KR20130134350A - 철근 콘크리트 기둥과 철골 보 복합기둥 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경제성과 내화성능이 입증된 철근 콘크리트(RC) 기둥과 철골 보를 연결하는 복합기둥에 관한 것이다. 고강도 콘크리트의 우수한 압축력을 효과적으로 활용하기 위하여 철근골조를 일체화시키고 장스팬이 가능한 철골 보를 연결하여 기둥의 개소를 줄이며,콘크리트 구속력을 극대화한 원형 기둥으로 공간 활용도가 높은 경제적인 기둥을 제공하고자 한다.
이를 위하여 본 발명은 철근골조를 제작함에 있어서, 보와의 접합부에 철근연결관을 구비하여 보에 가해지는 하중을 수직철근에 골고루 분산시키며 철근연결관과 철근연결관 중간에 수직철근의 변형을 방지하기 위하여 중간연결밴드를 구비하며, 철근연결관과 철근연결밴드 내부에 수직철근을 삽입하여 철근연결관과 철근연결밴드 내주면에 방사상으로 수직철근을 용접하여 철근골조를 제작하고, 철근연결관 외주연에 보의 플랜지와 연결되는 반다이아프램을 용접하고 웨브와 연결되는 거시트를 용접하여 철골보에 가해지는 하중을 철근연결관을 통하여 수직철근에 직접 전달시키며, 거푸집 설치가 복잡한 접합부에 얇은 철판으로 거푸집을 구비하고 한 쌍의 반다이아프램 상 하부에 거푸집조립강관을 용접하여 거푸집을 정밀하게 조립함으로 콘크리트 수밀성을 확보하고, 3개층 1개절에 동시에 콘크리트를 충전하므로 공기를 단축하며 기둥과 바닥슬래브의 콘크리트를 선택하여 분리 타설하므로 경제적인 기둥이 제공된다.

Description

철근 콘크리트 기둥과 철골 보 복합기둥{Composite reinforce concrete column and steel girder or beam}

본 발명은 철근 콘크리트(RC)조 기둥에 철골 보를 연결하는 복합기둥에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공장에서 제작되는 원형의 철근골조에 보와의 접합부에 일정 길이로 절단한 원형강관(이하 철근연결관이라 함)을 배치하고 철근연결관 내부에 용접 가능한 철근을 삽입하여 철근연결관 내주면에 방사상으로 철근을 용접하여 철근골조를 제작하고, 철근연결관에 철골보의 상 하부 플랜지와 연결되는 외다이아프램과 웨브가 연결되는 거시트를 용접하여 보에 가해지는 하중을 수직철근에 직접 전달시키는 복합 기둥에 관한 것이다.

고강도 콘크리트의 발전으로 RC기둥은 경제성과 내화성능이 입증되어 널리 시공되고 있으며, RC기둥에는 RC보를 주로 시공하고 있으나 RC보는 장스팬에는 적합하지 않으므로 많은 기둥이 필요하였고 자체 중량이 많아 기둥이 부담하는 하중이 크므로 기둥이 커야하는 문제점이 있었으며, 보와 바닥 거푸집 설치에 보조기둥을 설치해야하므로 비경제적이고, 기둥과 보 바닥 슬래브를 한번에 콘크리트를 타설하므로 부분별로 콘크리트 강도의 선택적인 타설에 문제가 있었다. 또한, 고층건물 기둥에 요구되는 굵은 철근은 인력으로 다루는데 어려움이 많아 짧은 철근을 사용함으로 이음부가 많아 비효율적이었다.

그리하여 고층건물에서는 SRC기둥이 널리 시공되고 있으나, 공장에서 제작한 철골기둥을 설치하고 높은 곳에서 철근을 배근하는 어려움과 기둥 중심부에 철강이 집중되므로 콘크리트 구속으로 인한 고강도 콘크리트의 우수한 압축력을 최대한 활용하지 못하므로 철강 사용량이 많았으며, 철골조에 콘크리트 부착을 위해 많은 스터드볼트와 보 설치를 위한 사다리를 용접해야하므로 비경제적이다.

