KR102750635B1 - 거더와 기둥의 연결구조 및 그 시공방법 - Google Patents

거더와 기둥의 연결구조 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

거더와 기둥의 연결구조가 개시된다. 본 발명에 따른 거더와 기둥의 연결구조는, 중공 또는 중실의 강재기둥이나 H형 파일 형태의 기둥, 기둥이 중앙에 삽입되도록 하면서 기둥의 미리 설정된 위치에서 기둥에 용접되는 접합 플레이트, 접합 플레이트의 상면 및 하면에 각각 마련되는 보강판 및 접합 플레이트의 단부에 연결되는 거더를 포함한다.

Description

거더와 기둥의 연결구조 및 그 시공방법{JOINT STRUCTURE OF GIRDER AND COLUMN AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 거더와 기둥의 연결구조 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 거더와 기둥을 연결시 접합 플레이트와 보강판에 의해 기둥에 거더를 용이하게 연결할 수 있으며 강성이 증가하여 구조적 안전성이 개선된, 거더와 기둥의 연결구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 PC 복합화 공법이란 철근콘크리트 기둥, 보, 슬래브 등 주요 구조 부재의 일부 또는 전체를 공장 제작하여 현장에서 조립 설치하고, 부재 간의 접합부와 슬래브 상부에 현장 콘크리트를 타설하여 구조체를 일체화 하는 공법을 말한다.
이러한 공법은 공장 제작 방식과 현장 시공 방식을 조합한 복합 시공법이고, 습식접합방식(Wet Joint System)에 의한 접합구조이며, 공장에서 제작하고 현장 조립 시공하므로 구조물의 품질이 좋고 시공이 간편하며, 공사를 조기에 완료할 수 있어 공사기간이 단축되며, 특히 인력 및 가설재 투입이 적어 재해 발생 우려가 적은 장점이 있다.
한편, 철골구조는 철골부재를 리벳, 볼트, 용접 등의 접합방식으로 조립한 구조방식으로, 시공 효율성이 좋고, 고층 건물 및 대규모 스팬 건물에 유용하게 적용할 수 있으며, 아울러 설계 및 내부 평면구성이 자유롭고 증개축이 용이하다는 등의 장점이 있다.
기둥에 접합되는 철골거더에는 단부 모멘트(휨)가 발생하는데, 이에 따라 철골거더의 단부에서는 철골거더의 상부가 인장, 하부가 압축을 받는 현상이 나타난다. 이와 같은 철골거더의 단부를 통상 부모멘트 구간이라고 한다.
철골거더의 비효율적인 설계문제를 해결하기 위해 정모멘트보다 부모멘트의 절대값이 큰 경우에는 전체 철골거더를 정모멘트에 저항할 수 있는 부재로 설계하는 한편 철골거더의 단부를 하부에 역T형강을 덧붙여 보강하도록 하였다.
그러나 이 방법은 단부에서 철골거더의 춤이 지나치게 커져 시각적인 문제점이 크며, 또한 플랜지 접합작업이 복잡한 문제가 있었다.
이러한 문제점에 대한 대안으로 도 1과 같이 서로 수직으로 결합되는 제1,2 보와 기둥으로 이루어지는 구조에서 제2 보가 기둥 및 제1 보와 연결되는 부분이 보강되도록 설계하였으나, 많은 강재를 사용하여 공사비가 증가하게 되므로 경제적으로 바람직하지 못하고 강재 사용량의 증가에 의해 층고가 증가하게 된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기둥에 접합 플레이트가 삽입되도록 하고 상하부 보강판을 마련함으로써 거더를 안정적으로 거치할 수 있으면서도 시공성이 개선된, 거더와 기둥의 연결구조 및 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 거더와 기둥의 연결구조는, 중공 또는 중실의 강재기둥이나 H형 파일 형태의 기둥; 상기 기둥이 중앙에 삽입되도록 하면서 상기 기둥의 미리 설정된 위치에서 상기 기둥에 용접되는 접합 플레이트; 상기 접합 플레이트의 상면 및 하면에 각각 마련되는 보강판; 및 상기 접합 플레이트의 단부에 연결되는 거더;를 포함할 수 있다.
