KR101371198B1

KR101371198B1 - 조립식 사각강관 구조재

Info

Publication number: KR101371198B1
Application number: KR1020130023974A
Authority: KR
Inventors: 채일수
Original assignee: 채일수
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-03-10

Abstract

본 발명은 공장·창고와 같이 장경간이면서도 단시간 내에 시공될 필요가 있는 건축물을 시공하는 데에 사용할 수 있는 구조재에 관한 것으로서, 구조재 간의 접합이 용이하면서도 접합부의 강성이 크고, 어떤 방향에서 가해지는 힘에 대하여도 충분한 강성을 가지며, 외장마감재를 직접 부착할 수 있는 조립식 사각강관 구조재에 관한 것이다.
이러한 조립식 사각강관 구조재는, 기둥 또는 보 등의 부재로 사용되는 철골 구조재에 있어서, 상기 철골 구조재는 한 쌍의 단위 조립체가 서로 마주보고 결합되어 속이 빈 사각관 형상으로 형성되되, 상기 단위 조립체는, 수평부와, 상기 수평부의 폭방향 양단에서 수직하게 절곡되어 형성된 수직부로 이루어지되, 상기 수직부는 그 단부가 다시 수평 및 수직방향으로 두 번 절곡되어 형성된 내측으로 단차진 단차부를 구비하며, 상기 한 쌍의 단위 조립체의 결합은 각 단위 조립체의 단차부를 겹친 상태에서 볼트접합함으로써 이루어져 수직부의 최외면 밖으로 볼트머리가 돌출되지 않고, 적어도 어느 하나의 수평부에는 하나 이상의 워크홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

조립식 사각강관 구조재{Square pipe type assembling structural member}

본 발명은 창고, 공장 건물처럼 장경간을 요하는 건축물을 단시간 내에 시공하고자 할 때 사용할 수 있는 구조재에 관한 것으로서, 구조재 간의 접합을 용이하게 하는 것이 가능하면서도 접합부의 강성이 크고, 모든 방향에 대하여 충분한 강성을 가지며, 외장마감재를 부착할 때 별도의 하지재를 필요로 하지 않는, 조립식 사각강관 구조재에 관한 것이다.

창고나 공장 건물처럼 큰 공간을 필요로 하는 구조물을 단시간 내에 건축하고자 할 때에는 일반적으로 철골구조를 많이 사용한다. 철골구조는 공장에서 제작된 철골 부재를 현장에서 볼트접합 등을 통하여 조립만 하면 되므로 단시간 내에 골조를 완성할 수 있고, 구조부재 자체의 강도가 우수하므로 장경간을 실현하는 것이 가능하다.

그러나 철골구조의 구조부재로 주로 사용되는 H형강은 그 단면의 형상을 통해 짐작할 수 있듯이 부재에 가해지는 힘의 방향에 따라 견딜 수 있는 힘의 크기가 달라지게 된다. 즉, 플랜지면과 수직한 방향의 힘에 대해서는 강성이 크나, 웨브면과 수직한 방향의 힘에 대해서는 취약하다.

이러한 H형강이 기둥부재로 사용되는 경우에는 강축방향(플랜지면과 수직한 방향) 뿐만 아니라 약축방향(웨브면과 수직한 방향)에도 보가 접합될 수 있으므로 약축방향 접합부를 보강해 주는 것이 바람직하다. 도 1은, 약축방향 접합부를 보강하는 방법에 관한 종래기술로서, 등록번호 20-0378517의 '에이치형 스티프너를 이용한 에이치형강 기둥-보의 약축접합부구조'를 도시한 사시도이다. 상기 종래기술은, H형 스티프너(20)의 상·하부 플랜지(22, 22')를 H형강 기둥(10)의 양 플랜지(12, 12') 내측에 용접하고, 스플릿 티(60)를 H형강 기둥(10)의 웨브(14), H형 스티프너(20)의 플랜지, H형강 보(30)의 플랜지와 고력볼트 접합함으로써 약축접합구조를 형성하여, 기둥에 접합된 보에 의해 발생하는 기둥 웨브의 국부좌굴현상을 방지할 수 있도록 하였다. 그러나 이러한 접합부의 구조는 H형 스티프너, 스플릿 티와 같은 별도의 부재를 제작, 시공해 주어야 하므로 공기가 증가하게 되어 철골구조의 장점을 반감시키게 되는 단점이 있다.

