KR20100005526A - 주름진 웹을 가지는 빔 및 이를 이용한 합성보 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상부 플랜지(10), 하부 플랜지(20) 및 주름진 웹(100)에 의해 구성되고, 웹(100)의 세장비는 150~300인 것을 특징으로 하는 주름진 웹을 가지는 빔을 제시함으로써, 철골보의 춤을 크게 하면서도 단위중량을 줄일 수 있도록 하여 철골보의 장대화를 가능하게 한다.
H 빔, 주름, 웹

Description

주름진 웹을 가지는 빔 및 이를 이용한 합성보{CORRUGATED WEB BEAM AND COMPOSITE BEAM USING THE SAME}
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는, 보에 사용되는 빔의 구조에 관한 것이다.
철골구조인 건축물 공사에 있어서 바닥 콘크리트 슬래브는 철골보와 전단연결재로 연결하여, 외력에 대하여 구조적 거동을 일체화시키는 합성보로 만들어 사용하는 것이 가장 경제적인 방법으로 알려져 있다.
도 1은 종래의 합성보로서, H 빔 구조의 철골보(1)와 전단연결재(2)에 의해 슬래브(3)가 결합한 구조를 도시한 것이다.
사무실, 상가, 주거 용도로 사용되는 합성보(슬래브+철골보)는 층고를 줄여서 층수를 늘리기 위하여, 합성보의 춤(H)을 최대한으로 낮추는 것이 바람직하다.
예를 들면 U-철판형 합성보 또는 완전매입형 합성보 등이 이를 위해 고안된 것이다.
이에 비해, 공장, 물류센터 용도로 사용되는 합성보(슬래브+철골보)의 경우는 층고와 층수에 상대적으로 덜 민감하고, 물류 흐름과 화물적재 등을 위하여 건 물내부 공간확보가 필요하므로, 층고와 기둥 사이 거리의 최대화를 추구하고 있다.
이는 합성보의 장대화를 의미하는 것이며, 기존 합성보로도 구현 가능하지만, 경제적인 면을 살펴보면 합성보가 장대화될수록 휨에 잘 견디게 춤이 크고 무거운 H형강을 사용해야 하므로 경제적인 면에서 불리해진다.
따라서 장대화가 가능하면서 경제적인 합성보를 만들기 위해서는 휨강성이 크게 되도록 철골보의 춤을 크게 하면서 물량(단위중량)을 줄일 수 있는 단면을 만들어야 한다.
그런데, 종래에는 이에 관한 구체적 연구가 이루어지지 않아 문제로 지적되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 철골보의 장대화를 위하여, 철골보의 춤이 크면서도 단위중량을 줄일 수 있도록 하는 주름진 웹을 가지는 빔 및 이를 이용한 합성보를 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 상부 플랜지(10), 하부 플랜지(20) 및 주름진 웹(100)에 의해 구성되고, 상기 웹(100)의 세장비는 150~300인 것을 특징으로 하는 주름진 웹을 가지는 빔을 제시한다.
상기 세장비는 220~280인 것이 바람직하다.
상기 웹(100)은 상기 상부 플랜지(10) 및 하부 플랜지(20)의 중심선보다 좌측에 치우치도록 설치된 좌측판(110); 상기 좌측판(110)의 단부에서 우측으로 경사지도록 연장 설치된 우향 경사판(120); 상기 상부 플랜지(10) 및 하부 플랜지(20)의 중심선보다 우측에 치우치도록, 상기 우향 경사판(120)의 단부에서 길이방향으로 연장 설치된 우측판(130); 상기 우측판(130)의 단부에서 좌측으로 경사지도록 연장 설치된 좌향 경사판(140);을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 좌측판(110) 및 우측판(130)의 길이는 상기 웹(100)의 두께의 25~100배인 것이 바람직하다.
상기 좌향 경사판(140) 및 우향 경사판(120)의 길이방향의 길이는 상기 웹(100)의 두께의 10~25배인 것이 바람직하다.
상기 좌향 경사판(140) 및 우향 경사판(120)의 길이는 상기 좌향 경사판(140) 및 우향 경사판(120)의 길이방향의 길이의 1/cos30~60°인 것이 바람직하다.
상기 좌측판(110)과 상기 우측판(130)의 폭 방향 거리는 상기 웹(100)의 두께의 10~25배인 것이 바람직하다.
상기 좌측판(110)과 상기 우측판(130)의 폭 방향 거리는 상기 상부 플랜지(10) 및 하부 플랜지(20) 폭의 10~50%인 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 주름진 웹을 가지는 빔을 이용한 합성보를 함께 제시한다.
본 발명은 철골보의 장대화를 위하여, 철골보의 춤이 크면서도 단위중량을 줄일 수 있도록 하는 주름진 웹을 가지는 빔 및 이를 이용한 합성보를 제시한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
휨강성이 크게 되도록 철골보의 춤을 크게 하고 물량을 줄일 수 있는 방법에는 크게 2가지를 들 수 있다.
첫째, 세장 웹을 가지는 Built-up H형강(이하 BH형강)을 들 수 있고(도 2), 둘째, 주름진 웹을 가지는 Corrugated Web Beam(이하 CWB)를 들 수 있다(도 3).
BH형강은 소요크기로 절단한 플랜지와 웹을 용접하여 만드는 것으로, 웹을 필요에 따라 크게 만들 수 있기 때문에 휨강성이 큰 부재를 만들 수 있다.
그러나 세장비(웹의 춤/두께 : H/tw)가 AISC기준의 380 / (Fy) 1/2 보다 클 경우에는, 국부 좌굴과 관련하여 허용전단응력이 급격하게 떨어지므로, 세장비가 일정수준 이상이 되도록 하여야 한다.
또 고정하중이나 적재하중이 클 경우 허용전단응력 감소로 인하여 웹을 더 이상 얇게 하지 못하므로 경제성에 한계가 생긴다.
