KR101206792B1 - 가새 접합구조물 - Google Patents

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KR101206792B1
KR101206792B1 KR1020110065181A KR20110065181A KR101206792B1 KR 101206792 B1 KR101206792 B1 KR 101206792B1 KR 1020110065181 A KR1020110065181 A KR 1020110065181A KR 20110065181 A KR20110065181 A KR 20110065181A KR 101206792 B1 KR101206792 B1 KR 101206792B1
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reinforcing portion
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이동규
김진호
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은, 제1 플레이트와 제2 플레이트로 형성되는 십자형 플레이트 및 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트에 결합되는 가새부재를 포함하되, 상기 십자형 플레이트와 상기 가새부재가 결합한 상태에서, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나는, 연결되는 부재가 상하에서 결합하도록 돌출되어 형성되는 돌출연결부가 구비되는 것을 특징으로 하는 가새 접합구조물에 관한 것으로, 이와 같은 본 발명에 의하면 건축물의 기둥에 해당하는 가새부재와 보가 다중 결합하여 접합 강도를 향상시키고, 부재들의 유기적인 연결로 인하여 응력 전달이나 분산이 효과적으로 구현되어 접합부위의 구조적 안전성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

가새 접합구조물{DIAGRID JOINING STRUCTURE}
본 발명은 가새 접합구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축물 특히, 비정형화된 초고층 건축물에서 가새부재와 보가 결합하여 이루어지는 가새 접합구조물에 관한 것이다.
(초)고층 건축물에서 저층부에서 고층부로 올라갈수록 단면이 감소하는 일명 'Tapered 타입'의 초고층 건축물은, 전통적인 고층건물의 특징이라고 할 수 있지만, 최근에는 비정형성의 외관과 구조형식을 적용하는 비정형화된 고층 건축물의 시공 경향이 두드러지고 있다.
이와 같은 초고층 건축물의 비정형성에 대응하기 위한 구조로서, 통상의 기동-보로 구성되는 전통적인 구조 형식으로는 그 구현이 쉽지 않고 제약이 따른다.
따라서, 최근에는 이와 같은 비정형적인 건축물의 형상에 쉽게 대응하기 위하여, 통상의 기둥 대신에 초대형 가새부재(경사진 기둥 형태)를 이용하여 수직력과 수평력을 지지하는 구조 시스템이 많이 적용되고 있다.
이와 같은 초대형 (대각)가새로 구성된 구조 시스템을 통상 'Diagrid 구조'라 한다.
이와 같은 알려진 가새 구조 시스템의 건축물은 예를 들어, 영국 런던의 'Swiss Re', 미국 뉴욕의 'Hearst Tower', 중국의 'Twin Tower', 'CCTV' 또는 일본의 'Mode 학원' 등의 많은 적용 사례가 있다.
그리고, 이와 같은 가새를 이용한 'Diagrid' 구조 시스템은, 기존 형식에 비해 강재 물량을 20% 정도 저감한다고 보고된 바 있으며, 비정형성을 가지는 초고층 건축물에 대한 경제적인 강구조 시스템으로서 근래 관심이 집중되는 추세이다.
그러나, 별도의 도면으로 도시하지는 않았지만, 알려진 종래의 가새 접합은, 단순한 판(플레이트) 접합을 통하여 가새부재들이 접합되기 때문에, 시공도 어렵고 그 시공기간도 긴 문제가 있었다.
특히, 시공 후 하중이 가새부재에 가해지는 경우, 응력의 원활한 전달이 구현되지 않아 국부적인 응력 집중 현상으로 인한, 압괴와 같은 구조적 안전성이 확보되지 못하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 건축물의 경사진 기둥과 보의 접합 강도를 향상시키면서 부재들의 유기적인 연결로 인하여 응력 전달이나 분산이 효과적으로 구현되어 접합부위의 구조적 안정성을 확보 가능하게 하는 한편, 현장 시공성도 용이하게 하는 가새 접합구조물을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 제1 플레이트와 제2 플레이트로 형성되는 십자형 플레이트 및 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트에 결합되는 가새부재를 포함하되, 상기 십자형 플레이트와 상기 가새부재가 결합한 상태에서, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나는, 연결되는 부재가 상하에서 결합하도록 돌출되어 형성되는 돌출연결부가 구비되는 것을 특징으로 하는 가새 접합구조물을 제공한다.
바람직하게는, 상기 가새부재에, 상기 돌출연결부와 간격을 두고 제공되어, 연결되는 부재가 상하에서 결합하는 연결보강부가 구비된다.