이에 비하여 강관구조는, 철골구조와 마찬가지로 공장에서 제작된 부재를 현장에서 조립함으로써 단시간 내에 골조를 완성시킬 수 있으면서도, 폐쇄형의 단면을 가지므로 얇은 살 두께로도 큰 휨 강성 및 비틀림 강성을 가질 수 있으며 강성에 방향성이 거의 없다.

그러나 강관은 폐쇄형의 단면을 가지므로 단면 내부로의 접근이 어려워 기둥과 보를 일체화시키기가 쉽지 않다. 기둥과 보의 접합은, 기둥 외면에 브라켓을 용접한 후 브라켓과 보를 볼트접합함으로써 이루어지거나, 도 2에 도시된 출원번호 10-2000-0017046의 종래기술과 같이 강관(20) 내부를 관통하는 긴 볼트(50)로 H빔(30, 31)에 용접된 엔드플레이트(41, 42)를 접합해줌으로써 이루어진다. 그러나 강관 기둥의 외면에 용접을 하는 경우, 용접에 의해 강관이 변형될 수 있고 작업자의 숙련도에 따라 결과물의 품질이 고르지 못하다. 그리고 긴 볼트를 강관의 내부로 관통시켜 체결하는 경우, 너트를 조여줌에 따라 발생하는 압축력에 의해 강관에 국부적인 변형이 발생하게 되어 기둥과 보의 일체성이 저하된다.

한편, 철골구조물 또는 강관구조물의 외장마감을 할 때에는, 구조부재간의 접합시 사용되는 철물접합재가 구조부재의 외면으로 돌출되어 있고 두꺼운 구조부재에 외장마감재 시공을 위한 구멍을 내는 것이 용이하지 않기 때문에, 도 3에 도시된 등록번호 20-0398432의 '조립식 건축물의 지붕용 마감판넬 조립구조'와 같이, 일종의 하지재인 연결바(110) 및 고정편(130)을 통하여 지붕용 마감판넬(120)을 서까래(100)에 부착시킨다. 이러한 하지재를 통한 외장마감 작업은 작업공정 및 부재의 수를 증가시키고 이에 따라 공사비 및 공기를 증가시키게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술들의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강관의 골조부재가 하지재의 역할까지 할 수 있어 하지재를 생략할 수 있게 됨에 다라 사용되는 부재의 수 및 작업량을 감소시킬 수 있는, 조립식 사각강관 구조재를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 부재의 단면을 폐쇄형의 박스형태로 형성시키고 다수의 절곡된 부분을 둠으로써 얇은 살 두께로도 큰 강성을 가질 수 있는, 조립식 사각강관 구조재를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고 상기와 같은 폐쇄형 박스형태의 단면을 가지면서도 길이방향으로의 연결이나 수직방향으로의 부재 접합이 용이한 구조를 가진, 조립식 사각강관 구조재를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 기둥 또는 보 등의 부재로 사용되는 철골 구조재에 있어서, 상기 철골 구조재는 한 쌍의 단위 조립체가 서로 마주보고 결합되어 속이 빈 사각관 형상으로 형성되되, 상기 단위 조립체는, 수평부와, 상기 수평부의 폭방향 양단에서 수직하게 절곡되어 형성된 수직부로 이루어지되, 상기 수직부는 그 단부가 다시 수평 및 수직방향으로 두 번 절곡되어 형성된 내측으로 단차진 단차부를 구비하며, 상기 한 쌍의 단위 조립체의 결합은 각 단위 조립체의 단차부를 겹친 상태에서 볼트접합함으로써 이루어져 수직부의 최외면 밖으로 볼트머리가 돌출되지 않고, 적어도 어느 하나의 수평부에는 하나 이상의 워크홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조립식 사각강관 구조재가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 수평부는, 폭방향 양단에 형성된 제1평탄부와, 상기 제1평탄부 사이에서 내측 또는 외측으로 단차지게 절곡되어 형성된 제2평탄부로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 조립식 사각강관 구조재가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 워크홀은 제2평탄부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조립식 사각강관 구조재가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 워크홀의 내측으로는 테두리를 따라 돌출리브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조립식 사각강관 구조재가 제공된다.

본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재는 그 단면이 폐쇄적인 ㅁ자 형상으로 형성됨으로 인하여 단면 성능이 우수할 뿐만 아니라, 일반적인 형강부재와는 달리 어떤 방향에서 작용하는 힘에 대해서도 강성이 크다.

