KR20110097161A - Concrete Filled Steel Pipe Column System - Google Patents

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KR20110097161A
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Abstract

본 발명은 내부에 콘크리트가 충전된 강관으로 구성된 기둥 시스템에 관한 것으로, 특히 최하층을 제외하고 상층으로 갈수록 직경이 증가하는 중공을 형성하여 각층의 기둥이 부담하는 하중의 크기를 고려한 효율적인 단면형태를 구성하고 보와의 접합성을 향상시킨 콘크리트충전 강관기둥 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 각층 단위 또는 수개층 단위로 상층의 기둥으로 갈수록 중공의 크기를 증가시켜 동일한 단면에서 충전콘크리트의 단면적이 변화하는 콘크리트충전 기둥을 구성하고, 각층의 기둥 상단에 보와의 접합을 위한 돌출면을 갖는 기둥-보 접합구를 연결하여, 기둥-보 접합구를 통해 각층의 기둥이 동일 중심축 선상에 세워지도록 서로 연결한 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥 시스템이 제공된다.The present invention relates to a pillar system composed of steel pipes filled with concrete, and particularly to form an efficient cross-sectional shape in consideration of the size of the load of each column pillar by forming a hollow that increases in diameter toward the upper layer except the lowermost layer. The present invention relates to a concrete-filled steel pipe column system having improved bondability with beams.
According to a preferred embodiment of the present invention, by increasing the size of the hollow to the upper pillars in each floor unit or several floor units to form a concrete-filled pillar in which the cross-sectional area of the filled concrete in the same cross-section, the beam on the top of each column Provided by a concrete-filled steel pipe pillar system by connecting the column-beam connector having a protruding surface for joining with each other, and connected to each other so that the pillars of each layer are erected on the same central axis line through the column-beam connector do.

Description

콘크리트충전 강관기둥 시스템{Column system of concrete filled steel tube}Column filled system of concrete filled steel tube

본 발명은 내부에 콘크리트가 충전된 강관으로 구성된 기둥 시스템에 관한 것으로, 특히 최하층을 제외하고 상층으로 갈수록 직경이 증가하는 중공을 형성하여 각층의 기둥이 부담하는 하중의 크기를 고려한 효율적인 단면형태를 구성하고 보와의 접합성을 향상시킨 콘크리트충전 강관기둥 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a pillar system composed of steel pipes filled with concrete, and particularly to form an efficient cross-sectional shape in consideration of the size of the load of each column pillar by forming a hollow that increases in diameter toward the upper layer except the lowermost layer. The present invention relates to a concrete-filled steel pipe column system having improved bondability with beams.

부재에 발생하는 내력의 종류는 주축의 방향과 하중 방향 사이의 관계에 의하여 결정되는데 건축물의 구조재는 일반적으로 축방향 내력과 휨 내력이 동시에 발생한다. 축방향 내력을 받는 부재는 재료 전체가 응력을 부담할 수 있기 때문에 휨 내력을 받는 부재보다 더 효율적이다. 반면에 휨 응력은 횡단면 전체에 걸쳐 그 강도가 변화하기 때문에 단면의 응력이 최대로 되는 부분에서만 재료의 효율을 최대로 발휘하게 되므로 재료의 대부분은 허용응력보다 훨씬 낮은 수준의 힘을 지탱하며 결과적으로 재료를 비효율적으로 사용하는 것이 된다. 단면형태에 있어서도 예를 들어 휨 응력을 받는 부재의 경우 중립축에 인접한 단면중앙부의 재료는 응력 미달상태이기 때문에 충분하게 활용되지 못하고 있으며 하중은 단면내의 상단부 및 하단부의 재료에 의하여 지지된다. 따라서 이 부분의 재료를 들어내어 부족한 부분을 보강해 준다면 효율을 높일 수 있을 것이다. 이처럼 구조부재는 축방향 내력을 받도록 하는 경우에 효율적으로 이용될 수 있고 내력의 종류에 따라 효율적인 단면의 형태가 결정될 수 있다. The type of strength generated in the member is determined by the relationship between the direction of the main axis and the load direction. In general, structural members of a building generate both axial and flexural strengths simultaneously. A member subjected to axial strength is more efficient than a member subjected to flexural strength because the entire material can bear stress. On the other hand, the flexural stress varies in strength throughout the cross section, so that the material's efficiency is maximized only at the point where the cross-sectional stress is maximized, so most of the material supports much lower force than the allowable stress. Inefficient use of the material. Even in the cross-sectional shape, for example, in the case of a member subjected to bending stress, the material in the center portion of the cross section adjacent to the neutral axis is not sufficiently utilized because it is under stress, and the load is supported by the material in the top portion and the bottom portion in the cross section. Therefore, if you take out the material of this part and reinforce it, you will be able to increase the efficiency. As such, the structural member may be efficiently used to receive the axial strength and the shape of the effective cross section may be determined according to the type of the strength.

