KR102436993B1 - H형강을 활용한 층고절감형 합성보 - Google Patents

Abstract

본 발명은 H형강을 활용하여 시공단계에서 발생되는 압축력이나 좌굴강도를 증대시키고 시공중 연직하중 뿐만 아니라 수평력이나 비대칭하중에 대해 단면의 비틀림저항이 우수하여 단면의 휨강도를 좌굴에 의한 저감없이 사용할 수 있으며, H형강의 단면의 하부 공간부를 제외한 상부 공간부에만 콘크리트가 타설되도록 하여 콘크리트 타설량을 줄이면서도 단면을 효율적으로 설계할 수 있고, 단면의 일정높이의 외측면에 수평거치부재를 구성하여 데크를 거치하도록 하여 슬래브가 합성보의 춤내에 위치하여 층고를 절감할 수 있도록 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 내부에 콘크리트가 충전되는 합성보에 있어서, 수평판 형상의 웨브와, 웨브의 양측에 수직방향으로 각각 형성되는 플랜지로 이루어져 웨브를 중심으로 상부와 하부에 각각 상부 공간부와 하부 공간부가 형성되는 H형 단면을 이루는 H형강과; 상부면이 수평면을 이루고 플랜지의 일정 높이에서 외측에 접합되는 수평거치부재와; 수평판 형상으로 H형강의 하단부에 접합되는 하부 처짐보강철판;을 포함하여 이루어져, 상부 공간부에만 콘크리트가 충전되도록 하여 이루어진다.

Description

H형강을 활용한 층고절감형 합성보{Composite Beam with H-Shaped Steel for Layer Savings}

본 발명은 H형강을 활용한 층고절감형 합성보에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 H형강을 활용하여 시공단계에서 발생되는 압축력이나 좌굴강도를 증대시키고 시공중 연직하중 뿐만 아니라 수평력이나 비대칭하중에 대해 단면의 비틀림저항이 우수하여 단면의 휨강도를 좌굴에 의한 저감없이 사용할 수 있으며, H형강의 단면의 하부 공간부를 제외한 상부 공간부에만 콘크리트가 타설되도록 하여 콘크리트 타설량을 줄이면서도 단면을 효율적으로 설계할 수 있고, 단면의 일정높이의 외측면에 수평거치부재를 구성하여 데크를 거치하도록 하여 슬래브가 합성보의 춤내에 위치하여 층고를 절감할 수 있도록 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보에 관한 것이다.

보는 휨과 전단에 의해 하중을 지지하는 구조부재로서 주로 휨모멘트가 구조적 거동을 지배하기 때문에 휨재라고도 한다. 보는 휨과 전단에 의한 응력과 변형이 주로 발생하나 작용하중이 단면의 전단중심과 일치하지 않으면 비틀림이 수반되기도 한다. 따라서 보는 충분한 휨강도와 전단강도(또는 비틀림강도)를 보유하여야 하고, 수평부재로 이용되므로 처짐에 대한 사용성이 확보되어야 한다.

보 부재 특히, 강재 보 부재의 단면형으로는 H형 단면이 주로 쓰이며, 박스형, I형, ㄷ형 단면이 쓰이기도 하며, 접합하여 제작된 슬림 조립보(built-up beam)가 사용되기도 하고, 비틀림을 받거나 좌굴길이가 대단히 길면 상자형 단면(box section)을 사용하기도 하고, 특히 강재보 부재는 상부요소의 단면 위에 바닥판을 지지하는 형식이 일반적이므로 바닥판 높이(두께)와 강재보 부재 높이가 확보되어야만 하는 노출형 구조로 되어 있어 층고절감이 곤란하기도 하다.

