KR101255445B1 - 능동 처짐 제어형 프리스트레스트 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스티프너를 이용하여 보를 길이방향을 따라 복수의 구간으로 구획하여 각 구간에 긴장재를 배치하고 이를 통해 각 구간별로 서로 다른 프리스트레스를 도입함에 따라 능동적으로 처짐을 제어할 수 있는 프리스트레스트 빔에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 능동 처짐 제어형 프리스트레스트 빔은, 서로 평행한 상, 하부 플랜지 및 이들을 연결하는 웨브가 H형 단면을 이루는 강재 보; 강재 보의 양쪽 끝에 결합된 단부 정착판; 단부 정착판 사이의 강재 보의 내측에 강재 보의 중앙을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 결합된 복수의 스티프너; 단부 정착판 사이 및 서로 대칭되는 위치의 스티프너 사이에 정착되어 강재 보에 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재; 강재 보의 중앙의 하부 플랜지 상면에 설치되어 긴장재를 변곡시키는 중앙 편향장치; 및 단부 정착판과 스티프너에 인접하여 강재 보의 상부 플랜지 하면에 설치되어 긴장재의 단부를 수평으로 배열하는 복수의 수평 편향장치를 포함하며, 단부 정착판 사이에 배치되는 긴장재의 수보다 서로 대칭되는 위치의 스티프너 사이에 배치되는 긴장재의 수를 증가시켜 강재 보에 작용하는 휨모멘트에 효율적으로 대응할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

능동 처짐 제어형 프리스트레스트 빔{Active deflection control prestressed beam}

본 발명은 보를 길이방향을 따라 복수의 구간으로 구획하고 휨모멘트의 크기에 대응하여 각 구간별로 서로 다른 크기의 프리스트레스를 도입함으로써 능동적으로 처짐을 제어할 수 있는 프리스트레스트 빔에 관한 것이다.

강도가 강한 강재가 개발됨으로써 휨강도나 전단강도는 충분히 만족하나 사용성 특히 처짐 때문에 부재의 크기가 커지는 경우가 많다.

또한 일반적으로 건축물에서 휨부재의 단면 크기를 부모멘트의 크기에 의하여 결정하기 때문에 정모멘트 구간에서 부재가 과도하게 설계되어 재료 및 공사비의 낭비가 발생한다.

따라서 처짐을 효과적으로 제어하여 부재의 크기를 혁신적으로 감소시킬 수 있는 기술의 개발이 요구된다.

본 발명은 이러한 사정 하에 개발된 것으로 처짐을 효과적으로 제어하여 부재의 크기를 혁신적으로 감소시킬 수 있는 능동 처짐 제어형 프리스트레스트 빔을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 능동 처짐 제어형 프리스트레스트 빔은, 서로 평행한 상, 하부 플랜지 및 이들을 연결하는 웨브가 H형 단면을 이루는 강재 보; 강재 보의 양쪽 끝에 결합된 단부 정착판; 단부 정착판 사이의 강재 보의 내측에 강재 보의 중앙을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 결합된 복수의 스티프너; 단부 정착판 사이 및 서로 대칭되는 위치의 스티프너 사이에 정착되어 강재 보에 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재; 강재 보의 중앙의 하부 플랜지 상면에 설치되어 긴장재를 변곡시키는 중앙 편향장치; 및 단부 정착판과 스티프너에 인접하여 강재 보의 상부 플랜지 하면에 설치되어 긴장재의 단부를 수평으로 배열하는 복수의 수평 편향장치를 포함하며, 단부 정착판 사이에 배치되는 긴장재의 수보다 서로 대칭되는 위치의 스티프너 사이에 배치되는 긴장재의 수를 증가시켜 강재 보에 작용하는 휨모멘트에 효율적으로 대응할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이때, 부모멘트를 받는 단부 부분에 콘크리트가 일체로 합성될 수 있다.

또한, 부모멘트를 받는 단부 부근에 콘크리트를 원활하게 타설하기 위해 강재 보의 단부 부근에 강재 보의 하부 플랜지에서 수평으로 연장되는 하면판과 하면판의 끝에서 수직으로 연장된 측면판으로 구성되는 강재 거푸집이 더 설치될 수 있다.