강관 내부를 콘크리트로 충전한 콘크리트충전 강관(Concrete Filled Steel Tube; 이하 'CFT'라 함)은 대도시의 인구집중, 토지이용의 한계 등의 문제로 인하여 고층건물의 수요가 증가하면서 그 사용 또한 증가하고 있는 추세이다. 현재 사용중인 CFT 기둥용 강관의 제작방법은 4-Seam Plate 각형강관, 2-Seam Plate 각형강관, 1-Seam 냉간성형 각형강관 등 세 종류가 일반적으로 채택되고 있다. 4-Seam Plate 각형강관은 기둥에 사용되는 강판의 두께가 두꺼운 경우 강판의 4모서리를 용접하여 제작하는 방법이며, 2-Seam Plate 각형강관은 프레스성형 또는 절곡성형을 이용하여 ㄷ자형강 2개를 제작한 후 응력집중이 적게 걸리는 강관의 중앙부를 용접하는 방법이다. 또한 1-Seam 냉강성형 각형강관은 원형강관을 제작한 후 4각 형태로 재성형한 강관이다. 그러나 지금까지의 콘크리트충전용 일반강관은 콘크리트와의 합성효과의 확보에 의심을 받고 있는바, 스터드 볼트 등을 사용하는 경우도 종종 있었다.Concrete filled steel tubes (hereinafter referred to as 'CFTs') filled with concrete inside steel pipes have increased in demand due to the increase in demand for high-rise buildings due to the problems of population concentration and limitation of land use in large cities. There is a trend. Three types of steel pipes for CFT columns currently in use are generally adopted: 4-Seam Plate Square Steel Pipe, 2-Seam Plate Square Steel Pipe, and 1-Seam Cold Formed Square Steel Pipe. 4-Seam Plate square steel pipe is a method of welding four corners of steel plate when the thickness of steel plate used for pillar is thick. 2-Seam Plate square steel pipe is made of two c-shaped steel using press molding or bending molding. After that, the center part of the steel pipe which takes less stress concentration is welded. In addition, 1-Seam cold-formed square steel pipe is a steel pipe that is reshaped into a quadrangular shape after producing a round steel pipe. However, conventional steel pipes for filling concrete have been suspected of securing a composite effect with concrete, and often used stud bolts.

상기한 바와 같은 콘크리트충전용 강관의 문제점을 개선하여 콘크리트와 강관의 합성효과를 적극적으로 유도하기 위하여 4개의 강판을 ㄱ형으로 절곡하는 방식으로 제작성을 높이고 모서리의 응력집중 위치를 피한 기둥 중앙부에 용접부를 위치시킴으로서 강관 모서리 절곡과 용접열에 의한 잔류응력의 영향을 최소화한 냉간성형 각형강관이 제안되었다. 도 5에 4개의 냉간성형 강판을 이용한 각형강관을 도시하였다. 도시된 바와 같이 이 냉간성형 각형강관(10)은 양단부를 내측으로 절곡한 절곡부(111a)가 형성된 4개의 리브L형 단위부재(111,112,113,114)를 절곡부(111a)가 서로 접하도록 모서리에 배치, 용접하여 폐쇄형 단면을 갖도록 구성한 것이다. 이 냉간성형 각형강관의 특징은 얇은 강판을 절곡하여 단위부재로 이용함으로써 종래의 폐쇄형 철골부재에 비하여 경제적인 제작이 가능해지고 나아가 얇은 단면을 가지는 강판으로 제작되면서 큰 좌굴내력을 발휘하며 특히 충전기둥으로 사용할 경우 콘크리트의 구속력을 증대시키는 장점이 있다.In order to improve the problems of the steel pipe for filling concrete as described above, in order to actively induce the composite effect of concrete and steel pipe, the welded part in the center of the column to improve the manufacturability and avoid the stress concentration of the corners by bending the four steel plates in the a-shape The cold-formed square steel tube was proposed to minimize the effect of residual stress due to the bending of the steel pipe and the heat of welding. Figure 5 shows a square steel pipe using four cold-formed steel sheet. As shown, the cold-formed square steel tube 10 is arranged at the corners such that the four rib L-shaped unit members 111, 112, 113, and 114 having the bent portions 111a formed at both ends thereof inwardly contact each other. It is configured to have a closed cross section by welding. The features of this cold-formed square steel pipe can be economically manufactured compared to the conventional closed steel frame members by bending thin steel sheets and using them as unit members. When used as an advantage to increase the binding force of the concrete.

그러나 이 냉간성형 각형강관 자체를 또는 내부에 콘크리트를 충전하여 기둥으로 사용할 경우, 4개의 냉간성형 강판을 접합한 용접선으로 인해 강재보를 접합하기 곤란한 문제점이 있다. 즉, 강재보를 기둥에 단순접합(핀접합, 전단접합)할 경우 접합부의 제작 및 설치의 용이성을 고려하여 공장에서 기둥에 연결재(플레이트나 T형강)를 용접하고 현장에서 보 웨브와 연결재를 고력볼트 접합하는 방법이 일반적으로 사용되는데, 도 6에 나타낸 바와 같이 냉간성형 각형강관(10)의 경우 각형강관을 구성하기 위한 단위부재들간의 용접선과 플레이트(60)를 기둥(10)에 용접하기 위한 용접선이 서로 겹쳐 플레이트(50)를 기둥(10)에 용접하기 어려워지는 문제가 있다.However, when the cold-formed square steel pipe itself or concrete is used as a pillar, there is a problem in that it is difficult to join the steel beams due to the welding line in which four cold-formed steel sheets are joined. That is, in case of simple joining of steel beams to a column (pin joining, shear joining), the connection material (plate or T-shaped steel) is welded to the column at the factory in consideration of the ease of fabrication and installation of the joint and the high strength bolts of the beam web and the connecting material in the field A method of joining is generally used. In the case of a cold-formed square steel pipe 10, a welding line between unit members for forming a square steel pipe and a welding line for welding the plate 60 to the column 10 is shown. There is a problem that it is difficult to weld the plate 50 to the column 10 by overlapping each other.

한편, 기둥-보 접합부에서는 보 단부에 생기는 휨모멘트가 보 플랜지 위치에서 기둥에 집중적으로 작용한다. 이와 같이 보 단부의 휨모멘트가 클 경우에는 도 7과 같이 기둥이 국부적으로 대변형을 일으키며 파괴를 유발한다. 따라서 이것을 방지하기 위해 수평스티프너를 설치해야 한다. 그러나 냉간성형 각형강관의 경우 수평스티프너를 설치하기 곤란하다는 문제점이 있다. 특히 냉간성형 각형강관에 콘크리트를 충전하여 충전기둥으로 사용할 경우 더욱 그러하다. On the other hand, in the column-beam connection, the bending moment generated at the beam end acts intensively on the column at the beam flange position. As such, when the bending moment of the beam end is large, as shown in FIG. 7, the pillar locally causes large deformation and fracture. Therefore, horizontal stiffeners should be installed to prevent this. However, in the case of cold-formed square steel pipe, there is a problem that it is difficult to install a horizontal stiffener. This is especially true when the cold-formed square steel pipe is filled with concrete and used as a charger pillar.

