KR101877477B1 - 공업화박판강구조물의 최대 하중 후 변형 능력 및 강도 항상을 위한 보강기법 - Google Patents

공업화박판강구조물의 최대 하중 후 변형 능력 및 강도 항상을 위한 보강기법 Download PDF

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신경재
김성호
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

공업화박판강구조물(PEB; Pre-Engineered Building structure)의 최대 하중 후 변형 능력 및 강도 향상을 위한 보강기법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 공업화박판강구조물은 PEB 부재 및 보강구조물을 포함한다. PEB 부재는 제1 방향으로 연장하는 웨브와, 웨브의 모서리에서 양측으로 돌출 형성되어 제1 방향으로 연장하는 압축 플랜지를 포함한다. 보강구조물은 압축 플랜지에 설치되어 압축 플랜지의 면외 좌굴 변형을 방지한다. 면외 좌굴 변형을 구속하여 변형능력을 향상시키고 재료의 변형 경화를 유도하여 강도증가를 유도한다. 보강구조물은 제1 보강부와 제2 보강부를 포함한다. 제1 보강부는 제1 방향으로 연장하고, 압축 플랜지의 상면에 접촉된다. 제2 보강부는 제1 방향으로 연장하며, 제1 보강부의 하부에서 제1 보강부와 대향하며, 압축 플랜지의 하면으로부터 소정의 슬립 간격만큼 이격된다. 제1 보강부와 제2 보강부 사이에는 압축 플랜지가 삽입된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 압축 플랜지의 항복 후 국부 좌굴 변형 능력을 증가시키고 강도 증가를 가능하게 한다.

Description

공업화박판강구조물의 최대 하중 후 변형 능력 및 강도 항상을 위한 보강기법{Reinforcement method of Pre-Engineered Building Structure}
본 발명은 공업화박판강구조물(PEB; Pre-Engineered Building Structure)의 최대 하중 후 변형 능력 및 강도 향상을 위한 보강기법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PEB 부재의 압축 플랜지의 항복 후 국부 좌굴 변형 능력과 강도를 증가시킬 수 있는 공업화박판강구조물에 관한 것이다.
공업화박판강구조물(Pre-Engineered Building Structure)은 저층의 산업용 철골건물 건설에 필요한 설계, 제작, 생산, 조립, 시공 등의 기술적인 과정들이 일관된 시스템으로 사전에 구축되는 효율적인 건물 생산 시스템이다. PEB 시스템은 주로 구조물의 효율적인 생산을 위해 휨모멘트 크기에 따라 필요한 만큼 세장한 단면으로 부재를 구성하는 변단면 부재가 주골조를 이루고 있다. 종래의 PEB 부재는 압축 플랜지의 항복 후 좌굴에 의해 부재의 내력이 급격하게 감소하는 문제가 있다. PEB 시스템에 예상치 않게 외부의 하중이 증가하면 급격하게 붕괴에 이르러 사용자가 위험 상황을 파악할 수 있는 시간이 부족하여 인명 피해의 발생 위험이 커지게 된다. 마우나 리조트 붕괴 사고와 같이 과도한 적설 등의 요인으로 인한 인명 피해를 막기 위한 보강기법이 필요하다.
본 발명은 PEB(Pre-Engineered Building) 부재의 압축 플랜지의 항복 후 국부 좌굴 변형 능력을 증가시킬 수 있는 공업화박판강구조물을 제공한다.
