KR101676707B1 - 기둥-보 접합 구조 - Google Patents

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배흥한
채철수
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씨엔에스이엔지주식회사
채철수
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Abstract

본 발명은 철골 프레임의 기둥-보 접합부에 이용되는 것으로, 기둥에 보를 결합하기 위한 브래킷을 현장 볼트결합 하도록 함으로써 철골부재 운반 및 시공효율을 향상시키고, 브래킷의 단면성능을 강화시켜 철골물량 감소 및 장스팬화가 가능한 기둥-보 접합 구조에 대한 것이다.
본 발명의 기둥-보 접합 구조는 H형강 기둥; 상부플랜지와 하부플랜지 및 상기 상부플랜지와 하부플랜지를 연결하는 웨브로 구성되고, 일단에는 상기 H형강 기둥의 일측 플랜지와 볼트 결합되는 제1결합플레이트가 구비되며, 타단에는 제2결합플레이트가 구비되는 브래킷; 및 단부에 상기 브래킷의 제2결합플레이트와 볼트 결합되는 제3결합플레이트가 구비되는 H형강 보; 로 구성되되, 상기 브래킷은 상부플랜지는 H형강 보 길이방향과 평행하고, 하부플랜지는 H형강 기둥에서 H형강 보 방향으로 상향 경사지게 형성되어 타단은 춤이 H형강 보와 동일하고 H형강 기둥 측으로 갈수록 춤이 커지며, 상기 제1결합플레이트와 H형강 기둥의 일측 플랜지 및 제2결합플레이트와 제3결합플레이트는 브래킷의 상부플랜지 및 하부플랜지 각각의 상하로 볼트가 체결되고, 상기 제2결합플레이트의 상단은 H형강 보 측으로 하향 모따기 되어 있으며, 제3결합플레이트의 하단은 H형강 기둥 측으로 상향 모따기 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

기둥-보 접합 구조 {Column-beam junction structure}
본 발명은 철골 프레임의 기둥-보 접합부에 이용되는 것으로, 기둥에 보를 결합하기 위한 브래킷을 현장 볼트결합하도록 함으로써 철골부재 운반 및 시공효율을 향상시키고, 브래킷의 단면성능을 강화시켜 철골물량 감소 및 장스팬화가 가능한 기둥-보 접합 구조에 대한 것이다.
철골 접합부는 강재 기둥과 강재 보의 연결부위로서, 보의 최대 모멘트를 감소시키기 위해 강접합으로 형성하게 되는데, 현장용접을 통한 강접합은 그 품질을 보장할 수 없으므로 통상 철골공사에서는 접합부에서 발생하는 최대모멘트에 대한 저항성을 확보할 수 있도록 기둥과 브래킷을 공장에서 강접합으로 결합해 현장으로 운송하는 방식을 취하고 있다.
그러나 이 경우 브래킷의 돌출로 인해 적재 및 양중이 용이하지 않아 운반 및 시공에 어려움이 따른다는 문제점이 있다.
한편 보와 브래킷의 결합은 현장에서 크레인으로 보를 양중하여 브래킷 사이에 보를 배치하고 상하부 플랜지 및 웨브에 플레이트를 덧대 볼트로 체결하여 결합하게 된다.
하지만 이 경우 플레이트의 개수가 많고 볼팅 작업량이 많아 작업시간이 많이 소요될 뿐 아니라 고소작업이므로 부속철물의 낙하로 인한 안전사고의 발생 가능성이 크다.
