KR101208106B1 - 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템에 관한 것으로서, 특히 철골구조물에서 기둥과 보 사이에 설치되는 강판전단벽에 있어서, 상기 강판전단벽은, 이의 상하면이 상기 보와 수직으로 접합되고, 이의 양측면이 상기 기둥과 일정 거리 이격되어 공간부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 기둥과 강판전단벽 측면을 상호 이격시키고, 강판전단벽의 양측면에 직각으로 지지 플레이트를 부착하여 강판이 면외거동을 하는 것을 방지하고, 강판이 인장항복을 하도록 지지함으로써 기둥은 중력만 분담하도록 하여 기둥의 단면을 작게 형성하여 공사기간을 단축하고 공사비용을 절감하는 이점이 있다.

Description

기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템{STEEL PLATE SHEAR WALL WHICH COLUMNS BEAR ONLY GRAVITY LOAD}

본 발명은 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 기둥과 강판전단벽 측면을 상호 이격시키고, 강판전단벽의 양측면에 직각으로 지지 플레이트를 부착하여 강판에 걸리는 인장력을 지지하도록 하는 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템에 관한 것이다.

최근 구조물은 지가 상승으로 인한 초고층화, 대형화 추세이며, 이러한 추세는 바람이나 지진과 같은 횡하중의 영향에 대한 중요성을 더욱 부각 시키는 원인이 되어, 이에 저항하는 횡력 저항 시스템의 중요성 또한 커지게 되었다. 이러한 초고층 구조물의 성능 향상과 경제성 향상을 위하여 철근콘크리트 구조물에서는 콘크리트 전단벽 시스템이, 철골 구조물에서는 가새(Brace) 골조 시스템이 적용되고 있는 실정이다. 횡력저항 시스템의 주요 구조요소로 적용되고 있는 전단벽은 순수 콘크리트로 시공되어, 시공적, 공간적 요인에 의하여 전단벽의 설치위치가 코아에만 국한된다는 번거로움이 발생된다. 따라서, 강판을 이용한 전단벽을 개발한다면 철골조의 장점인 건식공법으로 인한 시공성 증대 및 공기단축으로 인한 경제성 확보, 주거용 건축물의 내부 세대간벽 설치 용이, 전단벽을 건물 전체 폭에 사용할 수 있으므로 필요한 부분에 설치 가능하여, 공간의 제약 최소화 등의 이점이 발생할 수 있다.

최근에 강도와 강성이 크고, 연성능력이 우수한 얇은 강판을 이용한 강판전단벽이 미국이나 일본, 캐나다 등을 중심으로 많은 연구가 진행되어 실제 건축물에 적용되었고, 현재에도 진행중에 있다.

이러한, 강판전단벽은 도 1에 도시된 바와 같이 구조물의 수직하중을 지지하는 기둥(10)과 이런 기둥(10) 사이를 연결하는 보(20)로 구성되고, 횡력에 의한 변형을 감소시키기 위해 기둥(10)과 보(20) 사이에 전단벽(30)이 설치된다.

그러나, 이러한 종래의 강판전단벽은 기둥에 수직하중하고, 강판에 걸리는 인장력을 지지하기 위해 그 두께가 상대적으로 두꺼워지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기둥과 강판전단벽 측면을 상호 이격시키고, 강판전단벽의 양측면에 직각으로 지지 플레이트를 부착하여 강판에 걸리는 인장력을 지지함으로써 기둥의 두께를 상대적으로 얇게 형성하도록 하는 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

철골구조물에서 기둥과 보 사이에 설치되는 강판전단벽에 있어서, 상기 강판전단벽은, 이의 상하면이 상기 보와 수직으로 접합되고, 이의 양측면이 상기 기둥과 일정 거리 이격되어 공간부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 강판전단벽은 이의 양측면 끝단에 수직으로 지지 플레이트가 접합된다.

여기에서 또한, 상기 지지 플레이트는 상하면이 상기 보와 수직으로 접합된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템에 따르면, 기둥과 강판전단벽 측면을 상호 이격시키고, 강판전단벽의 양측면에 직각으로 지지 플레이트를 부착하여 강판이 면외거동을 하는 것을 방지하고, 강판이 인장항복을 하도록 지지함으로써 기둥은 중력만 분담하도록 하여 기둥의 단면을 작게 형성하여 공사기간을 단축하고 공사비용을 절감하는 이점이 있다.

