KR20120136071A - 콘크리트 부분충전 합성보 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충전형 철골보 내부에 콘크리트가 충전되어 강재와 콘크리트가 합성된 합성보에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전형 철골보의 상부에만 콘크리트를 집중적으로 충전하여 충전형 철골보의 하부는 전체적으로 빈 공간으로 남겨 둔 콘크리트 부분충전 합성보에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트 부분충전 합성보는, 하부 플랜지강판과 한 쌍의 사이드강판으로 둘러싸인 내부공간을 가지면서 짧은 길이의 상부 플랜지강판에 의해 상부가 부분적으로 개구되도록 마련된 충전형 철골보; 상기 충전형 철골보의 내부공간을 상?하부 공간으로 구분하도록 한 쌍의 사이드강판을 서로 연결하면서 고정 설치된 수평차단판; 상기 수평차단판 위의 상부 내부공간에 현장타설 또는 프리캐스트로 충전된 충전콘크리트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 상기 충전형 철골보는 한 쌍의 마구리강판과 웨브강판을 더 포함하거나 철골브라켓을 더 포함하도록 구성하여 단부를 H형 단면으로 완성할 수 있다.

Description

콘크리트 부분충전 합성보{Composite Beam with Partially Filled Concrete}
본 발명은 충전형 철골보 내부에 콘크리트가 충전되어 강재와 콘크리트가 합성된 합성보에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전형 철골보의 상부에만 콘크리트를 집중적으로 충전하고 충전형 철골보의 하부는 전체적으로 빈 공간으로 남겨 둔 콘크리트 부분충전 합성보에 관한 것이다.
철근콘크리트구조는 현장에서 콘크리트 타설을 위한 거푸집 설치와 동바리 설치 등의 가설작업이 수반되기 때문에 현장시공이 복잡하고 작업량이 많은 불편이 있다. 이러한 철근콘크리트구조의 시공성을 개선하기 위한 방법으로 영구거푸집을 이용한 합성구조가 있으며, 대표적인 예가 도 1(a)의 TSC보(T-type Steel Composite beam)이다.
TSC보는 도 1(a)에서와 같이 강판을 상부 개방형으로 성형 및 용접하여 제작한 후 내부에 콘크리트를 충전한 합성보이다. TSC보는 거푸집 설치 과정을 생략할 수 있기 때문에 현장작업을 줄이면서 강재와 콘크리트의 합성으로 구조성능을 강화할 수 있다는 점에서 유리하다. 하지만 TSC보는 강재의 사용량이 많아 공사비가 비싸고, 측면 상부의 외향 날개(데크플레이트 거치용 거치대)에 의해 접합부 처리가 어렵고, 바닥의 돌출 돌기에 의해 제작이 어렵다는 단점이 있다. 이와 같은 TSC보의 단점을 개선하고자 본 발명의 발명자는 도 1(b)에 따른 합성보를 개발하여 특허받은 바 있다.
도 1(b)은 특허 제787133호에 따른 콘크리트 충전 합성보인데, 상?하부플랜지와 양 측면판으로 조립된 박스형 철골보 내부에 콘크리트를 충전한 합성보이다. 이와 같은 합성보는 상?하부플랜지보다 측면판을 얇게 제작한 철골보를 이용할 수 있기 때문에 강재량을 줄여 경제성을 확보할 수 있고, 또한 상?하부플랜지를 가지기 때문에 종래 철골구조의 접합방식을 그대로 따를 수 있다는 점에서 유리하다. 하지만 철골보 내부의 충전콘크리트와 슬래브콘크리트의 일체화를 위한 전단연결재의 설치가 용이하지 않고, 철골보 내부의 충전콘크리트를 현장타설할 경우에는 동바리의 설치가 필요하고 프리캐스트할 경우에는 무거운 중량으로 시공이 어렵다는 단점이 지적되었다.
