KR20160032891A

KR20160032891A - 더블앵글 박판 조립보 및 이를 이용한 합성보

Info

Publication number: KR20160032891A
Application number: KR1020140123586A
Authority: KR
Inventors: 류수현
Original assignee: 삼육대학교산학협력단
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-03-25
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: KR101612623B1

Abstract

본 발명은 강판이 단면 외피에 영구 거푸집으로 구성되고 단면 내부에 콘크리트가 채워지는 강콘크리트 합성보를 구성하기 위한 강판 조립보에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응력에 대응하여 두께를 달리하는 강판과 앵글을 조립한 강판 조립보와 이를 이용한 강콘크리트 합성보에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 더블앵글 박판 조립보는 일정 두께를 갖는 하부판, 하부판보다 얇은 두께의 박판으로 구성되고 하부판 상면 양단에 각각 수직하게 결합되는 한 쌍의 측판, 한 쌍의 측판보다 두꺼운 ㄱ형강으로 구성되고 ㄱ형강의 수평부가 단면의 내측을 향하도록 ㄱ형강의 수직부 내측면이 한 쌍의 측판 상단 외면에 접합되며 상면에는 길이방향을 따라 일정 간격으로 스터드볼트가 접합되는 한 쌍의 앵글부재, 한 쌍의 측판 길이방향을 따라 일정 간격으로 한 쌍의 측판을 연결하는 측판연결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

더블앵글 박판 조립보 및 이를 이용한 합성보{Fabricated beam with steel plates and angles and composite beam using the same}

본 발명은 강판이 단면 외피에 영구 거푸집으로 구성되고 단면 내부에 콘크리트가 채워지는 강콘크리트 합성보를 구성하기 위한 강판 조립보에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응력에 대응하여 두께를 달리하는 강판과 앵글을 조립한 강판 조립보와 이를 이용한 강콘크리트 합성보에 관한 것이다.

강콘크리트 합성보는 강재 보와 콘크리트가 단일부재로 거동하도록 구현하여 휨모멘트를 받을 때 압축응력의 대부분은 콘크리트가 부담하도록 하고 인장응력은 강재가 부담하도록 하는 효율적인 구조부재로써 보의 춤을 줄여 건축구조물의 층고를 줄일 수 있고 보 단면의 저항강도와 저항강성 증대로 장 스팬 구조물이 가능하게 하며 극한성능이나 변형성능이 증대되는 장점을 가지고 있다. 강콘크리트 합성보는 오랜 기간 동안 여러 형상이 개발되어왔는데, 강재의 단면을 구조부재의 인장측 외피에 집중배치하고 내부에 콘크리트가 채워지는 강판 영구 거푸집형 합성보가 그 중 하나이다. 강판에 의해 콘크리트가 구속됨으로 휨 강성이 증가되며 콘크리트가 노출되지 않으므로 균열과 중성화를 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 합성보와 슬래브의 콘크리트가 일체로 타설되어 양생되므로 구조적 일체성이 확보되고 별도의 거푸집을 사용하지 않아 경제적이고 친환경적인 공법이다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 10-0343960 ‘강콘크리트 구조시스템'(특허문헌1)이 있다. 이 특허는 채널 또는 두 개의 앵글을 인장재로 보의 최외곽에 배치하여 구성하는 강콘크리트 합성보를 제안한다. 이 특허가 제안하는 강콘크리트 합성보는 채널과 앵글을 구조재이면서 공사중에는 거푸집 역할을 동시에 수행할 수 있어 효율적이며 강재가 구조부재의 최외곽에 배치되어 응력상 효율적이며 균열을 방지할 수 있는 장점이 있으나 휨 보강에 필요한 바닥판 두께로 채널형 강재 보 전체를 균일한 두께로 일체로 구성하여 비합리적인 과도한 강재량을 사용한다는 단점을 가진다.

