KR20060099177A - 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 강 접합구조 - Google Patents

프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 강 접합구조 Download PDF

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KR20060099177A
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유승룡
김대호
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Abstract

본 고안은 프리캐스트 콘크리트 기둥부재와 철골보를 결합하는 구조형식에 관한 것으로서, 기둥의 일정 높이에 나사공(23)이 일측면에서 노출되도록 결합구(22)를 갖춘 철근(21)이 매립된 프리캐스트 콘크리트 기둥(13)과; 플랜지의 일측 선단 상면 또는 하면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 각각 접합된 철골보(17, 17')로 이루어져 상기 트랜스퍼 블럭(18)의 관통공(26)을 통해 상기 기둥 나사공(23)에 볼트(20)를 체결함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)과 철골보(17)가 강 접합되도록 구성되어 있다. 기둥과 보의 접합에서 간단히 볼트(20) 체결에 의한 시공이 가능하므로 효율적으로 생산속도와 정밀도를 향상시킬 수 있고, 시공의 편리성과 공기의 단축 등을 가져올 수 있다. 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)과 철골보(17, 17')의 접합에서 보 일측 선단의 트랜스퍼 블럭(18, 19)은 플랜지의 길이에 따라 다양하게 철골보에 적용할 수 있으며, 공장에서 제작한 프리캐스트 콘크리트 기둥에 철골보를 사용하여 기둥 및 보 철근 가공을 현장에서 하지 않게 됨으로써 품질향상 뿐만 아니라 재료비 절감에 의한 경제성을 획기적으로 개선시킬 수 있는 각별한 장점이 있는 것이다.
프리캐스트 콘크리트, 보 기둥 연결부(트렌스퍼 블럭), 스플라이스 접합, 철 골보 플렌지 , 철골보 웨브

Description

프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 강 접합구조{Rigid Joint Structure of Precast Concrete Column Unit and Steel Beam}
도 1은 종래 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합상태를 개략적으로 나타낸 일실시예의 투시도,
도 2a는 종래 콘크리트 기둥과 철골보의 접합상태를 개략적으로 나타낸 정면도,
도 2b는 종래 콘크리트 기둥과 철골보의 접합상태를 개략적으로 나타낸 측면도,
도 3는 본 고안 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 접합구조를 나타낸 투시도,
도 4는 본 고안 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 접합구조를 나타낸 분해 투시도,
도 5는 본 고안 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 2방향 접합구조를 나타낸 투시도,
도 6는 본 고안 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 2방향 접합구조를 나타낸 분해 투시도,
도 7a 내지 도 7b는 본 고안에 따른 프리캐스트 콘크리트 기둥의 제작 공정 도
도 8는 본 고안에 따른 결합구의 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
6 : 스플라이스 접합부 7 : 현장타설 콘크리트 기둥
8,8' : 철골보 9 : 철골보 프렌지
10 : 철골보 웨브 11 : 플레이트
12 : 앵글부재 13 : 앵커볼트
14 : 앵글부재 15 : 고장력 볼트
16 : 프리캐스트 콘크리트 기둥 17 : 철골보
18 : 트렌스퍼 블럭 19 : 트렌스퍼 블럭
20 : 볼트 21 : 철근
22 : 결합구 23,23' : 나사공
24 : 와셔 25 : 와셔
26 : 관통공 27 : 철골보
본 고안은 프리캐스트 콘크리트 부재와 철골보를 결합하는 접합구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보를 접합하는 접합부재를 조립식으로 구성하여 기둥의 나사공에 볼트를 체결함으로써 프리캐스트 콘크 리트 기둥과 철골보가 용이하게 접합할 수 있으면서도 강접합이 가능하도록 하고, 기둥과 철골보 플렌지의 길이를 자유롭게 채용할 수 있어 시공상 편리성과 공기의 단축을 가능하게 하는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 강 접합구조에 관한 것이다.
일반적으로 공사기간을 단축시키고, 콘크리트의 품질을 높이기 위해 개발된 프리캐스트 콘크리트(Precast Concrete)는 미리 공장에서 타설하여 양생시킨 콘크리트 부재를 현장으로 운반하여 조립함으로써 공사기간을 단축시켜 공사비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 가장 이상적인 조건으로 공장에서 생산된 콘크리트 부재를 이용함으로써 현장의 기상조건이나 타설하는 인부의 숙련도에 따른 콘크리트의 품질저하를 극복한 것으로서 최근에는 프리캐스트 콘크리트를 이용한 건축공법이 선호되고 있다.