최근 연구가 활발한 콘크리트 충전 강관기둥(CFT)은 콘크리트의 구속력을 최대한 활용한 우수한 공법임에도 불구하고 고층건물에서 요구하는 3시간 내화성능 확보에 문제가있어 별도의 내화방안을 마련해야하는 비경제성과 복잡한 콘크리트 충전방법 및 충전의 신뢰성 문제로 시공이 보편화하지 못하였다.

국내 특허출원 10-2009-0067623호 원심성형 중공 피씨 기둥과 국내 특허출원 10-2009-0115112호 원심력 콘크리트관과 철골 철근 하이브리드 기둥등 원형강관을 활용한 기둥이 제시된바 있다. 상기 기술은 수직철근에 나선형의 띠철근을 두른 철근골격을 제작하고 원형강관 내부에 삽입하거나 반쪽의 원형강관을 띠철근 겉에서 접합한 형태의 원심성형 피씨 기둥이다. 그러나 보와의 접합부에 원형강관과 수직철근 사이에 나선형의 띠철근이 있고 나선형 띠철근과 원형강관 사이에도 공간을 두어 콘크리트를 채움으로서 보에 가해지는 하중을 철근골격에 직접 전달하는 방법에 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 발전을 거듭하여 경제성과 내화성능이 입증된 초고강도 콘크리트의 우수한 압축력을 최대한 활용하여 철강재 사용량을 최소화하며, 고층건물에서 요구하는 굵은 철근으로 공장에서 철근골조를 제작하여 장스팬이 가능한 철골보를 연결하여 기둥 개소를 줄이며, 원형강관을 활용하여 보에 가해지는 하중을 효과적으로 수직철근에 분산하여 전달시키고 수직정밀도와 자립도를 확보하며, 복잡한 보와의 접합부에 거푸집을 구비하여 효율적으로 콘크리트를 타설하는 경제적인 기둥을 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 콘크리트 구속효과를 극대화한 원형기둥을 공장에서 제작함에 있어서, 보와의 접합부마다 일정길이로 절단한 철근연결관을 배치하고 보와의 접합부와 또 다른 보와의 접합부 사이에 철근연결관과 같은 규격의 일정길이 원형강관(이하 중간연결밴드라 함)을 배치하며 철근연결관과 중간연결밴드 사이에 나선형의 띠철근을 배치한 후, 철근연결관과 중간연결밴드 띠철근 내부에 수직철근을 삽입하여 철근연결관과 중간연결밴드 내주면에 방사상으로 수직철근을 용접하여 3개층이 1개절을 구성하는 철근골조를 제작한다.이때 철근골조의 수직철근의 변형을 방지하여 자립도를 높이기 위하여 수직철근과 띠철근의 교차점도 용접하여 수직철근의 간격을 유지시키는 것이 바람직하다.

보와의 접합부는 철근연결관 외주연에 보의 상 하부 플랜지와 연결되는 한 쌍의 외다이아프램을 용접하되, 외다이아프램은 보 플랜지 폭과 같거나 약간 큰 연결부를 가지도록 하며 철근연결관과 콘크리트거푸집 사이에 콘크리트의 원활한 충전을 위하여 연결부를 제외하고 최대한 넓은 콘크리트충전구멍을 가공한 관통 다이아프램과 외 다이아프램을 융합시킨 반다이아프램(이하 반다이아프램 이라고 함)을 구비한다.

반다이아프램의 기둥 바깥쪽 돌출부에는 보와의 연결을 위하여 볼트구멍이 가공되는데, 보의 플랜지에 가공되는 구멍과 대칭되도록 가공하면 반다이아프램의 돌출부가 커야하므로 거시트를 중심으로 볼트구멍을 양분하여 90도 회전시켜 가공하고, 구멍에 맞게 연결판을 가공하면 기둥에 넓게 접합하므로 횡 하중에 효과적이며 보의 웨브에 연결되는 거시트는 철근연결관과 반다이아프램에 용접하여 견고하고 정밀한 접합부를 구성한다.

