KR101975813B1 - 기둥 형강재 접합 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강합성콘크리트 기둥 형성을 위한 선조립 골조에서 상하로 이웃하는 형강재 단부에 각각 결합된 결합플레이트를 상호 결합하여 하부부재와 상부부재를 접합함으로써, 지압에 의해 기둥 응력 전달이 가능하며 종래 연결플레이트에 의한 복잡한 접합을 단순화하여 시공성 및 경제성을 확보할 수 있는 기둥 형강재 접합 구조에 대한 것이다.
본 발명 기둥 형강재 접합 구조는 강합성콘크리트 기둥을 형성하기 위해 각각 기둥의 외곽에 복수의 형강재 및 상기 형강재를 상호 연결하는 횡지지부재로 구성되는 하부부재 및 상부부재를 상하 접합하기 위한 것으로, 상기 하부부재의 형강재 상단에는 제1결합플레이트가 결합되고, 상기 상부부재의 형강재 하단에는 제2결합플레이트가 결합되어, 상기 제1결합플레이트와 제2결합플레이트를 상호 결합하여 상부부재와 하부부재가 상하로 접합되는 것을 특징으로 한다.

Description

기둥 형강재 접합 구조{Connection structure for shaped steel of column}
본 발명은 강합성콘크리트 기둥 형성을 위한 선조립 골조에서 상하로 이웃하는 형강재 단부에 각각 결합된 결합플레이트를 상호 결합하여 하부부재와 상부부재를 접합함으로써, 지압에 의해 기둥 응력 전달이 가능하며 종래 연결플레이트에 의한 복잡한 접합을 단순화하여 시공성 및 경제성을 확보할 수 있는 기둥 형강재 접합 구조에 대한 것이다.
철근콘크리트 부재의 효율성을 유지하면서 공정을 단순화하고 현장 작업량을 줄이기 위하여 철근콘크리트 기둥을 강구조화하는 방법이 많이 연구되고 있다.
이러한 방법의 하나로 철근콘크리트 기둥의 철근 부분을 공장에서 선조립하여 철골처럼 운반 및 시공하는 PRC 공법(Prefabricated Reinforced Concrete Column)이 있다(특허 제10-1050956호). 그리고 PRC 부재에서 대응력, 대규모 기둥 부재의 일부 철근을 ㄱ형강으로 대체한 철근 콘크리트용 선조립 철골조인 PSRC 공법(Prefabricated Steel Reinforced Concrete Column)이 있다(특허 제10-1233693호).
상기 PSRC 골조는 기둥 모서리에 ㄱ형강 등 형강재를 배치하고 이들 형강재의 주변을 띠철근으로 묶어 높은 강성을 가진 조립기둥을 형성하는 한편 형강재 사이에 기둥 주근을 배치한 선조립 철골조로 콘크리트와 합성되어 강합성콘크리트 기둥 등을 구성한다.
종래 상기 선조립 철골조는 하부부재와 상부부재를 이음하기 위해 주로 연결플레이트를 이용하였다. 구체적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 하부부재와 상부부재의 형강재(10a, 10b) 간 접합은 상하로 이웃하는 형강재(10a, 10b)의 외측에서 연결플레이트(20)를 덧대 용접하거나 이들을 상호 볼트 접합하여 이루어졌다(공개특허 제10-2014-137999호).
그러나 이 경우 연결플레이트(20)가 많이 필요하며, 연결플레이트(20)를 형강재(10a, 10b)에 볼트 결합하는데 시간이 많이 소요되어 시공 시간이 오래 걸린다.
뿐만 아니라 연결플레이트(20) 또는 볼트 등의 부재가 형강재(10a, 10b)의 외면보다 외측에 위치하므로 피복 두께 확보에 불리하다.
한편, 연결플레이트(20)를 형강재(10a, 10b)에 볼트 결합하는 경우, 연결플레이트(20)와 형강재(10a, 10b)에 미리 볼트 결합공을 가공하여야 한다. 상기 볼트 결합공의 가공비는 가공되는 부재의 무게에 따라 책정되는 것이 일반적인데, 형강재(10a, 10b)는 단부 일부에만 볼트 결합공이 가공됨에도 그 무게로 인하여 가공비가 고가라는 단점이 있다.
