KR102152299B1 - 벤딩 철골보를 이용한 장스팬 구조 및 장스팬 구조 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무지주 대형 공간 확보를 위한 장스팬 구조에 관한 것으로서, 건축 구조물에서 보 부재가 받는 응력형태에 대응하도록 철골보가 중앙에서 상방향으로 휘어진 형상이 유지된 상태로 슬래브 구조체가 시공되도록 함으로써 무지주 장경간을 확보한 상태에서 보의 처짐을 방지하고(1차 저항), 추후 슬래브에 가해지는 하중에 의해 상기 벤딩상태로 시공된 철골보의 중앙에 처짐이 발행하더라도 아래로 처지는 것이 아니라 평평하게 펴질 뿐이므로(2차 저항) 건축물의 내구성 저하로 이어지지 않도록 하는 "장스팬 철골보 밴딩 시공 방법"에 관한 것이다.
본 발명은 「(a) 기둥부재 사이에 철골보를 결합시키는 단계; (b) 상기 철골보의 하부에 유압잭을 설치하는 단계; (c) 상기 유압잭으로 상기 철골보를 밀어 올려, 건축 구조물에서 보 부재가 받는 응력형태에 대응하여 정중앙이 정점이 되도록 상기 철골보를 상방향으로 만곡시키는 단계; (d) 상기 유압잭의 가력 상태를 유지한 채, 상기 철골보의 하부에 높이가 조절되는 동바리를 설치하고, 상기 철골보의 만곡 형상에 따라 상기 동바리의 높이를 조절하여 상기 동바리가 상기 철골보를 지지하여 만곡 형상을 유지시키도록 설치하고, 상기 유압잭을 회수하는 단계; 및 (e) 상기 철골보의 상부에 슬래브 구조체를 구축한 후 상기 동바리를 해체하는 단계; 를 포함하는 장스팬 철골보 밴딩 시공 방법」을 제공한다.

Description

벤딩 철골보를 이용한 장스팬 구조 및 장스팬 구조 시공 방법{Long span structure and construction method using bending beam}

본 발명은 무지주 대형 공간 확보를 위한 장스팬 구조에 관한 것으로서, 건축 구조물에서 보 부재가 받는 응력형태에 대응하도록 철골보가 중앙에서 상방향으로 휘어진 형상이 유지된 상태로 슬래브 구조체가 시공되도록 함으로써 무지주 장경간을 확보한 상태에서 보의 처짐을 방지하고(1차 저항), 추후 슬래브에 가해지는 하중에 의해 상기 벤딩상태로 시공된 철골보의 중앙에 처짐이 발행하더라도 아래로 처지는 것이 아니라 평평하게 펴질 뿐이므로(2차 저항) 건축물의 내구성 저하로 이어지지 않도록 하는 장스팬 구조 및 장스팬 구조 시공 방법에 관한 것이다.

장스팬 구조물은 주로 교량에 적용, 발전되어 왔으나, 주차장, 공장, 물류창고, 체육관 등 기둥을 최소화하고 실내 공간의 활용성이 요구되는 여러 건축물에도 장스팬 구조가 적용된다.

장스팬 구조의 문제는 [도 1]에 도시된 바와 같이 중앙부와 양단부에 작용하는 휨모멘트와, 양단부에 작용하는 전단력이 경간에 비례하여 커진다는 점에 있다. 따라서, 무지주 장경간을 확보하기 위해 하중을 여러 부재에 분산시킬 수 있는 트러스구조, 보에 가해지는 하중을 역방향으로 미리 도입함으로써 최종 하중을 경감시키는 프리스트레스(Pre-Stress) 구조, 보를 구성하는 철골의 형태 및 보강부재를 다양하게 변용한 보강구조 등이 개별적 또는 복합적으로 적용되어 왔다.

1. 등록특허 10-0926667 "장지간 빔을 이용한 자주식 주차설비" 2. 등록특허 10-1628343 "트러스 강성을 보강한 합성보" 3. 등록특허 10-1676707 "기둥-보 접합 구조" 4. 등록특허 10-0352646 "탄성빔을 이용한 구조물 내하력 증진 보강공법" 5. 등록특허 10-0733609 "강재의 솟음을 이용한 콘크리트 구조물의 내하력 증강공법" 5. 등록특허 10-1595736 "지지구조물 설치 구조"

본 발명은 철골보를 만곡시키고 만곡 상태를 유지시키는 방법을 제공함으로써, 시공성과 경제성을 확보하고, 장스팬 구조의 내하력이 확보되도록 함에 그 목적이 있다.

