KR101170897B1 - 별도의 내화피복이 필요 없는 층고절감형 합성보 및 그를 이용한 보-슬래브 접합부 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철골 보와 콘크리트를 일체로 합성한 합성보에 관한 것으로, 보다 상세하게는 층고 절감이 가능하면서 별도의 내화피복이 필요 없는 합성보 및 그를 이용한 보-슬래브 접합부 구조에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 별도의 내화피복이 필요 없는 층고절감형 합성보는 하부 수평판, 하부 수평판의 일단에서 직각으로 위로 연장된 중앙부 수직판, 중앙부 수직판의 끝에서 직각으로 외측으로 연장된 상부 수평판, 상부 수평판의 끝에서 아래로 경사지게 연장된 날개판을 갖도록 절곡된 한 쌍의 성형강판을 중앙부 수직판을 결합하여 하부 수평판, 중앙부 수직판 및 상부 수평판이 H형 단면을 이루도록 구성되고, 날개판은 상부 수평판의 일단에서 아래로 경사지게 연장되는 경사면과 경사면의 끝에서 수평으로 연장되는 고정면으로 구성되며 경사면에는 다수 개의 콘크리트 충전공이 천공되고 고정면은 하부 수평판과 상부 수평판 사이에 위치하는 철골 보; 철골 보의 하부에서 날개판에 결합되는 거푸집 판; 및 상부 수평판, 날개판 그리고 거푸집 판으로 둘러싸인 공간에 충전되어 철골 보와 일체로 합성되는 콘크리트를 포함하며, 거푸집 판은 콘크리트 경화 후에 제거되는 것을 특징으로 한다.

Description

별도의 내화피복이 필요 없는 층고절감형 합성보 및 그를 이용한 보-슬래브 접합부 구조{Composite Beam not to require the additional Fire Resistant Coating and Beam-Slab Joint Using the same}
본 발명은 철골 보와 콘크리트를 일체로 합성한 합성보에 관한 것으로, 보다 상세하게는 층고 절감이 가능하면서 별도의 내화피복이 필요 없는 합성보 및 그를 이용한 보-슬래브 접합부 구조에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 합성보 공법은 크게 철골 보가 콘크리트로 완전하게 감싸진 형태의 매입형 합성보와 철골 보의 상부에 합성 슬래브를 시공하여 모멘트 성능을 극대화시킨 노출형 합성보로 대별할 수 있다.
매입형 합성보의 경우 규준에서 정한 피복 두께를 만족하면 별도의 전단연결재가 없어도 완전합성 거동을 하지만 시공성 및 경제성에서 불리하기 때문에 국내의 경우 적용 예가 많지 않다.
노출형 합성보는 철골 보의 상부에 콘크리트 슬래브를 시공하여 모멘트 성능을 극대화시킨 방식으로 높은 내하성능 및 강성을 가지면서 경량으로 비교적 장스팬에 사용할 수 있다. 하지만 철골보의 상부에 슬래브를 시공하기 때문에 층고가 증가하고 내화피복, 철골 보 상부 압축플랜지 및 웨브의 국부좌굴 등의 문제점이 있다.
한편 최근에는 바닥 슬래브를 철골 보의 춤 내에 시공 가능하도록 바닥 슬래브를 춤이 깊은 데크 플레이트 혹은 속 빈 프리캐스트 콘크리트 슬래브를 사용하고 이를 지지할 수 있도록 철골 보의 하부 플랜지 폭이 확대된 비대칭 철골 보로 구성되는 슬림플로어(Slim Floor)공법이 다양하게 개발되어 사용되고 있다.
