KR20030008875A - 개방형 단면을 갖는 철골보 및 이를 이용한 충복 내화형합성보 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콘크리트 충진공간을 구비하도록 제작되어 콘크리트와의 합성으로 별도의 내화피복없이도 충분한 내화성능을 확보할 수 있는 개방형 단면을 갖는 철골보에 관한 것으로서, 콘크리트 충진공간에 철근을 부가적으로 배근하여 철골, 철근 및 콘크리트의 합성효과로 구조적인 내력을 만족시키는 합성보로서 기능이 기대되는 충복 내화형 합성보 구조에 관한 것이다.
본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보는 하부플랜지부, 상기 하부플랜지부 상부측으로 콘크리트 충진공간이 형성되도록 한쌍의 수직부재가 서로 격리하여 배치되는 웨브부 및, 상기 웨브부의 콘크리트 충진공간 상부측으로 일부 또는 전체가 개방되도록 상기 웨브부의 한쌍의 수직부재 상단에서 각각 연장 형성되는 상부플랜지부;를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 개방형 단면을 갖는 철골보를 보부재로서 적용하여 웨브부의 콘크리트 충진공간에 철근을 배근하고 콘크리트를 충진시키면 내화성능을 갖추고 아울러 구조적인 내력을 발휘할 수 있는 철골, 철근 및 콘크리트가 합성된 충복 내화형 합성보 구조가 완성된다.

Description

개방형 단면을 갖는 철골보 및 이를 이용한 충복 내화형 합성보 구조{steel beam with open section and composite structure using the same}
본 발명은 개방형 단면을 갖는 철골보 및 이를 이용한 충복 내화형 합성보 구조에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 콘크리트 충진공간을 구비하도록 제작되어 콘크리트와의 합성으로 별도의 내화피복없이도 충분한 내화성능을 확보할 수 있는 개방형 단면을 갖는 철골보에 관한 것으로서, 콘크리트 충진공간에 철근을 부가적으로 배근하여 철골, 철근 및 콘크리트의 합성효과로 구조적인 내력을 만족시키는 합성보로서 기능이 기대되는 충복 내화형 합성보 구조에 관한 것이다.
통상 철골구조에서 철골보로는 H형강 또는 T형강을 적용하여 왔으며, 이러한 철골보에는 건축법에 규정하고 있는 철골부재의 내화성능을 만족시키기 위한 조치로서 표면에 내화피복을 해왔다.
내화피복은 철골부재에 암면, 시멘트 등을 혼합한 무기재료를 뿜칠하여 일정두께의 내화피복을 형성하는 내화피복 뿜칠공법, 라스 모르터 플라스터를 미장바름하여 내화피복하는 라스 모르터 바름공법, 규산칼슘판을 철골면에 붙이는 성형판 접착공법, PC판이나 ALC판을 내화피복재로서 사용하는 프리패브공법 등을 적용하여 완성하게 된다. 소요내화피복두께를 확보하기 위한 내화피복 공사는 상당히 복잡하고 어려울 뿐 아니라 철골구조체의 완성 후에 별도의 공정으로 진행되므로 전체 공사기간은 지연되기 쉽다. 또한, 적용되는 대부분의 내화피복재는 환경 비친화적인 물질로 구성되는 바, 환경오염 및 폐자재의 양산 등의 문제발생이 우려된다. 또한, 내화피복에 대한 유지관리는 거의 이루어지고 있지 않기 때문에 장기간 지나면 내화성능이 저하되며 결국 화재시 적절하게 내화성능을 발휘하지 못하여 구조적인 안전상에 심각한 위해가 발생할 수 있다.
한편, 고층화, 장스팬 등 구조적인 내력을 요하는 구조물의 구축시 SRC조(철골·철근콘크리트조) 등의 합성구조를 적용하게 되는데, 종래의 SRC조에서 합성보(철골보의 주변으로 철근 및 콘크리트 보강)의 시공은 철골보의 접합, 보철근배근, 보거푸집 설치 및 보콘크리트 타설을 거쳐 이루어지기 때문에 시공이 상당히 복잡하고 비효율적으로 진행된다. 이러한 문제를 해결하고자 PC합성보가 다양하게 개발되고 있으며, 도1은 그러한 합성보의 일례인 Eurocode 4에서 규정하고 있는 내화형 PC합성보(10′)를 도시하고 있다. 내화형 PC합성보(10′)는 소요 내화성능 및 구조적인 내력을 확보하기 위하여 H형강 상하부플랜지 사이에 철근 및 콘크리트를 합성하여 완성되며, 그 내화성능은 H형강 사이에 배근되는 철근과 H형강과 철근을 일체화시키는 콘크리트가 기능하게 된다. 이러한 형태의 내화형 PC합성보(10′)는 그 제작이 어려울 뿐 아니라 합성보의 현장작업시 합성보 부재 자체의 과도한 자중으로 인해 운반 및 양중이 어려워 작업효율성을 떨어뜨린다. 또한, 타 철골부재(기둥 또는 보)와의 접합이 어려워 일체화된 접합부의 형성이 곤란하며 이에 대한 보완으로 별도의 전단보강(전단보강근의 배근 및 전단키의 형성)이 요구되는 단점을 갖는다.