본 발명의 배경이 되는 다른 기술로는 특허등록 10-0759041 ‘건축물의 기둥과 철골보의 연결구조 및 연결방법'(특허문헌2)이 있다. 이 특허는 휨 모멘트가 최대로 발생하는 철골보의 단부에 철판을 영구 거푸집으로 구성하고 콘크리트를 타설하여 보의 단부를 별도로 보강하여 보 중앙부에 발생하는 휨 모멘트로 보를 설계하는 기술을 제안한다. 이 특허가 제안하는 기술은 보의 전체적인 단면적과 강재량을 줄일 수 있는 장점이 있으나 보의 단부를 보강함에 있어 균일한 두께의 철판을 구성하기 때문에 비합리적인 과도한 강재량을 사용한다는 단점을 가진다.

특허등록 제10-0343960호 ‘강콘크리트 구조시스템' 특허등록 제10-0759041호 ‘건축물의 기둥과 철골보의 연결구조 및 연결방법'

본 발명은 상술한 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로 강재의 단면을 구조부재의 인장측 외피에 집중배치하고 내부에 콘크리트가 채워지는 기존 강판 영구 거푸집형 합성보의 장점을 살리되 강재의 사용량을 줄이면서 경제적으로 외력에 저항할 수 있는 강판 조립보 및 이를 이용한 합성보를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 더블앵글 박판 조립보는 일정 두께를 갖는 하부판, 하부판보다 얇은 두께의 박판으로 구성되고 하부판 상면 양단에 각각 수직하게 결합되는 한 쌍의 측판, 한 쌍의 측판보다 두꺼운 ㄱ형강으로 구성되고 ㄱ형강의 수평부가 단면의 내측을 향하도록 ㄱ형강의 수직부 내측면이 한 쌍의 측판 상단 외면에 접합되며 상면에는 길이방향을 따라 일정 간격으로 스터드볼트가 접합되는 한 쌍의 앵글부재, 한 쌍의 측판 길이방향을 따라 일정 간격으로 한 쌍의 측판을 연결하는 측판연결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 하부판의 상면에는, 하부판 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 더블앵글 박판 조립보 단면 내측으로 돌출되게 스터드볼트가 설치될 수 있다.

또한, 측판연결부재는 측판 높이방향 중앙부와 측판 높이방향 하단부에 2열로 설치될 수 있다.

한편, 하부판은, T형강으로 구성되어 역T형으로 배치될 수 있다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 합성보는 일정 두께를 갖는 하부판, 하부판보다 얇은 두께의 박판으로 구성되고 하부판 상면 양단에 각각 수직하게 결합되는 한 쌍의 측판, 한 쌍의 측판보다 두꺼운 ㄱ형강으로 구성되고 ㄱ형강의 수평부가 단면의 내측을 향하도록 ㄱ형강의 수직부 내측면이 한 쌍의 측판 상단 외면에 접합되며 상면에는 길이방향을 따라 일정 간격으로 스터드볼트가 접합되는 한 쌍의 앵글부재, 한 쌍의 측판 길이방향을 따라 일정 간격으로 한 쌍의 측판을 연결하는 측판연결부재를 포함하여 구성되는 더블앵글 박판 조립보; 더블앵글 박판 조립보의 앵글부재 상부에 단부가 거치되는 데크플레이트; 더블앵글 박판 조립보의 단면 내부와 데크플레이트의 상부에 타설 양생되는 콘크리트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 더블앵글 박판 조립보 및 이를 이용한 합성보는, 합성보와 슬래브의 콘크리트가 일체로 형성되므로 구조적 일체성이 확보되고 강판 조립보가 거푸집 역할을 대신하기 때문에 별도의 거푸집을 사용하지 않아 친환경적이며 공기 단축과 비용절감 효과를 얻을 수 있다.

또한, 강판에 의해 콘크리트가 구속됨으로 휨 강성이 증가되며 콘크리트가 노출되지 않으므로 균열과 중성화를 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

특히, 부위에 따라 소요되는 강재의 양을 탄력적으로 조절할 수 있어서 강재의 사용량을 줄이면서 경제적으로 외력에 저항할 수 있어 효율적이며 친환경적이고 경제적인 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 더블앵글 박판 조립보의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 더블앵글 박판 조립보의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 더블앵글 박판 조립보의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 더블앵글 박판 조립보를 이용한 합성보의 단면도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 더블앵글 박판 조립보의 사시도이다.

