KR101862278B1 - 강합성 콘크리트 부재 - Google Patents

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KR101862278B1
KR101862278B1 KR1020170142256A KR20170142256A KR101862278B1 KR 101862278 B1 KR101862278 B1 KR 101862278B1 KR 1020170142256 A KR1020170142256 A KR 1020170142256A KR 20170142256 A KR20170142256 A KR 20170142256A KR 101862278 B1 KR101862278 B1 KR 101862278B1
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김명섭
이방섭
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송종욱
박경훈
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주식회사 목양디자인그룹건축사사무소
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Abstract

본 발명은 기둥 또는 보 등으로 사용되는 강합성 콘크리트 부재를 공장에서 미리 제작하여 제공함으로써 현장 철근 배근 작업 및 거푸집 작업을 생략하여 공기 단축 및 공사비 절감이 가능한 강합성 콘크리트 부재에 대한 것이다.
본 발명 강합성 콘크리트 부재는 플랜지와 웨브로 구성되는 H형강; 상기 H형강의 플랜지 사이에 H형강의 길이 방향으로 배근되는 보강근; 상기 H형강의 웨브에 형성된 관통공에 관통되도록 삽입되고 상기 보강근을 감싸도록 배치되는 후프근; 및 상기 H형강의 웨브 측면에 채워지는 콘크리트; 로 구성되되, 상기 후프근은 양단이 절곡되어 형성된 절곡 단부가 상기 보강근을 감싸 지지하며, 상기 H형강의 웨브 측면에는 스티프너가 결합되어, 상기 보강근의 일측은 상기 스티프너의 외측단에 지지되고, 타측은 후프근에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.

Description

강합성 콘크리트 부재{Steel composite concrete member}
본 발명은 기둥 또는 보 등으로 사용되는 강합성 콘크리트 부재를 공장에서 미리 제작하여 제공함으로써 현장 철근 배근 작업 및 거푸집 작업을 생략하여 공기 단축 및 공사비 절감이 가능한 강합성 콘크리트 부재에 대한 것이다.
철골-철근콘크리트 합성 구조(SRC 구조)는 부재 단면 크기와 자중을 줄이면서도 내화, 진동 및 소음 등에 유리한 철근콘크리트 구조의 장점을 유지할 수 있도록 철근콘크리트 내부에 철골 부재를 배치한 것이다.
이러한 SRC 구조는 현장에서 철골 부재를 설치하고 철골 부재의 외부에 철근을 배근한 후 철골 부재 외부에 거푸집을 설치하여 콘크리트를 타설 및 양생하고 거푸집을 탈형하는 순서로 작업을 진행하여 완료된다.
그러나 이러한 종래의 시공 방법은 철근 배근 및 거푸집 작업이 복잡하고 어려울 뿐 아니라 철골 부재의 간섭으로 인하여 횡보강근의 배근 작업이 어려운 단점이 있다.
이에 따라 현장 철근 배근 작업 및 거푸집 작업 지연으로 공기가 길어지고, 인력이 많이 소요되어 비경제적이다.
KR 10-1518621 B1 KR 10-1549088 B1
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 SRC 구조에서 기둥 또는 보 등으로 사용되는 부재를 공장에서 미리 제작하여 제공함으로써, 현장 철근 배근 작업 및 거푸집 작업을 생략할 수 있는 강합성 콘크리트 부재를 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 플랜지와 웨브로 구성되는 H형강; 상기 H형강의 플랜지 사이에 H형강의 길이 방향으로 배근되는 보강근; 상기 H형강의 웨브에 형성된 관통공에 관통되도록 삽입되고 상기 보강근을 감싸도록 배치되는 후프근; 및 상기 H형강의 웨브 측면에 채워지는 콘크리트; 로 구성되되, 상기 후프근은 양단이 절곡되어 형성된 절곡 단부가 상기 보강근을 감싸 지지하며, 상기 H형강의 웨브 측면에는 스티프너가 결합되어, 상기 보강근의 일측은 상기 스티프너의 외측단에 지지되고, 타측은 후프근에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 강합성 콘크리트 부재를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 보강근은 웨브와 일정 거리 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 강합성 콘크리트 부재를 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 콘크리트는 H형강의 플랜지와 웨브에 의해 형성된 공간 내에만 구비되는 것을 특징으로 하는 강합성 콘크리트 부재를 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 스티프너는 외측 단부에 수직 방향으로 고정판이 구비되어 단면 형상이 T 또는 L형을 이루고, 상기 보강근은 상기 고정판에 밀착되는 것을 특징으로 하는 강합성 콘크리트 부재를 제공한다.