보와의 접합부는 구조가 복잡하여 거푸집 설치와 수밀성 확보에 어려움이 많으므로 상 하부 반다이아프램과 거시트 사이에 얇은 철판을 원형기둥 외주연과 동일하게 덮어씌워 접합부 영구 거푸집을 구비하며, 보와 연결되는 상부 반다이아프램 상부와 하부 반다이아프램 하부에는 원형 기둥의 외주연과 동일한 규격의 절단된 원형강관을 구비하여 반원형의 거푸집이 정밀하게 조립되도록 하는 거푸집조립강관을 용접하면 콘크리트 충전시 수밀성을 확보하여 콘크리트 품질을 유지하며, 반원형의 거푸집은 1개층 높이와 같은 길이로 제작하되 철근골조가 연결되는 1개절 하부 층을 제외하고 상부 2개층의 거푸집은 현장에서 철근골조를 설치하기 전에 미리 조립하여 설치하면 철근골조의 자립도를 보강하면서 3개층을 한번에 콘크리트 충전이 가능하므로 경제적이며 획기적으로 공기를 단축할 수 있다.이때 반원형 거푸집의 외부에 보 설치를 위한 사다리를 구비하는 것이 바람직하다.

콘크리트 충전 방법에 있어서, 콘크리트 충전관 하단에 다수개의 진동기를 구비하고 내시경 카메라와 조명을 장착한 강관 콘크리트 충전기를 활용하여 콘크리트를 충전하면 수분이 적은 초고강도 콘크리트도 밀도 높게 충전할 수 있으며, 보와의 접합부를 충전할 때에는 상기 철근연결관 하부에 콘크리트 충전관 하단을 위치시키고 진동을 가하면서 콘크리트를 충전하면 철근연결관 상부가 하부 플랜지보다 높은 곳에 위치하므로 하부 반다이아프램에 가공된 콘크리트 충전구멍으로 콘크리트가 상승하면서 반다이아프램 하부에 공극 없이 콘크리트 충전이 가능하다. 이때 콘크리트 충전 상황을 녹화하여 감리 자료로 활용하면 충전의 신뢰성을 확인시킬 수 있으며, 특히 기둥과 보에 콘크리트를 분리하여 타설할 수 있으므로 용도에 적합한 콘크리트를 경제적으로 타설할 수 있다.

또한 1개절의 하부기둥과 1개절의 상부기둥이 연결되는 철근골조의 이음에 있어서는, 철근골조의 상 하단에 원형으로 배치된 수직철근의 내부에 삽입되는 절단된 원형강관(이하 철근골조연결관이라 함)을 삽입하고 철근골조연결관 외주연에 수직철근을 용접하면 정밀한 용접이 가능하며, 상부 철근골조연결관의 끝단에 수직철근의 직경과 같은 폭을 가진 고리형태의 철근플랜지를 구비하여 철근플랜지에 철근골조연결관과 수직철근의 끝단을 용접한다. 상 하부 철근골조연결관을 수직정밀도 높게 설치하고 용접으로 연결하기 위하여 철근연결관 외주연에 사방으로 연결편을 용접하고, 수직도를 맞추어 연결철판을 체결하여 철근골조를 설치하고 상 하부 철근골조를 용접 연결한다. 이때 하부골조의 철근플랜지에 상부골조 하단의 철근 끝단도 용접하여 견고한 연결부를 구성하며, 설치와 용접을 위하여 체결한 연결철판은 콘크리트 속에 매입하여 연결부를 보강하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 철근골조와 보와의 접합부에 철근연결관을 사용하고 보와의 접합부 사이에 중간연결밴드를 사용하여 그 내부에 수직철근을 용접하여 철근골조를 제작하므로 수직철근들을 일체화시켜 수직철근의 변형을 막아주므로 수직정밀도와 자립도를 확보한 철근골조가 제공되고, 보에 가해지는 하중을 철근연결관을 통하여 수직철근에 직접 전달하므로 견고한 접합부를 구성하여 지진에 강한 기둥이 제공된다. 또한 원형의 철근골조가 제공되므로 콘크리트 구속력을 극대화시켜 철골보를 연결하므로 기둥의 개소를 줄여 공간 활용도가 높으며, 현장에서 다루기 어려운 굵은 철근으로 공장에서 제작하여 현장에 설치하므로 고층빌딩 기둥에 적합하며 수직철근의 이음을 최소화한 정밀하고 경제적인 기둥이 제공된다.