도 1은 종래의 강판전단벽의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 구성을 나타낸 부분 단면도이다.
도 5는 강판의 거동에 따른 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 6은 강판의 후좌굴 거동을 모식화한 도면이다.
도 7은 도 6을 확장 해석한 그림이다.

이하, 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 구성을 나타낸 정면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 구성을 나타낸 부분 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 강판전단벽(100)은 이의 상하면이 보(20)와 수직으로 접합되고, 이의 양측면이 기둥(10)과 일정 거리 이격되어 공간부(S)를 형성한다. 이때, 강판전단벽(100)은 보(20)의 길이 방향 중심선에 설치되는 것이 바람직하다.

여기에서, 강판전단벽(100)은 이의 양측면 끝단에 수직으로 지지 플레이트(110)가 접합된다.

이때, 지지 플레이트(110)는 강판의 면외변형을 방지하고 인장력작용 (TENSION FIELD ACTION)에 의한 인장력을 지지하도록 그 폭이 강판전단벽(100)과 대응되는 기둥(10)의 폭과 동일한 것이 바람직하고, 그 두께가 강판전단벽(100)의 두께와 동일하거나 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 지지 플레이트(110)는 상하면이 보(20)와 수직으로 접합되고, 강판전단벽(100)이 이의 중심선에 접합되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 설치 과정 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5는 강판의 거동에 따른 실험 결과를 나타낸 사진이고, 도 6은 강판의 후좌굴 거동을 모식화한 도면이고, 도 7은 도 6을 확장 해석한 그림이다.

먼저, 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 설계 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이 강판에 횡력을 도입하면 대각선 모서리 부근인 A, B 지점에서 반력이 제일 크게 작용하고, D 영역에서 좌굴파가 형성되며, C 영역에서 인장력 작용에 의해 외력에 저항하고 있음을 확인할 수 있다.

이러한 것으로 고려하여 강판을 철골가새골조로 해석할 수 있는 데, 도 6에 도시된 바와 같이 강판의 일부분만으로도 횡력에 저항할 수 있고, 이를 더욱 확장하면 도 7에 도시된 바와 같이 가새골조와 같은 해석 모델로 강판전단벽을 안출하였다.

아래에서는 상기와 같이 설계된 본 발명에 따른 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템의 설치 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 철골 구조물의 바닥 슬래브가 시공된 후에 기둥(10)과 보(20) 사이에 지지플레이트(110)을 접합시킨 강판전단벽(100)을 위치시키고, 강판전단벽(100)과 지지플레이트(110)의 상하면을 보(20)와 수직으로 용접하여 접합시킨다. 이때, 강판전단벽(100)의 양측면이 기둥(10)에서 동일한 거리로 이격되도록 한다.

그리고, 본 발명의 마무리 설치작업으로 기둥(10)과 보(20)와 강판전단벽(100) 및 지지 플레이트(110)를 내화 처리하고, 표면을 마감처리한다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 기둥 20 : 보
30, 100 : 강판전단벽 110 : 지지 플레이트
S : 공간부

Claims (3)

1. 철골구조물에서 기둥과 보 사이에 설치되는 강판전단벽에 있어서,
   상기 강판전단벽은,
   이의 상하면이 보와 수직으로 접합되되, 상기 보의 길이 방향 중심선에 설치되고, 이의 양측면 끝단에 수직으로 지지 플레이트의 중심선이 접합되며, 각각의 상기 지지 플레이트가 상기 기둥과 일정 거리 이격되어 공간부를 형성하며,
   상기 지지 플레이트는,
   이의 상하면이 상기 보와 수직으로 접합되되, 상기 강판 전단벽의 면외변형을 방지하고 인장력작용에 의한 인장력을 지지하도록 그 폭이 상기 강판전단벽과 대응되는 상기 기둥의 폭과 동일하게 형성되고, 그 두께가 상기 강판전단벽의 두께와 동일하거나 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 기둥이 중력만 부담하는 강판전단벽 시스템.
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