상기 접합 플레이트는, 상부에 마련된 상부 플레이트, 하부에 마련된 하부 플레이트, 상부 플레이트와 하부 플레이트를 연결하는 제1 보강 플레이트를 포함하며, 상부 플레이트와 하부 플레이트에 상기 기둥이 삽입될 수 있도록 블럭아웃부가 각각 마련된 것을 특징으로 한다.
상기 접합 플레이트는 적어도 2 방향의 연결부를 포함하며, 상기 접합 플레이트의 연결부는 상기 기둥이 상기 블럭아웃부에 삽입될 경우 사각 기둥의 모서리가 향하는 방향으로 연장 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 보강판은 상기 접합 플레이트와 상기 거더에 동시에 접하면서 볼트 체결에 의해 상기 접합 플레이트와 상기 거더를 연결하는 것을 특징으로 한다.
상기 접합 플레이트는 2 방향 또는 3 방향으로 거더를 연결될 수 있으며, 2방향 또는 3 방향으로 연결될 경우 연결부가 마련되지 않은 부분은 고리형으로 상기 기둥에 결합하는 것을 특징으로 한다.
상기 접합 플레이트는 하부 플레이트의 하부에 헌치 변단면 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 헌치 변단면 플레이트는 경사지도록 마련되며 제2 보강 플레이트에 의해 하부 플레이트와 연결되는 것을 특징으로 한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 거더와 기둥의 연결방법은 중공 또는 중실의 강재기둥이나 H형 파일 형태의 기둥에 접합 플레이트를 삽입한 후 용접하는 제1 시공 단계; 상기 접합 플레이트의 하부에 접하도록 하부 보강판을 연결하는 제2 시공 단계; 상기 접합 플레이트의 각 연결부에 거더를 거치하는 제3 시공 단계; 상기 접합 플레이트의 상부에 접하도록 상부 보강판을 거치하는 제4 시공 단계; 및 상기 접합 플레이트와 상부 및 하부 보강판, 거더를 현장볼트에 의해 동시에 체결하는 제5 시공단계;를 포함할 수 있다.
상기 접합 플레이트가 하부 플레이트의 하부에 헌치 변단면 플레이트를 더 포함할 경우, 상기 제3 시공단계 또는 제4 시공단계에서 상기 거더의 하부와 상기 헌치 변단면 플레이트의 단부를 연결하는 마감 플레이트를 마련하여 배치하는 것을 특징으로 한다.
상기 거더와 기둥의 연결방법에 의해 주차장 구조물이 형성될 수 있다. 또한 거더와 기둥의 연결구조를 포함하는 주차장 구조물이 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 거더와 기둥의 접합 작업이 매우 간단하고 많은 강재를 사용하지 않고도 거더와 기둥 결합시 강성이 증가하므로 공사비를 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 보와 기둥의 연결구조,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트를 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트와 기둥의 결합을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트의 하부에 하부 보강판이 마련된 것을 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트의 상부에 상부 보강판이 마련되고 거더가 거치된 것을 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트, 상부 보강판, 하부 보강판, 거더가 연결된 것을 나타내는 사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트가 2 방향 또는 3 방향으로 배치된 것을 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트와 상부 및 하부 보강판과 거더가 결합하여 시공된 주차장 구조물을 나타내는 사시도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 접합 플레이트를 나타내는 사시도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접합 플레이트의 상부에 상부 보강판이 마련되고 거더가 거치된 것을 나타내는 사시도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접합 플레이트, 상부 보강판, 하부 보강판, 거더가 연결된 것을 나타내는 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 거더와 기둥의 연결구조 및 그 시공방법을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 거더와 기둥의 연결구조는 기둥(20), 접합 플레이트(10, 60), 하부 보강판(30), 상부 보강판(40), 체결부(50), 거더(110)를 포함한다.
