KR20040020444A - 철골건축물의 기둥과 h형강 보의 접합구조 및 그 접합방법 - Google Patents

철골건축물의 기둥과 h형강 보의 접합구조 및 그 접합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 H형강 보를 철골건축물의 기둥에 접합하는 접합구조에 관한 것으로서, 본 발명의 접합구조는, H형강 보(210)의 단부에 용접접합된 엔드플레이트(211)와 기둥(200)에 대응하여 형성된 구멍에 제1 고력볼트(220)를 각각 끼우고 너트로 체결하여 엔드플레이트(211)를 기둥(200)에 접합하고, 지지부재(220)의 측면(224)과 기둥(200)에 대응하여 형성된 구멍에 제3 고력볼트(232)를 각각 끼우고 너트로 체결하고, 지지부재(220)의 하면(223)과 H형강 보(210)의 상하부 플랜지(214, 215)에 대응하여 형성된 각각의 구멍에 제2 고력볼트(231)를 끼우고 너트로 체결하여 H형강 보(210)의 상하부 플랜지(214, 215)를 기둥(200)에 접합하는 것이다. 본 발명은 고력볼트를 사용하여 철골건축물의 기둥에 H형강 보를 강접합함으로써, 역학적 성능 및 현장시공성을 향상시킴과 더불어 건축물의 안전성을 배가시키는 효과가 있다.

Description

철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조 및 그 접합방법{Column-Beam Connection Detail and Construction Method for the Steel Structure}
본 발명은 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조에 관한 것이며, 특히, 고력볼트를 사용하여 철골건축물의 기둥에 H형강 보를 강접합하는 접합구조 및 그 접합방법에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조를 정면 및 측면에서 각각 도시한 개략도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 철골건축물의 기둥(100)과 보(110)의 접합은 철골제작공장 또는 현장에서 보의 일부를 절단하여 기둥부위에 용접접합(120)과 고력볼트접합(130)을 혼용하는 형식이 대부분이다. 이러한 접합형식은 최근의 미국과 일본의 지진시에 용접시공불량 혹은 용접부에서의 응력집중 현상 등에 의해 보 단부에서 파괴현상이 발생하였다. 이러한 파괴현상에 대한 대응책으로 철골부재 조립시에 구조부재의 중요부위에 대해서는 현장용접을 가능한 피하고 엄격한 관리 아래 공장용접을 권장하고 있을 뿐만 아니라, 응력집중현상을 완화시키기 위해 접합부에 대한 다양한 설계를 추진하고 있다.
그러나, 기둥에 보를 용접하여 접합할 경우에는 용접열의 영향에 의해 기둥과 보를 구성하는 소재의 기계적 특성이 변화하고 응력집중부위가 발생하는 등 건축물의 안전성을 위협하는 많은 요소들이 산재한다. 또한, 용접접합을 위한 고급기술자의 시공능력이 요구되는 등 시공상 많은 단점이 있다. 또한, 현장용접을 피하기 위해 일부 구조부재를 공장용접하여 현장으로 운반할 경우에는 차량에 적재하여 운송하는 데 어려움이 있을 뿐만 아니라 하역운반시에도 많은 불편함이 있다.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고력볼트를 사용하여 철골건축물의 기둥에 H형강 보를 강접합함으로써, 역학적 성능 및 현장시공성을 향상시킴과 더불어 건축물의 안전성을 배가시키는 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조 및 그 접합방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조를 정면 및 측면에서 각각 도시한 개략도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 철골건축물의 기둥에 H형강 보를 접합하는 형태를 도시한 분해 사시도이고,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조를 정면 및 측면에서 각각 도시한 개략도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
200 : 기둥 201 : 제1 체결구멍
202 : 제4 체결구멍 210 : H형강 보
211 : 엔드플레이트 212 : 제2 체결구멍
213 : 웨브 214 : 상부 플랜지
