KR200398356Y1 - 절곡 성형 박판재를 이용한 스틸 조이스트 - Google Patents

절곡 성형 박판재를 이용한 스틸 조이스트 Download PDF

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Abstract

본 고안은 건물 각 층의 바닥 또는 지붕을 지지하는 구조부재인 스틸 조이스트에 있어서, 상, 하단부를 압착하여 결합용 단부를 형성한 절곡 성형 박판재로 구성되는 웨브재와, 상기 웨브재의 상부 결합용 단부에 접합되는 상현재와, 상기 상현재와 평행하게 상기 웨브재의 하부 결합용 단부에 접합되는 하현재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

절곡 성형 박판재를 이용한 스틸 조이스트{Steel joist using formed thin plate}
본 고안은 스틸 조이스트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절곡 성형 박판재를 웨브재로 한 스틸 조이스트에 관한 것이다.
스틸 조이스트(Steel joist)는 건물 각 층의 바닥 또는 지붕을 지지하는 구조부재로서 여러 가지의 장점을 가지고 있다.
먼저 스틸 조이스트는 중량이 가볍고 타 건축재료와 비교하여 단위 중량에 대한 강도의 비율이 높다. 또한 단위 중량당 가격이 낮으므로 건축비를 낮추는데 효율적이며, 중량이 가벼우므로 조이스트를 활용하여 골조계획시 단위면적당 골조의 자중이 경감되어 보, 조이스트 거더, 기둥, 기초와 같은 스틸 조이스트를 지지하는 구조부재들의 경량화가 가능하다.
그리고 오픈 웨브를 통해 파이프나 덕트, 전선 등을 설치할 수 있으므로 고층건물에 사용될 경우 층고를 낮출 수 있어 상당한 비용을 절감할 수 있다.
이러한 장점 때문에 선진국에서는 이미 주로 넓은 내부공간을 요하는 공장이나 실내체육관, 비행기 격납고, 강당, 기타 상업용 건물 등에 스틸 조이스트가 많이 사용되어져 왔다.
도 10은 기존에 일반적으로 사용되고 있는 스틸 조이스트를 도시한 사시도로서, 도시된 바와 같이 기존 스틸 조이스트는 서로 평행한 상현재(200)와 하현재(300) 그리고 이들에 접합되는 웨브재(100)로 구성된다.
상현재(200)와 하현재(300)는 스틸 조이스트의 스팬과 작용하중에 따라 냉간 성형 또는 열간 압연된 한 쌍의 "ㄱ"자 형강이 사용되며, 웨브재(100)는 와렌 트러스 형태가 되도록 강봉을 지그재그 형태로 절곡하여 상기 한 쌍의 상하현재(200, 300) 사이에 용접 접합된다.
이때, 상하현재(200, 300)와 웨브재(100)는 서로 퍼들 용접(puddle welding)으로 접합하게 되는데, 도 11a, 12a에 도시된 바와 같이 용접시 웨브재(100)인 원형 단면의 강봉은 상하현재(200, 300)의 수직면과 접하게 되고, 또한 도 11b, 12b에 도시된 바와 같이 지름이 22~25mm에 불과한 강봉이 삽입된 한 쌍의 상현재(200) 또는 하현재(300) 사이에 용접 심재 또는 용접봉을 넣고 접합하는 것은 매우 어렵고 품질관리 측면에서도 많은 주의가 필요하게 된다.
또한, 기존 스틸 조이스트의 경우 웨브재(100)로 지름이 22~25mm에 불과한 강봉이 사용되므로 전단력에 의한 면내방향 또는 축방향의 전단 강도나 강성이 떨어지고 휨모멘트에 의해 면외방향의 횡좌굴 문제가 발생될 수 있다.
본 고안은 상기한 종래 기술을 감안하여 안출된 것으로, 절곡 성형한 박판재를 웨브재로 활용하여 상하현재와 웨브재간의 접합 절점에 작용하는 하중에 대해 기존의 강봉을 웨브재로 활용한 스틸 조이스트 보다 전단력에 의한 면내방향 또는 축방향의 전단 강도나 강성을 증가시키고 휨모멘트에 의한 면외방향의 횡좌굴 문제를 극복할 수 있도록 한 스틸 조이스트를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 고안의 다른 목적은 스틸 조이스트 제작시 전단 연결재가 일체로 제작되므로 바닥 지지용 스틸 조이스트로 사용시 별도로 전단 연결재를 설치할 필요가 없는 스틸 조이스트를 제공하는데 있다.