기둥(20)은 중공 또는 중실의 강재기둥으로 마련될 수 있으며, H형 또는 I형의 파일 형태의 기둥으로 마련될 수 있다. 본 발명에서 기둥(20)은 사각 기둥으로 예시하였으나 원형 또는 다각형의 기둥으로 마련되는 것도 물론 가능하다.
접합 플레이트(10, 60)는 중앙에 블럭아웃부가 형성되어 있어 기둥(20)이 삽입되도록 마련되며, 기둥(20)의 미리 설정된 위치에서 기둥(20)에 용접되도록 마련된다. 즉, 접합 플레이트(10, 60)는 기둥(20)에 접합되는 것이며, 거더(110)와 기둥을 연결하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트(10)의 블럭아웃부(12, 14)의 각 변의 중심에 제1 보강 플레이트(13)가 인접하도록 도 3과 같이 마련될 수 있으나, 블럭아웃부(12, 14)의 각 변의 꼭짓점에 인접하도록 제1 보강 플레이트(13)가 마련되는 것도 가능하다.
즉, 블럭아웃부(12, 14)는 거더(110)와 기둥(20)의 연결시, 기둥(20)의 일면과 연결부(11)의 단부가 서로 평행하도록 마련될 수 있으나, 45도 방향으로 블럭아웃부(12, 14)가 회전되어 기둥(20)의 모서리에 인접하여 연결부가 마련될 수 있다. 다시 말하면, 기둥(20)의 모서리부는 거더(110)와 거더(110) 사이를 향하는 방항으로 마련될 수 있으나, 기둥(20)의 모서리부는 거더(110) 방향으로 마련되는 것도 가능하다.
접합 플레이트는(10) 상부에 마련된 상부 플레이트(11), 하부에 마련된 하부 플레이트(15), 상부 플레이트(11)와 하부 플레이트(15)를 연결하는 제1 보강 플레이트(13)를 포함하며, 상부 플레이트(11)와 하부 플레이트(15)에 기둥(20)이 삽입될 수 있도록 블록아웃부(12, 14)가 각각 마련된다.
상부 플레이트(11), 하부 플레이트(15) 및 제1 보강 플레이트(130)는 H 형 또는 I 형 빔(beam)의 형상을 가지도록 마련된 연결부를 형성하며, 거더(110)는 연결부에 연결되되 상부 보강판(40), 하부 보강판(30), 및 접합 플레이트(10)와 동시에 접하면서 볼팅 체결될 수 있다.
도 7을 참조하면, 접합 플레이트(10)는 적어도 2 방향의 연결부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7의 (a)와 같이 하나의 기둥에 거더가 3 방향으로 연결되는 경우 접합 플레이트(10')는 3 방향의 연결부를 포함하며 이 때 상부 보강판(40')과 하부 보강판(30')은 각각 2 개씩 마련될 수 있다. 또한 도 7의 (b)와 같이 하나의 기둥에 거더가 2 방향으로 연결되는 경우 접합 플레이트(10")는 2 방향의 연결부를 포함하며 이 때 상부 보강판(40")과 하부 보강판(30")은 각각 1 개씩 마련될 수 있다.
접합 플레이트(10)는 2방향 또는 3 방향으로 연결될 경우 연결부가 마련되지 않은 부분은 고리형으로 기둥(20)에 결합할 수 있으며, 이는 도 7의 (b)와 같은 접합 플레이트(10")에 잘 표현되어 있다.
하부 보강판(30)은 접합 플레이트(10)의 하부에 연결되어, 거더(110)의 하부 플레이트 및 접합 플레이트(10)의 하면과 동시에 접하도록 형성된다. 여기서 연결된다는 의미는 하부 보강판(30)이 접합 플레이트(10)와 용접 등의 방법에 의해 고정결합한다는 것이다.
상부 보강판(40)은 접합 플레이트(10)의 상부에 거치되어, 거더(110)의 상부 플레이트 및 접합 플레이트(10)의 상면과 동시에 접하도록 형성된다.