또한, 본 발명은 PEB 부재의 사이즈를 줄일 수 있고, 시공이 간소하고 유지 관리 또한 용이하며, 내진에도 효과적인 공업화박판강구조물을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 공업화박판강구조물은 제1 방향으로 연장하는 웨브와, 상기 웨브의 모서리에서 양측으로 돌출 형성되어 상기 제1 방향으로 연장하는 압축 플랜지를 포함하는 공업화박판강구조(PEB; Pre-Engineered Building) 부재; 및 상기 압축 플랜지에 설치되어 상기 압축 플랜지의 좌굴 변형을 방지하는 보강구조물을 포함하며, 상기 보강구조물은, 상기 제1 방향으로 연장하고, 상기 압축 플랜지의 상면에 접촉되는 제1 보강부; 및 상기 제1 방향으로 연장하며, 상기 제1 보강부의 하부에서 상기 제1 보강부와 대향하며, 상기 압축 플랜지의 하면으로부터 소정의 슬립 간격만큼 이격되는 제2 보강부를 포함하며, 상기 제1 보강부와 상기 제2 보강부 사이에 상기 압축 플랜지가 삽입된다.
상기 슬립 간격은 상기 압축 플랜지의 소성모멘트, 탄성계수, 단면 2차 모멘트 및 상기 압축 플랜지의 단부로부터 거리를 기반으로 산출될 수 있다.
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상기 제1 보강부는, 상기 압축 플랜지의 상면에 접촉되고 상기 압축 플랜지의 양측 모서리로부터 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 확장 형성되는 플레이트를 포함하고, 상기 제2 보강부는, 상기 플레이트의 양측 하부에 각각 상기 플레이트와 대향하도록 볼트로 결합되고 상기 압축 플랜지의 하면으로부터 상기 슬립 간격만큼 이격되는 앵글을 포함할 수 있다.
상기 플레이트와 상기 앵글은 와셔가 개재되어 볼트로 결합되며, 상기 와셔를 통해 상기 압축 플랜지와 상기 앵글 간의 간격이 상하 방향으로 완충 조절될 수 있다.
상기 앵글은 L형 앵글로 이루어지고, 상기 L형 앵글은, 상기 플레이트와 대향하도록 상기 플레이트에 볼트 결합되는 수평부재; 및 상기 수평부재의 양측 모서리 중 상기 웨브에 가까운 모서리로부터 하방으로 연장되는 수직부재를 포함할 수 있다. 상기 볼트는, 상기 수평부재 및 상기 플레이트와 수직 방향으로 결합되고, 상기 압축 플랜지의 모서리로부터 측방으로 이격되어 상기 수평부재 및 상기 플레이트에 결합될 수 있다.
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본 발명의 실시예에 의하면, PEB(Pre-Engineered Building) 부재의 압축 플랜지의 항복 후 면외 변형을 구속하여 국부 좌굴 변형 능력을 증가시킬 수 있는 공업화박판강구조물이 제공된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, PEB 부재의 사이즈를 줄일 수 있고, 시공이 간소하고 유지 관리 또한 용이하며, 내진에도 효과적인 공업화박판강구조물이 제공된다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 변형 능력을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 정면도이다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 공업화박판강구조물의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 공업화박판강구조물의 보강기법이 적용된 PEB 시스템의 정면도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
공업화박판강구조물(PEB; Pre-Engineered Building Structure)은 저층의 산업용 철골건물 건설에 필요한 설계, 제작, 생산, 조립, 시공 등의 기술적인 과정들이 일관된 시스템으로 사전에 구축되는 효율적인 건물 생산 시스템이다. PEB 시스템은 구조물의 효율적인 생산을 위해, 휨모멘트 크기에 따라 필요한 만큼의 단면으로 부재를 구성하는 변단면 부재가 주골조를 이루고 있다. 본 발명은 PEB 부재의 압축 플랜지의 항복 후 플랜지 면외 구속에 의해 국부 좌굴 변형 능력이 향상되는 공업화박판강구조물을 제공한다. 면외 좌굴 변형을 구속하여 변형 능력을 향상시키고 재료의 변형 경화를 유도하여 강도 증가를 유도한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 정면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 공업화박판강구조물(100)은 공업화박판강구조(PEB; Pre-Engineered Building) 부재(110)와, PEB 부재(110)의 압축 플랜지의 항복 후 국부 좌굴 변형 능력을 향상시키기 위한 보강구조물(120)을 포함하여 구성된다.