더 바람직하게는, 상기 돌출연결부는 상기 십자형 플레이트가 연장되어 형성되고, 상기 연결보강부는 상기 돌출연결부와 평행하게 형성되어, 상기 돌출연결부, 상기 연결보강부 및 연결되는 부재가 다중 결합한다.
더 바람직하게는, 상기 돌출연결부와 상기 연결보강부는, 구조물에 작용하는 전단응력에 대응하여 그 길이가 다르게 형성된다.
더 바람직하게는, 상기 제1 플레이트가 수평 플레이트이고, 상기 돌출연결부가 상기 제1 플레이트에 구비되는 경우, 상기 돌출연결부가 상기 연결보강부보다 길이가 길게 형성된다.
더 바람직하게는, 상기 십자형 플레이트에, 구조물의 외벽 설치가 용이토록 돌출되어 제공되는 시공리브가 구비된다.
이와 같은 본 발명에 따른 가새 접합구조물에 의하면, 건축물의 기둥에 해당하는 가새부재와 보가 돌출연결부와 연결보강부를 매개로 다중 결합하여 접합 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 부재들의 유기적인 연결로 인하여 응력 전달이나 분산이 효과적으로 구현되어 접합부위의 구조적 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가새 접합구조물의 일 실시예를 나타내는 정면도
도 2는 도 1의 가새 접합구조물의 사시도
도 3은 도 1의 가새 접합구조물의 분해 사시도
도 4는 본 발명에 따른 가새 접합구조물의 다른 실시예를 나타내는 사시도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가새 접합구조물을 상세하게 설명한다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 가새 접합구조물(1)의 일 실시예 및 이에 보가 연결된 상태를 나타내고, 도 3은 이러한 본 발명에 따른 가새 접합구조물(1) 분해하여 각 구성별로 나타내며, 도 4는 본 발명에 따른 가새 접합구조물(1)의 다른 실시예를 나타낸다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명에 따른 가새 접합구조물(1)의 일 실시예는, 제1 플레이트(12)와 제2 플레이트(14)로 형성되는 십자형 플레이트(10) 및 제1 플레이트(12)와 제2 플레이트(14)에 결합되는 가새부재(20)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 십자형 플레이트(10)와 가새부재(20)가 결합한 상태에서, 제1 플레이트(12)와 제2 플레이트(14) 중 적어도 하나는, 연결되는 부재가 상하에서 결합하도록 돌출되어 형성되는 돌출연결부(16)가 구비될 수 있다.
구체적으로, 십자형 플레이트(10)는 제1 플레이트(12)와 제2 플레이트(14)는 각각 수평 플레이트와 이에 수직한 수직 플레이트일 수 있으며, 또는 반대일 수도 있다. 이하, 제1 플레이트(12)는 수평 플레이트를 제2 플레이트(14)는 수직 플레이트로 가정하여 설명한다.
십자형 플레이트(10)는 제1 플레이트(12)의 상하면에 중심선을 따라 제2 플레이트(14)의 상부 플레이트와 하부 플레이트가 접합되어 형성되거나, 상하좌우에 배치되는 4개의 플레이트가 중심에서 용접되어 형성될 수도 있다.
그리고, 가새부재(20)는 제1 플레이트(12)와 제2 플레이트(14)에 의해 나뉘는 4개의 공간에서 플레이트들에 경사지게 접합될 수 있다. 즉, 가새부재(20)는 단부가 수직하게 절단되어 절단된 일측이 제1 플레이트(12)에 접합되고, 일측에 수직한 다른 일측이 제2 프레이트에 접합될 수 있다. 여기서, 가새부재(20)는 원형 또는 각형 강관일 수 있다.
또한, 가새부재(20)는 도면상 우측 상방에서 좌측 하방으로 연계되는 가새부재(20)의 중심축과 좌측 상방에서 우측 하방으로 연계되는 가새부재(20)의 중심축과의 교점이 십자형 플레이트(10)의 중심에 위치되어 하중 전달이 용이하게 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 도 1 내지 3을 참조하면, 십자형 플레이트(10)에 가새부재(20)가 접합된 상태에서, 제1 플레이트(12)는 양측으로 돌출되어 형성되는 돌출연결부(16)가 구비될 수 있다.
이러한 돌출연결부(16)는 제1 플레이트(12)의 양측에 별도의 구성으로서 접합되어 구성될 수도 있으나, 본 발명과 같이 강성을 확보하기 위해 제1 플레이트(12)가 양측방향으로 연장되어 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 구조물에 연결되는 부재가 결합하는 제1 플레이트(12)는 제2 플레이트(14)보다 상대적으로 길이가 길게 형성될 수 있다.
