KR101404623B1 - 큰 보와 작은 보의 접합부 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철골구조에서 기둥에 접합되는 큰 보에 작은 보를 접합하기 위한 큰 보와 작은 보의 접합부에 대한 것이다.
본 발명의 큰 보와 작은 보의 접합부는 양 단부가 기둥에 결합되는 것으로 웨브 및 상기 웨브 상하부에 결합되는 한 쌍의 플랜지로 구성되는 큰 보와 상기 큰 보의 측면에 결합되는 것으로 웨브 및 상기 웨브 상하부에 결합되는 플랜지로 구성되는 작은 보의 접합부에 관한 것으로, 작은 보의 춤은 큰 보 웨브의 높이보다 작고, 작은 보의 웨브 단부가 큰 보의 웨브 측면에 결합되어 큰 보 상부 플랜지가 작은 보 상부 플랜지보다 상부로 돌출되어 콘크리트 슬래브 내에 매립되도록 하며, 큰 보의 상부 플랜지와 작은 보의 상부 플랜지 사이에는 상부 끼움판이 삽입되어 큰 보의 상부 플랜지와 작은 보의 상부 플랜지에 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 큰 보와 작은 보의 플랜지 사이에 끼움판을 삽입하여 결합하는 간단한 공정으로 큰 보와 작은 보를 강접합할 수 있다. 따라서 작은 보 중앙부의 정모멘트 크기를 줄여 작은 보의 춤을 줄일 수 있다. 아울러 큰 보의 상면이 작은 보보다 위에 설치되므로, 큰 보의 하부 플랜지가 돌출됨으로 인하여 발생하는 층고 손실을 줄일 수 있다.

Description

큰 보와 작은 보의 접합부{Joint of Girder and Beam}
본 발명은 철골구조에서 기둥에 접합되는 큰 보에 작은 보를 접합하기 위한 큰 보와 작은 보의 접합부에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 간단한 방법으로 큰 보에 작은 보를 강접합하여 작은 보의 춤을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 층고 절감이 가능한 큰 보와 작은 보의 접합부에 대한 것이다.
최근 초고층, 장스팬 건축물에 대한 요구가 증가하면서, 초고층 빌딩뿐만 아니라 아파트, 공장, 학교 등에 이르기까지 철골구조의 사용이 일반화되어 가고 있다.
철골구조는 건물의 경량화가 가능하고 내부구조의 가변성이 풍부할 뿐만 아니라 공장 제작에 의한 품질 확보 등의 이점이 있는 반면, 볼트 또는 용접 등에 따른 접합부의 결함이 우려되는 단점이 있다.
철골구조물에서 보는 주로 큰 보나 기둥에 단순접합 또는 강접합으로 결합한다. 그리고 큰 보와 작은 보의 접합은 단순접합, 강접합 또는 반강접합 중에서 선택된다. 그러나 대부분 큰 보와 작은 보의 접합은 시공성 등의 이유로 단순접합으로 설계되고 있다.
단순접합은 주로 H 형강의 웨브만 볼트 등으로 체결시키고 플랜지는 연결시키지 않아 보의 회전을 허용한 접합 형태로, 전단접합(Shear Connection) 또는 핀접합(Pin Connection)이라고도 한다.
그리고 강접합(Rigid Connection)은 H 형강의 웨브뿐만 아니라 플랜지도 볼트 또는 용접으로 강하게 연결시켜 보의 회전을 구속시킨 접합 형식으로, 모멘트 접합(Moment Connection)이라고도 한다. 이 경우, H 형강 보는 휨모멘트에 대해서는 주로 플랜지가 저항하고, 전단력에 대해서는 주로 웨브가 저항한다.
도 1은 종래 단순접합에 의하여 결합된 큰 보(2)와 작은 보(3)의 접합부를 도시하는 정면도이다.