본 발명은 매우 큰 압축력과 함께 수형하중이 작용하는 기둥의 단면을 콘크리트충전 각형강관을 이용해 효율적으로 구성함과 동시에 각형강관을 구성하기 위한 단위부재들간의 용접선과 연결재를 기둥에 용접하기 위한 용접선이 서로 겹쳐 연결재를 기둥에 용접하기 어려워지는 문제와 수평스티프너를 각형강관의 내부에 설치하기 곤란한 문제를 해결하는 것을 과제로 한다.The present invention is to effectively construct the cross section of the column acting the male load with a very large compressive force by using a concrete-filled square steel pipe, and at the same time the welding line for welding the weld line and connecting material between the unit members for forming the square steel pipe to the column It is a problem to solve the problem that it becomes difficult to weld the connecting material to the column and overlapping each other and the problem that it is difficult to install the horizontal stiffener inside the square steel pipe.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 각층 단위 또는 수개층 단위로 상층의 기둥으로 갈수록 중공의 크기를 증가시켜 동일한 단면에서 충전콘크리트의 단면적이 변화하는 콘크리트충전 기둥을 구성하고, 각층의 기둥 상단에 보와의 접합을 위한 돌출면을 갖는 기둥-보 접합구를 연결하여, 기둥-보 접합구를 통해 각층의 기둥이 동일 중심축 선상에 세워지도록 서로 연결한 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥 시스템이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, by increasing the size of the hollow to the upper pillars in each floor unit or several floor units to form a concrete-filled pillar in which the cross-sectional area of the filled concrete in the same cross-section, the beam on the top of each column Provided by a concrete-filled steel pipe pillar system by connecting the column-beam connector having a protruding surface for joining with each other, and connected to each other so that the pillars of each layer are erected on the same central axis line through the column-beam connector do.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 기둥은 기둥 본체와 그 상단에 연결된 기둥-보 접합구로 구성되고, 기둥은, 90도로 절곡된 강판의 양쪽 단부에서 일정한 각도로 내측으로 절곡하여 연장된 립을 갖는 4개의 립L형 단위부재를 모서리에 배치하고 중앙부에서 용접하여 사각형 단면을 구성하고 내부에 콘크리트를 충전한 기둥 본체로 구성된 제1 기둥과, 제1 기둥의 상층에 위치하며 사각형 단면 내부에 내관을 중심축에 배치하고 내관과 각 단위부재로 구획된 단면 사이의 공간에 콘크리트를 충전한 기둥 본체로 구성된 제2 기둥을 포함하며, 제2 기둥의 내관은 제1 기둥에서 상층으로 갈수록 더 큰 직경을 갖는다.According to another suitable embodiment of the present invention, the pillar consists of a pillar body and a pillar-beam joint connected to the upper end thereof, and the pillar is bent inwardly at an angle at both ends of the steel plate bent at 90 degrees to extend the rib. The four lip L-shaped unit members which are placed at the corners and welded at the center to form a rectangular cross section, and have a first pillar composed of a pillar body filled with concrete therein, and an upper portion of the first pillar, located inside the rectangular cross section. And a second column composed of a pillar body filled with concrete in the space between the inner tube and the section partitioned by each unit member, the inner tube of the second pillar having a larger diameter from the first column to the upper layer. Has

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 기둥-보 접합구는, 중심관; 중심관의 외부 둘레 면에 서로 90도 간격을 두고 길이방향을 따라 결합된 4개의 수직판; 이웃하는 수직판 사이에 수직판의 끝단에서 후퇴하여 수직판의 일부가 노출되도록 결합되어 폐쇄형 단면을 구성하는 4개의 립L형 강판; 및 중심관과 수직판 그리고 립L형 강판으로 구획되는 공간 내부에 충전되는 콘크리트를 포함한다.According to another suitable embodiment of the present invention, the column-beam connection includes a center tube; Four vertical plates coupled along the longitudinal direction at 90 degree intervals from each other on the outer circumferential surface of the central tube; Four lip L-shaped steel sheets which are coupled to each other so as to expose a part of the vertical plate by retreating at the end of the vertical plate between neighboring vertical plates; And concrete filled in a space partitioned by a central tube, a vertical plate, and a lip L-shaped steel sheet.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 중심관의 중공과 연통되는 구멍이 형성되고 중심관, 수직판 및 립L형 강판으로 구획되는 공간의 상부를 폐쇄하며 서로 동일선상에 위치하는 2개의 수직판 끝단 사이의 거리에 대응하는 면적을 갖는 상부판; 및 중심관, 수직판 및 립L형 강판으로 구획되는 공간의 하부를 폐쇄하며 서로 동일선상에 위치하는 2개의 수직판 끝단 사이의 거리에 대응하는 면적을 갖는 하부판을 더 포함한다.According to another suitable embodiment of the present invention, two numbers are formed on the same line with each other, forming a hole communicating with the hollow of the center tube and closing the upper portion of the space partitioned by the center tube, the vertical plate and the lip L-shaped steel sheet. An upper plate having an area corresponding to a distance between ends of the direct plate; And a lower plate that closes the lower portion of the space partitioned by the center tube, the vertical plate, and the lip L-shaped steel plate, and has an area corresponding to the distance between two vertical plate ends positioned on the same line as each other.

본 발명에 따른 콘크리트충전 강관기둥 시스템은 내관의 직경이 변화되면서 각 층의 충전콘크리트 단면적이 변화되는 구성으로서 각 층의 기둥이 부담하는 하중에 대응하여 효과적으로 단면을 구성함으로써 단면의 효율이 높다. 또한 단면 자체의 형상에 기인하는 높은 부착력으로 별도의 전단연결재를 설치하지 않더라도 콘크리트와의 높은 합성효과를 기대할 수 있다. 또한, 콘크리트가 충전되어 있어 별도의 내화보강이 불필요하며 강관의 국부좌굴을 효과적으로 방지할 수 있다.   Concrete-filled steel pipe pillar system according to the present invention is a configuration that changes the cross-sectional area of the filling concrete of each layer as the diameter of the inner pipe is changed to effectively configure the cross section corresponding to the load of the pillars of each layer, the efficiency of the cross section is high. In addition, due to the high adhesive force due to the shape of the cross section itself, high composite effect with concrete can be expected without installing a separate shear connector. In addition, since the concrete is filled, no additional refractory reinforcement is required, and local buckling of the steel pipe can be effectively prevented.

