KR101542913B1 - 아치 보강 강관보 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양단이 강관보 하부로 돌출된 아치형 보강재를 강관보 내부에 구비함으로써, 아치의 곡률을 크게 형성할 수 있어 춤이 작은 보의 경우에도 부재를 효과적으로 보강하여 장스팬 구조부재에 널리 적용할 수 있는 아치 보강 강관보에 대한 것이다.
본 발명의 아치 보강 강관보는 단면이 사각형인 강관으로서 상면 중앙부에 상부 관통구가 형성된 강관보 및 강관을 중앙부가 상부로 만곡되게 아치 형상으로 벤딩한 것으로 상기 강관보 내부에 구비되되, 중앙부가 강관보의 상부 관통구를 통해 강관보 상부로 돌출되어 상부 돌출부를 형성하는 아치형 보강재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

아치 보강 강관보{Reinforced composite beam with arch}
본 발명은 양단이 강관보 하부로 돌출된 아치형 보강재를 강관보 내부에 구비함으로써, 아치의 곡률을 크게 형성할 수 있어 춤이 작은 보의 경우에도 부재를 효과적으로 보강하여 장스팬 구조부재에 널리 적용할 수 있는 아치 보강 강관보에 대한 것이다.
구조물에서 수직하중이 크게 작용하거나 장스팬인 경우 슬래브나 보의 두께를 증가시켜 구조부재의 단면성능을 증가시켜야 한다.
그러나 마감재나 층고 제한 등으로 인하여 보의 춤을 일정 높이 이상으로 증가시키기 곤란한 경우가 있다. 예를 들면, 철골이나 콘크리트 뼈대에 목재 마감재를 부착하여 전통 한옥의 외관을 갖도록 하는 건물의 경우, 마감재의 제한으로 구조부재의 단면을 증가시키는데 한계가 있다. 왜냐하면 건물 시공시 한옥의 외관을 갖기 위해서 철골부재 외부에 목재 마감재를 붙이는 경우가 있는데, 일반적으로 목재 마감재는 하나의 통나무로 만들기 때문에 철골부재의 크기가 커지면 제작이 곤란하기 때문이다. 또한 한옥의 외관을 갖는 건물 부재들은 외부에서 보기에 원형 기둥, 원형 보, 원형도리 등 원형부재를 구성하는데, 철골보의 춤이 커지면 목재 마감재를 붙여 원형부재로 제작하기가 곤란하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래 콘크리트 충전 강관 보 내부에 강연선을 두어 프리스트레스를 도입함으로써, 보의 춤을 줄이면서 장스팬 구조물에 적용할 수 있는 기술들이 다수 개발되고 있다(도 1 참조. 공개특허공보 제10-2011-49189호).
그러나 상기와 같은 PSC(PreStressed Concrete) 보의 경우, 강연선의 정착을 위한 정착구와 이의 긴장을 위한 긴장구 및 긴장력 도입을 위한 유압 장비들이 필요하여 비용이 증가할 뿐만 아니라, 접합부 처리가 복잡하여 구조적인 안전성을 저해할 수 있었다.
또한, 건축 구조물의 경우에는 슬래브나 보의 춤이 필요 이상으로 크지 않아 정밀 시공이 요구될 뿐 아니라 프리스트레스로 인한 내력 증대 효과가 큰 효과를 발휘하지 않아 현장 적용에 한계가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 마감재의 종류에 따른 제작 곤란성을 극복함과 동시에 춤이 작은 보를 보강하여 장스팬 구조 등에 적용할 수 있는 아치 보강 강관보를 제공하고자 한다.
아울러 본 발명은 구성이 단순하여 시공성 및 경제성이 우수할 뿐만 아니라, 보강 효과가 우수한 아치 보강 강관보를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 단면이 사각형인 강관으로서 상면 중앙부에 상부 관통구가 형성된 강관보 및 강관을 중앙부가 상부로 만곡되게 아치 형상으로 벤딩한 것으로 상기 강관보 내부에 구비되되, 중앙부가 강관보의 상부 관통구를 통해 강관보 상부로 돌출되어 상부 돌출부를 형성하는 아치형 보강재로 구성되는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보를 제공한다.