즉, 도 1에서는 큰 보(2)와 작은 보(3)의 웨브만 접합 스티프너(4)에 의하여 볼트 접합되고 플랜지는 서로 연결되어 있지 않다. 이 경우, 작은 보(3)의 단부에서 큰 보(2)에 작은 보(3)가 핀 접합되므로, 강접합에 비하여 작은 보(3)의 중앙부 정모멘트의 크기가 필요 이상으로 증가하게 된다. 따라서 작은 보(3)의 춤이 불필요하게 증가하는 단점이 있다.
또한, 큰 보(2)와 작은 보(3)의 상부 레벨이 동일하기 때문에, 큰 보(2)의 하부 플랜지가 하부로 돌출되어 층고 부분에서 손실이 발생하기도 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 작은 보를 큰 보에 간단한 시공 방법으로 강접합하므로, 작은 보 중앙부의 정모멘트 크기를 줄여 작은 보의 춤을 줄일 수 있는 큰 보와 작은 보의 접합부를 제공하고자 한다.
아울러 본 발명은 큰 보의 상면이 작은 보보다 위에 설치되므로 층고를 절감할 수 있는 큰 보와 작은 보의 접합부를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 큰 보의 상부 플랜지가 작은 보의 상부 플랜지보다 위로 돌출되어 콘크리트 슬래브 내에 매립되므로, 큰 보의 상부 플랜지가 전단연결재 역할을 겸할 수 있는 큰 보와 작은 보의 접합부를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 바람직한 실시예에 따르면 본 발명은 양 단부가 기둥에 결합되는 것으로 웨브 및 상기 웨브 상하부에 결합되는 한 쌍의 플랜지로 구성되는 큰 보와 상기 큰 보의 측면에 결합되는 것으로 웨브 및 상기 웨브 상하부에 결합되는 플랜지로 구성되는 작은 보의 접합부에 관한 것으로, 작은 보의 춤은 큰 보 웨브의 높이보다 작고, 작은 보의 웨브 단부가 큰 보의 웨브 측면에 결합되어 큰 보 상부 플랜지가 작은 보 상부 플랜지보다 상부로 돌출되어 콘크리트 슬래브 내에 매립되도록 하며, 큰 보의 상부 플랜지와 작은 보의 상부 플랜지 사이에는 상부 끼움판이 삽입되어 큰 보의 상부 플랜지와 작은 보의 상부 플랜지에 결합되는 것을 특징으로 하는 큰 보와 작은 보의 접합부를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면 본 발명은 큰 보의 하부 플랜지와 작은 보의 하부 플랜지 사이에는 하부 끼움판이 삽입되어 큰 보의 하부 플랜지와 작은 보의 하부 플랜지에 결합되는 것을 특징으로 하는 큰 보와 작은 보의 접합부를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면 본 발명은 상기 상부 끼움판은 ㄱ 형강으로 일측 다리부가 큰 보와 작은 보의 상부 플랜지 사이에 삽입되어 결합되고, 타측 다리부는 큰 보의 상부를 향하도록 배치되어 전단연결재 역할을 하는 것을 특징으로 하는 큰 보와 작은 보의 접합부를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면 본 발명은 상부 끼움판 및 하부 끼움판은 큰 보와 작은 보의 플랜지와 볼트 및 너트로 결합되는 것을 특징으로 하는 큰 보와 작은 보의 접합부를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면 본 발명은 상부 끼움판을 큰 보와 작은 보의 상부 플랜지에 결합하는 볼트는 볼트 몸체의 단부가 큰 보의 상부 플랜지 상부로 돌출되어 전단연결재 역할을 하는 것을 특징으로 하는 큰 보와 작은 보의 접합부를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 큰 보와 작은 보의 플랜지 사이에 끼움판을 삽입하여 결합하는 간단한 공정으로 큰 보와 작은 보를 강접합할 수 있다. 따라서 작은 보 중앙부의 정모멘트 크기를 줄여 작은 보의 춤을 줄일 수 있다.
둘째, 큰 보의 상면이 작은 보보다 위에 설치되므로, 큰 보의 하부 플랜지가 돌출됨으로 인하여 발생하는 층고 손실을 줄일 수 있다.