또한, 돌출연결부(16)는 돌출되어 형성되므로, 이에 연결되는 부재가 상하에서 결합할 수 있다. 여기서, 연결되는 부재는 예를 들어 보(100)일 수 있다.
상세하게는, 돌출연결부(16)는 제1 플레이트(12)가 연장되어 형성되므로 플레이트 형태이고, 이러한 플레이트의 상면과 하면에서 보가 결합할 수 있다. 여기서, 보(100)는 적어도 제1 플레이트(12)와 결합하는 단부가 판겹침 구조로 구성될 수 있다.
이에 따라, 보(100)의 단부는 판과 판 사이의 공간이 형성될 수 있고, 이러한 판과 판 사이의 공간에 돌출연결부(16)가 끼워질 수 있다. 다시 말해, 돌출연결부(16)의 상하면에서 보(100)의 판과 판이 결합될 수 있다.
그리고, 돌출연결부(16)가 보의 판과 판 사이에 끼워지고, 결합력을 확보하기 위하여 볼트결합(30)될 수 있다. 이러한 볼트결합을 위해, 돌출연결부(16)에는 볼트구멍(17)이 형성되고, 보 단부의 판들에는 상기 볼트구멍(17)에 대응되는 불트구멍(102)이 형성될 수 있다.
다음, 가새부재(20)에 돌출연결부(16)와 간격을 두고 제공되는 연결보강부(22)가 구비될 수 있다. 이러한 연결보강부(22)는 상하에서 연결되는 부재가 결합하여 상기한 돌출연결부와 부재의 결합을 보강할 수 있다.
도 1 내지 3은 참조하면, 연결보강부(22)는 플레이트 형태로 일단이 가새부재(20)에 접합되어 구비될 수 있다. 이때, 연결보강부(22)는 이와 연결되는 보(100)의 판들이 상하에서 결합가능토록 돌출연결부(16)와 이격되어 구비되는 것이 바람직하다.
즉, 연결보강부(22)는 가새부재(20)에 접합되어 돌출 형성되는 플레이트로서, 상기한 돌출연결부(16)와 보(100)의 결합구조와 마찬가지로, 연결보강부(22)는 보(100) 단부의 판과 판 사이에 끼워지고 결합력 확보를 위해 볼트결합(30)될 수 있다.
이러한 볼트결합(30)을 위해, 연결보강부(22)에는 볼트구멍(23)이 형성되고, 보 단부의 판들에는 상기 볼트구멍(23)에 대응되는 볼트구멍(102)이 형성될 수 있다.
한편, 도면에서는 연결보강부(22)가 제1 플레이트(12)의 상측에 배치되는 경우가 도시되어 있다. 그러나, 연결보강부(22)의 위치가 도시된 형태로 한정되는 것이 아니다. 즉, 연결보강부(22)는 제1 플레이트(12)의 상측 및 하측 중 적어도 일측에 구비될 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 돌출연결부(16)는 십자형 플레이트(10)가 연장되어 형성되고, 연결보강부(22)는 돌출연결부(16)와 평행하게 형성되어, 돌출연결부(16), 연결보강부(22) 및 연결되는 부재가 다중 결합할 수 있다.
즉, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가새 접합구조물(1)에 결합하는 겹침구조의 보(100)는 단부에서 3개의 판이 돌출되어 형성되고, 이러한 판들 사이에 형성되는 2개의 공간에 연결보강부(22)와 돌출연결부(16)가 각각 끼워지고 볼트결합(30)됨으로써 다중 결합될 수 있다.
이때, 돌출연결부(16)는 제1 플레이트(12)가 양측으로 연장되어 형성되는 플레이트이고, 연결보강부(22) 역시 상기 플레이트에 평행하게 구비되는 플레이트 형태로 제공되어, 다중 결합이 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 보는 단부에서 4개의 판이 돌출되어 형성되고, 이러한 두개씩의 판에 의해 형성되는 공간에 연결보강부와 돌출연결부가 각각 끼워져 볼트결합될 수 있다.
즉, 돌출연결부(16)와 연결보강부(22) 상하면에서 각각의 다른 판이 중첩되어 각각 볼트결합(30)될 수도 있고, 판들 중 하나가 돌출연결부(16)와 연결보강부(22) 사이에 끼워지고 다른 판들이 연결보강부(22) 상면과 돌출연결부(16) 하면에서 중첩되어 볼트결합(30)될 수도 있다.