그러나 슬림플로어 시스템의 경우 적용되는 철골 보에 별도의 내화피복이 필요하고 합성데크의 춤이 제한되기 때문에 적용 가능한 스팬이 한정되어 있어 다양한 건축구조의 수요에 능동적으로 대처하기가 어려운 단점이 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 별도의 내화피복이 불필요하고 층고절감이 가능한 합성보를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 별도의 내화피복이 불필요하고 층고절감이 가능한 합성보를 이용한 보-슬래브 접합부 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 별도의 내화피복이 필요 없는 층고절감형 합성보는 하부 수평판, 하부 수평판의 일단에서 직각으로 위로 연장된 중앙부 수직판, 중앙부 수직판의 끝에서 직각으로 외측으로 연장된 상부 수평판, 상부 수평판의 끝에서 아래로 경사지게 연장된 날개판을 갖도록 절곡된 한 쌍의 성형강판을 중앙부 수직판을 결합하여 하부 수평판, 중앙부 수직판 및 상부 수평판이 H형 단면을 이루도록 구성되고, 날개판은 상부 수평판의 일단에서 아래로 경사지게 연장되는 경사면과 경사면의 끝에서 수평으로 연장되는 고정면으로 구성되며 경사면에는 다수 개의 콘크리트 충전공이 천공되고 고정면은 하부 수평판과 상부 수평판 사이에 위치하는 철골 보; 철골 보의 하부에서 날개판에 결합되는 거푸집 판; 및 상부 수평판, 날개판 그리고 거푸집 판으로 둘러싸인 공간에 충전되어 철골 보와 일체로 합성되는 콘크리트를 포함하며, 거푸집 판은 콘크리트 경화 후에 제거되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따른 별도의 내화피복이 필요 없는 층고절감형 합성보는 서로 평행한 상부 플랜지와 하부 플랜지 및 이들의 중단을 서로 연결하는 웨브를 가지는 H형강 보; 상부 수평판, 상부 수평판의 끝에서 아래로 경사지게 연장된 날개판을 갖도록 절곡되며, 날개판은 상부 수평판의 일단에서 아래로 경사지게 연장되는 경사면과 경사면의 끝에서 수평으로 연장되는 고정면으로 구성되며 경사면에는 다수 개의 콘크리트 충전공이 천공되고 고정면은 하부 수평판과 상부 수평판 사이에 위치하고, 상부 수평판이 H형강 보의 웨브 일부 및 상부 플랜지가 노출되도록 웨브의 양측면에 결합되는 한 쌍의 성형강판; H형강 보의 하부에서 날개판에 결합되는 거푸집 판; 및 상부 수평판, 날개판 그리고 거푸집 판으로 둘러싸인 공간에 충전되어 H형강 보와 일체로 합성되는 콘크리트를 포함하며, 거푸집 판은 콘크리트 경화 후에 제거되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 보-슬래브 접합부 구조는 합성보; 합성보 양쪽에서 날개판의 고정면에 의해 지지되고 합성보와 일체로 합성되는 슬래브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 합성보는 하부 플랜지가 합성용 콘크리트에 완전히 매립된 형태에서 별도의 내화피복이 불필요하다는 이점을 가진다. 또한 슬래브가 보의 춤 내에 위치하게 되므로 층고절감이 가능하다는 이점을 가진다. 또한 철골 보가 콘크리트에 완전히 매립된 매립형 합성보의 일종이 되어 별도의 전단연결재가 없어도 완전합성 거동을 할 수 있다. 또한 철골합성보로서 내하성능 및 강성이 높아 장지간 고하중으로 적합하며 콘크리트가 성형강판에 의해 어느 정도 구속된 형태가 되므로 보의 비틀림 강성이 향상된다.
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 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성보를 구성하는 철골 보를 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성보를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성보와 슬래브의 접합부 구조를 나타낸 일부 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 합성보를 구성하는 철골 보를 나타낸 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 합성보를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 합성보와 슬래브의 접합부 구조를 나타낸 일부 절개 사시도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성보를 구성하는 철골 보를 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성보를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성보와 슬래브의 접합부 구조를 나타낸 일부 절개 사시도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성보는, 하부 수평판(11), 중앙부 수직판(12), 상부 수평판(13), 날개판(14)을 갖도록 절곡된 한 쌍의 성형강판(10a,10b)을 중앙부 수직판(12)을 결합하여 하부 수평판(11), 중앙부 수직판(12) 및 상부 수평판(13)이 H형 단면을 이루도록 구성된 철골 보(10)와, 철골 보(10)의 하부에 결합된 거푸집 판(15)과, 날개판(14,14)과 거푸집 판(15)으로 둘러싸인 공간에 충전된 콘크리트(16)를 포함한다.