셋째, 큰 보의 상부 플랜지가 작은 보의 상부 플랜지보다 위로 돌출되어 콘크리트 슬래브 내에 매립되므로, 큰 보의 상부 플랜지가 전단연결재 역할을 겸할 수 있다. 따라서 추가적인 전단연결재가 불필요하다.
넷째, 큰 보와 작은 보의 춤 차이가 크지 않아 큰 보 상부 플랜지의 돌출 길이가 작은 경우에는 상부 끼움판을 ㄱ 형강으로 할 수 있다. 이때, ㄱ 형강의 다리부가 콘크리트 슬래브 내부로 돌출 매립되기 때문에, 전단연결재의 역할을 수행할 수 있다.
다섯째, 상부 플랜지와 상부 끼움판을 볼트와 너트로 결합할 경우, 너트를 상부에 배치하여 볼트 몸체 단부가 상부 플랜지 상부로 돌출되게 함으로써 전단연결재의 역할을 겸하도록 할 수 있다.
도 1은 종래 전단접합에 의하여 결합된 큰 보와 작은 보의 접합부를 도시하는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 큰 보와 작은 보의 접합부에 의하여 접합된 철골 골조를 도시하는 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 큰 보와 작은 보의 접합부의 시공 단계별 순서를 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 큰 보와 작은 보의 접합부의 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 큰 보와 작은 보의 접합부의 실시예를 도시하는 정면도이다.
도 8은 도 7의 'A' 부분에 대한 확대도이다.
도 9는 본 발명의 큰 보와 작은 보의 접합부의 다른 실시예를 도시하는 정면도이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 큰 보(20)와 작은 보(30)의 접합부에 의하여 접합된 철골 골조를 도시하는 사시도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 큰 보(20)와 작은 보(30)의 접합부의 시공 단계별 순서를 도시하는 사시도이다.
본 발명은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 양 단부가 기둥(10)에 결합되는 것으로 웨브(21) 및 상기 웨브(21) 상하부에 결합되는 한 쌍의 플랜지(221, 222)로 구성되는 큰 보(20)와 상기 큰 보(20)의 측면에 결합되는 것으로 웨브(31) 및 상기 웨브(31) 상하부에 결합되는 플랜지(321, 322)로 구성되는 작은 보(30)의 접합부에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 웨브와 상하 플랜지로 구성되는 H 형강의 큰 보(20)와 작은 보(30)의 접합부에 대한 것이다.
본 발명에서 상기 작은 보(30)의 춤은 큰 보(20) 웨브(21)의 높이보다 작고, 작은 보(30)의 웨브(31) 단부가 큰 보(20)의 웨브(21) 측면에 결합되어 큰 보(20) 상부 플랜지(221)가 작은 보(30) 상부 플랜지(321)보다 상부로 돌출되어 콘크리트 슬래브(S) 내에 매립되도록 한다. 그리고 큰 보(20)의 상부 플랜지(221)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321) 사이에는 상부 끼움판(40)이 삽입되어 큰 보(20)의 상부 플랜지(221)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321)에 결합되는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명에서는 큰 보(20)의 하부 플랜지(222)와 작은 보(30)의 하부 플랜지(322) 사이에 하부 끼움판(50)이 삽입되어, 큰 보(20)의 하부 플랜지(222)와 작은 보(30)의 하부 플랜지(322)에 결합될 수 있다.
본 발명에서는 큰 보(20)의 상부 플랜지(221)가 작은 보(30)의 상부 플랜지(321)보다 상부로 돌출되어 콘크리트 슬래브(S) 내에 매립되도록 하기 때문에, 그만큼 큰 보(20)의 하부 플랜지(222)가 하부로 돌출되는 길이를 줄일 수 있다. 따라서 큰 보(20)의 하부 플랜지(222)로 인한 층고 손실을 줄일 수 있어, 실내 공간을 보다 넓게 활용할 수 있다.
또한, 상기 콘크리트 슬래브(S) 내에 매립되는 큰 보(20)의 상부 플랜지(221)는 전단연결재 역할을 할 수 있다. 따라서 추가적인 전단연결재의 시공이 불필요하다.
