KR20120074387A - 철골 기둥-무량판 접합 구조물 - Google Patents

철골 기둥-무량판 접합 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철골 기둥-무량판 접합 구조물에 관한 것으로서, 상기 철골 기둥- 무량판 접합 구조물은 H형강의 플랜지 사이에 마련되되, 상기 H형강의 웨브에 평행하도록 상기 웨브의 양측에 위치되어 상기 H형강에 연결되는 약축 보강판, 상기 약축 보강판 및 상기 플랜지로부터 돌출되도록 마련되고, 관통 개구가 형성된 강판 뒤벨, 상기 관통 개구를 통하여 상기 강판 뒤벨을 관통하도록 마련되는 관통 철근, 상기 플랜지를 관통하여 설치되며, 상기 플랜지에 수직 방향으로 배치되는 수직 휨 철근, 상기 약축 보강판 및 상기 웨브를 관통하여 설치되고, 상기 플랜지에 수평 방향으로 배치되는 수평 휨 철근 및 상기 수직 휨 철근의 일부 또는 상기 수평 휨 철근의 일부를 감싸도록 마련되는 보강 패널을 포함한다.

Description

철골 기둥-무량판 접합 구조물{STRUCTURE CONNECTING COLUMN-FLAT PLATE}
본 발명은 철골 기둥-무량판 접합 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무량판 슬래브의 전단력을 보강하는 철골 기둥-무량판 접합 구조물에 관한 것이다.
최근 국내에서 건설 및 계획되고 있는 초고층 주상 복합 건물의 대부분은 철근콘크리트(reinforced concrete, 이하 'RC'라 한다.) 기둥-무량판 골조를 뼈대로 하여 지어지고 있다.
상업용 건물과는 달리 주거용 건물에는 바닥 진동과 세대간 소음 방지가 우선적으로 고려되는데, 현재의 기술 수준에서 무량판을 능가하는 바닥 시스템은 존재하지 않는다. 이는 무량판이 보가 없는 대신에 바닥 자체의 두께가 두꺼워서 바닥 진동과 세대간 소음 진동에 유리하기 때문이다.
그러나, 콘크리트가 최근 고강도화 되었지만 아직까지도 현장에서 사용될 수 있는 수준에서의 콘크리트 강도로 80층 규모의 초고층 건물의 하부층 기둥을 설계하면 원형 기둥일 경우 2m에 이르게 되어 분양 면적 및 가용 면적이 축소되는 결과를 가져온다. 이에 따라, 초고층 건물의 바닥 구조로서 RC 기둥-RC 무량판 구조를 사용할 경우, 건축 계획 측면뿐 아니라 사업성 및 거주성에 악영향을 미치게 된다.
따라서, RC기둥 대신에 콘크리트보다 강도가 높은 강재로 이루어진 철골 기둥을 사용함으로써 기둥의 단면적을 감소시키는 철골 기둥-무량판 접합 구조물이 개발되었다.
한편, 도 1은 종래 기술에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물 주변의 배근 상태를 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물 주변의 배근 상태를 나타낸 측면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 무량판 슬래브(S)는 H형강(10)에 수직으로 위치하며, 상기 H형강(10)을 둘러싼 평판으로서 균일한 두께를 가진다. 상기 무량판 슬래브의 내부에는 강판 뒤벨(30), 관통 철근(40), 보강 늑근(70), 복수개의 수직 휨 철근(50) 및 수평 휨 철근(60)이 위치된다.
상기 강판 뒤벨(30)은 상기 관통 철근(40)을 지지하며, 상기 관통 철근(40)은 상기 무량판 슬래브(S)에 가해지는 하중을 H형강(10)으로 전달하여 상기 무량판 슬래브(S)의 뚫림 전단을 방지한다.
