KR20150061768A - 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조 - Google Patents

강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조 Download PDF

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Abstract

원자력발전소의 강판콘크리트 벽체 모듈과 대형 충전강관 기둥 모듈의 접합 상세 구조에 있어서 대형 구조모듈의 제작 및 시공이 가능하도록 함과 아울러 벽체 끝단부에서 발생하는 하중을 기둥에 안전하고 명확하게 전달하도록 구현된 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조가 개시된다. 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조는 충전강관 기둥과, 상기 충전강관 기둥의 양측에 접합되는 강판콘크리트 벽체로 구성되며, 상기 충전강관 기둥과 강판콘크리트 벽체 간의 접합 구조로서, 상기 충전강관 기둥의 내측 및 외측으로 연장되며 상기 강판콘크리트 벽체의 길이 방향과 나란하게 배치되는 스터드를 구비한다. 따라서, 강판콘크리트 벽체 모듈 표면강판과 충전강관 기둥 모듈의 접합부에서 전단력, 휨모멘트를 전달하는 구성을 통해 대형 강판콘크리트 모듈화 시공을 구현할 수 있으며, 원전 구조물에서 충전강관 기둥 모듈의 시공성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조{STRUCTURE FOR CONNECTING STEEL PLATE CONCRETE WALL'S SURFACE PLATE WITH CONCRETE FILLED STEEL TUBE}
본 발명은 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원자력발전소의 강판콘크리트 벽체와 충전강관 기둥 간의 접합 시 벽체 끝단에서 발생하는 하중을 기둥에 안전하고 명확하게 전달하고자 구현된 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력발전소의 건물내부 기둥은 규모가 1,220mm × 1,220mm의 대형구조이며 합성기둥(Steel Reinforced Concrete) 형식으로서, 콘크리트 내부에 철골과 철근이 배치되어 있다. 기둥 설계는 건물 상부층의 수직 하중 또는 휨전단 하중을 하부층으로 전달하는 기능을 수행하며, 벽체 연결, 보 연결 및 바닥판 연결 구조가 복합적으로 작용하고 있다.
충전강관 기둥(CFT: Concrete Filled steel Tube)은 원형 또는 각형 단면의 강관 내부에 콘크리트를 충전하는 구조로서, 모듈 시공, 강성, 내구력 측면에서 우수한 특성을 발휘한다. 일반 건축 구조물에서 규모는 700mm × 700mm 이하 및 강판두께 20mm 이하로 설계되며, 그 활용도가 점차 증가하는 추세이다.
향후, 원자력발전소 건설 경쟁력은 안정성 향상과 건설공기 단축기술 확보에 기인하며, 벽체와 슬래브의 강판콘크리트(SC: Steel plate Concrete) 구조 모듈 개발과 기둥 연결을 포함한 대형 모듈화 시공기술이 반드시 요구된다. 기둥 설계도 인근 강판콘크리트 구조와 모듈화 시공이 가능하도록 강판두께 약 38mm의 대형 충전강관 기둥 구조를 도입하여 강판콘크리트 벽체와의 작용 하중 뿐만 아니라 강판콘크리트 슬래브에 작용하는 휨과 전단하중을 강재 보가 받아 충전강관 기둥의 전단 스터드 및 다이아프램(Diaphragm)으로 충분하게 전달하여야 하며, 콘크리트 기초와의 접합부 성능, 내화성능 등도 충분히 만족시켜야 한다.
대한민국 등록특허공보 제735681호 대한민국 등록특허공보 제1184511호
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 원자력발전소의 강판콘크리트 벽체 모듈과 대형 충전강관 기둥 모듈의 접합 상세 구조에 있어서 대형 구조모듈의 제작 및 시공이 용이하도록 함과 아울러 벽체 끝단부에서 발생하는 하중을 기둥에 안전하고 명확하게 전달하도록 구현된 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조를 제공한다.