PEB 부재(110)는 PEB 시스템을 구성하는 PEB 보부재일 수 있다. 경제적인 PEB 시스템 제작을 위하여, PEB 부재(110)는 얇은 두께의 박판으로 이루어지고 폭이 좁은 H형강 또는 I형강으로 제공될 수 있다. 일 실시예로, PEB 부재(110)는 PEB 수직기둥부재들(도시생략)의 상단부에 대략 수직으로 접합되어 수평방향으로 고정될 수 있다.
PEB 부재(110)는 웨브(112)와, 압축 플랜지(114)를 포함하여 구성된다. 일 실시예로, 웨브(112)는 사각 평판형의 부재로 제공될 수 있다. 웨브(112)는 PEB 부재(110)의 길이 방향인 제1 방향(X)으로 연장한다. 압축 플랜지(114)는 웨브(112)의 상,하 모서리에서 양측으로 제1 방향(X)에 수직인 제2 방향(Y)으로 돌출 형성되며, 제1 방향(X)으로 연장한다.
인접한 PEB 부재(110)들은 엔드플레이트(116)들에 의해 서로 결합될 수 있다. 엔드플레이트(116)는 PEB 부재(110)의 단부에 형성되며, 다수의 볼트공이 관통 형성된다. PEB 부재(110)들은 접합부에 형성된 엔드플레이트(116)들에 볼트를 결합시켜 서로 결합될 수 있다.
PEB 부재(110)의 단부측 접합부의 내력 확보를 위하여, 엔드플레이트(116)는 PEB 부재(110)의 단면보다 큰 크기로 확장 제공될 수 있다. 인접한 PEB 부재(110)들의 엔드플레이트(116)들은 대응되는 위치들에 볼트공들이 관통될 수 있다. 엔드플레이트(116)들은 동일한 면적과 형상으로 이루어져 면접촉된 상태에서 볼트(118)들에 의해 서로 결합될 수 있다.
압축 플랜지(114)에는 제1 방향(X)으로 압축력이 가해지게 된다. 보강구조물(120)은 압축 플랜지(114)에 가해지는 압축력에 의한 좌굴 변형을 방지하고, 국부 좌굴 변형 능력을 향상시키도록 압축 플랜지(114)에 설치된다. 보강구조물(120)은 제1 보강부(120a)와 제2 보강부(120b)를 포함한다.
제1 보강부(120a)는 압축 플랜지(114)가 배열된 방향인 제1 방향(X)으로 연장하며, 압축 플랜지(114)의 상면에 접촉된다. 제2 보강부(120b)는 제1 방향(X)으로 연장하며, 제1 보강부(120a)의 하부에서 제1 보강부(120a)와 대향하도록 설치된다. 제2 보강부(120b)는 압축 플랜지(114)의 하면으로부터 소정의 슬립 간격(G)만큼 이격되게 제공된다. 제1 보강부(120a)와 제2 보강부(120b) 사이에는 압축 플랜지(114)의 모서리가 삽입된다.
도 1 내지 도 3의 실시예에서, 제1 보강부(120a)는 플레이트(121)를 포함하여 구성되고, 제2 보강부(120b)는 앵글(122)을 포함하여 구성된다. 플레이트(121)는 압축 플랜지(114)의 상면과 동일하게 평판 형상으로 이루어져 압축 플랜지(114)의 상면에 접촉되고, 제2 방향(Y)을 따라 압축 플랜지(114)의 양측 모서리로부터 외방으로 확장하도록 형성된다.
앵글(122)은 플레이트(121)의 양측 하부에 각각 플레이트(121)와 대향하도록 마련되어 볼트(124)와 너트(124a)에 의해 플레이트(121)에 결합된다. 앵글(122)은 L형 앵글로 이루어질 수 있다. 앵글(122)은 플레이트(121)와 대향하도록 플레이트(121)에 볼트 결합되는 수평부재(122a)와, 수평부재(122a)의 양측 모서리 중 웨브(112)에 가까운 모서리로부터 하방으로 연장되는 수직부재(122b)를 포함할 수 있다.