상기 수직 휨 철근(50)은 상기 무량판 슬래브(S)의 휨 모멘트에 저항하도록 상기 H형강(10)의 플랜지(12)에 수직 방향으로 상기 플랜지(12)를 관통하여 상기 H형강(10)에 설치되고, 상기 수평 휨 철근(60)은 상기 무량판 슬래브(S)의 휨 모멘트에 저항하도록 상기 플랜지(12)에 수평 방향으로 상기 약축 보강판(20)을 관통하여 상기 H형강(10)에 설치된다.
상기 보강 늑근(70)은 상기 무량판 슬래브(S)의 전단력을 보강하는 늑근으로서, 상기 수직 휨 철근(50) 및 상기 수평 휨 철근(60)을 둘러 감는다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 보강 늑근(70)은 직사각형으로 상기 수평 휨 철근(60)을 둘러 감아, 상기 무량판 슬래브(S)의 전단 위험 단면을 보강하고, 지판 영역을 보강한다.
그러나, 상기 무량판 슬래브(S)의 전단력을 보강하기 위하여 상기 보강 늑근(70)을 상기 수직 휨 철근(50) 및 상기 수평 휨 철근(60)을 둘러 감는 것은 고층의 건설 현장에서 시공성 저하의 요인이 된다. 그러므로, 시공상의 편의성을 향상시킨 무량판 슬래브(S)의 전단력 보강 구조의 개발이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보강 패널이 무량판 슬래브를 구성하는 수직 휨 철근 및 수평 휨 철근에 안착되어 그 일부를 감싸도록 마련됨으로써, 수평, 수직 방향 모두의 전단력에 충분히 대항할 수 있으면서 설치 및 시공상의 편의성을 향상시킬 수 있는 철골 기둥-무량판 접합 구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 철골 기둥-무량판 접합 구조물은, H형강의 플랜지 사이에 마련되되, 상기 H형강의 웨브에 평행하도록 상기 웨브의 양측에 위치되어 상기 H형강에 연결되는 약축 보강판; 상기 약축 보강판 및 상기 플랜지로부터 돌출되도록 마련되고, 관통 개구가 형성된 강판 뒤벨; 상기 관통 개구를 통하여 상기 강판 뒤벨을 관통하도록 마련되는 관통 철근; 상기 플랜지를 관통하여 설치되며, 상기 플랜지에 수직 방향으로 배치되는 수직 휨 철근; 상기 약축 보강판 및 상기 웨브를 관통하여 설치되고, 상기 플랜지에 수평 방향으로 배치되는 수평 휨 철근; 및 상기 수직 휨 철근의 일부 또는 상기 수평 휨 철근의 일부를 감싸도록 마련되는 보강 패널; 을 포함한다.
본 발명인 철골 기둥-무량판 접합 구조물에 따르면, 보강 패널이 무량판 슬래브를 구성하는 수직 휨 철근 및 수평 휨 철근에 안착되어 그 일부를 감싸도록 마련됨으로써, 수평, 수직 방향 모두의 전단력에 충분히 대항할 수 있으면서 설치 및 시공상의 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 보강 패널의 표면에 엠보싱을 형성함으로써 두께를 두껍게 하지 않고도 강성 및 내력 향상을 달성할 수 있고, 그에 따라 강재량을 줄일 수 있어 비용 절감 효과도 기대할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물 주변의 배근 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물 주변의 배근 상태를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보강 패널을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물 주변의 배근 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물 주변의 배근 상태를 나타낸 측면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
그리고, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물의 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명인 철골 기둥-무량판 접합 구조물은 H형강(100), 약축 보강판(200), 강판 뒤벨(300) 및 관통 철근(400)을 포함한다.
상기 H형강(100)은 플랜지(110) 및 웨브(120)로 이루어지며, 상기 약축 보강판(200)은 상기 H형강(100)의 약축을 보강하기 위한 부재이다. 따라서, 상기 약축 보강판(200)은 상기 웨브(120)의 양측에 평행하게 상기 플랜지(110) 사이에 위치되어, 상기 H형강(100)의 플랜지(110)와 연결되며, 결합 방식은 용접에 의한다.
