KR20110126479A - 다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트 및 그를 이용한 콘크리트 충전형 다이아그리드 접합부의 시공방법 - Google Patents

다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트 및 그를 이용한 콘크리트 충전형 다이아그리드 접합부의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중력하중과 횡력하중에 동시에 저항하는 대각가새를 반복적으로 사용한 형태의 구조인 다이아그리드 시스템을 접합부의 강성이 증대되도록 고안된 단위 세그먼트를 이용해 구성하고, 이 단위 세그먼트를 이용해 접합부를 콘크리트 충전형으로 시공할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트는 서로 일정한 각도를 가지도록 배치되고 양단부에 각각 일정 깊이로 콘크리트가 충전된 2개의 강관; 2개의 강관의 일단을 서로 연결하며, 강관에 콘크리트를 충전하기 위한 개구가 형성된 수평판과 수평판의 하면에 면에 수직하게 결합된 수직판으로 구성된 T형 접합구; 및 서로 간격을 두고 이격된 2개의 강관의 타단에 각각 결합되며, 강관에 콘크리트를 충전하기 위한 개구가 형성된 바닥면과 바닥면의 일단에서 직각으로 연장된 측면을 가지는 L형 접합구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트 및 그를 이용한 콘크리트 충전형 다이아그리드 접합부의 시공방법{Segment of diagrid structural system and construction method of concrete filled diagrid node using the same}
본 발명은 중력하중과 횡력하중에 동시에 저항하는 대각가새를 반복적으로 사용한 형태의 구조인 다이아그리드 시스템을 접합부의 강성이 증대되도록 고안된 단위 세그먼트를 이용해 구성하고, 이 단위 세그먼트를 이용해 접합부를 콘크리트 충전형으로 시공할 수 있는 방법에 관한 것이다.
최근의 건축물은 고층화 및 대형화 추세와 더불어 독특한 형태가 중요한 건축적 요소가 되고 있다. 건물의 높이만이 아니라 형태의 특이성에 대한 요구가 증대됨에 따라 기존의 구조시스템과 차별화되는 구조시스템이 적용되고 있다. 이에 대한 대표적인 예가 다이아그리드 시스템이다.
다이아그리드(Diagrid)는 Diagonal(대각선)과 Grid(격자)의 합성어로 가새를 반복적으로 사용한 형태의 구조시스템이다. 뉴욕의 Hearst Tower, 런던의 30 St Mary Axe, 베이징에 건설중인 CCTV 본사는 다이아그리드 시스템을 적용한 대표적인 건축물이라고 할 수 있다.
다이아그리드는 부재에 국부적인 파괴가 발생해도 다이아그리드가 반복적으로 존재하므로 응력 재분배가 가능하다. 또한, 기존의 구조 방식에서 중력하중과 횡력하중에 대한 저항 요소가 기둥과 가새로 구분되어 있던 것에 비해 통합된 저항 요소인 대각가새를 통해 두 하중 요소에 저항하는 다이아그리드는 부재 절감 효과와 다양한 형태의 건축물 설계가 가능하다는 이점이 있다.
그러나 내부 기둥 없이 다이아그리드가 중력과 횡력에 저항하므로 기존의 일반 가새들에 비하여 그 규모가 크고 이에 따른 추가적인 구조 검토 및 접합부 안전성, 시공성 그리고 경제성에 대한 고려가 요구된다.
다이아그리드는 중력하중과 수평하중에 대하여 동시에 저항하는 부재로 다이아그리드 접합부에서는 큰 응력이 발생한다. 특히 횡력이 작용할 경우 접합부에서 상당히 복잡한 응력이 발생하게 된다. 이러한 응력에 대하여 접합부 성능이 확보되어야 다이아그리드 시스템의 연성 능력이 확보되므로 다이아그리드 시스템에서 접합부의 형태와 구조적 거동은 매우 중요한 부분이다. 다이아그리드 접합부는 전 층에 반복적으로 존재하기 때문에 접합부의 시공 효율성 또한 전체 건물의 시공에서 매우 중요한 요소이다.