215 : 하부 플랜지 216 : 제3 체결구멍
220 : 지지부재 221 : 제5 체결구멍
222 : 제6 체결구멍 223 : 하면
224 : 측면 225 : 보강재
230 : 제1 고력볼트 231 : 제2 고력볼트
232 : 제3 고력볼트
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접합구조는, H형강 보의 단부에 다수의 구멍이 형성된 엔드플레이트를 용접접합하고, 상기 H형강 보의 상하부 플랜지에 다수의 구멍을 형성하며, 측면과 하면이 직각으로 이루어진 지지부재의 하면에 상기 플랜지에 형성된 구멍에 대응하는 다수의 구멍을 형성하고, 지지부재의 측면에도 다수의 구멍을 형성하며, 상기 엔드플레이트에 형성된 구멍에 대응하는 구멍과 상기 지지부재의 측면에 형성된 구멍에 대응하는 구멍을 상기 기둥에 각각 형성하고, 상기 엔드플레이트와 상기 기둥에 대응하여 형성된 구멍에 고력볼트를 각각 끼우고 너트로 체결하여 상기 엔드플레이트를 상기 기둥에 접합하고, 상기 지지부재의 측면과 상기 기둥에 대응하여 형성된 구멍에 고력볼트를 각각 끼우고 너트로 체결하고, 상기 지지부재의 하면과 상기 상하부 플랜지에 대응하여 형성된 각각의 구멍에 고력볼트를 끼우고 너트로 체결하여 상기 H형강 보의 상하부 플랜지를 상기 기둥에 접합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 H형강 보, 지지부재 및 기둥을 접합하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 접합방법은, 고정된 기둥에서 상기 H형강 보가 위치할 하부쪽 기둥에 형성된 구멍과 상기 지지부재의 측면에 형성된 구멍에 고력볼트를 끼우고 너트로 체결하는 단계와, 상기 엔드플레이트가 상기 기둥을 향하도록 상기 H형강 보를 상기 지지부재의 상부에 올려놓고, 상기 엔드플레이트와 상기 기둥에 대응하여 형성된 구멍과 상기 지지부재의 하면과 상기 하부 플랜지에 대응하여 형성된 구멍에 고력볼트를 각각 끼우고 너트로 체결하는 단계 및, 상기 H형강 보의 상부 플랜지에 다른 지지부재를 올려놓고, 상기 기둥과 상기 지지부재의 측면에 대응하여 형성된 구멍과 상기 지지부재의 하면과 상기 상부 플랜지에 대응하여 형성된 구멍에 고력볼트를 각각 끼우고 너트로 체결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 철골건축물의 기둥에 H형강 보를 접합함에 있어, 종래와 같이 용접접합하지 않고 고력볼트에 의한 기계적 접합을 하는 것이다. 이러한 고력볼트접합은 보 단부에서의 전단력 전달은 가능하지만 모멘트 전달은 불가능한 구조역학상 핀접합 형식으로 분류된다. 그러나, 본 발명은 고력볼트를 사용하되 보 단부에서의 모멘트 전달까지 가능한 강접합 형식을 갖도록 구성하는 것이다.
아래에서, 본 발명에 따른 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조 및 그접합방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 철골건축물의 기둥에 H형강 보를 접합하는 형태를 도시한 분해 사시도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조를 정면 및 측면에서 각각 도시한 개략도이다.
도 2 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 철골건축물의 기둥(200)에는 H형강 보(210)를 고력볼트접합할 수 있도록 소정의 간격을 두고 다수의 제1 체결구멍(201)이 형성되어 있다.
그리고, H형강 보(210)의 단부에는 그 단부를 밀폐하는 엔드플레이트(211)가 용접접합되어 있다. 이러한 엔드플레이트(211)에는 기둥(200)에 형성되는 제1 체결구멍(201)에 대응하는 위치에 제2 체결구멍(212)이 각각 형성되어 있다. 이 때, 제1, 제2 체결구멍(201, 212)은 H형강 보(210)를 기둥(200)에 체결시에 H형강 보(210)의 웨브(213)를 기준으로 좌우 대칭되는 위치에 상하 열을 지어 형성된다.
또한, H형강 보(210)의 상하부 플랜지(214, 215)에는 H형강 보(210)의 상부 및 하부를 각각 지지하는 지지부재(220)와 체결하는 데 사용되는 제3 체결구멍(216)이 소정의 간격을 두고 다수개 형성되어 있다. 또한, 기둥(200)에는 지지부재(220)와 체결하는 데 사용되는 제4 체결구멍(202)이 각각 형성되어 있다.