또한 본 발명에 따른 기둥은 미리 보와의 관통다이아프램 형식의 기둥-보 접합구가 설치되어 현장에서의 기둥-보의 접합을 기존의 접합방식을 그대로 적용할 수 있어 시공이 간편하면서 접합부의 신뢰도가 높다.In addition, the pillar according to the present invention is a pillar-beam joint of the through-diaphragm type of the beam is installed in advance, the column-beam connection in the field can be applied to the existing joint method as it is simple construction and reliability of the joint Is high.

본 발명에 따른 콘크리트충전 강관기둥 시스템을 적용한 구조물의 시공은 공장 제작 및 현장 조립 방식이기 때문에 현장작업을 최소화할 수 있고 기후조건, 현장시공조건에 상관없이 균일한 품질을 확보할 수 있어서 품질관리가 용이하다. Since the construction of the structure to which the concrete-filled steel pipe pillar system according to the present invention is applied is a factory production and on-site assembly method, it is possible to minimize the field work and to ensure uniform quality regardless of climatic conditions and site construction conditions. It is easy.

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 콘크리트충전 강관기둥 시스템이 4층 높이의 건물에 적용된 경우의 예를 나타낸 것으로, 좌측에는 입면도를 그리고 우측에는 해당 층의 기둥 단면도를 각각 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 나타낸 기둥의 단면도를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 각층 기둥의 상단에 연결되고 보가 접합되는 기둥-보 접합구를 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 콘크리트충전 강관기둥 시스템에 있어서 기둥과 보의 접합 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 종래 4-Seam 용접 냉간성형 각형강관을 나타낸 사시도이다.
도 6은 종래 4-Seam 용접 냉간성형 각형강관에 강재보를 접합하기 위해 플레이트를 설치한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7은 보 단부의 휨모멘트로 인해 기둥에 국부적으로 대변형이 발생되는 예를 나타낸 도면이다.The following drawings, which are attached in the present specification, illustrate exemplary embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited.
Figure 1 shows an example of the case where the concrete-filled steel pipe pillar system according to the present invention is applied to a four-story building, the left side is an elevation view and the right side is a cross-sectional view of the column.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the pillar of FIG. 1.
Figure 3 is an exploded perspective view showing a column-beam junction that is connected to the top of each column pillar and the beam is bonded.
Figure 4 is a perspective view showing a state of joining the column and the beam in the concrete-filled steel pipe pillar system according to the present invention.
5 is a perspective view showing a conventional 4-seam welded cold-formed square steel pipe.
6 is a perspective view showing a state in which a plate is installed to join a steel beam to a conventional 4-seam welded cold-formed square steel pipe.
7 is a view showing an example in which a large deformation is generated locally in the column due to the bending moment of the beam end.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. In the following the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but the embodiments presented are exemplary for a clear understanding of the present invention is not limited thereto.

도 1은 본 발명에 따른 콘크리트충전 강관기둥 시스템이 4층 높이의 건물에 적용된 경우의 예를 나타낸 것으로, 좌측에는 입면도를 그리고 우측에는 해당 층의 기둥 단면도를 각각 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 나타낸 기둥의 단면도를 확대하여 나타낸 단면도이며, 도 3은 각층 기둥의 상단에 연결되고 보가 접합되는 기둥-보 접합구를 나타낸 분해사시도이다. Figure 1 shows an example of the case of the concrete-filled steel pipe pillar system according to the present invention applied to a building of four stories, the elevation on the left side and the cross-sectional view of the column on the right side, respectively, Figure 2 3 is an enlarged cross-sectional view of the pillar shown, Figure 3 is an exploded perspective view showing a column-beam junction that is connected to the top of each column pillar and the beam is bonded.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 콘크리트충전 강관기둥 시스템에서 기둥은 동일한 단면 내에서 충전콘크리트의 단면적이 변화하고 상단에 보와의 접합을 위한 기둥-보 접합구가 연결된 구성을 갖는다. 도 1에서 기둥은 최하층을 제외하고 상층으로 갈수록 직경이 증가하는 중공을 형성하여 매층마다 기둥 내부에 충전되는 콘크리트의 단면적이 변화하는 것으로 도시되었으나 이는 예시적인 것으로 일정한 수의 층을 단위로 충전로 충전콘크리트의 단면적이 변화되도록 구성할 수 있음은 물론이다. 각 기둥(C1)(C2)(C3)(C4)은 크게 충전콘크리트의 단면적이 변화되는 기둥 본체(11)(21)(31)(41)와 보와의 접합을 위해 기둥 본체(11)(21)(31)(41)의 상단에 연결된 기둥-보 접합구(12)(22)(32)(42)로 구성된다. 기둥 본체와 기둥-보 접합구는 각각 별도로 공장에서 제작된 후 용접으로 연결될 수 있고 현장에서는 기둥을 세우는 PC(Precast concrete) 공법과 유사한 공장생산- 현장조립의 방식으로 시공될 수 있다. Referring to Figure 1, the pillar in the concrete-filled steel pipe pillar system according to the present invention has a configuration in which the cross-sectional area of the filling concrete is changed within the same cross-section and the column-beam connector for joining the beam at the top. In FIG. 1, the pillars are hollow, each of which increases in diameter, except for the lowermost layer, so that the cross-sectional area of the concrete filled in the pillars is changed every floor, but this is only an example. Of course, it can be configured to change the cross-sectional area of the concrete. Each pillar C1, C2, C3, C4 is a pillar body 11 (for joining the beam with the pillar bodies 11, 21, 31, 41 where the cross-sectional area of the filled concrete is largely changed. 21) (31) (41) consists of column-beam splices (12) (22) (32) (42) connected to the top. The pillar body and the column-beam connection can be manufactured separately in the factory and connected by welding, and can be constructed in a factory production-site assembly method similar to the PC (precast concrete) method of erecting a column in the field.