ㅁ자 형상의 단면은, 단면이 ㄷ자 형상인 한 쌍의 단위 조립체를 마주보도록 결합시킴으로써 형성되는데, 얇은 강판이 절곡되어 형성되는 각 단위 조립체의 폭 및 절곡되는 위치를 조절함으로써 구조재의 규격을 다양하게 형성시킬 수 있다.

그리고 각 단위 조립체의 단면은 대체적으로는 ㄷ자 형상이기는 하지만 두 변 이상이 절곡되므로 많은 절곡부를 가지게 되어 좌굴에 대한 저항성이 우수하고, 내측으로 단차진 부분의 공간에 단위 조립체의 조립을 위한 볼트 및 구조재의 접합을 위한 연결플레이트 등의 부재가 위치하게 되어 구조재의 최외면 밖으로 돌출되는 부재가 없으므로 외장마감재를 구조재에 직접 부착할 수 있게 된다.

또한, 워크홀을 통하여 단면 내부로의 접근이 가능해 단위 조립체의 조립작업, 구조재 간의 접합작업이 용이할 뿐만 아니라, 일반적인 관형상의 구조재와 비교하여 각 구조재간 접합부의 강성을 크게 할 수 있다.

도 1은 종래기술인 '에이치형 스티프너를 이용한 에이치형강 기둥-보의 약축접합부구조'의 사시도이다.
도 2는 또 다른 종래기술인 '콘크리트 충전 각형강관 기둥보의 접합구조'의 단면도이다.
도 3은 또 다른 종래기술인 '조립식 건축물의 지붕용 마감판넬 조립구조'의 설명도 및 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재의 사시도와 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재에 외장마감재가 직접 부착되어 있는 모습을 나타낸 단면도 및 사시도이다.
도 9는 본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재가 기둥으로 사용된 경우에 있어, 기둥과 형강보의 접합방법을 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재에 돌출리브가 더 형성되어 있는 경우를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재의 제1변형 실시예를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재의 제2변형 실시예를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 15 및 도 16은 제1, 2변형 실시예에 의한 조립식 사각강관 구조재를 길이방향으로 연결한 모습을 도시한 사시도 및 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관하여는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 4 내지 도 6에는 본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재의 사시도와 단면도가 도시되어 있다.

본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재(200)는, 한 쌍의 단위 조립체(210)가 서로 마주보고 결합되어 속이 빈 사각관 형상으로 형성된다. 각 단위 조립체(210)의 단면은 대체로 ㄷ형상을 갖는데, 이러한 단위 조립체(210)는 절곡된 부분을 가지므로 그 자체로도 좌굴에 대한 저항성이 좋을 뿐만 아니라, 두 개의 단위 조립체(210)가 결합되면 폐쇄적인 ㅁ자 형상을 갖게 되어 단면 성능이 크게 향상되어 두께가 얇은 강판으로도 강성이 큰 구조재를 형성시키는 것이 가능해진다. 특히, I형 단면을 갖는 일반적인 철골 부재가 그 부재에 작용하는 힘의 방향에 따라 견딜 수 있는 힘의 크기가 달라져 약축으로 작용하는 힘에 대해서는 따로 보강을 해주어야 하는 것과는 달리, 본 발명에 의한 구조재는 어떤 방향에서 작용하는 힘에 대해서도 강성이 크므로 별도의 보강을 필요로 하지 않는다.

각 단위 조립체(210)는, 더 상세하게는, 긴 판 형상인 수평부(211)와, 상기 수평부(211)의 폭방향 양단에서 수직하게 절곡되어 형성된 수직부(212)로 이루어지되, 상기 수직부(212)는 그 단부가 다시 수평 및 수직 방향으로 두 번 절곡되어 형성된 내측으로 단차진 단차부(212a)를 구비한다.