본 발명은 상기한 종래 합성보의 문제를 개선하고자 개발된 것으로서, 단면성능을 극대화하면서 경량성을 도모하고 현장에서 용이하게 시공할 수 있는 새로운 합성보를 제공하는데 기술적 과제가 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 하부 플랜지강판과 한 쌍의 사이드강판으로 둘러싸인 내부공간을 가지면서 짧은 길이의 상부 플랜지강판에 의해 상부가 부분적으로 개구되도록 마련된 충전형 철골보; 상기 충전형 철골보의 내부공간을 상?하부 공간으로 구분하도록 한 쌍의 사이드강판을 서로 연결하면서 고정 설치된 수평차단판; 상기 수평차단판 위의 상부 내부공간에 현장타설 또는 프리캐스트로 충전된 충전콘크리트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부분충전 합성보를 제공한다. 여기서 상기 충전형 철골보는 한 쌍의 마구리강판과 웨브강판을 더 포함하거나 철골브라켓을 더 포함하도록 구성하여 단부를 H형 단면으로 완성할 수 있다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 충전형 철골보의 상부에만 콘크리트를 집중적으로 충전하고 하부는 전체적으로 빈 공간으로 남겨 두기 때문에 경량구조의 합성보로 완성할 수 있으며, 이러한 합성보는 보 부재의 단면특성이 고려된 형태가 되기 때문에 단면성능을 극대화할 수 있다. 또한 충전형 철골보에 미리 캠버를 주는 것으로 간단하게 프리스트레스를 도입할 수 있기 때문에 더욱 강화된 구조성능의 합성보로 용이하게 완성할 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 합성보는 소정의 단면성능을 가지면서도 경량구조가 되기 때문에 장스팬 구조물에 유리하게 적용할 수 있다.
둘째, 충전형 철골보 중간에 수평차단판을 설치하기 때문에 철골보 내부의 충전콘크리트와 슬래브콘크리트의 일체화를 위한 전단연결재를 용이하게 설치하면서 합성보를 시공할 수 있으며, 또한 수평차단판을 경계로 충전형 철골보의 하부에는 콘크리트를 충전하지 않기 때문에 콘크리트의 사용량을 줄이면서 합성보를 시공할 수 있다. 나아가 충전콘크리트를 프리캐스트화할 경우에는 보 부재의 강성이 증가하여 그 자체로 시공하중을 충분히 견딜 수 있기 때문에, 슬래브 시공 등 후속 현장 작업을 수행하는 과정에서 필요할 수 있는 동바리 설치를 생략할 수 있다.
셋째, 충전형 철골보의 하부를 빈 공간으로 보호하여 확보할 수 있기 때문에 그 빈 공간을 진동 저감 댐퍼를 설치하거나 각종 설비배관(DP)을 관통 설치하기 위한 공간으로 적절하게 활용할 수 있으며, 그 결과 부재의 성능개선과 건물의 층고 절감을 이끌 수 있다.
도 1은 종래 콘크리트 충전 합성보에 대한 다양한 시공 상세를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 부분충전 합성보에 대한 제1실시예의 사시도, 종단면도, 횡단면도이다.
도 3은 도 2에 따른 콘크리트 부분충전 합성보를 프리캐스트 부재로 제작하는 일례를 보여준다.
도 4는 도 2에 따른 콘크리트 부분충전 합성보의 다양한 시공 상세를 보여준다.
도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 부분충전 합성보에 대한 제2실시예로서, 사시도, 종단면도이다.
도 6은 도 5에 따른 콘크리트 부분충전 합성보의 변형 실시예이다.
도 7은 도 5에 따른 콘크리트 부분충전 합성보의 다양한 시공 상세를 보여준다.
도 8은 본 발명에 따른 콘크리트 부분충전 합성보에 의한 진동저감구조를 보여준다.
이하 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 부분충전 합성보에 대한 제1실시예이다. 보는 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 부분충전 합성보는 충전형 철골보(100)의 내부 중간에 수평차단판(210)을 설치하여 수평차단판(210) 위로 콘크리트를 충전함으로써 수평차단판(210) 아래로 충전형 철골보(100)의 하부를 빈 공간으로 남겨 둔다는데 특징이 있다. 보 부재의 경우 통상 하부는 인장을 받고 상부는 압축을 받는데, 이러한 보의 단면특성을 고려하여 인장에 유리한 강재는 보의 하부에 집중시키고 압축에 유리한 콘크리트는 보의 상부에 집중시킨 것이다. 이에 따라 본 발명에 따른 합성보는 소정의 춤을 확보하여 소정의 단면성능을 가지면서도 경량성의 부재가 된다. 나아가 충전형 철골보(100) 하부의 빈 공간은 진동 저감 댐퍼(DM)를 설치하거나 각종 설비배관(DP)을 관통 설치하기 위한 공간으로 적절하게 활용할 수 있기 때문에(도 2에서 B-B' 단면 참조), 본 발명에 따른 합성보는 부재성능의 개선과 건물의 층고 저감에도 유리하다.