또한, 볼트 결합공 천공으로 인해 형강재(10a, 10b)에 단면 손실이 발생하여 구조적으로 취약할 수 있고, 연결플레이트(20)의 간섭으로 형강재(10a, 10b)의 접합부 부근에서 횡지지부재를 설치하기가 곤란하여 접합부 부근에 좌굴 발생의 위험이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 강합성콘크리트 기둥 형성을 위한 선조립 철골조의 하부부재와 상부부재 이음시 연결플레이트에 의한 복잡한 접합을 단순화하여 시공성 및 경제성을 확보할 수 있는 기둥 형강재 접합 구조를 제공하고자 한다.
본 발명은 형강재의 외면부터 피복 두께를 형성할 수 있어 피복 두께 확보에 유리한 기둥 형강재 접합 구조를 제공하고자 한다.
본 발명은 하부부재와 상부부재를 구성하는 형강재에 볼트 결합공을 형성할 필요가 없어 부재의 단면 손실이 없고, 볼트 결합공의 가공비를 절약할 수 있는 기둥 형강재 접합 구조를 제공하고자 한다.
본 발명은 하부부재와 상부부재의 접합부에도 횡지지부재를 자유롭게 설치할 수 있어 접합부 부근에서 좌굴 발생의 위험을 차단할 수 있는 기둥 형강재 접합 구조를 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 강합성콘크리트 기둥을 형성하기 위해 각각 기둥의 외곽에 구비되는 것으로 ㄱ형강인 복수의 형강재 및 상기 형강재를 상호 연결하는 횡지지부재로 구성되는 하부부재 및 상부부재를 상하 접합하기 위한 것으로, 상기 하부부재의 형강재 상단에는 제1결합플레이트가 결합되고, 상기 상부부재의 형강재 하단에는 제2결합플레이트가 결합되어, 상기 제1결합플레이트와 제2결합플레이트를 상호 결합하여 상부부재와 하부부재가 상하로 접합되되, 상기 제1결합플레이트와 제2결합플레이트는 형강재 양측 레그 내측의 제1결합플레이트 및 제2결합플레이트에 체결되는 체결볼트 및 너트에 의해 상호 결합되어, 압축력은 제1결합플레이트와 제2결합플레이트의 지압에 의해 전달되고, 인장력은 체결볼트에 의해 직접 전달되는 것을 특징으로 하는 기둥 형강재 접합 구조를 제공한다.
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다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 체결볼트는 머리부와 본체부로 구성되되, 상기 본체부의 단부에는 공구를 체결하여 체결볼트를 회전시키기 위한 공구삽입홈이 형성되거나 회전테일부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 기둥 형강재 접합 구조를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 체결볼트는 머리부와 본체부로 구성되되, 상기 머리부의 상면 중앙에는 공구를 체결하여 체결볼트를 회전시키기 위한 공구삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 기둥 형강재 접합 구조를 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 강합성콘크리트 기둥 형성을 위한 선조립 골조에서, 상하로 이웃하는 형강재의 단부에 각각 결합된 결합플레이트를 상호 결합하여 하부부재와 상부부재를 접합할 수 있다. 이에 따라 지압에 의해 기둥 응력을 전달할 수 있으며, 형강재 외측에 결합되는 연결플레이트에 의한 복잡한 접합을 단순화하여 시공성 및 경제성을 확보할 수 있다.
둘째, 형강재의 외면에 연결플레이트 등이 결합되지 않으므로, 형강재의 외면부터 피복 두께를 형성할 수 있다. 따라서 부재의 피복 두께 확보에 유리하다.
셋째, 하부부재와 상부부재를 구성하는 형강재에 볼트 결합공을 형성할 필요가 없다. 따라서 부재의 단면 손실이 없고, 볼트 결합공의 가공비를 생략할 수 있다.
넷째, 하부부재와 상부부재의 접합부에 외부로 돌출되는 부재가 없으므로, 횡지지부재를 자유롭게 설치할 수 있다. 따라서 접합부 부근의 좌굴 발생 위험을 차단할 수 있다.
도 1은 종래 기둥 형강재의 상하 접합부를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명 기둥 형강재 접합 구조를 도시하는 사시도.
도 3은 상하 형강재의 접합부를 도시하는 확대 사시도.
도 4는 도 3의 분해 사시도.
도 5는 상하 형강재의 접합부 응력 전달 관계를 도시하는 도면.
도 6은 체결볼트의 실시예를 도시하는 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 체결볼트의 체결 방법을 도시하는 사시도.
도 8은 체결볼트의 다른 실시예를 도시하는 사시도.
