KR20130050730A

KR20130050730A - 합성 기둥

Info

Publication number: KR20130050730A
Application number: KR1020110115953A
Authority: KR
Inventors: 최인락; 정경수; 김도환
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-16

Abstract

합성 기둥은 일 방향으로 연장되어 있으며, 내부 공간을 형성하는 강관, 상기 일 방향을 따라 연장되어 있으며, 상기 강관의 상기 내부 공간에 위치하는 강봉, 상기 일 방향을 따라 연장되어 있으며, 상기 강관의 상기 내부 공간에 위치하여 상기 강관과 상기 강봉 사이를 연결하는 연결부, 및 상기 내부 공간에 채워져 있는 콘크리트를 포함한다.

Description

합성 기둥{COMPOSITE COLUMN}

본 발명은 합성 기둥에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강관을 포함하는 합성 기둥에 관한 것이다.

철근콘크리트 구조를 포함한 합성구조는 인장 저항성능과 연성능력이 우수한 강재와 압축 저항성능, 조형성, 내화성능 및 경제성이 우수한 콘크리트를 결합한 구조형식이다. 이와 같은 합성구조는 건축구조물에서 기둥, 보, 벽체 등 주요 부재를 구성하고 있으며, 철골 철근 콘크리트 구조(Steel formed Reinforced Concrete System, SRC 구조)나 콘크리트 충전 강관구조(Concrete-Filled Steel Tube System, CFT 구조)가 사용되고 있었다.

SRC 구조는 큰 압축응력에 저항하기 위하여 기둥 부재의 중간에 H형 강을 배치한 부재로 일반적인 철근콘크리트 구조물에 비해 작은 단면으로 높은 강도를 나타내므로 주로 고층 건물의 기둥에 사용되고 있다. 이러한 SRC 구조는 H형 강을 둘러싼 콘크리트가 내화피복과 부식방지 역할을 수행하는데, H형 강이 기둥 중심에 위치함으로써, 철근콘크리트 기둥에 비해 휨 성능과 비틀림 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

CFT 구조는 각형이나 원형의 강관에 콘크리트를 채워 넣은 구조 시스템이다. 이러한 CFT 구조는 강관이 부재의 최외곽에 위치하기 때문에 부재의 휨 성능이나 비틀림 성능이 향상되고 강관 내부에 채워진 콘크리트의 구속효과로 인해 효율적인 단면 구성이 가능하나, 강재가 외부에 노출되기 때문에 화재나 부식에 의해 강재가 파손되어 전체적인 압축 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 일 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기둥의 휨 성능과 비틀림 성능이 향상되는 동시에 화재나 주위의 간섭에 의해 기둥의 압축 성능이 저하되는 것이 최소화되는 합성 기둥을 제공하고자 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 일 방향으로 연장되어 있으며, 내부 공간을 형성하는 강관, 상기 일 방향을 따라 연장되어 있으며, 상기 강관의 상기 내부 공간에 위치하는 강봉, 상기 일 방향을 따라 연장되어 있으며, 상기 강관의 상기 내부 공간에 위치하여 상기 강관과 상기 강봉 사이를 연결하는 연결부, 및 상기 내부 공간에 채워져 있는 콘크리트를 포함하는 합성 기둥을 제공한다.

상기 연결부는 복수개이며, 복수개의 상기 연결부는 상호 이격되어 상기 내부 공간에 위치할 수 있다.

상기 연결부는 하나 이상의 개구부를 포함할 수 있다.

상기 개구부를 이용해 보(beam)가 연결될 수 있다.

상기 개구부를 관통하는 하나 이상의 제1 철근을 더 포함할 수 있다.

상기 연결부와 상기 강관 사이의 상기 내부 공간에 위치하며, 상기 일 방향으로 연장되어 있는 하나 이상의 제2 철근을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 철근과 상기 제2 철근은 서로 용접될 수 있다.