본 발명에 따른 더블앵글 박판 조립보는 일정 두께를 갖는 하부판(11), 하부판(11)보다 얇은 두께의 박판으로 구성되고 하부판(11) 상면 양단에 각각 수직하게 결합되는 한 쌍의 측판(12,12), 한 쌍의 측판(12,12)보다 두꺼운 ㄱ형강으로 구성되고 ㄱ형강의 내측 일면이 한 쌍의 측판(12,12) 상단 외면에 접합되며 상면에는 길이방향을 따라 일정 간격으로 스터드볼트(131)가 접합되는 한 쌍의 앵글부재(13,13), 한 쌍의 측판(12,12) 길이방향을 따라 일정 간격으로 한 쌍의 측판(12,12)을 연결하는 측판연결부재(14)를 포함한다.

하부판(11)은 다른 구성요소보다 가장 두꺼운 강판으로 구성된다. 보는 휨을 받는 부재로 보 중립축의 최하단에 위치하는 하부판(11)은 최대 인장성능이 요구되는 구성요소이다. 본 발명에서는 중립축 최하단, 즉 최대치의 인장력에 저항하는 하부판(11)을 가장 두꺼운 강판으로 구성하고 하부판(11)보다 작은 인장력에 저항하거나 저항할 필요가 없는 다른 구성요소는 하부판(11)보다 얇은 강판으로 구성하여 보 구성에 사용되는 강재량을 탄력적으로 조절할 수 있도록 하였다. 하부판(11)의 두께는 최대 휨 저항에 충분한 필요 인장력에 의해 결정되도록 구조계산에 따른다.

한 쌍의 측판(12,12)은 하부판(11)보다 얇은 박판으로 구성되며 하부판(11) 상면 양단에서 하부판(11)과 수직하게 결합된다. 한 쌍의 측판(12,12)은 더블앵글 박판 조립보의 측벽을 이루는 것으로 예각이나 둔각으로 경사지게 형성될 수 있으나 바람직하게는 수직으로 형성되며, 높이는 다양하게 형성될 수 있다. 하부판(11)과 한 쌍의 측판(12,12)은 U자형 단면으로 공간을 형성하여 후술되는 콘크리트 타설시 거푸집 역할을 하며, 콘크리트 양생 후에는 철근콘크리트구조의 Stirrup과 같이 보의 전단력에 저항하고 동시에 압축측과 인장측을 연결시키며 지점 부근에 있어서는 사인장 응력에 대해서 보강 역할을 한다.

한 쌍의 측판(12,12)은 하부판(11)에 용접 등의 이 분야에 공지된 임의의 방법으로 결합될 수 있으며 바람직하게는 도시된 바와 같이 하부판(11)에 홈(11h)을 형성하여 측판(12)을 홈(11h)에 끼운 후 외측에서 모살용접하는 방식으로 결합될 수 있다. 이렇게 홈(11h)에 측판(12)의 하단을 끼운 상태에서 용접할 경우 콘크리트 측압에 의해 외측으로 벌어지려고 하는 측판(12)의 하단이 홈(11h)에 의해 1차로 구속되므로 측판(12)을 하부판(11)에 고정하기 위한 용접량을 줄일 수 있는 잇점이 있다.

한 쌍의 측판(12,12) 상단에는 각각 앵글부재(13,13)가 결합된다. 한 쌍의 앵글부재(13,13)는 측판(12,12)보다 두꺼운 ㄱ형강으로 구성되며 ㄱ형강의 수평부가 단면의 내측을 향하도록 ㄱ형강의 수직부 내측면이 한 쌍의 측판(12,12) 상단 외측에 접합된다. 앵글부재(13)는 후술되는 데크플레이트의 지지점을 제공하는 수단으로 데크플레이트를 거치하며 데크플레이트의 자중을 지지하고 콘크리트 타설시 데크플레이트에 하중 전달 지지점을 제공한다. 앵글부재(13)의 크기와 두께는 데크플레이트 걸침길이 및 데크플레이트 및 콘크리트 하중 등을 고려하여 구조계산에 의해 결정된다.

