KR20110061841A - 콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 시공방법 - Google Patents

콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기둥과 보의 접합부 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 원형강관, 원형강관의 외주면에 접합된 복수의 H형 브라켓 및 H형 브라켓을 서로 연결하면서 원형강관을 둘러싸는 복수의 원호형 플레이트로 이루어지는 접합장치; 접합장치의 원형강관이 삽입되고 원호형 플레이트와 동일 수직선상에서 접합장치와 접합되는 콘크리트 충전 강관기둥; 및 접합장치의 각 H형 브라켓에 접합되는 복수의 H형강 보를 포함하며, 원형강관 내부 및 원형강관과 H형 브라켓 그리고 원호형 플레이트로 둘러싸인 공간에 콘크리트가 충전된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조가 제공된다.
콘크리트 충전강관 기둥, H형강 보, 접합장치, 원형강관, H형 브라켓, 원호형 플레이트

Description

콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 시공방법{Joint structure for concrete filled tube column and H-shaped beam and construction method therefor}
본 발명은 기둥과 보의 접합부 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 시공방법에 관한 것이다.
철골구조 건물은 기둥, 보, 가새 등의 개별부재를 연결하고 조립함으로써 이루어진다. 개개의 부재가 아무리 튼튼하게 설계되었더라도 이들의 연결이 취약하게 되어 있으면 건물 전체가 안전하다고 할 수 없을 것이다. 접합부는 연결되는 각 부재의 응력을 충분히 전달될 수 있도록 해야 한다. 접합부를 어떻게 설계하고 시공하느냐에 따라 구조안전은 물론 구조체 공사비에 미치는 영향도 크다.
기둥과 보의 접합은 강접합과 핀접합으로 나눌 수 있으나 일반적으로 강접합으로 한다. 핀접합인 경우 고력볼트를 사용하고 강접합인 경우에는 용접으로 하는 것이 일반적이다. 용접접합의 경우 보 플랜지의 응력에 의해서 기둥의 플레이트가 면외 변형할 수 있는데 이것을 방지하기 위해 보가 접합되는 위치에 수평스티프너를 설치하여 보강해야 한다. 기둥 단면이 각형강관이나 원형강관일 때에는 보-기둥 접합부의 상세가 다소 복잡해지는데, 보강재(Diaphragm)의 형식에 따라 관통형 다이아프램 형식, 내부 다이아프램 형식 및 외부 다이아프램 형식이 있다.
콘크리트 충전 강관구조는 강관과 콘크리트의 상호작용에 의해 뛰어난 구조 성능으로 초고층 구조시스템에 적합한 구조로 알려져 있다. 그러나 콘크리트 충전 강관기둥-H형강 보 접합에 대한 역학거동 규명과 시공의 어려움으로 여러 가지 접합형식에 대해서 연구중에 있다. 관통형 다이아프램 형식, 내부 다이아프램 형식은 고층건물에 적합한 것으로 알려져 일본에서 널리 사용되고 있으나, 우리나라는 상대적으로 지진 및 풍하중이 작으므로 관통형 및 내부 다이아프램 접합형식을 그대로 적용시킬 경우 시공상에서 용접 및 콘크리트 충전성 등의 비효율적인 측면이 많다. 그리고 외부 다이아프램 형식의 제작·가공에 따른 비경제성 및 접합부 주변 외관의 복잡성 등이 단점으로 지적된다.
본 발명은 콘크리트 충전성이 좋고 접합부 주변 외관이 단순하며 접합부의 패널존에서의 전단파괴를 효과적으로 방지할 수 있는 콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조 및 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 원형강관, 원형강관의 외주면에 접합된 복수의 H형 브라켓 및 H형 브라켓을 서로 연결하면서 원형강관을 둘러싸는 복수의 원호형 플레이트로 이루어지는 접합장치; 접합장치의 원형강관이 삽입되고 원호형 플레이트와 동일 수직선상에서 접합장치와 접합되는 콘크리트 충전 강관기둥; 및 접합장치의 각 H형 브라켓에 접합되는 복수의 H형강 보를 포함하며, 원형강관 내부 및 원형강관과 H형 브라켓 그리고 원호형 플레이트로 둘러싸인 공간에 콘크리트가 충전된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조가 제공된다.
본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, 하층 강관기둥의 상부에, 원형강관, 원형강관의 외주면에 접합된 복수의 H형 브라켓 및 H형 브라켓을 서로 연결하면서 원형강관을 둘러싸는 복수의 원호형 플레이트로 이루어지는 접합장치를 설치하는 단계; 접합장치의 H형 브라켓에 H형강 보를 접합하고 상층 강관기둥을 접합장치에 접합하는 단계; 및 강관기둥 내부, 접합장치의 원형강관 내부 및 원형강관과 H형 브라켓 그리고 원호형 플레이트로 둘러싸인 공간에 콘크리트를 충전하는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 시공방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기둥-보 접합부에 링 형태의 스티프너가 설치되고 그 내부에 콘크리트가 충전된 구조로서 기둥-보 접합부의 패널존이 전단파괴되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 기둥-보 접합부에서 기둥 내부로 삽입된 콘크리트 충전 원형강관으로 기둥-보 접합부에 발생하는 지압파괴에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 표기하며, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 접합장치를 이용해 콘크리트 충전 강관기둥과 H형강 보를 접합하는 방법을 나타낸 분해조립도이다.
