KR102919867B1 - W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 w형 합성보 접합부 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합성보에서는 역 T형 보강재와 한 쌍의 Z형강을 이용하여 W형 단면을 갖도록 하여 강재를 구조부재의 압축측에 배치되는 요소를 최소화하고 이를 인장측에 집중배치함으로써 효율적인 단면배치가 되도록 하고, 강재 기둥에 이에 대응하는 W형 브라켓을 이용하여 합성보와 기둥의 모멘트 접합을 하도록 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 W형 합성보는 수평 판 형상의 하부 수평판과 하부 수평판의 폭방향 중앙부에 수직으로 형성되는 수직판으로 이루어져 역T형상으로 이루어지는 주 보강재와, 수평판 형상의 하부 수평부와 하부 수평부의 일측 단부에서 수직 상부로 연장되는 수직부와 수직부의 상단부에서 타측 수평방향으로 연장되는 상부 수평부로 이루어져 하부 수평부가 주 보강재의 수직판의 양측에서 하부 수평판의 상부에서 고장력 볼트로 결합되어 한 쌍이 대칭을 이루도록 구성되며 주 보강재의 외측 단부에서 일정길이 더 돌출되도록 구성되는 Z형강으로 이루어지고, 강재 기둥은 역T형상으로 이루어지는 브라켓 보강재와 브라켓 Z형강으로 이루어지며 브라켓 보강재가 브라켓 Z형강의 일측 단부에서 일정길이 더 돌출되도록 구성되는 W형 브라켓이 타측 단부가 강재 기둥에 접합되어 구성되며, W형 브라켓의 일측 단부와 W형 합성보의 단부가 접하도록 위치하고, 이음 강판을 이용하여 볼팅접합하여 이루어진다.

Description

W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조{Joint structure of steel column and W-type composite beam}

본 발명은 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 합성보에서는 역 T형 보강재와 한 쌍의 Z형강을 이용하여 W형 단면을 갖도록 하여 강재를 구조부재의 압축측에 배치되는 요소를 최소화하고 이를 인장측에 집중배치함으로써 효율적인 단면배치가 되도록 하고, 강재 기둥에 이에 대응하는 W형 브라켓을 이용하여 합성보와 기둥의 모멘트 접합을 하도록 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조에 관한 것이다.

강콘크리트 합성보는 강재 보와 철근콘크리트 슬래브가 단일부재로 거동하도록 구현하여 휨모멘트를 받을 때 압축응력의 대부분은 콘크리트가 부담하도록 하고 인장응력은 강재가 부담하도록 하는 효율적인 구조부재로써 보의 춤을 줄여 건축구조물의 층고를 줄일 수 있고 보 단면의 저항강도와 저항강성 증대로 장 스팬 구조물이 가능하게 하며 극한성능이나 변형성능이 증대되는 장점을 가지고 있다.

합성보는 등분포하중을 받는 단순보와 동일하게 중앙부 하단에서 인장력이 최대가 되고 상부에는 압축력이 작용한다. 상부의 압축력은 콘크리트가 분담하므로 H형강을 기준으로 생각하면 상부 플랜지는 형태 유지를 위해 최소 크기가 효과적이다. 반면 중앙부 하단은 인장력을 많이 받으므로 전체적인 단면이 변단면으로 되거나 하부 플랜지를 플레이트로 보강하여 내력을 증강시키는 것이 효과적이다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0851490호 "층고 절감을 위한 철골 합성보 구조"(특허문헌 1)이 있다.

상기 배경기술은, 웨브, 상부 플랜지 및 하부 플랜지로 된 I형 철골보 중 상기 하부 플랜지의 폭이 상부 플랜지 보다 크게 제작되고, 상기 상부 플랜지 및 하부 플랜지 모두로부터 일정 간격으로 떨어지도록 상기 웨브의 중앙부위에 웨브 구멍이 형성되며, 상기 하부 플랜지의 양 끝단에는 ㄱ자형 지지판이 철골보의 길이방향을 따라 연장 설치되고, 상기 ㄱ자형 지지판 상에 설치된 데크 플레이트에 슬래브 콘크리트가 타설되도록 구성되는 합성보 구조를 개시한다.