하부 보강판(30)에 거더(110)가 거치된 후 상부 보강판(40)이 접합 플레이트(10)와 거더(110)의 상면에 거치되며, 이후 상부 보강판(40)과 접합 플레이트(10)의 상부와 거더(110)의 상부 플레이트가 볼팅 체결에 의한 체결부(50)에 의해 고정결합하게 된다. 또한 하부 보강판(30)과 접합 플레이트(10)의 하부와 거더(110)의 하부 플레이트가 볼팅 체결에 의해 고정결합한다. 물론 거더(110)의 복부와 제1 보강 플레이트(13)가 연결판 및 볼팅 체결에 의해 연결될 수 있다.
도 9 내지 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거더와 기둥의 연결구조는 접합 플레이트(60)가 헌치 변단면 플레이트(67)를 더 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 접합 플레이트(60)는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 플레이트(10)와 대동소이하므로 차이나는 부분 위주로 설명한다.
헌치 변단면 플레이트(67)는 상부로 경사지도록 마련되며 제2 보강 플레이트(66)에 의해 하부 플레이트(65)와 연결된다. 헌치 변단면 플레이트(67)가 상부로 경사지도록 마련되므로 제2 보강 플레이트(66)의 길이는 제1 보강 플레이트(63)의 길이 보다 더 작게 마련된다.
헌치 변단면 플레이트(67)에 의해 접합 플레이트(60)의 강성이 증가될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 접합 플레이트(60)는 세 개의 블록아웃부(62, 64, 68)를 가지며, 기둥(20)은 이 세 개의 블록아웃부(62, 64, 68)에 삽입된다.
도 10을 참조하면, 하부 보강판(30)은 하부 플레이트(65)의 하면에 연결되며, 거더(110)는 하부 보강판(30)의 상면에 거치된다. 이 때 거더의 하부와 헌치 변단면 플레이트(67)의 단부를 연결하는 마감 플레이트(70)를 마련하여 배치할 수 있다. 거더(110)는 제1 보강 플레이트(63)와 직접 연결되되 제2 보강플레이트(66)와 직접 연결되지 않고, 거더(110)의 하면은 마감 플레이트(70)에 의해 헌치 변단면 플레이트(67)와 간접적으로 연결된다.
본 발명에 따르면, 거더와 기둥의 접합 작업이 매우 간단하고 많은 강재를 사용하지 않고도 거더와 기둥 결합시 강성이 증가하므로 공사비를 감소시킬 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 거더와 기둥의 접합방법을 설명한다.
먼저, 중공 또는 중실의 강재기둥이나 H형 파일 형태의 기둥(20)에 접합 플레이트(10, 60)를 삽입한 후 용접하는 제1 시공 단계가 개시된다. 이 때 기둥(20)과 접합 플레이트(10, 60)의 결합은 공장 내부에서 이루어질 수 있으며, 기둥(20)고 접합 플레이트(10, 60)가 결합된 부분은 그 부피가 크지 않으므로 적층에 의해 현장으로 이동이 용이하다.
이후, 접합 플레이트(10, 60)의 하부에 접하도록 하부 보강판(30)을 설치하는 제2 시공 단계가 마련된다. 하부 보강판(30)은 접합 플레이트(10, 60)의 하부 플레이트(15, 65)의 하면에 용접된다. 하부 보강판(30)은 접합 플레이트(10, 60)의 연결부가 형성되는 개수에 따라 상이하게 마련되며, 연결부가 4 개일 경우 하부 보강판은 4 개이고 연결부가 3 개일 경우 하부 보강판은 두 개가 필요하며 연결부가 2 개일 경우 하부 보강판은 1 개가 필요하다.
하부 보강판(30)이 접합 플레이트(10, 60)에 연결된 후, 접합 플레이트(10, 60)의 각 연결부에 거더(110)를 거치하는 제3 시공 단계가 개시된다. 거더(110)는 연결부에 연결될 수 있도록 하부 보강판(30)의 상면에 거치되도록 둘 수 있다.
