KR101520727B1 - 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템 - Google Patents

Abstract

철골 구조물의 골조(포털 프레임)를 구성하는 보, 기둥과 같은 구조부재들 간의 접합을 용이하게 한 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템이 제공된다.

상기 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템은, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 철골 구조물의 보 또는 기둥으로 제공되는 구조부재 및 상기 구조부재들을 포위하면서 접합하는 구조부재 접합수단을 포함하여 구성되어 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 철골 구조물의 골조(포털 프레임)를 구성하는 구조부재 특히, 폐단면을 포함하는 성형보와 같은 구조부재 간 접합 구조를 간소화하면서도 용접 등의 접합 작업이 제거되어 접합 공기를 매우 단축할 수 있음은 물론, 더하여 구조부재와 접합수단(철물)의 접합시 시공 오차가 접합수단에서 흡수 보상 가능하게 한 개선된 효과를 얻을 수 있다.

철골 구조물, 구조부재, 보, 기둥, 성형보, 성형보 접합수단

Description

철골 구조물의 구조부재 접합 시스템{System for Joining Structural Members of Steel Structure}

본 발명은 철골 구조물의 골조 즉, 포털 프레임을 구성하는 구조부재 간 접합 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 철골 구조물의 포털 프레임을 구성하는 구조부재 특히, 폐단면을 갖는 성형보의 구조부재 간 접합 구조를 간소화하면서도 용접 등의 접합 작업이 제거되어 접합 공기를 매우 단축함은 물론, 더하여 구조부재와 접합수단(철물)의 접합시 시공 오차가 접합수단에서 흡수 보상될 수 있어 접합 시공도 용이하게 하는 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템에 관한 것이다.

철골 구조물의 포털프레임을 구성하는 구조용 부재 즉, 구조부재는 보부재와 기둥부재로 구성되어 있으며 구조부재 간 접합부위는 보부재-보부재 접합부위, 기둥부재-보부재 접합부위, 기둥부재-기초 접합부위로 이루어질 수 있다.

한편, 이와 같은 구조부재의 일 예로서 단면상 폐단면 형상의 냉간성형강 보부재가 알려져 있다.

예컨대, 보부재로 주로 사용되는 H-형강(빔)은 열간압연을 하여 만드는 롤-빔(roll-beam) 형태와 플레이트를 용접하여 만드는 빌트-업 빔(built-up beam)형태 가 있는데, 이와 같은 롤-빔 형태의 경우 제작시 열간압연을 하여 만들기 때문에 그 형상과 치수에 제약을 많이 받는다.

또한, 빌트-업 빔 형태는 그 형성이나 치수 제약이 적기 때문에 많이 사용하기는 하나, 가격이 비싸고 제작에 시간이 많이 걸리는 문제가 있다.

따라서, 근래에는 롤-포밍을 통하여 제작하는 성형 보부재 즉, 냉간 성형되는 보부재를 보와 기둥의 구조물 구조부재로 사용하는 경우가 늘고 있다.

한편, 도 1에서는 이와 같은 성형보를 보, 기둥의 구조부재(110)로 사용되는 종래의 철골 구조물(100)을 도시하고 있다.

그리고, 이와 같은 구조부재(110)의 성형보는 중앙의 웨브(112)와 그 상,하측에 일체로 플랜지부(114)를 구성하고 이음매 부분은 용접(W)하여 플랜지부를 페단면으로 구성한 것이다.

이와 같은 성형보(110)의 상기 플랜지부(114)는 그 일예로 단면상 삼각형상 플랜지부(114a) 또는 오각형상 플랜지부(114b)를 형성할 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 1에서 도시한 바와 같이, 구조부재(120)로 이루어진 포털 프레임을 포함하는 철골 구조물(100)의 경우, 구조부재간 접합은 상기 구조부재(110)인 성형보를 접합철물인 엔드 플레이트(120)에 용접 접합으로 부착하고, 상기 엔드 플레이트(120)들을 볼트(B)로 다시 접합하는 형태이다.

그러나, 이와 같은 종래의 엔드 플레이트 접합 방식으로 구조부재들을 접합하는 경우, 우선 구조부재와 엔드 플레이트를 용접 접합하기 때문에, 구조 부재가 시공오차에 매우 민감하여 구조 부재 간의 작은 치수 오차도 허용하지 않고 따라서, 철골 구조물의 구조부재 접합 시공이 어렵고 설치 난이도가 높은 문제가 있었다. 이는 포털 프레임이 대형화될 수록 더 많은 시공상의 어려움을 가중시키게 된다.