삭제
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본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, SRC 구조에서 기둥 또는 보 등으로 사용되는 강합성 콘크리트 부재를 공장에서 미리 제작하여 시공 현장에 제공할 수 있으므로, 현장 철근 배근 작업 및 거푸집 작업을 생략할 수 있다. 이에 따라 공기 단축 및 공사비 절감을 통한 경제적인 시공이 가능하다.
둘째, 강합성 콘크리트 부재를 구성하는 후프근은 콘크리트를 일체화시켜 내력을 향상시키며, H형강의 웨브에 형성된 관통공 내 콘크리트를 보강하여 콘크리트의 취성적 파괴를 방지하고, 보강근 주변의 콘크리트를 보강하여 콘크리트의 균열 및 파괴를 방지한다.
셋째, H형강의 웨브 측면에 스티프너가 결합되는 경우에는 H형강을 보강하여 국부좌굴 방지, 전단 응력 지지가 가능하며, 후프근과의 사이에서 보강근의 위치를 안정적으로 고정할 수 있다.
도 1은 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 실시예를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 사시도.
도 3은 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 다른 실시예를 도시하는 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 사시도.
도 5는 콘크리트의 위치에 따른 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 실시예들을 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도.
도 7은 고정판이 구비된 본 발명 강합성 콘크리트 부재를 도시하는 사시도.
도 8은 고정판이 구비된 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 실시예들을 도시하는 단면도.
도 9는 U자형 후프근이 구비된 강합성 콘크리트 부재를 도시하는 단면도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 실시예를 도시하는 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 사시도이다. 그리고 도 3은 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 다른 실시예를 도시하는 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 사시도이다. 아울러 도 5는 콘크리트의 위치에 따른 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 실시예들을 도시하는 사시도이고, 도 6은 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 1 내지 도 4 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 강합성 콘크리트 부재는 플랜지(111)와 웨브(112)로 구성되는 H형강(11); 상기 H형강(11)의 플랜지(111) 사이에 H형강(11)의 길이 방향으로 배근되는 보강근(12); 상기 H형강(11)의 웨브(112)에 형성된 관통공(113)에 관통되도록 삽입되고 상기 보강근(12)을 감싸도록 배치되는 후프근(13); 및 상기 H형강(11)의 웨브(112) 측면에 채워지는 콘크리트(14); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 H형강(11)은 상하 이격되어 위치되는 한 쌍의 플랜지(111)와 웨브(112)로 구성되는 것으로, 상기 웨브(112)에는 후술할 후프근(13)의 관통을 위한 관통공(113)이 형성된다.
상기 관통공(113)은 H형강(11)의 길이 방향을 따라 상호 이격되도록 복수 개 형성될 수 있다.
상기 보강근(12)은 H형강(11)의 플랜지(111) 사이에 위치되는 것으로, H형강(11)의 길이 방향으로 배근된다.
상기 보강근(12)은 부재의 축력을 보강한다.
상기 보강근(12)은 복수 개 구비될 수 있으며, 웨브(112)의 양측에 대칭으로 배치할 수 있다.
상기 후프근(13)은 H형강(11)의 웨브(112)에 형성된 관통공(113)에 관통되도록 삽입되는 것으로, 상기 보강근(12)을 감싸도록 배치된다.
도 1 등에 도시된 바와 같이, 상기 보강근(12)은 후프근(13)의 내측 절곡된 부분에 배치될 수 있다.
상기 관통공(113)은 콘크리트(14) 타설시 콘크리트 타설 작업이 용이하도록 콘크리트(14)의 유동공 역할을 한다.
이를 위해 관통공(113)은 길이 75㎜ 이상의 장공으로 형성하는 것이 바람직하다.
특히, 웨브(112)의 단면 손실을 최소화하기 위해 관통공(113)은 웨브(112)의 길이 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.
콘크리트(14) 타설시 상기 관통공(113) 내에도 콘크리트(14)가 채워지므로, 관통공(113) 형성에 의하여 H형강(11)과 콘크리트(14)의 일체성을 증가시킬 수 있다.
아울러 관통공(113)이 장공으로 형성되므로 단부가 절곡된 후프근(13)을 장공을 통해 삽입한 후 90° 회전시켜 후프근(13)을 설치할 수 있다.
상기 후프근(13) 및 관통공(113)은 H형강(11)의 웨브(112)에 의해 좌우로 분리된 콘크리트(14)를 서로 연결시켜 일체화시킴으로써 내력을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 상기 후프근(13)은 관통공(113) 내의 콘크리트(14)를 보강하여 콘크리트(14)의 취성적 파괴를 방지한다.