그러나 상기 배경기술에서 제안하는 합성보 구조는 상부 압축력을 상부 플랜지와 웨브의 상부 그리고 콘크리트가 저항함으로써 불필요하게 강재가 많이 사용되고 단면이 비효율적이라는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강재를 구조부재의 압축측에 배치되는 요소를 최소화하고 이를 인장측에 집중배치함으로써 효율적인 단면배치가 되도록 하는 단면 형태를 갖는 합성보를 구성하고, 기둥과 합성보의 접합을 용이하게 하도록 강재 기둥과 합성보 접합부 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 강구조의 W형 합성보와 강재 기둥 접합부 구조에 있어서, W형 합성보는 수평 판 형상의 하부 수평판과 하부 수평판의 폭방향 중앙부에 수직으로 형성되는 수직판으로 이루어져 역T형상으로 이루어지는 주 보강재와, 수평판 형상의 하부 수평부와 하부 수평부의 일측 단부에서 수직 상부로 연장되는 수직부와 수직부의 상단부에서 타측 수평방향으로 연장되는 상부 수평부로 이루어져 하부 수평부가 주 보강재의 수직판의 양측에서 하부 수평판의 상부에서 고장력 볼트로 결합되어 한 쌍이 대칭을 이루도록 구성되며 주 보강재의 외측 단부에서 일정길이 더 돌출되도록 구성되는 Z형강으로 이루어지고, 강재 기둥은 일정거리 이격되어 구성되는 한 쌍의 플랜지와 한 쌍의 플랜지의 폭방향 중앙부를 연결하는 웨브로 이루어지는 H형 단면으로 이루어지고, 수평 판 형상의 하부 수평판과 하부 수평판의 폭방향 중앙부에 수직으로 형성되는 수직판으로 이루어져 역T형상으로 이루어지는 브라켓 보강재와, 수평판 형상의 하부 수평부와 하부 수평부의 일측 단부에서 수직 상부로 연장되는 수직부와 수직부의 상단부에서 타측 수평방향으로 연장되는 상부 수평부로 이루어지는 브라켓 Z형강으로 이루어져, 하부 수평부가 브라켓 보강재의 수직판의 양측에서 하부 수평판의 상부에서 고장력 볼트로 결합되어 한 쌍이 대칭을 이루도록 구성되되 브라켓 보강재가 브라켓 Z형강의 일측 단부에서 일정길이 더 돌출되도록 구성되는 W형 브라켓이 타측 단부가 강재 기둥에 접합되어 구성되며, W형 브라켓의 일측 단부와 W형 합성보의 단부가 접하도록 위치하고, 이음 강판을 이용하여 볼팅접합하는 것을 특징으로 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조를 제공하고자 한다.

또한, W형 합성보 단부의 하중전달구간에는 Z형강의 상부 수평부의 상부에 복수의 스터드가 구성되는 것을 특징으로 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조를 제공하고자 한다.

또한, 강재 기둥에서 W형 브라켓의 하부 수평부가 만나는 위치에 플랜지를 수평으로 연결하는 다이아프램 강판이 구성되는 것을 특징으로 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조를 제공하고자 한다.

또한, 강재 기둥에서 W형 브라켓의 상부 수평판이 만나는 위치에는 수평방향 연결판을 용접하여 구성되는 것을 특징으로 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조를 제공하고자 한다.

또한, 한 쌍의 Z형강을 연결하도록 Z형강의 길이방향 일정 간격마다 타이부재가 구성되는 것을 특징으로 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조를 제공하고자 한다.

본 발명의 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조는 합성보에서는 역 T형 보강재와 한 쌍의 Z형강을 이용하여 W형 단면을 갖도록 하여 강재를 구조부재의 압축측에 배치되는 요소를 최소화하고 이를 인장측에 집중배치함으로써 효율적인 단면배치가 되도록 하고, 강재 기둥에 이에 대응하는 W형 브라켓을 이용하여 합성보와 기둥의 모멘트 접합을 하도록 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 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 측면도이다.
도 3은 상기 도 2의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 4는 상기 도 2의 B-B선을 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조를 일부 분해 도시한 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.

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 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 측면도이다.