그리고 기존의 보 부재는 시공단계에서 발생되는 압축력에 대한 좌굴강도를 증대시키기 위하여는 단면이 커지거나 강재의 사용량이 많아지는 문제점이 있었으며, 장스팬의 경우에는 시공중 연직하중 뿐만 아니라 수평력이나 비대칭하중에 대해 상부요소의 압축단면이 작기 때문에 비틀림저항 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 대한민국 특허등록 제0626542호 "강판성형보와 콘크리트를 이용한 복합보구조"(특허문헌 1)가 있다. 상기 배경기술에서는 '(a) 보의 하부면을 형성하도록 박판형의 스틸 판재를 수평으로 설치하여 된 저면판과; 상기 저면판의 양측단으로부터 연직방향으로 연장 형성되며 보의 양 측면을 형성하는 한 쌍의 측면수직판과; 상기 측면수직판의 상단에서 수평으로 연장 형성되는 받침날개부와; 상기 저면판의 중앙상부에서 연직방향으로 입설되며 상기 측면수직판의 길이보다 더 긴 길이를 갖도록 형성되는 중앙수직판과; 상기 중앙수직판의 상단에서 수평으로 연장되어 상기 중앙수직판과 'T'자형을 이루도록 형성되는 상부플랜지;를 포함하여 구성되는 강판성형보; (b) 상기 강판성형보 받침날개부의 상부에 단부가 지지되게 설치되어 슬래브 구조체를 형성하는 바닥판유니트; 및, (c) 상기 강판성형보의 내부와 상기 바닥판유니트의 상부에 일체로 타설된 보-슬래브 콘크리트;를 포함하여 이루어지되, 상기 강판성형보는, 하나의 강판 부재를 연속적으로 절곡하여 이루어진 것으로서 저면판의 일측단을 상향 절곡하여 측면수직판을 형성하고 상기 측면수직판의 상단을 수평 절곡하여 받침날개부를 형성함과 동시에 상기 저면판의 다른 쪽을 상향 절곡하여 중앙수직판을 형성하고 상기 중앙수직판의 상단을 수평 절곡하여 상부플랜지를 형성하여 이루어진 하프강판성형보를 마련하고, 상기 하프강판성형보 한 쌍을 그 중앙수직판끼리 면접되게 부착하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 강판성형보와 콘크리트를 이용한 복합보 구조'를 제안한다.

그러나 상기 배경기술 역시 시공단계에서 발생되는 압축력에 대한 좌굴강도를 증대시키기 위하여는 단면이 커지거나 강재의 사용량이 많아지며 단면 내부 전체에 콘크리트를 충전하는 문제점이 있었다.

대한민국 특허등록 제0626542호 "강판성형보와 콘크리트를 이용한 복합보 구조"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시공단계에서 발생되는 압축력이나 좌굴강도를 증대시키고 시공중 연직하중 뿐만 아니라 수평력이나 비대칭하중에 대해 단면의 비틀림저항이 우수하여 단면의 휨강도를 좌굴에 의한 저감없이 사용할 수 있으며, 콘크리트 타설량을 줄이면서도 단면을 효율적으로 설계할 수 있고, 단면의 일정높이의 외측면에 수평거치부재를 구성하여 데크를 거치하도록 하여 층고를 절감할 수 있도록 하는 층고절감형 합성보를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 내부에 콘크리트가 충전되는 합성보에 있어서, 수평판 형상의 웨브와, 웨브의 양측에 수직방향으로 각각 형성되는 플랜지로 이루어져 웨브를 중심으로 상부와 하부에 각각 상부 공간부와 하부 공간부가 형성되는 H형 단면을 이루는 H형강과; 상부면이 수평면을 이루고 플랜지의 일정 높이에서 외측에 접합되는 수평거치부재와; 수평판 형상으로 H형강의 하단부에 접합되는 하부 처짐보강철판;을 포함하여 이루어져, 상부 공간부에만 콘크리트가 충전되는 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보를 제공하고자 한다.

또한, 수평거치부재는 수평 플레이트, 앵글, 각형관 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보를 제공하고자 한다.

또한, 하부 처짐보강철판은 폭방향 양단부가 각각 H형강의 웨브의 외측으로 일정폭 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보를 제공하고자 한다.

또한, 하부 처짐보강철판은 상부에 일정 깊이로 홈이 형성되고 홈에 웨브의 하단부가 삽입되어 접합되는 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보를 제공하고자 한다.

또한, 웨브의 폭방향 중앙부를 지지하도록 중앙부 지지철판이 구성되는 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보를 제공하고자 한다.

또한, 중앙부 지지철판은 일측단부는 웨브의 하부면의 폭방향 중앙부에 접합되고 타단부는 각각 플랜지의 내측면 하단부 또는 하부 처짐보강철판의 상부면에 접합되도록 한 쌍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보를 제공하고자 한다.

본 발명의 H형강을 활용한 층고절감형 합성보는 H형강을 활용하여 시공단계에서 발생되는 압축력이나 좌굴강도를 증대시키고 시공중 연직하중 뿐만 아니라 수평력이나 비대칭하중에 대해 단면의 비틀림저항이 우수하여 단면의 휨강도를 좌굴에 의한 저감없이 사용할 수 있으며, H형강의 단면의 하부 공간부를 제외한 상부 공간부에만 콘크리트가 타설되도록 하여 콘크리트 타설량을 줄이면서도 단면을 효율적으로 설계할 수 있으며, 단면의 일정높이의 외측면에 수평거치부재를 구성하여 데크를 거치하도록 하여 슬래브가 합성보의 춤내에 위치하여 층고를 절감할 수 있도록 하는 매우 유용한 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 H형강을 활용한 층고절감형 합성보의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 H형강을 활용한 층고절감형 합성보의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 H형강을 활용한 층고절감형 합성보의 시공 실시예를 도시한 단면도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 H형강을 활용한 층고절감형 합성보의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 H형강을 활용한 층고절감형 합성보의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 H형강을 활용한 층고절감형 합성보의 시공 실시예를 도시한 단면도이다.

