KR101715143B1 - 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥 및 그 시공방법 - Google Patents
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Abstract
콘크리트 충전 강관기둥(Concrete Filled Steel Tube: CFT)을 무용접 방식으로 조립 제작할 수 있도록 일자형 볼트조립슬롯(Slot)을 사용하는 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥 및 그 시공방법이 개시되며, 상기 콘크리트 충전 강관기둥은 경사볼트홈이 상,하로 이격되어 형성된 일자형 단부접합부가 전체 연장길이에 걸쳐 단부에 연장 형성된 외부강관; 연결볼트에 의하여 서로 이격 연결되어 연장 형성된 일자형 슬롯을 포함하며, 상기 외부강관의 일자형 단부접합부가 서로 맞접되면서 연통된 경사볼트홈에 상기 연결볼트가 삽입되도록 하여 외부강관들을 서로 일체화시키는 일자형 볼트조립슬롯; 상기 일체화된 외부강관 내부에 타설되어 양생된 콘크리트; 및 파형펀칭강판을 포함한다.
Description
본 발명은 콘크리트 충전 강관기둥에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 콘크리트 충전 강관기둥(Concrete Filled Steel Tube: CFT)을 무용접 방식으로 조립 제작할 수 있도록 일자형 볼트조립슬롯(Slot) 및 콘크리트 내부수분 통로를 용이하게 확보하기 용이한 파형펀칭강판을 이용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥 및 그 시공방법에 관한 것이다.
콘크리트 충전 강관기둥(Concrete Filled Tube: CFT)은 폐쇄형의 강관 기둥 내부에 콘크리트를 충전한 구조체로서, 강성, 내력, 변형 등 구조적으로 안정하고 내화, 시공 등에서 우수한 장점을 갖는 구조체이다.
이러한 CFT는 폐단면부재로서 휨모멘트를 부담하는 강관이 외측에 있고, 축력을 부담하는 콘크리트가 내측에 있어 강관이 내부 콘크리트를 구속하거나, 또한, 콘크리트가 강관의 국부좌굴을 막아주는 효과로 인하여 강도와 에너지 흡수 능력이 다른 구조체에 비해 우수하다는 장점이 있다.
이러한 CFT는 그 소재인 강관이 특별한 제작설비를 갖춘 대형 공장에서 용접 과정을 통하여 생산되어야 하기 때문에 제작비용이 과다하게 소요된다는 문제점이 있다.
한편, 도 1a는 종래 일반적인 콘크리트 충전 강관기둥의 실험체 형상을 예시하는 도면이다.
도 1a는 이러한 CFT가 실험체로 제작된 것을 예시하며, 이러한 실험체(1)로 사용되는 콘크리트 충전 강관기둥은 상부덧판, 엔드 플레이트(End Plate), 콘크리트(Concrete) 및 강관(Steel) 등을 포함하는 구조체로 제작되며, 이러한 CFT 시험체는 그 상부에 콘크리트를 타설하여 양생한 후 표면을 그라인딩한 후 상부 엔드 플레이트를 용접한 것을 나타낸다.
이러한 CFT의 경우, 내화 성능에 영향을 주는 인자는 하중재하 축력비, 기둥 강도, 단면 크기 및 경계조건으로 도출될 수 있고, 이러한 4가지의 내화성능 영향인자에 대해 그 정도를 분석해보면,
예컨대, 단면형상 360×360×9mm의 24MPa 콘크리트 강도조건(360-24-0.9)에서 CFT의 하중 축력비에 따른 내화성능을 분석한 결과,
콘크리트 내력만으로 계산한 축력비 0.9의 경우 33분에 기준을 초과하였으며, 이때의 변형량은 16.2mm이고, 변형율은 13mm/분으로 측정되었다.
또한, 축력비 0.6의 경우(360-24-0.6), 106분에 허용 변형량을 초과하였으며, 최대 변형량은 10.5mm로 변형율은 0.5mm/분으로 도출되었다.
또한, 축력비 0.2(360-24-0.2)의 경우에는, 180분 내화성능을 확보하는 것으로 측정되었으며,
이것은 강재에 의한 CFT의 팽창과 고정단 조건에서의 볼트에 의한 구속효과와 콘크리트 열팽창에 의한 하중분담 현상이 발생하였기 때문으로 판단된다.
이때 축력비에 따른 내화성능을 비교한 결과, 축력비를 0.9에서 0.6으로 조정할 경우, 약 70분 정도의 내화성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났으며, 축력비를 0.2이하로 조정할 경우, KS F 2257-1의 기준에 의거하여 최대 180분 내화성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
나아가 기존 CFT 구조는 외벽이 폐쇄형의 얇은 강판으로 되어 있기 때문에, 화재가 발생할 경우, 얇은 강판을 통해 대부분의 열이 콘크리트 내부로 전달되고, 이로 인해 콘크리트 내부의 수분에 의한 수증기 압력이 급격하게 증가함으로써, CFT의 변형을 유발할 수 있다는 문제점이 있었다.
