KR101825580B1 - 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보 - Google Patents

철골-프리캐스트 콘크리트 합성보 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철골을 적게 사용하면서 전단력 및 휨모멘트를 강화할 수 있는 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보에 관한 것이다.
본 발명의 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보는 철골부; 상기 철골부의 양쪽 단부에 모멘트 형상에 따라 제공되는 보강철골부; 상기 철골부 및 보강철골부에 일체로 형성되는 프리캐스트 콘크리트부를 포함하는 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보를 제공한다.

Description

철골-프리캐스트 콘크리트 합성보{STEEL AND PRECAST CONCRETE HYBRID BEAM}
본 발명은 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철골을 적게 사용하면서 전단력 및 휨모멘트를 강화할 수 있는 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보에 관한 것이다.
일반적으로 건축물은 수직하중을 지탱하는 기둥과, 이 기둥에 연결되어 건축물의 상부 하중을 지탱하기 위한 보(Beam)를 포함한다.
이러한 기둥과 보는 건축물의 설계 및 시공에 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나인데, 특히 보는 휨과 전단에 의해 하중을 지지하는 구조재의 역할을 한다.
보는 휨과 전단에 의한 응력과 변형을 충분히 견딜 수 있어야하고, 수평부재로 이용되므로 처짐에 대한 충분한 강도를 가져야 한다.
보는 H형강이나 I형강과 같은 철골로 이루어지거나 또는 철근콘크리트로 이루어진 것이 많이 사용되고 있으며, 철골보는 연결부위를 용접이나 볼트와 너트를 이용하여 간단하게 연결할 수 있어 시공이 간편하지만, 철근콘크리트로 이루어진 보에 비하여 가격이 비싸며, 화재에 약하므로 내화피복 및 마감 등의 후속 공사가 필요하다.
또 다른 형태로 철골과 철근콘크리트의 구조적인 장점을 활용하여 두 부재를 일체화시킨 철골-프리캐스트 콘크리트(Precast Concrete) 합성보가 알려져 있다.
철골-프리캐스트 콘크리트 합성보는 철골 외측에 철근콘크리트를 일체화시킨 구조로 이루어지는데, 이러한 합성보는 휨 강성이 철골만으로 이루어질 때에 비하여 상당히 높고, 철근콘크리트보에 비하여 중량을 감소시킬 수 있는 등의 장점이 있다.
그러나 이와 같은 종래의 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보는 철골이 콘크리트에 완전히 매입되는 구조이므로 기둥과 연결 할 수 없고, 기둥과 연결하려면 양쪽 끝단부의 콘크리트를 제거하여 철골을 노출시킨 후, 이 철골에 볼트 들을 체결할 수 있도록 구멍을 뚫어야 한다.
또한 철골과 콘크리트는 보 전체에 걸쳐 동일한 형상 및 동일한 단면으로 이루어지므로 장스팬이나 고하중용과 같이 큰 휨강성이 요구되는 경우 철골 단면두께가 더 두꺼운 것을 사용해야하고, 이와 아울러 콘크리트의 두께도 전체적으로 더 두껍게 형성하여 제작해야 한다.
한국공개특허공보 제10-2013-0078928호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 철골을 적게 사용하면서 전단력 및 휨모멘트를 강화할 수 있는 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보를 제공하는데 있다.
본 발명이 제안하는 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보는 철골부; 상기 철골부의 양쪽 단부에 모멘트 형상에 따라 제공되는 보강철골부; 상기 철골부 및 보강철골부에 일체로 형성되는 프리캐스트 콘크리트부를 포함하는 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보를 제공한다.
상기 철골부는 웨브와, 이 웨브의 상하단부를 따라서 연결되는 상부플랜지 및 하부플랜지로 이루어지고, 상기 보강철골부는 철골부의 상부플랜지에 연결되는 보강웨브와, 이 보강웨브의 상단부에 연결되는 보강플랜지로 이루어진다.
상기 보강철골부의 보강플랜지는 철골부의 상부플랜지 또는 하부플랜지 보다 폭 방향 길이가 더 길게 이루어진다.