본 발명의 H형강을 활용한 층고절감형 합성보(1)는 도 1 내지 도 3에서와 같이, H형강(10)과, H형강(10)의 외측에 수평으로 구성되는 수평거치부재(20)와, H형강(10)의 하부에 구성되는 하부 처짐보강철판(40)으로 이루어진다.

H형강(10)은 일반적인 H형강과 동일하게, 수평판 형상의 웨브(110)와, 웨브(110)의 양측에 수직방향으로 각각 형성되는 플랜지(120)(130)로 이루어져 웨브(110)를 중심으로 상부와 하부에 각각 상부 공간부(A)와 하부 공간부(B)가 형성되는 H형 단면을 이루도록 한다.

특히, 본 발명에서는 일반적인 내부에 콘크리트가 충전되는 합성보와 동일하게 내부에 콘크리트를 충전하도록 하는데, 본 발명에서는 단면 내부 전체에 콘크리트를 충전하지 않고 도 3에서와 같이, 합성보의 압축측에 해당하는 웨브(110)의 상부의 상부 공간부(A)에만 콘크리트를 충전하도록 하고 인장측에 해당하는 하부 공간부(B)는 콘크리트를 충전하지 않도록 하여 콘크리트 타설량을 줄이면서도 단면을 효율적으로 활용할 수 있도록 한다.

본 발명에서는 특히, 수평거치부재(20)를 H형강(10)의 플랜지(120)(130)의 외측에 각각 구성되도록 하고, 도 3에서와 같이, 데크(2)를 거치하여 상부에 콘크리트(3)를 타설하여 슬래브를 형성하기 때문에, 데크(2)의 거치 높이를 합성보(1)의 춤내에 위치하도록 하여 합성보(1)의 상단부에서 수평거치부재(20)가 설치된 높이까지 만큼의 높이로 층고를 절감할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이, 수평거치부재(20)는 데크(2)의 단부가 거치되어야 하기 때문에, 상부면에 수평으로 형성되도록 하고, 각각 플랜지(120)(130)의 외측면에 용접등의 방법으로 접합되도록 하며, 그 설치 높이는 필요에 따라 달리 구성할 수 있을 뿐만 아니라, 양측의 수평거치부재(20)의 높이가 동일하거나 또는 높이를 다르게 구성하도록 할 수도 있다.

수평거치부재(20)는 도 2a에서와 같이, 수평 판 형상의 수평 플레이트로 구성하거나, 도 2b에서와 같이, 앵글 또는 도 2c에서와 같이, 각형관 등을 사용하도록 할 수도 있으며, 이외에도 상부면이 수평면을 이루는 다양한 부재를 모두 사용할 수 있다.

이와 같이, H형강(10)과 측면에 수평거치부재(20)에 의하여 시공단계에서 발생되는 압축력이나 좌굴강도를 증대시키고 시공중 연직하중 뿐만 아니라 수평력이나 비대칭하중에 대해 단면의 비틀림저항이 우수하여 단면의 휨강도를 좌굴에 의한 저감없이 사용할 수 있으며, 층고를 절감할 수 있도록 한다.

또한, 수평판 형상으로 H형강(10)의 하단부에는 처짐보강철판(40)을 구성하도록 하여, H형강(10)의 처짐을 보강하도록 하면서도 인장철근의 역할을 동시에 수행하도록 할 수 있다.

이와 같은, 하부 처짐보강철판(40)은 수평 판형상으로 이루어지는데, H형강(10)의 플랜지(120)(130)의 하단부가 각각 하부 처짐보강철판(40)의 상단부에 접합되도록 하여 H형강(10)의 하부면 전체를 마감하여 하부 공간부(B)를 폐합하는 단면 형태로 구성되도록 함으로써 비틀림강성을 증대시키고 처짐에 대해 추가적인 보강을 하도록 할 수 있는 것이다.

이때, 하부 처짐보강철판(40)은 도 2에서와 같이, 폭방향 양단부가 각각 H형강(10)의 웨브(120)(130)의 외측으로 일정폭 돌출되도록 하여, 내화를 위한 피복재의 도포시에 웨브(120)(130)에서 하부로 낙하하지 않고 일정한 두께로 도포될 수 있도록 할 수도 있다.

또한, 하부 처짐보강철판(40)은 상부에 일정 깊이로 홈이 형성되고 홈에 웨브(120)(130)의 하단부가 삽입되어 접합되도록 하여, 하부 처짐보강철판(40)의 이탈을 방지하고 내부로의 누수 등을 방지할 수 있도록 한다.