상기 아치형 보강재의 양 단부는 강관보 내부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 강관보의 하면에 양단부에서 일정 간격 이격된 위치에 하부 관통구가 형성되고, 상기 아치형 보강재의 양단이 상기 하부 관통구를 통해 각각 강관보 하부로 돌출되어 헌치부를 형성하는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 강관보 내부에 콘크리트가 채워지는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 아치형 보강재의 외주면에는 복수의 전단연결재가 결합되는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 강관보의 상면에는 콘크리트 유입공이 형성되는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 아치형 보강재의 상부 돌출부는 강관보 상부의 슬래브 콘크리트 내에 매립되는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 아치형 보강재의 상부 돌출부는 슬래브 상부로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보를 제공한다.
본 발명에 따르면 중앙부가 강관보 상부로 돌출된 아치형 보강재를 강관보 내부에 구비함으로써, 아치의 곡률을 크게 형성하여 슬래브 또는 보의 처짐을 크게 감소시킬 수 있는 아치 보강 강관보를 제공할 수 있다.
이로써, 마감재나 층고의 제한으로 보의 춤이 작은 경우에도 부재를 효과적으로 보강하여 장스팬 구조부재 등에 널리 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 종래 PSC보 등과 달리 부재에 미리 프리스트레스를 도입하기 위한 부재의 긴장, 정착 등의 과정이나 별도의 장비가 불필요하고 구성이 단순하다. 따라서 부재의 생산 및 시공 과정이 간결하고 이로 인하여 비용면에서도 효과적이다.
아울러 본 발명을 이용하는 경우에는 보의 춤을 감소시킬 수 있어, 목재 마감재의 결합이 용이하고 원형 부재로의 가공이 수월하여 한옥의 외관을 쉽게 구비하도록 할 수 있다.
도 1은 종래 콘크리트 충전 강관 합성보를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 아치 보강 강관보를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 아치 보강 강관보를 구성하는 강관보의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 아치 보강 강관보를 구성하는 강관보의 저면 사시도이다.
도 5는 콘크리트 유입공이 형성된 강관보의 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 아치 보강 강관보를 구성하는 아치형 보강재의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 아치 보강 강관보가 설치된 모습을 도시하는 측단면도이다.
도 8은 본 발명 아치 보강 강관보의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 아치 보강 강관보를 도시하는 사시도이고, 도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 아치 보강 강관보를 구성하는 강관보의 사시도 및 저면 사시도이다. 그리고 도 5는 콘크리트 유입공이 형성된 강관보의 실시예를 도시하는 사시도이고, 도 6은 본 발명의 아치 보강 강관보를 구성하는 아치형 보강재의 정면도이다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 아치 보강 강관보는 단면이 사각형인 강관으로서 상면 중앙부에 상부 관통구(112)가 형성된 강관보(11); 및 강관을 중앙부가 상부로 만곡되게 아치 형상으로 벤딩한 것으로 상기 강관보(11) 내부에 구비되되, 중앙부가 강관보(11)의 상부 관통구(112)를 통해 강관보(11) 상부로 돌출되어 상부 돌출부(122)를 형성하는 아치형 보강재(12); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아치형 보강재(12)의 곡률이나 강관보(11)의 춤 높이 등에 따라 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 아치형 보강재(12)의 양 단부는 강관보(11) 내부에 위치할 수도 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 아치형 보강재(12)의 양 단부가 각각 강관보(11) 하부로 돌출되어 헌치부(121)를 형성할 수도 있다.
이 경우 상기 강관보(11)의 하면에 양단부에서 일정 간격 이격된 위치에 하부 관통구(111)를 형성하여, 상기 아치형 보강재(12)의 양단이 상기 하부 관통구(111)를 통해 각각 강관보(11) 하부로 돌출되도록 한다.
상기 강관보(11)는 사각형 단면을 가진 강관으로, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 하면에는 양단부에서 일정 간격 이격된 위치에 하부 관통구(111)가 형성되고, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 상면에는 중앙부에 상부 관통구(112)가 형성될 수 있다
이때, 상기 상부 관통구(112)는 아치형 보강재(12)의 상부 돌출 길이에 따라 도 3의 (a)에서와 같이 하나일 수도 있고, 도 3의 (b)에서와 같이 두 개일 수도 있다.
상기 하부 관통구(111)와 상부 관통구(112)는 레이저 커팅으로 간단하고 정밀하게 뚫을 수 있다.