상기 철골부 및 보강철골부의 양쪽 끝단부는 다른 부재와 연결을 용이하게 하기 위하여 계단면으로 형성된다.
상기 프리캐스트 콘크리브부는 철골부 및 보강철골부의 단부를 제외하고 형성되며, 상기 콘크리트부의 중앙부 하단부는 보강재 보강된다.
상기 콘크리트부의 양단부 상부 쪽에는 상부철근이 더 배근된다.
본 발명에 의한 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보는 철골부의 양쪽 단부에만 보강철골부가 제공되고 중앙부에는 제공되지 않으므로 휨모멘트 및 전단력 저하를 발생하지 않으면서 철골은 적게 사용할 수 있다.
또한 철골부 및 보강철골부의 양쪽 끝단부는 프리캐스트 콘크리트로 매입되지 않고 노출된 구조이므로 다른 부재와 연결 작업을 쉽고 빠르게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 모멘트그래프와 이를 형상화한 철근보의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보에 있어서 철골부와 보강철골부 및 프리캐스트 콘크리트부의 각각의 구조 및 이들이 결합된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 B-B선 단면도이다.
도 5는 도 3의 C-C선 단면도이다.
도 6은 도 3의 D-D선 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보의 연결부분을 설명하기 위한 부분 확대도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 모멘트그래프와 이를 형상화한 철근보의 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보에 있어서 철골부와 보강철골부 및 프리캐스트 콘크리트부의 각각의 구조 및 이들이 결합된 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 4 내지 도 6은 도 3의 B-B선 단면도, C-C선 단면도, D-D선 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보의 연결부분을 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보는 소정의 길이로 이루어진 철골부(100)와, 상기 철골부(100)의 중앙부를 제외하고 양쪽 단부에 제공되는 보강철골부(200)와, 상기 철골부(100) 및 보강철골부(200)에 일체로 형성되는 프리캐스트 콘크리트부(300)를 포함한다.
상기 철골보(100)는 웨브(102)와, 이 웨브(102)의 상하단부를 따라서 연결되는 상부플랜지(104) 및 하부플랜지(106)로 이루어진다.
이러한 철골보(100)는 예를 들어 H형강이나 I형강 등이 사용될 수 있으며, 보강철골부(200)와 함께 구조계산에 의하여 건물의 상부하중을 충분히 지탱할 수 있는 것이 사용된다.
본 발명의 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보를 구성하는 보강철골부(200)는 철골부(100)의 양측 단부쪽 상부에 용접 등으로 연결되어 철골부(100)와 일체형으로 이루어진다. 상기 보강철골부(200)는 철골부(100)와 동일한 규격의 H형강이나 I형강이 사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 합성보는 철골부(100)의 양쪽 단부에만 보강철골부(200)가 각각 제공되고 중앙부에는 제공되지 않으면서 이들 외측으로 프리캐스트 콘크리트부(300)가 형성된 구조를 갖는다. 이러한 구조로 인하여 휨모멘트 및 전단력 저하를 발생하지 않으면서 철골은 적게 사용할 수 있다.
보강철골부(200)는 철골부(100)의 상부플랜지(104)에 연결되는 보강웨브(202)와, 이 보강웨브(202)의 상부 끝단부에 연결되는 보강플랜지(204)로 이루어진다.
보강웨브(202)와 보강플랜지(204)는 강판을 사용할 수 있으며, 보강웨브(202)의 하단부는 철골부(100)의 상부플랜지(104) 상부면 중앙부 길이방향을 따라서 용접 등으로 연결하고, 보강웨브(202)의 상단부에 보강플랜지(204)를 용접 등으로 연결할 수 있다.
보강플랜지(204)는 철골부(100)의 상부플랜지(104)와 간격을 유지하며 나란한 상태로 형성되고, 상부플랜지(104)의 폭 방향 길이보다 보다 더 길게 형성되어 보의 상부쪽 양단부는 다른 부분에 비하여 더 큰 휨모멘트 및 전단력이 발휘될 수 있도록 되어있다.