따라서, 본 발명자는 철골보에 이루어지는 내화피복 시공상의 문제점 및 내화형 PC합성보의 문제점을 동시에 개선할 수 있는 개방형 단면을 갖는 철골보 및 이를 이용한 충복 내화형 합성보 구조를 개발하게 되었다.
본 발명의 목적은 콘크리트 충진공간을 구비하도록 제작되어 콘크리트와의 합성으로 별도의 내화피복없이도 충분한 내화성능을 확보할 수 있는 개방형 단면을 갖는 철골보를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 철골보 내에 철근 배근 및 콘크리트 타설로 소요 내화성능과 내력을 만족시킬 수 있으므로 현장시공성이 우수한 합성보로 적용할 수 있는 개방형 단면을 갖는 철골보를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이질부재인 철골보와 콘크리트 슬래브의 일체화를 꾀하여 별도의 전단보강없이도 우수한 부재의 합성력을 기대할 수 있는 개방형 단면을 갖는 철골보 및 이를 이용한 충복 내화형 합성보 구조를 제공하는 것이다.
도1은 종래의 내화형 PC합성보 구조의 단면도이다.
도2는 본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보의 구체예의 사시도이다.
도3은 본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보의 다른 구체예의 사시도이다.
도4는 본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보를 이용하여 완성된 충복 내화형 합성보 구조의 단면도이다.
<도면의 주요 부호의 설명>
10: 개방형 단면을 갖는 철골보
11: 하부플랜지부12: 상부플랜지부
15: 웨브부17: 단부 콘크리트 연결부
18: 결속홀20: 철근
30: 현장타설 콘크리트40: 데크플레이트
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하부플랜지부, 상기 하부플랜지부 상부측으로 콘크리트 충진공간이 형성되도록 한쌍의 수직부재가 서로 격리하여 배치되는 웨브부 및, 상기 웨브부의 콘크리트 충진공간 상부측으로 일부 또는 전체가 개방되도록 상기 웨브부의 한쌍의 수직부재 상단에서 각각 연장 형성되는 상부플랜지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 단면을 갖는 철골보를 제공한다. 상기 웨브부의 콘크리트 충진공간에 철근을 배근하고 콘크리트를 충진함으로써 내화성능을 갖추고 아울러 구조적인 내력을 발휘할 수 있는 철골, 철근 및 콘크리트가 합성된 충복 내화형 합성보 구조로 완성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 구체예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도2는 본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보의 구체예의 사시도로, 개방형 단면을 갖는 철골보(10)는 일반적인 H형상의 철골부재와 같이 상·하부플랜지부 및 웨브부로 구성되나 철골보 내에 하부플랜지부(11)와 한쌍의 수직부재로 형성된 웨브부(15)로 둘러싸인 공간(콘크리트 충진공간, 15b)이 형성되고 상기 콘크리트 충진공간(15b)이 위치하는 상부측으로 일부 또는 전체가 개방되도록 한쌍의 수직부재 상단에서 각각 연장되는 상부플랜지부(12)가 형성되어 전체적으로 상부측으로 개방형 단면을 이루는 것을 특징을 한다. 즉, 개방형 단면을 갖는 철골보(10)는 하부플랜지부(11); 상기 하부플랜지부(11) 상부측으로 콘크리트 충진공간(15b)이 형성되도록 한쌍의 수직부재(15a)가 서로 격리하여 배치되는 웨브부(15); 및, 상기 웨브부(15)의 콘크리트 충진공간(15b) 상부측으로 일부 또는 전체가 개방되도록 상기 웨브부(15)의 한쌍의 수직부재(15a) 상단에서 각각 연장 형성되는 상부플랜지부(12);를 포함하여 구성된다. 상기 상부플랜지부(12)에는 콘크리트 슬래브와의 부착력을 향상시켜 일체화된 구조체를 도모하기 위하여 시어코넥터(shear connector)로서 스터드볼트(12a)가 다수개 접합될 수 있다.