프리캐스트 콘크리트 부재를 이용하는 건축공법 중 도 1에 도시한 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보를 접합하는 공법이 종래부터 알려져 있다.
도 1에 도시한 종래의 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보를 접합하는 공법에서의 기둥과 보의 접합은 하부기둥(1)을 설치한 후 하부기둥(1) 위에 일정한 길이(통상 5cm) 겹쳐서 한쌍의 보(2, 2')를 올려 놓고, 이와 동시에 보(2, 2')에 형성되어 있는 관통공 내에 갈고리 철근(3)을 배근한 후 하부기둥(1)의 상부면과 한쌍의 보(2, 2') 사이 및 슬라브 위에 일정 두께의 토핑콘크리트층(4)을 타설한 후 토핑콘크리트층(4)이 충분히 양생된 후에 상부기둥(1')의 주철근(5) 하부에 형성된 각각의 관통공을 통해서 상기 하부기둥(1)의 상부로 노출된 하부기둥(1)의 주철근(5') 을 각각 삽입하여 상기 상부기둥(1')의 주철근(5) 하부에 형성된 타원형상의 공간부내에 각각 고강도 모르타르를 주입하여 스플라이스 접합부(6)에서 주철근(5, 5')을 접합함으로써 기둥과 보를 접합하고 있다.
이러한 기둥과 보의 접합은 토핑콘크리트층(4)의 양생 및 스플라이스 접합부(6)에서의 고강도 모르타르의 양생으로 인하여 시공 기간이 장시간 소요되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 구조적으로 취약한 부분에 두개의 기둥(1, 1')과 두개의 보(2, 2')의 접합부가 집중되어 구조가 취약하다는 문제점이 있었다.
또한 콘크리트와 철골 부재를 이용하는 건축공법 중 도 2a 및 도 2b에 도시한 콘크리트 기둥에 철골보를 접합하는 공법이 종래부터 알려져 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시한 종래의 콘크리트 기둥(7)과 철골보(8)를 접합하는 공법에서의 기둥과 보의 접합은 기둥 콘크리트에 앵커볼트(13)로 플레이트(11)를 고정한 후에 보 형강인 철골보 플랜지(9) 상하부 춤의 길이만큼 확보한 상태에서 앵글부재(12)를 용접하고 철골보 웨브(10) 좌우에는 앵글부재(14)를 고장력 볼트(15)로 체결한다. 이후 철골보(8)를 기둥에 접합된 앵글부재(12)에 올려놓고 기둥의 앵글부재(12)와 보 형강인 철골보 플랜지(9)를 용접하여 보 형강 웨브(10)에 고장력 볼트(15)로 고정된 앵글부재(14)와 기둥의 플레이트(11)를 용접함으로써 기둥과 보를 접합하고 있다.
이러한 기둥과 보의 접합은 콘크리트 기둥에 추가로 플레이트(11)를 설치하여 앵커볼트(13)로 고정하고 앵글 부재(12)를 플레이트(11)에 용접하는 과정을 반복하여 시공 기간이 장시간 소요되며 이러한 과정에서 추가로 자재비가 소요되는 문제점이 있으며, 현장에서 타설한 기둥 콘크리트(7)에 앵커볼트(13)로 고정한 플레이트(11)를 이용한 기둥과 보의 접합은 기둥과 보를 강접합하지 못할 뿐만 아니라 현장에서 타설한 기둥 콘크리트(7)의 품질에 따라서 구조적으로 접합부에서의 응력에 심각한 차이를 보일 수 있는 등의 결점이 있다.