도 9는 체결볼트의 또 다른 실시예를 도시하는 사시도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명 기둥 형강재 접합 구조를 도시하는 사시도이고, 도 3은 상하 형강재의 접합부를 도시하는 확대 사시도이다.
도 2 및 도 3 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 기둥 형강재 접합 구조는 강합성콘크리트 기둥을 형성하기 위해 각각 기둥의 외곽에 구비되는 것으로 ㄱ형강인 복수의 형강재(11a, 11b) 및 상기 형강재(11a, 11b)를 상호 연결하는 횡지지부재(12a, 12b)로 구성되는 하부부재(1a) 및 상부부재(1b)를 상하 접합하기 위한 것으로, 상기 하부부재(1a)의 형강재(11a) 상단에는 제1결합플레이트(13a)가 결합되고, 상기 상부부재(1b)의 형강재(11b) 하단에는 제2결합플레이트(13b)가 결합되어, 상기 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)를 상호 결합하여 상부부재(1b)와 하부부재(1a)가 상하로 접합되되, 상기 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)는 형강재(11a, 11b) 양측 레그 내측의 제1결합플레이트(13a) 및 제2결합플레이트(13b)에 체결되는 체결볼트(21) 및 너트(22)에 의해 상호 결합되어, 압축력은 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)의 지압에 의해 전달되고, 인장력은 체결볼트(21)에 의해 직접 전달되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부부재(1a)와 상부부재(1b)는 각각 기둥 모서리에 배치되는 형강재(11a, 11b)와 이웃하는 형강재(11a, 11b)를 상호 연결하는 횡지지부재(12a, 12b)로 구성된다.
상기 횡지지부재(12a, 12b)는 형강재(11a, 11b)의 길이 방향을 따로 상호 이격되도록 복수 개 결합될 수 있다.
상기 횡지지부재(12a, 12b)는 형강재(11a, 11b)에 볼트 또는 용접 결합 가능하다.
상기 기둥 모서리에 배치되는 형강재(11a, 11b) 사이에도 형강재가 배치될 수 있다.
상기 하부부재(1a)와 상부부재(1b)는 각각 공장에서 선조립하여 현장으로 옮겨 시공 가능하다.
상기 하부부재(1a)와 상부부재(1b)의 각 형강재(11a, 11b)가 결합되는 단부에는 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)가 각각 결합된다.
즉, 상기 하부부재(1a)의 형강재(11a) 상단에는 제1결합플레이트(13a)가 결합되고, 상기 상부부재(1b)의 형강재(11b) 하단에는 제2결합플레이트(13b)가 결합된다.
상기 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)는 각각 형강재(11a, 11b)의 단부에 용접 결합할 수 있다.
상기 상부부재(1b)와 하부부재(1a)는 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)를 상호 결합하여 상하로 접합된다.
상기 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)는 체결볼트(21)와 너트(22) 등 체결수단에 의해 서로 결합 가능하며, 상기 체결수단은 용접을 포함하는 기타 다양한 방법을 사용할 수도 있다.
이에 따라 형강재(11a, 11b)의 단부에서 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)의 지압(bearing)에 의해 기둥 형강재(11a, 11b)의 압축력을 전달할 수 있다.
따라서 상하 형강재(11a, 11b)를 연결플레이트에 의해 결합하는 종래의 복잡한 접합을 단순화하여 시공성 및 경제성을 확보할 수 있다.
아울러 상하 형강재(11a, 11b)의 접합 부위에 별도의 연결플레이트가 없으므로 횡지지부재(12a, 12b) 설치가 용이하며, 형강재(11a, 11b)의 외면부터 피복 두께를 형성하므로 부재의 피복 두께 확보에도 유리하다.
도 4는 도 3의 분해 사시도이고, 도 5는 상하 형강재의 접합부 응력 전달 관계를 도시하는 도면이다.
도 4 등에 도시된 바와 같이, 상기 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)는 체결볼트(21) 및 너트(22)에 의해 상호 결합할 수 있다.
이를 위하여 상기 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)에는 각각 체결볼트(21)가 관통 가능한 체결공(131)을 형성하여 둘 수 있다.
상기 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)는 용접에 의해 결합할 수도 있으나, 체결볼트(21)와 너트(22)를 이용하는 경우 현장 용접을 최소화할 수 있어 결합을 쉽고 빠르게 진행 가능하다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 형강재(11a, 11b)의 압축력은 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)의 지압에 의해 전달 가능하다.