본 발명에서 충전형 철골보(100)는 내부공간을 가지면서 상부가 개구되어 상부의 개구부를 통해 내부공간에 충전 가능한 형태의 철골부재이다. 본 발명에서는 하부 플랜지강판(110), 한 쌍의 사이드강판(120), 상부 플랜지강판(130)을 포함하여 구성된 충전형 철골보(100)를 제안한다. 즉 하부 플랜지강판(110) 위에 너비방향 양쪽으로 서로 이격하게 한 쌍의 사이드강판(120)을 위치시키고 하부 플랜지강판(110)보다 짧은 길이의 상부 플랜지강판(130)을 한 쌍의 사이드강판(120) 위에 위치시킴으로써, 하부 플랜지강판(110)과 한 쌍의 사이드강판(120)으로 둘러싸인 내부공간을 가지면서 짧은 길이의 상부 플랜지강판(130)에 의해 상부가 부분적으로 개구되는 형태의 충전형 철골보(100)로 완성한다. 이와 같은 충전형 철골보(100)는 하부 플랜지강판(110)과 사이드강판(120)이 실질적으로 콘크리트의 충전을 가능케 하는 형틀 역할을 하고, 상부 플랜지강판(130)이 콘크리트 충전시 사이드강판(120)이 벌어지는 것을 막아 충전형 철골보(100)의 형상을 유지하는 긴결재 역할을 한다. 이러한 역할을 고려한다면 하부 플랜지강판(110)과 사이드강판(120)은 길이방향으로 연속성을 가지는 판재로 마련하도록 하고, 상부 플랜지강판(130)은 판재로 마련하는 것이 바람직하나 경우에 따라 봉재로 마련하는 것도 가능하다(특허 제10-0787133호 참조). 상부 플랜지강판(130)을 판재로 마련하는 경우에는 충전콘크리트(410)를 충전하기 위한 충전구멍을 형성시킬 수도 있다.
충전형 철골보(100)는 일체형으로 제작하는 것도 가능하나, 다양한 두께의 강판을 적절하게 조립하여 제작하는 것이 자재의 효율성을 위해 바람직하다. 도 2 이하에서는 충전형 철골보(100)의 바람직한 예로, 하부 플랜지강판(110)과 상부 플랜지강판(130)보다 사이드강판(120)을 얇은 두께의 강판으로 제작할 것을 제안하고 있다. 이는 보의 구조성능을 고려한 결과이다. 다시 말해 인장저항이 필요한 상부와 하부는 상당 두께의 하부 플랜지강판(110)과 상부 플랜지강판(130)으로 마련하고, 인장저항이 특별히 요구되지 아니한 측면은 단순한 구속을 위해 얇은 두께의 사이드강판(120)으로 마련한 것이다. 이와 같은 조립 제작의 충전형 철골보(100)는 강재량을 최소화할 수 있어 경제성 확보에 유리하다. 한편 조립 제작의 충전형 철골보(100)는 도 2에서와 같이 한 쌍의 사이드강판(120) 사이 간격이 하부 플랜지강판(110)의 너비보다는 좁고 상부 플랜지강판(130)의 너비보다는 넓게 제작하는 것이 바람직한데, 이는 상?하부 플랜지강판(110, 130)과 사이드강판(120) 상호 간에 용접접합을 용이하게 하면서 합성보 전체 길이에 걸쳐 사이드강판(120) 위로 데크플레이트를 안정적으로 설치하기 위함이다.