한편, 고강도 콘크리트를 이용하는 CFT 의 경우, 콘크리트 내부 수증기에 의한 폭렬이 유발되는 문제점이 있고, 이로 인해 다수의 용접부위가 노출되는 강관은 화재에 매우 취약하다는 문제점이 있게 된다.
도 1b는 종래의 기술에 따른 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재를 나타내는 도면이다.
즉, 종래의 기술에 따른 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재(20)는, 철판을 절곡 성형한 단위부재(20a) 복수 개를 조립하여 내부가 빈 폐쇄형의 원형 또는 각형 튜브 형상의 단면을 갖는 철골부재로 완성하는데 특징이 있다.
다시 말해, 철판을 절곡 성형하여 튜브의 단면 일부와 일치하는 형상을 갖는 면형성부(21a)와 상기 면형성부(21a)의 양단부에서 튜브의 내부를 향해 절곡된 절곡부(22a)를 포함하도록 형성시킨 단위부재(20a)를 복수 개 준비하고,
단위부재(20a) 상호간을 절곡부(22a)가 서로 맞닿도록 배치한 후 접합함으로써 내부가 빈 폐쇄형의 단면을 갖는 철골부재를 완성한다.
이때, 단위부재(20a)에서 면형성부(21a)와 절곡부(22a)가 만나는 절곡모서리는 철판의 절곡성형 과정에서 자연스럽게 라운드형으로 처리되기 마련이므로, 단위부재(20a) 상호간을 절곡부(22a)가 서로 맞닿도록 배치하면 절곡모서리가 만나는 부분은 면형성부(21a)보다 들어간 형태의 함몰부(23a)로 형성된다.
하지만, 이러한 종래의 기술에 따른 절곡성형 철판을 이용한 조립식 폐쇄형 철골부재의 경우, L형 단위부재 4개를 연결하여 용접하는 구조로서, 화재 시 용접 부위가 가장 취약한 부분으로 용접재의 녹음 현상으로 인해 용접부위에서의 파단으로 인해 강관의 터짐 현상이 발생할 수 있다는 문제점이 있게 된다.
다른 종래 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-991337호에는 "리브강관을 사용한 중공 CFT 제작공법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데,
이러한 종래의 기술에 따른 원심력 중공 리브강관 CFT(30)는, 콘크리트 파일과 동일하게 강관 내부에 철근망을 삽입한 후 콘크리트를 충전하고, 이후 원심력을 이용하여 다짐으로써 중공 원형단면을 형성한다.
이때, 한 쌍의 반원형 강관은 양단을 동일하게 반원형의 내부로 구부려서 ㄷ형 리브를 조성하고, 두 개의 반원형이 원형을 이루도록 서로 맞대었을 때 등대고 있는 두 쌍의 ㄷ형 리브를 한 쌍씩 묶어주도록 한 쌍의 작은 C형강을 끼워, 두 개의 반원형 강관이 한 개의 원형 강관으로 제작된다.
하지만, 이러한 종래의 기술에 따른 원심력 중공 리브강관 CFT의 경우, 강관자체만을 결합시키는 방안으로서, 그 결속력이 약하고 콘크리트 내부에의 결합 깊이가 적다는 문제점이 있다. 또한, C형강만으로 구속하는 것은, 화재시 외부강관에의 콘크리트 내부압력의 집중으로 인해 CFT 강관의 터짐 현상을 유발할 수 있다는 문제점이 있다.
이에 종래 다른 콘크리트 충전 강관기둥(Concrete Filled Tube: CFT)이 도 1c에 소개되어 있다.
즉, 도 1c와 같이, 일체형 강판에 다공형관통부(52)를 형성하고, 양 단면의 접합단부가 T-형상 절곡부로 되도록 굴곡하여 인입시킨 외부강관(51); 상기 T-형상 절곡부가 삽입되도록 상기 T-형상 절곡부의 형상에 대응하도록 형성되는 슬롯(Slot,54); 상기 T-형상 절곡부(53)를 구속하는 구속구(55); 및 상기 T-형상 절곡부가 상기 슬롯에 삽입된 상태에서 상기 외부강관 내에 충전 타설된 후 양생시키는 콘크리트(56)를 포함하되, 상기 외부강관(51)은 상기 슬롯(54)에 의해 무용접 방식으로 접합되도록 하여 슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥(50)도 소개되어 있다.