본 발명은 「건축 구조물 보 부재의 중앙부 및 양 단부가 받는 응력형태에 대응하도록 복곡률로 만곡된 철골보; 상기 철골보의 양 단부에 피복되어 상기 단부의 만곡 상태를 유지시키는 보-단부 콘크리트; 및 상기 철골보의 상부에 축조되어 상기 중앙부의 만곡 상태를 유지시키는 슬래브 콘크리트; 를 포함하여 보의 처짐 및 하중에 대항하도록 구성된 장스팬 구조」를 제공한다.

상기 철골보는 센터부재와 사이드부재가 결합되되, 상기 사이드부재가 센터부재보다 종단면이 크게 형성된 것을 적용할 수 있다.

또한, 본 발명은 「(a) 기둥부재 사이에 철골보를 결합시키는 단계; (c) 상기 철골보의 하부에 유압잭을 배치하는 단계; (c) 상기 유압잭으로 상기 철골보를 밀어 올려, 상기 철골보를 건축 구조물 보 부재의 중앙부 및 양 단부가 받는 응력형태에 각각 대응하도록 복곡률로 만곡시키는 단계; (d) 상기 유압잭의 가력 상태를 유지한 채, 상기 철골보의 하부에 높이가 조절되는 동바리를 설치하고, 상기 철골보의 만곡 형상에 따라 상기 동바리의 높이를 조절하여 상기 동바리가 상기 철골보를 지지하여 만곡 형상을 유지시키도록 설치하고, 상기 유압잭을 회수하는 단계; 및 (e) 상기 철골보의 단부에 보-단부 콘크리트를 피복하고, 상부에 슬래브 콘크리트를 축조한 후 상기 동바리를 해체하는 단계; 를 포함하는 장스팬 구조 시공 방법」을 함께 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

1. 중앙에서 상방향으로 휘어지게 제작되고, 그 형상이 유지된 철골보에 의해 무지주 장경간을 확보한 상태에서 보의 처짐에 대해 1차로 저항할 수 있으며, 사하중에 의해 처짐이 발생하더라도 철골보가 아래로 처지는 것이 아니라 평평하게 펴진 상태가 되므로 건축물의 내구성이 저하되지 않게 된다.

2. 슬래브 구조물 축조를 위해 소요되는 동바리를 철골보의 만곡 형태 유지수단으로 활용할 수 있으므로, 상기 철골보의 만곡 형태 유지를 위한 별도 공정 또는 별도의 수단 적용을 생략할 수 있다.

3. 철골보 단부에 피복되는 보-단부 콘크리트 하부의 압축력과 및 철골보 상부에 축조되는 슬래브 콘크리트의 압축력은 상기 철골보의 만곡 상태 유지 수단임은 물론 그 자체로 상기 철골보에 대한 프리스트레스(pre-stress)로 작용하여 상기 철골보에 가해지는 사하중을 분담하고, 철골보의 처짐에 대항하는 역할을 수행한다.

4. 단면적이 작은 센터부재의 양 측에 단면적이 큰 사이드부재를 결합시킴으로써 변단면 철골보가 구성되고, 이에 따라 철골보의 자중을 경감시키고, 철골보 단부의 휨 모멘트 및 전단 저항을 강화시킬 수 있다.