상기 상부 끼움판(40)과 하부 끼움판(50)은 큰 보(20)의 상하부 플랜지(221, 222)와 작은 보(30)의 상하부 플랜지(321, 322) 사이의 공간에 삽입되는 것으로, 두께는 큰 보(20)와 작은 보(30)의 플랜지 사이의 간격에 해당하는 판 형상의 플레이트를 이용할 수 있다.
본 발명에서는 상기 상부 끼움판(40)과 하부 끼움판(50)에 의하여 큰 보(20)와 작은 보(30)의 상하부 플랜지가 각각 접합되기 때문에, 큰 보(20)와 작은 보(30)의 강접합이 가능하다. 따라서 단순접합에 비하여 작은 보(30) 중앙부의 정모멘트 크기를 줄일 수 있
으므로, 작은 보(30)의 춤을 줄일 수 있다. 따라서 강재량 절약으로 경제적인 시공이 가능하고, 철골 자중을 감소시켜 구조물 자체의 하중 부담을 경감시킬 수 있다.
본 발명의 큰 보(20)와 작은 보(30)의 접합부를 시공하기 위해서는 우선 도 3에서와 같이, 앵글 플레이트(60)를 이용하여 작은 보(30)의 웨브(31)를 큰 보(20)의 웨브(21)에 볼트 결합한다. 이를 위하여 작은 보(30)와 큰 보(20)의 웨브(21)에는 미리 볼트 결합공을 천공하여 둘 수 있다.
물론, 큰 보(20)의 웨브(21)와 작은 보(30)의 웨브(31)는 볼트 접합뿐만 아니라, 용접 접합도 가능하다.
다음으로 도 4에서와 같이, 큰 보(20)의 상부 플랜지(221)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321) 사이의 공간에 상부 끼움판(40)을 삽입한다. 그리고 큰 보(20)의 하부 플랜지(222)와 작은 보(30)의 하부 플랜지(322) 사이에도 일정한 간격이 형성되는 경우, 이 공간에도 하부 끼움판(50)을 삽입할 수 있다.
그리고 도 5에서와 같이, 작은 보(30)의 상부 플랜지(321), 상부 끼움판(40), 큰 보(20)의 상부 플랜지(221)를 서로 결합한다. 도 5에서 작은 보(30)의 상부 플랜지(321), 상부 끼움판(40), 큰 보(20)의 상부 플랜지(221)는 이들을 관통하는 볼트(B) 및 너트(N)에 의하여 볼트 결합되었으나, 용접 결합도 가능하다.
상기 큰 보(20)의 하부 플랜지(222)와 작은 보(30)의 하부 플랜지(322) 사이에 하부 끼움판(50)을 삽입한 경우에는 이들도 서로 볼트 결합한다.
이들의 볼트 결합을 위하여, 상기 작은 보(30)의 상하부 플랜지(321, 322), 상하부 끼움판(40, 50), 큰 보(20)의 상하부 플랜지(221, 222)에는 서로 대응되는 위치에 미리 볼트 결합공을 천공하여 둘 수 있다. 도 5에서 상부 끼움판(40)은 작은 보(30)의 웨브(31)를 기준으로 대칭되게 2개소 볼트 결합되었다.
도 6은 본 발명의 큰 보(20)와 작은 보(30)의 접합부의 실시예를 도시하는 사시도이다.
본 발명에서 상기 상부 끼움판(40)은 ㄱ 형강(41)으로 일측 다리부(411)가 큰 보(20)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321) 사이에 삽입되어 결합되고, 타측 다리부(412)는 큰 보(20)의 상부를 향하도록 배치되어 전단연결재 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 큰 보(20)와 작은 보(30)의 춤 차이가 크지 않아 큰 보(20) 상부 플랜지(221)의 돌출 길이가 작은 경우에는 상부 끼움판(40)을 ㄱ 형강(41)으로 할 수 있다. 즉, ㄱ 형강(41)의 다리부가 콘크리트 슬래브(S) 내부로 돌출 매립되기 때문에, 전단연결재의 역할을 수행할 수 있다.