이에 외부강관의 접합단부가 T-형상 절곡부가 되도록 굴곡하여 인입시키고, 슬롯을 슬라이딩 방식으로 T-형상 절곡부에 삽입함으로써 무용접 시공할 수 있어 용접 시공 과정을 생략함으로써 CFT의 시공 시간을 단축시킬 수 있으며, 콘크리트 충전 강관기둥의 외부강관에 다공형관통부를 형성하여 콘크리트 충전 강관기둥의 내화 성능을 확보할 수 있다는 장점이 있게 된다.
하지만 상기 슬롯(44)의 경우 얇은 박판을 사용하더라도 소요의 내부공간을 가진 ㄷ자 형태로 절곡하기 위해서는 소요의 절곡장비가 필요한데, 품질관리가 가능한 상기 절곡장비를 제작하는 데는 사실상 많은 비용과 노력이 요구되어 콘크리트 충전 강관기둥(Concrete Filled Tube: CFT)의 제작이 매우 어렵다는 현실적인 문제점이 있었다.
나아가 또 다른 조립 슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥도 소개되어 있다.(특허 제 10-1611868호: 볼트형 조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥)
즉, 도 1d와 같이, 콘크리트 충전 강관기둥(CFT,10)에 있어서, 다공형관통부(12)가 형성된 강판의 양 단면의 접합단부가 T-형상 절곡부(13)로 형성 되도록 굴곡하여 인입된 외부강관(11); 상기 T-형상 절곡부(13)가 삽입 체결되도록 상기 T-형상 절곡부의 형상에 대응하도록 형성되는 조립 슬롯(14); 및 상기 T-형상 절곡부(13)가 상기 조립 슬롯에 삽입 체결된 상태에서 외부강관 내에 충전 타설된 후 양생시키는 콘크리트(15);를 포함하여, 상기 외부강관(11)은 상기 조립 슬롯(14)에 의해 무용접 방식으로 접합되도록 하며,
상기 조립 슬롯(14)은 서로 이격된 제1 및 제2 접합판(15,16) 사이에 설치된 베어링(17)에 의하여 이격공간(S)이 형성되도록, 외부강관의 절곡된 접합단부(E)가 상기 이격공간(S)에 수평으로 끼워지도록 서로 수평으로 이격되어 배치된 2개의 제 1접합판(15); 상기 각각의 제 1접합판(15)으로부터 베어링(17)에 의하여 이격공간이 형성되도록 배치된 제 2접합판(16); 및 제1,2 접합판 사이에 형성된 베어링(17)을 관통하여 볼트부가 제 2접합판(16)에 너트(19)에 의하여 고정된 연결볼트(18);를 포함하도록 형성되도록 한 것이다.
하지만 상기 연결볼트(18)와 너트(19)를 일일이 다수 체결 설치하다 보니 실제 작업공간이 협소하여 작업능률이 저하될 수밖에 없어 보다 간단한 형태로 제작할 수 있고, 폭력 제어가 보다 용이한 조립 슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥이 필요하게 되었다.
나아가 상기 다공형관통부(12)는 외부강관(11)에 다수가 형성되어 있음을 알 수 있는데, 이러한 다공형관통부(12)는 콘크리트와 접함에 있어서 내부수분 통로 역할을 해야 하는데 실제 다공형관통부(12) 주위의 콘크리트는 화염에 노출되는 표피 부근이라 아무래도 취약할 수밖에 없어 이에 대한 보강이 필요하지만 외부강관(11)은 박판으로 제작하는 경우가 많아 이를 해결할 수 있는 수단이 필요하게 되었다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 콘크리트 충전 강관기둥(CFT)의 외부강관의 단부접합부를 절곡시켜 일자형으로 맞접되도록 하여 인입시키고, 이러한 외부강관의 단부접합부의 경사볼트홈에 연결볼트가 수평체결된 일자형 볼트조립슬롯을 간단하게 삽입시켜 일체화시킴으로서 외부강관을 서로 무용접 시공할 수 있는 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 콘크리트 충전 강관기둥의 외부강관에 접합슬롯이 형성되지 않은 기둥면에는 다공형관통부를 형성되도록 하여 효율적인 콘크리트 내부 수중기압 배출통로가 확보될 수 있는 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 다공형관통부가 형성된 외부강관 내측면에 파형펀칭강판을 더 부착 고정시켜 상기 다공형관통부의 주변 콘크리틀르 보강하여 콘크리트를 통해 다공형관통부에 수분전달통로를 안정적으로 확보할 수 있는 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
경사볼트홈이 상,하로 이격되어 형성된 일자형 단부접합부가 전체 연장길이에 걸쳐 단부에 연장 형성된 외부강관; 연결볼트에 의하여 서로 이격 연결되어 연장 형성된 일자형 슬롯을 포함하며, 상기 외부강관의 일자형 단부접합부가 서로 맞접되면서 연통된 경사볼트홈에 상기 연결볼트가 삽입되도록 하여 외부강관들을 서로 일체화시키는 일자형 접합슬롯; 및 상기 일체화된 외부강관 내부에 타설되어 양생된 콘크리트;를 포함하는 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제공한다.