특히 도 2(c)에서는 충전형 철골보의 사이드강판(120)으로 하나의 강판을 연속 절곡하여 마련한 것을 확인할 수 있는데, 여기서 사이드강판(120)은 하나의 강판이 연속 절곡되어 상?하단의 단부절곡부(121)와 중간의 중간절곡리브(122)가 형성되고 있다. 이러한 사이드강판(120)은 충전형 철골보(100)의 조립과 수평차단판(210)의 설치에 유리하다. 다시 말해 상?하단의 단부절곡부(121)는 자연스럽게 라운드형으로 처리되기 마련이므로 라운드형의 절곡모서리를 통해 용접살을 채우면서 상?하부 플랜지강판(110)과 면접시켜 고정 설치할 수 있고, 아울러 중간절곡리브(122)는 수평차단판(210)을 간단하게 거치시킬 수 있다. 나아가 사이드강판(120)에서 단부절곡부(121)와 중간절곡리브(122)는 좌굴을 보강하는 역할을 하기도 한다. 이와 같은 역할을 감안한다면 중간절곡리브(122)는 2단 이상으로 형성되도록 할 수 있으며, 충전형 철골보(100)의 춤이 높은 경우라면 더욱 그러하다. 2단 이상의 중간절곡리브(122)가 마련된다면, 수평차단판(210)은 충전콘크리트(410)의 충전 높이를 고려하여 적절한 위치의 중간절곡리브(122)에 거치하도록 한다.
나아가 도 2에서는 마구리강판(140)과 웨브강판(150)을 더 포함하도록 구성함으로써 H형 단면의 철골단부를 가지는 충전형 철골보(100)를 확인할 수 있다. 이러한 충전형 철골보(100)는 도 4에서와 같이 거셋플레이트(GP)에 의한 볼트접합(BC)을 고려한 결과이며, 도 4와 같은 볼트접합(BC))을 고려하지 않는다면 마구리강판(140)과 웨브강판(150)은 경우에 따라 적절히 생략할 수 있음은 물론이다. 마구리강판(140)은 사이드강판(120)보다 하부 플랜지강판(110)과 상부 플랜지강판(130)이 길이방향으로 더 돌출된 상태에서 한 쌍의 사이드강판(120)에 의한 마구리면을 폐쇄하도록 접합 설치하면 되며, 웨브강판(150)은 돌출된 하부 플랜지강판(110)과 상부 플랜지강판(130)을 수직 연결하면서 접합 설치하면 된다. 마구리강판(140)과 웨브강판(150)은 일체화된 T형강으로 마련될 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 충전형 철골보(100)의 내부에는 그 내부공간을 상?하부 공간으로 구분하도록 수평차단판(210)이 설치된다. 수평차단판(210)은 한 쌍의 사이드강판(120)을 서로 연결하도록 고정 설치되며, 이때 수평차단판(210)은 강판으로 마련되어 사이드강판(120)에 용접 접합되거나 사이드강판(120)에 마련된 거치대 위에 거치하는 방식으로 설치될 수 있다. 도 2에서는 중간절곡리브(122)가 형성된 사이드강판(120)이 채택됨으로써 중간절곡리브(122)를 거치대로 하여 거치하는 방식으로 설치되는 것을 확인할 수 있다. 수평차단판(210)은 울퉁불퉁한 요철판으로 마련하는 것이 바람직한데, 이는 수평차단판(210) 위로 충전되는 충전콘크리트(410)의 슬립을 방지하기 위함이다. 다만 내부 전단연결재(320)에 의해 충전콘크리트(410)의 슬립이 충분하게 방지되는 경우에는, 수평차단판(210)은 충전콘크리트(410)의 타설 하중을 견딜 수 있는 정도의 합판으로 마련하는 것도 가능하다.
수평차단판(210)이 설치되면 수평차단판(210) 위에는 충전콘크리트(410)가 충전된다. 충전콘크리트(410)는 수평차단판(210)을 경계로 충전형 철골보(100)의 상부 내부공간에 현장타설되거나 프리캐스트 방식으로 충전되는데, 충전방식은 현장상황에 따라 적절하게 선택하면 된다. 충전콘크리트(410)의 다양한 충전방식에 대해서는 도 4에서 설명한다.
한편 충전콘크리트(410)에는 외부 전단연결재(310) 내지 내부 전단연결재(320)가 매입되도록 설치될 수 있다. 외부 전단연결재(310)는 충전콘크리트(410)의 충전 춤(depth)보다 긴 길이로 마련되어 수평차단판(210) 위에 거치됨으로써 하부가 충전콘크리트(410)에 매입되면서 상부가 충전콘크리트(410) 위로 돌출되게 설치되는데, 이러한 외부 전단연결재(310)는 위로 시공되는 슬래브콘크리트(420)과의 일체화에 기여한다. 도 2에서는 외부 전단연결재(310)로 ∩형 다우월바를 설치하고 있다. 도시하지 않았지만 ∩형 다우월바는 다수개를 병렬로 배치하여 연결봉으로 연결 조립한 조립체 형태로 준비하면 수평차단판(210) 위에 용이하게 거치할 수 있다. 또한 외부 전단연결재(310)로 요철이 반복적으로 연속 형성된 요철형 절곡철근을 준비하면, 요철형 절곡철근을 길이방향으로 설치하는 것으로 충전콘크리트(410)의 충전 구간 전체 걸쳐 설치할 수 있기 때문에 외부 전단연결재(310)의 설치작업을 간소화할 수 있다.