웨브부(15)의 콘크리트 충진공간(15b)에는 콘크리트가 타설되어 본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보(10)를 합성보로 기능하게 하며, 철골과 콘크리트의 합성효과로 철골보의 내화성능을 향상시켜 철골보의 내화피복을 생략할 수 있게 한다. 이때, 콘크리트 충진공간에 타설되는 콘크리트는 슬래브 콘크리트와 동시 타설하여 철골보와 슬래브간의 일체화를 꾀하는 것이 바람직하다.
콘크리트 타설 후 철골보(10)의 하부플랜지부(11)의 양단부는 콘크리트와 접하지 못하고 그대로 노출되기 때문에 내화성능에서 취약부를 형성할 수도 있으나, 이런 경우에는 콘크리트 충진공간 내에 철근(20)을 배근하여 구조적인 내력을 향상시켜 보완하도록 하는 것이 바람직하다. 특히, 단순 내화성능을 보완하기 위한 조치로서는 대구경 철근을 배근하는 것이 효과적이다.
본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보(10)는 웨브부의 한쌍의 수직부재(15a)간의 이격거리 즉, 콘크리트 충진공간(15b)이 확장되어 제작되면 고층 또는 장스팬을 요하는 구조물 등과 같이 구조적 내력을 만족시키는 보부재로서 적용할 수 있다. 즉, 충분히 확보된 콘크리트 충진공간(15b)에 구조계산된 철근(20)을 배근하고 콘크리트를 타설하면 본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보(10)는 단순 내화기능에서 철골, 철근 및 콘크리트의 합성으로 구조적 내력이 부가된 현장시공 내화형 합성보로서 역할을 할 수 있게 된다.
본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보(10)는 상·하부플랜지부(11, 12)와 웨브부(15)로 구성되는 통상의 철골부재와 동일하게 취급할 수 있으므로 타 철골부재와의 접합방법으로 기존의 용접 또는 볼트접합을 그대로 적용할 수 있다. 즉, 상·하부 플랜지부 및 웨브부(한쌍의 수직부재)로 구성된 개방형 단면을 갖는 철골보의 접합시에는 각각의 철판을 용접 또는 볼트접합에 의하여 독립적으로 접합하는 것을 기본으로 한다.
한편, 철골보 연결단부의 웨브부 접합에 볼트접합을 사용할 경우에는 한쌍의 수직부재로 이루어진 웨브부 내부에 볼트 삽입을 위하여 한쌍의 수직부재에 결속홀형성시키고 한쌍의 수직부재의 결속홀(18)을 연결하는 연결관(19)을 구비토록 하여 상기 결속홀 및 연결관을 통해 볼트접합을 함으로써 한쌍의 수직부재(웨브부)를 동시에 접합하는 방법을 고려해 볼 수 있다. 그러나 상기 방법을 적용하는 경우, 수직부재(15a)의 변형(조임체결 작업시 소정의 이격거리를 두고 배치되는 두 수직부재에 외력이 가해지므로 그 외력에 의한 변형이 우려됨)으로 웨브부(15)의 단면 변형이 발생될 수 있고 이는 곧 철골보의 소요내력 발현에 문제로써 제기될 수 있다. 상기 문제를 보완하기 위해 본 발명에서는 도3과 같이 웨브부의 연결단부를 구성하는 콘크리트 충진공간(15b)의 일단 또는 양단에 콘크리트가 미리 충진되어 프리캐스트화된 단부 콘크리트 연결부(17)가 형성되되 결속홀(18) 및 연결관(19)이 두 수직부재(15a)와 단부 콘크리트 연결부(17)를 동시에 관통하여 형성되는 철골보를 제안하고 있다. 즉, 단부 콘크리트 연결부(17)에 의해 철골보 웨브부(15)의 연결단부는 미리 콘크리트에 구속되기 때문에 볼트 접합시에도 단면형상을 그대로 유지할 수 있게 된다.
도4를 참고하여 개방형 단면을 갖는 철골보(10)를 이용하여 완성되는 충복 내화형 합성보 구조를 설명하면 다음과 같다. 충복 내화형 합성보 구조는 철골보와 콘크리트를 일체화하여 철골보의 내화피복을 생략할 수 있도록 하는 현장시공 합성보 구조로서, 보위치에 설치되는 본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보(10); 상기 개방형 단면을 갖는 철골보의 상부플랜지부(12)에 고정 설치되는 데크플레이트(40); 상기 개방형 단면을 갖는 철골보(10)의 웨브부에 형성된 콘크리트 충진공간(15b) 및 데크플레이트(40) 위에 동시 타설되어 철골보(10)와 슬래브를 일체화시키는 현장타설 콘크리트(30);를 포함하는 구성된다.
