KR101204583B1

KR101204583B1 - 강재와 철근콘크리트가 효율적으로 결합된 강합성 거더와 빔

Info

Publication number: KR101204583B1
Application number: KR1020110049530A
Authority: KR
Inventors: 박동섭; 곽한식; 윤현종; 이원호; 양원직; 윤병익; 박병선; 정장원
Original assignee: 지에스건설 주식회사
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-11-26

Abstract

본 발명은 강재와 철근콘크리트가 효율적으로 결합된 강합성 거더와 빔에 관한 것으로, 강합성 거더와 빔의 상부플랜지에 슬래브를 일체로 결합함으로써 슬래브 내부에 균열이 발생하는 것을 방지하며, 강합성 거더와 빔에 작용하는 휨모멘트를 효과적으로 지지하기 위하여 강합성 기둥 사이에 설치되는 강합성 거더는 부모멘트 구간에서 강재와 철근콘크리트를 합성하여 휨압축응력과 전단응력을 증가시키고, 상기 강합성 거더 사이에 설치되는 강재 빔은 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간에서 강재와 철근콘크리트를 합성하여 휨인장응력과 전단응력을 증가시켜서 구조적으로 효율적이고 강성이 증대된 강합성 거더와 빔을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 강합성 기둥 사이에 양 단부가 고정되어 설치되는 H형 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 거더에 있어서, 상기 강합성 거더의 부모멘트 구간은 H형 강재와 철근콘크리트가 합성되도록 형성하고 정모멘트 구간은 H형 강재만으로 형성하되, 상기 부모멘트 구간에서 H형 강재 상,하부플랜지와 복부에는 각각 스터드 볼트가 접합되고, 상기 상,하부플랜지 단부에서 복부방향으로 일정 간격 이격되어 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면에는 ㄷ자형 스터럽 철근이 접합되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 강합성 거더 사이에 설치되는 H형 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 빔에 있어서, 상기 강합성 빔의 양 단부에서 최대휨모멘트의 1/2 보다 작은 단부 구간은 H형 강재만으로 형성되고, 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간은 H형 강재와 철근콘크리트가 합성되도록 형성하되, 상기 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간의 강합성 빔에는 H형 강재 상,하부플랜지와 복부에 각각 스터드 볼트가 접합되고, 상기 상,하부플랜지 단부에서 복부방향으로 일정 간격 이격되어 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면에는 ㄷ자형 스터럽 철근이 접합되며, 상기 하부플랜지 상부에는 인장철근이 상기 ㄷ자형 스터럽 철근과 결합되거나, 또는 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간 콘크리트의 하부플랜지 상부에 PC 강연선(13)을 설치하고, 상기 PC 강연선(13)은 상기 중앙부 구간 콘크리트의 양 단부에 설치된 인장정착블록(15)과 인장정착판(14)에 의해 인장정착 되는 것을 특징으로 한다.

Description

강재와 철근콘크리트가 효율적으로 결합된 강합성 거더와 빔{A composite steel girder and beam effectively combined a steel and a reinforced concrete}

본 발명은 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 거더와 빔에 관한 것으로, 강합성 거더와 빔의 정, 부모멘트의 크기에 따라 인장력에 강한 강재와 압축력에 강한 콘크리트를 적절히 합성하여 효율적이고 경제적으로 제작된 강합성 거더와 빔에 관한 것이다.

일반적으로 내부에 기둥이 배제된 넓은 공간의 건축 구조물 축조시 무지주 공법을 사용하는데, H형 강재인 철골과 철근콘크리트가 합성된 철골철근콘크리트 구조물에 무지주 공법을 적용할 경우, 강재인 보와 슬래브가 접합되는 부분에서는 층고를 낮추기 위하여 슬래브에 강재 보의 상부플랜지가 삽입되어 결합된다.

이는 종래기술인 도 1에서 보는 바와 같이, 슬래브(1) 내부에 강재 조립 보(2)의 상부플랜지가 삽입되고 강재 조립 보(2) 내부에는 콘크리트가 충전되어 슬래브와 강재 조립 보가 일체화 된다.

