KR20120084394A - 층고 절감형 변단면 철골 합성보 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 철골 합성보는, 본 발명의 목적은 철골보에 작용하는 모멘트의 크기에 따라 단면이 변화되는 최적화된 구성으로 구성됨으로써, 강재량의 절감을 통하여 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있다. 또한, 양단부의 철골보와 보강구조 조합이 단부 부모멘트에 저항하면서, 보강구조가 콘크리트 슬래브 내부에 배치되어, 층고절감 및 콘크리트 균열저감에 효과가 있다.

Description

층고 절감형 변단면 철골 합성보 {STEEL COMPOSITE BEAM}

본 발명은 건축물에 설치되는 철골 합성보에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 양단부가 강접합된 철골보의 경우, 단부에서의 최대모멘트는 -2/3Mo(부모멘트)이고, 중앙부 최대모멘트는 +1/3Mo(정모멘트) 이다. 이때, 철골보의 단부(부모멘트 영역)에서는 상부 인장력, 하부 압축력이 발생하는 반면, 철골보의 중앙부(정모멘트 영역)에서는 상부 압축력, 하부 인장력이 발생한다.

일반적인 구조설계에서, 철골보의 단면이 길이방향의 전 구간에 걸쳐 동일한 단면(등단면)을 가지는 철골보를 사용하는데, 철골보의 단면은 경간의 최대모멘트인 -2/3Mo에 의해 결정된다. 이때, 단부의 콘크리트 인장저항은 무시되고 중앙부의 콘크리트 압축저항은 고려할 필요가 없어진다.

그러나 이것은 다음과 같은 문제가 있다.

① 양단부가 강접합된 철골보에서 중앙부 최대모멘트는 1/3Mo인데 2/3Mo에 저항할 수 있는 단면을 가지는 철골보를 사용하는 것이고, 철골보의 중앙부에서 콘크리트 슬래브는 압축에 저항하므로 철골보와 콘크리트슬래브의 합성효과까지 고려한다면 중앙부에서 저항할 수 있는 모멘트는 대략 Mo정도이다. 결국, 정모멘트 영역의 중앙부(경간의 약 60%에 해당)는 약 3배 정도 과다 설계되는 것이다.

② 철골보의 양단부는 콘크리트 슬래브가 인장력을 받기 때문에 구조설계에서 이것의 역학적 성능을 무시한다. 그러나 실제 콘크리트 슬래브에는 인장응력이 작용하고 작용 인장응력이 콘크리트 인장강도를 초가하면 균열이 발생한다. 인장응력은 "철골보와 콘크리트슬래브"의 중립축(대략 철골 단면의 중심)과의 떨어진 거리에 비례하는데, 일반 합성구조에서의 콘크리트는 층고절감형(슬림플로어형) 합성구조에 비해 중립축과의 거리가 더욱 크기 때문에 콘크리트 균열발생 가능성이 더욱 크다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 최적화된 철골 단면을 이용함으로써, 강재량의 절감을 통하여 경제성을 확보하고 슬림플로어형 바닥시스템을 형성함으로써, 층고절감 및 콘크리트 균열을 저감할 수 있는 철골 합성보를 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 철골 합성보는, 길이방향으로 일정한 단면을 가지는 철골보와, 철골보의 양단부에 설치되는 보강구조를 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서, 상기 보강구조는 철골보의 양단부에서 철골보의 상부 플랜지의 상부에 설치될 수 있다.

한편, 상기 철골보는 H형강이 될 수 있으며, 상기 보강구조는 T형강이 될 수 있다.

본 발명에 따른 철골 합성보는 양단부가 강접합된 철골보에서 정부 모멘트 크기에 따라 단면의 치수가 변경되는 변단면부를 갖도록 형성되므로, 철골보의 단면을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 양단부의 철골보와 보강구조 조합이 단부 부모멘트에 저항하면서, 보강구조가 콘크리트 슬래브 내부에 배치되어, 층고절감 및 콘크리트 균열저감에 효과가 있다.