상기 큰 보(20)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321) 사이에 위치한 ㄱ 형강(41)의 일측 다리부(411)는 큰 보(20)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321)와 볼트 결합되었다.
도 7 및 도 9는 본 발명의 큰 보(20)와 작은 보(30)의 접합부의 실시예들을 도시하는 정면도이고, 도 8은 도 7의 'A' 부분에 대한 확대도이다.
도 7은 상부 끼움판(40)으로 플레이트를 사용하였고, 도 9는 상부 끼움판(40)으로 ㄱ 형강을 사용하였다.
도 7 내지 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 상부 끼움판(40) 및 하부 끼움판(50)은 큰 보(20)와 작은 보(30)의 플랜지와 볼트(B) 및 너트(N)로 결합되었다.
상기 상부 끼움판(40)을 큰 보(20)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321)에 결합하는 볼트(B)는 볼트 몸체의 단부가 큰 보(20)의 상부 플랜지(221) 상부로 돌출되어 전단연결재 역할을 할 수 있다.
큰 보(20)와 작은 보(30)의 접합이 완료된 다음에는 상부에 데크 플레이트(70)를 설치하고, 콘크리트를 타설하여 콘크리트 슬래브(S)를 형성한다.
2: 큰 보 3: 작은 보
4: 접합 스티프너 10: 기둥
20: 큰 보 21: 웨브
221: 상부 플랜지 222: 하부 플랜지
30: 작은 보 31: 웨브
321: 상부 플랜지 322: 하부 플랜지
40: 상부 끼움판 41: ㄱ 형강
411: 일측 다리부 412: 타측 다리부
50: 하부 끼움판 60: 앵글 플레이트
70: 데크 플레이트 S: 콘크리트 슬래브
B: 볼트 N: 너트

Claims (5)

  1. 양 단부가 기둥(10)에 결합되는 것으로 웨브(21) 및 상기 웨브(21) 상하부에 결합되는 한 쌍의 플랜지(221, 222)로 구성되는 큰 보(20)와 상기 큰 보(20)의 측면에 결합되는 것으로 웨브(31) 및 상기 웨브(31) 상하부에 결합되는 플랜지(321, 322)로 구성되는 작은 보(30)의 접합부에 관한 것으로,
    상기 작은 보(30)의 춤은 큰 보(20) 웨브(21)의 높이보다 작고, 작은 보(30)의 웨브(31) 단부가 큰 보(20)의 웨브(21) 측면에 결합되어 큰 보(20) 상부 플랜지(221)가 작은 보(30) 상부 플랜지(321)보다 상부로 돌출되어 콘크리트 슬래브(S) 내에 매립되도록 하며,
    큰 보(20)의 상부 플랜지(221)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321) 사이에는 상부 끼움판(40)이 삽입되어 큰 보(20)의 상부 플랜지(221)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321)에 결합되되, 상기 상부 끼움판(40)은 ㄱ 형강(41)으로 일측 다리부(411)가 큰 보(20)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321) 사이에 삽입되어 결합되고, 타측 다리부(412)는 큰 보(20)의 상부를 향하도록 배치되어 전단연결재 역할을 하는 것을 특징으로 하는 큰 보와 작은 보의 접합부.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 큰 보(20)의 하부 플랜지(222)와 작은 보(30)의 하부 플랜지(322) 사이에는 하부 끼움판(50)이 삽입되어 큰 보(20)의 하부 플랜지(222)와 작은 보(30)의 하부 플랜지(322)에 결합되는 것을 특징으로 하는 큰 보와 작은 보의 접합부.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상부 끼움판(40) 및 하부 끼움판(50)은 큰 보(20)와 작은 보(30)의 플랜지와 볼트(B) 및 너트(N)로 결합되는 것을 특징으로 하는 큰 보와 작은 보의 접합부.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 끼움판(40)을 큰 보(20)와 작은 보(30)의 상부 플랜지(321)에 결합하는 볼트(B)는 볼트 몸체의 단부가 큰 보(20)의 상부 플랜지(221) 상부로 돌출되어 전단연결재 역할을 하는 것을 특징으로 하는 큰 보와 작은 보의 접합부.
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