CWB는 세장 웹의 BH 형강이 가지고 있는 단점인 허용전단응력 감소를 방지하도록 웹에 주름을 도입한 것이다(도 3,4).
이 주름이 국부 좌굴을 방지하므로, CWB는 BH 형강보다 웹을 더 얇게 설계할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 기본적으로 상부 플랜지(10), 하부 플랜지(20) 및 주름진 웹(100)에 의해 구성된 CWB에 관한 것으로서, 웹(100)의 세장비가 150~300인 것을 특징으로 한다.
표 1은 거의 동일한 강도(휨, 전단)를 갖는 일반 합성보, BH 합성보, CWB 합성보의 단위중량을 상호 비교하여 나타낸 것이다.
기본적인 설계 조건은 다음과 같다.
1) 부재 길이 (L) = 10,000mm
2) 부재 간격 (S) = 3,000mm
3) 슬래브 두께(tc) = 150mm, fck = 210 kgf/cm2
4) 적용하중 (kgf/m2 )
① 고정하중(DL) = 290, ② 마감하중 = 80, ③ 적재하중 = 300, ④ 시공하중 = 150
5) 처짐제한
① 고정하중 작용시 : 4cm이하
② 적재하중 작용시 : L/360 (3.06cm)
Figure 112008048913906-PAT00001
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 CWB 합성보는 충분한 휨 강도 및 전단강도를 구비하면서도, 단위중량이 일반합성보에 대비하여 44.7%나 절감됨을 알 수 있다.
표 2는 일반 H 형강(H), BH 형강(BH), 주름진 웹을 가지는 빔(CH)에 관하여, 웹의 춤(H), 플랜지의 폭(B), 웹의 두께(tw)를 변화시키면서, 단면 2차 모멘트(I), 단면계수(Z), 휨강도, 전단강도를 서로 비교한 것이다.
Figure 112008048913906-PAT00002
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 CWB가 동일한 단위중량 하에 더욱 우수한 강도를 가짐을 알 수 있고, 세장비에 따른 허용전단응력을 만족하기 위해서는, 세장비가 150~300(바람직하게는 220~280)의 범위에 들어야 함을 알 수 있다.
세장비에 따른 허용전단응력은 다음과 같은 방식에 의해 계산한다.
가. H /tw ≤ 380 / (Fy) 1/2 일경우
Fv = 0.4 Fy
나. H /tw > 380 / (Fy) 1/2 일경우
Fv = Fy x Cv / 2.89 ≤ 0.4 Fy
여기서, Cv = 45000 x kv / (Fy x (h/tw) 2 : Cv가 0.8보다 작을 경우
Cv = [190 / (h/tw)] x (kv/Fy) 1 / 2 : Cv가 0.8보다 클 경우
kv = 4 + 5.34/(a/h) 2 : (a/h)가 1.0보다 작을 경우
kv = 5.34 + 4/(a/h) 2 : (a/h)가 1.0보다 클 경우
tw : 웨브 두께
a : 수직스티프너 사이거리
H : 부재춤의 유효높이
도 4,5는 본 발명에 의한 CWB의 구체적 구성에 관하여 도시한 것이다.
주름진 웹(100)은 상부 플랜지(10) 및 하부 플랜지(20)의 중심선보다 좌측에 치우치도록 설치된 좌측판(110); 좌측판(110)의 단부에서 우측으로 경사지도록 연장 설치된 우향 경사판(120); 상부 플랜지(10) 및 하부 플랜지(20)의 중심선보다 우측에 치우치도록, 우향 경사판(120)의 단부에서 길이방향으로 연장 설치된 우측판(130); 우측판(130)의 단부에서 좌측으로 경사지도록 연장 설치된 좌향 경사판(140);을 포함하는 주름이 반복적으로 배치된 구성을 취한다.
위 방식에 근거하여, 세장비의 범위를 만족하면서도, 강도가 크면서 단위중량을 줄일 수 있도록 하기 위해서는, 각 구체적 구성이 다음과 같은 범위 내에 들도록 하는 것이 바람직하다.
좌측판(110) 및 우측판(130)의 길이(b)는 웹(100)의 두께의 25~100배인 것이 바람직하다.
좌향 경사판(140) 및 우향 경사판(120)의 길이방향의 길이(d)는 웹(100)의 두께의 10~25배인 것이 바람직하며, 좌향 경사판(140) 및 우향 경사판(120)의 길이는(a) 좌향 경사판(140) 및 우향 경사판(120)의 길이방향의 길이(d)의 1/cos30~60°인 것이 바람직하다.
좌측판(110)과 우측판(130)의 폭 방향 거리(h)는 웹(100)의 두께의 10~25배인 것이 바람직한데, 이는 상부 플랜지(10) 및 하부 플랜지(20) 폭의 10~50%인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 슬래브(3)와 본 발명에 의한 CWB가 전단 연결재(2)에 의해 결합하여 외력에 대해 합성 단면으로 작용하도록 하는 구조(합성보)를 상정할 수 있는데, 이 또한 상술한 바와 같이 철골보의 춤이 크면서도 단위중량을 줄일 수 있다는 효과가 있는바, 철골보의 장대화를 가능하게 한다는 장점이 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 종래의 H 형강을 이용한 합성보의 횡단면도.
도 2는 종래의 BH 형강을 이용한 합성보의 횡단면도.
도 3 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 3은 주름진 웹을 가지는 빔의 횡단면도.
도 4는 주름진 웹을 가지는 빔의 부분 사시도.
도 5는 주름진 웹을 가지는 빔의 종단면도.
도 6은 주름진 웹을 가지는 빔을 이용한 합성보의 횡단면도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10 : 상부 플랜지 20 : 하부 플랜지
100 : 주름진 웹 110 : 좌측판
120 : 우향 경사판 130 : 우측판
140 : 좌향 경사판