더욱이, 구조 부재들의 엔드 플레이트 접합과 이들 플레이트들의 볼트 접합의 2중 접합 구조이기 때문에, 시공 공기의 단축이 어려운 것이었다.

한편, 기존 접합철물인 엔드 플레이트(120)들의 볼트 접합을 위하여 성형보의 구조부재(110)가 용접되는 엔드 플레이트(120)는 그 접합 부위를 확보하기 위하여 도 2 및 도 3과 같이 구조부재 상단에서 위로 돌출(도 2의 'D1')되거나 또는 좌우로 돌출(도 3의 'D2')되어야 하기 때문에, 엔드 플레이트의 돌출 부분에 의하여 시공상 간섭이나 구조물 마무리 작업을 어렵게 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 철골 구조물의 골조(포털 프레임)를 구성하는 구조부재 특히, 폐단면 형상의 성형보와 같은 구조부재 간 접합 구조를 간소화하면서도 용접 등의 접합 작업이 제거되어 접합 공기를 매우 단축함은 물론, 더하여 구조부재와 접합수단(철물)의 접합시 시공오차가 접합수단에서 흡수 보상될 수 있어 접합 시공도 용이하게 하는 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 철골 구조물의 보 또는 기둥으로 제공되는 구조부재; 및

상기 구조부재들을 포위하면서 접합하는 구조부재 접합수단;

을 포함하여 구성된 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템을 제공한다.

바람직하게는, 상기 구조부재는, 폐단면을 갖는 플랜지부와 이들 사이에 일체로 형성된 웨브로 구성된 성형보로 제공되고, 상기 구조부재와 구조부재 접합수단은 볼트로서 접합 될 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 구조부재 접합수단은, 구조부재의 종심 중심선을 기존으로 서로 대칭된 형태로 상기 성형보인 구조부재를 서로 협력하여 포위 접합하 는 제1,2 접합부재를 포함하는 대칭형 접합수단으로 구성될 수 있다.

또는, 상기 구조부재 접합수단은, 구조부재의 종심 중심선을 기준으로 서로 비대칭 형태로 상기 성형보인 구조부재를 포위 접합하는 제3,4 접합부재를 포함하는 비대칭형 접합수단으로 제공될 수 있다.

이때, 상기 대칭형의 구조부재 접합수단 또는 비대칭형의 구조부재 접합수단의 접합부재들은 상부 또는 하부 중 적어도 어느 하나에 일체로 형성되고 서로 접합되는 돌출 보강부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 구조부재 접합수단들의 보강부에는 일체로 펀칭되어 서로 억지끼움 결합되는 돌기와 요홈을 포함하는 하나 이상의 접합부재 가고정수단을 더 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 접합부재 가고정수단의 돌기와 요홈은 구조부재 접합수단으로 접합되는 구조부재의 접합 위치를 나타내는 위치 인식 수단으로 제공될 수 있다.

더하여, 상기 보강부를 구비하는 구조부재 접합수단의 접합부재는 구조부재의 시공오차를 보상하면서 구조부재와 접합부재간의 접합을 용이토록 구조부재인 성형보의 폐단면 플랜지 보다 더 확장되는 것이다.

이와 같은 본 발명의 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템은, 철골 구조물의 포털 프레임을 구성하는 보-보 접합부위, 기둥-보 접합부위, 기둥-기초 접합부위의 구조부재 특히, 폐단면 형상의 성형보와 같은 구조부재 간 접합 구조를 간소화하는 우수한 효과를 제공한다.

따라서, 본 발명은 기존 구조부재와 접합철물간 용접 접합과 이후 볼트 접합등의 복잡한 접합이 필요 없어 구조물의 구조부재 접합 공기를 매우 단축하는 것을 가능하게 하면서, 시공 외관을 미려하게 한다.

그리고, 기존의 엔드 플레이트가 필요 없기 때문에, 접합수단과 구조부재 접합면적(공간)이 최소화되기 때문에 구조물 시공 공간 확보도 용이하게 하는 것이다.

더욱이, 본 발명은 구조부재와 접합수단(철물)의 접합시 시공 오차가 접합수단에서 흡수 보상될 수 있어 전체적인 접합 시공을 용이하게 하는 등의 여러 우수한 효과를 제공하는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

먼저, 도 4 및 도 5에서는 본 발명에 따른 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템(1)을 도시하고 있다.