그리고 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 인장력은 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b) 간 결합에 의해 전달 가능하며, 구체적으로 체결볼트(21)에 의해 직접 전달 가능하다.
특히, 상하 이웃하는 형강재(11a, 11b)는 각각 하나의 체결볼트(21)만으로 접합부 이음이 가능하므로, 볼트 결합 개소를 줄여 접합부 시공 시간을 크게 단축할 수 있다.
기둥은 주응력이 압축력으로 기둥에 발생하는 인장력은 상대적으로 그 크기가 매우 작다. 따라서 인장을 위해 형강재(11a, 11b)의 전단면이 필요하지 않으므로 단면의 전인장강도를 접합부에서 전달할 필요가 없다.
즉, 본 발명에서는 상하 형강재(11a, 11b)의 접합부에서 체결볼트(21)가 인장력을 지지하므로 인장력이 감소되어 P-M 상관관계가 저감된다. 그러나 기둥설계강도는 주로 압축력 지배영역에 속해 있으므로 적용에 문제가 없다고 할 수 있다.
상기 체결볼트(21)의 지름은 형강재(11a, 11b)에 작용하는 인장력 또는 전단력의 크기에 의해 결정 가능하다.
그럼에도 불구하고 해석 결과 인장응력이 과도하게 요구되는 경우에는 부가적으로 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)를 용접할 수 있다.
종래 볼트에 의한 부재 접합시에는 접합부에서 인장 및 압축 등의 응력을 전달하기 위해 마찰 접합에 의해 부재를 접합하는 고력볼트가 주로 사용되었다. 그러나 본 발명은 상하 형강재(11a, 11b)의 접합부에서 압축력은 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)의 지압에 의해 지지되고, 인장력은 체결볼트(21)에 의해 지지되므로 고력볼트를 사용하지 않아도 충분하다.
아울러 상기 형강재(11a, 11b)는 ㄱ형강이고, 상기 체결볼트(21) 및 너트(22)는 형강재(11a, 11b) 양측 레그 내측의 제1결합플레이트(13a) 및 제2결합플레이트(13b)에 결합되도록 구성할 수 있다.
상기 형강재(11a, 11b)는 ㄱ형강, ㄷ형강 등 다양한 단면 형상의 부재를 이용할 수 있다.
특히, 상기 형강재(11a, 11b)로 ㄱ형강을 이용하는 경우에는 결합플레이트를 이용하여 보 등 다른 부재에 부착하거나 횡지지부재(12a, 12b)와의 부착시 시공이 유리하다. 또한, ㄱ형강은 단면 2차반경이 크므로 좌굴장이 길어 휨강성이 우수하며, ㄱ형강을 포함하여 구성되는 선조립된 하부부재(1a) 또는 상부부재(1b)는 현장에 운반 및 조립할 때 강성이 커 안정적이며 제작시 직진도 확보에도 유리하다.
또한, 상기 형강재(11a, 11b)로 ㄱ형강을 사용하는 경우, ㄱ형강의 단면 중심 부근에 체결볼트(21)를 체결하여 형강재(11a, 11b)에 작용하는 인장력을 편심 없이 효과적으로 전달하도록 할 수 있다.
도 6은 체결볼트의 실시예를 도시하는 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 체결볼트의 체결 방법을 도시하는 사시도이며, 도 8은 체결볼트의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 6, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 체결볼트(21)는 머리부(211)와 본체부(212)로 구성되되, 상기 본체부(212)의 단부에는 공구를 체결하여 체결볼트(21)를 회전시키기 위한 공구삽입홈(213)이 형성되거나 회전테일부(214)가 돌출 형성되도록 구성할 수 있다.
상기 체결볼트(21)에 너트(22)를 체결할 때, 체결볼트(21)의 머리부(211) 또는 너트(22)를 공구로 고정한 상태에서 너트(22)나 머리부(211)를 다른 공구로 회전하여야 한다. 그리고 이를 위해서 체결볼트(21)의 머리부(211) 또는 너트(22)의 외주면과 형강재(11a, 11b)의 일면 사이에 일정 간격 이상의 거리가 확보되어야 공구를 회전할 수 있다.
그러나 인장력이 상대적으로 크게 작용하여 직경이 큰 체결볼트(21)를 사용할 경우, 체결볼트(21)의 머리부(211)와 형강재(11a, 11b)의 일면과의 간격이 좁아 체결볼트(21)의 머리부(211)에 공구를 체결하여 체결볼트(21)를 회전하기 어려운 경우가 발생할 수 있다.