[도 1]은 건축 구조물에서 보 부재가 받는 휨모멘트와 전단력의 분포를 나타낸 것이다.
[도 2]는 기둥부재 사이에 철골보를 결합시킨 상태를 도시한 것이다.
[도 3]은 철골보의 하부에 유압잭을 배치하고, 상기 유압잭으로 상기 철골보를 밀어 올린 상태를 도시한 것이다.
[도 4]는 유압잭의 가력 상태를 유지한 채, 상기 철골보의 하부에 높이가 조절되는 동바리를 설치하고, 상기 철골보의 만곡 형상에 따라 상기 동바리의 높이를 조절하여 상기 동바리가 상기 철골보를 지지하여 만곡 형상을 유지시키도록 설치하는 과정을 도시한 것이다.
[도 5]는 본 발명에 따라 보-단부 콘크리트 및 슬래브 콘크리트가 시공된 장스팬 구조를 도시한 것이다.
[도 6]은 기둥부재와 철골보 부재의 상세 결합구조를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

삭제

본 발명은 「건축 구조물 보 부재로 설치된 상태에서의 휨모멘트 작용 방향을 기준으로 중앙부 및 양 단부로 구분되며, 상기 양 단부는 각각 말단에서 상기 중앙부 방향으로 갈수록 상향하는 포물선 곡률로 만곡되고 상기 중앙부는 정중앙에서 상기 양 단부 방향으로 갈수록 하향하는 포물선 곡률로 만곡되어, 건축 구조물 보 부재로 설치된 상태에서 상기 중앙부 및 양 단부가 받는 응력형태에 대응하는 복곡률로 만곡된 철골보; 상기 철골보의 양 단부에 피복되어 압축지지력에 의해 상기 단부의 만곡 상태를 유지시키는 보-단부 콘크리트; 및 상기 철골보의 상부에 축조되어 압축지지력에 의해 상기 중앙부의 만곡 상태를 유지시키는 슬래브 콘크리트; 를 포함하여, 상기 철골보의 복곡률 만곡 상태 유지에 의해 무지주 장경간을 확보한 상태에서의 보의 처짐에 대해 1차로 저항하고, 사하중에 의해 처짐이 발생하더라도 상기 철골보가 평평하게 펴지게 되어 건축물의 내구성이 저하되지 않도록 함으로써 보의 처짐 및 하중에 대항하도록 구성된 장스팬 구조」를 제공한다.

상기 철골보(20)는 건축물의 장스팬 확보를 위한 부재로서, 상·하면 플랜지 및 웨브로 구성된 H형강 부재를 적용할 수 있다.

본 발명에서는 철골보(20)를 건축물의 보 부재에 작용하는 사하중의 반대 방향으로 만곡되도록 제작하여 [도 1]의 (a)에 도시된 바와 같은 중앙에 크게 걸리는 휨모멘트에 대응하도록 할 수 있다. 이에 따라 상기 철골보에 처짐이 발생하더라도 상방향으로 휘어진 것이 평평하게 펴지는 거동만을 하게 되므로 건축물의 구조적 안전성이 저해되지 않는다. 다만, 상기 철골보(20)가 만곡되어 있다고 해도 곡률반경이 크고 길이가 길어 [도 3] 내지 [도 5]에 도시된 바와 같이 육안으로 만곡상태의 식별은 어려울 수 있다. [도 3] 내지 [도 5]에는 상기 철골보의 개념 도시를 위해 휘어진 방향을 별도로 표시하였다.

또한, 철강으로 이루어진 철골보는 자체 탄성이 있으므로 탄성 회복력에 대항하여 상기 철골보의 만곡 상태가 유지되도록 하는 수단이 필요하다.

본 발명에서는 상기 철골보(20)의 양 단부에 피복되는 보-단부 콘크리트(70) 및 상기 철골보(20)의 상부에 축조되는 슬래브 콘크리트(60)의 압축력에 의해 상기 철골보(20) 단부 및 중앙부의 만곡 상태가 유지되도록 한다.