또한 철골부(100) 및 보강철골부(200)의 양쪽 끝단부는 다른 부재와 연결을 용이하게 하기 위하여 계단면으로 이루어진다.
즉, 철골부(100) 끝단부보다 보강철골부(200) 끝단부가 길이 방향으로 더 돌출된 구조로 형성되어 철골부(100)와 보강철골부(200)의 양 끝단부는 동일하지 않고 층을 이루어 계단면을 형성하게 된다.
이러한 본 발명의 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보는 기둥(400)과 같은 다른 부재와 연결되는데, 기둥(400)에는 상기와 대응되는 구조의 계단면이 형성되어 계단 면을 서로 맞대면 서로 면접촉하여 위치할 수 있도록 되어있다.
이와 같이 합성보의 양쪽 끝단부가 계단면의 구조로 형성되면 계단면을 서로 맞대어 다른 부재와 연결 작업을 편리하고 빠르게 진행할 수 있다.
상기 철골부(100) 및 보강철골부(200)의 외측에 형성된 프리캐스트 콘크리트부(300)는 통상적인 철근콘크리트 구조로 형성될 수 있다.
즉, 프리캐스트 콘크리트부(300) 내부에는 철근(302)과 스터럽 등과 같은 보강근(304)이 배근되며, 특히 프리캐스트 콘크리트부(300)의 중앙부를 따라서 형강으로 이루어진 보강재(306)가 더욱 제공된다.
철근(302)과 보강근(304)은 철근콘크리트보에 일반적으로 제공되는 것이 사용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
보강재(306)는 대략적인 사각틀 형상으로 압연된 구조용 강재로 이루어질 수 있으며, 이러한 보강재(306)는 대략적인 사각형상으로 형성되어 철골부(100)의 하부플랜지(106) 하부 쪽으로부터 웨브(102)의 중간 부분까지 감싸 보강될 수 있도록 배치된다.
이 보강재는 철근(302)에 고정시키는 방식으로 휨모멘트에 따라서 소정의 간격을 유지하며 설치할 수 있다. 이러한 보강재(306)로 인하여 보의 중앙부분에 보강철골부가 형성되어 있지 않아도 충분한 전단력을 유지할 수 있다.
이러한 프리캐스트 콘크리트부(300)는 철골부(100) 및 보강철골부(200)의 단부를 제외하고 형성되는데, 이러한 구조는 본 발명의 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보를 다른 부재와 연결할 때 종래와 같이 콘크리트부를 제거하지 않고 연결하기 위한 구조를 제공하기 위한 것이다.
그리고 프리캐스트 콘크리트부(300)가 형성되지 않은 철골부(100) 및 보강철골부(200)의 단부에는 다른 부재와 연결 작업을 위하여 볼트가 끼워질 수 있는 다수의 홀(미도시)이 형성된다.
또한 프리캐스트 콘크리트부(300)를 형성할 때 여기에 거더(308)를 연결하기 위하여 연결홈(312)을 더 형성할 수도 있다. 이 연결홈(312)을 이용하여 합성보와 직교하는 방향으로 거더(308)를 연결할 수 있다.
이와 같이 프리캐스트 콘크리트부(300)에 연결홈(312)이 형성되어 있으면 거더(308)의 설치작업을 쉽게 할 수 있고, 또 거더(308)를 튼튼하게 설치할 수 있다.
이때 사용되는 거더(308)는 예를 들면 철근콘크리트 등으로 제조된 프리캐스트 콘크리트 거더 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 보를 기둥(400)에 연결할 경우 프리캐스트 콘크리트부가 형성되지 않은 철골부(100) 및 보강철골부(200)는 현장타설 콘크리트(500)로 마무리 작업을 하게 되는데, 이때 보강철골부(200)의 상부에는 기둥(400) 쪽으로 연결되는 상부철근(310)을 더 배근할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보는 공장에서 제작하여 설치현장으로 운송한 후, 타워크레인 등과 같은 양중장비로 양중 하여 도 7에서와 같이 기둥(400)에 연결하여 설치할 수 있다.