한 쌍의 앵글부재(13,13) 상면 즉, ㄱ형강의 수평부 상면에는 앵글부재 길이방향을 따라 일정 간격으로 스터드볼트(131)가 접합된다. 스터드볼트(131)는 전단연결재(shear connector)의 일종으로 수평 전단력에 저항하여 전단응력을 전달하는 동시에 휨응력에 의한 슬래브 콘크리트와 앵글부재의 분리를 방지하여 일체성을 확보하는 것으로 상부슬래브와 합성보를 일체화한다. 스터드볼트(131)는 앵글부재 상면에 접합되되 데크플레이트의 걸침 길이를 확보하도록 충분한 이격거리를 두고 결합되어야 한다.

측판연결부재(14)는 한 쌍의 측판(12,12)을 연결하여 한 쌍의 측판(12,12) 사이의 간격을 유지하는 수단이다. 측판연결부재(14)는 한 쌍의 측판(12,12) 길이방향을 따라 일정 간격으로 한 쌍의 측판(12,12)을 연결하도록 결합되며 바람직하게는 도시된 바와 같이 양단에 나사산이 결합된 장볼트(B)가 양측 측판(12,12)을 관통하도록 삽입되고 측판 외측에서 너트(N)를 체결하여 결합될 수 있다. 측판연결부재(14)는 콘크리트 타설시 발생하는 측압에 의한 한 쌍의 측판(12,12)의 벌어짐을 방지하며 콘크리트와 일체로 거동하여 전단내력을 발휘한다. 측판연결부재(14)의 설치 높이는 제한적이지 않으나 도시된 바와 같이 측판 높이방향 중앙부에 설치되는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 더블앵글 박판 조립보의 사시도이다.

본 실시예에서 하부판(11)의 상면에는 하부판(11) 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 더블앵글 박판 조립보 단면 내측으로 돌출되게 스터드볼트(111)가 더 설치된다. 이는 더블앵글 박판 조립보와 더블앵글 박판 조립보 내부로 타설 양생되는 콘크리트가 합성보로 일체화 거동을 하기 위한 것으로 더블앵글 박판 조립보와 콘크리트 사이의 수평 전단력에 저항하여 전단응력을 전달하는 동시에 일체성을 확보하게 한다. 도면에서는 스터드볼트(111)가 일렬로 배치된 것으로 도시되었으나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 더블앵글 박판 조립보의 크기와 구조계산에 따라 2열 또는 그 이상의 열로 배치될 수 있다. 스터드볼트(111)의 접합은 용접 등의 이 분야에 공지된 임의의 방법을 따른다.

또한, 본 실시예에서는 한 쌍의 측판(12,12)을 연결하는 측판연결부재(14)가 측판 높이방향 중앙부와 더불어 측판 높이방향 하단부에 더 설치된다. 측판연결부재(14)가 측판 하단부에 더 설치되면 콘크리트 타설시 측판(12)이 하부판(11)으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 이때, 스터드볼트(111)와 측판 하단부 측판연결부재(14)는 서로가 간섭되지 않도록 교호로 설치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 더블앵글 박판 조립보의 단면도이다.

본 실시예에서 하부판(11a)은 T형강으로 구성되어 역T형 형상으로 배치된다. 평판이 아닌 T형강으로 하부판(11a)을 구성하면 앞서 설명한 실시예에서 하부판(11)에 설치된 스터드볼트(111)를 생략하면서도 전단보강 및 콘크리트와의 일체화를 기대할 수 있다. 또한 인장측에 단면이 보강되어 평판일 때보다 큰 휨내력을 기대할 수 있으므로 큰 인장 내력이 필요할 때에는 하부판(11a)을 T형강으로 구성하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따른 더블앵글 박판 조립보를 이용한 합성보의 단면도이다.