철골 보(10)는 하나의 강판을 하부 수평판(11), 중앙부 수직판(12), 상부 수평판(13), 날개판(14)을 갖도록 롤 포밍 또는 프레스 가공하여 한 쌍의 성형강판(10a,10b)을 제작하고 각 성형강판(10a,10b)의 중앙부 수직판(12)을 서로 면접시키고 용접 접합하여 구성될 수 있다. 따라서 하부 수평판(11,11)은 철골 보(10)의 하부 플랜지를 이루고, 중앙부 수직판(12,12)는 웨브를 이루며, 상부 수평판(13,13)은 상부 플랜지를 이루게 된다.
각 성형강판(10a,10b)은 한 방향으로 연속적으로 절곡하여 각 판을 형성할 수 있고, 구체적으로는 하부 수평판(11)을 형성할 길이를 두고 직각으로 절곡하여 중앙부 수직판(12)을 형성한 다음 다시 직각을 절곡하여 상부 수평판(13)을 형성한 뒤 경사지게 절곡하여 날개판(14)을 형성하는 방식으로 제작될 수 있다. 따라서 중앙부 수직판(12)은 하부 수평판(11)의 일단에서 수직으로 위로 연장되고, 상부 수평판(13)은 중앙부 수직판(12)의 상단에서 직각으로 수평으로 연장된다.
날개판(14)은 상부 수평판(13)의 일단에서 아래로 경사지게 연장되는 경사면(141)과 경사면(141)의 끝에서 수평으로 연장되는 고정면(142)을 가진다. 경사면(141)이 상부 수평판(13)과 이루는 각도는 90도 ~ 180도 이내에서 임의로 결정될 수 있으며 바람직하게는 120도 ~ 150도 이내에서 결정될 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 경사면(141)에는 다수 개의 콘크리트 충전용 구멍(141a)이 천공되고, 고정면(142)에는 거푸집 판(15)이 접합되고 또한 상면에는 슬래브(30)가 놓여진다. 고정면(142)은 하부 수평판(11)과 상부 수평판(13) 사이에 위치하고 그에 따라 슬래브(30)가 철골 보(10)의 춤 내에 위치하게 됨으로써 층고를 절감할 수 있다.
하부 수평판(11)과 상부 수평판(13)의 폭은 자유롭게 조절이 가능하며 이들 폭을 같게 하여 철골 보(10)가 서로 대칭인 H형 단면을 이루도록 하거나 폭을 서로 다르게 하여 비대칭 H형 단면을 이루도록 할 수 있다. 또한 중앙부 수직판(12)의 높이를 조절함으로써 철골 보(10)의 춤을 조절할 수 있다.
철골 보(10)의 하부에는 거푸집 판(15)이 결합된다. 거푸집 판(15)은 양쪽의 날개판(14,14)에 의해 둘러싸인 공간에 콘크리트(16)를 타설하기 위한 거푸집의 역할을 하는 것이고, 콘크리트(16)가 경화된 후에는 탈거된다. 거푸집 판(15)은 날개판(14)의 고정면(142)에 결합되는 수평한 접합면(151)을 가지고 양쪽의 접합면(151) 사이에 받침면(152)이 형성된 형상을 가진다. 받침면(152)의 단면형상은 도시된 형상에 한정되지 않으며 임의의 형상을 가질 수 있다. 거푸집 판(15)은 콘크리트(16)가 경화된 후 탈거되는 것이므로 해체의 편의를 위해 볼트를 이용해 날개판(14)에 결합될 수 있다. 거푸집 판(15)은 강판을 절곡하거나 플라스틱을 성형하여 또는 합판을 조립하여 제조될 수 있다. 이렇게 거푸집 판(15)이 결합됨으로써 본 실시 예에 따른 철골 보(10)는 폐합된 단면형상을 이루게 되므로 시공중 비대칭 하중으로 인한 철골 보(10의 뒤틀림을 방지할 수 있다.
상부 수평판(13), 양쪽의 날개판(14) 그리고 거푸집 판(20)에 의해 둘러싸인 공간에는 콘크리트(16)가 충전되며 중앙부 수직판(12) 및 하부 수평판(11)은 콘크리트(16)에 완전히 매립된 형태가 된다. 따라서 하부 수평판(11)에 별도의 내화피복을 할 필요가 없으며 별도의 전단연결재를 사용하지 않고도 철골 보(10)와 콘크리트(16) 사이의 완전한 합성이 이루어진다. 콘크리트(16)는 도 3과 같이 슬래브 시스템을 구성하는 콘크리트(31)의 타설시에 함께 타설되어 본 실시 예에 따른 철골 보와 슬래브 시스템이 일체로 합성될 수 있도록 한다.