그리고 두 개의 단위 조립체(210)는 단차부(212a)가 겹치도록 위치시킨 상태에서 볼트접합함으로써 결합된다. 각 단위 조립체는, 도 5에 도시된 바와 같이, 한 단위 조립체(210)의 양측 단차부(212a)가 타 단위 조립체(210')의 양측 단차부(212a')의 외측면에 위치하도록 결합될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 한 단위 조립체(210)의 두 단차부(212a)는 좌측에, 타 단위 조립체(210')의 단차부(212a')는 우측에 위치하도록 결합될 수도 있다. 즉, 도 5에 도시된 한 단위 조립체(210)의 단차부(212a)가 이격된 거리는 타 단위 조립체(210')의 단차부(212a')가 이격된 거리(L)에 '단위 조립체를 형성하는 강판의 두께(t)×2'만큼을 더한 값을 갖고, 도 6에 도시된 각 단위 조립체는 그 형상이 동일하되 한 단차부의 단차진 깊이가 타 단차부의 단차진 깊이(D)에 단위 조립체를 형성하는 강판의 두께(t)를 더한 만큼의 크기를 갖게 된다.

상기 단차부(212a)는 내측, 즉 단위 조립체(210)의 내부 공간을 향해 단차져 있으므로 단차부(212a) 외면에 위치하는 볼트머리가 수직부(212)의 최외면 밖으로 돌출되지 않게 된다. 이렇게 조립식 사각강관 구조재의 외면은 돌출되는 부재 없이 평평하게 형성되고 구조재의 두께도 두껍지 않기 때문에, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 별도의 하지재 없이 구조재에 직접 외장마감재(300)가 부착될 수 있게 된다.

도 7은 기둥 부재에 외장마감재(300)가 부착되는 경우이고, 도 8은 지붕 골조에 외장마감재(300)가 부착되는 경우이다. 일반적인 H형강을 사용하는 철골조 건물의 지붕 골조를 시공할 때에는 기둥에 미리 접합한 브라켓과 연결하여 지붕 골조가 지지되도록 하는데, 이때 브라켓과 지붕 골조용 철골은 볼트접합에 의해 연결되기 때문에 플랜지의 외면 상부로 볼트머리 등이 돌출 형성되게 된다. 그러나 본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재의 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 브라켓(200B)과 지붕 골조용 구조재를 연결하더라도 연결플레이트(400) 및 볼트머리가 수직부(212)의 최외면 밖으로 돌출되지 않는다.

그리고 본 발명에 의한 구조재는 각 단위 조립체(210)의 단차부(212a)가 겹쳐져 조립되므로 단차부(212a)의 두께가 다른 부분의 두께에 비하여 두 배 두껍게 형성된다. 이러한 구조재를 지붕 골조나 보와 같은 수평재로 사용하는 경우, 단차부(212a)를 포함하는 수직부(212)가 구조재의 상하부분에 놓이도록 설치함으로써 두꺼운 단차부(212a)가 휨모멘트에 효과적으로 대응하도록 할 수 있다.

본 발명에 의한 구조재는, 각 단위 조립체(210)의 수평부(211) 및 수직부(212)의 폭을 조절함으로써 그 규격을 다양하게 형성시킬 수 있다.

상기 단위 조립체(210) 중 적어도 어느 하나에는 그 수평부(211)에 워크홀(W)이 형성된다. 워크홀(W)은 관형상인 본 발명에 의한 구조재의 단면 내부로의 접근을 용이하게 하여, 각 단위 조립체(210)의 조립작업, 구조재 간의 접합작업, 구조재에의 외장마감재(300) 부착작업이 수월하게 이루어질 수 있도록 해준다.

워크홀(W)은 상기와 같이 각종 작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 해줄뿐만 아니라, 수직 구조재와 수평 구조재의 접합시 구조재 간의 일체성을 강화시켜 줄 수 있다. 일반적인 관형상 구조재의 경우, 그 단면 내부로 접근하기 어려워 기둥에 보를 접합할 때, 기둥 외면에 용접하여 접합하거나 기둥의 단면 내부를 관통하는 롱볼트를 통하여 접합을 하게 되는데, 용접에 의한 경우에는 용접열에 의해 강관이 변형될 수 있고 작업자의 숙련도에 따라 결과물의 품질이 고르지 못하며 롱볼트에 의한 경우에는 너트를 조임에 따라 발생하는 압축력에 의해 강관에 변형이 발생할 수 있다. 그러나 본 발명에 의한 구조재를 사용하는 경우에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 한쪽 수직부(212)를 관통하는 볼트를 통하여 기둥과 보를 접합시킬 수 있어 너트를 세게 조이더라도 기둥에 변형이 발생하지 않아 기둥과 보의 일체성을 강화시킬 수 있다.