상기 제2 철근은 복수개이며, 상기 제1 철근은 상기 내부 공간에서 폐루프(closed loop) 형태로 연장되어 이웃하는 상기 제2 철근 사이를 연결할 수 있다.

상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의하면, 기둥의 휨 성능과 비틀림 성능이 향상되는 동시에 화재나 주위의 간섭에 의해 기둥의 압축 성능이 저하되는 것이 최소화되는 합성 기둥이 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 기둥을 나타낸 횡단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 기둥에 보가 연결된 것을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 합성 기둥을 나타낸 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 합성 기둥을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 합성 기둥을 나타낸 횡단면도이다

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 기둥을 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 기둥을 나타낸 횡단면도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 종단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 기둥(1000)은 강관(100), 강봉(200), 연결부(300) 및 콘크리트(400)를 포함한다.

강관(100)은 각형 강관으로 형성되어 있으나, 필요에 따라 원형 강관으로 형성될 수 있다. 강관(100)은 도 2에 도시된 일 방향으로 연장되어 있으며, 그 내부에 내부 공간(IS)을 형성하고 있다. 강관(100)은 강재로 구성된다.

강봉(200)은 일 방향을 따라 연장되어 있으며, 강관(100)이 형성하는 내부 공간(IS)에 위치하고 있다. 강봉(200)은 각형 강봉으로 형성되어 있으나, 필요에 따라 원형 강봉으로 형성될 수 있다. 강봉(200)은 내부가 강재로 채워져 있는 형태로 구성되어 있으며, 강봉(200)의 내부가 강재로 채워져 있음으로써, 강봉(200)이 강관(100)의 축력을 전담하여 강관(100)의 휨 내력이 보강된다.

연결부(300)는 판상으로 형성되어 있으며, 일 방향을 따라 연장되어 있다. 연결부(300)는 강관(100)이 형성하는 내부 공간(IS)에 위치하여 강관(100)과 강봉(200) 사이를 연결하고 있다. 연결부(300)는 강관(100)과 강봉(200)에 용접될 수 있다. 연결부(300)는 복수개이며, 복수개의 연결부(300)는 내부 공간(IS)에서 상호 이격되어 위치하고 있다. 도 1에서 연결부(300)는 내부 공간(IS)에서 4개가 위치하나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 다른 실시예에 따른 연결부는 내부 공간에서 1개 내지 3개 또는 5개 이상 위치할 수 있다.

연결부(300)는 강관(100)과 강봉(200)의 연장 방향인 일 방향을 따라 강관(100)과 강봉(200) 사이를 연결함으로써, 강관(100) 및 강봉(200)과 함께 일체로 거동되기 때문에, 외부의 압력에 대한 휨 성능 및 비틀림 성능이 향상되어 강관(100) 및 강봉(200)의 좌굴이 최소화된다.

연결부(300)는 하나 이상의 개구부(310)를 포함한다. 개구부(310)는 연결부(300)를 관통하는 홀(hole) 형태로 형성되어 있다. 연결부(300)에 개구부(310)가 형성됨으로써, 내부 공간(IS)에 콘크리트(400)를 채울 때, 콘크리트(400)가 개구부(310)를 통해 강관(100)이 형성하는 내부 공간(IS)에 골고루 채워지게 된다. 또한, 개구부(310)를 통해 추가적인 철근이 위치하여 합성 기둥(1000)의 강성을 보강할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 기둥에 보가 연결된 것을 나타낸 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 연결부(300)에 형성된 개구부(310)를 이용해 합성 기둥(1000)에 보(beam)(10)을 연결시킬 수 있다. 상세하게, 연결부(300)에 형성된 개구부(310)와 보(10)에 형성된 보 개구부(11)가 상호 연통하도록 위치시킨 후, 개구부(310) 및 보 개구부(11)에 볼트와 너트 등의 체결 부재를 체결시켜 연결부(300)에 보(10)를 연결시킬 수 있다. 즉, 연결부(300)가 개구부(310)를 포함함으로써, 합성 기둥(1000)을 이용한 시공성이 향상된다.