도 2를 참조하면, 기둥 본체(11)(21)(31)(41)는 4개의 립L형 단위부재(111,112,113,114)를 모서리에 배치하고 중앙부에서 용접하여 사각형 단면을 구성하고 내부에 콘크리트(115)를 충전한 것으로 최하층 기둥, 즉 1층 기둥(11)을 제외한 나머지 기둥(21,31,41)의 경우 내관(116)을 중심축에 배치하고 내관(116)과 각 단위부재(111,112,113,114)로 구획된 단면 사이의 공간에 콘크리트(115)를 충전한 것이다. 이하에서는 내관(116)을 갖지 않고 콘크리트가 충전되어 최하층 즉 1층의 기둥으로 사용되는 기둥을 제1 기둥이라 하고, 내관(116)을 가져 충전콘크리트(115)의 단면적이 변화하며 2층 이상의 기둥으로 사용되는 기둥을 제2 기둥이라 한다. Referring to FIG. 2, the pillar bodies 11, 21, 31, and 41 have four lip L-shaped unit members 111, 112, 113, and 114 arranged at the corners and welded at the center to form a rectangular cross section, and the concrete (115). ), The lowermost column, that is, the remaining columns (21,31,41), except for the first floor column (11), the inner tube 116 is placed on the central axis and the inner tube 116 and each unit member (111, 112, 113, 114) The concrete 115 is filled in the space between the partitioned sections. Hereinafter, a pillar that is filled with concrete without using an inner tube 116 and is used as a lowermost layer, that is, a pillar of one floor, is called a first pillar, and has an inner tube 116 so that the cross-sectional area of the filled concrete 115 is changed and two or more pillars are used. The pillar used as the second pillar is called.

각 단위부재(111,112,113,114)는 냉간압연으로 얇은 강판을 ㄱ형으로 절곡하는 방식으로 제작성을 높이고 이들을 모서리의 응력집중 위치를 피한 중앙부에 용접부를 위치시킴으로서 모서리 절곡과 용접열에 의한 잔류응력의 영향을 최소화한다. 강판을 90도로 절곡하여 ㄱ형의 단면형상을 갖는 각 단위부재(111,112,113,114)는 양쪽 단부에서 일정한 각도로 내측으로 절곡하여 연장된 립(Lip, 111a)을 갖는다. 립(111a)은 20~90도의 범위 내에서 바람직하게는 30~60도의 범위 내에서 절곡될 수 있다. 따라서 각 단위부재(111,112,113,114)를 두께가 얇은 강판으로 제작하더라도 기둥 본체는 큰 좌굴내력을 발휘할 수 있으며 자체 단면 형상에 기인하는 부착력이 커서 콘크리트(115)와의 합성효과를 적극적으로 발현할 수 있다. 콘크리트(115)는 단위부재(111,112,113,114)로 구성된 강재 기둥의 내화성능을 확보하고 국부좌굴을 방지한다. Each unit member (111,112,113,114) is made by cold rolling a thin steel sheet in the form of a-shape to increase the manufacturability and to minimize the effects of residual stress due to the edge bending and welding heat by placing the weld in the center avoiding the stress concentration position of the corner . Each unit member (111, 112, 113, 114) having a cross-sectional shape of the a-shape by bending the steel plate 90 degrees has a lip (111a) extended by bending inward at a predetermined angle at both ends. Lip 111a may be bent in the range of 20 to 90 degrees, preferably in the range of 30 to 60 degrees. Therefore, even if each unit member (111, 112, 113, 114) is made of a thin steel sheet, the pillar body can exhibit a great buckling strength, and due to the large adhesion force due to its cross-sectional shape, it can actively express the composite effect with the concrete (115). Concrete 115 ensures the fire resistance of the steel column composed of the unit members (111, 112, 113, 114) and prevent local buckling.

제2 기둥의 기둥 본체(21)(31)(41) 내부에 설치되는 내관(116)은 직경을 상층으로 갈수록 더 크게 구성하여 콘크리트(115)의 단면적을 감소시킴으로써 하중의 크기에 대응하여 효율적으로 기둥 단면을 구성할 수 있도록 한다. 내관(116)의 길이는 기둥 본체의 동일한 길이를 가질 수 있으며 상하층 기둥 간의 견고한 연결을 위해 내관(116)의 길이를 기둥 본체에 비해 짧게 구성하여 각 단위부재의 하단에서 일정한 길이로 후퇴되게 설치하고 현장에서 기둥을 조립한 후 기둥 본체의 하단에 무수축 몰탈을 주입할 수 있도록 구성할 수 있다. 단면 형상은 도시된 원형에 제한되지 않으며 이 분야에서 공지된 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 내관(116)의 재질에는 특별한 제한이 없으며 이 분야에서 공지된 임의의 플라스틱 재료로 된 플라스틱관, 높은 비강도와 비강성을 갖는 섬유강화플라스틱관, 강관, 경량의 알루미늄관이 사용될 수 있다.The inner tube 116 installed inside the pillar bodies 21, 31, and 41 of the second pillar is configured to have a larger diameter toward the upper layer to reduce the cross-sectional area of the concrete 115, thereby efficiently responding to the magnitude of the load. Allows you to construct column cross sections. The length of the inner tube 116 may have the same length of the pillar body, and the length of the inner tube 116 is shorter than that of the pillar body for a rigid connection between the upper and lower pillars, and installed to be retracted to a constant length from the bottom of each unit member. After assembling the pillar in the field can be configured to inject the non-shrink mortar to the bottom of the pillar body. The cross-sectional shape is not limited to the circle shown and may have any cross-sectional shape known in the art. The material of the inner tube 116 is not particularly limited and may be a plastic tube made of any plastic material known in the art, a fiber reinforced plastic tube, a steel tube, or a lightweight aluminum tube having high specific strength and non-rigidity.