상기 강판 뒤벨(300)은 상기 플랜지(110) 및 상기 약축 보강판(200)에 결합되어, 상기 플랜지(110) 및 상기 약축 보강판(200)으로부터 돌출되도록 위치되는 것이 바람직하다.
상기 강판 뒤벨(300)은 상기 관통 철근(400) 지지하는 부재로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 강판 뒤벨(300)은 용접에 의해 상기 플랜지(110) 및 약축 보강판(200)에 결합된다.
한편, 상기 강판 뒤벨(300)은 상기 관통 철근(400)을 구조적으로 안정하게 지지하기 위하여 상기 플랜지(110) 및 상기 약축 보강판(200)에 각각 두 개씩 위치되는 것이 바람직하다.
상기 강판 뒤벨(300)에는 관통 개구(310)가 형성되며, 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이 상기 관통 개구(310)의 형상은 타원형이 바람직하다.
상기 관통 철근(400)은 상기 강판 뒤벨(300)의 관통 개구(310)를 관통하여 설치되고, 상기 관통 철근(400)은 상기 H형강(100)의 플랜지(110) 및 상기 약축 보강판(200)의 외측으로부터 소정 간격 이격되도록 위치한다.
한편, 상기 H형강(100)의 모서리 부근에서 상기 플랜지(110)로부터 이격된 관통 철근(400)은 상기 약축 보강판(200)으로부터 이격된 관통 철근(400)과 교차되어 위치되는 것이 바람직하다.
상기 관통 철근(400)은 상기 플랜지(110) 및 상기 약축 보강판(200)과 소정 간격 이격되도록 위치하여 상기 플랜지(110) 및 상기 약축 보강판(200)에 손상을 주지 않는다.
상기 관통 철근(400)은 무량판 슬래브(S)의 뚫림 전단을 방지하기 위한 전단키(shear key)로서 역할을 하는데, 상기 관통 철근(400)이 전단키로서 작용되기 위하여 관통철근은 다음과 같이 위치된다.
즉, 상기 약축 보강판(200) 상에 위치된 강판 뒤벨(300)을 관통하는 관통 철근(400)은 상기 플랜지(110) 상에 위치된 강판 뒤벨(300)을 관통하는 관통 철근(400)의 위에 설치되어 상호 지지될 수 있다. 또는 상기 약축 보강판(200) 상에 위치된 강판 뒤벨(300)을 관통하는 관통 철근(400)은 상기 플랜지(110) 상에 위치된 강판 뒤벨(300)을 관통하는 관통 철근(400)의 아래에 설치되어 상호 지지될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보강 패널(700)을 나타낸 사시도이다. 도 5를 참조하여 상기 보강 패널(700)의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보강 패널(700)은 아래에서 설명할 수직 휨 철근(500) 또는 수평 휨 철근(600)에 안착되는 상부 정착재(710), 상기 상부 정착재(710)의 길이 방향 양단에서 각각 90도 하향 절곡되어 상기 보강 패널(700)의 두께를 형성하는 중간 전단재(720) 및 상기 중간 전단재(720)의 단부에서 각각 외측으로 90도 수평 절곡되는 하부 정착재(730)를 포함하여 구성되고, 상기 상부 정착재(710), 상기 중간 전단재(720) 및 상기 하부 정착재(730)는 소정 길이만큼 반복 형성된다.
그리고, 상기 중간 전단재(720)에는 길이 방향으로 연장된 엠보싱 형태의 요철(722)이 다수개 형성된다.
이는 RC 무량판 구조에서 펀칭에 따른 전단 균열은 대부분 슬래브에 대하여 45°의 각도로 발생하게 되는데, 이때 균열 발생에 대한 무량판 구조의 성능 저하를 지연시키기 위해 가장 큰 역할을 하는 것이 상기 중간 전단재(720)이므로, 상기 중간 전단재(720)의 강성과 내력 향상이 무엇보다도 시급하기 때문이다.