본 발명에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조는 충전강관 기둥과, 상기 충전강관 기둥의 측면에 접합되는 강판콘크리트 벽체 및 하중전달 기구로 구성된다. 상기 충전강관 기둥과 강판콘크리트 벽체 간의 접합 구조로서, 상기 충전강관 기둥 내부의 콘크리트 단절에 따른 전단하중 전달기구로 기둥 표면강판의 내측 및 외측면에 스터드를 구비한다. 또는, 상기 충전강관 기둥의 크기가 강판콘크리트 벽체 두께보다 큰 경우, 강판콘크리트 벽체의 표면강판에서 발생하는 하중을 충전강관 기둥에 원활하게 전달하고자 벽체의 표면강판과 연장선상에 스티프너 또는 타이바를 구비한다.
본 발명에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조는 강판콘크리트 벽체 모듈 표면강판과 충전강관 기둥 모듈의 접합부에서 전단력, 휨모멘트를 전달하는 기구의 구성을 통해 기존의 합성기둥 시공성 개선 및 대형 강판콘크리트 모듈화 시공을 구현할 수 있으며, 원전 구조물에서 충전강관 기둥 모듈의 시공성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조를 도시한 평면도이고,
도 2는 도 1의 A-A선을 따른 단면도이며,
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조를 도시한 평면도이고,
도 4는 도 3의 "B"를 확대 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조를 도시한 평면도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
충전강관 기둥의 설계에서 압축, 인장, 휨모멘트, 전단하중 및 최소 두께는 KEPIC SNC, ACI 349의 일반규정을 따른다. 그러나, 충전강관 기둥의 표면강판과 내부 콘크리트 사이의 하중전달에 대한 구체적 설계기준은 KEPIC SNC, ACI 349에 명시되지 않으므로, AISC N690 및 AISC 360의 설계기준 및 고려사항을 적용하도록 한다. 원자력발전소에 적용되는 강판콘크리트 벽체 모듈과 연결된 충전강관 기둥의 표면강판, 스터드 등 강재 재료는 강판콘크리트 벽체 구조와 동일 재질을 사용하고, 콘크리트 재료 및 강도기준 또한 강판콘크리트 벽체 구조와 동일한 기준을 적용할 수 있다. 상기에서, 표면강판과 콘크리트가 분담하는 축하중 비율은 보수적으로 축강성비를 활용할 수 있다.
보-기둥 접합부에서 충전강관 기둥에 휨모멘트가 가해지는 경우, 휨모멘트에 의한 압축력은 내부 콘크리트와 표면강판이 축력과 같은 방법으로 나누어 지지할 수 있지만, 인장력의 경우는 내부 콘크리트는 지지하지 못하므로 표면강판이 100%의 힘을 지지하여야 한다. 아울러, 하중전달 길이는 충전강관 기둥의 두께 4배와 보의 하중전달 깊이를 더해서 구할 수 있다.
강판콘크리트 벽체 모듈과 충전강관 기둥 모듈접합의 경우, 벽체 끝단부에서의 면내 전단력과 면외 전단력을 기둥으로 전달하여야 하며, 하중 전달 길이는 벽체 전체에 대해서 적용할 수 있다. 스터드 같은 항복 전단 커넥터의 경우, 두 가지의 상황을 고려하는데 스터드 정착 길이, 즉 하중 전달 길이 내의 전체 스터드의 강도가 첫째, 표면 강판이 인장에 의해 항복하는 소요강도보다 커야 하고, 둘째, 표면 강판이 휨모멘트에 의한 면외전단 계산으로 추정할 수 있는 표면 강판 방향 전단 소요강도보다 커야한다. 이 두 가지 상황에 의해 계산된 간격 중 작은 것으로 하여 스터드 간격을 구할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조를 도시한 평면도이고, 도 2는 상기 도 1의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조는 충전강관 기둥(10)과, 상기 충전강관 기둥(10)의 양측에 접합되는 강판콘크리트 벽체(20)로 구성되며, 상기 충전강관 기둥(10)과 강판콘크리트 벽체(20) 간의 접합을 수행한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조는 다수의 스터드(30)를 구비한다. 스터드(30)는 상기 충전강관 기둥(10)의 내측 및 외측으로 연장되며, 상기 강판콘크리트 벽체(20)의 길이 방향과 나란하게 배치된다. 이 경우, 상기 충전강관 기둥(10)의 두께 방향 길이와 강판콘크리트 벽체(20)의 두께는 동일하게 형성된다.