본 고안의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 따른 스틸 조이스트의 정면도이고, 도 2a 내지 2c는 도 1의 B-B선을 따라 절단한 상태의 다양한 실시예를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 고안에 따른 웨브재의 일실시예를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 1의 C-C선을 따라 절단한 것으로 본 고안에 적용된 웨브재의 다양한 단면형상을 보여주는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 스틸 조이스트(1)는 웨브재(10)와, 상기 웨브재(10)의 상단에 접합되는 상현재(20)와, 상기 상현재(20)와 평행하게 상기 웨브재(10)의 하단에 접합되는 하현재(30)로 구성된다.
상현재(20)와 하현재(30)는 스팬과 작용하중을 고려하여, 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이 "ㄱ"자 단면형상을 갖는 한 쌍의 냉간성형강(cold-formed steel) 또는 열간압연강(hot-rolled steel)으로 구성된다. 이때, 상현재(20)와 하현재(30)의 단면형상은 도 2a에 도시된 "ㄱ"자 단면형상에 한정되지는 않으며, 동일한 단면형상을 갖고 서로 대칭되게 배치되어 그 사이에 웨브재(10)가 삽입되어 접합될 수 있으면 되므로, "ㄷ"자 단면형상, "ㅁ"자 단면형상, "ㅇ"자 단면형상으로 할 수도 있다.
또한, 상현재(20)와 하현재(30)를 동일한 단면형상을 갖는 한 쌍의 부재로 구성하지 않고, 예를 들어, 도 2c에 도시된 바와 같이 "T"자 형상을 갖는 단일부재로 구성할 수도 있고, 이 경우 웨브재(10)는 "T" 형강의 스템(stem, 25b) 일측에 접합된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일실시예에 의한 웨브재(10a)는 그 길이방향의 상, 하단부를 압착하여 상, 하 결합용 단부(12a, 12b)를 구성한 절곡 성형 박판재로 구성된다. 이때, 웨브재(10)를 상하현재(20, 30)에 볼트 결합할 경우에는 상기 상, 하 결합용 단부(12a, 12b)에 각각 복수의 볼트 구멍(16)을 천공한다.
한편, 웨브재(10a)를 구성하는 절곡 성형 박판재로는 바닥용 또는 지붕용 데크 플레이트가 사용되며 그 단면형상은 도 4에 도시된 바와 같다. 도시된 바와 같이 절곡 성형 박판재는 평판을 절곡 성형한 것으로, 절곡에 의해 면으로부터 돌출된 돌출 절곡부(14)가 형성되게 된다.
이렇게 웨브재(10)를 절곡 성형 박판재로 하면, 상, 하현재(20)(30)와 웨브재(10)가 면접합하게 되므로 상, 하현재(20)(30)와 웨브재(10) 사이의 접합부 즉, 절점이 점 절점이 아니라 면 절점을 형성하게 되어 작용하중에 의한 절점에서의 편심하중 문제가 극복되며, 박판을 절곡하여 돌출 절곡부(14)를 형성함으로써 이 돌출 절곡부(14)가 연직하중에 의한 축방향력에 대해 수직 스티프너와 같은 역할을 하게 되므로 박판재 단면의 판좌굴 문제를 극복할 수 있다.
즉, 스틸 조이스트에 사용되는 웨브재의 치수는 작용하는 전단력과 휨모멘트에 의해 결정되는데, 기존 조이스트에서 웨브재로 사용되는 강봉은 조이스트의 높이(춤)에 비하여 단면 치수가 작기 때문에 현재와 웨브재 간의 절점에서의 작용하중에 의한 편심하중과 웨브재의 횡좌굴 문제가 유발되는데, 본 고안은 판재형 웨브재를 활용하여 면 절점을 갖도록 구성하여 편심 문제를 극복하였고, 또한 판좌굴의 문제를 극복하고자 일종의 수직 스티프너 역할을 하는 돌출 절곡부를 웨브재의 하중방향과 나란하게 형성하여 판 강성을 확보하였다.
이렇게 구성된 웨브재(10a)는 상, 하현재(20)(30)에 도 2a에 도시된 바와 같이 볼트 접합으로 또는 도 2b에 도시된 바와 같이 용접 접합으로 접합된다. 이때, 웨브재(10a)는 도 1에 도시된 바와 같이 소정 폭을 갖는 다수개의 단위부재로 분할되어 소정 간격으로 상기 상현재(20)와 하현재(30)에 접합되어 웨브가 오픈되도록 한다. 그러나, 웨브재(10a)를 다수개의 단위부재로 분할하지 않고 단일부재로 하여 상기 상현재(20)와 하현재(30)에 접합하는 것도 가능하다.