아울러 상기 보강근(12)에 크기가 큰 압축 응력이나 인장 응력 발생시 보강근(12) 주변 콘크리트에 파열 응력(bursting stress)이 발생할 수 있다. 이때 상기 후프근(13)은 보강근(12) 주변의 콘크리트를 보강하여 콘크리트의 균열 및 파괴를 방지한다.
본 발명 강합성 콘크리트 부재(1)를 기둥으로 사용할 경우, 상기 관통공(113)은 웨브(112)의 중앙에 형성하고, 보강근(12)을 단면상 상하좌우 대칭으로 배치하며, 후프근(13)은 한 쌍으로 구비하여 단면상 상하 대칭으로 배치할 수 있다.
이때, 상하 대칭으로 배치되는 후프근(13)은 도 1과 같이 상호 이격되도록 배치되거나 도 3 및 도 4와 같이 상호 일부 겹치도록 배치할 수 있다.
본 발명 강합성 콘크리트 부재(1)를 보로 사용할 경우, 상기 보강근(12) 및 후프근(13)은 인장 영역에만 배치할 수 있다(도 6). 그리고 보강근(12)은 보 중앙은 하부, 보 단부는 상부에 배근할 수 있다.
상기 후프근(13)은 보강근(12)보다 먼저 배치한 다음 보강근(12)을 후프근(13) 사이에 삽입하여 배근할 수 있다. 반대로 보강근(12)을 먼저 배근한 후 후프근(13)을 삽입하여 결합하는 것도 가능하다.
도 4 등에 도시된 바와 같이 후프근(13)이 상호 겹쳐지도록 배치하는 경우 관통공(113)을 상하로 긴 장공으로 형성함으로써 H형강(11)의 단면 손실을 최소화할 뿐만 아니라 후프근(13)의 좌우 방향 유동을 방지할 수 있다. 아울러 상하 방향으로는 후프근(13)의 이동이 가능하여 후프근(13)의 간격 조절이 용이하다.
상기 콘크리트(14)는 H형강(11)의 웨브(112) 측면에 채워진다.
상기 콘크리트(14)는 H형강(11)의 횡좌굴(lateral buckling) 및 국부좌굴(local buckling)을 방지하고, 화재시 부재의 급격한 내력 저하를 방지한다.
상기 H형강(11)의 웨브(112)에는 콘크리트(14)와의 구조적 일체성을 확보하기 위해 스터드 볼트를 결합하는 것이 바람직하다.
본 발명 강합성 콘크리트 부재는 기둥 또는 보 등으로 사용 가능한 것으로, 공장에서 소정의 치수로 미리 제작하여 현장에 공급 가능하다. 이에 따라 현장에서 철근 배근 및 거푸집 작업을 생략할 수 있으므로, 공기 단축 및 공사비 절감이 가능하다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 보강근(12)의 일단 또는 양단은 콘크리트(14)보다 길게 형성되어 돌출되도록 구성할 수 있다.
그리고 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 H형강(11)이나 보강근(12)의 일단 또는 양단은 콘크리트(14)보다 길게 형성되어 돌출되도록 구성할 수 있다.
상기 강합성 콘크리트 부재(1)가 보로 사용되는 경우 H형강(11)이나 보강근(12)의 양단이 콘크리트(14)보다 돌출 형성되면, 돌출된 양단을 기둥 또는 거더에 강접하여 연속보를 형성하도록 구성할 수 있다.
상기 강합성 콘크리트 부재(1)가 기둥으로 사용되는 경우에는 H형강(11)이나 보강근(12)의 일단을 콘크리트(14)보다 돌출되게 형성하여, 돌출된 일단을 상부 기둥과 이음할 수 있다.
상기 보강근(12)은 웨브(112)와 일정 거리 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 H형강(11)은 약축 방향으로 횡좌굴이 발생할 수 있다.
이에 상기 보강근(12)을 웨브(112)와 일정 거리 이격되도록 배치하여 H형강(11)의 약축 방향을 보강할 수 있다.
즉, 상기 보강근(12)은 축력에 대한 보강뿐 아니라 부재의 약축 방향 강성을 보강하여 횡좌굴을 방지한다.
상기 후프근(13)은 양단이 절곡되어 형성된 절곡 단부(131)가 상기 보강근(12)을 감싸 지지하도록 구성될 수 있다.
상기 절곡 단부(131)는 전체적으로 ㄷ자형을 이루도록 후프근(13)의 양단에 형성되는 것으로, 절곡 단부(131)에서 보강근(12)을 감싸도록 구성된다.
양단의 절곡 단부(131)는 서로 같은 방향으로 절곡되어 ㄷ자형을 이룰 수도 있고, 반대 방향으로 절곡되어 Z자형을 이룰 수도 있다.