본 발명에서는 강재 기둥(20)과 W형 단면을 갖는 W형 합성보(10)의 모멘트 접합을 위해 강재 기둥(20)에 W형 브라켓(40)을 용접하여 W형 합성보(10) 단부와 연결하는 상세를 사용하며, W형 합성보(10)의 주 보강재(110)와 W형 브라켓(40)의 브라켓 보강재(410)를 각각 Z형강(120) 및 브라켓 Z형강(460)의 단부와 어긋나게 구성하여 현장에서 W형 합성보(10)의 주 보강재(110) 및 W형 브라켓(40)의 브라켓 보강재(410)와 각각 Z형강(120) 및 브라켓 Z형강(460)를 각각 다른 위치에서 볼트로 연결하여 모멘트 접합을 하도록 하는 것이다.

도 3은 상기 도 2의 A-A선을 따른 단면도이고, 도 4는 상기 도 2의 B-B선을 따른 단면도이며, 도 5는 본 발명의 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조를 일부 분해 도시한 측단면도이다.

본 발명에서는 강재 기둥(20)은 일정거리 이격되어 구성되는 한 쌍의 플랜지(210)와 한 쌍의 플랜지(210)의 폭방향 중앙부를 연결하는 웨브(230)로 이루어지는 H형 단면의 H형강으로 이루어지고, W형 합성보(10)가 접합되는 부분에는 W형 브라켓(40)이 접합되어 구성된다.

본 발명에서의 W형 합성보(10)는 도 3에서와 같이, 역T형상으로 이루어지는 주 보강재(110)와, 주 보강재(110)의 양측에 구성되어 한 쌍이 대칭을 이루도록 구성되는 Z형강(120)으로 이루어져 W형 단면을 갖도록 형성된다.

주 보강재(110)를 인장력을 많이 받는 합성보 단면의 하부에 구성하도록 하여 단면을 보강하도록 하면서, 합성보 단면 상부의 압축력은 콘크리트가 분담하기 때문에 합성보 단면 상부에는 불필요한 강재량을 줄이도록 한다.

주 보강재(110)는 하부 수평판(111)과, 하부 수평판(111)의 폭방향 중앙부에 수직으로 형성되는 수직판(112)으로 이루어져 역T형상으로 이루어지며, H형강을 분절하여 사용하거나 별도의 부재를 용접하여 사용하도록 할 수도 있으며, 이때, 본 발명의 합성보의 단면 하부에 구성되는 주 보강재(110)는 Z형강(120)과 동일한 두께의 부재로 이루어질 수 있지만 단면력 증대를 위해 Z형강(120)보다 고강도의 강판 또는 더 두꺼운 강판이나 H형강 등을 절단하여 사용할 수도 있다.

Z형강(120)은 수평판형상의 하부 수평부(121)와 하부 수평부(121)의 일측 단부에서 수직 상부로 연장되는 수직부(122)와, 수직부(122)의 상단부에서 타측 수평방향으로 연장되는 상부 수평부(123)로 이루어져 z형상으로 이루어진다.

하부 수평부(121)는 주 보강재(110)와의 접합을 위한 접합면을 구성하며, 수직부(122)는 합성보의 춤을 결정하도록 하기 때문에 낮은 춤의 보나 높은 춤의 보 등 필요에 따라 다양한 높이로 구성될 수 있으며, 상부 수평부(123)는 트러스 데크 등이 거치되는 거치면을 제공하도록 한다.

이와 같은 Z형강(120)은 하부 수평부(121)가 주 보강재(110)의 수직판(112)의 양측에서 하부 수평판(111)의 상부에서 고장력 볼트(140)로 결합되어 한 쌍이 대칭을 이루도록 구성되어 내부에 콘크리트를 충전할 수 있도록 한다.

이때, Z형강(120)의 상부 수평부(123)의 상부에는 복수의 스터드(190)가 구성되도록 하여, 상부에 슬래브 형성을 위해 타설되는 콘크리트와 전단연결재의 기능을 하도록 할 수 있다.