한편, 상, 하현재(20)(30)에 접합되는 웨브재(10)는 도 2a에 도시된 바와 같이 웨브재(10)의 돌출 절곡부(14)가 상, 하현재(20)(30)의 중심축을 기준으로 일측으로만 향하도록 접합하거나, 상, 하현재(20)(30)의 중심축을 기준으로 양측으로 향하도록 도 5a에 도시된 바와 같이 서로 번갈아 가며 접합하거나, 도 5b에 도시된 바와 2개의 단위부재를 맞대어 접합한다. 그리고 도 5a, 5b에 도시된 바와 같이 웨브재(10)가 상하현재(20, 30)에 접합될 경우 상하현재(20, 30)에 중심축에 대칭되게 접합되므로 웨브재(10)의 횡좌굴을 최소화할 수 있다.
한편, 도 1, 6을 참조하면, 스틸 조이스트(1)의 내민 상현재(20)는 강재 거더 또는 콘크리트 구조체에 지지되는 단부 지지점을 형성하게 되므로 상현재(20a)(20b) 사이에 끼움판(24)을 끼우고, 동일 단면형상을 갖는 부재(22a)(22b)를 상, 하 대칭되게 용접하여 지압판을 형성한다. 또한, 스틸 조이스트(1)의 단부측 웨브재(40)는 지점에서의 전단력에 효율적으로 저항하도록 경사지게 상하현재(20)(30)에 접합한다.
도 7은 본 고안에 의한 웨브재의 다른 실시예(10b)를 도시한 것으로, 상술한 웨브재(10a) 보다 상부 결합용 단부(12a)의 길이를 연장하여 연장된 부분(12c)에 복수의 관통공(18)을 형성한 것으로, 도 8에 도시된 바와 같이 관통공(18)이 형성된 결합용 단부(12)의 연장된 부분(12c)은 상현재(20a)(20b) 위로 돌출되게 접합된다.
이렇게 상부 결합용 단부(12a)의 길이를 연장하여 연장된 부분(12c)에 복수의 관통공(18)을 형성한 이유는 합성 슬래브를 시공할 때 상현재(20)와 슬래브 콘크리트 사이의 면에서 발생하는 전단력에 저항하는 전단 연결재로서 기능하도록 하여 스틸 조이스트와 슬래브 콘크리트가 작용하중에 대해 일체적으로 거동하도록 하기 위함이다. 따라서 본 실시예에 의한 웨브재(10b)를 사용할 경우 상현재(20)에 별도로 전단 연결재를 설치할 필요가 없게 된다.
도 9는 도 7에 도시된 웨브재(10b)로 구성된 스틸 조이스트가 데크 플레이트를 이용하여 시공되는 슬래브의 지지부재로 이용되는 예를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이 슬래브를 시공하기 위해 스틸 조이스트의 상현재(20a)(20b) 양측에 데크 플레이트(50)를 걸치고 슬래브 철근(62, 64)을 배근한 다음 슬래브 콘크리트(60)를 타설하면 된다.
이때, 상현재(20a, 20b) 위로 돌출된 웨브재(10)의 상부 결합용 단부(12a)의 관통공(18)이 형성된 연장된 부분(12c)은 전단 연결재로서 기능하게 되어 스틸 조이스트와 슬래브 콘크리트의 합성효과를 증진시키게 된다. 즉, 이종재료간의 면내 전단력에 저항할 목적으로 설치되는 전단 연결재가 조이스트의 조립시 미리 만들어지므로 별도로 전단 연결재를 설치할 필요가 없게 된다.
상술한 바와 같이 본 고안에 따르면, 웨브재를 판재형 단면으로 구성함으로써 절점에서의 작용하중에 의한 편심영향을 최소화 시킬 수 있다.
또한, 본 고안에서는 박판재를 절곡 성형시 수직 스티프너와 동일한 구조적 성능을 갖는 강절 요소(stiffener)를 갖도록 함으로써 전단력에 의한 즉, 웨브재에 작용하는 연직하중에 의한 축방향력에 의해 박판재 단면이 판좌굴되는 문제를 방지할 수 있다.
비록 본 고안이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만 본 고안의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형이 가능하다. 따라서 실용신안등록청구범위는 본 고안의 요지에 속하는 어떠한 수정이나 변형도 포함할 것이다.
도 1은 본 고안에 따른 스틸 조이스트의 정면도.
도 2a 내지 2c는 도 1의 B-B선을 따라 절단한 상태의 다양한 실시예를 나타낸 단면도.
도 3은 본 고안에 따른 웨브재의 일실시예를 나타낸 사시도.
도 4는 도 1의 C-C선을 따라 절단한 것으로 본 고안에 적용된 웨브재의 다양한 단면형상을 보여주는 단면도.
도 5a, 5b는 상하현재에 접합되는 웨브재의 배치방법을 보여주는 단면도.