바람직하게는,
상기 일자형 단부접합부와 일자형 접합슬롯이 형성되지 않은 외부강관에 다공형관통부가 더 형성되도록 하는 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제공한다.
또한 바람직하게는,
상기 다공형관통부가 형성된 외부강관의 내측면에는 다공형관통부 주위의 콘크리트를 보강하여 연장 형태에 의하여 내부 콘크리트의 수증기압 배출통로가 단순화되면서 다공형관통부로 수분배출 통로가 방해되지 않도록 ㄷ자 단면 형태로 인접한 펀칭강판이 서로 파형을 이루도록 형성된 파형펀칭강판을 더 설치하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제공한다.
또한 바람직하게는,
상기 외부강관의 양 단부면에는 베이스플레이트가 더 형성되도록 하는 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제공한다.
또한 바람직하게는,
상기 연결볼트는 볼트부가 상,하 경사볼트홈에 서로 대향되도록 연장시켜 콘크리트와의 합성 성능을 확보할 수 있도록 하는 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제공한다.
또한 바람직하게는,
상기 일자형 접합슬롯은 일자형 슬롯이 서로 마주보도록 형성된 수직판 형태로서, 일자형 슬롯은 미리 연결볼트에 의해 조립되도록 하여, 미리 조립된 일자형 슬롯의 연결볼트를 서로 맞접된 일자형 단부접합부의 경사볼트홈에 삽입하여 상기 연결볼트가 외부강관의 가열면과 수평으로 배치되도록 하는 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제공한다.
또한 바람직하게는,
(a) 경사볼트홈이 상,하로 이격되어 형성된 일자형 단부접합부가 전체 연장길이에 걸쳐 단부에 연장 형성된 외부강관; 연결볼트에 의하여 서로 이격 연결되어 연장 형성된 일자형 슬롯을 포함하며, 상기 외부강관의 일자형 단부접합부가 서로 맞접되면서 연통된 경사볼트홈에 상기 연결볼트가 삽입되도록 하여 외부강관들을 서로 일체화시키는 일자형 볼트조립슬롯(130); 및 상기 일체화된 외부강관 내부에 타설되어 양생된 콘크리트;를 포함하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제작하는 단계; 및 (b) 상기 제작된 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 바닥에 수직으로 설치하는 단계;를 포함하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥 시공방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 외부강관을 예컨대 한쌍의 강판으로 제작하고, 외부강관의 양 단부접합부를 절곡시켜 일자형으로 서로 맞접되도록 인입 형성시키고, 일자형 볼트조립슬롯에 일체로 체결된 연결볼트를 외부강관의 단부접합부에 상,하 이격시켜 형성시킨 경사볼트홈에 삽입함으로서 연결볼트가 가열면과 수평하게 배치되면서도 간단하게 한쌍의 CFT 외부강관을 조립 제작 및 시공함으로서 내화성능이 향상된 CFT를 무용접 시공할 수 있다.
이에 따라 본 발명은 용접 시공 과정을 생략함으로써 구조성능이 우수하면서도 내화성능을 확보할 수 있는 CFT의 제작 및 시공 시간을 단축시킬 수 있으며 외부강관의 단부접합부 구조가 매우 간단하여 제작이 용이하면서도, 원활한 콘크리트 내부 수증기압 배출통로를 확보할 수 있어 보다 경제적이 효율적인 내화성능이 향상된 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제공할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 외부강관의 외부강관에 다공형관통부를 형성하되 다공형관통부를 제한적인 기둥면에 형성시켜 외부강관 제작비용이 절감될 수 있도록 하여 보다 효율적이고 경제적인 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제공할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면 외부강관에 형성된 다공형관통부의 주변 콘크리트를 보강하여 콘크리트를 통해 다공형관통부에 수분전달통로를 안정적으로 확보할 수 있는 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제공할 수 있게 된다.
도 1a는 일반적인 콘크리트 충전 강관기둥의 실험체 형상을 예시하는 도면이다.
도 1b는 종래의 기술에 따른 원심력 중공 리브강관 CFT의 단면도이다.
도 1c는 종래의 기술에 따른 슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥예시도,
도 1d는 종래의 기술에 따른 다른 슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥예시도,
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 의한 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥의 구성사시도, 발췌단면도, 결합구성도,
도 3은 본 발명에 의한 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥과 종래 강관기둥의 콘크리트 내부 수증기압 배출통로 예시도,
도 4는 본 발명의 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥의 완성사시도를 도시한 것이다.