내부 전단연결재(320)는 사이드강판(120)과 충전콘크리트(410)의 일체화를 위해 설치하는 것인데, 사이드강판(120)의 내측면에 고정됨으로써 전부가 상기 충전콘크리트(410)에 매입되도록 설치하면 된다. 도 2에서는 내부 전단연결재(320)로 측면이 >형 트러스로 보이도록 철선을 적절하게 절곡한 것으로 준비하고, 이를 사이드강판(120)에 용접 설치하고 있다. 뿐만 아니라 도 2에서는 마구리강판(140)에 스터드볼트(141)를 접합하여 충전콘크리트(410)와의 일체성을 강화하고 있다.
이로써 콘크리트 부분충전 합성보가 완성된다. 압축저항이 요구되는 합성보 상부에는 콘크리트가 위치하고, 인장저항이 요구되는 합성보 하부에는 강재가 위치하도록 완성한 것이다. 이에 따라 효율적인 단면성능을 가지는 보 부재가 된다. 나아가 본 발명에 따른 콘크리트 부분충전 합성보는 인장보강을 위해 충전형 철골보(100)에 소정의 캠버(camber)를 부여하는 것으로 프리스트레스를 도입할 수 있으며, 이에 대해서는 도 3에서 설명한다.
도 3은 도 2에 따른 콘크리트 부분충전 합성보를 PC화하는 과정을 보여준다. 충전콘크리트(410)를 프리캐스트로 처리하여 제작하는 것이다. 특히 도 3에서는 합성보 하부를 인장 보강하기 위해 충전형 철골보(100)에 소정의 캠버를 부여하여 프리스트레스를 도입하고 있다. 충전형 철골보(100)를 길이방향 중간에서 볼록하게 위로 솟아오르는 형태로 소정의 캠버를 가지도록 마련한 상태에서, 충전형 철골보(100)에 충전콘크리트(410)를 충전하여 합성보를 제작하는 것이다. 도 3을 참고하여 콘크리트 부분충전 합성보의 PC화 과정을 살펴본다.
먼저 충전형 철골보(100)를 제작한다. 도 3(a)에서는 상?하부 플랜지강판(110, 130), 사이드강판(120), 마구리강판(140), 웨브강판(150)을 조립하여 충전형 철골보(100)를 제작하고, 충전형 철골보(100) 내부에 수평차단판(210)을 더 설치하고 있다. 도시하지 않았지만 본 단계에서는 내?외부 전단연결재(310, 320) 등의 각종 부속 자재를 적절하게 설치할 수 있으며, 다만 다음 단계에서 캠버의 부여를 고려한다면 수평차단판(210), 상?하부 수직차단판(220, 230), 내?외부 전단연결재(310) 등은 본 단계에서 적절하게 충전형 철골보(100)에 위치시키거나 용접 등의 방법으로 고정 설치하는 것이 바람직하다.
다음으로 충전형 철골보(100)에 캠버를 부여하며, 다만 프리스트레스 도입을 고려하지 않는다면 본 단계는 생략한다. 도 3(b)에서는 충전형 철골보(100)에 캠버를 부여하는 다양한 방법을 보여준다. 충전형 철골보(100) 가운데에 지점을 만들고 자중에 의하여 양단이 처지게 하거나, 양단부를 가력하거나(도 3(b)(ⅰ)), 충전형 철골보(100)의 하부에 텐돈을 배치하여 긴장 정착시키나(도 3(b)(ⅱ)), 충전형 철골보(100)의 하부에 가열신장판을 설치하여 냉각수축 응력을 도입시키는 방법(도 3(b)(ⅲ)) 등으로 캠버를 부여하면서 프리스트레스를 도입할 수 있다.