본 발명에 따른 접합장치는 콘크리트 충전 강관기둥(40)과 H형강 보(50)를 접합하는 것으로서, 원형강관(10), 원형강관(10)의 외주면에 접합된 4개의 H형 브라켓(20) 및 H형 브라켓(20)을 서로 연결하면서 콘크리트 충전 강관기둥과 동일한 직경을 갖도록 원형강관(10)을 둘러싸는 4개의 원호형 플레이트(Arc plate, 30)로 구성된다.
원형강관(10)은 콘크리트 충전 강관기둥(40)의 직경 보다 작은 직경을 가지 고 전체 길이는 브라켓에서 상하부로 미리 결정된 길이만큼 돌출되도록 하여 콘크리트 충전 강관기둥(40) 속으로 삽입될 수 있도록 구성된다. 바람직하게는 삽입되는 길이(L)는 콘크리트 충전 강관기둥(40)의 직경(D)의 2배(2D) 이상이 된다. 그 이유는 원형강관(10)은 기둥-보 접합부에 발생하는 전단력에 지배를 받는 부재이기 때문이다. 이 원형강관(10)은 콘크리트 충전 강관기둥(40) 내부에서 삽입되어 접합부의 강도를 향상시킨다.
H형 브라켓(20)은 H형강 보(50)를 접합하기 위해 원형강관(10)의 외주면에 용접으로 설치되는 것으로 접합되는 H형강 보(50)와 동일한 단면을 갖는다. 도 1에서는 콘크리트 충전 강관기둥(40)에 십자형으로 H형강 보(50)가 접합되는 경우, 즉 기둥(40)이 중앙에 설치된 것을 예시한 것으로 H형 브라켓(20)은 4개가 설치되어 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 기둥(40)에 접합되는 보(50)의 수에 따라 외곽기둥의 경우 3개 또는 2개가 설치될 수 있다.
원호형 플레이트(30)는 브라켓(20)을 서로 연결하면서 원형강관(10)을 둘러싸도록 설치된다. 원형강관(10)을 둘러싸는 원호형 플레이트(30)의 직경은 콘크리트 충전 강관기둥(40)의 직경과 동일한 직경을 갖는다. 따라서 콘크리트 충전 강관기둥(40)에 콘크리트를 충전할 때 접합장치의 원형강관(10), H형 브라켓(20) 및 원호형 플레이트(30)로 둘러싸인 공간 내부에도 콘크리트가 채워지게 된다. 이를 위해 원호형 플레이트(30)의 양단부에는 H형 브라켓(20)의 상부 플랜지(21)와 하부 플랜지(22) 사이로 삽입되고 웨브(23)에 접하는 크기를 갖는 폐쇄단부(31)가 형성된다. 이 폐쇄단부(31)는 H형 브라켓(20)의 상부 플랜지(21)와 하부 플랜지(22)와 용접으로 접합되어 H형 브라켓(20)의 면외 변형을 방지하는 스티프너의 기능을 한다.
도 2는 본 발명에 따른 접합장치를 이용해 콘크리트 충전 강관기둥과 H형강 보를 접합한 상태를 나타낸 결합단면도이다.
도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 접합장치를 이용해 콘크리트 충전 강관기둥(40)과 H형강 보(50)를 접합하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
평면 계획에 따라 설치된 강관기둥에, 접합장치를 결합시킨다. 즉, 접합장치의 원형강관을 하층 강관기둥의 상부로 삽입하고 강관기둥과 원호형 플레이트가 동일 수직선상에 위치하도록 한 상태에서 용접으로 하층 강관기둥과 접합장치를 접합시킨다. 그 후 H형 브라켓()에 H형강 보를 접합시키고 상층 강관기둥을 접합장치와 결합시키고 하층 강관기둥과 동일한 방식으로 본 발명에 따른 접합장치와 용접으로 접합시킨다. 이와 같은 방식으로 강관기둥과 H형강 보를 접합장치를 이용해 접합시켜 골조를 완성한다. 그 후 상하층 강관기둥에 콘크리트를 충전한다. 이때, 접합장치의 원형강관(10) 내부에도 콘크리트가 충전되며, 접합장치의 원형강관(10)과 브라켓(20) 그리고 원호형 플레이트(30)로 둘러싸인 공간에도 콘크리트가 밀실하게 충전된다.
따라서 본 발명에 따르면 콘크리트 충전 강관기둥(40)과 H형강 보(50)의 접합부에서 기둥은 접합장치의 콘크리트가 충전된 원형강관(10)과 콘크리트 충전 강관기둥(40)의 이중 충전 강관 구조가 되어 내력이 향상된다.
지금까지 본 발명을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 접합장치를 이용해 콘크리트 충전 강관기둥과 H형강 보를 접합하는 방법을 나타낸 분해조립도이다.
도 2는 본 발명에 따른 접합장치를 이용해 콘크리트 충전 강관기둥과 H형강 보를 접합한 상태를 나타낸 결합단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 원형강관
20: H형 브라켓
30: 원호형 플레이트
40: 콘크리트 충전 강관기둥
50: H형강 보