워크홀(W)은 하나만 형성될 수도 있겠으나, 단위 조립체(210)의 조립을 위한 볼트접합 및 외장마감재(300)의 부착이 구조재 길이상의 다수 지점에 걸쳐 이루어지기 때문에 다수가 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 워크홀(W)은 구조재의 한쪽면 수평부(211)에만 형성되어도 무방하지만, 구조재가 건축물 중간 스팬의 보로 사용되는 경우처럼 좌우 대칭적으로 형성되어야하는 경우에는 양쪽 수평부(211) 모두에 워크홀(W)이 형성되는 것이 바람직하다.

워크홀(W)의 내측으로는 그 테두리를 따라 돌출리브(211w)가 형성될 수 있다. 도 10에는 돌출리브(211w)가 더 형성되어 있는 조립식 사각강관 구조재가 도시되어 있다. 상기 돌출리브(211w)는 워크홀(W)이 형성됨에 따라 강성이 감소할 수 있는 수평부(211)를 보강해주는 역할을 하게 된다.

도 11 및 도 12에는 본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재의 제1변형 실시예가, 도 13 및 도 14에는 본 발명에 의한 조립식 사각강관 구조재의 제2변형 실시예가 도시되어 있다. 상기 변형 실시예들은 수평부(211)가, 폭방향 양단에 형성된 제1평탄부(211a)와, 상기 제1평탄부(211a) 사이에서 형성된 제2평탄부(211b)로 이루어지는데, 제1변형 실시예의 경우는 제2평탄부(211b)가 내측으로 단차지게 형성되고, 제2변형 실시예의 경우는 제2평탄부(211b)가 외측으로 단차지게 형성된다.

이렇게 수직부(212) 뿐만 아니라 수평부(211)에도 절곡된 부분이 형성되면 구조재의 강성이 더 증가하게 되고, 구조재를 길이방향으로 연결할 때, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 연결플레이트(400) 및 볼트머리가 수직부(212) 뿐만 아니라 수평부(211)의 최외면 밖으로 돌출되지 않게 된다.

변형 실시예의 경우, 워크홀(W)은 수평부(211)의 폭방향 중앙에 위치한 제2평탄부(211b)에 형성된다.

그리고 변형 실시예들의 경우도 두 단위 조립체(210)의 결합이, 도 5에 도시된 것처럼 한 단위 조립체(210)의 양측 단차부(212a)가 타 단위 조립체(210')의 양측 단차부(212a')의 외측면에 위치하도록 결합될 수도 있고, 도 6에 도시된 것처럼 한 단위 조립체(210)의 두 단차부(212a)는 좌측에, 타 단위 조립체(210')의 단차부(212a')는 우측에 위치하도록 결합될 수 있음은 당연하다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

200 : 조립식 사각강관 구조재 200B : 브라켓
210 : 단위조립체 211 : 수평부
211a : 제1평탄부 211b : 제2평탄부
W : 워크홀 211w : 돌출리브
212 : 수직부 212a : 단차부
300 : 외장마감재 400 : 연결플레이트

Claims

기둥 또는 보 등의 부재로 사용되는 철골 구조재에 있어서,
상기 철골 구조재는 한 쌍의 단위 조립체(210)가 서로 마주보고 결합되어 속이 빈 사각관 형상으로 형성되되,
상기 단위 조립체(210)는, 수평부(211)와, 상기 수평부(211)의 폭방향 양단에서 수직하게 절곡되어 형성된 수직부(212)로 이루어지되, 상기 수직부(212)는 그 단부가 다시 수평 및 수직방향으로 두 번 절곡되어 형성된 내측으로 단차진 단차부(212a)를 구비하며,
상기 한 쌍의 단위 조립체(210)의 결합은 각 단위 조립체(210)의 단차부(212a)를 겹친 상태에서 볼트접합함으로써 이루어져 수직부(212)의 최외면 밖으로 볼트머리가 돌출되지 않고,
적어도 어느 하나의 수평부(211)에는 하나 이상의 워크홀(W)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조립식 사각강관 구조재.
제1항에 있어서,
상기 수평부(211)는, 폭방향 양단에 형성된 제1평탄부(211a)와, 상기 제1평탄부(211a) 사이에서 내측 또는 외측으로 단차지게 절곡되어 형성된 제2평탄부(211b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 조립식 사각강관 구조재.
제2항에 있어서,
상기 워크홀(W)은 제2평탄부(211b)에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조립식 사각강관 구조재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 워크홀(W)의 내측으로는 테두리를 따라 돌출리브(211w)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조립식 사각강관 구조재.