KR101579269B1 - 탈부착형 보강부재 및 이를 이용한 보강구조체 - Google Patents

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KR101579269B1
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서정표
윤혁기
오상훈
이동운
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서정표
두성중공업 주식회사
윤혁기
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Abstract

본 발명은 보의 단부의 단면 길이를 증대시켜 보의 단부에서의 휨 모멘트를 효과적으로 견딜 수 있는 탈부착형 보강부재 및 이를 이용한 보강구조체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 탈부착형 보강부재는, 지면(地面)에 대해 수직한 기둥과 상기 기둥을 가로질러 연결되는 수평 보의 접합부의 내측 코너부에서 상기 수평 보의 하부면 또는 기둥의 내측면에 연접하면서 볼트에 의해 결합되는 제1고정플랜지와; 상기 제1고정플랜지의 끝단부에 제1고정플랜지에 대해 수직하게 형성되어 기둥의 내측면 또는 수평 보의 하부면에 연접하면서 볼트에 의해 결합되는 제2고정플랜지와; 상기 제1고정플랜지의 하부면과 상기 제2고정플랜지의 면에 고정되게 형성되어 보강 작용을 하는 보강웨브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탈부착형 보강부재 및 이를 이용한 보강구조체{Attachable Reinforcing Member and Reinforcing Structure Using the Same}
본 발명은 철골 구조물의 보강구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지면(地面)에 대해 수직한 기둥과 상기 기둥을 가로질러 연결되는 수평 보를 구비한 철골 구조물의 기둥-보 접합부의 내측 코너부에 탈부착 가능하게 설치되어, 인장 및 압축이 가장 큰 영역인 철골 구조물의 내측 코너부의 단면 길이를 증가시킴으로써 구조물의 휨 모멘트를 견딜 수 있는 탈부착형 보강부재 및 이를 이용한 보강구조체에 관한 것이다.
일반적으로 기둥-보 구조물은 도 1에 도시된 것과 같은 휨 모멘트 거동을 보이는데, 보의 상부 인장, 하부 압축 부분에 가장 큰 힘(모멘트)이 작용하게 되며, 이 큰 힘에 대하여 상대적으로 큰 단면 길이가 필요하다. 그런데 보의 중앙부는 보의 단부의 50% 정도의 힘(밴딩 모멘트, 전단력)이 작용하게 되므로 보의 단부, 즉 기둥-보 접합부만 큰 단면 크기가 필요하다.
이러한 기둥-보 접합부의 구조적 안정성 확보를 위해 기둥 요소들은 일반적으로 수평 플레이트(Continuity Plate) 방식과 더블러 플레이트(Doubler Plates) 방식에 의해 보강되고 있다.
수평 플레이트 방식은 4개의 수평 플레이트의 중심선을 보의 플랜지의 중심선과 일치시켜 설치함으로써 보 플랜지의 인장력 및 압축력을 효과적으로 기둥-보 접합부에 전달시키는 방식이고, 더블러 플레이트 방식은 두 개의 더블러 플레이트가 한 쌍을 이루어 기둥의 웨브 면과 나란한 방향으로 설치되며, 기둥 웨브에 밀착된 후 기둥 플랜지의 길이방향을 따라 용접에 의해 결합됨으로써 기둥-보 접합부와 일체가 되도록 하는 방식이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 기둥-보 접합부의 보강 방식은 매우 복잡한 제작 상세를 요구하기 때문에 많은 제작비가 요구되며, 용접에 의한 부가 응력 발생 및 균열 발생의 문제 등이 있다.