도 1, 도 3 등의 도면에는 후프근(13)의 절곡 단부(131) 내에 하나의 보강근(12)이 배치되었으나, 보강근(12)의 지름 및 하중 크기 등에 따라 복수 개의 보강근(12)이 구비되는 것도 가능하다.
상기 콘크리트(14)는 H형강(11)의 플랜지(111)와 웨브(112)에 의해 형성된 공간 내에만 구비될 수 있다.
이와 같이, 상기 H형강(11)의 상하 플랜지(111) 사이에만 콘크리트(14)를 타설할 경우, H형강(11)의 좌우에만 거푸집을 설치하면 충분하다. 따라서 거푸집의 설치 및 해체가 매우 단순하고 용이하다.
상기 거푸집은 H형강(11)의 플랜지(111) 단부에 직접 결합할 수 있으며, 거푸집과 H형강(11) 사이에 별도로 스페이서를 설치할 필요가 없다. 아울러 거푸집 패널 수를 4개에서 2개로 감소할 수 있어 편리하다.
상기 H형강(11)의 웨브(112) 측면에는 스티프너(15)가 결합되어, 상기 보강근(12)의 일측은 상기 스티프너(15)의 외측단에 지지되고, 타측은 후프근(13)에 의해 지지되도록 구성할 수 있다.
상기 스티프너(15)는 H형강(11)을 보강하여 국부좌굴 방지, 전단 응력 지지 등의 역할을 한다.
아울러 상기 스티프너(15)는 후프근(13)과의 사이에서 보강근(12)의 위치를 고정한다. 상기 스티프너(15)에 의하여 보강근(12)이 웨브(112)와 일정 간격 이격되도록 유지할 수 있다.
상기 스티프너(15)는 H형강(11)의 웨브(112) 일측 및 플랜지(111) 내측에 용접 결합하여 고정할 수 있다.
도 7은 고정판이 구비된 본 발명 강합성 콘크리트 부재를 도시하는 사시도이고, 도 8은 고정판이 구비된 본 발명 강합성 콘크리트 부재의 실시예들을 도시하는 단면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 스티프너(15)는 외측 단부에 수직 방향으로 고정판(151)이 구비되어 단면 형상이 T 또는 L형을 이루고, 상기 보강근(12)은 상기 고정판(151)에 밀착되도록 구성할 수 있다.
상기 보강근(12)의 지름이 크거나 개수가 많은 경우 상하 플랜지(111) 사이 공간이 협소하여 겹침 이음이 어렵다. 또한, 겹침 이음이 되더라도 콘크리트 타설을 위한 철근 순간격 규정을 만족하기 어렵다.
따라서 이러한 경우 이음되는 보강근(12)의 단부를 고정판(151)에 용접 결합하여 고정판(151)을 통해 보강근(12)의 하중이 전달되도록 할 수 있다.
상기 스티프너(15)의 고정판(151)은 플랜지(111) 내측을 지지하여 플랜지(111)의 국부 좌굴을 효과적으로 억제하는 역할을 한다.
상기 고정판(151)은 후에 타설되는 콘크리트(14) 내에 견고하게 묻힐 수 있으므로, 이 경우 전단연결재(shear connector)의 역할을 하여 H형강(11)과 콘크리트(14)를 구조적으로 일체화한다.
도 8의 (a)와 (b)에는 고정판(151)에 의하여 각각 단면 형상이 T형 및 L형인 스티프너(15)가 도시된다.
도 9는 U자형 후프근이 구비된 강합성 콘크리트 부재를 도시하는 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 후프근(13)은 한 쌍의 다리부(132) 일단이 연결부(133)로 연결된 U자형으로 상기 후프근(13)의 일측 다리부(132)는 상기 관통공(113)에 삽입되고, 타측 다리부(132)는 플랜지(111)의 외측에 위치되되, 상기 후프근(13)은 한 쌍이 웨브(112) 좌우에 대칭으로 구비되도록 구성할 수 있다.
도 9는 한 쌍의 후프근(13)을 상호 대칭이 되도록 배치하여 폐쇄형으로 구성하는 경우에 대한 실시예이다.
즉, U자형 후프근(13) 2개를 좌우 대칭으로 배치하여 폐쇄형으로 구성할 수 있다.
분리된 한 쌍의 U자형 후프근(13)을 폐쇄형으로 구성하기 위해서는 이웃하는 후프근(13)의 다리부(132)가 적절한 겹침 이음 길이를 확보할 수 있도록 일정 길이 이상 상호 겹쳐지게 구성하여야 한다.