본 발명에서의 합성보는 주 보강재(110)와 주 보강재(110)의 양측에 구성되는 Z형강(120)으로 이루어져 내부에 콘크리트를 타설할 수 있도록 하는데, 이때, 콘크리트의 타설압이나 시공중 하중 등에 의하여 한 쌍의 Z형강(120)이 벌어지는 것을 방지하기 위하여 한 쌍의 Z형강(120)을 연결하도록 Z형강의 길이방향 일정 간격마다 타이부재(170)가 구성되도록 할 수 있으며, 이때 타이부재(170)는 강봉, 철근 등으로 이루어질 수도 있고 이외에도 평판 형상의 플레이트, ㄴ 단면을 갖는 앵글, ㄷ 단면을 갖는 채널 등으로 이루어질 수도 있으며, 수직부(122) 간을 연결하거나 상부 수평부(123) 간을 연결하도록 할 수 있다.

또한, 도 4에서와 같이, 강재 기둥(20)에는 W형 브라켓(40)이 접합되어 구성되는데, W형 브라켓(40)은 수평 판 형상의 하부 수평판(411)과 하부 수평판(411)의 폭방향 중앙부에 수직으로 형성되는 수직판(412)으로 이루어져 역T형상으로 이루어지는 브라켓 보강재(410)와, 수평판 형상의 하부 수평부(461)와 하부 수평부(461)의 일측 단부에서 수직 상부로 연장되는 수직부(462)와 수직부(462)의 상단부에서 타측 수평방향으로 연장되는 상부 수평부(463)로 이루어지는 브라켓 Z형강(460)으로 이루어져,

하부 수평부(461)가 브라켓 보강재(410)의 수직판(412)의 양측에서 하부 수평판(411)의 상부에서 고장력 볼트(140)로 결합되어 한 쌍이 대칭을 이루도록 구성되되 브라켓 보강재(410)가 브라켓 Z형강(460)의 일측 단부에서 일정길이 더 돌출되도록 구성되는 W형 브라켓(40)이 타측 단부가 강재 기둥(20)에 접합되어 구성되도록 한다. 이와 같이, W형 합성보(10)의 단면과 W형 브라켓(40)이 동일한 단면을 이루도록 하여 접합이 용이하도록 할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 도 5에서와 같이, Z형강(120)은 주 보강재(110)의 외측 단부에서 일정길이 더 돌출되도록 구성즉, 주 보강재(110)의 단부가 Z형강(120)의 외측 단부에서 내측방향으로 일정거리 인입되어 구성되도록 하고, 이에 대응하여 브라켓 보강재(410)가 브라켓 Z형강(460)의 일측 단부에서 일정길이 더 돌출되도록 구성되도록 한다.

이후 현장에서 주 보강재(110) 및 Z형강(120)을 볼트접합을 통해 W형 브라켓(40)의 브라켓 보강재(410)와브라켓 Z형강(460)에 이음하는데, 이와 같이, 이때 주보강재(110)과 Z형강(120)의 볼트 위치를 엇갈리게 하여 보-기둥 접합부에서 연성능력을 향상시키도록 할 수 있으며, 휨에 저항하는 브라켓 보강재(410)의 길이를 길게하여 소성변형이 더 넓은 구간에 분포될 수 있도록 한다.

W형 브라켓(40)의 연결에서는 W 단면을 구성하는 브라켓 보강재(410)가 브라켓 Z형강(460) 모두 합성보(10)의 모멘트와 전단력을 강재 기둥(20)으로의 전달에 기여한다. 따라서 인장력을 전달하는 브라켓 보강재(410)의 브라켓 Z형강(460) 상부 수평판(463)은 마찰 볼트접합으로 연결하며, 또한 합성보(10)의 전단력을 전달하는 브라켓 Z형강(460) 수직판(412)은 일반볼트로 연결한다.

또한, 강재 기둥(20)에서 W형 브라켓(40)의 하부 수평부(412) 및 상부 수평판(463)이 만나는 위치에는 각각 인장력 및 압축력이 강재 기둥(20)으로 원활하게 전달될 수 있도록 다이아프램 강판(260) 및 수평방향 연결판(270)을 용접하여 구성할 수 있다.