또한, 부모멘트를 받는 단부 부근에 일체로 합성된 콘크리트의 단면은 기둥의 폭에 비해 더 크게 형성되고 기둥에서 돌출된 콘크리트 면에는 기둥에 거치된 이웃하는 2개의 빔을 연속시키는 긴장재가 긴장, 정착되어 이웃하는 2개의 빔을 연속시키고 기둥-빔 접합부의 일체성을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 효과적인 처짐 제어가 가능하여 부재의 단면 크기를 크게 절감할 수 있다.

또한 보를 길이방향을 따라 복수의 구간으로 구획하여 각 구간에 프리스트레스를 도입함에 따라 도입되는 프리스트레스를 분산시켜 면외변형이나 국부좌굴의 방지가 가능하다.

또한 프리스트레스 도입시 보를 길이방향을 따라 복수의 구간으로 구획하는 스티프너를 이용함으로써 추가적인 정착판의 설치가 불필요하다.

또한 부모멘트 구역에 콘크리트를 합성함으로써 경제적인 부재의 설계가 가능하다.

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 실시예에 따른 프리스트레스트 빔을 나타낸 사시도이고, 도 2는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 빔을 나타낸 사시도이고, 도 4는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스트레스트 빔을 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 프리스트레스트 빔이 기둥과 접합된 라멘 골조를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.

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 프리스트레스트 빔을 나타낸 사시도이고, 도 2는 정면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 빔(10)은 길이방향을 따라 복수의 구간으로 구획하여 처짐 제어를 위해 긴장재가 더 많이 필요한 구간에 더 많은 긴장재를 배치함으로써 능동적으로 처짐을 제어할 수 있도록 한 것이다.

구체적으로 도 1, 2에 도시된 것처럼 서로 평행한 상, 하부 플랜지(111,112) 및 이들을 연결하는 웨브(113)가 H형 단면을 이루는 강재 보(11), 강재 보(11)의 양쪽 끝에 결합된 단부 정착판(12,12), 단부 정착판(12,12) 사이의 강재 보(11)의 내측에 강재 보(11)의 중앙을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 결합된 복수의 스티프너(13), 단부 정착판(12) 사이 및 서로 대칭되는 위치의 스티프너 사이에 정착되어 강재 보(11)에 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재(14) 및 강재 보(11)의 중앙의 하부 플랜지(112) 상면에 설치되어 긴장재(14)를 변곡시키는 중앙 편향장치(15) 및 단부 정착판(12)과 스티프너(13)에 인접하여 강재 보(11)의 상부 플랜지(111) 하면에 설치되어 긴장재(14)의 단부를 수평으로 배열하는 복수의 수평 편향장치(16)를 포함한다.

도 1, 2에서는 보이는 한쪽 면에 스티프너(13), 긴장재(14), 중앙 편향장치(15) 및 수평 편향장치(16)가 설치된 것을 도시하였으나 보이지 않는 다른 한쪽 면에도 대응되는 위치에 이들 스티프너(13), 긴장재(14), 중앙 편향장치(15) 및 수평 편향장치(16)가 각각 설치되어 강재 보(11)의 양쪽에서 프리스트레스를 도입한다.

도 1, 2에 제시된 실시예에서는 강재 보(11)를 길이방향으로 6등분하고 최외측에는 단부 정착판(12,12)을 설치하고 그 내부의 각 등분점에는 스티프너(13)를 설치하며 중앙 등분점에는 중앙 편향장치(15)를 그리고 단부 정착판(12,12)과 스티프너(13) 사이, 스티프너(13)와 스티프너(13) 사이 및 스티프너(13)와 중앙 편향장치 (15)사이에는 수평 편향장치(16)를 각각 설치하고 단부 정착판(12,12)과 스티프너 (13) 및 복수의 편향장치(15,16)를 이용해 긴장재(14)를 긴장, 정착한다.

따라서 단부 정착판(12,12) 사이의 구간(A)에는 1개의 긴장재(14)가 배치되고 단부 정착판(12) 바로 옆의 스티프너(13) 사이의 구간(B)에는 2개의 긴장재(14)가 배치되며 다시 그 안쪽의 스티프너(13) 사이의 구간(C)에는 3개의 긴장재(14)가 배치되어 가장 큰 휨모멘트가 작용하는 중앙부 구간에 가장 많은 긴장재(14)가 배치된 구조가 된다. 결과적으로 처짐 제어를 위해 긴장재(14)가 더 많이 필요한 중앙부 구간에 더 많은 긴장재(14)가 배치되도록 한 구조를 가진다. 그리고 중앙 편향장치(15)를 통해 각 구간에 배치되는 긴장재(14)가 절곡되어 긴장재(14)는 휨모멘트에 대응하여 중앙 편향장치(15)에서 서로 대칭되게 위쪽으로 꺽인 절곡상으로 배치된다.