도 3을 참조하면, 기둥-보 접합구(12)(22)(32)(42)는 중심관(121), 중심관(121)의 외부 둘레 면에 서로 90도 간격을 두고 길이방향을 따라 결합된 4개의 수직판(122), 이웃하는 수직판(122) 사이에 수직판(122)의 끝단에서 후퇴하여 수직판(122)의 일부가 노출되도록 결합되어 폐쇄형 단면을 구성하는 4개의 립L형 강판(123), 중심관(121)과 수직판(122) 그리고 립L형 강판(123)으로 구획되는 공간 내부에 충전되는 콘크리트(124), 중심관(121)의 중공과 연통되는 구멍(125a)이 형성되고 중심관(121), 수직판(122) 및 립L형 강판(123)으로 구획되는 공간의 상부를 폐쇄하며 서로 동일선상에 위치하는 2개의 수직판(122) 끝단 사이의 거리에 대응하는 면적을 갖는 상부판(125) 및 중심관(121), 수직판(122) 및 립L형 강판(123)으로 구획되는 공간의 하부를 폐쇄하며 서로 동일선상에 위치하는 2개의 수직판(122) 끝단 사이의 거리에 대응하는 면적을 갖는 하부판(126)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the column-beam junctions 12, 22, 32, and 42 are along the longitudinal direction with a center tube 121 and a 90 degree interval from each other on the outer circumferential surface of the center tube 121. Four ribs that are combined to expose a part of the vertical plate 122 by retreating at the end of the vertical plate 122 between the four vertical plates 122 and neighboring vertical plates 122 coupled to form a closed cross section. Holes communicating with the hollow of the concrete 124 and the center tube 121 filled in the space partitioned by the L-shaped steel sheet 123, the center tube 121 and the vertical plate 122 and the lip L-shaped steel sheet 123 125a is formed and closes the upper part of the space partitioned by the central tube 121, the vertical plate 122, and the lip L-shaped steel plate 123, and is disposed between the ends of the two vertical plates 122 positioned on the same line. The upper plate 125 and the center tube 121, the vertical plate 122, and the lip L-shaped steel plate 123 having an area corresponding to the distance to close the lower part of the space and two located on the same line The lower plate 126 has an area corresponding to the distance between the ends of the vertical plate 122.

중심관(121)은 기둥을 조립한 다음 그 내부에 콘크리트를 충전하여 상하층 기둥 간의 연결을 보다 견고하게 하기 위한 것으로 콘크리트가 채워질 수 있는 중공을 가진 것이라면 단면 형상에는 특별한 제한이 없으며 길이는 접합될 보의 춤에 따라 결정될 수 있다. 중심관(121)은 상부판(125)의 상면에 연결되는 바로 윗층 기둥의 내부에 설치된 내관(116)과 동일한 단면 형상과 직경을 가지거나 또는 모든 층에서 동일한 단면 형상과 직경을 가질 수 있다. 중심관(121)은 내관(116)과 동일하게 이 분야에서 공지된 임의의 플라스틱 재료로 된 플라스틱관, 높은 비강도와 비강성을 갖는 섬유강화플라스틱관, 강관 또는 경량의 알루미늄관으로 제조될 수 있다. The center tube 121 is to assemble the pillar and then fill the concrete therein to make the connection between the upper and lower pillars more solid. If the hollow tube can be filled with concrete, the cross-sectional shape is not particularly limited and the length is to be joined. It can be determined by the dance of the beam. The central tube 121 may have the same cross-sectional shape and diameter as that of the inner tube 116 installed in the upper layer pillar connected to the upper surface of the upper plate 125 or may have the same cross-sectional shape and diameter in all layers. The center tube 121 may be made of a plastic tube made of any plastic material known in the art, such as an inner tube 116, a fiber reinforced plastic tube, a steel tube, or a lightweight aluminum tube having high specific strength and non-rigidity. .

수직판(122)은 전체 길이에 걸쳐 일정한 두께를 갖는 강판으로 구성되며 중심관(121)의 길이와 동일한 길이를 갖는다. 4개의 수직판(122)이 중심관(121)의 외부 둘레 면을 따라 서로 90도 간격을 갖고 용접되어 십자형으로 교차된 형상을 갖는다.Vertical plate 122 is composed of a steel plate having a constant thickness over the entire length and has the same length as the length of the central tube (121). Four vertical plates 122 are welded at 90 degree intervals from each other along the outer circumferential surface of the center tube 121 to have a cross shape in a cross shape.

립L형 강판(123)은 상술한 기둥 본체의 립L형 단위부재(111,112,113,114)와 동일한 단면 형상을 갖도록 냉간압연으로 얇은 강판을 절곡하여 제조되며 서로 직교하는 이웃하는 수직판(122) 사이의 개방된 공간을 폐쇄하도록 결합된다. 따라서 4개의 립L형 강판(123)으로 구성되는 폐쇄형 단면은 기둥 본체의 립L형 단위부재(111,112,113,114)들이 이루는 폐쇄형 단면과 동일한 크기를 가질 수 있다. 립L형 강판(123)은 각 수직판(122)의 일부가 노출될 수 있도록 수직판(122)의 끝단에서 일정 길이로 후퇴하여 결합되며 노출된 수직판(122)은 보가 접합되는 돌출면을 제공하게 된다.The lip L-shaped steel sheet 123 is manufactured by bending a thin steel sheet by cold rolling to have the same cross-sectional shape as the lip L-type unit members 111, 112, 113, and 114 of the pillar body described above, and is opened between adjacent vertical plates 122 that are perpendicular to each other. To close the closed space. Therefore, the closed cross section composed of four lip L-shaped steel sheets 123 may have the same size as the closed cross section formed by the lip L unit members 111, 112, 113, and 114 of the pillar body. The lip L-shaped steel sheet 123 is coupled by retreating to a predetermined length at the end of the vertical plate 122 so that a part of each vertical plate 122 is exposed, and the exposed vertical plate 122 has a protruding surface to which the beam is joined. Will be provided.