KR 10-0528179 (A)
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 브래킷의 양측 단부 및 H형강 보의 양측 단부에 결합 플레이트를 구비해 현장에서 각각의 부재를 볼트접합하여 시공이 용이할 뿐 아니라 브래킷의 단면성능을 향상시켜 구조적 성능이 우수한 기둥-보 접합 구조를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 브래킷의 타단과 H형강 보의 양단에 구비되는 결합 플레이트의 단부를 모따기 함으로써 크레인에 의한 H형강 보의 배치를 용이하게 할 수 있는 기둥-보 접합 구조를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 H형강 기둥; 상부플랜지와 하부플랜지 및 상기 상부플랜지와 하부플랜지를 연결하는 웨브로 구성되고, 일단에는 상기 H형강 기둥의 일측 플랜지와 볼트 결합되는 제1결합플레이트가 구비되며, 타단에는 제2결합플레이트가 구비되는 브래킷; 및 단부에 상기 브래킷의 제2결합플레이트와 볼트 결합되는 제3결합플레이트가 구비되는 H형강 보; 로 구성되되, 상기 브래킷은 상부플랜지는 H형강 보 길이방향과 평행하고, 하부플랜지는 H형강 기둥에서 H형강 보 방향으로 상향 경사지게 형성되어 타단은 춤이 H형강 보와 동일하고 H형강 기둥 측으로 갈수록 춤이 커지며, 상기 제1결합플레이트와 H형강 기둥의 일측 플랜지 및 제2결합플레이트와 제3결합플레이트는 브래킷의 상부플랜지 및 하부플랜지 각각의 상하로 볼트가 체결되고, 상기 제2결합플레이트의 상단은 H형강 보 측으로 하향 모따기 되어 있으며, 제3결합플레이트의 하단은 H형강 기둥 측으로 상향 모따기 되어 있는 것을 특징으로 하는 기둥-보 접합 구조를 제공한다.
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상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, H형강 기둥 외부에 타 부재가 부착되지 않은 상태로 운반, 적재, 양중 되므로 부재 관리가 매우 용이하다.
둘째, 브래킷 및 H형강 보의 양측 단부에 결합 플레이트를 구비해 H형강 기둥, 브래킷, H형강 보를 현장에서 볼트접합 할 수 있게 함으로써 현장 작업량을 최소화하여 시공효율을 높일 수 있다.
셋째, 종래 기둥-보 접합부에 소요되던 자재량과 현장 작업량을 줄여 원가 절감이 가능하고, 낙하물에 의한 안전사고를 줄일 수 있다.
넷째, 제2결합플레이트와 제3결합플레이트에 대한 모따기를 통해 H형강 보의 설치가 용이하다.
도 1은 본 발명의 기둥-보 접합 구조를 도시한 사시도이다.
도 2 및 3은 브래킷의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도 4는 보강플레이트가 구비된 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명에서 결합플레이트의 실시예를 도시한 정면도이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 기둥-보 접합 구조를 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 기둥-보 접합 구조는 H형강 기둥(1); 상부플랜지(21)와 하부플랜지(22) 및 상기 상부플랜지(21)와 하부플랜지(22)를 연결하는 웨브(23)로 구성되고, 일단에는 상기 H형강 기둥(1)의 일측 플랜지(11)와 볼트 결합되는 제1결합플레이트(211)가 구비되며, 타단에는 제2결합플레이트(212)가 구비되는 브래킷(2); 및 단부에 상기 브래킷(2)의 제2결합플레이트(212)와 볼트 결합되는 제3결합플레이트(311)가 구비되는 H형강 보(3); 로 구성되되, 상기 브래킷(2)은 상부플랜지(21)는 H형강 보(3) 길이방향과 평행하고, 하부플랜지(22)는 H형강 기둥(1)에서 H형강 보(3) 방향으로 상향 경사지게 형성되어 타단은 춤이 H형강 보(3)와 동일하고 H형강 기둥(1) 측으로 갈수록 춤이 커지며, 상기 제1결합플레이트(211)와 H형강 기둥(1)의 일측 플랜지(11) 및 제2결합플레이트(212)와 제3결합플레이트(311)는 브래킷(2)의 상부플랜지(21) 및 하부플랜지(22) 각각의 상하로 볼트가 체결되고, 상기 제2결합플레이트(212)의 상단은 H형강 보(3) 측으로 하향 모따기 되어 있으며, 제3결합플레이트(311)의 하단은 H형강 기둥(1) 측으로 상향 모따기 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 브래킷(2)은 일단 및 타단에 제1결합플레이트(211) 및 제2결합플레이트(212)가 각각 용접 등으로 강접합 되며, H형강 보(3) 역시 양단에 제3결합플레이트(311)가 용접 등으로 강접합 되는데 상기 결합플레이트(211, 212, 311)들은 공장에서 브래킷(2) 및 H형강 보(3)에 사전 부착되어 현장에 반입되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 H형강 기둥(1)과 H형강 보(3)의 시공 방법은 아래와 같다.