그러나 본 발명은 강재 보(11)가 6등분되고 중앙 등분점으로 기준으로 서로 대칭되는 위치에 배치된 스티프너 및 단부 정착판에 의해 3개의 구간으로 구획되는 것에 한정되지 않고 8등분 및 10등분 하여 4, 5개의 구간으로 구획하고 각 구간에 긴장재를 배치함으로써 더욱 세밀하게 처짐을 제어하는 것도 가능하다. 또한 도면에서는 각 구간마다 하나의 긴장재가 배치되는 것으로 도시되었으나 각 구간에 배치되는 긴장재는 동일한 갯수로 증감되거나 각 구간에 다른 갯수의 긴장재를 배치할 수 있다. 또한 각 구간에 정착되는 긴장재는 빔의 제작시에 모두 긴장, 정착되거나 빔의 제작시 일부 구간에만 긴장, 정착되고 나머지 구간에는 빔이 거치되고 슬래브가 합성된 후 또는 공용 중 내하력을 증진시키기 위해 긴장, 정착될 수 있다. 즉, 긴장재는 단계별로 긴장, 정착될 수 있다.

본 실시예에서 긴장재(14)는 전길이에 걸쳐 나사가 미리 형성되어 현장에서 나사를 전조할 필요가 없이 임의의 위치에서 너트로 정착할 수 있는 나사강봉이 사용되고 너트를 체결하여 단부 정착판(12) 및 스티프너(13)에 정착하는 너트식 정착방법을 사용한 예를 도시하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 긴장재(14)로는 PS 강봉, PS 강선, PS 강연선 등 이 분야에서 공지된 임의의 긴장재가 사용될 수 있으며 긴장재(14)의 종류에 따라 이 분야에서 공지된 적절한 정착방법이 사용될 수 있다.

중앙 및 수평 편향장치(15,16)는 긴장재(14)의 절곡점을 형성하기 위한 것으로 서로 유사한 구성을 가지며 이들 편형장치(15,16)는 강재 보(11)의 상부 플랜지(111) 또는 하부 플랜지(112)에 접합되는 바닥판(151), 바닥판(151)에 서로 일정거리를 두고 수직하게 접합된 양측면판(152), 양측면판(152)의 상단부를 서로 연결하는 연결판(153) 및 양측면판(152) 사이를 가로질러 높이방향을 따라 간격을 두고 결합된 복수개의 볼트(154)로 이루어지고 볼트 사이에 긴장재(14)가 배치된다. 볼트(14) 대신에 양측면판(152) 사이에 회동 가능하게 강봉을 결합할 수도 있다. 중앙 편향장치(15)는 도면에서 3개의 긴장재(14)가 관통하므로 그에 대응하여 3개의 볼트(154)가 설치되고 수평 편향장치(16)는 1개의 볼트(154)가 설치된다.

이상에서 살펴본 것처럼 이 실시예에서 강재 보(11)는 길이방향을 따라 복수의 구간으로 구획되고 각 구간에 각각 긴장재를 배치함으로써 결과적으로 중앙부 구간에 더 많은 긴장재가 배치되어 강재 보(11)에 작용하는 휨모멘트에 효율적으로 대응하여 처짐을 제어할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스트레스트 빔을 나타낸 사시도이고, 도 4는 정면도이다.

도 3, 4에 도시된 실시예에서는 앞서 설명한 실시예의 프리스트레스트 빔(10)이 부모멘트를 받는 단부 부분에 콘크리트(17)를 일체로 합성한 것이다. 콘크리트(17)가 합성되는 길이는 기둥에 강접합된 프리스트레스트 빔(10)에 발생하는 부모멘트에 의해 결정될 수 있다.

모멘트 골조에서 부재 단면의 크기는 부모멘트에 의해 결정되기 때문에 정모멘트 구간에서는 단면이 필요 이상으로 과대해지는데 본 실시예와 같이 정모멘트 구간에 적합하게 부재의 단면을 정한 후에 부모멘트를 받는 단부 부분을 콘크리트(17)로 보강함으로써 강재 보(11)의 단면 크기를 줄일 수 있고 정모멘트 구간의 처짐에 대해서는 앞서 설명한 것처럼 정모멘트 구간을 복수의 구간으로 구획하고 각 구간에 긴장재(14)를 설치함으로써 더 큰 처짐이 발생되는 구간에 더 많은 긴장재를 배치함으로써 효과적으로 처짐에 대응할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스트레스트 빔을 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 프리스트레스트 빔이 기둥과 접합된 라멘 골조를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.