즉, 본 발명은 상기와 같이 상하부 플랜지(214, 215)에 형성된 제3 체결구멍(216)과 기둥(200)의 제4 체결구멍(202)에 대응하는 제5, 제6 체결구멍(221, 222)이 각각 형성된 지지부재(220)를 통해 H형강 보(210)의 상부 및 하부를 기둥(200)에 지지 고정하는 것이다.
이러한 지지부재(220)는 소정 넓이의 하면(223)과 측면(224)을 갖는 것으로서, 하면(223)에는 제5 체결구멍(221)이 형성되고, 측면(224)에는 제6 체결구멍(222)이 형성된다. 그리고, 지지부재(220)의 측면(224)과 하면(223)은 하향 경사각을 갖는 보강재(225)를 접합함으로써 서로 보강된다. 이 때, 보강재(225)는 측면(224)의 중심선과 하면(223)의 중심선을 따라 접합된다.
그리고, 제3, 제5 체결구멍(216, 221)과 제4, 제6 체결구멍(202, 222)은 지지부재(220)를 기둥(200)과 H형강 보(210)에 각각 체결시에 보강재(225)를 기준으로 좌우 대칭되는 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 기둥(200), H형강 보(210) 및 지지부재(220)는 고력볼트에 의해 체결된다. 즉, 제1 고력볼트(230)는 기둥(200)의 제1 체결구멍(201)과 엔드플레이트(211)의 제2 체결구멍(212)에 끼워져 너트로 체결 고정되고, 제2 고력볼트(231)는 상하부 플랜지(214, 215)의 제3 체결구멍(216)과 지지부재(220)의 제5 체결구멍(221)에 끼워져 너트로 체결 고정되며, 제3 고력볼트(232)는 기둥(200)의 제4 체결구멍(202)과 지지부재(220)의 제6 체결구멍(222)에 끼워져 너트로 체결 고정된다.
이렇듯, 제1 고력볼트(230)에 의해 H형강 보(210)의 엔드플레이트(211)가 기둥(200)에 체결되고, 제2, 제3 고력볼트(231, 232) 및 지지부재(220)에 의해 H형강 보(210)의 상하부 플랜지(214, 215)가 기둥(200)에 체결된다. 이로써, H형강 보(210)가 기둥(200)에 견고하게 고정되는데, 이 때 H형강 보(210)의 상하부 플랜지(214, 215)를 기둥(200)에 체결함으로써 보 단부에서의 전단력이 전달되고, H형강 보(210)의 엔드플레이트(211)를 기둥(200)에 체결함으로써 보 단부에서의 모멘트가 전달되어, 기둥(200)과 H형강 보(210)의 사이에는 강접합이 이루어진다.
아래에서는, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 기둥(200), H형강 보(210) 및 지지부재(220)를 체결하는 과정에 대해 상세히 설명하겠다.
도 2 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 먼저 제1, 제4 체결구멍(201, 202)이 각각 형성된 기둥(200)을 원하는 위치에 고정한다. 그런 다음, H형강 보(210)가 위치할 하부쪽 기둥(200)에 형성된 제4 체결구멍(202)과 지지부재(220)의 측면(224)에 형성된 제6 체결구멍(222)에 제3 고력볼트(232)를 끼우고 너트로 체결한다.
그리고, 엔드플레이트(211)가 기둥(200)을 향하도록 H형강 보(210)를 기둥(200)에 고정된 지지부재(220)의 상부에 올려놓고, 기둥(200)과 엔드플레이트(211)에 대응하여 형성된 제1, 제2 체결구멍(201, 212)에 제1 고력볼트(230)를 각각 끼우고 너트로 체결하고, 지지부재(220)의 하면(223)과 하부 플랜지(215)에 대응하여 형성된 제5, 제3 체결구멍(221, 216)에 제2 고력볼트(231)를 각각 끼우고 너트로 체결한다.