구조가 복잡한 접합부에는 얇은 철판으로 거푸집을 구비하고 반다이아프램 상 하부에 거푸집조립강관이 구비되어 거푸집이 정밀하게 조립되어 콘크리트 수밀성을 확보하여 3개층 1개절을 동시에 콘크리트를 충전할 수 있으므로 공기가 단축되며, 기둥과 바닥 슬래브에 분리 타설하므로 콘크리트 강도에 따른 선택적 타설로 더욱 경제적이다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 1개절 기둥
도 2는 한 실시예의 반다이아프램 및 철근골조 반단면도
도 3은 한 실시예의 접합부 단면도
도 4는 철근골조 연결부 단면도

발명의 실시 예에서 철근골조 기둥은 3개층 1개절 구성을 기본단위로 하므로 철근골조의 제작에 있어서, 보와의 접합부마다 철근연결관(2)이 배치되고 철근연결관과 철근연결관 중간에는 철근연결관과 같은 규격의 일정길이 중간연결밴드가 배치되며 철근연결관과 중간연결밴드 사이에는 원형이나 나선형으로 가공한 띠철근을 배치한 후, 그 내부에 수직철근을 삽입하고 반다이아프램이 접합되는 철근연결관 상하부와 중간연결밴드 상 하부에 일정길이 용접하여 철근골조를 제작한다. 이때 철근연결관과 중간연결밴드 띠철근 내부에 수직철근을 삽입하기 위하여 로울러를 이용하여 철근연결관과 중간연결밴드와 띠철근을 회전시키면서 또 다른 로울러를 이용하여 수직철근을 삽입하는 기계장치를 활용하면 생산원가를 줄이고 대량생산할 수 있으므로 바람직하다. 또 다른 실시예는 철근망 제작기계를 이용하여 철근망을 제작하고 보와의 접합부에 반쪽의 원형강관을 용접하여 하나의 원형강관으로 철근연결관을 형성시키고 반쪽의 다이아프램을 용접하여 접합부를 구성시킨다.

보와의 접합을 위하여 구비되는 철근연결관에는 보의 상 하부 플랜지와 접합 되는 반다이아프램과 보의 웨브와 접합하는 거시트(4)가 구비되는데, 상기 반다이아프램(3)은 제작의 편의를 위하여 반쪽의 다이아프램을 용접하여 하나의 반다이아프램으로 구성하고, 충분한 콘크리트충전구멍(9) 확보를 위하여 보 플랜지와 같거나 큰 연결부를 철근연결관에 용접한다. 보의 웨브와 접합하는 거시트는 상 하부 반다이아프램 사이에 끼워 용접하여 철골 보와의 견고한 접합부를 구성하여 지진에 강한 기둥을 제공한다.

또 다른 실시예는 보와 동일한 철골 브라켓을 철근연결관에 용접하되, 반다이아프램 역할을 하도록 보의 플랜지 측면끼리 연결하는 보강편을 용접하여 인장하중에 상호 보완되도록 하며 거푸집조립강관을 용접하기 용이하도록 한다.