도 5에 도시된 것처럼 부모멘트를 받는 단부 부근에 콘크리트(17)를 원활하게 타설하기 위해 강재 보(11)의 단부 부근에 강재 거푸집(18)이 설치될 수 있다. 강재 거푸집(18)은 강재 보(11)의 하부 플랜지(112)에서 수평으로 연장되는 하면판(181)과 하면판(181)의 끝에서 수직으로 연장된 측면판(182)으로 구성되고 강재 보(11)의 하부 플랜지(112) 및 웨브(113)와 강재 거푸집(18)의 하면판(181)과 측면판(182)으로 둘러싸인 공간에 콘크리트(17)가 타설된다. 강재 거푸집(18)을 이용함으로써 콘크리트(17)를 보다 원활히 타설할 수 있고 부분적으로 단면이 더욱 보강되는 효과가 있다.

도 7에서와 같이 부모멘트를 받는 단부 부근에 합성된 콘크리트(17)의 단면은 기둥(20) 폭보다 더 크게 형성할 수 있다. 이에 따라 기둥(20) 옆으로 돌출된 콘크리트(17) 단면 내에 미리 쉬스관을 매입해 두고 빔(10)을 기둥에 거치한 후 기둥(20)의 양쪽에 거치된 빔(10)의 쉬스관을 관통하여 긴장재(14)를 삽입한 후 긴장, 정착함으로써 즉, 포스트텐션 방식에 의해 이웃하는 빔(10)을 연속시킬 수 있고 기둥-보 접합부의 일체성을 더욱 향상시킬 수 있다.

지금까지 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: 강재 보
12: 단부 정착판
13: 스티프너
14: 긴장재
15: 중앙 편향장치
16: 수평 편형장치
17: 콘크리트
18: 강재 거푸집

Claims (4)

1. 서로 평행한 상, 하부 플랜지 및 이들을 연결하는 웨브가 H형 단면을 이루는 강재 보;
   강재 보의 양쪽 끝에 결합된 단부 정착판;
   단부 정착판 사이의 강재 보의 내측에 강재 보의 중앙을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 결합된 복수의 스티프너;
   단부 정착판 사이 및 서로 대칭되는 위치의 스티프너 사이에 정착되어 강재 보에 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재;
   강재 보의 중앙의 하부 플랜지 상면에 설치되어 긴장재를 변곡시키는 중앙 편향장치; 및
   단부 정착판과 스티프너에 인접하여 강재 보의 상부 플랜지 하면에 설치되어 긴장재의 단부를 수평으로 배열하는 복수의 수평 편향장치를 포함하며,
   단부 정착판 사이에 배치되는 긴장재의 수보다 서로 대칭되는 위치의 스티프너 사이에 배치되는 긴장재의 수를 증가시켜 강재 보에 작용하는 휨모멘트에 효율적으로 대응할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 능동 처짐 제어형 프리스트레스트 빔.
2. 청구항 1에 있어서,
   부모멘트를 받는 단부 부분에 콘크리트를 일체로 합성한 것을 특징으로 하는 능동 처짐 제어형 프리스트레스트 빔.
3. 청구항 2에 있어서,
   부모멘트를 받는 단부 부근에 콘크리트를 원활하게 타설하기 위해 강재 보의 단부 부근에 강재 보의 하부 플랜지에서 수평으로 연장되는 하면판과 하면판의 끝에서 수직으로 연장된 측면판으로 구성되는 강재 거푸집이 설치된 것을 특징으로 하는 능동 처짐 제어형 프리스트레스트 빔.
4. 청구항 3에 있어서,
   부모멘트를 받는 단부 부근에 일체로 합성된 콘크리트의 단면은 기둥의 폭에 비해 더 크게 형성되고 기둥에서 돌출된 콘크리트 면에는 기둥에 거치된 이웃하는 2개의 빔을 연속시키는 긴장재가 긴장, 정착되어 이웃하는 2개의 빔을 연속시키고 기둥-빔 접합부의 일체성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 능동 처짐 제어형 프리스트레스트 빔.

Images