그런 다음, H형강 보(210)의 상부 플랜지(214)에 다른 지지부재(220)를 올려놓고, 기둥(200)과 지지부재(220)의 측면(224)에 대응하여 형성된 제4, 제6 체결구멍(202, 222)에 제3 고력볼트(232)를 끼우고 너트로 체결하고, 지지부재(220)의 하면(223)과 상부 플랜지(214)에 대응하여 형성된 제5, 제3 체결구멍(221, 216)에 제2 고력볼트(231)를 각각 끼우고 너트로 체결한다. 이런 과정을 거쳐 H형강보(210)가 기둥(200)에 강접합 고정된다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 고력볼트로 접합부가 형성되기 때문에 용접접합에서 나타날 수 있는 구조적 취약성을 극복할 수 있으며 우수한 역학성능을 발휘하고 현장시공이 간단해 공사기간을 단축할 수 있는 등의 건축공사에서의 경제적 효과 및 철골건축물의 안전성 확보에 크게 기여하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고력볼트로 접합부가 형성되기 때문에 특별한 기술력이 요구되지 않으므로 일반기술자에 의한 시공이 가능하여 시공비용이 절감되는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조 및 그 접합방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

  1. 철골건축물의 기둥에 H형강 보를 접합하는 접합구조에 있어서,
    상기 H형강 보의 단부에 다수의 구멍이 형성된 엔드플레이트를 용접접합하고, 상기 H형강 보의 상하부 플랜지에 다수의 구멍을 형성하며,
    측면과 하면이 직각으로 이루어진 지지부재의 하면에 상기 플랜지에 형성된 구멍에 대응하는 다수의 구멍을 형성하고, 지지부재의 측면에도 다수의 구멍을 형성하며,
    상기 엔드플레이트에 형성된 구멍에 대응하는 구멍과 상기 지지부재의 측면에 형성된 구멍에 대응하는 구멍을 상기 기둥에 각각 형성하고,
    상기 엔드플레이트와 상기 기둥에 대응하여 형성된 구멍에 고력볼트를 각각 끼우고 너트로 체결하여 상기 엔드플레이트를 상기 기둥에 접합하고,
    상기 지지부재의 측면과 상기 기둥에 대응하여 형성된 구멍에 고력볼트를 각각 끼우고 너트로 체결하고, 상기 지지부재의 하면과 상기 상하부 플랜지에 대응하여 형성된 각각의 구멍에 고력볼트를 끼우고 너트로 체결하여 상기 H형강 보의 상하부 플랜지를 상기 기둥에 접합하는 것을 특징으로 하는 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지부재에는 상기 측면과 하면의 중심선을 따라 하향 경사각을 갖는 보강재가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합구조.
  3. 다수의 구멍이 형성된 엔드플레이트가 단부에 용접접합되고 상하부 플랜지에 다수의 구멍이 형성된 H형강 보와, 상기 상하부 플랜지에 형성된 구멍에 대응하는 다수의 구멍이 하면에 형성되고 상기 하면과 직각을 이루는 측면에도 다수의 구멍이 형성된 지지부재 및, 상기 엔드플레이트에 형성된 구멍에 대응하는 구멍과 상기 지지부재의 측면에 형성된 구멍에 대응하는 구멍이 각각 형성된 기둥을 접합하는 방법에 있어서,
    고정된 기둥에서 상기 H형강 보가 위치할 하부쪽 기둥에 형성된 구멍과 상기 지지부재의 측면에 형성된 구멍에 고력볼트를 끼우고 너트로 체결하는 단계와,
    상기 엔드플레이트가 상기 기둥을 향하도록 상기 H형강 보를 상기 지지부재의 상부에 올려놓고, 상기 엔드플레이트와 상기 기둥에 대응하여 형성된 구멍과 상기 지지부재의 하면과 상기 하부 플랜지에 대응하여 형성된 구멍에 고력볼트를 각각 끼우고 너트로 체결하는 단계 및,
    상기 H형강 보의 상부 플랜지에 다른 지지부재를 올려놓고, 상기 기둥과 상기 지지부재의 측면에 대응하여 형성된 구멍과 상기 지지부재의 하면과 상기 상부 플랜지에 대응하여 형성된 구멍에 고력볼트를 각각 끼우고 너트로 체결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철골건축물의 기둥과 H형강 보의 접합방법.
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