따라서, 상기 중간 전단재(720)의 두께가 두꺼울수록 강성과 내력 측면에서 매우 우수하나, 시공상, 운반상 및 비용상의 측면에서 상기 중간 전단재(720)의 두께를 무작정 두껍게 할 수 없으므로 가장 효율적인 구조가 요구된다.
본 발명의 일 실시예에서는 엠보싱 형태의 요철(722)을 통해 상기 중간 전단재(720)의 두께를 두껍지 않게 하면서도 강성 및 내력을 향상시킬 수 있도록 하였는바, 특히 상기 요철(722)은 상기 중간 전단재(720)의 외면에 덧살 형태로 덧붙여져 돌기 형태로 돌출된 것이 아니라 상기 중간 전단재(720)의 두께를 그대로 유지하면서 상기 중간 전단재(720)의 상하 길이 방향으로 대략 반원형상의 요철(722)이 돌출 형성되도록 프레스 가공한 것이다.
이는 주름이 잡힌 함석판의 강도가 높아지거나, 승합차의 자동차 지붕에 주름을 만들어 길이 방향의 강도를 보강하는 원리에 착안한 것으로서, 같은 두께의 철판이라도 반원 형상의 돌기형 요철(722)이 돌출 형성될 경우에는 연속된 파도 모양의 판이 지지대로 작용하여, 면의 직각 방향에서 작용하는 집중된 힘을 돌출된 요철(722)의 곡면 전체에 균일하게 분산시켜 면내 방향으로 전환하여 전달하므로 얇은 부재 단면으로도 큰 하중에 저항할 수 있으며, 따라서 전단력에 대해 높은 강성을 발휘하는 효과가 있다.
이에 따라, 상기 보강 패널(700)의 구성시 두께를 두껍게 하지 않으면서도 충분한 강성과 내력을 갖는 보강재의 설계가 가능하고, 강재 절감에 따른 비용감소 효과도 기대할 수 있으며, 나아가 상기 요철(722) 및 콘크리트의 간섭에 의해 그 부착 부분에서 상기 보강 패널(700)의 미끄러짐도 방지하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물 주변의 배근 상태를 나타낸 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 기둥-무량판 접합 구조물 주변의 배근 상태를 나타낸 측면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 무량판 슬래브(S)는 H형강(100)에 수직으로 위치하며, 상기 H형강(100)을 둘러싼 평판으로서 균일한 두께를 가진다. 상기 무량판 슬래브(S)의 내부에는 강판 뒤벨(300), 관통 철근(400), 복수개의 수직 휨 철근(500), 복수개의 수평 휨 철근(600) 및 보강 패널(700)이 위치되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 상기 강판 뒤벨(300)은 상기 관통 철근(400)을 지지하며, 상기 관통 철근(400)은 상기 무량판 슬래브(S)에 가해지는 하중을 상기 H형강(100)으로 전달하여 상기 무량판 슬래브(S)의 뚫림 전단을 방지한다.
상기 수직 휨 철근(500)은 상기 무량판 슬래브(S)의 휨 모멘트에 저항하도록 상기 H형강(100)의 플랜지(110)에 수직 방향으로 상기 플랜지(110)를 관통하여 상기 H형강(100)에 설치되는 것이 바람직하다.
반면, 상기 수평 휨 철근(600)은 상기 무량판 슬래브(S)의 휨 모멘트에 저항하도록 상기 H형강(100)의 플랜지(110)에 수평 방향으로 약축 보강판(200)을 관통하여 상기 H형강(100)에 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 보강 패널(700)은 상기 무량판 슬래브(S)의 전단력을 보강하는 부재로서, 상기 수직 휨 철근(500) 또는 수평 휨 철근(600)의 상부에 안착되어 상기 수직 휨 철근(500) 또는 수평 휨 철근(600)의 일부를 감싸도록 마련된다.
구체적으로, 상기 보강 패널(700)의 상부 정착재(710)는 그 내면에 상기 수직 휨 철근(500) 또는 상기 수평 휨 철근(600)이 접하도록 안착되고, 상기 보강 패널(700)의 중간 전단재(720)는 상기 상부 정착재(710)에 접하는 수직 휨 철근(500) 또는 수평 휨 철근(600)을 구속한다.