그러나 도 2에서 보는 바와 같이, 강재 조립 보(2)의 상부 플랜지가 슬래브(1) 내부에 삽입되어 있어서 상기 강재 조립 보(2)의 상부 플랜지와 슬래브(1) 상면의 거리가 가까워져 이 부분의 슬래브 내부에는 균열이 발생할 뿐만 아니라, 강재 조립 보(2)의 내부로 콘크리트 충전시 콘크리트 주입공간이 협소하여 강재 조립 보 내부에 콘크리트가 밀실하게 충전되지 못하여 슬래브(1)와 강재 조립 보(2)가 구조적으로 취약하게 되는 문제점이 있게 된다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 강합성 거더와 빔의 상부플랜지에 슬래브를 일체로 결합함으로써 슬래브 내부에 균열이 발생하는 것을 방지하며, 강합성 거더와 빔에 작용하는 휨모멘트를 효과적으로 지지하기 위하여 강합성 기둥 사이에 설치되는 강합성 거더는 부모멘트 구간에서 강재와 철근콘크리트를 합성하여 휨압축응력과 전단응력을 증가시키고, 상기 강합성 거더 사이에 설치되는 강재 빔은 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간에서 강재와 철근콘크리트 등을 합성하여 휨인장응력과 전단응력을 증가시켜 구조적으로 효율적이고 강성이 증대된 강합성 거더와 빔을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 강재와 철근콘크리트가 효율적으로 결합된 강합성 거더와 빔은, 먼저 강합성 기둥 사이에 양 단부가 고정되어 설치되는 H형 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 거더(3)에 있어서, 상기 강합성 거더(3)의 부모멘트 구간은 강재와 철근콘크리트가 합성되도록 형성하고 정모멘트 구간은 H형 강재만으로 형성하되, 상기 부모멘트 구간에서 H형 강재 상,하부플랜지(5, 7)와 복부(6)에는 각각 스터드 볼트(8)가 접합되고, 상기 상,하부플랜지 단부에서 복부방향으로 일정 간격 이격되어 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면에는 ㄷ자형 스터럽 철근(9)이 접합되어 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 강합성 거더(3) 사이에 설치되는 H형 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 빔(4)에 있어서, 상기 강합성 빔(4)의 양 단부에서 최대휨모멘트의 1/2 보다 작은 단부 구간은 H형 강재만으로 형성되고, 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간은 H형 강재와 철근콘크리트가 합성되도록 형성하되, 상기 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간의 강합성 빔(4)에는 H형 강재 상,하부플랜지(5, 7)와 복부(6)에 각각 스터드 볼트(8)가 접합되고,

상기 상,하부플랜지 단부에서 복부방향으로 일정 간격 이격되어 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면에는 ㄷ자형 스터럽 철근(9)이 접합되며, 상기 하부플랜지 상부에 설치되는 인장철근(12)이 상기 ㄷ자형 스터럽 철근(9)과 접합되거나, 또는 상기 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간 콘크리트의 상기 하부플랜지 상부에 PC 강연선(13)을 설치하고, 상기 PC 강연선(13)은 상기 중앙부 구간 콘크리트의 양 단부에 설치된 인장정착블록(15)을 관통하여 인장정착판(14)에 의해 인장정착 되는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 H형 강재와 철근콘크리트가 효율적으로 결합된 강합성 거더와 빔에 있어서, 상기 강재 거더와 빔의 상부플랜지에 슬래브를 합성함으로써 슬래브 내부의 균열을 방지하고, 강합성 기둥 사이에 설치하는 강합성 거더는 부모멘트 구간에서 는 H형 강재와 콘크리트를 합성하여 휨압축응력을 증가시키며, 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면 사이에는 ㄷ자형 스터럽 철근을 설치하여 강합성 거더의 전단응력을 증가시키고, 정모멘트 구간에서는 H형 강재만을 사용함으로써 콘크리트를 절감하여 강합성 거더를 경량화하는 효과가 있다.

또한 강합성 거더 사이에 설치하는 강합성 빔은 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간은 H형 강재와 인장철근에 의해 휨인장응력을 증가시키고, 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면 사이에는 ㄷ자형 스터럽 철근을 설치하여 전단응력을 증가시키며, 양 단부에서 최대휨모멘트의 1/2 보다 작은 구간은 H형 강재만을 사용함으로써 콘크리트를 절감하여 강합성 빔을 경량화하는 효과가 있다.