도 1b는 종래의 기술에 따른 원심력 중공 리브강관 CFT의 단면도이다.
도 1c는 종래의 기술에 따른 슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥예시도,
도 1d는 종래의 기술에 따른 다른 슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥예시도,
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 의한 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥의 구성사시도, 발췌단면도, 결합구성도,
도 3은 본 발명에 의한 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥과 종래 강관기둥의 콘크리트 내부 수증기압 배출통로 예시도,
도 4는 본 발명의 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥의 완성사시도를 도시한 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[ 본 발명의 일자형 볼트조립슬롯 ]
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 의한 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥의 구성사시도, 발췌단면도, 결합구성도, 도 3은 본 발명에 의한 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥과 종래 강관기둥의 콘크리트 내부 수증기압 배출통로 예시도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥(CFT, 100)은, 도 2a, 도 2b 및 도 2c와 같이 외부강관의 일자형 단부접합부(111)가 형성된 외부강관(110), 다공형관통부(120), 일자형 볼트조립슬롯(130), 경사볼트홈(140), 콘크리트(150), 연결볼트(160), 베이스플레이트(170) 및 파형펀칭강판(180)을 포함한다.
상기 외부강관(110)은 도 2a 및 도 2b와 같이 일정한 연장길이(L)와 폭(W)을 가진 강판 한 쌍을 중공관의 형태로 서로 결합되도록 제작하게 된다. 이러한 외부강관(110)의 형상은 각형으로 외경은 다양하게 정할 수 있다(예컨대, 500*500*3000mm, 6T, SS400 규격).
이때 각 강판의 양 단부를 직각으로 절곡시켜 형성시킨 외부강관의 일자형 단부접합부(111)가 인입(일체화된 외부강관 내측으로 돌출 연장)되도록 가공하게 된다.
이로서 상기 일자형 단부접합부(111)는 외부강관(110)의 단부 전체 연장길이에 걸쳐 연장 형성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 외부강관의 일자형 단부접합부(111)는 양 분할된 외부강관(110)을 서로 연결시키는 연결부 역할을 하면서,
도 3과 같이 내부 콘크리트의 수증기압 배출통로 역할도 하게 되고,
상기 서로 맞접된 외부강관의 일자형 단부접합부(111)에는 도 2c와 같이 경사볼트홈(140)이 일정 각도를 가지고 상,하로 각각 형성되어 서로 연통됨으로서
일자형 볼트조립슬롯(130)에 미리 설치된 연결볼트(160)를 삽입시키는 작업 만으로 양 외부강관(110)을 서로 일체화 시킬 수 있도록 하게 된다.
이러한 일자형 단부접합부(111)는 외부강관(110)의 접합단부를 단순히 일자형으로 절곡시키는 것만으로 형성시킬 수 있으므로 외부강관의 제작 및 절곡비용이 매우 절감되는 효과가 있게 된다.
이때 상기 외부강관(110)은 다공형관통부(120)가 더 형성되어, 화재 시 발생하는 상기 콘크리트(150) 내부의 수증기 압력을 외부로 배출시킬 수 있게 된다.
즉, 상기 외부강관(110)에는 화재시의 압력 상승을 방지하기 위하여 내부 콘크리트의 수증기압 배출 구멍인 다공형관통부(120)를 상하로 적어도 1개 이상을 설치하도록 하되 외부강관의 단부접합부(111)와 일자형 볼트조립슬롯(130)이 형성되지 않은 외부강관(110)에만 형성시킴으로서 다공형관통부(120)를 형성시키기 위한 노력과 비용을 절감할 수 있도록 하게 된다.
이때 상기 다공형관통부(120)의 직경 및 형성 개수를 조절하여 충전된 콘크리트(150)가 다공형관통부(120)에 의하여 외부로 누출되지 않도록 하게 된다.
이로서 도 3과 같이 상기 외부강관의 일자형 단부접합부(111)에 삽입된 일자형 볼트조립슬롯(130)은 종래 T자형 접합슬롯과 대비하여 내부 콘크리트의 수증기압 배출통로가 구조적으로 훨씬 간단해지기 때문에 보다 효율적인 내부 콘크리트의 수증기압 배출통로 확보를 통한 내화성능이 향상된 CFT(100) 제공이 가능하게 된다.
이러한 일자형 볼트조립슬롯(130)은 도 2a, 도 2b 및 도 2c와 같이, 2개의 일자형 슬롯(131)이 서로 마주보도록 형성된 수직판 형태로서, 2개의 일자형 슬롯(131)은 연결볼트(160)에 의하여 서로 이격되어 결합된 상태로 형성된 것임을 알 수 있다.