다음으로 도 3(c)에서와 같이 충전형 철골보(100) 내부에 충전콘크리트(410)를 충전한다. 캠버 형성을 위해 자중으로 처지게 하거나, 가력하거나, 텐돈 내지 가열신장판을 설치한 경우라면 충전콘크리트(410)가 경화된 후에 가력을 해제하거나 텐돈 내지 가열신장판을 제거하여도 도입된 프리스트레스는 충전콘크리트(410)에 의해 그대로 유지된다. 다시 말해 충전형 철골보의 하부 플랜지강판(110)이 압축응력을 받는 상태가 된다.
이로써 콘크리트 부분충전 합성보가 PC화된다. PC화된 부재는 그대로 현장에 반입하여 설치하면 된다. 특히 도 3(c)에서와 같이 캠버 형성을 통해 프리스트레스를 도입한 합성보라면, 현장시공 후에 단면 상부의 압축과 단면 하부의 인장에 유리하게 저항한다.
도 4는 도 2에 따른 콘크리트 부분충전 합성보를 큰 보(거더) 내지 작은 보(빔)로 시공한 시공 상세이다. 도 4에서는 철골기둥(SC) 내지 철골거더(SG)에 T형 거셋플레이트(GP)를 접합하고, 거셋플레이트(GP)와 충전형 철골보의 웨브강판(150)을 볼트접합(BC)하고, 충전형 철골보(100) 위로 슬래브콘크리트(420)를 타설하고 있다. 이로써 핀접합에 의한 합성보 시공이 완성된다.
한편 충전형 철골보(100) 내부의 충전콘크리트(410)는 도 4(a) 내지 도 4(c)에서와 같이 다양한 방식으로 충전할 수 있다. 도 4(a)는 프리캐스트로 충전한 것을 보여주고, 도 4(b)는 슬래브콘크리트(420)와 함께 현장타설로 동시에 충전한 것을 보여준다. 도 4(c)에서는 프리캐스트와 현장타설을 적절히 혼용하면서 충전하고 있는데, 이 경우 충전방식에 따른 충전구간을 구분하기 위해 상부 수직차단판(220)을 적절하게 마련할 필요가 있다. 즉 충전형 철골보(100) 내부에서 수평차단판(210) 위로 상부 수직차단판(220)을 설치하여 상부 수직차단판(220)을 경계로 충전형 철골보(100)의 상부 내부공간이 2공간 이상으로 구분되게 하는 것이다. 상부 수직차단판(220)은 강판, 합판 등의 자재로 적절히 선택하여 충전형 철골보(100)의 양단부에 위치시키고, 아울러 충전형 철골보(100)의 중앙부는 프리캐스트로 충전하고 양단부는 현장타설로 충전하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 부분충전 합성보에 대한 제2실시예이고, 도 6은 도 5의 변형한 실시예이다. 제2실시예는 앞에서 살펴본 도 2의 제1실시예와 비교할 때 전반적으로 합성보의 단부 처리에서 차이가 있다. 다시 말해, 마구리강판(140)과 웨브강판(150) 대신에 철골브라켓(160)을 이용하여 H형 단면의 철골단부로 완성하고, 아울러 하부 수직차단판(230)을 더 설치하여 충전형 철골보(100)의 하부 내부공간에도 부분적으로 충전콘크리트(410)가 충전되도록 완성하고 있다.
철골브라켓(160)은 사이드강판(120)보다 높은 춤으로 마련되어 하부 플랜지강판(110) 또는 상부 플랜지강판(130)에 접합 설치되는데, 철골브라켓(160)의 설치에 의해 충전형 철골보(100)는 H형 단면의 철골단부로 완성된다. 철골브라켓(160)은 T형강, H형강, 역T형강 등 다양한 단면 부재를 적절히 이용할 수 있는데, 도 5에서는 T형 단면의 철골브라켓(160)을 하부 플랜지강판(110)에 접합 설치함으로써 철골브라켓(160)과 하부 플랜지강판(110)의 조합으로 H형 단면의 철골단부를 완성하고 있다. H형강과 역T형강에 의한 철골브라켓(160)은 도 6에서와 같은 방법으로 적용할 수 있다. H형 단면의 철골단부는 도 7에서와 같이 합성보를 기둥 등에 접합 설치하는 과정에서 용접접합(WC) 등을 통한 접합부 구성에 유리한 형태가 된다.