이 후, 접합 플레이트(10, 60)의 상부에 접하도록 상부 보강판(40)을 거치하는 제4 시공 단계가 마련된다. 상부 보강판(40)의 형상 및 개수는 하부 보강판(30)의 형상고 개수에 대응되도록 마련될 수 있다. 상부 보강판(40)은 접합 플레이트(10, 60)의 상면과 거더(110)와 인접한 거더(110)의 상부 플랜지에 동시에 접하도록 마련될 수 있다.
이 후, 접합 플레이트(10, 60)와 상부 및 하부 보강판(30, 40), 거더(110)를 현장볼트에 의해 동시에 체결하는 제5 시공단계를 포함할 수 있다. 만일, 접합 플레이트(60)가 하부 플레이트(65)의 하부에 헌치 변단면 플레이트(67)를 더 포함할 경우, 제3 시공단계 또는 제4 시공단계에서 거더(110)의 하부와 헌치 변단면 플레이트(67)의 단부를 연결하는 마감 플레이트(70)를 배치하여 헌치 변단면 플레이트(67)와 거더(110)의 하부를 연결할 수 있다.
본 발명에 따른 거더와 기둥의 연결방법에 의해 도 8과 같은 주차장 구조물, 혹은 주차장 뼈대가 형성될 수 있으며, 물론 건축물과 같은 구조물의 뼈대를 형성하는 것도 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 접합 플레이트
20: 기둥
30: 하부 보강판
40: 상부 보강판
50: 체결부
60: 접합 플레이트
70: 마감 플레이트
110: 거더

Claims (10)

  1. 중공 또는 중실의 강재기둥이나 H형 파일 형태의 기둥;
    상기 기둥이 중앙에 삽입되도록 하면서 상기 기둥의 미리 설정된 위치에서 상기 기둥에 용접되는 접합 플레이트;
    상기 접합 플레이트의 상면 및 하면에 각각 마련되는 보강판; 및
    상기 접합 플레이트의 단부에 연결되는 거더;를 포함하고,
    상기 접합 플레이트는,
    상부에 마련된 상부 플레이트, 하부에 마련된 하부 플레이트, 상부 플레이트와 하부 플레이트를 연결하는 제1 보강 플레이트를 포함하며, 상부 플레이트와 하부 플레이트에 상기 기둥이 삽입될 수 있도록 블럭아웃부가 각각 마련되고,
    상기 접합 플레이트는 하부 플레이트의 하부에 헌치 변단면 플레이트를 더 포함하며, 상기 헌치 변단면 플레이트는 경사지도록 마련되며 제2 보강 플레이트에 의해 하부 플레이트와 연결되고,
    상기 거더는 상기 제1 보강 플레이트와 직접 연결되되 상기 제2 보강플레이트와 직접 연결되지 않고, 상기 거더의 하면은 마감 플레이트에 의해 상기 헌치 변단면 플레이트와 간접적으로 연결되고,
    상기 하부 보강판은 상기 접합 플레이트 및 상기 거더의 하면과 직접적으로 동시에 접하고, 상기 마감 플레이트의 상단부와 접하면서 상기 헌치 변단면 플레이트와 미리 설정된 간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 거더와 기둥의 연결구조.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접합 플레이트는 적어도 2 방향의 연결부를 포함하며, 상기 접합 플레이트의 연결부는 상기 기둥이 상기 블럭아웃부에 삽입될 경우 사각 기둥의 모서리가 향하는 방향으로 연장 설치되는 것을 특징으로 하는 거더와 기둥의 연결구조.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 접합 플레이트는 2 방향 또는 3 방향으로 거더를 연결될 수 있으며, 2방향 또는 3 방향으로 연결될 경우 연결부가 마련되지 않은 부분은 고리형으로 상기 기둥에 결합하는 것을 특징으로 하는 거더와 기둥의 연결구조.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항, 제3항, 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 거더와 기둥의 연결구조를 포함하는 주차장 구조물.
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