본 고안은 상기한 종래의 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합에서 야기되는 각종 결점 및 문제점들을 해결하고자 고안한 것으로서, 경제성과 시공성 및 효율성이 향상된 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 강 접합구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 고안의 다른 목적은 종래 콘크리트 부재의 기둥과 철골보의 접합부에서 앵커볼트를 사용하여 강접합하지 못하며 시공품질을 확보하지 못하는 등의 각종 결점 및 문제점들을 해결하고자 고안한 것으로서, 양호한 시공품질과 더불어 기둥과 보의 강접합을 달성하는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 접합구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 고안의 다른 목적은 공사현장에서 기둥과 보의 접합 시에 기존의 콘크리트와 철골보의 접합에서 보를 접합하기 위해 플레이트에 앵커볼트로 고정하고 앵글을 용접하는 과정을 반복하는 공법에 비하여 시공의 편리성과 공기의 단축 등을 가져올 수 있는 건식접합공법에 채용할 수 있는 기둥과 철골보의 강 접합구조를 제공하는 것이다.
본 고안의 다른 목적은 철골보의 일측 선단 플랜지의 상면 또는 하면에 연결 철물인 트랜스퍼 블럭을 접합하여 다양한 기둥의 폭에 대응하여 정확하게 맞출 수 있으면서도 요구되는 내력을 만족시킬 수 있고, 요구되는 강도에 따라 채용하는 기둥의 삽일철근의 수효를 용이하게 변경할 수 있는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 접합구조를 제공하는 것이다.
본 고안의 다른 목적은 기둥에 2방향으로 보가 연결되는 경우 철골보 일측 선단의 연결철물인 트랜스퍼 블럭을 플랜지 상하부로 교차되도록 하여 기둥 내부의 철근이 서로 구속되지 않은 상태에서 각 철골보의 높이가 동일하도록 기둥과 보를 접합할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 나사공(23)이 일측면에 노출되도록 몸체의 일정 높이에 결합구(22)를 갖춘 철근(21)이 매립된 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)과; 플랜지의 일측 선단 상면 또는 하면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 각각 접합된 철골보(17, 17')와; 상기 트랜스퍼 블럭(18, 19)의 관통공(26)을 통해 상기 나사공(23)에 볼트(20)를 체결함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)과 철골보(17, 17')가 강접합되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 철근(21)에는 외주에 나사선이 형성되어 있고, 철근(21)의 양단부가 결합구(22)의 나사공(23')에 나사결합되고, 상기 결합구(22)는 일측 단부에 철근 체결용 나사공(23')이, 타측 단부에 트랜스퍼 블럭(18, 19)을 매개로 볼트(20)가 체결되는 나사공(23)이 각각 형성되어 있다.
또한 본 고안은 나사공(23)이 일측면에 노출되도록 몸체의 일정 높이에 결합 구(22)를 갖춘 철근(21)이 세트로 교차 매립된 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)과; 플랜지의 일측 선단 상면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 각각 접합된 철골보(17, 17')와; 플랜지의 일측 선단 하면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 각각 접합된 철골보(27)와; 상기 트랜스퍼 블럭(18, 19)의 관통공(26)을 통해 상기 나사공(23)에 볼트(20)를 체결함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)에다 2방향의 철골보(17, 17')와 철골보(27)가 접합되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 철골보(17, 17') 플랜지의 일측 선단 하면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 접합된 경우는 플랜지의 일측 선단 상면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 접합된 철골보(27)를 사용하고, 상기 철골보(17, 17') 플랜지의 일측 선단 상면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 접합된 경우에는 플랜지의 일측 선단 상면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 접합된 철골보(27)를 사용한다.
특히 도 2a 및 도 2b에 도시한 종래의 접합부재인 앵커볼트(13)는 현장타설 콘크리트 기둥(7)이 균일하지 못한 시공품질로 접합부에서의 응력을 효과적으로 설계하지 못하는데 비하여 상기한 구성의 본 고안에 있어서는 철근(21), 결합구(22), 트렌스퍼 블럭(18, 19)및 볼트(20)의 건식접합 구조로서 접합부에서의 응력을 효과적으로 설계할 수 있게 된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 접합구조를 상세하게 설명한다.
도 3는 본 고안 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 접합구조를 나타낸 투시도, 도 4는 본 고안 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 접합구조를 나타낸 분 해 투시도, 도 5는 본 고안 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 2방향 접합 구조를 나타낸 투시도, 도 6은 본 고안 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 2방향 접합 구조를 나타낸 분해 투시도, 도 7a 및 도 7b는 본 고안에 따른 프리캐스트 콘크리트 기둥의 제작 공정도, 도 8은 본 고안에 따른 결합구(22)의 단면도로서, 본 고안에 따른 프리캐스트 콘크리트 기둥은 도 7a 내지 도 7b에 도사한 바와 같은 공정으로 제작한다.