먼저 개방형 단면을 갖는 철골보(10)를 현장 반입하여 보위치에 고정, 설치한다. 이때, 개방형 단면을 갖는 철골보(10)는 일반 철골부재와 동일하게 취급가능하므로 타철골부재(기둥 + 철골보, 큰보 + 철골보)와의 접합은 현장작업이 용이한 기존의 철골부재의 접합방법(용접, 볼트접합)을 그대로 적용할 수 있다.
개방형 단면을 갖는 철골보(10)의 상부플랜지부(12)에 데크플레이트(40)를 고정 설치한 후, 상기 철골보의 콘크리트 충진공간과 콘크리트 슬래브의 형성을 위하여 콘크리트(30)를 타설하여 양생시키면 철골보(10)와 콘크리트 슬래브는 일체화되고, 철골보의 콘크리트 충진공간(15b)에 현장타설된 콘크리트(30)는 철골보의 내화성능을 만족시키게 된다. 철골보(10)의 내화성능을 보완하거나 구조적인 내력을 보강하기 위해 콘크리트 타설전에 개방형 단면을 갖는 철골보의 웨브부에 형성된 콘크리트 충진공간(15b)에 철근(20)이 배근되도록 할 수 있다.
상기와 같은 과정으로 완성된 본 발명의 충복 내화형 합성보 구조는 일반 철골공사에서 한 공정을 차지하는 철골보의 내화피복 공사의 생략을 가능케하므로, 전체 공사기간을 단축시킨다. 또한, 보와 슬래브의 일체화는 별도의 전단보강(전단보강근, 전단키(shear key))없이도 구조적으로 안정적인 접합관계를 유지해준다.
본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보는 콘크리트 충진공간을 구비하도록 제작되어 콘크리트와의 합성으로 별도의 내화피복없이도 충분한 내화성능을 확보할 수 있게 하며, 콘크리트 충진공간에 내화성능 보완 및 구조적인 내력 보강을 위한 철근이 배근되면 현장시공성이 우수한 합성보로 적용할 수 있게 한다. 또한, 본 발명의 개방형 단면을 갖는 철골보에 타설되는 콘크리트는 슬래브 콘크리트와 현장 동시 타설로 진행되므로 이질부재인 철골보와 콘크리트 슬래브의 일체화를 꾀할 수 있으며, 별도의 전단보강(전단보강근의 배근 및 전단키의 형성)없이도 우수한 부재간의 합성력을 기대할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 효과를 발휘하는 개방형 단면을 갖는 철골보를 이용하여 완성되는 충복 내화형 합성보 구조는 내화피복의 생략으로 인해 공기단축, 공사비 절감, 환경오염 방지 및 폐자재의 감소 등의 효과를 발휘하며, 기존의 현장시공 합성보 및 PC합성보에 비해 시공성이 우수한 효과를 발휘하게 된다.

Claims (5)

  1. 하부플랜지부;
    상기 하부플랜지부 상부측으로 콘크리트 충진공간이 형성되도록 한쌍의 수직부재가 서로 격리하여 배치되는 웨브부; 및,
    상기 웨브부의 콘크리트 충진공간 상부측으로 일부 또는 전체가 개방되도록 상기 웨브부의 한쌍의 수직부재 상단에서 각각 연장 형성되는 상부플랜지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 단면을 갖는 철골보.
  2. 제1항에서, 상기 웨브부의 콘크리트 충진공간에 배근되는 철근을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 단면을 갖는 철골보.
  3. 제1항 또는 제2항에서, 상기 웨브부는 한쌍의 수직부재의 일단 또는 양단에 형성되는 결속홀과 상기 결속홀을 연결하는 연결관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 개방형 단면을 갖는 철골보.
  4. 제3항에서, 상기 웨브부는 결속홀과 연결관이 형성되는 부분에 콘크리트가충진되어 프리캐스트화된 단부 콘크리트 연결부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 개방형 단면을 갖는 철골보.
  5. 철골보와 콘크리트를 일체화하여 철골보의 내화피복을 생략할 수 있도록 하는 현장시공 합성보 구조로서,
    보위치에 설치되는 개방형 단면을 갖는 철골보;
    상기 개방형 단면을 갖는 철골보의 상부플랜지부에 고정 설치되는 데크플레이트; 및,
    상기 개방형 단면을 갖는 철골보의 콘크리트 충진공간 및 데크플레이트 위에 동시 타설되어 철골보와 슬래브를 일체화시키는 현장타설 콘크리트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 충복 내화형 합성보 구조.
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