Claims (9)

  1. 상부 플랜지(10), 하부 플랜지(20) 및 주름진 웹(100)에 의해 구성되고,
    상기 웹(100)의 세장비는 150~300인 것을 특징으로 하는 주름진 웹을 가지는 빔.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세장비는 220~280인 것을 특징으로 하는 주름진 웹을 가지는 빔.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 웹(100)은
    상기 상부 플랜지(10) 및 하부 플랜지(20)의 중심선보다 좌측에 치우치도록 설치된 좌측판(110);
    상기 좌측판(110)의 단부에서 우측으로 경사지도록 연장 설치된 우향 경사판(120);
    상기 상부 플랜지(10) 및 하부 플랜지(20)의 중심선보다 우측에 치우치도록, 상기 우향 경사판(120)의 단부에서 길이방향으로 연장 설치된 우측판(130);
    상기 우측판(130)의 단부에서 좌측으로 경사지도록 연장 설치된 좌향 경사판(140);을
    포함하는 것을 특징으로 하는 주름진 웹을 가지는 빔.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 좌측판(110) 및 우측판(130)의 길이는 상기 웹(100)의 두께의 25~100배인 것을 특징으로 하는 주름진 웹을 가지는 빔.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 좌향 경사판(140) 및 우향 경사판(120)의 길이방향의 길이는 상기 웹(100)의 두께의 10~25배인 것을 특징으로 하는 주름진 웹을 가지는 빔.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 좌향 경사판(140) 및 우향 경사판(120)의 길이는 상기 좌향 경사판(140) 및 우향 경사판(120)의 길이방향의 길이의 1/cos30~60°인 것을 특징으로 하는 주름진 웹을 가지는 빔.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 좌측판(110)과 상기 우측판(130)의 폭 방향 거리는 상기 웹(100)의 두께의 10~25배인 것을 특징으로 하는 주름진 웹을 가지는 빔.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 좌측판(110)과 상기 우측판(130)의 폭 방향 거리는 상기 상부 플랜 지(10) 및 하부 플랜지(20) 폭의 10~50%인 것을 특징으로 하는 주름진 웹을 가지는 빔.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 주름진 웹을 가지는 빔을 이용한 합성보.
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KR101347101B1 (ko) * 2012-03-02 2014-01-03 채일수 조립식 건축구조물용 용접빔

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