상기 철골보(20)는 센터부재(21)와 사이드부재(22)가 결합되되, 상기 사이드부재(22)가 센터부재(21)보다 종단면이 크게 형성된 것(이하 '변단면 철골보'라 함)을 적용할 수 있다. 이에 따라 상기 사이드부재(22)의 일단은 상기 센터부재(21)의 단부에 체결되고 타단은 기둥부재(10)에 체결된다. 구체적으로 상기 센터부재(21)와 사이드부재(22)의 각 측단부는 모두 엔드플레이트로 마감하여, 상기 엔드플레이트가 접한 상태로, 상기 센터부재(21)와 사이드부재(22)의 체결, 상기 사이드부재(22)와 기둥부재(10)의 체결이 이루어 지도록 할 수 있다. 상기 변단면 철골보는 전체적으로 단부측의 단면이 크게 구성된 것이므로, 철골보의 자중(自重)을 경감시키고, 전단력, 휨 모멘트 등에 효율적으로 대항토록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 「(a) 기둥부재 사이에 철골보를 결합시키는 단계; (b) 상기 철골보를 건축 구조물 보 부재로 설치된 상태에서의 휨모멘트 작용 방향을 기준으로 중앙부 및 양 단부로 구분하여, 상기 철골보의 정중앙 하부 및 상기 중앙부와 양 단부의 경계점 하부에 각각 유압잭을 배치하는 단계; (c) 상기 유압잭으로 상기 철골보를 밀어 올려, 상기 철골보의 양 단부는 각각 말단에서 상기 중앙부 방향으로 갈수록 상향하는 포물선 곡률로 만곡되고 상기 철골보의 중앙부는 정중앙에서 상기 양 단부 방향으로 갈수록 하향하는 포물선 곡률로 만곡되어, 상기 철골보의 중앙부 및 양 단부가 건축 구조물 보 부재로서 받는 응력형태에 대응하여 전체적으로 복곡률로 만곡되도록 하는 단계; (d) 상기 유압잭의 가력 상태를 유지한 채, 상기 철골보의 하부에 높이가 조절되는 동바리를 설치하고, 상기 철골보의 만곡 형상에 따라 상기 동바리의 높이를 조절하여 상기 동바리가 상기 철골보를 지지하여 복곡률 만곡 형상을 유지시키도록 설치하고, 상기 유압잭을 회수하는 단계; 및 (e) 상기 철골보의 단부에 보-단부 콘크리트를 피복하고, 상부에 슬래브 콘크리트를 축조하여 상기 보-단부 콘크리트와 슬래브 콘크리트의 압축지지력에 의해 상기 철골보의 복곡률 만곡 상태가 유지되도록 한 후 상기 동바리를 해체하는 단계; 를 포함하여, 상기 철골보의 복곡률 만곡 상태 유지에 의해 무지주 장경간을 확보한 상태에서의 보의 처짐에 대해 1차로 저항하고, 사하중에 의해 처짐이 발생하더라도 상기 철골보가 평평하게 펴지게 되어 건축물의 내구성이 저하되지 않도록 하는 장스팬 구조 시공 방법」을 함께 제공한다.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 각 단계별로 상세히 설명한다.

1. (a)단계

본 단계는 [도 2]에 도시된 바와 같이 기둥부재 사이에 철골보를 결합시키는 단계이다. 상기 철골보로는 전술한 변단면 철골보를 적용할 수 있다.

또한, 상기 기둥부재에는 [도 6]에 도시된 바와 같이 상기 철골보(20)의 단부를 하부에서 지지하는 받침판(80)을 결합시킴으로써, 본 (a)단계에서는 상기 기둥부재(10)의 측면과 철골보(20)의 단부 측면을 체결하는 공정(이하, 측방결합 공정)과, 상기 받침판(80)과 철골보(20)의 단부 하면을 체결하는 공정(이하, 상하결합 공정)이 함께 이루어지도록 할 수 있다. 상기 측방결합 공정과 상하결합 공정의 시행 순서는 특별한 정함이 없다.

종래에 기둥부재(10)와 철골보(20)의 결합은 상기 측방결합 공정으로만 수행되어 왔으나, 상기 상하결합 공정을 함께 수행함으로써 기둥부재(10)와 철골보(20)의 결합 상태를 더욱 안정적으로 확보하고 전단력 및 휨 모멘트에 대한 저항도 강화시킬 수 있다.

상기 받침판(80)의 지지력 강화를 위해 상기 기둥부재(10)의 측면과 받침판의 하면 사이를 [도 6]에 도시된 바와 같은 경사부재로 보강할 수 있으며, 이러한 받침판의 설치 구조는 변단면 철골보의 사이드부재와 센터부재의 결합에도 적용될 수 있다.

2. (b)단계

본 단계는 상기 철골보(20)의 하부에 유압잭(30)을 배치하는 단계이다.