즉, 도 7a에 도시한 바와 같이 외주에 나사선이 형성된 철근(21)의 양단부를 결합구(22)의 철근 체결용 나사공(23')에 나사결합한다. 계속해서 도 7b에 나타낸 바와 같이 상기 결합구(22)를 갖춘 철근(21)을 일정한 높이에 세트로 배열하고, 이에 콘크리트를 타설하여 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)을 제작하되 결합구(22)에 형성된 볼트 체결용 나사공(23)이 기둥(16)의 외측으로 노출되도록 한다.
여기서 결합구(22)는 도 8의 단면도에 나타낸 바와 같이 철근 체결용 나사공(23')과 볼트 체결용 나사공(23)이 형성되어 있는 것으로서 철근 체결용 나사공(23')에 철근(21)의 양단부가 체결되는 조립식으로 구성되므로 기둥의 폭크기에 대응하도록 철근(21)의 길이를 조절함으로써 즉, 기둥의 폭 크기에 알맞는 두께의 철근(21)을 사용함으로써 간단하게 다양한 크기의 기둥에 결합구(22)를 갖춘 철근(21)을 채용할 수가 있다.
한편 철골보로서는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 플랜지의 일측 선단 상면 또는 하면에 관통공(26)을 구비한 트랜스퍼 블럭(18, 19)을 접합한 철골보(17, 17')를 준비하고, 기둥에 2방향의 보를 접합할 경우에는 상기한 철골보(17, 17') 외에 플랜지의 일측 선단 상면 또는 하면에 관통공(26)을 구비한 트랜스퍼 블럭(27)을 접합한 철골보(27)를 준비한다.
여기서 상기 철골보(17, 17') 플랜지의 일측 선단 하면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 접합된 경우는 플랜지의 일측 선단 상면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 접합된 철골보(27)를 사용하고, 상기 철골보(17, 17') 플랜지의 일측 선단 상면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 접합된 경우에는 플랜지의 일측 선단 상면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 접합된 철골보(27)를 사용하게됨으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)은 나사공(23)이 일측면에 노출되도록 몸체의 일정 높이에 결합구(22)를 갖춘 철근(21)이 세트로 교차 매립된 것을 사용한다.
상기한 바와 같이 하여 제작한 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)과 철골보(17, 17' 27)는 도 3내지 도 6에 도시한 바와 같이 트랜스퍼 블럭(18, 19)에 형성된 관통공(26)을 통해서 상기 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)에 매입된 철근(21)의 결합구(22)에 형성되어 있는 볼트 체결용 나사공(23)에 볼트(20)를 체결함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)과 철골보(17, 17' 27)가 견고하게 강 접합하게 된다. 이때 결합구(22)의 선단과 트랜스퍼 블럭(18, 19) 사이와 트랜스퍼 블럭(18, 19)과 볼트(20) 사이에는 연결구 접합면적의 증가와 프리캐스트 콘크리트 기둥의 시공오차를 줄이기 위해 와셔(24, 25)를 삽입하게 된다.
지금까지 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골 보를 예로서 본 고안을 설명하였지만, 본 고안은 이에 한정되지 않고, 고안의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시할 수 있다. 예컨대 프리캐스트 콘크리트 기둥과 프리캐스트 콘 크리트 보의 접합인 경우에도 보의 철근에 결합된 트랜스퍼 블록의 관통공을 통해 볼트를 기둥에 매설된 접합부재에 조립되어 있는 결합구의 나사공에 체결함으로써 기둥과 보의 건식 접합을 달성할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 고안 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골 보의 접합구조는 접합부재를 철근과 결합구의 조립구조로 구성하고, 접합부재에다 보에 결합된 트랜스퍼 블럭을 볼트로서 체결하여 기둥과 보를 결합함으로써 기둥과 기둥 및 보의 접합부가 한곳에 집중되지 않아 경제성과 시공성 및 효율성이 향상된 강한 접합부를 이를 수 있는 장점이 있다.