중심관(121)과 4개의 수직판(122) 그리고 4개의 립L형 강판(123)으로 구획되는 각 공간에는 콘크리트(124)가 충전되고 각 공간을 구획하는 부재들의 자체 단면 형상에 기인하는 부착력이 커서 높은 합성효과를 얻을 수 있다. Each space partitioned by the central tube 121, four vertical plates 122, and four lip L-shaped steel sheets 123 is filled with concrete 124 and adheres due to its own cross-sectional shape of the members partitioning each space. This is a big synthesizing effect.

중심관(121), 수직판(122) 및 립L형 강판(123)으로 구획되는 공간의 상부와 하부를 폐쇄하도록 각각 상부판(125)과 하부판(126)이 결합된다. 상부판(125)과 하부판(126)은 각각 서로 동일선상에 위치하는 2개의 수직판(122) 끝단 사이의 거리에 대응하는 면적을 갖는 강판으로 구성되고 상부판(125)에는 중심관(121)의 중공과 연통되는 구멍(125a)이 형성될 수 있다. 립L형 강판(123)이 이루는 단면에서 외측으로 돌출된 상부판(125)과 하부판(126)은 보가 접합되는 돌출면을 제공한다. The upper plate 125 and the lower plate 126 are respectively coupled to close the upper and lower portions of the space partitioned by the central tube 121, the vertical plate 122, and the lip L-shaped steel sheet 123. The upper plate 125 and the lower plate 126 are each formed of a steel plate having an area corresponding to the distance between the ends of two vertical plates 122 positioned on the same line as each other, and the upper plate 125 has a center tube 121. The hole 125a may be formed in communication with the hollow. The upper plate 125 and the lower plate 126 protruding outward from the cross section formed by the lip L-shaped steel sheet 123 provide a protruding surface to which the beam is joined.

도 4는 본 발명에 따른 콘크리트충전 강관기둥 시스템에 있어서 기둥과 보의 접합 상태를 나타낸 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing a state of joining the column and the beam in the concrete-filled steel pipe pillar system according to the present invention.

본 발명에 따른 기둥-보 접합구는 관통다이아프램 형식의 기둥-보 접합부 구조를 제공하며 립L형 강판(123)이 이루는 단면에서 외측으로 돌출된 상부판(125)과 하부판(126) 그리고 수직판(122)이 대략 H형자의 단면을 구성하게 된다. 따라서 기존의 접합방식을 적용할 수 있기 때문에 접합부의 강성, 강도 등 구조성능에 대한 신뢰성이 높은 장점이 있다. 도면에서는 기둥-보 접합구의 상부판(125)에 보(B)의 상부 플랜지(51)가, 하부판(126)에 하부 플랜지(52)가 그리고 수직판(122)에 웨브(53)가 각각 용접되어 있는 것으로 도시되었으나 공지된 볼트 접합을 통해 서로 접합될 수 있음은 물론이다. 한편, 상부판(125)과 하부판(126)은 기둥의 조립시에 제거될 수 있으며 이 경우 보와의 접합은 보의 웨브만을 기둥-보 접합구의 수직판에 연결하는 단순접합의 형태가 될 수 있다. The column-beam joint according to the present invention provides a column-beam connection structure of a through-diaphragm type, and the upper plate 125 and the lower plate 126 and the vertical plate protruding outward from the cross section formed by the lip L-shaped steel sheet 123. Reference numeral 122 constitutes an approximately H-shaped cross section. Therefore, since the conventional joining method can be applied, there is a high reliability of the structural performance, such as the rigidity, strength of the joint. In the figure, the upper flange 51 of the beam B is welded to the upper plate 125 of the column-beam junction, the lower flange 52 to the lower plate 126, and the web 53 to the vertical plate 122, respectively. Although shown as being of course, it can be bonded to each other through known bolted joints. On the other hand, the upper plate 125 and the lower plate 126 may be removed at the time of assembly of the column, in which case the joining with the beam may be in the form of a simple joint connecting only the web of the beam to the vertical plate of the column-beam joint. have.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트충전 강관기둥 시스템은 내관(116)의 직경이 변화되면서 각 층의 충전콘크리트의 단면적이 변화되는 구성으로서 각 층의 기둥이 부담하는 하중에 대응하여 효과적으로 단면을 구성함으로써 단면의 효율이 높다. 또한 단면 자체의 형상에 기인하는 높은 부착력으로 별도의 전단연결재를 설치하지 않더라도 콘크리트와의 높은 합성효과를 기대할 수 있다. 또한, 콘크리트가 충전되어 있어 별도의 내화보강이 불필요하며 강관의 국부좌굴을 효과적으로 방지할 수 있다. As described above, the concrete-filled steel pipe pillar system according to the present invention is configured to change the cross-sectional area of the filled concrete of each layer as the diameter of the inner tube 116 changes, so that the cross-section effectively responds to the load of the pillar of each layer. By configuring, the efficiency of the cross section is high. In addition, due to the high adhesive force due to the shape of the cross section itself, high composite effect with concrete can be expected without installing a separate shear connector. In addition, since the concrete is filled, no additional refractory reinforcement is required, and local buckling of the steel pipe can be effectively prevented.