상기 유압잭(30)은 아래 (d)단계에 의해 상기 철골보(20)를 상방향으로 구부리도록 가력하는 도구로서, 철골보(20)의 중앙부와 단부를 각각 만곡시키기 위해 상기 철골보(20)의 정 중앙 및 양측 곡률변곡점(상기 철골보(20)를 건축 구조물 보 부재의 중앙부 및 양 단부가 받는 응력형태에 각각 대응하도록 복곡률로 만곡시킬 때의 곡률변곡점)의 하부에 배치할 수 있다. 상기 유압잭(30)은 배치 지점에 따라 가력 크기를 다르게 조절할 수 있으며, [도 3]에 도시된 바와 같이 기대(基臺, 40) 위에 설치할 수 있다.

3. (c)단계

본 단계는 [도 3]에 도시된 바와 같이 상기 유압잭(30)으로 상기 철골보(20)를 밀어 올려, 상기 철골보(20)를 건축 구조물 보 부재의 중앙부 및 양 단부가 받는 응력형태에 각각 대응하도록 복곡률로 만곡시키는 단계이다.

즉, 본 단계에서 상기 철골보(20)는, 작용하는 사하중의 반대 방향으로 휘어지게 되어, [도 1]의 (a)에 도시된 바와 같이 중앙에 크게 걸리는 휨모멘트에 대응하고, 추후에 상기 철골보(20)에 처짐이 발생하더라도 상방향으로 휘어진 것이 평평하게 펴지는 거동만을 하게 되므로 건축물의 구조적 안전성이 저해되지 않는다.

5. (d)단계

본 단계는 [도 4]에 도시된 바와 같이 상기 유압잭(30)의 가력 상태를 유지한 채, 상기 철골보(20)의 하부에 높이가 조절되는 동바리(50)를 설치하고, 상기 철골보(20)의 만곡 형상에 따라 상기 동바리(50)의 높이를 조절하여 상기 동바리(50)가 상기 철골보(20)를 지지하여 만곡 형상을 유지시키도록 설치하고, 상기 유압잭(30)을 회수하는 단계이다.

즉, 본 단계는 상기 유압잭(30)에 의한 철골보(20)의 만곡 상태를 상기 동바리(50)에 의해 유지시키는 상태로 대체하는 과정으로서, 상기 동바리(50)는 상기 유압잭 배치 지점의 사이 사이에 배치할 수 있다.

상기 철골보(20)는 탄성이 있으므로, 후술할 보-단부 콘크리트(70) 및 슬래브 콘크리트(60)와 일체를 이루어 정착되기 전까지는 탄성 회복력에 대항하여 만곡 상태를 유지시키는 수단이 필요한데, 상기 철골보(20) 상부에 슬래브 축조를 위해 필수적으로 소요되는 동바리를 상기 철골보의 만곡 상태 유지수단으로도 활용하는 것이다.

6. (e)단계

본 단계는 [도 5]에 도시된 바와 같이 상기 철골보(20)의 단부에 보-단부 콘크리트(70)를 피복하고, 상부에 슬래브 콘크리트(60)를 축조한 후 상기 동바리(50)를 해체하는 단계이다. 상기 보-단부 콘크리트(70)와 슬래브 콘크리트(60)는 순차적으로 또는 동시에 시공할 수 있다.

상기 철골보(20)는 상기 보-단부 콘크리트(70) 및 슬래브 콘크리트(60)와 일체를 이룬 상태에서 상기 철골보(20)의 단부는 상기 보-단부 콘크리트(70) 하부의 압축지지력에 의해 만곡된 상태로 고정되고, 상기 철골보(20)의 중앙부는 상기 슬래브 콘크리트(60)의 압축지지력에 의해 만곡된 상태로 고정된다. 상기 보-단부 콘크리트(70)는 상기 철골보(20) 단부의 만곡 상태 유지 효과 및 상기 (e)단계에서 설치된 동바리(50)와의 간섭을 고려하여 피복 길이를 조절할 수 있다.

상기 보-단부 콘크리트(70) 및 슬래브 콘크리트(60)의 압축지지력은 상기 철골보(20)에 대한 프리스트레스(pre-stress)로도 작용하여 상기 철골보(20)에 가해지는 사하중을 분담하고, 철골보(20)의 처짐에 대항하는 역할을 수행한다.