아울러 강관보(11)의 내력이 부족한 경우 강관보(11) 내부에 콘크리트(13)를 충전할 수 있다. 이때, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 강관보(11)의 상면에는 콘크리트 유입공(113)이 형성될 수 있다.
콘크리트 유입공(113)은 강관보(11) 상면에 다수 개 형성될 수 있으며, 슬래브 콘크리트 타설시 유동 콘크리트가 강관보(11) 내부로 유입되도록 한다.
상기 아치형 보강재(12)는 강관을 중앙부가 상부로 만곡되게 아치 형상으로 벤딩한 것으로 상기 강관보(11) 내부에 구비되되, 중앙부는 강관보(11)의 상부 관통구(112)를 통해 강관보(11) 상부로 돌출되어 상부 돌출부(122)를 형성하고, 양단은 강관보(11) 내부에 위치하거나 강관보(11)의 하부 관통구(111)를 통해 각각 강관보(11) 하부로 돌출되어 헌치부(121)를 형성할 수 있다.
상기 아치형 보강재(12)는 강관을 벤딩하여 제작할 수 있다.
기본적으로 아치는 상부하중에 대해 휨모멘트가 아니라 압축력에 의해 저항하는 것이어서 아치의 곡률을 적당히 크게 제작해야 하며, 아치의 곡률이 작을 경우 압축력이 아닌 휨을 받게 될 수 있다. 그런데 보(1)의 춤이 작은 경우에는 슬래브(2)까지의 높이를 감안한다 하더라도 아치의 곡률을 일정 크기 이상으로 크게 하는데 한계가 있다.
따라서 본 발명에서는 아치형 보강재(12)의 단부를 강관보(11) 하부로 돌출되도록 함으로써 아치의 곡률을 충분히 크게 형성할 수 있도록 하였다.
더욱이 아치형 보강재(12)의 하부 돌출부는 보의 헌치부(121)를 형성한다. 따라서 보-기둥 접합부에서 응력 집중을 분산할 수 있고, 전단력을 효과적으로 지지할 수 있으며, 보-기둥 접합부에서 부재의 춤을 증가시키므로 부모멘트 저항에 큰 기여를 한다. 즉, 부모멘트 발생부에서 아치형 보강재(12)가 압축재의 역할을 수행한다.
또한, 강관보(11)가 아치형 보강재(12)에 의해 보강되므로 보(1) 및 슬래브(2)의 처짐을 크게 감소시킬 수 있다.
본 발명의 아치 보강 강관보를 구성하는 강관보(11)와 아치형 보강재(12)는 현장에서 조립하는 것도 가능하지만 공장이나 작업장에서 미리 조립한 후 현장에서 설치하는 것이 바람직하며, 강관보(11)의 상부 관통구(112)와 하부 관통구(111)를 절취한 후 아치형 보강재(12)를 삽입하고 아치형 보강재(12)와 상하부 관통구(111, 112)가 접하는 부분을 용접하여 제작할 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 아치형 보강재(12)의 외주면에는 복수의 전단연결재(123)가 결합 가능하다.
상기 전단연결재(123)는 강관보(11) 내부의 콘크리트 및 슬래브 콘크리트와의 일체성을 확보하기 위한 것으로, 강관보(11) 내부와 강관보(11) 상부로 돌출된 아치형 보강재(12) 부분에 결합한다.
상기 콘크리트(13)는 강관보(11) 내부에 채워져 강관보(11) 및 아치형 보강재(12)와 함께 일체화되어 합성 작용을 한다. 따라서 강관보(11), 아치형 보강재(12) 및 콘크리트(13)의 일체 거동으로 구조적 효율을 극대화할 수 있다.
상기 콘크리트(13)는 강관보(11)와 아치형 보강재(12)의 결합 제작시 미리 충전할 수도 있으나, 부재 양중 부담의 경감 및 콘크리트 타설 횟수 감소 등을 위하여 슬래브 콘크리트 타설시 콘크리트가 유입공(113)을 통하여 강관보(11) 내부로 유입되도록 타설하는 것이 바람직하다.