상기 후프근(13)은 도 9와 같이 부재 단면상 상하 대칭되도록 총 4개를 배치할 수 있다.
상기 후프근(13)은 단순히 보강근(12)의 위치를 지지 및 고정하는 것뿐만 아니라 후프근(13) 내부의 콘크리트(14)를 구속하여 부재의 압축 강도 및 연성을 증가시킨다.
상기 U자형 후프근(13)의 플랜지(111)의 외측에 위치되는 타측 다리부(132)는 플랜지(111) 외측에 밀착할 수 있다.
이때 상부의 후프근(13)은 타측 다리부(132)를 콘크리트(14) 외부로 돌출시켜 현장 타설되는 슬래브 콘크리트 내에 묻히도록 구성할 수 있으며, 이에 따라 슬래브와의 일체성을 확보할 수 있다.
상기 콘크리트(14)는 H형강(11)의 외부 전체를 감싸도록 구비될 수 있다.
상기 후프근(13)이 U자형으로 일측 다리부(132)가 플랜지(111) 외측에 위치하면 적절한 피복이 필요하다. 이에 콘크리트(14)가 H형강(11) 외부 전체를 감싸도록 구성하면 H형강(11)에 별도로 내화 피복을 할 필요가 없다.
아울러 좌우 후프근(13)의 다리부(132)가 콘크리트(14) 속에 묻혀 겹침 이음을 이루어 서로 연속이 되므로 내부 콘크리트(14)가 구속된다.
본 발명 강합성 콘크리트 부재는 다음과 같은 순서로 제작할 수 있다.
우선, H형강(11)의 웨브(112)에 후프근(13) 관통을 위한 관통공(113)을 형성한다.
그리고 상기 스티프너(15) 구비시에는 스티프너(15)를 웨브(112) 일측과 플랜지(111) 내측에 용접 결합한다.
다음으로, 보강근(12)을 H형강(11)의 플랜지(111) 사이에 H형강(11)의 길이 방향으로 배근한 다음, 후프근(13)을 설치하여 보강근(12)의 위치를 고정한다.
이후, H형강(11)의 웨브(112) 측면에 콘크리트(14)를 채워넣을 수 있도록 H형강(11)의 좌우에만 거푸집을 설치한다. 만약, 도 9와 같이 H형강(11)의 외부 전체를 감싸도록 콘크리트(14)가 구비되는 경우에는 H형강(11)의 상하좌우 4면에 거푸집을 설치한다.
그리고 거푸집 내측에 콘크리트(14)를 타설 및 양생한 다음 거푸집을 탈형하여 강합성 콘크리트 부재(1)의 제작을 완료한다.
이렇게 제작된 강합성 콘크리트 부재(1)는 현장으로 운반하여 해당 위치에 적절하게 설치한다.
1: 강합성 콘크리트 부재
11: H형강
111: 플랜지
112: 웨브
113: 관통공
12: 보강근
13: 후프근
131: 절곡 단부
132: 다리부
133: 연결부
14: 콘크리트
15: 스티프너
151: 고정판

Claims (8)

  1. 플랜지(111)와 웨브(112)로 구성되는 H형강(11);
    상기 H형강(11)의 플랜지(111) 사이에 H형강(11)의 길이 방향으로 배근되는 보강근(12);
    상기 H형강(11)의 웨브(112)에 형성된 관통공(113)에 관통되도록 삽입되고 상기 보강근(12)을 감싸도록 배치되는 후프근(13); 및
    상기 H형강(11)의 웨브(112) 측면에 채워지는 콘크리트(14); 로 구성되되,
    상기 후프근(13)은 양단이 절곡되어 형성된 절곡 단부(131)가 상기 보강근(12)을 감싸 지지하며,
    상기 H형강(11)의 웨브(112) 측면에는 스티프너(15)가 결합되어, 상기 보강근(12)의 일측은 상기 스티프너(15)의 외측단에 지지되고, 타측은 후프근(13)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 강합성 콘크리트 부재.
  2. 제1항에서,
    상기 보강근(12)은 웨브(112)와 일정 거리 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 강합성 콘크리트 부재.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 콘크리트(14)는 H형강(11)의 플랜지(111)와 웨브(112)에 의해 형성된 공간 내에만 구비되는 것을 특징으로 하는 강합성 콘크리트 부재.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 스티프너(15)는 외측 단부에 수직 방향으로 고정판(151)이 구비되어 단면 형상이 T 또는 L형을 이루고, 상기 보강근(12)은 상기 고정판(151)에 밀착되는 것을 특징으로 하는 강합성 콘크리트 부재.
  7. 삭제
  8. 삭제
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