도 3에서와 같이 양쪽의 날개판(14)의 고정면(142) 상부에는 각각 슬래브가 올려지며 본 발명에 적용 가능한 슬래브 시스템의 종류에는 특별한 제한이 없고 (가)에서와 같이 위로 돌출된 다수 개의 리브를 가지는 리브드 슬래브(30a)이나 (나)에서와 같이 내부에 중공을 가지는 중공 슬래브(30b)가 적용될 수 있다. 이외에 데크플레이트, 또는 앞서 설명한 리브드 슬래브나 중공 슬래브 이외에 이 분야에서 공지된 프리캐스트 콘크리트 슬래브 중에서 적용 스팬, 시공성 및 경제성 등을 고려하여 적절한 슬래브 시스템이 적용될 수 있다. 그리고 이들 슬래브가 적용될 경우 덧침 콘크리트(31)에 의해 슬래브와 합성보가 일체로 합성될 수 있고 콘크리트 충전용 구멍(141a)을 관통하여 연속철근(미도시)을 배근하여 합성보의 양쪽에 올려지는 슬래브 시스템을 연속화시킬 수 있으며 부모멘트에 대응할 수 있다. 또한 현장타설로 슬래브를 시공하는 방법이 적용될 수도 있다.
그리고 본 실시 예에서 슬래브(30)가 올려지는 날개판(14)의 고정면(142)은 상부 수평판(13)과 하부 수평판(11) 사이에 위치하게 되므로 슬래브(30)는 슬림플로어 시스템에서와 마찬가지로 철골 보(10)의 춤 내에 위치하게 되므로 층고절감이 가능해지는 이점을 가진다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 합성보를 구성하는 철골 보를 나타낸 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 합성보를 나타낸 단면도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 합성보와 슬래브의 접합부 구조를 나타낸 일부 절개 사시도이다.
아래에서는 위에서 설명한 실시 예와 동일한 기능을 하는 구성요소에 대해서는 가능한 동일한 도면부호를 사용하며 반복되는 설명은 생략한다.
본 실시 예에 따른 합성보는 서로 평행한 상부 플랜지(21)와 하부 플랜지(22) 및 이들의 중단을 서로 연결하는 웨브(23)를 가지는 H형강 보(20)와, 앞서 설명한 실시 예의 성형강판(10a,10b)에서 하부 수평판(11)과 중앙부 수직판(12)이 제거된 형태로 상부 수평판(13)과 날개판(14)을 가지는 한 쌍의 성형강판(10c,10d)과, H형강 보(20)의 하부에 결합되는 거푸집 판(15), 그리고 한 쌍의 성형강판(10c,10d)과 거푸집 판(15)으로 둘러싸인 공간에 채워지는 콘크리트(16)를 포함한다.
위에서 설명한 실시 예에서는 한 쌍의 성형강판(10a,10b)을 결합하여 하부 플랜지 및 웨브를 이루도록 구성하였으나, 본 실시 예에서는 H형강 보(20)가 이용되며 한 쌍의 성형강판(10c,10d)은 시공중 거푸집 판(15)을 지지하고 콘크리트와 합성후에는 슬래브(30)를 지지하게 된다.
한 쌍의 성형강판(10c,10d)의 상부 수직판(13)은 H형강 보(20)의 웨브(23)에 결합되어 상부 플랜지(21)가 노출되도록 하며 상부 플랜지(21)는 전단연결재로서 기능하여 슬래브 콘크리트와의 합성효과를 높인다.
이렇게 본 실시 예에서는 H형강 보(20)와 성형강판(10c,10d)을 이용함으로써 성형강판(10a,10b)만으로 구성하는 전술한 실시 예에 비해 웨브를 이루는 강판의 중복 즉, 웨브가 과다설계되는 것을 피할 수 있어 보다 경제적인 단면이 된다. 그리고 성형강판(10c,10d)의 상부 수평판(12) 위로 노출된 웨브(23)의 일부와 상부 플랜지(21)가 슬래브 콘크리트에 매립되어 별도의 전단연결재를 사용하지 않고도 슬래브 콘크리트와의 합성효과를 높일 수 있다.