다시, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 콘크리트(400)는 내부 공간(IS)에 채워져 있다. 콘크리트(400)는 강관(100)이 형성하는 내부 공간(IS)에 채워짐으로써, 외부의 간섭에 의해 강관(100) 및 강봉(200)이 좌굴되는 것을 방지하며, 강관(100) 및 강봉(200)을 구속시켜 전체적인 합성 기둥(1000)의 구조 성능을 향상시킨다. 또한, 콘크리트(400)는 콘크리트 고유의 축열 효과를 가지고 강관(100)이 형성하는 내부 공간(IS)에 채워짐으로써, 화재에 대한 합성 기둥(1000)의 내화 성능을 향상시킨다.

이상과 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 기둥(1000)은 연결부(300)에 의해 강봉(200)과 일체화된 강관(100)의 내부 공간(IS)에 콘크리트(400)가 채워짐으로써, 콘크리트(400)가 최대 압축 강도에 도달하더라도, 강관(100)에 의한 구속 효과로 인해 압력에 대한 변형 능력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 기둥(1000)은 강관(100)과 강봉(200)이 연결부(300)에 의해 일체화됨으로써, 특히 강관(100)을 각형 강관을 사용할 경우 강관(100)에 의한 콘크리트(400) 구속 효과를 극대화시킬 수 있는 동시에, 화재 시 콘크리트(400)의 폭렬로 인한 부재의 비산을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 기둥(1000)은 강관(100)이 내부 공간(IS)에 위치하는 콘크리트(400), 강봉(200), 연결부(300)에 의해 지지되기 때문에 외부의 압력에 의한 국부적인 좌굴이 최소화되며, 강봉(200)도 콘크리트(400), 연결부(300) 및 강관(100)에 의해 지지되기 때문에 외부의 압력에 의한 국부적인 좌굴이 최소화된다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 기둥(1000)은 강봉(200) 및 강관(100)을 구성하는 강재 대비 축열 효과가 큰 콘크리트(400)가 강관(100)의 내부 공간(IS)에서 강봉(200)을 둘러싸고 있음으로써, 화재 시 강봉(200)으로 향하는 열 전달을 지연시켜 전체적인 내화 성능이 향상된다. 특히 강봉(200)을 고강도 강재로 구성할 경우, 강관(100)이 형성하는 내부 공간(IS)에서 강봉(200) 대비 콘크리트(400)의 면적을 증가시켜 전체적인 합성 기둥(1000)의 내화 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 합성 기둥(1002)을 설명한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 합성 기둥을 나타낸 횡단면도이다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 합성 기둥을 나타낸 사시도이다. 도 5에서는 설명의 편의를 위해 하나의 제1 철근만을 도시하였다.

이하, 제1 실시예와 구별되는 특징적인 부분만 발췌하여 설명하며, 설명이 생략된 부분은 제1 실시예에 따른다. 그리고, 본 발명의 제2 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 동일한 구성요소에 대하여는 본 발명의 제1 실시예와 동일한 참조번호를 사용하여 설명한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 합성 기둥(1002)은 강관(100), 강봉(200), 연결부(300), 콘크리트(400), 제1 철근(500) 및 제2 철근(600)을 포함한다.

제1 철근(500)은 연결부(300)에 형성된 개구부(310)를 관통하고 있으며, 제2 철근(600)은 연결부(300)와 강관(100) 사이의 내부 공간(IS)에 위치하여 일 방향으로 연장되어 있다. 제2 철근(600)은 복수개이며, 제1 철근(500)은 복수개의 제2 철근(600) 중 이웃하는 제2 철근(600) 사이를 연결하고 있다. 제1 철근(500)은 제2 철근(600)과 서로 용접되어 있을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 합성 기둥(1002)은 제1 실시예에 따른 합성 기둥(1000) 대비 제1 철근(500) 및 제2 철근(600)을 더 포함함으로써, 강관(100)이 내부 공간(IS)에 위치하는 콘크리트(400), 강봉(200), 연결부(300), 제1 철근(500) 및 제2 철근(600)에 의해 지지되기 때문에 외부의 압력에 의한 국부적인 좌굴이 최소화되며, 강봉(200)도 콘크리트(400), 연결부(300), 강관(100), 제1 철근(500) 및 제2 철근(600)에 의해 지지되기 때문에 외부의 압력에 의한 국부적인 좌굴이 최소화된다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 합성 기둥(1003)을 설명한다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 합성 기둥을 나타낸 횡단면도이다