먼저, 브래킷(2)이 부착되지 않은 H형강 기둥(1)을 지반에 설치한 후 브래킷(2)을 상기 H형강 기둥(1) 일측 플랜지(11)에 결합한다.
이때, 상기 H형강 기둥(1)의 일측 플랜지(11)에는 브래킷(2)의 제1결합플레이트(211)와의 볼트 결합을 위한 체결공을 공장에서 천공 형성하는 것이 바람직하다.
브래킷(2) 설치 후에 브래킷(2) 사이에 H형강 보(3)를 삽입하여 제2결합플레이트(212)와 제3결합플레이트(311)를 볼트 결합하여 기둥-보 접합부 시공을 완료한다.
상기 제1결합플레이트(211)와 H형강 기둥(1) 및 제2결합플레이트(212)와 제3결합플레이트(311)는 각각 볼트에 의해 결합되는데 모멘트가 제대로 전달될 수 있도록 플랜지 상하로 볼트가 체결되는 것이 바람직하며, 이를 위해 각 결합플레이트(211, 212, 311)는 상부플랜지(21) 상부 및 하부플랜지(22) 하부로 각각 돌출되도록 형상해야 한다.
특히, 브래킷(2)과 H형강의 접합부는 모멘트와 전단력이 모두 크게 작용하므로 고력볼트에 의해 전단마찰접합으로 구성하는 것이 바람직하다.
브래킷(2)과 H형강 보(3)의 접합부는 시공오차 흡수를 위한 간격이 존재하므로 볼트 자체의 강도에 의해 모멘트 및 전단력에 저항하도록 할 수 있다.
뿐만 아니라 제1결합플레이트(211)를 이용해 H형강 기둥(1)과 브래킷(2)에 고력볼트접합을 적용할 경우 H형강 기둥(1)과 브래킷(2) 결합을 위한 부재 생산현장에서 실시되는 용접작업을 배제할 수 있다.
상기와 같이 H형강 기둥(1)은 브래킷(2)등 돌출부 없이 현장에 반입, 설치되므로 부재 관리가 용이하고, 브래킷(2) 및 H형강 보(3)는 결합플레이트(211, 212, 311)가 사전 부착되어 현장에서 볼트로 결합되므로 현장작업을 최소화 할 수 있어 공기단축 및 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.
또한 부재간 결합을 위한 별도의 플레이트가 소요되지 않고 볼트 개수가 줄어들어 자재 물량을 감소시킬 뿐 아니라 부자재 낙하로 인한 안전사고 발생을 줄일 수 있다.
보 양단이 강접합으로 연속보인 경우 접합부에 작용하는 부모멘트가 보의 중앙부 모멘트의 2배가 되고, 최대 모멘트인 부모멘트를 기준으로 설계가 이루어지므로 과다설계가 되어 비경제적일 뿐 아니라 보의 춤이 커져 층고 손실이라는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서 부재에 작용하는 휨 모멘트를 고려해 경제적인 설계를 할 필요가 있다.
본 발명에서는 부모멘트를 브래킷(2)이 부담하도록 구성 된다.
상기 브래킷에 작용하는 부 모멘트는 브래킷(2)의 타단으로부터 H형강 기둥(1) 측으로 갈수록 그 크기가 커진다.
이에 따라 본 발명에서는 타단은 H형강 보(3)와의 연속성을 위해 춤이 H형강 보(3)와 동일하고 H형강 기둥(1) 측으로 갈수록 춤이 커지는 형태로 브래킷(2)이 구성된다.
이 경우 브래킷(2)이 효율적인 단면성능을 가지면서도 단면성능이 증대되므로 경제적인 브래킷(2)의 설계가 가능하다.