본 발명은 접합부의 강성을 증대시킬 수 있는 다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 접합부의 강성을 증대시킬 수 있는 단위 세그먼트를 이용해 접합부를 콘크리트 충전형으로 시공할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트는 서로 일정한 각도를 가지도록 배치되고 양단부에 각각 일정 깊이로 콘크리트가 충전된 2개의 강관; 2개의 강관의 일단을 서로 연결하며, 강관에 콘크리트를 충전하기 위한 개구가 형성된 수평판과 수평판의 하면에 면에 수직하게 결합된 수직판으로 구성된 T형 접합구; 및 서로 간격을 두고 이격된 2개의 강관의 타단에 각각 결합되며, 강관에 콘크리트를 충전하기 위한 개구가 형성된 바닥면과 바닥면의 일단에서 직각으로 연장된 측면을 가지는 L형 접합구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 콘크리트 충전형 다이아그리드 접합부의 시공방법은, (a) 일단에 콘크리트 충전용 개구가 형성된 바닥면과 바닥면의 일단에서 직각으로 연장된 측면을 가지는 L형 접합구가 접합되고, 콘크리리트의 충전 깊이를 제한하도록 내부에 양쪽 끝단으로부터 일정 깊이에 격판이 설치된 강관을 준비하는 단계; (b) 콘크리트를 충전하기 위한 개구가 형성된 수평판과 수평판의 하면에 면에 수직하게 결합된 수직판으로 구성된 T형 접합구의 서로 직각으로 마주보는 수평판과 수직판에 모두 접하도록 2개의 강관을 일정한 결합각도로 접합시키는 단계; (c) 강관의 양쪽 끝단에 일정 깊이로 콘크리트를 충전하는 단계; 및 (d) (a) 내지 (c)단계를 통해 제작된 단위 세그먼트를 아래층의 단위 세그먼트의 T형 접합구(20)의 상면에 위층의 서로 이웃하는 단위 세그먼트의 L형 접합구(30)을 각각 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다이아그리드 시스템의 접합부는 콘크리트가 충전된 형태가 되므로 접합부에서의 강성과 강도가 증대되며, 폭두께비에 따른 접합구의 좌굴에 대한 안정성을 확보할 수 있다.
또한 접합부에서 설계, 가공 및 시공시의 오차를 적절히 흡수할 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 다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트를 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 결합한 상태의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트를 조립하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 시공된 콘크리트 충전형 다이아그리드 접합부를 나타낸 정면도이다.
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.
도 1은 본 발명에 따른 다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트를 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 결합한 상태의 정면도이다.
도 1, 2를 참조하면, 본 발명에 따른 다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트(10)는 서로 일정한 각도를 가지도록 배치되고 양단부에 각각 일정 깊이로 콘크리트가 충전된 2개의 강관(11,11), 2개의 강관(11,11)의 일단을 서로 연결하는 T형 접합구(12), 2개의 강관(11,11)의 타단에 각각 결합된 L형 접합구(13)를 포함한다.
2개의 강관(11,11)은 서로 일정한 결합 각도를 가지도록 배치된다. 2개의 강관의 일단은 T형 접합구(12)에 의해 서로 접합되고 각 강관의 타단은 서로 일정한 거리를 두고 떨어져 있으며 각각 L형 접합구(13)가 결합된다. 2개의 강관(11,11)이 이루는 결합각도는 접합부에서의 효율적인 하중 전달을 고려하여 결정될 수 있다.
각 강관의 양쪽 끝단은 T형 접합구(12)와 L형 접합구(13)에 각각 결합될 수 있는 접합면을 갖도록 결정된 각도로 절단되며, 각 강관의 양쪽 끝단으로부터 임의의 깊이로 콘크리트(112)가 충전된다. 이를 위해 강관(11)의 일정 깊이에 격판(111)이 설치될 수 있다. 콘크리트(112)가 충전되는 깊이(L)는 강관(11)의 직경을 D라 할 때 D~2D가 될 수 있으나 본 발명에 이에 제한되는 것은 아니다.
강관(11)의 단면 형상은 도시된 원형에 한정되지 않으며 이 분야에서 공지된 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 강관(11)의 직경과 두께는 중력하중 및 횡력하중에 모두 저항할 수 있도록 구조계산에 의해 결정될 수 있다.
2개의 강관의 일단을 서로 접합하기 위해 T형 접합구(12)가 설치된다. T형 접합구(12)는 일정한 두께를 갖는 판재 형태의 강판으로 구성된 수평판(121)과 수평판(121)의 하면에 면에 수직하게 결합되고 일정한 두께를 갖는 판재 형태의 강판으로 구성된 수직판(122)로 구성되어 전체적으로 T자형의 단면을 이루고 수평판(121)과 수직판(122)에 각각 접합되도록 강관(11)이 결합된다. 수평판(121)에는 2개의 강관(11,11)과 각각 연통되는 콘크리트 충전용 개구(121a)가 형성되고, 이 개구(121a)를 통해 강관(11)의 내부에 일정 깊이로 콘크리트(112)를 충전할 수 있다.
서로 일정한 간격을 두고 떨어진 2개의 강관(11,11)의 타단에는 각각 L형 접합구(13)가 결합된다. L형 접합구(13)는 일정한 두께를 갖는 판재 형태의 강판을 서로 직각으로 구부리거나 용접하여 구성될 수 있으며 바닥면(131)과 측면(132)에 각각 접합되도록 강관(11)이 결합된다. L형 접합구(13)의 바닥면(131)에는 2개의 강관(11,11)과 각각 연통되는 콘크리트 충전용 개구(131a)가 형성되고, 이 개구(131a)를 통해 강관의 내부에 일정 깊이로 콘크리트(112)를 충전할 수 있다.
