KR101174562B1 - 콘크리트 충전형 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충전강관을 이용한 다이아그리드 시스템의 다이아그리드 노드 구조 즉, 충전강관 가새의 접합부 구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조는 수직판과, 수직판의 높이방향의 중간에서 수직판의 면에 직각으로 결합되고 콘크리트 이송용 개구가 형성된 2개의 수평판으로 구성되는 접합구; 및 접합구의 수직판과 수평판이 직교하여 이루는 4개의 구역에 각각 접합되는 충전강관 가새를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 충전형 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 시공방법{Construction method of diagrid node of concrete filled steel tube}

본 발명은 충전강관을 이용한 다이아그리드 시스템의 다이아그리드 노드 구조 즉, 충전강관 가새의 접합부 구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.

최근의 건축물은 고층화 및 대형화 추세와 더불어 독특한 형태가 중요한 건축적 요소가 되고 있다. 건물의 높이만이 아니라 형태의 특이성에 대한 요구가 증대됨에 따라 기존의 구조시스템과 차별화되는 구조시스템이 적용되고 있다. 이에 대한 대표적인 예가 다이아그리드 시스템이다.

다이아그리드(Diagrid)는 Diagonal(대각선)과 Grid(격자)의 합성어로 가새를 반복적으로 사용한 형태의 구조시스템이다. 뉴욕의 Hearst Tower, 런던의 30 St Mary Axe, 베이징에 건설중인 CCTV 본사는 다이아그리드 시스템을 적용한 대표적인 건축물이라고 할 수 있다.

다이아그리드는 부재에 국부적인 파괴가 발생해도 다이아그리드가 반복적으로 존재하므로 응력 재분배가 가능하다. 또한, 기존의 구조 방식에서 중력하중과 횡력하중에 대한 저항 요소가 기둥과 가새로 구분되어 있던 것에 비해 통합된 저항 요소인 대각가새를 통해 두 하중 요소에 저항하는 다이아그리드는 부재 절감 효과와 다양한 형태의 건축물 설계가 가능하다는 이점이 있다.

그러나 내부 기둥 없이 다이아그리드가 중력과 횡력에 저항하므로 기존의 일반 가새들에 비하여 그 규모가 크고 이에 따른 추가적인 구조 검토 및 접합부 안전성, 시공성 그리고 경제성에 대한 고려가 요구된다.

다이아그리드는 중력하중과 수평하중에 대하여 동시에 저항하는 부재로 다이아그리드 접합부에서는 큰 응력이 발생한다. 특히 횡력이 작용할 경우 접합부에서 상당히 복잡한 응력이 발생하게 된다. 이러한 응력에 대하여 접합부 성능이 확보되어야 다이아그리드 시스템의 연성 능력이 확보되므로 다이아그리드 시스템에서 접합부의 형태와 구조적 거동은 매우 중요한 부분이다. 다이아그리드 접합부는 전 층에 반복적으로 존재하기 때문에 접합부의 시공 효율성 또한 전체 건물의 시공에서 매우 중요한 요소이다.

본 발명은 우수한 강성 및 내진성능을 가지는 충전강관을 다이아그리드 시스템의 가새로 적용함에 있어서 가새 접합부에서의 구조적 안전성, 조립성 및 시공성을 확보할 수 있는 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 가새 접합부에서의 조립성 및 시공성이 우수한 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조는 수직판과, 수직판의 높이방향의 중간에서 수직판의 면에 직각으로 결합되고 콘크리트 이송용 개구가 형성된 2개의 수평판으로 구성되는 접합구; 및 접합구의 수직판과 수평판이 직교하여 이루는 4개의 구역에 각각 접합되는 충전강관 가새를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, 접합구는 수직판이 2개로 구성되고 각 수직판의 일측면에 수평판이 결합된다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 시공방법은, (a) 수직판의 양쪽 면에 콘크리트 이송용 개구가 형성된 수평판이 직각으로 접합된 접합구를 제작하는 단계; (b) 수직판과 수평판이 직교하면서 이루는 4개의 구역에 각각 다이아그리드 시스템의 노드 사이의 길이의 절반에 해당하는 길이를 가지는 강관을 접합하여 단위 세그먼트를 제작하는 단계; (c) 단위 세그먼트를 수평 및 수직방향으로 서로 연결하여 수개 층 높이로 조립하는 단계; 및 (d) 이웃하는 동일 수직선상의 수직판 사이에 위치하는 수개 층의 강관에 1회 압송으로 콘크리트를 충전하는 단계를 반복하여 (c)단계에서 조립된 모든 강관의 내부에 콘크리트를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 노드 접합부의 응력집중을 피하기 위해 별도의 트랜스터 H형강이나 스티프너가 불필요하고 상하 그리고 좌우 강관이 만나는 위치에 수직과 수평의 두꺼운 강판을 삽입함으로써 강관의 하중을 강판을 통해 하부의 강관으로 전달할 수 있어 접합부 구조와 접합방법이 간단하다.