이하, 제1 실시예와 구별되는 특징적인 부분만 발췌하여 설명하며, 설명이 생략된 부분은 제2 실시예에 따른다. 그리고, 본 발명의 제3 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 동일한 구성요소에 대하여는 본 발명의 제2 실시예와 동일한 참조번호를 사용하여 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 합성 기둥(1003)은 강관(100), 강봉(200), 연결부(300), 콘크리트(400), 제1 철근(500) 및 제2 철근(600)을 포함한다.

제2 철근(600)은 복수개이며, 제1 철근(500)은 복수개의 제2 철근(600) 중 이웃하는 제2 철근(600) 사이를 연결하고 있다. 제1 철근(500)은 내부 공간(IS)에서 폐루프(closed loop) 형태로 연장되어 이웃하는 연결부(300)의 개구부(310)를 관통하고 있으며, 이웃하는 제2 철근(600) 사이를 연결하고 있다. 제1 철근(500)은 제2 철근(600)과 서로 용접되어 있을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 합성 기둥(1003)은 제2 실시예에 따른 합성 기둥(1002) 대비 제1 철근(500) 및 폐루프 형태로 연장되어 제1 철근(500)과 용접되는 제2 철근(600)을 더 포함함으로써, 강관(100)이 내부 공간(IS)에 위치하는 콘크리트(400), 강봉(200), 연결부(300), 제1 철근(500) 및 제2 철근(600)에 의해 지지되기 때문에 외부의 압력에 의한 국부적인 좌굴이 최소화되며, 강봉(200)도 콘크리트(400), 연결부(300), 강관(100), 제1 철근(500) 및 제2 철근(600)에 의해 지지되기 때문에 외부의 압력에 의한 국부적인 좌굴이 최소화된다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

강관(100), 강봉(200), 연결부(300), 콘크리트(400)

Claims

일 방향으로 연장되어 있으며, 내부 공간을 형성하는 강관;
상기 일 방향을 따라 연장되어 있으며, 상기 강관의 상기 내부 공간에 위치하는 강봉;
상기 일 방향을 따라 연장되어 있으며, 상기 강관의 상기 내부 공간에 위치하여 상기 강관과 상기 강봉 사이를 연결하는 연결부; 및
상기 내부 공간에 채워져 있는 콘크리트
를 포함하는 합성 기둥.
제1항에서,
상기 연결부는 복수개이며,
복수개의 상기 연결부는 상호 이격되어 상기 내부 공간에 위치하는 합성 기둥.
제1항에서,
상기 연결부는 하나 이상의 개구부를 포함하는 합성 기둥.
제3항에서,
상기 개구부를 이용해 보(beam)가 연결되는 합성 기둥.
제3항에서,
상기 개구부를 관통하는 하나 이상의 제1 철근을 더 포함하는 합성 기둥.
제5항에서,
상기 연결부와 상기 강관 사이의 상기 내부 공간에 위치하며, 상기 일 방향으로 연장되어 있는 하나 이상의 제2 철근을 더 포함하는 합성 기둥.
제6항에서,
상기 제1 철근과 상기 제2 철근은 서로 용접되는 합성 기둥.
제6항에서,
상기 제2 철근은 복수개이며,
상기 제1 철근은 상기 내부 공간에서 폐루프(closed loop) 형태로 연장되어 이웃하는 상기 제2 철근 사이를 연결하는 합성 기둥.