즉, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 이와 같은 본 발명의 철골 구조물 의 구조부재 접합 시스템(1)은 구조물 즉, 철골 구조물(1)의 보 또는 기둥으로 제공되는 구조부재(10) 및 상기 구조부재들을 용접 없이 포위하면서 접합하는 구조부재 접합수단을 포함한다.

이때, 본 발명의 구조부재(10)는 앞에서 설명한 단면상 삼각형상(14a) 또는 단면상 사각형상(14b)의 플랜지부(14)와 상기 플랜지부가 상,하측에 일체로 롤-포밍 성형되는 웨브(12)로 구성되는 성형보의 구조부재일 수 있다.

그리고, 이들 구조부재(10)들을 접합하는 본 발명의 접합수단은 도 1에서 구조물의 기초-기둥, 기둥-보, 보-보 접합부위에 위치되되 구조부재의 배치에 따라 일체로 각도를 갖도록 절곡된 형태일 수 있다.

한편, 도 5와 같이, 본 발명의 접합 시스템(1)에서 구조부재(10)의 플랜지부(14)와 웨브(12)에는 접합수단(30)의 접합부재(32)(34)에 서로 위치가 미리 조정된 구멍(h)들이 형성되어 있어, 기존과 같이 용접 없이 한번의 볼트 접합으로 구조부재들을 접합 시공 완료 할 수 있다.

물론, 도 1 및 도 4에서 다음에 상세하게 설명하는 본 발명의 접합수단을 통하여 접합된 구조물 골조를 구성하는 구조부재의 접합 시공후에는 콘크리트가 타설 시공되어 구조물 시공을 완료할 수 있을 것이다.

한편, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명 접합 시스템에서 사용되는 접합수단(30)의 접합부재(32)(34)들이 성형보로 제공되는 구조부재(10)의 플랜지부(14)와 웨브(12)에 맞추어 절곡되는 구조이므로, 이들이 서로 접합되면, 기존에 단부가 단순하게 엔드 플레이트로 접합되는 것에 비하여 그 접합 강도가 매우 강화되는 것이고 특히, 접합후 구조부재의 접합 틈새 등이 발생 되지 않아 구조부재의 유동도 발생 되지 않게 하는 것임은 물론, 기존 엔드 플레이트에 비하여 접합 면적도 최소화되고 외관적으로도 미려한 것이다.

따라서, 구조물의 마무리 시공도 용이하게 하는 것이다.

한편, 도 6 이하에서는, 본 발명의 성형보의 구조부재(10)를 접합하는 접합수단들의 여러 실시 예를 도시하고 있다.

먼저, 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예의 구조부재 접합수단(30)은, 구조부재의 종심 중심선(C)을 기존으로 서로 대칭된 형태로 상기 성형보인 구조부재(10)를 서로 협력하여 포위 접합하는 제1,2 접합부재(32)(34)를 포함하는 대칭형 접합수단으로 제공될 수 있다.

이때, 상기 제 1,2 접합부재(32)(34)는, 구조부재인 성형보의 플랜지부(14)와 웨브(12)에 대응되는 플랜지부(f)와 웨브부(w)가 일체로 된 판재의 성형으로 제작할 수 있다.

다만, 도 6 이하에서는 성형보의 오각형상의 플랜지부(14b)를 갖는 플랜지(14)와 웨브(12)의 성형보로 도시하였다.

따라서, 볼트(B)들로 구조부재(10)와 상기 제1 실시예의 접합수단(30)의 제1,2 접합부재(32)(34)들을 접합하면, 대칭되는 제1,2 접합부재(32)(34)가 구조부재(10)에 밀착되면서 틈새나 유동 없이 긴밀하게 포위하여 접합하게 된다.

이와 같은 대칭형 접합수단(30)과 구조부재에는 앞에서 설명한 바와 같이, 볼트 접합을 위한 구멍(도 5의 h)들이 형성됨은 물론이고, 이와 같은 구멍들은 실 제 성형보 및 접합부재 성형시 펀칭으로 쉽게 제조단계에서 구비하도록 할 수 있다.

다음, 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 접합 시스템에서 제2 실시예의 구조부재 접합수단(50)은, 구조부재의 종심 중심선(C)을 기준으로 서로 비대칭 형태로 상기 성형보인 구조부재(10)를 포위 접합하는 제3,4 접합부재(52)(54)를 포함하는 비대칭형 접합수단으로 제공될 수 있다.