그리고 상기 강합성 빔의 최대휨모멘트 1/2 이상 되는 중앙부 구간 콘크리트의 상기 하부플랜지 상부에는 PC 강연선(13)을 설치하고, 상기 PC 강연선(13)은 상기 중앙부 구간 콘크리트의 양 단부에 설치된 인장정착블록(15)과 인장정착판(14)에 의해 인장정착 됨으로써 강합성 빔의 휨인장응력을 증가시키고, 상기 강합성 빔의 중앙부 구간 처짐 등에 대해 강성을 증가시켜 구조적 안전성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1, 2는 종래기술인 강재 조립 보가 슬래브와 결합되는 것을 나타내는 단면도
도 3은 본 발명인 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 거더의 사시도
도 4는 본 발명인 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 빔의 사시도
도 5는 도 3의 강합성 거더 단부를 확대한 부분 사시도
도 6은 도 4의 강합성 빔 중앙부를 확대한 부분 사시도
도 7은 도 6의 다른 실시예의 단면도
도 8은 본 발명인 강합성 거더 단부의 단면도
도 9는 본 발명인 강합성 빔 중앙부의 단면도
도 10은 본 발명인 강합성 거더와 빔을 슬래브에 결합한 사시도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명인 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 거더의 사시도이고, 도 4는 본 발명인 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 빔의 사시도이며, 도 5는 도 3의 강합성 거더 단부를 확대한 부분 사시도이고, 도 6은 도 4의 강합성 빔 중앙부를 확대한 부분 사시도이며, 도 7은 도 6의 다른 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 8은 본 발명인 강합성 거더 단부의 단면도이며, 도 9는 본 발명인 강합성 빔 중앙부의 단면도이고, 도 10은 본 발명인 강합성 거더와 빔을 슬래브에 결합한 사시도이다.

본 발명인 강합성 거더는 도 3에 도시된 바와 같이, 무지주 공법 적용 시 강합성 기둥 사이에 양 단부가 고정되어 설치되는 강합성 거더(3)에 있어서, 상기 강합성 거더의 부모멘트 구간에서는 H형 강재와 콘크리트를 합성하여 휨압축응력을 증가시키고, 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면 사이에는 ㄷ자형 스터럽 철근(9)과 수평철근(13)을 설치하여 전단응력을 증가시키며 콘크리트의 균열을 제어하고, 정모멘트 구간에서는 H형 강재만을 사용하고 콘크리트를 배제함으로써 강합성 거더(3)를 경량화 하였다.

본 발명인 강합성 빔(4)은 도 4에 도시된 바와 같이, 무지주 공법 적용 시 상기 강합성 거더(3) 사이에 설치되는 강합성 빔(4)에 있어서, 상기 강합성 빔(4)의 최대 휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간에서는 H형 강재와 인장철근(12)에 의해 휨인장응력을 증가시키고, 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면 사이에는 ㄷ자형 스터럽 철근(9)과 수평철근(10)을 설치하여 전단응력을 증가시키며 콘크리트의 균열을 제어하고, 양 단부에서 최대휨모멘트의 1/2보다 작은 구간에서는 H형 강재만을 사용하고 콘크리트를 배제함으로써 강합성 빔을 경량화 하였다.

상기 강합성 거더(3)의 부모멘트 구간은 하중 조건과 부재의 두께, 크기 및 부재의 응력 등을 고려하여 부모멘트 구간 내에서 신축적으로 설정할 수 있으며, 또한 상기 강합성 빔(4)의 최대 휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간은 하중 조건과 부재의 두께, 크기 및 부재의 응력 등을 고려하여 최대 휨모멘트의 1/2 ~ 1/3 내에서 신축적으로 설정할 수 있는 것이다.

상기 본 발명인 강합성 거더(3)의 사시도와 단면도인 도 5와 도 8에 도시된 바와 같이, 강합성 거더(3)의 부모멘트 구간에는 H형 강재 상,하부 플랜지(5, 7)와 복부(6)에 각각 스터드 볼트(8)가 접합되어 H형 강재와 콘크리트를 일체화함으로써 상기 강합성 거더의 강성을 증대시키고, 상기 상,하부 플랜지(5, 7) 단부에서 복부방향으로 일정 간격 이격되어 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면에는 ㄷ자형 스터럽 철근(9)이 용접으로 접합되어 전단응력을 증대시키고, ㄷ자형 스터럽 철근(9)의 수직부분 중앙에는 수평철근(10)을 결속선에 결합하여 콘크리트의 균열을 제어한다.

상기 본 발명인 강합성 빔(4)의 사시도와 단면도인 도 6과 도 9에 도시된 바와 같이, 강합성 빔(4)의 최대 휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간에는 H형 강재 상,하부 플랜지(5, 7)와 복부(6)에 각각 스터드 볼트(8)가 접합되고, 상기 상,하부 플랜지(5, 7) 단부에서 복부방향으로 일정 간격 이격되어 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면에는 ㄷ자형 스터럽 철근(9)이 용접으로 접합되어 전단응력을 증대시키고, ㄷ자형 스터럽 철근(9)의 수직부분 중앙에는 수평철근(10)을 결속선에 결합하여 콘크리트의 균열을 제어하며, 상기 하부 플랜지 상부에는 인장철근(12)이 상기 ㄷ자형 스터럽 철근(9)에 용접으로 접합되어 H형 강재의 하부플랜지와 상기 인장철근에 의해 휨인장응력을 증가시킨다.