또한, 가새로 충전강관을 이용함으로써 충전강관 자체가 가지는 우수한 내하력으로 횡력에 의한 국부적인 파괴 가능성을 최소화할 수 있으며, 중력하중과 횡력하중에 대해 저항하므로 기존의 일반적이 가새에 비해 규모가 큰 대각가새의 부재 절감 효과와 다양한 형태의 건축물 설계가 가능하다는 이점이 있다.

또한, 현장 접합 작업이 강관 사이의 연결이 되어 작업성이 우수하고 1회의 압송으로 수개 층에 걸쳐 콘크리트를 한 번에 밀실하게 충전할 수 있어 시공성이 향상되는 이점을 가진다.

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 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조를 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 결합상태의 정면도이다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조의 시공방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조를 나타낸 분해사시도이다.

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 실시예에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조를 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 결합상태의 정면도이다.

도 1, 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조는, 수직판(11)과 2개의 수평판(12,12)으로 구성되는 접합구(10)와 수직판(11)과 수평판(12)이 이루는 4개의 구역에 각각 접합되는 4개의 충전강관 가새(20)로 구성된다.

접합구(10)는 4개의 충전강관 가새(20)를 한 점에서 서로 접합하기 위한 것으로, 수직판(11)과 수직판(11)의 높이방향의 중간에서 수직판(11)의 면에 직각으로 결합되는 2개의 수평판(12,12)으로 구성된다.

수직판(11)과 수평판(12)은 수평판(12)의 상부에 결합되는 충전강관 가새(20)의 하중을 바로 수평판(12)의 하부에 결합되는 충전강관 가새(20)로 전달한다. 따라서 수직판(11)과 수평판(12)은 하중을 전달하기에 충분한 강도와 강성을 가지며 충전강관 가새(20)와의 용접 접합이 가능한 비교적 두꺼운 강판으로 구성될 수 있다.

수평판(12)에는 그 상, 하부에 위치하는 충전강관 가새(20)에 콘크리트를 충전하기 위한 콘크리트 이송용 개구(121)가 형성된다. 개구(121)의 형상에는 특별한 제안이 없으며 상, 하의 충전강관 가새(20)에 콘크리트를 밀실하게 충전할 수 있고 하중을 원활하게 전달할 수 있도록 수평판(12)의 단면손실을 크게 하지 않는 크기를 갖는 것이라면 어떠한 형상이라도 가능하다.

한편, 도면에서는 충전강관 가새(20)의 단면 형상에 대응하여 수직판(11)이 2개의 원형을 겹쳐 이어놓은 땅콩껍질 내지 8자 형상을 가지는 것으로 그리고 수평판(12)이 일부가 수직하게 절단된 원형의 형상을 가지는 것으로 도시되었으나 수직판(11)과 수평판(12)의 형상은 이에 제한되지 않고 충전강관 가새(20)의 단면 형상에 대응하여 그에 부합되는 형상으로 변형될 수 있다.

접합구(10)의 수직판(11)과 수평판(12)이 교차하여 이루는 4개의 구역에는 각각 충전강관 가새(20)가 결합된다. 도면에서 충전강관 가새(20)는 원형의 강관에 콘크리트를 충전한 형태로 도시되었으나 이에 한정되지 않으며 이 분야에서 공지된 임의의 단면 형상을 가지는 강관에 콘크리트를 충전한 행태로도 가능하다. 충전강관 가새(20)가 접합구(10)에 접합되는 쪽의 단부는 서로 직각으로 마주보는 수직판(11)과 수평판(12)에 각각 접합될 수 있도록 절단된다. 충전강관 가새(20)의 일단의 절단면이 이루는 각도는 접합부에서의 효율적인 하중 전달을 고려하여 결정될 수 있다.

가새로 충전강관을 이용함으로써 충전강관 자체가 가지는 우수한 내하력으로 횡력에 의한 국부적인 파괴 가능성을 최소화할 수 있으며, 중력하중과 횡력하중에 대해 저항하므로 기존의 일반적이 가새에 비해 규모가 큰 대각가새의 부재 절감 효과와 다양한 형태의 건축물 설계가 가능하다는 이점이 있다.