Claims (2)

  1. 원형강관, 원형강관의 외주면에 접합된 복수의 H형 브라켓 및 H형 브라켓을 서로 연결하면서 원형강관을 둘러싸는 복수의 원호형 플레이트로 이루어지는 접합장치;
    접합장치의 원형강관이 삽입되고 원호형 플레이트와 동일 수직선상에서 접합장치와 접합되는 콘크리트 충전 강관기둥; 및
    접합장치의 각 H형 브라켓에 접합되는 복수의 H형강 보를 포함하며,
    원형강관 내부 및 원형강관과 H형 브라켓 그리고 원호형 플레이트로 둘러싸인 공간에 콘크리트가 충전된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 구조.
  2. 하층 강관기둥의 상부에, 원형강관, 원형강관의 외주면에 접합된 복수의 H형 브라켓 및 H형 브라켓을 서로 연결하면서 원형강관을 둘러싸는 복수의 원호형 플레이트로 이루어지는 접합장치를 설치하는 단계;
    접합장치의 H형 브라켓에 H형강 보를 접합하고 상층 강관기둥을 접합장치에 접합하는 단계; 및
    강관기둥 내부, 접합장치의 원형강관 내부 및 원형강관과 H형 브라켓 그리고 원호형 플레이트로 둘러싸인 공간에 콘크리트를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 강관기둥과 에이치형강 보의 접합부 시공방법.
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