이때 거더(308)가 연결되는 구간에 설치되는 합성보는 프리캐스트 콘크리트부(300)에 연결홈(312)이 형성된 것을 설치하고, 거더가 연결되지 않는 구간에 설치되는 합성보는 연결홈이 없는 합성보를 설치한다.
본 발명의 합성보를 기둥(400)에 연결할 경우 프리캐스트 콘크리트부가 형성되지 않은 철골부(100) 및 보강철골부(200)는 현장타설 콘크리트(500)로 마무리 작업을 하게 되는데, 이때 보강철골부(200)의 상부에는 기둥(400) 쪽으로 연결되는 상부철근(310)을 더 배근할 수 있다.
기둥(400)에는 본 발명의 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보를 연결하기 위하여 합성보의 단부와 대응되는 단부를 갖는 연결부(402)가 설치된다.
합성보의 연결 작업은 보의 끝단부를 연결부(402)에 맞댄 상태에서 연결부위에 접합플레이트(404)를 덧대고 볼트와 너트로 이루어진 고정부재(406)를 체결하여 접합 작업을 하여 연결하면 된다.
접합플레이트(404)는 철골부(100)의 웨브(102) 및 상하부플랜지(104)(106)와, 보강철골부(200)의 보강웨브(202) 및 보강플랜지(204)에 덧대어 연결할 수 있다.
그 다음 프리캐스트 콘크리트부가 형성되어 있지 않은 보의 양쪽 단부 보강철골부(200) 상부 쪽에 상부철근(310)을 배근한 후 현장타설 콘크리트(500)를 타설하여 프리캐스트 콘크리트부(300)와 연결부(402) 및 기둥(400)을 연결하면 된다.
또한 프리캐스트 콘크리트부(300)에 형성된 연결홈(312)에 거더(308)를 연결하고 접합하면 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예가 예시를 목적으로 설명되어 있으나 이에 제한되지는 않으며, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것도 가능하다.
100: 철골부 102: 웨브
104: 상부플랜지 106: 하부플랜지
200: 보강철골부 202: 보강웨브
204: 보강플랜지 300: 프리캐스트 콘크리트부
302: 철근 304: 보강근
306: 보강재 308: 거더
310: 상부철근 312: 연결홈
400: 기둥 402: 연결부
404: 접합플레이트 406: 고정부재
500: 현장타설 콘크리트

Claims (8)

  1. 철골부;
    상기 철골부의 중앙부를 제외하고 철골부의 상부쪽 양쪽 단부에 모멘트 형상에 따라 제공되는 보강철골부;
    상기 철골부 및 보강철골부에 일체로 형성되는 프리캐스트 콘크리트부;
    를 포함하고,
    상기 철골부는 웨브와, 이 웨브의 상하단부를 따라서 연결되는 상부플랜지 및 하부플랜지로 이루어지고, 상기 보강철골부는 철골부의 상부플랜지에 연결되는 보강웨브와, 이 보강웨브의 상단부에 연결되는 보강 플랜지로 이루어지고,
    상기 보강철골부는 철골부와 동일한 부재로 이루어지면서 철골부의 양쪽 끝단부보다 더 돌출되어 다른 부재와 연결하기 용이하도록 계단면으로 이루어지고,
    상기 프리캐스트 콘크리트부는 철골부 및 보강철골부의 양쪽 끝단부를 제외하고 그 전체면을 감싸면서 형성된 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 보강철골부의 보강 플랜지는 철골부의 상부플랜지 또는 하부플랜지 보다 폭 방향 길이가 더 길게 이루어진 것을 특징으로 하는 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리캐스트 콘크리트부의 중앙부 하단부에는 보강재가 더 보강된 것을 특징으로 하는 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리캐스트 콘크리트부의 양단부 상부 쪽에는 상부철근이 더 배근된 것을 특징으로 하는 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리캐스트 콘크리트부에는 거더를 연결하기 위하여 연결홈이 형성된 것을 특징으로 하는 철골-프리캐스트 콘크리트 합성보.
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