이에 일자형 볼트조립슬롯(130)은 미리 연결볼트(160)에 의해 조립된 것이므로 외부강관의 일자형 단부접합부으로의 설치 작업이 매우 단순해지게 된다.
이러한 연결볼트(160)는 서로 맞접된 일자형 단부접합부(111)를 서로 연결시켜 주면서, 콘크리트(150)의 합성성능을 증진(일종의 전단연결재)시키고, 가열면과 수평으로 배치되므로 내부 콘크리트의 수증기압 배출통로가 단순화되어 매우 효율적으로 내화성능 확보가 가능하게 된다.
구체적으로 살펴보면, 도 2c와 같이 외부강관의 일자형 단부접합부(111)에는 경사볼트홈(140)이 각각 연통되도록 형성되어 있어 미리 조립된 일자형 볼트조립슬롯(130)의 연결볼트(160)를 상기 경사볼트홈(140)에 삽입 시키는 것만으로 간단하게 일자형 볼트조립슬롯(130)을 외부강관의 일자형 단부접합부에 설치 완료될 수 있도록 하게 된다.
또한 경사볼트홈에 삽입된 연결볼트(160)는 경사져 일자형 단부접합부에 삽입되어 있으므로 콘크리트(150) 타설 시 등에 있어 이탈을 보다 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
나아가 연결볼트(160)의 설치개수에 따른 외부강관 접합단부의 접합성능을 용이하게 조절 할 수 있게 되며 외부강관(110)을 무용접 일체화시킬 수 있다.
또한 상기 경사볼트홈(140)에 삽입되어 삽입된 연결볼트(160)는 볼트부가 상,하 경사볼트홈(140)에 있어 서로 대향되도록 연장(서로 반대방향으로 연장)시켜 콘크리트(150)와의 합성 성능을 보다 효과적으로 확보할 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 연결볼트(160)는 가열면(외부강관)에 대하여 수평으로 연장되어 있어 도 3과 같이 내부 콘크리트의 수증기압 배출통로가 맞접된 외부강관의 일자형 단부접합부(111)와 일자형 볼트조립슬롯(130)을 경유하여 가열면으로 유도되도록 하고 있음을 알 수 있다.
또한 화재 시 외부강관(110)의 급격한 국부 좌굴이 발생할 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥(CFT, 100)은 연결볼트(160)의 볼트부가 상,하 경사볼트홈(140)에 있어 서로 대향되도록 연장시켜 국부좌굴에 대한 저항성능이 증진되어 CFT가 가능한 서서히 변형되도록 유도할 수 있어 구조성능도 확보될 뿐만 아니라 내화성능도 충분히 확보할 수 있게 된다.
상기 콘크리트(150)는 일자형 볼트조립슬롯(130)이 연결볼트(160)에 삽입된 상태에서 상기 외부강관(110) 내에 충전 타설된 후 양생되도록 하여 형성시키게 된다. 구체적으로, 상기 외부강관(110) 내에 충전되는 콘크리트(150)는 통상적인 콘크리트 시방서에 정의된 보통골재를 사용하며, 예를 들면, 상기 콘크리트(150)의 설계기준강도는 240kgf/cm2이상 400kgf/cm2 이하로 한다. 단, 신뢰할 수 있는 기관에서 400kgf/cm2 이상의 콘크리트에 의한 내화성능 평가 결과에 있을 경우, 이를 적용할 수 있다.
또한 외부강관(110)의 일단면에는 베이스플레이트(170)를 더 형성시켜 자립 설치에 유리하도록 하게 되며 외부강관(110)의 양 단부에 수평판 형태로 형성시키되 보강편을 이용하여 기둥부재로서 설치가 용이하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 파형펀칭강판(180)은 외부강관(110) 내측면에 다공형관통부(120) 주위의 콘크리트를 감싸는 형태로 형성되도록 부착 고정되어 콘크리트(150)의 합성성능을 증진(일종의 전단연결재)시키고, 가열면과 수평으로 배치되므로 일자형 볼트조립슬롯(130)가 형성되지 않은 부위에 있어 다공형관통부(120) 주위의 콘크리트를 보강하여 연장 형태에 의하여 내부 콘크리트의 수증기압 배출통로가 단순화되면서 다공형관통부(120)로 수분배출 통로가 방해되지 않도록 하게 된다.
이에 외부강관의 내측면에 ㄷ자 단면 형태로 인접한 펀칭강판이 서로 파형을 이루도록 설치되며 관통홀에 의하여 콘크리트 충전이 용이하도록 하게 된다.
이러한 파형펀칭강판(180)을 미리 파형으로 형성되도록 하여 외부강관(110)에 일체로 부착고정시키게 되면 보다 신속한 부착작업이 가능하게 된다.