따라서, 작업자는 고층의 건설 현장에서 상기 보강 패널(700)을 상기 수직 휨 철근(500) 또는 상기 수평 휨 철근(600)에 단순히 안착시킨 후 상기 무량판 슬래브(S) 내에서 콘크리트와 합성되도록 함으로써, 수평, 수직 방향 모두의 전단력에 충분히 대항할 수 있으면서 상기 보강 패널(700)의 상부 정착재(710) 및 하부 정착재(730)의 간격을 상기 무량판 슬래브(S)에 배근되는 철근 간격에 맞추어 결정할 수 있게 되어 설치 및 시공상의 편의성이 향상된다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: H형강 200: 약축 보강판
300: 강판 뒤벨 400: 관통 철근
500: 수직 휨 철근 600: 수평 휨 철근
700: 보강 패널

Claims (5)

  1. H형강의 플랜지 사이에 마련되되, 상기 H형강의 웨브에 평행하도록 상기 웨브의 양측에 위치되어 상기 H형강에 연결되는 약축 보강판;
    상기 약축 보강판 및 상기 플랜지로부터 돌출되도록 마련되고, 관통 개구가 형성된 강판 뒤벨;
    상기 관통 개구를 통하여 상기 강판 뒤벨을 관통하도록 마련되는 관통 철근;
    상기 플랜지를 관통하여 설치되며, 상기 플랜지에 수직 방향으로 배치되는 수직 휨 철근;
    상기 약축 보강판 및 상기 웨브를 관통하여 설치되고, 상기 플랜지에 수평 방향으로 배치되는 수평 휨 철근; 및
    상기 수직 휨 철근의 일부 또는 상기 수평 휨 철근의 일부를 감싸도록 마련되는 보강 패널; 을 포함하는 철골 기둥-무량판 접합 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강 패널은,
    상기 수직 휨 철근 또는 상기 수평 휨 철근에 안착되는 상부 정착재와,
    상기 상부 정착재의 길이 방향 양단에서 각각 90도 하향 절곡되어 상기 보강 패널의 두께를 형성하는 중간 전단재와,
    상기 중간 전단재의 단부에서 각각 외측으로 90도 수평 절곡되는 하부 정착재를 포함하여 구성되고,
    상기 상부 정착재, 상기 중간 전단재 및 상기 하부 정착재는 소정 길이만큼 반복 형성되는 철골 기둥-무량판 접합 구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중간 전단재에는 길이 방향으로 연장된 엠보싱 형태의 요철이 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 철골 기둥-무량판 접합 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강판 뒤벨은 상기 약축 보강판 및 상기 플랜지에 각각 2개씩 배치되는 것을 특징으로 하는 철골 기둥-무량판 접합 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관통 철근은 상기 H형강의 모서리 부근에서 교차하고, 상기 약축 보강판의 강판 뒤벨을 관통하는 관통 철근의 상부에 상기 플랜지의 강판 뒤벨을 관통하는 관통 철근이 배치되거나, 상기 플랜지의 강판 뒤벨을 관통하는 관통 철근의 상부에 상기 약축 보강판의 강판 뒤벨을 관통하는 관통 철근이 배치됨으로써, 상기 관통 철근이 상호 지지되는 것을 특징으로 하는 철골 기둥-무량판 접합 구조물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110067312A (zh) * 2019-05-30 2019-07-30 清华大学 开孔板剪力连接件及其加工方法
KR20190107814A (ko) 2018-03-13 2019-09-23 (주)한국건설공법 지하주차장 무량판 구조시스템
KR20210068678A (ko) * 2019-12-02 2021-06-10 한국건설기술연구원 펀칭전단보강철근 및 이를 이용한 기초판 시공방법
US11634908B1 (en) * 2020-03-20 2023-04-25 Illinois Tool Works Inc. Functionally reinforced concrete slab

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