따라서, 도 7에서 도시한 바와 같이, 제3 접합부재(52)는 구조부재(10)의 플랜지부(14)를 완전하게 포위하는 플랜지부(f')와 이들에 일체로 연결된 비대칭의 웨브부(w)를 갖는 형태이다.

이 경우, 하측의 제3 접합부재(52)에서 플랜지부(f')는 구조부재의 하부 플랜지부(14)를 완전하게 포위하면서 지지하기 때문에, 도 6의 대칭형 접합수단의 접합부재 보다는 구조부재의 접합시 구조부재를 더 안정적으로 지지하면서 가 접합될 것이다.

따라서, 도 7의 구조부재 종심 중심선을 기준으로 비대칭형 접합수단(50)의 경우 도 6의 대칭형 접합수단(30) 보다는 구조부재의 규모가 큰 부재에 적용하는 것이 바람직할 수도 있다.

다음, 도 8 및 도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 대칭형의 구조부재 접합수단(30) 또는 비대칭형의 구조부재 접합수단(50)의 제1 내지 제4 접합부재(32)(34) (52)(54)들은 상부 또는 하부 중 적어도 어느 하나에 일체로 형성되고 서로 볼트(B)로서 접합되어 접합부재들의 접합 강도를 강화하는 돌출 보강부(70)를 더 포 함할 수 있다.

따라서, 이와 같은 돌출 보강부(70)는 접합부재들의 상,하측 플랜지부(f")부분에서 부재가 일체로 신장되어 형성되는데, 이 부분이 볼트로 접합되기 때문에, 도 6 및 도 7의 접합수단들 보다는 한번의 접합작업(볼트 접합)을 더 수행하여야 하지만 구조부재들의 접합 강도는 더 강화될 것이다.

따라서, 수직 하중을 받아 좌굴되기 쉬운 기둥-보 접합 부위에 시공하면 바람직할 것이다. 물론 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

다만, 도 9의 경우에는 상부 보강부 부분이 돌출되기 때문에, 기둥-보 연결 접합부위에 사용하고, 보-보 접합부위(천장부분)의 경우에는 도 8과 같이 하부에만 돌출 보강부(70)를 구비한 형태가 바람직할 것이다.

한편, 이와 같은 돌출 보강부(70)는 도 6 및 도 7의 대칭형 접합수단이나 비대칭형 접합수단에 모두 형성 가능하지만, 보강부가 볼트로 접합되면서 구조부재의 플랜지부(14)를 더 밀착 접합한다는 점에서는, 도 6과 같이 구조부재 종심 중심선(C)을 기준으로 서로 대칭되는 대칭형 접합수단(30)의 제1,2 접합부재(32)(34)의 하부에 일체로 성형하여 형성시키는 것이 바람직할 것이다.

다음, 도 10에서 도시한 비와 같이, 이와 같은 돌출 보강부(70)를 갖는 구조부재 접합수단의 접합부재는 구조부재의 시공오차를 보상하면서 구조부재와 접합부재간의 접합을 용이토록 구조부재인 성형보의 폐단면 플랜지 보다 더 확장되는 것이 바람직하다.

즉, 도 10과 같이, 보강부(70)를 포함하는 제 1,2 접합부재(32)(34)의 대칭 형 접합수단(30)의 경우 구조부재의 성형보 플랜지부(12) 보다는 접합부재 플랜지부(f")를 더 확장시키어 플랜지부를 전체적으로 단면상 육각형상으로 형성시키면, 볼트(B)로 보강부(70)가 접합될 때, 구조부재 시공오차가 발생되어도 이를 접합수단의 접합부재에서 흡수하여 보상하는 것을 가능하게 할 것이다.

따라서, 본 발명의 접합수단을 포함하는 접합 시스템은 구조부재 특히, 성형보의 구조부재를 접합하는 시공을 용이하게 할 것이다.

다음, 도 11a에서 도시한 바와 같이, 이와 같은 구조부재 접합수단의 돌출 보강부(70)에 일체로 펀칭되어 서로 끼움 결합되는 돌기(82)와 요홈(84)으로 구성되는 하나 이상의 접합부재 가고정수단(80)을 포함할 수 있다.