하부 수직차단판(230)은 충전형 철골보(100)의 하부 내부공간이 2공간 이상으로 구분되도록 수평차단판(210) 아래에 설치된다. 그 결과 충전형 철골보의 하부 내부공간은 하부 수직차단판(230)을 경계로 충전콘크리트(410)가 더 충전되는 구간과 충전되지 않고 빈 공간으로 남겨지는 구간으로 나눌 수 있다. 다만 하부 수직차단판(230)을 경계로 충전형 철골보(100)의 하부 내부공간에도 충전콘크리트(410)를 충전하기 위해서는, 사전에 해당 충전구간에 위치한 수평차단판(210)을 제거하거나 수평차단판(210)에 충전구멍을 형성시킬 필요가 있다. 하부 수직차단판(230)은 강판, 합판 등의 자재로 적절히 선택하여 설치하면 된다. 도 5에서는 하부 수직차단판(230)을 충전형 철골보(100)의 양단부에 위치하도록 설치하고, 아울러 충전콘크리트(410)를 충전형 철골보(100)의 양단부에만 충전하여 충전형 철골보(100)의 중앙부를 빈 공간으로 남겨두고 있는데, 이와 같은 합성보는 단부보강 형태가 되어 거더부재로 유리하게 적용할 수 있다.
도 7은 도 5에 따른 콘크리트 부분충전 합성보의 다양한 시공 상세이다. 도 7에서는 철골기둥(SC) 내지 철골거더(SG)에 충전형 철골보의 철골브라켓(160)에 의한 H형 단면의 철골단부를 용접접합(WC)하고, 충전형 철골보(100) 단부와 충전형 철골보(100) 위에 각각 접합부콘크리트(430)와 슬래브콘크리트(420)를 타설하고 있다. 이때 접합부콘크리트(430)의 타설을 위해서는 H형 단면의 철골단부 주변으로 적절하게 거푸집을 설치할 필요가 있다. 이로써 접합단부를 보강하면서 모멘트접합에 의한 합성보 시공이 완성된다.
한편 충전형 철골보(100) 내부의 충전콘크리트(410)는 도 7(a) 내지 도 7(b)에서와 같이 다양한 방식으로 충전할 수 있다. 도 7(a)에서는 프리캐스트와 현장타설을 적절히 혼용하면서 충전하고, 도 7(b)는 슬래브콘크리트(420)와 함께 현장타설로 동시에 충전하고 있다. 프리캐스트와 현장타설을 적절히 혼용하기 위해서는 상부 수직차단판(220)을 적절하게 마련하는 것은 물론이다.
도 8은 본 발명에 따른 콘크리트 부분충전 합성보에 의한 진동저감구조를 보여준다. 본 발명에 따른 콘크리트 부분충전 합성보는 도 8(a)에서와 같이 충전형 철골보의 하부가 빈 공간으로 유지된 형태로 완성되는데, 보는 바와 같이 상당 두께의 하부 플랜지강판(110)이 얇은 두께의 사이드강판(120)에 매달린 형태가 된다. 이러한 합성보는 하부 플랜지강판(110)과 사이드강판(120)이 적절한 강성비를 만족시킨다면 진동이 가해질 경우에 그 자체가 일종의 동조질량댐퍼로 거동하여 진동감쇠효과를 발휘할 수도 있다. 나아가 진동감쇠효과를 배가시키기 위해서 충전형 철골보(100) 하부의 빈 공간에는 도 8(b)와 도 8(c)에서와 같이 진동 저감 댐퍼(DM)를 적절하게 더 설치할 수 있다.