이와 같이 구성되는 W형 브라켓(40)의 타측 단부는 강재 기둥(20)에 접합되도록 하는데, 도 1에서와 같이, 강축방향 모멘트 접합시에는 플랜지(210)에 W형 브라켓(40)의 타측 단부가 용접되도록 할 수도 있고, 도 6에서와 같이, 약축방향 모멘트 접합시에는 수직 접합판(610)과 수직 접합판(610)의 폭방향 중앙부에 직각방향으로 형성되는 고정판(620)으로 구성되는 T형 스티프너(60)를 고정판(620)의 단부를 웨브(220)에 접합하여 수직 접합판(610)에 W형 브라켓(40)의 타측 단부가를 용접하여 접합되도록 할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조는 합성보에서는 역 T형 보강재와 한 쌍의 Z형강을 이용하여 W형 단면을 갖도록 하여 강재를 구조부재의 압축측에 배치되는 요소를 최소화하고 이를 인장측에 집중배치함으로써 효율적인 단면배치가 되도록 하고, 강재 기둥에 이에 대응하는 W형 브라켓을 이용하여 합성보와 기둥의 모멘트 접합을 하도록 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.

10 : W형 합성보
110 : 주 보강재
120 : Z형강
20 : 강재 기둥
40 : W형 브라켓

Claims (5)

1. 강구조의 W형 합성보(10)와 강재 기둥(20) 접합부 구조에 있어서,
   W형 합성보(10)는 수평 판 형상의 하부 수평판(111)과 하부 수평판(111)의 폭방향 중앙부에 수직으로 형성되는 수직판(112)으로 이루어져 역T형상으로 이루어지는 주 보강재(110)와, 수평판 형상의 하부 수평부(121)와 하부 수평부(121)의 일측 단부에서 수직 상부로 연장되는 수직부(122)와 수직부(122)의 상단부에서 타측 수평방향으로 연장되는 상부 수평부(123)로 이루어져 하부 수평부(121)가 주 보강재(110)의 수직판(112)의 양측에서 하부 수평판(111)의 상부에서 고장력 볼트(140)로 결합되어 한 쌍이 대칭을 이루도록 구성되며 주 보강재(110)의 외측 단부에서 일정길이 더 돌출되도록 구성되는 Z형강(120)으로 이루어지고,
   강재 기둥(20)은 일정거리 이격되어 구성되는 한 쌍의 플랜지(210)와 한 쌍의 플랜지(210)의 폭방향 중앙부를 연결하는 웨브(230)로 이루어지는 H형 단면으로 이루어지고,
   수평 판 형상의 하부 수평판(411)과 하부 수평판(411)의 폭방향 중앙부에 수직으로 형성되는 수직판(412)으로 이루어져 역T형상으로 이루어지는 브라켓 보강재(410)와, 수평판 형상의 하부 수평부(461)와 하부 수평부(461)의 일측 단부에서 수직 상부로 연장되는 수직부(462)와 수직부(462)의 상단부에서 타측 수평방향으로 연장되는 상부 수평부(463)로 이루어지는 브라켓 Z형강(460)으로 이루어져,
   하부 수평부(461)가 브라켓 보강재(410)의 수직판(412)의 양측에서 하부 수평판(411)의 상부에서 고장력 볼트(140)로 결합되어 한 쌍이 대칭을 이루도록 구성되되 브라켓 보강재(410)가 브라켓 Z형강(460)의 일측 단부에서 일정길이 더 돌출되도록 구성되는 W형 브라켓(40)이 타측 단부가 강재 기둥(20)에 접합되어 구성되며,
   W형 브라켓(40)의 일측 단부와 W형 합성보(10)의 단부가 접하도록 위치하고, 이음 강판(50)을 이용하여 볼팅접합하는 것을 특징으로 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   W형 합성보(10) 단부의 하중전달구간에는 Z형강(120)의 상부 수평부(123)의 상부에 복수의 스터드(190)가 구성되는 것을 특징으로 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조.
3. 청구항 1에 있어서,
   강재 기둥(20)에서 W형 브라켓(40)의 하부 수평부(412)가 만나는 위치에 플랜지(210)를 수평으로 연결하는 다이아프램 강판(260)이 구성되는 것을 특징으로 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조.
4. 청구항 1에 있어서,
   강재 기둥(20)에서 W형 브라켓(40)의 상부 수평판(463)이 만나는 위치에는 수평방향 연결판(270)을 용접하여 구성되는 것을 특징으로 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조.
5. 청구항 1에 있어서,
   한 쌍의 Z형강(120)을 연결하도록 Z형강의 길이방향 일정 간격마다 타이부재(170)가 구성되는 것을 특징으로 하는 W형 브라켓이 구성된 강재 기둥과 W형 합성보 접합부 구조.