도 6은 도 1의 A-A선을 따라 절단한 단면도.
도 7은 본 고안에 따른 웨브재의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 웨브재를 사용한 경우 도 1의 B-B선을 따라 절단한 상태의 일실시예를 보여주는 단면도.
도 9는 도 7에 도시된 웨브재를 사용한 스틸 조이스트를 이용하여 슬래브를 형성하는 방법을 도시한 절개사시도.
도 10은 기존 스틸 조이스트의 정면도
도 11a는 기존 스틸 조이스트에 있어 상현재와 웨브재의 접합상태를 보여주는 도 10의 A-A선을 따라 절단한 단면도.
도 11b는 기존 스틸 조이스트에 있어 상현재와 웨브재의 접합상태를 보여주는 일부 확대도.
도 12a는 기존 스틸 조이스트에 있어 하현재와 웨브재의 접합상태를 보여주는 도 10의 B-B선을 따라 절단한 단면도.
도 12b는 기존 스틸 조이스트에 있어 하현재와 웨브재의 접합상태를 보여주는 일부 확대도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호설명 >
10a, 10b : 웨브재 12a, 12b : 웨브재의 상, 하 결합용 단부
14 : 웨브재의 돌출 절곡부 16 : 볼트 구멍
18 : 관통공 20 : 상현재
30 : 하현재 40 : 단부 웨브재
50 : 데크 플레이트 60 : 슬래브 콘크리트

Claims (10)

  1. 건물 각 층의 바닥 또는 지붕을 지지하는 구조부재인 스틸 조이스트에 있어서,
    상, 하단부를 압착하여 결합용 단부(12a)(12b)를 형성한 절곡 성형 박판재로 구성되는 웨브재(10)와;
    상기 웨브재(10)의 상부 결합용 단부(12a)에 접합되는 상현재(20)와;
    상기 상현재(20)와 평행하게 상기 웨브재(10)의 하부 결합용 단부(12b)에 접합되는 하현재(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스틸 조이스트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨브재(10)는 소정 폭을 갖는 다수개의 단위부재로 분할되어 소정 간격으로 상기 상현재(20)와 하현재(30)에 접합되는 것을 특징으로 하는 스틸 조이스트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    다수개의 단위부재로 분할된 상기 웨브재(10)는 절곡 성형 박판재의 돌출 절곡부(14)가 상기 상하현재(20)(30) 중심축의 양측을 향하도록 번갈아 가며 상기 상현재(20)와 하현재(30)에 접합되는 것을 특징으로 하는 스틸 조이스트.
  4. 청구항 2에 있어서,
    다수개의 단위부재로 분할된 상기 웨브재(10)는 절곡 성형 박판재의 돌출 절곡부(14)가 상기 상하현재(20)(30) 중심축의 양측을 향하도록 2개의 단위부재를 맞대어 상기 상현재(20)와 하현재(30)에 접합되는 것을 특징으로 하는 스틸 조이스트.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상현재(20)는 동일한 단면형상을 갖는 한 쌍의 부재(20a)(20b)로 구성되고, 상기 웨브재(10)의 상부 결합용 단부(12a)가 상기 한 쌍의 상현재(20a)(20b) 사이에 삽입되어 접합되는 것을 특징으로 하는 스틸 조이스트.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 웨브재(10)의 상부 결합용 단부(12a)는 상기 한 쌍의 상현재(20a)(20b) 위로 돌출되게 접합되고 돌출된 부분(12c)에는 복수의 관통공(18)이 형성된 것을 특징으로 하는 스틸 조이스트.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 하현재(30)는 동일한 단면형상을 갖는 한 쌍의 부재(30a)(30b)로 구성되고, 상기 웨브재(10)의 하부 결합용 단부(12b)가 상기 한 쌍의 하현재(30a)(30b) 사이에 삽입되어 접합되는 것을 특징으로 하는 스틸 조이스트.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 하현재(30)는 "T"자형 단면을 갖는 형강으로 구성되고, 상기 웨브재(10)의 하부 결합용 단부(12b)가 상기 "T"형강의 스템(35b) 일측에 접합되는 것을 특징으로 하는 스틸 조이스트.
  9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상현재(20)는 "T"자형 단면을 갖는 형강으로 구성되고, 상기 웨브재(10)의 상부 결합용 단부(12a)가 상기 "T"형강의 스템(25b) 일측에 접합되는 것을 특징으로 하는 스틸 조이스트.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하현재(30)는 "T"자형 단면을 갖는 형강으로 구성되고, 상기 웨브재(10)의 하부 결합용 단부(12b)가 상기 "T"형강의 스템(35b) 일측에 접합되는 것을 특징으로 하는 스틸 조이스트.
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