뿐만 아니라 철골 프레임에 작용하는 최대 모멘트에 대한 고려 없이 H형강 보(3)를 설계할 수 있어 H형강 보(3)의 크기를 줄일 수 있으므로 경제적인 설계가 가능하고, 또한 층고 손실을 방지할 수 있다.
도 2 및 3은 기둥-보 접합 구조의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 브래킷(2)은 스틸바 내지 강관 등의 폐쇄형 단면을 갖는 강재로 구성될 수 있으나, 강재 물량 또는 제작 편의성을 고려해 개방형 단면이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 휨성능과 전단성능이 모두 우수한 H형강 단면을 사용할 수 있다.
이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 기둥-보 접합 구조의 브래킷(2)은 상부플랜지(21)와 하부플랜지(22) 및 상기 상부플랜지(21)와 하부플랜지(22)를 연결하는 웨브(23)로 구성되되, 상기 상부플랜지(21)는 H형강 보(3) 길이방향과 평행하고, 하부플랜지(22)는 H형강 기둥(1)에서 H형강 보(3) 방향으로 상향 경사지게 형성되게 구성될 수 있다.
따라서 브래킷(2)을 상부플랜지(21)와 하부플랜지(22) 및 상기 상부플랜지(21)와 하부플랜지(22)를 연결하는 웨브(23)로 구성할 경우 H형강 형태의 단면을 갖게 되므로 브래킷(2)을 스틸바 내지 강관으로 구성하는 경우에 비해 소요되는 강재량을 줄이면서도 휨 모멘트에 대한 단면성능을 확보할 수 있어 경제적인 설계가 가능하다.
상기 브래킷(2)은 웨브(23)가 변단면이므로 상부플랜지(21), 하부 플랜지(22) 및 웨브(23)를 각각 용접 등으로 조립한 빌트업으로 구성하는 것이 바람직하다.
브래킷(2)의 또 다른 실시예로 도 3에 도시된 바와 같이 기둥-보 접합 구조에서 상기 브래킷(2)은 상부플랜지(21), 하부플랜지(22) 및 웨브(23)로 구성되는 H형강인 상부 부재 및 상기 상부 부재 하부에 결합되는 하부 부재로 구성되되, 상기 하부 부재는 상부 부재의 하부플랜지(22) 하부에 결합되는 것으로 H형강 기둥(1)에서 H형강 보(3) 방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 보강웨브(24) 및 상기 보강웨브(24) 하부에 결합되는 보강플랜지(25)로 구성할 수 있다.
도 2와 같은 형태의 브래킷(2)의 경우 브래킷(2)의 단면이 커지면 H형강 기둥(1) 측 웨브(23)의 춤이 커지므로 브래킷(2)의 웨브(23)에 국부좌굴이 발생할 위험이 있다.
따라서 이를 해결하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 브래킷(2)을 H형강인 상부 부재와 하부 부재로 나누어 구성할 경우 브래킷(2)의 춤이 줄어들고 하부플랜지(22)에 의해 웨브(23) 및 보강웨브(24)가 지지되므로 국부좌굴의 발생 위험을 줄일 수 있다.
상기 하부 부재는 보강웨브(24)를 상부 부재의 하부플랜지(22) 하부에 용접으로 결합할 수 있다.
이 경우 상부 부재는 춤이 일정하므로 일반 H형강을 이용할 수 있고, 하부 부재 역시 웨브와 플랜지로만 구성되므로 일반 H형강의 웨브를 대각선으로 절단하여 구성이 가능해 제작이 용이한 장점이 있다.
이와는 달리 웨브(23)와 보강웨브(24)를 하나의 플레이트로 구성하고 양 측면에 하부플랜지를 결합하여 브래킷(2)을 구성하는 것도 가능하다.
도 4는 보강플레이트가 구비된 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 기둥-보 접합 구조에서 상기 H형강 기둥(1)의 플랜지 사이에는 상기 브래킷(2)의 상부플랜지(21), 하부플랜지(22) 및 보강플랜지(25)와 대응되는 위치에 보강플레이트(12)가 각각 결합되게 구성될 수 있다.