한편, 도 6에서는 리브드 슬래브(30)가 적용된 예를 도시하였으나 위에서 설명한 것처럼 적용 가능한 슬래브 시스템에는 특별한 제한이 없고 적용 스팬, 시공성 및 경제성 등을 고려하여 적절한 슬래브 시스템이 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 합성보는 하부 플랜지가 합성용 콘크리트에 완전히 매립된 형태에서 별도의 내화피복이 불필요하다는 이점을 가진다. 또한 슬래브가 보의 춤 내에 위치하게 되므로 층고절감이 가능하다는 이점을 가진다. 또한 철골 보가 콘크리트에 완전히 매립된 매립형 합성보의 일종이 되어 별도의 전단연결재가 없어도 완전합성 거동을 할 수 있다. 또한 철골합성보로서 내하성능 및 강성이 높아 장지간 고하중으로 적합하며 콘크리트가 성형강판에 의해 어느 정도 구속된 형태가 되므로 보의 비틀림 강성이 향상된다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 하부 수평판
12: 중앙부 수직판
13: 상부 수평판
14: 날개판
141: 경사면
142: 고정면
15: 거푸집 판
16: 콘크리트
20: H형강 보
30: 슬래브

Claims (4)

  1. 하부 수평판, 하부 수평판의 일단에서 직각으로 위로 연장된 중앙부 수직판, 중앙부 수직판의 끝에서 직각으로 외측으로 연장된 상부 수평판, 상부 수평판의 끝에서 아래로 경사지게 연장된 날개판을 갖도록 절곡된 한 쌍의 성형강판을 중앙부 수직판을 결합하여 하부 수평판, 중앙부 수직판 및 상부 수평판이 H형 단면을 이루도록 구성되고, 날개판은 상부 수평판의 일단에서 아래로 경사지게 연장되는 경사면과 경사면의 끝에서 수평으로 연장되는 고정면으로 구성되며 경사면에는 다수 개의 콘크리트 충전공이 천공되고 고정면은 하부 수평판과 상부 수평판 사이에 위치하는 철골 보;
    철골 보의 하부에서 날개판에 결합되는 거푸집 판; 및
    상부 수평판, 날개판 그리고 거푸집 판으로 둘러싸인 공간에 충전되어 철골 보와 일체로 합성되는 콘크리트를 포함하며,
    거푸집 판은 콘크리트 경화 후에 제거되는 것을 특징으로 하는 별도의 내화피복이 필요 없는 층고절감형 합성보.
  2. 서로 평행한 상부 플랜지와 하부 플랜지 및 이들의 중단을 서로 연결하는 웨브를 가지는 H형강 보;
    상부 수평판, 상부 수평판의 끝에서 아래로 경사지게 연장된 날개판을 갖도록 절곡되며, 날개판은 상부 수평판의 일단에서 아래로 경사지게 연장되는 경사면과 경사면의 끝에서 수평으로 연장되는 고정면으로 구성되며 경사면에는 다수 개의 콘크리트 충전공이 천공되고 고정면은 하부 수평판과 상부 수평판 사이에 위치하고, 상부 수평판이 H형강 보의 웨브 일부 및 상부 플랜지가 노출되도록 웨브의 양측면에 결합되는 한 쌍의 성형강판;
    H형강 보의 하부에서 날개판에 결합되는 거푸집 판; 및
    상부 수평판, 날개판 그리고 거푸집 판으로 둘러싸인 공간에 충전되어 H형강 보와 일체로 합성되는 콘크리트를 포함하며,
    거푸집 판은 콘크리트 경화 후에 제거되는 것을 특징으로 하는 별도의 내화피복이 필요 없는 층고절감형 합성보.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    거푸집 판은 날개판의 고정면에 결합되는 수평한 접합면과, 양쪽의 접합면 사이에 형성된 받침면을 가지는 것을 특징으로 하는 별도의 내화피복이 필요 없는 층고절감형 합성보.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 합성보;
    합성보 양쪽에서 날개판의 고정면에 의해 지지되고 합성보와 일체로 합성되는 슬래브를 포함하는 것을 특징으로 하는 보-슬래브 접합부 구조.
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