이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 살펴보았다. 그러나 본 발명은 위의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 수정 및 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이와 같은 수정 및 변형을 포함한다.

10 : 기둥부재
20 : 철골보 21 : 센터부재 22 : 사이드부재
30 : 유압잭 40 : 기대 50 : 동바리
60 : 슬래브 콘크리트 70 : 보-단부 콘크리트
80 : 받침판 85 : 경사부재

Claims (3)

1. 건축 구조물 보 부재로 설치된 상태에서의 휨모멘트 작용 방향을 기준으로 중앙부 및 양 단부로 구분되며, 상기 양 단부는 각각 말단에서 상기 중앙부 방향으로 갈수록 상향하는 포물선 곡률로 만곡되고 상기 중앙부는 정중앙에서 상기 양 단부 방향으로 갈수록 하향하는 포물선 곡률로 만곡되어, 건축 구조물 보 부재로 설치된 상태에서 상기 중앙부 및 양 단부가 받는 응력형태에 대응하는 복곡률로 만곡된 철골보;
   상기 철골보의 양 단부에 피복되어 압축지지력에 의해 상기 단부의 만곡 상태를 유지시키는 보-단부 콘크리트; 및
   상기 철골보의 상부에 축조되어 압축지지력에 의해 상기 중앙부의 만곡 상태를 유지시키는 슬래브 콘크리트; 를 포함하여,
   상기 철골보의 복곡률 만곡 상태 유지에 의해 무지주 장경간을 확보한 상태에서의 보의 처짐에 대해 1차로 저항하고, 사하중에 의해 처짐이 발생하더라도 상기 철골보가 평평하게 펴지게 되어 건축물의 내구성이 저하되지 않도록 함으로써 보의 처짐 및 하중에 대항하도록 구성된 장스팬 구조.
   
2. 제1항에서,
   상기 철골보는 센터부재와 사이드부재가 결합되되, 상기 사이드부재가 센터부재보다 종단면이 크게 형성된 것을 특징으로 하는 장스팬 구조.
   
3. (a) 기둥부재 사이에 철골보를 결합시키는 단계;
   (b) 상기 철골보를 건축 구조물 보 부재로 설치된 상태에서의 휨모멘트 작용 방향을 기준으로 중앙부 및 양 단부로 구분하여, 상기 철골보의 정중앙 하부 및 상기 중앙부와 양 단부의 경계점 하부에 각각 유압잭을 배치하는 단계;
   (c) 상기 유압잭으로 상기 철골보를 밀어 올려, 상기 철골보의 양 단부는 각각 말단에서 상기 중앙부 방향으로 갈수록 상향하는 포물선 곡률로 만곡되고 상기 철골보의 중앙부는 정중앙에서 상기 양 단부 방향으로 갈수록 하향하는 포물선 곡률로 만곡되어, 상기 철골보의 중앙부 및 양 단부가 건축 구조물 보 부재로서 받는 응력형태에 대응하여 전체적으로 복곡률로 만곡되도록 하는 단계;
   (d) 상기 유압잭의 가력 상태를 유지한 채, 상기 철골보의 하부에 높이가 조절되는 동바리를 설치하고, 상기 철골보의 만곡 형상에 따라 상기 동바리의 높이를 조절하여 상기 동바리가 상기 철골보를 지지하여 복곡률 만곡 형상을 유지시키도록 설치하고, 상기 유압잭을 회수하는 단계; 및
   (e) 상기 철골보의 단부에 보-단부 콘크리트를 피복하고, 상부에 슬래브 콘크리트를 축조하여 상기 보-단부 콘크리트와 슬래브 콘크리트의 압축지지력에 의해 상기 철골보의 복곡률 만곡 상태가 유지되도록 한 후 상기 동바리를 해체하는 단계; 를 포함하여,
   상기 철골보의 복곡률 만곡 상태 유지에 의해 무지주 장경간을 확보한 상태에서의 보의 처짐에 대해 1차로 저항하고, 사하중에 의해 처짐이 발생하더라도 상기 철골보가 평평하게 펴지게 되어 건축물의 내구성이 저하되지 않도록 하는 장스팬 구조 시공 방법.

Images