압축 플랜지(114)의 국부 좌굴 변형 능력을 극대화시키기 위하여, 앵글(122)은 압축 플랜지(114)의 하면으로부터 슬립 간격(G)만큼 이격되게 제공될 수 있다. 제2 보강부(120b)를 구성하는 앵글(122)을 압축 플랜지(114)에 직접 결합시키는 경우, PEB 부재(110)의 압축 플랜지 강도는 증가하게 되지만, 압축 플랜지(114)의 좌굴 변형 능력은 충분히 증가하지 않게 된다.
본 실시예에서는 압축 플랜지(114)와 제2 보강부(120b)의 앵글(122) 사이에 슬립 간격(G)을 형성함으로써, 압축 플랜지(114)의 좌굴 변형을 막고, 압축 플랜지(114)의 국부 좌굴 변형 능력을 극대화시킬 수 있다.
플레이트(121)와 앵글(122)은 와셔(123)가 개재되어 볼트(124)와 너트(124a)에 의해 서로 결합된다. 따라서, 와셔(123)를 통해 압축 플랜지(114)와 앵글(122) 간의 슬립 간격(G)을 완충 조절할 수 있다.
앵글(122)의 수평부재(122a)가 수평 방향으로 설치될 수 있도록, 볼트(124)와 너트(124a) 및 와셔(123)는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 수평부재(122a)에 복수 개 설치될 수 있다. 도시된 예에서 볼트(124)와 너트(124a) 및 와셔(123)는 하나의 앵글(122)마다 가로 2개, 세로 7개씩 설치되어 있으나, 볼트(124)와 너트(124a) 및 와셔(123)의 개수는 압축 플랜지(114)의 크기 등의 제반 상황을 고려하여 다양하게 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 작용을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 좌굴 변형 능력을 보여주는 그래프이다. 도 5의 비교예는 압축 플랜지에 슬립 간격을 형성하지 않은 채로 보강판을 직접 압축 플랜지에 고정시킨 경우에 대한 좌굴 변형 능력 결과이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 의하면, 압축 플랜지(114) 측에 플레이트(121)와 앵글(122)로 이루어지는 보강구조물(120)을 볼트와 너트를 활용해 설치함으로써, 보강구조물(120)에 의해 압축 플랜지(114)의 내력이 확보되도록 보강하여 압축 플랜지(114)의 좌굴 변형을 방지할 수 있으며, 압축 플랜지(114)의 항복 후 국부 좌굴 변형 능력을 증가(도 5의 점선 그래프)시킬 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 3의 실시예에 따른 공업화박판강구조물에 의하면, 압축 플랜지(114)에 용접 작업을 하기 어려운 상황에서도 압축 플랜지(114)에 보강구조물(120)을 용이하게 설치하여 압축 플랜지(114)의 좌굴 변형 능력을 향상시킬 수 있는 효과도 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, PEB(Pre-Engineered Building) 설계 시 압축 플랜지의 좌굴에 의한 부재의 내력이 급격하게 감소할 때의 압축 플랜지의 강도 저하를 방지할 수 있으며, PEB 부재의 압축 플랜지의 항복 후 국부 좌굴 변형 능력을 증가시킬 수 있다.
또한, 소성까지의 내력을 발휘할 수 있도록 압축 플랜지 설계가 가능하여, 최적화된 설계에 의해 PEB 부재의 사이즈를 줄일 수 있으며, 보강구조물(120)의 시공법이 간소하고 유지 관리 또한 용이하여 경제적인 효과를 얻을 수 있다.
또한, 와셔(123)를 통해 앵글(122)이 압축 플랜지(114)에 직접적으로 접촉되지 않게 하여, PEB 부재(110)의 압축 플랜지(114)의 직접적인 내력을 증가시키는 대신, 압축 플랜지(114)가 좌굴에 버틸 수 있게 하는 능력을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 보강구조물(120)의 적용으로 인한 반응수정계수(R)의 증가로 지진응답계수가 변화하므로 내진에도 효과적이다.