대한민국 공개특허 제2007-0052139호(공개일자 2007년 05월 21일) 대한민국 등록특허 제10-0983159(등록일자 2010년 09월 13일)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구조로 이루어져 제작이 용이하고 제작비가 저렴하며, 보의 단부의 단면 길이를 증대시켜 보의 단부에서의 휨 모멘트를 효과적으로 견딜 수 있는 탈부착형 보강부재 및 이를 이용한 보강구조체를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탈부착형 보강부재는, 지면(地面)에 대해 수직한 기둥과 상기 기둥을 가로질러 연결되는 수평 보의 접합부의 내측 코너부에서 상기 수평 보의 하부면 또는 기둥의 내측면에 연접하면서 볼트에 의해 결합되는 제1고정플랜지와; 상기 제1고정플랜지의 끝단부에 제1고정플랜지에 대해 수직하게 형성되어 기둥의 내측면 또는 수평 보의 하부면에 연접하면서 볼트에 의해 결합되는 제2고정플랜지와; 상기 제1고정플랜지의 하부면과 상기 제2고정플랜지의 면에 고정되게 형성되어 보강 작용을 하는 보강웨브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 탈부착형 보강부재를 이용한 본 발명의 보강구조체는, 2개의 탈부착형 보강부재가 'ㄱ' 형태로 기둥과 수평 보의 접합부의 내측 코너부에 결합되어 보강 작용을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 수평 보와 기둥의 끝단부에서는 중립축이 수평 보의 단면 길이와 보강부재의 단면 길이의 합의 1/2인 지점이 되어 기존보다 증가하므로 외력에 저항하는 능력이 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
이와 같이 본 발명의 보강부재는 철골 구조물에 볼트로 용이하게 부착하거나 분리할 수 있으므로 운반 및 제작이 용이하며, 보강 구조체의 제작에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 보강부재는 철골 구조물의 수평 보 또는 기둥의 단부를 보강하고, 볼트를 풀어서 보강부재를 간단히 분리하면 기성형강인 수평 보 또는 기둥을 재사용(reuse 또는 recycle)이 가능하게 되고, 이러한 골조를 채택한 건물(building)은 탄소배출권 등이 확보되어 여러가지 세제 혜택을 받을 수 있는 등의 이점이 있다.
도 1은 기존의 기둥-수평 보로 이루어진 철골 구조물에서 발생하는 휨 모멘트 거동 특성을 보여주는 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈부착형 보강부재가 적용된 철골 구조물의 정면도이다.
도 3은 도 2의 탈부착형 보강부재를 나타낸 요부 단면도이다.
도 4는 도 2의 탈부착형 보강부재를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 3의 I-I선 단면도로, 본 발명의 탈부착형 보강부재가 적용된 수평 보와 기존의 수평 보의 단면 형태를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈부착형 보강부재를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탈부착형 보강부재를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 탈부착형 보강부재의 변형례를 나타낸 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 탈부착형 보강부재 및 이를 이용한 보강구조체의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈부착형 보강부재(10)는 제1고정플랜지(11)와 제2고정플랜지(12), 보강웨브(13)로 구성되어, 지면(地面)에 대해 수직한 기둥(1)과 상기 기둥(1)을 가로질러 연결되는 수평 보(2)의 접합부의 내측 코너부에 볼트(20)로 결합되어 보강구조체를 형성한다.
상기 보강부재(10)의 제1고정플랜지(11)는 기다란 평판 형태로 되어 철골 구조물의 수평 보(2)의 하부면(하측 플랜지) 또는 기둥(1)의 내측면(내측 플랜지)에 연접하면서 복수개의 볼트(20)에 의해 결합되어 고정된다. 이를 위해 상기 제1고정플랜지(11)의 양측에는 복수개의 볼트체결공(11a)이 일정 간격으로 되어 있다.
상기 제2고정플랜지(12)는 제1고정플랜지(11)의 양단부에 제1고정플랜지(11)에 대해 수직하게 형성되며, 복수개의 볼트체결공(12a)이 일정 간격으로 형성된다. 상기 제2고정플랜지(12)는 기둥(1)의 내측면 또는 수평 보(2)의 하부면에 연접하면서 볼트(20)에 의해 결합된다.
상기 제1고정플랜지(11)와 제2고정플랜지(12)는 각각 수평 보(2)의 하부면과 기둥(1)의 내측면, 또는 기둥(1)의 내측면과 수평 보(2)의 하부면에 동시에 연접하면서 결합되어 수평 보(2)와 기둥(1)의 단면 길이를 증가시킴으로써 휨 모멘트에 저항하는 능력을 증대시키는 작용을 하게 된다.
상기 보강웨브(13)는 상기 제1고정플랜지(11)의 하부면과 상기 제2고정플랜지(12)의 면에 고정되게 형성되어 보강 작용을 한다. 상기 보강웨브(13)는 제1고정플랜지(11) 및/또는 제2고정플랜지(12)와 일체로 만들어지거나, 각각이 개별체로 만들어진 다음 용접 등의 방식으로 서로 일체화될 수 있다.