도 1은 양단부가 강접합된 철골보에 작용하는 모멘트를 나타내기 위한 철골보의 개략도이다.
도 2는 T형 단면을 가지는 보강구조를 가지는 본 발명에 따른 층고 절감형 변단면 합성보의 구조입면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B선 단면도이다.
도 5는 도 2의 C부분이 확대된 상세도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 철골 합성보에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철골 합성보는, 길이방향으로 일정한 단면을 가지는 철골보와, 기둥에 고정되는 철골보의 양단부에 설치되는 보강구조를 포함하여 구성될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 철골보는 복수의 철골보가 서로 용접된 형상으로 형성될 수 있으며, 철골보는 단면이 'H'자 형상인 H형강이 될 수 있다.

또한, 보강구조는 철골보의 양단부에서 철골보의 상부 플랜지의 상부에 설치될 수 있다. 보강구조는 단면이 'T'자 형상인 T형강이 될 수 있다. 보강구조는 철골보의 상부 플랜지에 용접을 이용하여 고정될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 기둥에 고정되는 철골보의 양단부는 보강구조에 의하여 보강된 구성을 가지며, 철골보의 중앙부는 보강구조가 적용되지 않고 길이방향으로 동일한 단면의 구성을 가진다.

본 발명에 따른 철골 합성보의 구조설계에서, T형강과 H형강이 접합된 "T형강 및 H형강 합성 구조"을 가지는 철골보의 양단부는 -2/3Mo(단부 부모멘트)에 저항하도록 설계하고 "콘크리트슬래브 및 H형강"이 되는 철골부의 중앙부는 +1/3Mo(중앙부 정모멘트)에 저항하도록 설계하여 경간에 걸쳐 길이방향으로 단면이 변하는 부재를 형성한다. 따라서, 이와 같이 최적화된 단면을 가지는 철골 합성보를 이용함으로써, 강재량 절감을 통한 경제성을 확보할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 단면이 변하는 철골 합성보가 기둥에 설치된 후에는, 철골보의 상부 플랜지에 쉬어스터드를 용접하고, 콘크리트 슬래브(또는 데크플레이트)를 H형강 상부 플랜지에 걸쳐 설치하여 단부의 T형강이 콘크리트에 묻히게 한다. 이로 인해 층고절감효과를 갖는 슬림플로어형이 된다. 또한 콘크리트과 중립축의 거리가 상대적으로 짧아지기 때문에 콘크리트의 인장응력이 감소하여, 콘크리트 균열 저감에 효과적이다.

한편, 공장에서 기둥과 브래킷이 함께 결합된 기둥이 제작되는 경우에는, 부모멘트 저항 길이(대략 0.2L) 만큼 T형강과 H형상이 서로 일체화된 구성을 브래킷으로 설치하고 현장에서 H형강을 고력볼트를 통하여 접합하는 것이 시공성 향상에 좋은 방안이다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 철골 합성보는, 기둥에 고정되는 양단부가 T형강 및 H형상이 서로 일체화된 구성을 가짐으로써, T형강이 합성보의 단부의 부모멘트를 분담하는 역할과 함께 전단연결재로서의 역할을 수행하므로, 합성보의 단부에 작용하는 부모멘트에 최적으로 저항할 수 있는 한편, 철골 합성보의 중앙부는 길이방향으로 단면의 형상이 일정한 H형강을 사용함으로써, 강재량 절감을 통한 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 정모멘트가 작용하는 영역이 되는 철골 합성보의 중앙부에는 쉬어스터드를 길이방향으로 일정하게 설치함으로써, 쉬어스터드에 의해 전단 접합된 H형강과 콘크리트슬래브의 합성구조가 정모멘트에 저항할 수 있다.

한편, 기성 T형강의 적절한 선택을 통해 높이조절이 가능하고 다양한 슬래브 시스템을 적용할 수 있다.

보강구조로는 T형강을 대체하여 H형강이 적용될 수 있다.

필요시, T형강을 H형강의 상하부 모두에 보강하여 단면의 효용성을 더욱 극대화할 수 있다.

Claims (4)

1. 길이방향으로 일정한 단면을 가지는 철골보; 및
   철골보의 양단부에 설치되는 보강구조를 포함하는 철골 합성보.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보강구조는 철골보의 양단부에서 철골보의 상부 플랜지의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 철골 합성보.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 철골보는 H형강인 것을 특징으로 하는 철골 합성보.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보강구조는 T형강인 것을 특징으로 하는 철골 합성보.

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