여기서, 연결보강부(22)의 개수는 도시된 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 플레이트(12)의 상측에 2개 구비될 수 있고, 이때에는 보 단부의 판이 연결보강부(22)의 상면, 연결보강부 사이, 연결보강부(22)와 돌출연결부(16) 사이 및 돌출연결부(16) 하면에서 중첩되어 볼트결합될 수 있다.
그리고, 연결보강부(22) 및 돌출연결부(16)와 가새 접합구조물(1)의 결합부분 및 틈새부분에는 강성을 보강토록 용접처리될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 본 발명에 따른 가새 접합구조물(1)의 다른 실시예를 참조하면, 가새 접합구조물(1)에 결합하는 보가 H형강(100')일 수 있다.
이와 같이 보가 H형강(100')인 경우에는, 상부 플랜지(110)와 하부 플랜지(120)는 각각의 상하면에 볼트결합(30')하는 덧판(40)들이 제공되고, 이러한 덧판(40)들을 매개로 가새 접합구조물(1)에 H형강(100')이 결합될 수 있다.
구체적으로, 상부 플랜지(110)의 하면과 하부 플랜지(120)의 상면에 제공되는 덧판(42)(43)은 웹(130)에 끼워질 수 있도록 중심에 홈이 형성될 수 있다.
그리고, 상부 플랜지(110)의 상하면에 결합하는 덧판(41)(42)들 사이에는 연결보강부(22)가 끼워져 볼트결합될 수 있고, 하부 플랜지(120)의 상하면에 결합하는 덧판(43)(44)들 사이에는 돌출연결부(16)가 끼워져 볼트결합될 수 있다.
다시 말해, 상측에 배치되는 2장의 덧판(41)(42)은 일측에서 연결보강부(22)의 상하면에 볼트결합(31)하고 타측에서 상부 플랜지(110)의 상하면에 볼트결합(32)될 수 있다.
또한, 하측에 배치되는 2장의 덧판(43)(44)은 일측에서 돌출연결부(16)의 상하면에 볼트결합(31)하고 타측에서 하부 플랜지(120)의 상하면에 볼트결합(32)할 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지는 않았으나 H형강(100') 보와 본 발명에 따른 가새 접합구조물(1)은 다른 형태로 결합될 수도 있다.
예를 들어, H형강(100')의 상부 플랜지와 하부 플랜지가 웹보다 길이방향으로 길게 형성되어 상부 플랜지와 하부 플랜지가 덧판 역할을 할 수 있다.
또한, 상부 플랜지 하면에 제공되는 덧판과 하부 플랜지의 상면에 제공되는 덧판 사이에 별도의 겹침플레이트가 제공될 수 있다.
이에 따라, 상부 플랜지, 하부 플랜지, 덧판들 및 겹침플레이트가 중첩되어 함께 볼트결합됨으로써 다중 결합될 수 있다.
다음, 돌출연결부(16)와 연결보강부(22)는 구조물에 작용하는 전단응력에 대응하여 그 길이가 다르게 형성될 수 있다.
즉, 구조물에 수평하중 및 수직하중이 가해지는 경우, 돌출연결부(16)와 연결보강부(22)는 형성 위치와 개수 등에 따라 작용하는 전단응력에 다르다.
이와 같이, 돌출연결부(16)와 연결보강부(22)에 작용하는 전단응력의 크기가 다른 경우에는, 돌출연결부(16)와 연결보강부(22)의 길이를 길게 또는 동일하게 형성할 필요가 없다.
따라서, 돌출연결부(16)와 연결보강부(22)는 각각에 작용하는 전단응력에 대응하여 그 길이를 다르게 형성함으로써 재료비용을 절감시킬 수 있다.
구체적으로, 가새부재(20)를 통해 상부에서 아래로 전달되는 하중이 십자형 플레이트(10)로 전달되어 응력이 집중된다. 특히, 제1 플레이트(12)는 양측에서 돌출연결부(16)를 통해 보와 연결되므로, 돌출연결부(16)에서 전단응력이 집중된다.
따라서, 제1 플레이트(12)에 구비되는 돌출연결부(16)에 작용하는 전단응력이 가새부재(20)에 구비되는 연결보강부(22)에 작용하는 전단응력보다 크므로, 돌출연결부(16)가 연결보강부(22)보다 길게 형성되는 것이 바람직하다.
도 1 내지 3을 참조하면, 연결보강부(22)는 돌출연결부(16)가 구비되는 제1 플레이트(12)보다 상측에 배치된다. 그리고, 이때에는 상기한 바와 같이 연결보강부(22)보다 돌출연결부(16)에 작용하는 전단응력이 크므로, 돌출연결부(16)가 연결보강부(22)보다 길게 형성되는 것이 바람직하다.