즉, 상기 강판콘크리트 벽체(20)와 충전강관 기둥(10) 간은 벽체의 전단력, 휨모멘트를 전달하도록 하며, 동일 두께의 벽체와 기둥에서 발생 하중을 전달하기 위해서는 강판콘크리트 벽체(20)와 충전강관 기둥(10)의 사이에 스터드(30)를 배치한다. 스터드(30)는 전단 커넥터로서, 충전강관 기둥(10) 표면강판의 내측과 강판콘크리트 벽체(20) 방향으로 양측이 동일 선상에 배치된다.
이 경우, 스터드(30)의 설계는 전술한 하중 전달을 고려하여 계산될 수 있다. 스터드(30)를 충전강관 기둥(10) 표면강판의 양측에 설치하는 방법은 강판콘크리트 벽체(20) 두께와 충전강관 기둥(10) 변의 길이가 같을 때 적용하는 것이 바람직하다. 만약, 충전강관 기둥(10) 변의 길이보다 강판콘크리트 벽체(20)의 두께가 작을 경우에는 후술할 스티프너 또는 타이 바의 구성을 사용하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조를 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 "B"를 확대 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조는 충전강관 기둥(10)과, 상기 충전강관 기둥(10)의 양측에 접합되는 강판콘크리트 벽체(20)로 구성되며, 상기 충전강관 기둥(10)과 강판콘크리트 벽체(20) 간의 접합을 수행한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조는 다수의 스티프너(40)를 구비한다. 스티프너(40)는 강판콘크리트 벽체(20)의 표면강판에 대한 연장 선상으로 충전강관 기둥(10)의 내측에 설치된다. 아울러, 상기 스티프너(40)는 상기 강판콘크리트 벽체(20)의 표면강판에 대한 연장 선상과 나란하게 연장되고 상기 연장 단부로부터 강판콘크리트 벽체(20)의 길이 방향과 직교되는 방향으로 연장되게 구성된다. 이 경우, 상기 충전강관 기둥(10)의 두께 방향 길이는 강판콘크리트 벽체(20)의 두께보다 크게 형성된다.
즉, 원전구조물에서 강판콘크리트 벽체(20)의 두께가 충전강관 기둥(10)의 변 길이 보다 작은 경우가 다수 있으며, 이 경우 스티프너(40)를 추가로 설치함으로써 강도를 보강한다. 상기 강판콘크리트 벽체(20) 표면강판과 연장 선상으로 충전강관 기둥(10) 표면강판 내측에 설치되는 스티프너(40)는 강판콘크리트 벽체(20) 표면강판에서 전달되는 응력을 지탱하며, 충전강관 기둥(10) 내부 콘크리트는 스티프너(40)에서 전달된 응력에 대하여 파괴가 일어나지 않도록 한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조를 도시한 평면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조는 충전강관 기둥(10)과, 상기 충전강관 기둥(10)의 양측에 접합되는 강판콘크리트 벽체(20)로 구성되며, 상기 충전강관 기둥(10)과 강판콘크리트 벽체(20) 간의 접합을 수행한다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조는 타이 바(50)를 구비한다. 타이 바(50)는 강판콘크리트 벽체(20)의 길이 방향으로 충전강관 기둥(10)의 내벽 양측을 지지한다. 이 경우, 상기 충전강관 기둥(10)의 두께 방향 길이는 강판콘크리트 벽체(20)의 두께보다 크게 형성된다.
