KR20040043202A - 철근콘크리트 기둥 및 철골 보의 접합부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직부재인 기둥은 철근콘크리트 부재이고 수평부재인 보는 철골부재인 복합구조에서 이질적인 두 구조부재를 보다 강하게 접합시킬 수 있는 철근 콘크리트 기둥과 철골 보의 접합부에 관한 것이다.

본 발명의 철근콘크리트 기둥과 철골 보의 접합부는 철근콘크리트 기둥, 웨브 플레이트의 중앙부로부터 시작해서 일부 또는 전부를 횡방향으로 제거하고 +자 형상으로 교차되어 형성되는 철골 보, 상기 +자형의 철골 보 끝단 즉 철근콘크리트 기둥의 외주면과 만나는 부분에 용접으로 접합되는 페이스 베어링 플레이트(Face Bearing Plate, FBP, 이하 FBP라 한다.), 상기 FBP가 접합된 부위의 철골 보의 상하 플랜지 플레이트에 용접 접합되는 엔드 페이스 베어링 플레이트(End Face Bearing Plate, EFBP, 이하 EFBP라 한다.) 횡보강근 및 상기 접합부를 충진하는 고강도 콘크리트로 구성된다. 철골 보의 웨브 플레이트를 제거한 형태로 형성됨으로써 전단 보강용 횡보강근의 배근이 용이하게 하며 접합부의 중량과 직교하는 철골 보의 용접량을 크게 감소시키고 직교하는 철골 보의 춤이 서로 다른 경우에 기존의 방식에 비해 그 디테일을 단순화할 수 있어 시공성 향상에 크게 이바지한다.

Description

철근콘크리트 기둥 및 철골 보의 접합부 {A copula of reinforced concrete column and steel beam}

본 발명은 철근콘크리트 기둥과 철골 보의 접합부에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 기둥은 철근콘크리트 부재를 이용하고 보는 철골 부재를 이용하는 복합구조에서 이질적인 두 구조부재를 보다 견고하게 접합하면서 경제성, 시공성이 우수한 철근 콘크리트 기둥과 철골 보의 접합부에 관한 것이다.

도1은 철근콘크리트 기둥 및 철골 보의 복합구조 시공과정을 도시한 개략도로서 종래의 구조물은 철근콘크리트 구조나 철골구조 단독으로 또는 철골철근콘크리트구조로 축조되는 것이 보통이었다. 그러나 최근에는 철근콘크리트 구조와 철골구조의 각각의 장점을 살려 기둥은 철근콘크리트 구조로 하고 보는 철골구조로 축조하는 복합구조에 대한 연구가 폭넓게 행해지고 있다. 즉 기둥으로서는 압축력 및 횡강성 측면에서 유리한 철근콘크리트 구조를 사용하고 보로서는 장스팬화 및 경량화에 유리한 철골구조를 사용하는 공법이다. 이러한 복합구조는 종래의 철근콘크리트 구조나 철골구조만으로는 얻기 어려운 여러 가지 성능을 얻을 수 있는 장점이 있다.

철근콘크리트 기둥과 철골 보를 이용한 복합구조에서는 철근 콘크리트 기둥과 철골 보의 접합부의 설계가 대단히 중요한데 철근콘크리트와 철골은 재료적인 성질이나 강도 등이 전혀 다른 이질적인 재료이므로 이들 부재가 결합되어 응력이전달되는 접합부는 구조학적으로 구조물의 취약부가 될 수 있기 때문이다. 이에 따라 상기 접합부에 대해서는 종래에 많은 설계안들이 제시되어 사용되고 있다.

도2 내지 도3은 종래의 복합구조에서의 접합부를 도시한 사시도로서 횡보강근을 배근하기 위하여 철골 보의 웨브 플레이트에 구멍을 뚫어서 시공하는 방법과 플랜지 플레이트에 구멍을 뚫어서 후크 형으로 가공된 철근을 배근하여 횡보강근을 상기 후크형 철근에 고정하여 각 모서리별로 배근하는 방법을 도시하고 있다. 철골 플레이트에 구멍을 뚫는 작업은 작업시간 및 인력의 소모가 많은 작업으로서 시공능률을 저하시키는 원인이 된다. 이외에도 횡보강근 대신 커버플레이트를 사용하는 방법 등이 있는데 커버플레이트의 사용으로 인한 제작비의 상승과 초과하중이 작용한 경우 접합부 콘크리트의 피해상황을 알 수 없다는 단점이 있다. 상기 복합구조의 효용성은 접합부의 디테일이 단순하고 용접량이 적으면서 다양한 건축물에 적용 가능한 것이 무엇보다 중요하다.

본 발명의 목적은 기둥과 보의 접합부의 시공에서 상기 접합부에 배근되는 횡보강근의 설치가 용이하게 함으로써 시공성을 향상시킬 수 있는 수단을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 접합부에 포함되는 철골보의 웨브 플랜지 일부 또는 전체를 생략함으로써 접합부의 중량 및 용접작업을 감소시킴으로써 시공성을 향상시킬 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 춤이 서로 다른 철골 보의 교차시 디테일을 단순화시킬 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.