다시 말해, 구조물에 수평하중 및 수직하중이 가해지는 경우, 돌출연결부(16)와 연결보강부(22)는 형성 위치와 개수 등에 따라 작용하는 전단응력을 해석하고, 해석된 각각의 전단응력에 대응하여 돌출연결부(16)와 연결보강부(22)의 길이를 선택할 수 있다.
다음, 십자형 플레이트(10)에 구조물의 외벽 설치가 용이토록 돌출되어 제공되는 시공리브(18)가 구비될 수 있다.
상기한 가새 접합구조물(1)이 연속적으로 연결되어 전체 구조물 예컨대 고층 건축물의 골격을 형성할 수 있다. 이렇게 건축물의 골격을 형성한 후에는 외벽에 해당하는 커튼월을 설치한다.
이러한 커튼월을 용이하게 건축물에 용이하게 설치하기 위해, 본 발명에 따른 가새 접합구조물(1)은 십자형 플레이트(10)에 전체구조물의 외측방향으로 돌출된 시공리브(18)가 구비될 수 있다.
도 2 및 3을 참조하면, 시공리브(18)는 제1 플레이트(12)의 외측방향 측면에 제2 플레이트(14)를 기준으로 양측에 2개가 구비될 수 있다.
그리고, 전체구조물에서 가새 접합구조물(1)들에 의해 대략 삼각형 구조가 연속적으로 형성되고, 이러한 삼각형 구조에 대응되는 삼각형 구조의 커튼월은 각 가새 접합구조물(1)에 구비되는 시공리브(18)를 매개로 쉽게 설치할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 가새 접합구조물(1)은 단위 모듈 형태로 제공될 수 있다. 구체적으로, 가새 접합구조물(1)은 십자형 플레이트(10)와 십자형 플레이트에 결합하는 가새부재(20)로 이루어지되, 가새부재(20)는 길이가 짧은 형태로 제공될 수 있다.
즉, 십자형 플레이트(10)와 짧은 길이의 가새부재(20)가 공장에서 모듈 형태로 사전제작되고, 이렇게 제작된 모듈을 현장으로 이동시킨다. 그리고, 현장에서 보와는 볼트결합되고, 모듈의 가새부재(20)는 다른 가새부재와 용접하여 연결됨으로써 전체구조물을 형성할 수 있다.
본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.
1 ... 가새 접합구조물 10 ... 십자형 플레이트
12, 14 ... 제1, 2 플레이트 16 ... 돌출연결부
18 ... 시공리브 20 ... 가새부재
22 ... 연결보강부 30, 30' ... 볼트결합
40 ... 덧판

Claims (6)

  1. 제1 플레이트(12)와 제2 플레이트(14)로 형성되는 십자형 플레이트(10); 및
    상기 제1 플레이트(12)와 상기 제2 플레이트(14)에 결합되는 가새부재(20)를 포함하되,
    상기 십자형 플레이트(10)와 상기 가새부재(20)가 결합한 상태에서, 상기 제1 플레이트(12)와 상기 제2 플레이트(14) 중 적어도 하나는, 연결되는 부재가 상하에서 결합하도록 돌출되어 형성되는 돌출연결부(16)가 구비되는 것을 특징으로 하는 가새 접합구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가새부재(20)에, 상기 돌출연결부(16)와 간격을 두고 제공되어, 연결되는 부재가 상하에서 결합하는 연결보강부(22)가 구비되는 것을 특징으로 하는 가새 접합구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출연결부(16)는 상기 십자형 플레이트(10)가 연장되어 형성되고, 상기 연결보강부(22)는 상기 돌출연결부(16)와 평행하게 형성되어,
    상기 돌출연결부(16), 상기 연결보강부(22) 및 연결되는 부재가 다중 결합하는 것을 특징으로 하는 가새 접합구조물.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 돌출연결부(16)와 상기 연결보강부(22)는, 구조물에 작용하는 전단응력에 대응하여 그 길이가 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 가새 접합구조물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 플레이트(12)가 수평 플레이트이고, 상기 돌출연결부(16)가 상기 제1 플레이트에 구비되는 경우,
    상기 돌출연결부(16)가 상기 연결보강부(22)보다 길이가 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 가새 접합구조물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 십자형 플레이트(10)에, 구조물의 외벽 설치가 용이토록 돌출되어 제공되는 시공리브(18)가 구비되는 것을 특징으로 하는 가새 접합구조물.
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