상기 보강웨브(13)는 이 실시예에서와 같이 단면 형태가 '⊥'형태로 되어 보강부재(10)가 전체적으로 H 보 형태를 가질 수도 있지만, 도 6에 도시한 것과 같이 보강웨브(13)의 단면 형태가 'I' 형태로 되거나, 혹은 도 7에 도시한 것과 같이, '□' 형태로 될 수도 있다.
도 8에 도시된 것과 같이, 상기 보강웨브(13)의 단면 형태가 '□' 형태로 이루어질 경우, 상기 보강웨브(13)의 내측 공간에 콘크리트와 같은 충전재(15)가 추가로 채워져 보강력을 더욱 증대시킬 수도 있다.
이와 같이 구성된 보강부재(10)는 1개가 단독으로 철골 구조물의 기둥(1)과 수평 보(2)의 접합부 내측 코너부에서 수평 보(2)와 기둥(1)에 결합되거나, 도 2에 도시된 것과 같이 2개가 'ㄱ' 형태로 되어 기둥(1)과 수평 보(2)의 접합부 내측 코너부에서 수평 보(2)와 기둥(1)에 결합되면서 보강구조체를 형성할 수 있다. 상기 보강부재(10)를 2개를 'ㄱ'자 형태로 이어서 사용할 경우에는 2개의 보강부재(10)를 볼트나 용접 등의 체결수단을 사용해서 서로 일체로 결합하여 시공할 수도 있을 것이다.
이와 같이 2개의 보강부재(10)를 'ㄱ'자형태로 이어서 보강구조체를 구성하게 되면, 각각의 보강부재(10)가 제공하는 보강력에 의해 더욱 안정된 보강 구조를 구현할 수 있다.
상기 보강부재(10)는 수평 보(2) 및 기둥(1)의 단면 길이를 증대시켜 보강 작용을 하게 된다(도 5 참조). 즉, 기존에는 수평 보(2) 또는 기둥(1)의 중간 부분이 중립축이 되지만, 본 발명에 따르면 수평 보(2)와 기둥(1)의 끝단부에서는 중립축이 수평 보(2)의 단면 길이와 보강부재(10)의 단면 길이의 합의 1/2인 지점이 되어 기존보다 증가하므로 외력에 저항하는 능력이 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
이와 같이 본 발명의 보강부재(10)는 철골 구조물에 볼트(20)로 용이하게 부착하거나 분리할 수 있으므로 운반 및 제작이 용이하며, 보강 구조체의 제작에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
1 : 기둥 2 : 수평 보
10 : 보강부재 11 : 제1고정플랜지
11a : 볼트체결공 12 : 제2고정플랜지
12a : 볼트체결공 13 : 보강웨브
15 : 충전재 20 : 볼트

Claims (6)

  1. 지면(地面)에 대해 수직한 기둥(1)과 상기 기둥(1)을 가로질러 연결되는 수평 보(2)의 접합부의 내측 코너부에서 상기 수평 보(2)의 하부면 또는 기둥(1)의 내측면에 연접하면서 볼트(20)에 의해 결합되는 제1고정플랜지(11)와;
    상기 제1고정플랜지(11)의 끝단부에 제1고정플랜지(11)에 대해 수직하게 형성되어 기둥(1)의 내측면 또는 수평 보(2)의 하부면에 연접하면서 볼트(20)에 의해 결합되는 제2고정플랜지(12)와;
    상기 제1고정플랜지(11)의 하부면과 상기 제2고정플랜지(12)의 면에 고정되게 형성되어 보강 작용을 하는 보강웨브(13)를 포함하며,
    상기 보강웨브(13)는 '□' 의 단면 형태를 가지며, 상기 보강웨브(13)의 내측 공간에 콘크리트로 된 충전재(15)가 채워진 것을 특징으로 하는 탈부착형 보강부재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 따른 2개의 탈부착형 보강부재가 'ㄱ' 형태로 기둥(1)과 수평 보(2)의 접합부의 내측 코너부에 결합되어 보강 작용을 하는 것을 특징으로 하는 탈부착형 보강부재를 이용한 보강구조체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 2개의 보강부재(10)는 체결수단에 의해 서로 결합된 것을 특징으로 하는 탈부착형 보강부재를 이용한 보강구조체.
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