이상과 같이 구성되는 더블앵글 박판 조립보(10)를 이용한 강콘크리트 합성보를 설명하면 다음과 같다. 더블앵글 박판 조립보(10)가 설계 위치에 세워진 기둥(미도시)에 설치되고 나면 더블앵글 박판 조립보의 앵글부재(13) 상부에는 도 4에 도시된 바와 같이 데크플레이트(15)의 단부가 거치된다. 앞서 설명한 바와 같이 앵글부재(13)은 데크플레이트(15)의 거치면을 제공하며 하중 지지점을 제공하게 된다. 더블앵글 박판 조립보(10)의 단면 내부와 데크플레이트(15)의 상부에는 콘크리트(16)가 타설 양생되어 더블앵글 박판 조립보 내부에는 합성보가, 데크플레이트 상부에는 슬래브가 일체로 형성된다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 합성보와 슬래브의 콘크리트가 일체로 형성되므로 구조적 일체성이 확보되고 강판 조립보가 거푸집 역할을 대신하기 때문에 별도의 거푸집을 사용하지 않아 친환경적이며 공기 단축과 비용절감 효과를 얻을 수 있다.

또한, 강판에 의해 콘크리트가 구속됨으로 휨 강성이 증가하며 콘크리트가 노출되지 않으므로 균열과 중성화를 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

특히, 부위에 따라 소요되는 강재의 양을 탄력적으로 조절할 수 있어서 강재의 사용량을 줄이면서 경제적으로 외력에 저항할 수 있어 효율적이며 친환경적이고 경제적이다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10 : 더블앵글 박판 조립보 11: 하부판
111:하부판 스터드볼트 11h: 하부판 홈
12: 측판 13: 앵글부재
131: 앵글부재 스터드볼트 14: 측판연결부재
15: 데크플레이트 16: 콘크리트

Claims

일정 두께를 갖는 하부판(11), 하부판(11)보다 얇은 두께의 박판으로 구성되고 하부판(11) 상면 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 측판(12,12), 한 쌍의 측판(12,12)보다 두꺼운 ㄱ형강으로 구성되고 ㄱ형강의 수평부가 단면의 내측을 향하도록 ㄱ형강의 수직부 내측면이 한 쌍의 측판(12,12) 상단 외면에 접합되며 상면에는 길이방향을 따라 일정 간격으로 스터드볼트(131)가 접합되는 한 쌍의 앵글부재(13,13), 한 쌍의 측판(12,12) 길이방향을 따라 일정 간격으로 두고 한 쌍의 측판(12,12)을 연결하는 측판연결부재(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블앵글 박판 조립보.
제1항에 있어서,
하부판(11)의 상면에는 하부판(11) 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 더블앵글 박판 조립보 단면 내측으로 돌출되게 스터드볼트(111)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 더블앵글 박판 조립보.
제1항에 있어서,
측판연결부재(14)가 측판(12) 높이방향 중앙부와 측판(12) 높이방향 하단부에 2열로 설치되는 것을 특징으로 하는 더블앵글 박판 조립보.
제1항에 있어서,
하부판(11)은,
T형강으로 구성되어 역T형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 더블앵글 박판 조립보.
일정 두께를 갖는 하부판(11), 하부판(11)보다 얇은 두께의 박판으로 구성되고 하부판(11) 상면 양단에 각각 수직하게 결합되는 한 쌍의 측판(12,12), 한 쌍의 측판(12,12)보다 두꺼운 ㄱ형강으로 구성되고 ㄱ형강의 수평부가 단면의 내측을 향하도록 ㄱ형강의 수직부 내측면이 한 쌍의 측판(12,12) 상단 외면에 접합되며 상면에는 길이방향을 따라 일정 간격으로 스터드볼트(131)가 접합되는 한 쌍의 앵글부재(13,13), 한 쌍의 측판(12,12) 길이방향을 따라 일정 간격으로 두고 한 쌍의 측판(12,12)을 연결하는 측판연결부재(14)를 포함하는 더블앵글 박판 조립보(10);
더블앵글 박판 조립보(10)의 앵글부재(13) 상부에 단부가 거치되는 데크플레이트(15); 및
더블앵글 박판 조립보(10)의 단면 내부와 데크플레이트(15)의 상부에 타설 양생되는 콘크리트(16);를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성보.