아래에서는 이상과 같이 구성되는 발명의 일 실시예에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조의 시공방법을 구체적으로 설명한다.

도 3은 발명의 일 실시예에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조의 시공방법을 순서대로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3의 (가)에서와 같이 접합구(10)을 준비한다. 접합구(10)는 수직판(11)을 준비하고 수직판(11)의 양쪽 면에 수평판(12)을 직각으로 용접하여 구성될 수 있다. 수평판(12)에는 충전강관 가새(20)에 콘크리트를 충전하기 위한 개구(121)가 미리 형성될 수 있다.

다음으로, 도 3의 (나)에서와 같이 수직판(11)과 수평판(12)이 직교하면서 이루는 4개의 구역에 각각 강관(21)을 용접한다. 강관(21)의 일단은 수직판(11)과 수평판(12)에 각각 접합될 수 있도록 일정한 각도를 이루는 절단면을 형성한다. 이때, 강관(21)은 설계 길이 즉, 다이아그리드 시스템의 노드 사이의 길이의 절반에 해당하는 길이를 가진다. 이에 따라 본 발명을 적용한 다이아그리드 시스템에서 현장 접합은 아래에서 설명하는 것처럼 노드가 아니라 강관 사이의 접합이 된다.

다음으로, 도 3의 (가)와 (나)의 과정을 통해 제작된 단위 세그먼트를 수평 및 수직방향으로 서로 연결하여 일정한 층까지 조립한다. 이때 단위 세그먼트 간의 접합은 상하, 좌우의 강관(21)을 서로 연결하는 방식으로 이루어진다. 도 3의 (다)에서는 4개 층 높이로 조립된 것으로 도시되었으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로 조립될 수 있는 층의 높이는 콘크리트 압송 능력을 고려하여 결정될 수 있다.

마지막으로, 강관(21)의 내부에 콘크리트(22)를 충전한다. 도 3의 (라)에서와 같이 1회의 압송으로 이웃하는 동일 수직선상의 수직판(11) 사이에 위치하는 다수의 층의 강관(21)에 동시에 콘크리트(22)를 충전할 수 있다. 그리고 수직판(11) 사이에 위치하는 다수의 층의 강관(21)에 동시에 콘크리트(22)를 충전하는 과정을 반복함으로써 모든 강관(21)의 내부에 콘크리트를 충전한다.

이렇게 본 발명에 따르면 현장 접합 작업이 강관 사이의 연결이 되어 작업성이 우수하고 1회의 압송으로 수개 층에 걸쳐 콘크리트를 한 번에 밀실하게 충전할 수 있어 시공성이 향상되는 이점을 가진다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조를 나타낸 분해사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 구조는 접합구(10a)의 구성이 앞서 설명한 실시예와 서로 상이할 뿐 충전강관 가새(20)의 구조 및 접합부의 시공방법은 동일하다. 따라서 간편한 설명을 위해 반복되는 설명은 생략하고 접합구(10a)의 구조에 대해서만 설명한다.

본 실시예에 따른 접합구(10a)는 수직판(11)이 2개로 구성되고 각 수직판(11)의 일측면에 수평판(12)이 결합된 구성을 가진다. 이렇게 수직판(11)을 2개로 구성하고 다시 말해 접합구(10a)를 한 쌍으로 구성하고 수직판(11)을 서로 접합함으로써 설계, 가공 및 시공시의 오차를 흡수할 수 있다. 즉, 마주보는 수직판(11) 사이의 접합 위치를 조절하거나 수직판(11) 사이에 끼움판(미도시)을 삽입함으로써 오차를 적절히 흡수할 수 있다.

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.

10,10a: 접합구
11: 수직판
12: 수평판
121: 개구
20: 충전강관 가새
21: 강관
22: 콘크리트

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. (a) 수직판의 양쪽 면에 콘크리트 이송용 개구가 형성된 수평판이 직각으로 접합된 접합구를 제작하는 단계;
   (b) 수직판과 수평판이 직교하면서 이루는 4개의 구역에 각각 다이아그리드 시스템의 노드 사이의 길이의 절반에 해당하는 길이를 가지는 강관을 접합하여 단위 세그먼트를 제작하는 단계;
   (c) 단위 세그먼트를 수평 및 수직방향으로 서로 연결하여 수개 층 높이로 조립하는 단계; 및
   (d) 이웃하는 동일 수직선상의 수직판 사이에 위치하는 수개 층의 강관에 1회 압송으로 콘크리트를 충전하는 단계를 반복하여 (c)단계에서 조립된 모든 강관의 내부에 콘크리트를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아그리드 시스템의 충전강관 가새 접합부 시공방법.

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