압축 플랜지(114)의 국부 좌굴 변형 능력을 극대화하기 위한 슬립 간격(G)은 압축 플랜지(114)의 소성모멘트, 탄성계수, 단면 2차 모멘트 및 압축 플랜지(114)의 단부로부터 거리를 기반으로 산출될 수 있다.
PEB 부재(110)의 소성모멘트가 Mp일 때, 보강구조물(120)이 설치될 지점에서의 소성모멘트에 의한 처짐을 계산하여, 압축 플랜지(114)의 좌굴 변형을 막기 위한 적정 슬립 간격(G)을 산출할 수 있다. 슬립 간격(G)의 설계를 위한 수식들은 아래와 같다.
[수식 1]
Figure 112017074634286-pat00001
[수식 2]
Figure 112017074634286-pat00002
[수식 3]
Figure 112017074634286-pat00003
[수식 4]
Figure 112017074634286-pat00004
상기 수식 1 내지 수식 4에서, Mp는 부재의 소성모멘트, E는 탄성계수, I는 단면 2차 모멘트, x는 부재에서의 거리이다. 처짐각이 0이 되는 지점에서 수식 3, 수식 4의 C1, C2 값은 0이 된다. 따라서, 압축 플랜지(114)의 좌굴 변형을 방지하기 위한 슬립 간격(G)은 아래의 수식 5와 같이 산출할 수 있다.
[수식 5]
Figure 112017074634286-pat00005
Figure 112017074634286-pat00006
예를 들어, H-600×200×6×12 부재에 대해 수식 5에 대입하여 계산하면, 부재에서 거리가 1000mm 일 때 대략 3mm 정도의 간격(δ)이 필요하다. 슬립 간격(G)은 수식 5에 따라 산출된 간격(δ)을 기반으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 수식 5에 따라 산출된 간격(δ)을 슬립 간격(G)으로 결정하거나, 해당 간격(δ)에 오차 범위를 적용하여 슬립 간격(G)을 결정할 수 있다.
하기의 수식 6은 지진응답계수와 밑면 전단력의 관계를 나타내고, 수식 7은 지진응답계수를 산출하는 수식을 나타낸다.
[수식 6]
밑면 전단력 V = CSW (Cs : 지진응답계수)
[수식 7]
Figure 112017074634286-pat00007
수식 6 내지 수식 7에서 기호의 의미는 아래와 같다.
SD1 : 주기 1초에서의 설계 스펙트럼 가속도
T : 건축물의 고유주기
R : 반응수정계수
W : 고정하중을 포함한 유효 건물 중량
모멘트골조의 좌굴 변형 능력이 증가하게 되면, 보통 모멘트 골조를 중간 모멘트 골조 또는 특수 모멘트 골조로 설계할 수 있다. 이에 따라 모멘트골조의 반응수정계수가 증가하며, 지진응답계수는 줄어들게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 밑면 전단력이 감소하게 되어 내진에도 큰 효과를 기대할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 측면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 평면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공업화박판강구조물의 정면도이다. 도 6 내지 도 8의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다.
도 6 내지 도 8의 실시예에 따른 공업화박판강구조물(100)은 보강구조물(120)이 두 개의 앵글(125, 126)을 포함하여 구성되고, 앵글(125, 126)이 용접에 의해 압축 플랜지(114)에 설치되는 점에서, 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다. 즉, 보강구조물(120)을 구성하는 제1 보강부(120a)는 제1 앵글(125)을 포함하여 구성되고, 보강구조물(120)을 구성하는 제2 보강부(120b)는 제2 앵글(126)을 포함하여 구성된다.
제1 앵글(125)은 압축 플랜지(114)의 상면에 접촉되어 용접되는 제1 수평판(125a)과, 제1 수평판(125a)의 외측 단부로부터 하방으로 연장하는 제1 수직판(125b)을 포함한다.