도1은 철근콘크리트 기둥 및 철골 보의 복합구조 시공과정을 도시한 개략도이다.

도2 내지 도3은 종래의 복합구조에서의 접합부를 도시한 사시도이다.

도4는 본 발명의 철근콘크리트 기둥 및 철골 보의 접합부를 도시한 사시도이다.

도5는 본 발명의 철근콘크리트 기둥 및 철골 보의 접합부를 도시한 종단면도이다.

도6은 본 발명의 철근콘크리트 기둥 및 철골 보의 접합부를 도시한 횡단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 철근콘크리트 기둥2. 철골 보

3. 철근콘크리트 기둥의 주근4. 횡보강근

5. 철골보의 웨브 플레이트6. 페이스 베어링 플레이트(FBP)

7. 엔드 페이스 베어링 플레이트(EFBP)

본 발명의 철근콘크리트 기둥(1)과 철골 보(2)의 접합부는 철근콘크리트 기둥, 웨브 플레이트(5)의 중앙부로부터 시작해서 일부 또는 전부를 횡방향으로 제거하고 +자 형상으로 교차되어 형성되는 철골 보, 상기 +자형의 철골 보 끝단 즉 철근콘크리트 기둥의 외주면과 만나는 부분에 용접으로 접합되는 페이스 베어링 플레이트(Face Bearing Plate, FBP, 이하 FBP라 한다.)(6), 상기 FBP가 접합된 부위의 철골 보의 상하 플랜지 플레이트에 용접 접합되는 엔드 페이스 베어링 플레이트(EFBP, 이하 EFBP라 한다.)(7) 횡보강근(4) 및 상기 접합부를 충진하는 고강도 콘크리트로 구성된다. 도시된 도면의 순서에 따라 설명한다.

도4 내지 도6는 본 발명의 접합부를 도시한 사시도 및 단면도로서, 철근콘크리트 기둥(1)은 통상의 철근콘크리트 기둥과 동일하며, 내부에 수직방향의 다수개의 주근(3)과 상기 주근을 수평으로 감싸는 띠철근이 일정 간격으로 반복적으로 설치된다. 그러나 접합부의 구성상 상기 철골 보(2)의 플랜지 플레이트에 의하여 기둥의 중앙부가 +자 형태로 덮히기 때문에 상기 주근(3)은 기둥의 모서리 부에만 배근된다.

상기 철골 보(2)는 상기 철근콘크리트 기둥(1)을 +자형으로 관통하며 H형강을 사용한다. H형강은 보통 상하 플랜지 플레이트 및 웨브 플레이트(5)로 구성되는것이 보통이나 본 발명의 접합부에서의 철골 보(5)는 상기 웨브 플레이트(5)의 중앙축으로부터 시작하여 횡방향으로 일부 제거한 형태이거나 웨브 플레이트(5) 전부를 제거한 형태로 형성된다.

상기 철골 보의 웨브 플레이트(5)는 구조물에 작용하는 풍하중 또는 지진하중에 의한 수평전단력에 저항하는 가장 중요한 구성요소인데 이러한 수평 전단력에 저항하는 전단저항요소에는 상기 웨브 플레이트 이외에 플랜지 내측의 콘크리트에 의한 압축스트러트(concrete compression strut) 및 플랜지 외측의 횡보강근과 콘크리트에 의한 압축장(compression field)이 있다. 따라서 웨브 플레이트의 제거는 수평전단력에 대한 저항력의 저하를 초래할 수 있겠는데 웨브 플레이트(5)에 큰 개구부를 형성하면 플레이트의 전단강도는 감소하나 반면 내측 콘크리트에 의한 상기 압축 스트러트의 폭이 커져 압축 스트러트에 의한 전단강도가 증가함으로써 전체 전단강도의 감소는 10% 이내로 보고 있다. 따라서 웨브 플레이트에 개구부를 형성할 경우 전단강도의 감소는 크지 않은 반면 횡보강근(4)의 배근이 매우 용이해지고 철골보의 교차에 따른 용접량도 현저히 감소시킬 수 있다. 상기 감소된 전단강도의 보충을 위해서 충진되는 콘크리트의 압축강도를 증가시키거나 횡보강근의 양을 증가시켜 해결한다.

도4 내지 도6에 도시된 바와 같이 상기 횡보강근(4)은 본 발명의 접합부 형상에 따라서 그 형태가 변형되는데 상기 접합부의 횡단면 형상으로 상기 철근콘크리트기둥의 주근(3)의 외부로 배근된다. 예를 들면 접합부가 직육면체의 형태인 경우 상기 횡보강근의 형태는 사각형이 되며 접합부가 원기둥의 형태인 경우 상기 횡보강근의 형태는 원형이 된다. 횡보강근의 간격과 철근의 굵기는 구조 설계에 따라 변경, 적용되고 몇 개의 철근으로써 철근이음으로 배근되거나 미리 그 형태에 맞도록 절곡하여 배근될 수 있다.