또한 공장에서 타설 하여 양생시킨 프리캐스트 콘크리트 기둥에는 상하에 각각 2개씩 나사공이 일측면에서 노출되도록 접합부재가 매립되고, 보의 선단에는 트랜스퍼 블럭이 용접되어 고정된다. 따라서 트랜스퍼 블럭을 통해 볼트를 상기 접합부재의 나사공에 체결함으로써 간단하게 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보를 강 접합할 수 있는 장점이 있다.
그리고 보와 결합되는 프리캐스트 콘크리트 기둥의 접합부재를 철근에 결합구를 체결하여 이를 수 있으므로 철근의 길이, 굵기와 강도를 조절함으로써 다양한 기둥의 폭에 대응하여 정확하게 맞출 수 있으면서도 요구되는 내력을 만족시킬 수 있고, 프리캐스트 콘크리트 공장에서 양방향으로 2개의 접합부재가 세트를 이루어 기둥에 매설되므로 보다 효율적으로 생산속도와 정밀도를 향상시킬 수 있는 각별한 장점이 있다.
이러한 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 접합은 단 볼트 4개만으로 철골보의 접합이 이루어지고 스플라이스 접합부가 기둥의 어느 높이에서나 가능하므로 기둥과 기둥 및 보의 접합이 한 곳에 집중되지 않으며, 종래 프리캐스트 콘크리트 기둥과 보의 접합에서와 같이 접합부의 연결 철근이 취약한 토핑에 정착하지 않고, 프리캐스트 콘크리트 내에 정착하므로 강한 연결부를 이를 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라 보 형강인 철골 부재의 강재는 항복 후 응력 증가보다 변형이 크게 증가하지만 곧바로 파괴에 도달하지 않는 장점이 있다. 이처럼 파괴에 도달했을 때까지의 높은 연성도의 구조재료는 다스팬 보에서 비틀림 또는 휨 하중이 과도할 때 연성효과를 증진시킬 수 있어 탄성 거동하게 되며, 특히 예상 지진 하중이 과도할 때 효과적이다. 즉, 보는 기둥을 중심으로 하여 변형이 크게 증가하므로 건물의 횡변형을 가능하도록 하고 지진으로부터 오는 충격을 완화시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 나사공(23)이 일측면에 노출되도록 몸체의 일정 높이에 결합구(22)를 갖춘 철근(21)이 매립된 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)과; 플랜지의 일측 선단 상면 또는 하면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 각각 접합된 철골보(17, 17')와; 상기 트랜스퍼 블럭(18, 19)의 관통공(26)을 통해 상기 나사공(23)에 볼트(20)를 체결함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)과 철골보(17, 17')가 접합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 강 접합구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 철근(21)에는 외주에 나사선이 형성되어 있고, 철근(21)의 양단부가 결합구(22)의 나사공(23')에 나사결합된 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 강 접합구조.
  3. 나사공(23)이 일측면에 노출되도록 몸체의 일정 높이에 결합구(22)를 갖춘 철근(21)이 세트로 교차 매립된 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)과; 플랜지의 일측 선단 상면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 각각 접합된 철골보(17, 17')와; 플랜지의 일측 선단 하면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 각각 접합된 철골보(27)와; 상기 트랜스퍼 블럭(18, 19)의 관통공(26)을 통해 상기 나사공(23)에 볼트(20)를 체결함으로써 프리캐스트 콘크리트 기둥(16)에다 2방향의 철골보(17, 17')와 철골보(27)가 접합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 강 접 합구조.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 철골보(17, 17') 플랜지의 일측 선단 하면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 접합되고, 상기 철골보(27) 플랜지의 일측 선단 상면에 트랜스퍼 블럭(18, 19)이 접합된 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보의 강 접합구조.
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KR100885028B1 (ko) * 2007-05-29 2009-02-20 위성배 철골 콘크리트 구조물의 연결시공용 철골연결 마감장치
CN106894509A (zh) * 2017-04-15 2017-06-27 苏州中海建筑设计有限公司 立柱与钢梁的连接节点结构及施工方法
CN110528704A (zh) * 2019-08-21 2019-12-03 中衡设计集团股份有限公司 一种用于钢梁与钢筋混凝土柱连接的节点

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