보와의 접합부 상 하부에는 거푸집조립강관(7)이 구비되는데, 기둥의 외주연과 동일한 원형강관을 일정길이 절단하여 상 하부 반다이아프램에 용접하면 반원형 거푸집이 정밀하게 조립되어 콘크리트 수밀성을 확보하므로 3개층 1개절에 콘크리트 충전이 가능하다.이때 1개층 높이의 반원형 강관 거푸집을 활용하면 수밀성을 높이면서 철근골조의 자립도를 보강하는 역할도 한다. 또한 보와의 접합부는 구조가 복잡하여 정밀한 거푸집 설치가 어려워 수밀성 확보가 곤란하므로 얇은 철판을 구부려 상 하부 반다이아프램과 거시트 사이에 기둥 외주연과 동일한 외주연의 거푸집을 용접하여 구비한다.

1개절의 하부 철근골조와 1개절의 상부 철근골조의 연결에 있어서는, 원형으로 배치된 수직철근의 내부에 철근골조연결관(5)을 삽입하여 철근골조연결관 외주연에 수직철근을 용접하고 상부 철근골조 연결관 끝단에 철근 두께와 같은 폭의 고리형태의 철근플랜지(6)를 구비하여 철근골조연결관과 수직철근 끝단을 철근플랜지에 용접하며, 수직정밀도 높게 철근골조를 설치하기 위하여 상 하부 철근골조연결관 외주연에 사방으로 골조연결편 용접하고 수직도를 맞추면서 상부 골조연결편과 하부 골조연결편에 골조연결철판을 이용하여 볼트를 체결하여 철근골조를 설치하고 용접으로 상 하부 철근골조를 연결한다.

1 : 철근 2 : 철근연결관
3 : 중간연결밴드 4 : 반다이아프램
5 : 거시트 6 : 콘크리트충전구멍
7 : 거푸집조립강관 8 : 철근골조연결관
9 : 골조연결편 10 : 골조연결철판
11 :철근플랜지 12 : 철판거푸집

Claims (5)

1. 공장에서 철근골조기둥을 제작하여 현장에 설치하고, 철근골조에 반원형의 거푸집을 조립하여 콘크리트를 충전하고 철골 보를 연결하는 복합기둥에 있어서,
   상기 철근골조에는 보와의 접합부마다 일정 길이로 절단된 철근연결관이 구비되어 철근연결관 내부에 수직철근을 삽입하거나, 제작된 철근망에 반쪽의 강관을 덮어씌운 철근연결관이 구비되는데, 상기 철근연결관 내부에 다수개의 수직철근을 삽입하여 철근연결관 내주면에 수직철근이 방사상으로 용접됨을 특징으로 하는 철근골조 복합기둥.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   철근의 변형을 방지하고 철근골조의 정밀도와 자립도를 확보하기 위하여 보와의 접합부에 구비된 철근연결관과 같은 규격의 일정길이 중간연결밴드를 상부 철근연결관과 하부 철근연결관 사이에 구비하고 중간연결밴드 내부에 수직철근을 삽입하여 중간연결밴드 내주면에 수직철근이 방사상으로 용접됨을 특징으로 하는 철근골조 기둥.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 철근골조를 구성하는 철근연결관에 보의 상 하부 플랜지와 접합하는 한 쌍의 반다이아프램과 웨브와 접합하는 거시트가 용접되거나, 철골 브라켓이 용접되어 보에 가해지는 하중을 철근연결관을 통하여 수직철근에 직접 전달시킴을 특징으로 하는 철근골조 기둥.
   
4. 보와의 접합부에 기둥 외주연과 동일한 얇은 철판의 거푸집을 구비하여 수밀성을 확보하고, 보와의 접합부 상 하부에 기둥 외주연과 동일한 외주연의 거푸집조립강관이 구비되어 거푸집을 정밀하게 조립하여 3개층 1개절을 동시에 콘크리트를 충전함을 특징으로 하는 철근골조기둥.
   
5. 철근골조의 연결에 있어서,
   철근골조 상 하부에 원형으로 배치된 철근들의 내부에 삽입되는 철근골조연결관이 구비되고 철근골조연결관 외주연에 수직철근이 용접되며,상부 철근골조연결관과 수직철근의 끝단에 철근플랜지가 구비되어 상 하부 철근골조연결관이 용접으로 연결됨을 특징으로 하는 철근골조기둥
   

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