즉, 보강부(70)를 볼트(B)로 접합하기 전에, 상기 일측 접합부재의 돌기(82)를 타측 접합부재의 요홈(84)에 강제로 압착 끼우면, 실질적으로 접합수단의 제1,2 또는 제3,4 접합부재의 상부와 하부는 볼트로서 구조부재와 접합수단들의 접합을 완료하기 전에 가접합하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 이는 부재들의 접합을 보다 용이하게 하는 것이다.

한편, 도 11b에서 도시한 바와 같이, 실제 접합수단과 구조부재의 접합시, 상기 가고정수단(80)의 돌기(82)와 요홈(84)들은 구조부재(10)가 접합수단(30)(50)에 접합되는 접합선(P)과 접합위치를 나타내는 위치 인식 수단으로도 제공될 수 있다.

따라서, 도 11b와 같이, 구조부재(10)와 접합수단(30)과의 접합시 상기 가고정수단(80)의 돌기 또는 요홈은 부재에서 일체로 펀칭 형성되기 때문에, 구조부재 의 접합부재 접합시 그 위치를 원하는 위치에 일정하게 시공하는 것을 가능하게 할 것이다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 알려진 성형보의 구조부재인 보와 기둥을 엔드 플레이트로 접합한 종래의 철골 구조물을 도시한 개략도

도 2 및 도 3은 다른 형태의 앤들 플레이트에 구조부재가 접합된 상태를 도시한 정면도

도 4는 본 발명에 따른 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템을 도시한 구성도

도 5는 도 4의 본 발명 접합 시스템을 도시한 분해 사시도

도 6은 도 4 및 도 5의 본 발명 접합 시스템의 일 실시예를 도시한 접합 상태도

도 7은 본 발명 접합 시스템의 다른 실시예를 도시한 접합 상태도

도 8은 본 발명 접합 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 접합 상태도

도 9는 본 발명 접합 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 접합 상태도

도 10은 본 발명 접합 시스템에서 접합 철물의 공차 보상을 도시한 개략도

도 11a 및 도 11b는 본 발명 접합 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 구성도 및 정면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1.... 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템

10.... 구조부재 12.... 구조부재 플랜지부

14.... 구조부재 웨브 30.... 대칭형 구조부재 접합수단

32,34,52,54....접합부재 50.... 비대칭형 구조부재 접합수단

70.... 보강부 80.... 접합부재 가고정수단

82.... 돌기 84.... 요홈

Claims (8)

1. 철골 구조물(1)의 보 또는 기둥으로 제공되는 구조부재(10); 및 상기 구조부재들을 포위하면서 접합하는 구조부재 접합수단;을 포함하며,

   상기 구조부재(10)는, 폐단면을 갖는 플랜지부(12)와 이들 사이에 일체로 된 웨브(14)로 구성된 성형보로 구성되고,

   상기 구조부재와 구조부재 접합수단 각각은 볼트 접합 되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 구조부재 접합수단(30)은, 구조부재의 종심 중심선(C)을 기존으로 서로 대칭된 형태로 상기 성형보의 구조부재(10)를 서로 협력하여 포위 접합하는 제1,2 접합부재(32)(34)를 포함하는 대칭형 접합수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 구조부재 접합수단(50)은, 구조부재의 종심 중심선(C)을 기준으로 서로 비대칭 형태로 상기 성형보인 구조부재(10)를 포위 접합하는 제3,4 접합부재(52) (54)를 포함하는 비대칭형 접합수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,

   상기 대칭형의 구조부재 접합수단(30) 또는 비대칭형의 구조부재 접합수단(50)의 접합부재들은 상부 또는 하부 중 적어도 어느 하나에 일체로 형성되고 서로 접합되는 돌출 보강부(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 구조부재 접합수단들의 보강부(70)에는 일체로 형성되어 서로 끼움 접합되는 돌기(82)와 요홈(84)을 구비하는 하나 이상의 접합부재 가고정수단(80)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템.
7. 제6항에 있어서,

   상기 접합부재 가고정수단(80)의 돌기와 요홈은 구조부재 접합수단으로 접합되는 구조부재의 접합 위치를 나타내는 위치 인식 수단으로 제공되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템.
8. 제5항에 있어서,

   상기 보강부(70)를 구비하는 구조부재 접합수단의 접합부재는 구조부재의 시공오차를 보상하면서 구조부재와 접합부재간의 접합을 용이토록 구조부재인 성형보의 폐단면 플랜지 보다 더 확장 형성된 것을 특징으로 하는 철골 구조물의 구조부재 접합 시스템.

Images