제1 앵글(125)은 제1 수평판(125a)의 모서리가 압축 플랜지(114)의 상면에 용접(W1)되어 설치될 수 있다. 보강구조물(120)의 제1 보강부(120a)는 도 7의 도시와 같이, 제1 앵글(125)의 모서리 일부(예를 들어, 중앙 부분)에만 용접(W1)을 수행하여 경제적으로 결합 시공될 수 있다.
제2 앵글(126)은 제1 앵글(125)에 용접(W2)되어 결합된다. 제2 앵글(126)은 제1 수직판(125b)의 내측면에 면접촉한 상태에서 용접되는 제2 수직판(126b)과, 제2 수직판(126b)의 상단으로부터 웨브(112)를 향하여 수평으로 연장하고 압축 플랜지(114)의 하면으로부터 슬립 간격(G)만큼 이격되어 대향하도록 형성되는 제2 수평판(126a)을 포함한다.
두 개의 앵글(125, 126)은 압축 플랜지(114)의 양측 모서리에 각각 설치될 수 있다. 제1 앵글(125)과 제2 앵글(126)의 사이에는 압축 플랜지(114)의 모서리가 삽입된다. 제1 수평판(125a)의 하면과 제2 수평판(126a)의 상면 사이의 간격은 압축 플랜지(114)의 두께와 슬립 간격(G)을 더한 값과 같게 된다.
도 6 내지 도 8의 실시예에 의하면, 압축 플랜지(114) 측에 L형 앵글 2개를 용접으로 설치하여 압축 플랜지(114)의 내력이 확보되고 국부 좌굴 변형 능력이 증가하도록 보강할 수 있다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 공업화박판강구조물의 정면도이다. 도 9 내지 도 10의 실시예들을 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예들과 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다.
도 9 내지 도 10의 실시예들에 따른 공업화박판강구조물(100)은 보강구조물(120)이 삽입홈을 구비하는 단일 구조체로 이루어지는 점에서, 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다. 보강구조물(120)은 보강부재(127, 128)를 포함할 수 있다.
보강부재(127, 128)는 삽입홈(127d, 128d)을 구비한다. 삽입홈(127d, 128d)은 압축 플랜지(114)의 모서리가 삽입되고, PEB 부재(110)의 길이 방향을 따라 일정한 폭으로 형성된다. 삽입홈(127d, 128d)의 높이는 압축 플랜지(114)의 두께와 슬립 간격(G)을 더한 값과 동일하도록 설계된다.
보강부재(127, 128)는 삽입홈(127d, 128d)의 상부에 제1 보강부(120a)에 해당하는 상부부재(127a, 128a)를 구비하고, 삽입홈(127d, 128d)의 하부에 제2 보강부(120b)에 해당하는 하부부재(127b, 128b)를 구비한다. 상부부재(127a, 128a)는 압축 플랜지(114)의 상면에 접촉되어 용접된다(W3, W4). 하부부재(127b)는 상부부재(127a, 128a)와 일체로 형성될 수 있다. 상부부재(127a, 128a)와 하부부재(127b, 128b)는 연결부재(127c, 128c)를 통해 연결된다.
보강부재(127, 128)는 도 9의 도시와 같이 사각 단면 형상으로 제공되거나, 도 10의 도시와 같이 원형 강봉 형상으로 제공될 수 있다. 보강부재(127, 128)의 형상은 도시된 바에 의해 제한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
도 9 내지 도 10의 실시예들에 의하면, 삽입홈(127d, 128d)이 가공된 단일 부재를 압축 플랜지(114)에 용접하는 간단한 작업에 의해 보강구조물(120)을 용이하게 설치할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 공업화박판강구조물의 보강기법이 적용된 PEB 시스템의 정면도이다. 도 11의 도시와 같이, 본 실시예에 따른 공업화박판강구조물(100)은 PEB 기둥부재(11, 12)와 PEB 보부재(13, 16)가 결합되는 PEB 시스템(10)의 측면부 중, PEB 기둥부재(11, 12)의 내측면 압축 플랜지와 PEB 보부재(13, 16)의 하부 압축 플랜지, 그리고 PEB 보부재들(14, 15)이 결합되는 PEB 시스템(10)의 중앙부 중, PEB 보부재들(14, 15)의 상부 압축 플랜지 등, 압축력이 강하게 작용하는 압축 플랜지에 보강 설치될 수 있다.