본 발명 아치 보강 강관보에서 강관보(11)와 아치형 보강재(12)의 단부는 후술할 도 6 내지 도 8에서 참조할 수 있는 바와 같이 기둥(3)에 결합되며, 기둥(3)이 강관인 경우 기둥(3)에 용접 결합할 수 있다. 특히 아치형 보강재(12)가 강관 기둥과 만나는 부분은 아치형 보강재(12)의 단면 형상에 따라 강관 기둥을 절취하여 아치형 보강재(12) 단부 일부가 강관 기둥 내로 삽입되도록 하고, 아치형 보강재(12) 단부 외면과 강관 기둥이 만나는 부위를 용접하여 견고하게 고정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 아치 보강 강관보가 설치된 모습을 도시하는 측단면도로서 도 7의 (a)는 아치형 보강재(12)의 양 단부가 강관보(11) 내부에 위치하는 실시예이고, 도 7의 (b)는 아치형 보강재(12)의 양 단부가 강관보(11) 하부로 돌출되는 실시예이다.
도 7에서와 같이, 상기 아치형 보강재(12)의 상부 돌출부(122)는 강관보(11) 상부의 슬래브 콘크리트 내에 매립될 수 있다.
아치형 보강재(12)의 상부 돌출부(122)가 콘크리트 슬래브(2) 내에 매립될 경우, 상기 상부 돌출부(122)는 강관보(11)와 슬래브 콘크리트가 일체로 구성되는데 도움을 준다. 또한, 상부 돌출부(122)가 슬래브(2)의 상부 압축근 역할을 하여 구조 성능이 향상될 뿐 아니라, 장기 처짐 감소에 도움이 된다.
도 8은 본 발명 아치 보강 강관보의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.
본 발명에서 상기 아치형 보강재(12)의 상부 돌출부(122)는 슬래브(2) 상부로 돌출되도록 구성 가능하다.
최상층에 사용되는 강관보(11)의 경우, 아치형 보강재(12)의 돌출부를 도 8에서와 같이 슬래브(2) 상부로 돌출시킴으로서 옥상 난간대(4)의 일부로 활용할 수 있으며, 그 자체로 디자인적 요소로 구성할 수 있다.
이때, 상기 아치형 보강재(12)의 상부 돌출부(122) 하부에는 수직 난간대(41)를 설치하여 난간을 구성할 수 있으며, 별도로 수직 난간대(41)와 수평 난간대(42)를 추가로 설치할 수도 있다.
1: 보 11: 강관보
111: 하부 관통구 112: 상부 관통구
113: 콘크리트 유입공 12: 아치형 보강재
121: 헌치부 122: 상부 돌출부
123: 전단연결재 13: 콘크리트
2: 슬래브 3: 기둥
4: 옥상 난간대 41: 수직 난간대
42: 수평 난간대

Claims (8)

  1. 단면이 사각형인 강관으로서 상면 중앙부에 상부 관통구(112)가 형성된 강관보(11); 및
    강관을 중앙부가 상부로 만곡되게 아치 형상으로 벤딩한 것으로 상기 강관보(11) 내부에 구비되되, 중앙부가 강관보(11)의 상부 관통구(112)를 통해 강관보(11) 상부로 돌출되어 상부 돌출부(122)를 형성하는 아치형 보강재(12); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보.
  2. 제1항에서,
    상기 아치형 보강재(12)의 양 단부는 강관보(11) 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보.
  3. 제1항에서,
    상기 강관보(11)의 하면에는 양단부에서 일정 간격 이격된 위치에 하부 관통구(111)가 형성되고, 상기 아치형 보강재(12)의 양단이 상기 하부 관통구(111)를 통해 각각 강관보(11) 하부로 돌출되어 헌치부(121)를 형성하는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보.
  4. 제1항에서,
    상기 강관보(11) 내부에는 콘크리트(13)가 채워지는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보.
  5. 제1항에서,
    상기 아치형 보강재(12)의 외주면에는 복수의 전단연결재(123)가 결합되는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보.
  6. 제4항에서,
    상기 강관보(11)의 상면에는 콘크리트 유입공(113)이 형성되는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보.
  7. 제2항에서,
    상기 아치형 보강재(12)의 상부 돌출부(122)는 강관보(11) 상부의 슬래브 콘크리트 내에 매립되는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보.
  8. 제2항에서,
    상기 아치형 보강재(12)의 상부 돌출부(122)는 슬래브(2) 상부로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 아치 보강 강관보.
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KR100892617B1 (ko) * 2008-07-31 2009-04-08 주식회사 오케이컨설턴트 바닥판 콘크리트층을 정착부로 이용한 ｐｓｃ 합성거더의연속화 시공방법 및 그 구조
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