따라서 체결볼트(21)의 머리부(211)에 공구를 체결하여 체결볼트(21)를 회전시키는 것이 아니라 체결볼트(21)의 본체부(212) 하단에 공구를 체결하여 체결볼트(21)를 회전시킬 수 있도록 본체부(212) 하단에 공구삽입홈(213) 또는 회전테일부(214)를 형성한다.
도 6 및 도 7의 실시예에서는 체결볼트(21)의 본체부(212) 하단에 공구삽입홈(213)이 형성되었고, 도 8의 실시예에서는 체결볼트(21)의 본체부(212) 하단에 회전테일부(214)가 돌출 형성되었다.
도 7과 같이, 상기 너트(22)를 다른 공구(4)로 고정한 상태에서 공구삽입홈(213)에 렌치(3)를 삽입하거나 또는 회전테일부(214)를 소켓렌치에 삽입하여 렌치(3) 또는 회전테일부(214)를 회전시킴으로써 체결볼트(21)에 너트(22)를 체결할 수 있다.
상기 공구삽입홈(213)이나 회전테일부(214)는 공구로 고정 가능하도록 공구의 형상에 대응되는 다각형 형상 등으로 형성 가능하다.
아울러 상기 회전테일부(214)는 너트(22)가 결합될 수 있도록 본체부(212)의 지름보다는 작거나 같게 형성함이 바람직하다.
도 9는 체결볼트의 또 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 체결볼트(21)는 머리부(211)와 본체부(212)로 구성되되, 상기 머리부(211)의 상면 중앙에는 공구를 체결하여 체결볼트(21)를 회전시키기 위한 공구삽입홈(213)이 형성되도록 구성할 수 있다.
상기 체결볼트(21)의 머리부(211) 상부에 공구삽입홈(213)을 형성할 경우, 본체부(212)의 길이를 너트(22) 하부로 길게 돌출되도록 형성할 필요가 없다. 따라서 상대적으로 길이가 짧은 체결볼트(21)를 사용할 수 있다.
1a: 하부부재
1b: 상부부재
11a, 11b: 형강재
12a, 12b: 횡지지부재
13a: 제1결합플레이트
13b: 제2결합플레이트
131: 체결공
21: 체결볼트
211: 머리부
212: 본체부
213: 공구삽입홈
214: 회전테일부
22: 너트
3: 렌치
4: 공구

Claims (5)

  1. 강합성콘크리트 기둥을 형성하기 위해 각각 기둥의 외곽에 구비되는 것으로 ㄱ형강인 복수의 형강재(11a, 11b) 및 상기 형강재(11a, 11b)를 상호 연결하는 횡지지부재(12a, 12b)로 구성되는 하부부재(1a) 및 상부부재(1b)를 상하 접합하기 위한 것으로,
    상기 하부부재(1a)의 형강재(11a) 상단에는 제1결합플레이트(13a)가 결합되고, 상기 상부부재(1b)의 형강재(11b) 하단에는 제2결합플레이트(13b)가 결합되어, 상기 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)를 상호 결합하여 상부부재(1b)와 하부부재(1a)가 상하로 접합되되,
    상기 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)는 형강재(11a, 11b) 양측 레그 내측의 제1결합플레이트(13a) 및 제2결합플레이트(13b)에 체결되는 체결볼트(21) 및 너트(22)에 의해 상호 결합되어,
    압축력은 제1결합플레이트(13a)와 제2결합플레이트(13b)의 지압에 의해 전달되고, 인장력은 체결볼트(21)에 의해 직접 전달되는 것을 특징으로 하는 기둥 형강재 접합 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 체결볼트(21)는 머리부(211)와 본체부(212)로 구성되되, 상기 본체부(212)의 단부에는 공구를 체결하여 체결볼트(21)를 회전시키기 위한 공구삽입홈(213)이 형성되거나 회전테일부(214)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 기둥 형강재 접합 구조.
  5. 제1항에서,
    상기 체결볼트(21)는 머리부(211)와 본체부(212)로 구성되되, 상기 머리부(211)의 상면 중앙에는 공구를 체결하여 체결볼트(21)를 회전시키기 위한 공구삽입홈(213)이 형성되는 것을 특징으로 하는 기둥 형강재 접합 구조.
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