이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 공업화박판강구조물
110: PEB(Pre-Engineered Building) 부재
112: 웨브
114: 압축 플랜지
116: 엔드플레이트
118: 볼트
120: 보강구조물
120a: 제1 보강부
120b: 제2 보강부
121: 플레이트
122: 앵글
122a: 수평부재
122b: 수직부재
123: 와셔
124: 볼트
124a: 너트
125: 제1 앵글
125a: 제1 수평판
125b: 제1 수직판
126: 제2 앵글
126a: 제2 수평판
126b: 제2 수직판
127, 128: 보강부재
127a, 128a: 상부부재
127b, 128b: 하부부재
127c, 128c: 연결부재
127d, 128d: 삽입홈

Claims (10)

  1. 제1 방향으로 연장하는 웨브와, 상기 웨브의 모서리에서 양측으로 돌출 형성되어 상기 제1 방향으로 연장하는 압축 플랜지를 포함하는 공업화박판강구조(PEB; Pre-Engineered Building) 부재; 및
    상기 압축 플랜지에 설치되어 상기 압축 플랜지의 좌굴 변형을 방지하는 보강구조물을 포함하며,
    상기 보강구조물은,
    상기 제1 방향으로 연장하고, 상기 압축 플랜지의 상면에 접촉되는 제1 보강부; 및
    상기 제1 방향으로 연장하며, 상기 제1 보강부의 하부에서 상기 제1 보강부와 대향하며, 상기 압축 플랜지의 하면으로부터 소정의 슬립 간격만큼 이격되는 제2 보강부를 포함하며,
    상기 제1 보강부와 상기 제2 보강부 사이에 상기 압축 플랜지가 삽입되고,
    상기 슬립 간격은 하기의 수식에 따라 산출되고,
    Figure 112018062175475-pat00019

    δ은 상기 슬립 간격, Mp는 상기 압축 플랜지의 소성모멘트, E는 상기 압축 플랜지의 탄성계수, I는 상기 PEB 부재의 단면 2차 모멘트, x는 상기 PEB 부재의 단부로부터 거리이고,
    상기 제1 보강부는, 상기 압축 플랜지의 상면에 접촉되고 상기 압축 플랜지의 양측 모서리로부터 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 확장 형성되는 플레이트를 포함하고,
    상기 제2 보강부는, 상기 플레이트의 양측 하부에 각각 상기 플레이트와 대향하도록 볼트로 결합되고 상기 압축 플랜지의 하면으로부터 상기 슬립 간격만큼 이격되는 앵글을 포함하고,
    상기 플레이트와 상기 앵글은 와셔가 개재되어 볼트로 결합되며, 상기 와셔를 통해 상기 압축 플랜지와 상기 앵글 간의 간격이 상하 방향으로 완충 조절 가능하고,
    상기 앵글은 L형 앵글로 이루어지고,
    상기 L형 앵글은,
    상기 플레이트와 대향하도록 상기 플레이트에 볼트 결합되는 수평부재; 및
    상기 수평부재의 양측 모서리 중 상기 웨브에 가까운 모서리로부터 하방으로 연장되는 수직부재를 포함하고,
    상기 볼트는, 상기 수평부재 및 상기 플레이트와 수직 방향으로 결합되고, 상기 압축 플랜지의 모서리로부터 측방으로 이격되어 상기 수평부재 및 상기 플레이트에 결합되는 공업화박판강구조물.
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