상기 FBP(6)는 상기 +자형 철골 보(2)의 끝단, 즉 상기 철근콘크리트 기둥(1)의 외주면과 상기 철골 보가 만나는 면마다 용접하여 접합, 설치되는데 도시된 도4처럼 웨브 플레이트(5)가 제거되지 않은 철골 보와 웨브 플레이트의 일부 또는 전부가 제거된 상기 +자형 철골 보가 상기 FBP(6)를 경계로 하여 접합되게 된다. 그러므로 상기 FBP(6)의 일면에는 일반 철골 보가 접합되고 다른 일면에는 본 발명의 접합부의 철골 보가 접합된다.

상기 EFBP(7)는 一자 또는 ㄷ자 형태의 판상으로 절곡되어 형성되며 그 폭은 보통 상기 철골 보(2)의 플랜지 플레이트의 폭과 동일한 것이 일반적이고 그 높이는 철골 보와 철근콘크리트 기둥의 규모 즉, 건축물구조에 따라 예상되는 전단력의 크기에 따라 변경된다. 그 설치위치는 상기 FBP(6)가 접합된 철골 보 부분의 상하 플랜지 플레이트 위에 용접하여 접합되는데 이는 철골 보에 작용하는 전단력에 저항하기 위한 보조 수단으로서 작용한다.

본 발명의 접합부를 충진하는 고강도 콘크리트는 그 압축강도가 400 kgf/㎠ 이상이며 건물의 규모 및 구조에 따라 그 강도가 변경된다.

국내의 구조물 설계경향은 지진의 위험도가 상대적으로 높은 일본의 영향을 받아 직교하는 두 방향 모두에 대해 접합부를 강접합으로 하는 형식을 주로 사용해왔다. 그러나 최근 들어 보다 경제적인 설계를 위해 슬라브의 다이아프램 효과와고어 전단벽의 강성 및 강도를 활용함으로써 외부 기둥끼리는 서로 강접합하며 외부 기둥과 내부 기둥 또는 외부 기둥과 코어 전단벽과는 단순접합으로 하는 형식의 사용이 증가하고 있다. 이처럼 한방향으로는 강접합으로 하고 직교하는 방향으로는 단순접합으로 하는 경우 기존의 철근콘크리트 및 철골 보의 복합구조에 사용되던 방식보다는 EFBP 및 횡보강근의 배근이 보다 자유로운 본 발명이 경제적인 접합형식이 된다.

본 발명의 철근콘크리트 기둥과 철골 보의 접합부는 철골 보의 웨브 플랜지를 제거한 형태로 형성됨으로써 전단 보강용 횡보강근의 배근이 용이하게 하며 접합부의 중량과 직교하는 철골 보의 용접량을 크게 감소시키는 효과가 있다.

본 발명의 철근콘크리트 기둥과 철골 보의 접합부는 직교하는 철골 보의 춤이 서로 다른 경우에 기존의 방식에 비해 그 디테일이 단순화될 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 철근 콘크리트 기둥;

   상기 철근콘크리트 기둥을 +자형으로 관통하면서 중심축으로부터 시작하여 웨브 플레이트의 일부 또는 전부를 제거한 H 형강의 철골 보;

   상기 철근콘크리트 기둥의 외주면을 수직으로 연장한 면으로부터 피복두께만큼 안쪽으로 기둥의 단면 형상으로 상기 철근콘크리트 기둥의 주근 외부로 배근되는 횡보강근;

   상기 철근콘크리트 기둥의 외주면을 수직으로 연장한 면과 상기 +자형의 철골 보가 만나는 4개의 면에서 상기 철골 보의 상, 하 플랜지 플레이트 및 웨브 플레이트에 수직으로 용접하여 접합되는 판상의 페이스 베어링 플레이트(Face Bearing Plate, FBP); 및,

   상기 철근콘크리트 기둥의 외주면과 일치하도록 타설되어 상기 구성요소간의 공간을 충진하는 압축강도 400 kgf/㎠ 이상인 고강도 콘크리트;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 기둥과 철골 보의 접합부
2. 제1항에서, 상기 H 형강 철골 보의 제거되는 웨브 플레이트는 웨브 플레이트의 전체면적 대비 70%∼100% 인 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 기둥과 철골 보의 접합부.
3. 제1항 또는 제2항에서, 상기 FBP가 접합되는 철골 보 상,하 플랜지 플레이트 면 위에 판상 또는 절곡된 ㄷ자 형상으로 용접 접합되는 엔드 페이스 베어링 플레이트(End Face Bearing Plate, EFBT)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 기둥과 철골 보의 접합부.