상기 도 7은 도 6의 다른 실시예인 강합성 빔의 단면도이며, 도 7은 도 6의 인장철근(12)이 상기 ㄷ자형 스터럽 철근(9)에 접합되는 대신에 강합성 빔(4)의 최대 휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간 콘크리트의 하부플랜지(7) 상부에 PC 강연선(13)을 설치하고, 중앙부 구간 콘크리트 양 단부에 인장청착블록(15)과 인장정착판(14)을 순차적으로 설치하여 상기 PC 강연선(13)을 인장정착블록(15)을 관통하여 인장정착판(14)에 인장정착함으로써 상기 중앙부 구간 콘크리트에 프리스트레스를 도입하여 강합성 빔의 휨인장응력을 증가시키고, 상기 강합성 빔의 중앙부 구간 처짐 등에 대해 강성을 증가시켜 구조적 안정성을 향상시킨다.

도 10은 본 발명인 강합성 거더(3)와 강합성 빔(4)을 무지주 공법에 적용하는 경우 상기 강합성 거더(3)와 강합성 빔(4)의 상부 플랜지에 슬래브(1)가 결합되어 일체화 되는 것을 나타내고 있다.

1 : 슬래브 2 : 강재 조립 보
3 : 강합성 거더 4 : 강합성 빔
5 : H형 강재 상부 플랜지 6 : H형 강재 복부
7 : H형 강재 하부 플랜지 8 : 스터드 볼트
9 : ㄷ 자형 스터럽 철근 10 : 수평철근
11 : 콘크리트 12 : 인장철근
13 : PC 강연선 14 : 인장정착판
15 : 인장정착블록

Claims

강합성 기둥 사이에 양 단부가 고정되어 설치되는 H형 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 거더(3)에 있어서,
상기 강합성 거더(3)의 부모멘트 구간은 H형 강재와 철근콘크리트가 합성되도록 형성하고 정모멘트 구간은 H형 강재만으로 형성하되,
상기 부모멘트 구간에서 H형 강재 상,하부플랜지(5, 7)와 복부(6)에는 각각 스터드 볼트(8)가 접합되고, 상기 상,하부플랜지(5, 7) 단부에서 복부방향으로 일정 간격 이격되어 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면에는 ㄷ자형 스터럽 철근(9)이 접합되는 것을 특징으로 하는 강재와 철근콘크리트가 효율적으로 결합된 강합성 거더.
강합성 거더(3) 사이에 설치되는 H형 강재와 철근콘크리트가 결합된 강합성 빔(4)에 있어서,
상기 강합성 빔(4)의 양 단부에서 최대휨모멘트의 1/2 보다 작은 구간은 H형 강재만으로 형성되고, 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간은 H형 강재와 철근콘크리트가 합성되도록 형성하되,
상기 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간의 강합성 빔(4)에는 H형 강재 상,하부플랜지(5, 7)와 복부(6)에 각각 스터드 볼트(8)가 접합되고, 상기 상,하부플랜지 (5, 7) 단부에서 복부방향으로 일정 간격 이격되어 상부플랜지 하면과 하부플랜지 상면에는 ㄷ자형 스터럽 철근(9)이 접합되며, 하부플랜지 상부에 설치되는 인장철근(12)은 상기 ㄷ자형 스터럽 철근(9)과 접합되는 것을 특징으로 하는 강재와 철근콘크리트가 효율적으로 결합된 강합성 빔.
제2항에 있어서, 하부플랜지 상부에 설치되는 인장철근(12)이 상기 ㄷ자형 스터럽 철근(9)과 접합되는 대신에 상기 최대휨모멘트의 1/2 이상 되는 중앙부 구간 콘크리트의 상기 하부플랜지 상부에 PC 강연선(13)을 설치하고, 상기 PC 강연선(13)은 상기 중앙부 구간 콘크리트의 양 단부에 설치된 인장정착블록(15)을 관통하여 인장정착판(14)에 의해 인장정착 되는 것을 특징으로 하는 강재와 철근콘크리트가 효율적으로 결합된 강합성 빔.