이상과 같이 구성된 단위 세그먼트(10)를 조립함으로써 다이아그리드 시스템을 구축할 수 있다. 아래에서는 단위 세그먼트를 조립하여 다이아그리드 시스템을 구축하는 방법을 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트를 조립하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3에서는 일정 층 높이를 시공하는 과정의 일부를 나타낸 것으로 도시된 방법을 상하, 좌우로 반복함으로써 설계 높이까지 연속적으로 시공될 수 있다.
먼저, 앞서 설명한 도 1, 2에 도시된 단위 세그먼트를 제작한다.
도 3의 (가)에서와 같이 단위 세그먼트(10)는 T형 접합구(12)의 서로 직각으로 마주보는 수평판(121)과 수직판에 모두 접하도록 강관(11)의 일단을 접합시키고 도 3의 (나)에서와 같이 양쪽 끝단에 일정 깊이로 콘크리트(122)를 충전한다. 강관(11)을 T형 접합구(12)와 접합하기 전에 강관(11)의 타단에는 L형 접합구(13)가 미리 접합될 수 있고, 콘크리리트(122)의 충전 깊이를 제한하도록 강관(11)의 내부에는 양쪽 끝단으로부터 일정 깊이에 미리 격판(111)이 설치될 수 있다. 콘크리트(112)의 충전은 T형 접합구(12)의 수평판(121)과 L형 접합구(13)의 바닥면(131)에 형성된 콘크리트 충전용 개구(121a,131a)를 통해 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 3의 (다)에서와 같이 아래층의 단위 세그먼트를 배치한 후 T형 접합구(12)의 상면에 위층의 서로 이웃하는 2개의 단위 세그먼트의 L형 접합구(13)을 각각 접합한다. 이와 같은 방법으로 단위 세그먼트를 상하, 좌우로 연결함으로써 설계 높이까지 연속적으로 시공될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 다이아그리드 시스템의 접합부는, 도 4에 나타낸 것처럼, 콘크리트가 충전된 형태가 되므로, 접합부에서의 강성과 강도가 증대되며, 폭두께비에 따른 접합구의 좌굴에 대한 안정성을 확보할 수 있다. 또한 아래층의 단위 세그먼트의 T형 접합구(12)의 상면에 위층의 서로 이웃하는 2개의 단위 세그먼트의 L형 접합구(13)를 접합하는 방식을 채택함으로써 단위 세그먼트의 설계, 가공 및 시공시의 오차를 흡수할 수 있다. 즉, 마주보는 T형 접합구(12)의 수평판(121)과 L형 접합구(13)의 바닥면(131) 그리고 L형 접합구(13)의 측면(132) 사이의 접합 위치를 조절하거나 이들 사이에 끼움판(미도시)을 삽입함으로써 오차를 적절히 흡수할 수 있다.
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 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 단위 세그먼트
11: 강관
111: 격판
112: 콘크리트
12: T형 접합구
121: 수평판
122: 수직판
13: L형 접합구
131: 바닥면
132: 측면

Claims (2)

  1. 서로 일정한 각도를 가지도록 배치되고 양단부에 각각 일정 깊이로 콘크리트가 충전된 2개의 강관;
    2개의 강관의 일단을 서로 연결하며, 강관에 콘크리트를 충전하기 위한 개구가 형성된 수평판과 수평판의 하면에 면에 수직하게 결합된 수직판으로 구성된 T형 접합구; 및
    서로 간격을 두고 이격된 2개의 강관의 타단에 각각 결합되며, 강관에 콘크리트를 충전하기 위한 개구가 형성된 바닥면과 바닥면의 일단에서 직각으로 연장된 측면을 가지는 L형 접합구를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아그리드 시스템의 단위 세그먼트.
  2. (a) 일단에 콘크리트 충전용 개구가 형성된 바닥면과 바닥면의 일단에서 직각으로 연장된 측면을 가지는 L형 접합구가 접합되고, 콘크리리트의 충전 깊이를 제한하도록 내부에 양쪽 끝단으로부터 일정 깊이에 격판이 설치된 강관을 준비하는 단계;
    (b) 콘크리트를 충전하기 위한 개구가 형성된 수평판과 수평판의 하면에 면에 수직하게 결합된 수직판으로 구성된 T형 접합구의 서로 직각으로 마주보는 수평판과 수직판에 모두 접하도록 2개의 강관을 일정한 결합각도로 접합시키는 단계;
    (c) 강관의 양쪽 끝단에 일정 깊이로 콘크리트를 충전하는 단계; 및
    (d) (a) 내지 (c)단계를 통해 제작된 단위 세그먼트를 아래층의 단위 세그먼트의 T형 접합구(20)의 상면에 위층의 서로 이웃하는 단위 세그먼트의 L형 접합구(30)을 각각 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전형 다이아그리드 접합부의 시공방법.
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