이로서 본 발명의 실시예에 따른 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥(CFT, 100)은, 내부 콘크리트의 수증기압 배출이 가능한 CFT로서, 콘크리트 내부의 수증기압을 효율적으로 배출 제거함으로써 내화 성능을 확보할 수 있도록 한 것으로서, 일자형 단부접합부(111)를 간단하게 절곡시켜 형성시키고, 이러한 일자형 단부접합부(111)의 경사볼트홈(140)에 연결볼트(160)가 미리 설치된 일자형 볼트조립슬롯(130)을 상기 경사볼트홈(140)에 삽입하는 것만으로 간단하게 CFT 외부강관의 일체화가 가능하도록 한 것임을 알 수 있다.
[ 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥(100) ]
도 4는 본 발명의 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥의 완성사시도를 도시한 것이다.
이때 본 발명의 실시예에 따른 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥(100)에서, 외부강관(110)의 형상이 각형인 것으로 도시되었지만, 이에 국한되지 않음은 살펴본 바와 같다.
본 발명의 실시예에 따른 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥에 따르면, 콘크리트(150)가 충전되는 외부강관(110)의 인입된 일자형 단부접합부(111)가 형성된 일자형 볼트조립슬롯(130)과 경사볼트홈(140) 및 연결볼트(160)로 일체화시켜 제작함으로써 상기 콘크리트(150)와 외부강관(110)의 합성 효과를 증대시킬 수 있고,
이러한 합성 효과를 통해 상대적으로 내화 성능이 높은 콘크리트(150)를 통해서 화재가 발생할 때 외부로 노출되는 외부강관(110)의 내력 저하 문제를 해결할 수 있다.
이에 본 발명의 CFT(100) 제작 순서를 살펴보면 먼저 외부강관(110)에 다공형관통부(120)를 형성한다.
즉, 인입된 일자형 단부접합부를 일자형 볼트조립슬롯(130)이 형성되지 않은 외부강관(110)에 다공형관통부(120)가 형성됨으로써, 전술한 바와 같이, 화재시 발생하는 상기 콘크리트(150) 내부의 수증기 압력을 상기 다공형관통부(120)를 통해 배출시킬 수 있다.
예를 들면, 일반적인 하중조건(하중비: 0.6)에서 약 100분 정도의 내화 성능을 보임으로써, 내부 콘크리트의 수증기압 배출통로를 효과적으로 외부로 유도시켜 내화 성능을 증대시킬 수 있으며 다공형관통부(120)는 일자형 볼트조립슬롯이 형성되지 않은 외부강관에 다수를 이격 형성시켜 CFT 제작비용의 절감이 가능하게 된다.
이에 상기 외부강관(110)의 양 단부가 일자형이 되도록 절곡시켜 일자형 단부접합부를 외부강관 내측으로 인입시키고, 앞서 살펴본 파형펀칭강판(180)을 부착 고정시키게 된다.
다음으로, 상기 일자형 단부접합부(111)에 형성시킨 경사볼트홈(140)에 일자형 볼트조립슬롯(130)에 미리 설치된 연결볼트(160)를 삽입하여 수평으로 연장되도록 설치하게 된다.
이에 외부강관(110)이 상기 일자형 단부접합부(111), 일자형 볼트조립슬롯(130), 연결 볼트홈(140) 및 연결볼트(160)에 의해 무용접 방식으로 접합된다.
다음으로, 상기 일자형 볼트조립슬롯(130), 경사볼트홈(140) 및 연결볼트(160)에 의하여 외부강관이 서로 일체화된 상태에서 상기 외부강관(110) 내측에 콘크리트(150)를 충전 타설하고 양생시킴으로써, 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제조를 간단하게 완료시키게 된다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥에 따르면, CFT 외부강관의 단부접합부가 일자형으로 절곡하여 인입시키고, 미리 설치된 일자형 볼트조립슬롯의 연결볼트를 일자형 단부접합부에 형성된 결사볼트홈에 삽입시키는 방식으로 무용접 시공할 수 있다.
이에 따라 용접 시공 과정을 생략함으로써 CFT의 시공 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 콘크리트 충전 강관기둥의 외부강관에 제한된 다공형관통부를 형성하여 콘크리트 충전 강관기둥의 내화 성능을 확보할 수 있다. 이에 따라 콘크리트 내부의 수증기압을 효율적으로 제거할 수 있다.