이상에서 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
100: 충전형 철골보(미표시 부호)
110: 하부 플랜지강판 120: 사이드강판
130: 상부 플랜지강판 140: 마구리강판
150: 웨브강판 160: 철골브라켓
210: 수평차단판
220: 상부 수직차단판 230: 하부 수직차단판
310: 외부 전단열결재 320; 내부 전단연결재
410: 충전콘크리트 420: 슬래브콘크리트
430: 접합부콘크리트
SC: 철골기둥 SG: 철골거더
GP: 거셋플레이트
BC: 볼트접합 WC: 용접접합
DM: 댐퍼 DP: 설비배관

Claims (8)

  1. 강재와 콘크리트가 합성된 합성보로서,
    하부 플랜지강판(110); 상기 하부 플랜지강판(110) 위에 너비방향 양쪽으로 서로 이격하게 위치한 한 쌍의 사이드강판(120); 상기 하부 플랜지강판(110)보다 짧은 길이로 마련되어 한 쌍의 사이드강판(120) 위에 위치한 상부 플랜지강판(130);을 포함하도록 구성되어, 하부 플랜지강판(110)과 한 쌍의 사이드강판(120)으로 둘러싸인 내부공간을 가지면서 짧은 길이의 상부 플랜지강판(130)에 의해 상부가 부분적으로 개구되도록 마련된 충전형 철골보(100);
    상기 충전형 철골보(100)의 내부공간을 상?하부 공간으로 구분하도록 한 쌍의 사이드강판(120)을 서로 연결하면서 설치된 수평차단판(210);
    상기 수평차단판(210) 위의 상부 내부공간에 현장타설 또는 프리캐스트로 충전된 충전콘크리트(410);
    를 포함하여 구성되어 상기 수평차단판(210) 아래의 하부 내부공간이 빈 공간으로 남겨진 것을 특징으로 하는 콘크리트 부분충전 합성보.
  2. 제1항에서,
    상기 수평차단판(210) 위에 거치되며, 상부가 충전콘크리트(410) 위로 돌출되면서 하부가 상기 충전콘크리트(410)에 매입되는 외부 전단연결재(310);
    상기 충전형 철골보의 사이드강판(120)의 내측면에 고정 설치되며, 전부가 상기 충전콘크리트(410)에 매입되는 내부 전단연결재(320);
    중에서 하나 이상을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부분충전 합성보.
  3. 제1항에서,
    상기 수평차단판(210) 위에서 상기 충전형 철골보(100)의 상부 내부공간을 2공간 이상으로 구분하도록 설치되는 상부 수직차단판(220);
    상기 수평차단판(210) 아래에서 상기 충전형 철골보(100)의 하부 내부공간을 2공간 이상으로 구분하도록 설치되는 하부 수직차단판(230);
    중에서 하나 이상을 더 포함하여 구성되되,
    상기 상부 수직차단판(220)이 더 설치되는 경우에 상기 충전콘크리트(410)는 상부 수직차단판(220)을 경계로 프리캐스트와 현장타설로 충전되며,
    상기 하부 수직차단판(220)이 더 설치되는 경우에 하부 수직차단판(220)을 경계로 한쪽 구간은 충전콘크리트(410)가 더 충전되고 다른 쪽 구간은 빈 공간으로 남겨둔 것을 특징으로 하는 콘크리트 부분충전 합성보
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 충전형 철골보의 사이드강판(120)은, 충전형 철골보(100)의 내부공간을 향하는 상?하단의 단부절곡부(121)와 중간의 중간절곡리브(122)가 형성되도록 하나의 강판을 연속 절곡하여 마련된 것으로 상?하단의 단부절곡부(121)를 통해 상?하부 플랜지강판(110, 130)과 용접접합(WC)된 것이며,
    상기 수평차단판(210)은, 상기 사이드강판의 중간절곡리브(122) 위에 거치되게 설치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부분충전 합성보.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 충전형 철골보(100)는,
    사이드강판(120)보다 하부 플랜지강판(110)과 상부 플랜지강판(130)이 길이방향으로 더 돌출된 상태에서, 한 쌍의 사이드강판(120)에 의한 마구리면을 폐쇄하도록 접합 설치된 마구리강판(140);
    돌출된 하부 플랜지강판(110)과 상부 플랜지강판(130)을 수직 연결하면서 접합 설치된 웨브강판(150);
    을 더 포함하여 구성됨으로써 H형 단면의 철골단부로 마련된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 부분충전 합성보.
  6. 제5항에서,
    상기 충전형 철골보(100)는, 길이방향 중간에서 볼록하게 위로 솟아오르도록 소정의 캠버(camber)를 가지는 것이며,
    상기 충전콘크리트(410)는, 프리캐스트로 충전된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 부분충전 합성보.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 충전형 철골보(100)는 길이방향으로 단부에,
    사이드강판(120)보다 높은 춤으로 마련되어 하부 플랜지강판(110) 또는 상부 플랜지강판(130)에 접합 설치된 철골브라켓(160);
    을 더 포함하여 구성됨으로써 H형 단면의 철골단부로 마련된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 부분충전 합성보.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    빈 공간으로 남겨둔 상기 충전형 철골보(100)의 하부 내부공간에 설치된 댐퍼(DM);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부분충전 합성보.
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