특히, 본 발명에서는 합성보(1)의 압축측인 상부 공간부(A)에만 콘크리트를 타설하고 인장측인 하부 공간부(B)에서는 하부에 하부 처짐보강철판(40)을 구성하여 처짐을 방지하고 인장철근의 역할을 하도록 하는데, 추가적으로, 웨브(110)의 폭방향 중앙부를 지지하도록 중앙부 지지철판(30)이 구성되도록 할 수 있다.

중앙부 지지철판(30)은 웨브(110)의 폭방향 중앙부를 추가 지지하여 처짐을 방지하고 인장보강을 할 수 있도록 도시되지는 않았지만 웨브(130)의 하부면에 수평판, 각형관, 앵글, 채널 등을 덧대어 구성하거나, 도시된 바와 같이 웨브(110)의 폭방향 중앙부를 지지하도록 ㅅ 형상으로 한 쌍의 철판을 구성하도록 할 수 있다.

즉, 중앙부 지지철판(30)은 일측단부는 웨브(110)의 하부면의 폭방향 중앙부에 접합되고 타단부는 각각 플랜지(120)(130)의 내측면 하단부 또는 하부 처짐보강철판(40)의 상부면에 접합되도록 한다.

본 발명에서 수평거치부재(20), 중앙부 지지철판(30) 및 하부 처짐보강철판(40)은 H형강(10)의 전체 길이에 형성될 수도 있으며 필요에 따라서는 일정 구간에만 형성되도록 할 수도 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 층고절감형 합성보(1)는 도 3에서와 같이, 합성보(1)의 수평거치부재(20)에 데크(2)를 거치하고, 데크(2)의 상부와 합성보(1)의 H형강(10)의 웨브(110) 상부에만 콘크리트(3)를 타설하여 슬래브를 형성하도록 한다.

상기와 같은 본 발명의 H형강을 활용한 층고절감형 합성보는 H형강을 활용하여 시공단계에서 발생되는 압축력이나 좌굴강도를 증대시키고 시공중 연직하중 뿐만 아니라 수평력이나 비대칭하중에 대해 단면의 비틀림저항이 우수하여 단면의 휨강도를 좌굴에 의한 저감없이 사용할 수 있으며, H형강의 단면의 하부 공간부를 제외한 상부 공간부에만 콘크리트가 타설되도록 하여 콘크리트 타설량을 줄이면서도 단면을 효율적으로 설계할 수 있으며, 단면의 일정높이의 외측면에 수평거치부재를 구성하여 데크를 거치하도록 하여 슬래브가 합성보의 춤내에 위치하여 층고를 절감할 수 있도록 하는 매우 유용한 효과가 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

1 : 층고절감형 합성보
10 : H형강
20 :수평거치부재
A : 상부 공간부
B : 하부 공간부
30 : 중앙부 지지철판
40 : 하부 처짐보강철판

Claims (6)

1. 내부에 콘크리트가 충전되는 합성보에 있어서,
   수평판 형상의 웨브(110)와, 웨브(110)의 양측에 수직방향으로 각각 형성되는 플랜지(120)(130)로 이루어져 웨브(110)를 중심으로 상부와 하부에 각각 상부 공간부(A)와 하부 공간부(B)가 형성되는 H형 단면을 이루는 H형강(10)과;
   상부면이 수평면을 이루고 플랜지(120)(130)의 일정 높이에서 외측에 접합되는 수평거치부재(20)와;
   수평판 형상으로 H형강(10)의 하단부에 접합되는 하부 처짐보강철판(40);을 포함하여 이루어져,
   상부 공간부(A)에만 콘크리트(3)가 충전되는 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보.
2. 청구항 1에 있어서,
   수평거치부재(20)는 수평 플레이트, 앵글, 각형관 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보.
3. 청구항 1에 있어서,
   하부 처짐보강철판(40)은 폭방향 양단부가 각각 H형강(10)의 웨브(120)(130)의 외측으로 일정폭 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보.
4. 청구항 3에 있어서,
   하부 처짐보강철판(40)은 상부에 일정 깊이로 홈이 형성되고 홈에 웨브(120)(130)의 하단부가 삽입되어 접합되는 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보.
5. 청구항 1에 있어서,
   웨브(110)의 폭방향 중앙부를 지지하도록 중앙부 지지철판(30)이 구성되는 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보.
6. 청구항 5에 있어서,
   중앙부 지지철판(30)은 일측단부는 웨브(110)의 하부면의 폭방향 중앙부에 접합되고 타단부는 각각 플랜지(120)(130)의 내측면 하단부 또는 하부 처짐보강철판(40)의 상부면에 접합되도록 한 쌍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 H형강을 활용한 층고절감형 합성보.

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