철골의 경우 강도가 커 부재의 단면이 얇아지고 세장하게 되는 경향이 있다.
이로 인해 최대 모멘트가 작용하게 되는 기둥과 보의 접합부에서 국부좌굴이 발생할 위험이 있다.
따라서 도 4에 도시된 바와 같이 H형강 기둥(1)에 보강플레이트(12)를 결합할 경우 철골 프레임의 접합부에서 H형강 기둥(1)에 발생할 수 있는 국부좌굴을 방지하고, 브래킷(2)의 모멘트를 H형강 기둥(1)에 제대로 전달할 수 있다.
도 5는 본 발명에서 결합플레이트의 실시예를 도시한 정면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 기둥-보 접합 구조는 상기 제2결합플레이트(212)의 상단은 H형강 보(3) 측으로 하향 모따기 되어 있고, 제3결합플레이트(311)의 하단은 H형강 기둥(1) 측으로 상향 모따기가 되도록 구성할 수 있다.
철골 공사에서 보의 배치는 기둥의 설치 이후에 이루어진다.
따라서 본 발명의 기둥-보 접합 구조의 경우 한 쌍의 H형강 기둥(1)에 각각 설치된 브래킷(2)의 사이에 H형강 보(3)가 배치되게 된다.
이때 브래킷(2)과 H형강 보(3)가 밀착되는 것이 구조적으로 유리한데, 이로 인해 브래킷(2)과 H형강 보(3) 사이의 여유공간이 없어 H형강 보(3)의 삽입이 곤란할 수 있다.
특히 본 발명에서는 결합플레이트(211, 212, 311)가 부재의 상부 및 하부로 돌출 형성되므로 결합플레이트의 간섭에 의해 조립이 곤란해질 수 있다.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 제2결합플레이트(212)의 상단은 H형강 보(3) 측으로 하향 모따기를 하고, 제3결합플레이트(311)의 하단은 H형강 기둥(1) 측으로 상향 모따기를 하여 모따기 면을 이용해 한 쌍의 브래킷(2) 사이에 H형강 보(3)를 용이하게 삽입할 수 있다.
1 : H형강 기둥 11 : 일측 플랜지
12 : 보강플레이트 2 : 브래킷
21 : 상부플랜지 211 : 제1결합플레이트
212 : 제2결합플레이트 22 : 하부플랜지
23 : 웨브 24 : 보강웨브
25 : 보강플랜지 3 : H형강 보
311 : 제3결합플레이트

Claims (5)

  1. H형강 기둥(1);
    상부플랜지(21)와 하부플랜지(22) 및 상기 상부플랜지(21)와 하부플랜지(22)를 연결하는 웨브(23)로 구성되고, 일단에는 상기 H형강 기둥(1)의 일측 플랜지(11)와 볼트 결합되는 제1결합플레이트(211)가 구비되며, 타단에는 제2결합플레이트(212)가 구비되는 브래킷(2); 및
    단부에 상기 브래킷(2)의 제2결합플레이트(212)와 볼트 결합되는 제3결합플레이트(311)가 구비되는 H형강 보(3); 로 구성되되,
    상기 브래킷(2)은 상부플랜지(21)는 H형강 보(3) 길이방향과 평행하고, 하부플랜지(22)는 H형강 기둥(1)에서 H형강 보(3) 방향으로 상향 경사지게 형성되어 타단은 춤이 H형강 보(3)와 동일하고 H형강 기둥(1) 측으로 갈수록 춤이 커지며,
    상기 제1결합플레이트(211)와 H형강 기둥(1)의 일측 플랜지(11) 및 제2결합플레이트(212)와 제3결합플레이트(311)는 브래킷(2)의 상부플랜지(21) 및 하부플랜지(22) 각각의 상하로 볼트가 체결되고,
    상기 제2결합플레이트(212)의 상단은 H형강 보(3) 측으로 하향 모따기 되어 있으며, 제3결합플레이트(311)의 하단은 H형강 기둥(1) 측으로 상향 모따기 되어 있는 것을 특징으로 하는 기둥-보 접합 구조.
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