즉, 강판콘크리트 벽체(20)의 양면 표면강판으로부터 전달되는 압축력과 인장력을 충전강관 기둥(10)의 표면강판을 통해서 내부 콘크리트로 전달하는 기법은 콘크리트 파괴에 대한 설계 불확실성이 존재할 수 있으므로, 이를 방지하고자 충전강관 기둥(10) 반대편 강판콘크리트 벽체(20)의 표면강판으로 직접 전달하도록 타이 바(50)를 더 설치할 수 있다. 아울러, 충전강관 기둥(10)의 표면강판 양면에 전단 스터드(30)는 벽체 높이 전체에 걸쳐 설치되어 있다.
결국, 강판콘크리트 벽체(20) 모듈 표면강판과 충전강관 기둥(10) 모듈의 접합에서, 전단력, 휨모멘트를 전달하는 상세 기구는 충전강관 기둥(10) 변의 길이가 강판콘크리트 벽체(20) 두께와 동일하면 전단 스터드(30) 만을 설치하고, 강판콘크리트 벽체(20) 두께가 충전강관 기둥(10) 변의 길이보다 작은 경우 스티프너(40) 또는 타이 바(50)를 보강하도록 한다.
지금까지 본 발명에 따른 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 충전강관 기둥 20 : 강판콘크리트 벽체
30 : 스터드 40 : 스티프너
50 : 타이 바

Claims (6)

  1. 충전강관 기둥(10)과, 상기 충전강관 기둥(10)의 양측에 접합되는 강판콘크리트 벽체(20)로 구성되며, 상기 충전강관 기둥(10)과 강판콘크리트 벽체(20) 간의 접합 구조에 있어서; 상기 충전강관 기둥(10)의 내측 및 외측으로 연장되며, 상기 강판콘크리트 벽체(20)의 길이 방향과 나란하게 배치되는 스터드(30)를 구비하는 것을 특징으로 하는 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 충전강관 기둥(10)의 두께 방향 길이와 강판콘크리트 벽체(20)의 두께는 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조.
  3. 충전강관 기둥(10)과, 상기 충전강관 기둥(10)의 양측에 접합되는 강판콘크리트 벽체(20)로 구성되며, 상기 충전강관 기둥(10)과 강판콘크리트 벽체(20) 간의 접합 구조에 있어서; 강판콘크리트 벽체(20)의 표면강판에 대한 연장 선상으로 충전강관 기둥(10)의 내측에 설치되는 스티프너(40)를 구비하는 것을 특징으로 하는 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 스티프너(40)는 상기 강판콘크리트 벽체(20)의 표면강판에 대한 연장 선상과 나란하게 연장되고 상기 연장 단부로부터 강판콘크리트 벽체(20)의 길이 방향과 직교되는 방향으로 연장되게 구성되는 것을 특징으로 하는 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조.
  5. 충전강관 기둥(10)과, 상기 충전강관 기둥(10)의 양측에 접합되는 강판콘크리트 벽체(20)로 구성되며, 상기 충전강관 기둥(10)과 강판콘크리트 벽체(20) 간의 접합 구조에 있어서; 강판콘크리트 벽체(20)의 길이 방향으로 충전강관 기둥(10)의 내벽 양측을 지지하는 타이 바(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조.
  6. 제3 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 충전강관 기둥(10)의 두께 방향 길이는 강판콘크리트 벽체(20)의 두께보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 강판콘크리트 벽체 표면강판과 충전강관 기둥 접합 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017075485A (ja) * 2015-10-14 2017-04-20 株式会社竹中工務店 鋼管柱の補強構造
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KR20210070632A (ko) * 2019-12-05 2021-06-15 주식회사 포스코 합성기둥 및, 합성기둥 구조체

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