[ 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥(100) 시공방법]
본 발명에 의한 일자형 볼트조립슬롯을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥(100) 시공방법은
먼저, 경사볼트홈(140)이 상,하로 이격되어 형성된 일자형 단부접합부(111)가 전체 연장길이에 걸쳐 단부에 연장 형성된 외부강관(110); 연결볼트(160)에 의하여 서로 이격 연결되어 연장 형성된 일자형 슬롯(131)을 포함하며, 상기 외부강관(110)의 일자형 단부접합부(111)가 서로 맞접되면서 연통된 경사볼트홈(140)에 상기 연결볼트(160)가 삽입되도록 하여 외부강관들을 서로 일체화시키는 일자형 볼트조립슬롯(130); 및 상기 일체화된 외부강관(110) 내부에 타설되어 양생된 콘크리트(150);를 포함하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제작하게 된다.
이러한 충전 강관기둥 제작은 공장에서 미리 이루어지게 되며, 제작된 충전 강관기둥은 현장에 반입된다.
이에 제작된 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 바닥에 수직으로 설치하여 최종 본 발명의 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥 시공방법이 완성될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 콘크리트 충전 강관기둥(CFT)
110: 외부강관
111: 일자형 단부접합부
120: 다공형관통부
130: 일자형 볼트조립슬롯
131: 일자형 슬롯
140: 경사볼트홈
150: 콘크리트
160: 연결볼트
170: 베이스플레이트 180: 파형펀칭강판
110: 외부강관
111: 일자형 단부접합부
120: 다공형관통부
130: 일자형 볼트조립슬롯
131: 일자형 슬롯
140: 경사볼트홈
150: 콘크리트
160: 연결볼트
170: 베이스플레이트 180: 파형펀칭강판
Claims (7)
- 경사볼트홈(140)이 상,하로 이격되어 형성된 일자형 단부접합부(111)가 전체 연장길이에 걸쳐 단부에 연장 형성된 외부강관(110);
연결볼트(160)에 의하여 서로 이격 연결되어 연장 형성된 일자형 슬롯(131)을 포함하며, 상기 외부강관(110)의 일자형 단부접합부(111)가 서로 맞접되면서 연통된 경사볼트홈(140)에 상기 연결볼트(160)가 삽입되도록 하여 외부강관들을 서로 일체화시키는 일자형 볼트조립슬롯(130); 및 상기 일체화된 외부강관(110) 내부에 타설되어 양생된 콘크리트(150);를 포함하며,
상기 일자형 볼트조립슬롯(130)은 일자형 슬롯(131)이 서로 마주보도록 형성된 수직판 형태로서, 일자형 슬롯(131)은 미리 연결볼트(160)에 의해 조립되도록 하여, 미리 조립된 일자형 슬롯(130)의 연결볼트(160)를 서로 맞접된 일자형 단부접합부(111)의 경사볼트홈(140)에 삽입하여 상기 연결볼트가 외부강관의 가열면과 수평으로 배치되도록 하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥. - 제 1항에 있어서,
상기 일자형 단부접합부(111)와 일자형 볼트조립슬롯(130)이 형성되지 않은 외부강관에 다공형관통부(120)가 더 형성되도록 하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥. - 제 2항에 있어서,
상기 다공형관통부(120)가 형성된 외부강관(110)의 내측면에는 다공형관통부(120) 주위의 콘크리트를 보강하여 연장 형태에 의하여 내부 콘크리트의 수증기압 배출통로가 단순화되면서 다공형관통부(120)로 수분배출 통로가 방해되지 않도록 ㄷ자 단면 형태로 인접한 펀칭강판이 서로 파형을 이루도록 형성된 파형펀칭강판(180)을 더 설치하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥. - 제 1항에 있어서,
상기 외부강관(110)의 양 단부면에는 베이스플레이트(170)가 더 형성되도록 하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥. - 제 1항에 있어서,
상기 연결볼트(160)는 볼트부가 상,하 경사볼트홈에 서로 대향되도록 연장시켜 콘크리트와의 합성 성능을 확보할 수 있도록 하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥. - 삭제
- (a) 경사볼트홈(140)이 상,하로 이격되어 형성된 일자형 단부접합부(111)가 전체 연장길이에 걸쳐 단부에 연장 형성된 외부강관(110); 연결볼트(160)에 의하여 서로 이격 연결되어 연장 형성된 일자형 슬롯(131)을 포함하며, 상기 외부강관(110)의 일자형 단부접합부(111)가 서로 맞접되면서 연통된 경사볼트홈(140)에 상기 연결볼트(160)가 삽입되도록 하여 외부강관들을 서로 일체화시키는 일자형 볼트조립슬롯(130); 및 상기 일체화된 외부강관(110) 내부에 타설되어 양생된 콘크리트(150);를 포함하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 제작하는 단계; 및
(b) 상기 제작된 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥을 바닥에 수직으로 설치하는 단계;를 포함하는 일자형 볼트조립슬롯 및 파형펀칭강판을 사용한 무용접 방식의 콘크리트 충전 강관기둥 시공방법.
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