13), 마구리판(14) 및 긴장재(16)를 조립한 상태로 설치하고, 측면을 폐쇄하도록 거푸집을 댄 후, 상부 플랜지 부재(11)에 형성된 개구부(111)를 통해 콘크리트(15)를 타설한다. 콘크리트가 경화된 후 거푸집을 제거하면 도 2에서와 같은 단면의 강콘크리트 합성보가 된다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보를 나타낸 단면도이다.

앞서 설명한 실시예들에서는 콘크리트(15)가 웨브부재(13)만을 감싸고 상부 플랜지 부재(11)와 하부 플랜지 부재(12)는 노출된 구성이었으나, 도 6에서와 같이 상부 플랜지 부재(11), 하부 플랜지 부재(12) 및 웨브 부재(13)가 콘크리트(15)에 완전히 매입된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 합성보는 종래 강재보가 콘크리트에 완전히 매입된 매입형 합성보에서 강재 보를 앞서 설명한 구조의 강재 보로 대체한 것이라 할 수 있다. 그리고 종래의 매입형 합성보와 동일하게 종방향 철근(17) 및 종방향 철근의 위치를 고정하면서 콘크리트의 균열 발생을 억제하는 스터럽 철근(18)이 추가로 배근될 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 합성보는 초고층 건축물의 아웃리거 시스템(Outrigger system)에서 코어와 외부기둥을 연결하는 아웃리거 빔으로써 또는 코어+전단벽 시스템에서 코어와 전단벽을 연결하는 링크 빔으로서 사용될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보가 아웃리거 빔으로 사용된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.

아웃리거 시스템은 초고층 건축물에서 풍하중과 지지하중에 효율적으로 저항하는 횡력저항 시스템으로서 일반적으로 코어, 아웃리거, 벨트 트러스 및 외부기둥으로 구성되며 횡력에 의한 전도모멘트를 코어와 외부기둥이 함께 지지하는 시스템이다. 전도모멘트를 코어(30)와 외부기둥(20)이 함께 지지하도록 이들은 아웃리거 빔으로 서로 연결되고 아웃리거 빔의 단부에 연결되는 기둥에 하중이 집중되는 현상을 방지하기 위해 벨트트러스가 외부기둥을 서로 연결한다. 본 발명에 따른 합성보는 아웃리거 빔으로서 효과적으로 사용될 수 있다.

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.

11: 상부 플랜지 부재
12: 하부 플랜지 부재
13: 웨브 부재
131: 제1 웨브 부재
132: 제2 웨브 부재
14: 마구리판
15: 콘크리트
16: 긴장재

Claims

상부 플랜지 부재; 하부 플랜지 부재; 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재의 전체 길이에 걸쳐 일정한 간격을 두고 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재의 폭방향 중심선 상에서 서로 연결하는 복수의 제1 웨브 부재와, 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재의 폭방향 중심선 상에서 양쪽 끝단으로 각각 일정 거리로 이격되어 상부 플랜지 부재와 하부 플랜지 부재를 서로 연결하면서 제1 웨브 부재와 교대로 설치되는 복수의 한 쌍의 제2 웨브 부재로 구성되는 웨브 부재; 상하부 플랜지 부재의 양쪽 끝단에 설치된 마구리판; 웨브 부재만 또는 상하부 플랜지 부재와 웨브 부재 모두가 매입되는 콘크리트; 및 콘크리트에 보의 길이방향으로 제1 웨브 부재의 양쪽에 각각 매입되되 보의 길이방향의 중앙에서 서로 교차되도록 매입되고 마구리판에 긴장?정착되어 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 강콘크리트 합성보.
청구항 1에 있어서,
제1 웨브 부재와 제2 웨브 부재는 파형강판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 강재 조립보.
청구항 1에 있어서,
상부 플랜지 부재에는 제2 웨브 부재 사이의 공간과 연통하는 복수의 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 강재 조립보.