본 발명에 따른 콘크리트충전 강관기둥 시스템에서 각 층의 기둥은 기둥 본체를 구성하는 립L형 단위부재(111,112,113,114)의 용접과 콘크리트 타설, 기둥-보 접합구를 구성하는 각 부재의 용접과 콘크리트 타설을 공장에서 수행하므로 높고 균일한 품질 확보가 가능하다. 그리고 제조된 각 기둥 부재를 현장에 반입한 후 기둥-보 접합구를 이용해 상층의 기둥과 보를 용접하는 방법으로 구조물을 시공하는 공장 제작 및 현장 조립 방식이기 때문에 현장작업을 최소화할 수 있고 기후조건, 현장시공조건에 상관없이 균일한 품질을 확보할 수 있어서 품질관리가 용이하다. In the concrete-filled steel pipe pillar system according to the present invention, the pillars of each layer are welded and poured concrete of the lip L-shaped unit members 111, 112, 113, and 114 constituting the pillar body, and the concrete pour and concrete pour. As it is performed at the factory, high and uniform quality can be obtained. In addition, the field work can be minimized because it is a factory fabrication and field assembly method of constructing the structure by importing each manufactured pillar member to the site and welding the column and beam of the upper layer using the column-beam connection. Regardless of the construction conditions, it is possible to ensure uniform quality, which facilitates quality control.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention . The invention is not limited by these variations and modifications, but is only limited by the scope of the appended claims.

11, 21, 31, 41: 기둥 본체
111, 1112, 113, 114: 립L형 강판
111a: 립(Lip)
115: 충전콘크리트
116: 내관
12, 22, 32, 42: 기둥-보 접합구
121: 중심관
122: 수직판
123: 립L형 강판
124: 충전콘크리트
125: 상부판
126: 하부판11, 21, 31, 41: pillar body
111, 1112, 113, 114: Lip L type steel sheet
111a: Lip
115: filling concrete
116: inner tube
12, 22, 32, 42: column-beam connection
121: center tube
122: vertical plate
123: lip L type steel sheet
124: filling concrete
125: top plate
126: bottom plate

Claims (4)

각층 단위 또는 수개층 단위로 상층의 기둥으로 갈수록 중공의 크기를 증가시켜 동일한 단면에서 충전콘크리트의 단면적이 변화하는 콘크리트충전 기둥을 구성하고, 각층의 기둥 상단에 보와의 접합을 위한 돌출면을 갖는 기둥-보 접합구를 연결하여, 기둥-보 접합구를 통해 각층의 기둥이 동일 중심축 선상에 세워지도록 서로 연결한 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥 시스템.Each floor or several floors increases the size of the hollow to the upper pillars to form a concrete-filled pillar whose cross-sectional area of the filling concrete changes in the same section, and has a protruding surface for joining beams at the top of each pillar. Concrete-filled steel pipe column system, characterized in that by connecting the column-beam connection, through the column-beam connection so that the pillars of each layer are erected on the same central axis line. 청구항 1에 있어서,
기둥은 기둥 본체와 그 상단에 연결된 기둥-보 접합구로 구성되고,
기둥은,
90도로 절곡된 강판의 양쪽 단부에서 일정한 각도로 내측으로 절곡하여 연장된 립을 갖는 4개의 립L형 단위부재를 모서리에 배치하고 중앙부에서 용접하여 사각형 단면을 구성하고 내부에 콘크리트를 충전한 기둥 본체로 구성된 제1 기둥과,
제1 기둥의 상층에 위치하며 사각형 단면 내부에 내관을 중심축에 배치하고 내관과 각 단위부재로 구획된 단면 사이의 공간에 콘크리트를 충전한 기둥 본체로 구성된 제2 기둥을 포함하며,
제2 기둥의 내관은 제1 기둥에서 상층으로 갈수록 더 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥 시스템. The method according to claim 1,
The column consists of a column body and column-beam joints connected to the top,
The pillar,
Pillar body with four lip L-shaped unit members having ribs extending from each end of the steel plate bent at 90 degrees and extending in a predetermined angle at the corners and welded at the center to form a rectangular cross section and filled with concrete The first pillar consisting of,
Located on the upper floor of the first column and includes a second column consisting of a column body filled with concrete in the space between the inner tube and the cross section partitioned by the unit member inside the inner tube in the rectangular cross section,
The inner tube of the second column is concrete filled steel pipe pillar system, characterized in that having a larger diameter toward the upper layer from the first column. 청구항 1에 있어서,
기둥-보 접합구는,
중심관;
중심관의 외부 둘레 면에 서로 90도 간격을 두고 길이방향을 따라 결합된 4개의 수직판;
이웃하는 수직판 사이에 수직판의 끝단에서 후퇴하여 수직판의 일부가 노출되도록 결합되어 폐쇄형 단면을 구성하는 4개의 립L형 강판; 및
중심관과 수직판 그리고 립L형 강판으로 구획되는 공간 내부에 충전되는 콘크리트를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥 시스템.The method according to claim 1,
Pillar beam joint is
Central tube;
Four vertical plates coupled along the longitudinal direction at 90 degree intervals from each other on the outer circumferential surface of the central tube;
Four lip L-shaped steel sheets which are coupled to each other so as to expose a part of the vertical plate by retreating at the end of the vertical plate between neighboring vertical plates; And
A concrete-filled steel pipe column system comprising concrete filled in a space partitioned by a central tube, a vertical plate and a lip L-shaped steel sheet. 청구항 3에 있어서,
중심관의 중공과 연통되는 구멍이 형성되고 중심관, 수직판 및 립L형 강판으로 구획되는 공간의 상부를 폐쇄하며 서로 동일선상에 위치하는 2개의 수직판 끝단 사이의 거리에 대응하는 면적을 갖는 상부판; 및
중심관, 수직판 및 립L형 강판으로 구획되는 공간의 하부를 폐쇄하며 서로 동일선상에 위치하는 2개의 수직판 끝단 사이의 거리에 대응하는 면적을 갖는 하부판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트충전 강관기둥 시스템.The method according to claim 3,
A hole communicating with the hollow of the center tube is formed, and closes the upper part of the space partitioned by the center tube, the vertical plate, and the lip L-shaped steel plate, and has an area corresponding to the distance between the ends of the two vertical plates located on the same line. Top plate; And
The lower part of the space partitioned by the center tube, the vertical plate and the lip L-type steel sheet and further comprising a lower plate having an area corresponding to the distance between the ends of the two vertical plates located on the same line with each other Steel pipe column system.
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