KR20170023572A - 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지진 발생 시 구조물에 전해지는 관성에너지를 긴장재 및 응력흡수패드를 이용하여 흡수하도록 하여 구조물의 내진보강이 용이하며, 강연선의 재긴장으로 내하력 회복이 우수한 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법은 (a) 콘크리트 기초 상면에 앵커볼트를 이용하여 철골기둥이 설치되어야 부위에 패드삽입홈이 형성된 확장받침플레이트를 고정하는 단계; (b) 상기 확장받침플레이트의 패드삽입홈에 응력흡수패드를 삽입하는 단계; (c) 상기 패드삽입홈에 삽입된 응력흡수패드 상면에 상기 저면돌출삽입구가 접하도록, 철골부재로서 저면에 일체로 형성된 확장지지플레이트; 및 상기 확장지지플레이트 저면에 돌출 형성된 저면돌출삽입구;가 일체로 형성된 철골기둥을 확장받침플레이트에 일체로 설치하는 단계를 포함한다.

Description

내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법{STEEL COULMN CONNECTING CONSTRUCTION METHOD FOR EARTHQUAKE-RESISTANT}

본 발명은 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 지진 발생 시 구조물에 전해지는 관성에너지를 긴장재 및 응력흡수패드를 이용하여 흡수하도록 하여 구조물의 내진보강이 용이하며, 긴장재의 재긴장으로 내하력 회복이 우수한 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법에 대한 것이다.

도 1은 종래 콘크리트 기초(10)와 지주의 연결구성을 도시한 것이다.

이때 상기 지주는 방음벽용 지주로서 철골기둥(20)을 이용하고 있음을 알 수 있으며 콘크리트 기초 상면에 상기 철골기둥(20)의 하단이 앵커볼트(30)에 의하여 고정 설치되고 있음을 알 수 있다.

이에 지주에 수평력 등이 작용하게 되면 콘크리트 기초에 고정 설치된 앵커볼트의 전단력 등에 의하여 저항하게 되는데 사실상 이러한 앵커볼트에 의한 지주의 저항성능은 매우 제한적일 수밖에 없다는 한계가 있었다.

또한 콘크리트 기초와 지주의 연결부위가 파손되면 사실상 철거 및 신규 시공될 수밖에 없기 때문에 유지관리 측면에서 매우 불리할 수밖에 없게 된다.

이에 본 발명은 콘크리트 기초에 철골기둥을 설치하고 철골기둥 사이에 보를 설치함에 있어서, 지진 등에 의한 수평력이 작용할 경우 수평력에 의한 보와 철골기둥의 연결부위, 콘크리트 기초와 철골기둥의 연결부위의 역학적 저항성능을 극대화 시킨 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

첫째, 본 발명은 철골기둥과 콘크리트 기초의 연결부위는 상면에 파여진 홈 형태인 패드삽임홈이 형성된 확장받침플레이트를 콘크리트 기초 상면에 고정 설치하고, 상기 패드삽입홈에는 응력흡수패드를 삽입시키게 된다.

둘째, 상기 철골기둥 저면에는 확장지지플레이트를 형성시키고, 확장지지플레이트의 저면에는 저면돌출삽입구를 일체로 형성시켜, 저면돌출삽입구가 패드삽입홈에 삽입되어 응력흡수패드 상면과 접하면서 눌려지도록 한 상태에서 확장지지플레이트를 확장받침플레이트와 일체화시키게 된다.

셋째, 상기 철골기둥에는 양 철골보의 단부가 연결되도록 하되, 철골보에는 연장길이에 걸쳐 긴장재가 배치되고 각 철골보의 긴장재는 철골기둥에 긴장후 교차 정착되어 철골보가 철골기둥에 긴장재의 긴장정착에 의하여 연결되도록 하게 된다.

이를 위하여 본 발명은

(a) 콘크리트 기초 상면에 앵커볼트를 이용하여 철골기둥이 설치되어야 부위에 패드삽입홈이 형성된 확장받침플레이트를 고정하는 단계; (b) 상기 확장받침플레이트의 패드삽입홈에 응력흡수패드를 삽입하는 단계; (c) 상기 패드삽입홈에 삽입된 응력흡수패드 상면에 상기 저면돌출삽입구가 접하도록, 철골부재로서 저면에 일체로 형성된 확장지지플레이트; 및 상기 확장지지플레이트 저면에 돌출 형성된 저면돌출삽입구;가 일체로 형성된 철골기둥을 확장받침플레이트에 일체로 설치하는 단계; 및

(d) 철골보의 단부면은 상기 철골기둥의 양 플랜지에 일체로 강결되도록 하되, 일측 철골보의 연장길이에 걸쳐 배치된 긴장재는 접하고 있는 철골기둥의 일측 플랜지를 관통하여 타측 플랜지에 긴장 후 정착시키고, 타측 철골보에 배치된 긴장재는 접하고 있는 철골기둥의 타측 플랜지를 관통하여 일측 플랜지에 긴장 후 교차 정착시키는 단계;를 포함하는 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법을 제공하게 된다.

본 발명은 철골보, 철골기둥, 콘크리트 기초는 긴장재의 긴장 정착 및 확장받침플레이트와 확장지지플레이트에 의하여 서로 연결되어,

긴장재에 의한 압축응력 도입에 따라 철골보의 휨 강성을 충분히 확보할 수 있도록 하여 장지간(기둥구조물과 기둥구조물 사이 연장거리) 철골보 설치가 가능하게 되며, 긴장재의 비탄성 영구변형에 의한 에너지 소산이 가능하여 구조물의 내진보강에 유리하게 된다.

또한 철골기둥과 콘크리트 기초 연결부위에 있어 응력흡수패드에 의하여 발생되는 집중응력을 상쇄시킬 수 있어 지진등에 의한 수평력에 효과적으로 저항할 수 있으며 상기 연결부위의 국부적 좌굴등을 방지할 수 있게 된다.

또한 철골기둥과 철골보는 긴장재가 철골기둥에서 교차정착되어 있어 추후 재 긴장을 통하여 연결부위 유지관리가 용이하게 된다.

도 1은 종래 종래 콘크리트 기초와 지주의 연결구성도,
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명의 철골기둥, 철골보 및 콘크리트 기초의 연결부 구성도 및 결합사시도를 도시한 것이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

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.

본 발명에 의한 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부를 도 2a 내지 도 2d를 기준으로 살펴본다.

[ 철골기둥(100)과 콘크리트 기초(300)의 연결구성 ]

도 2a 및 도 2b는 철골기둥(100)과 콘크리트 기초(300)의 연결구성도 및 결합사시도 도시한 것이다.

먼저 도 2a에 의한 상기 철골기둥(100)과 철골보(200)의 연결구성도를 살펴보면 응력흡수패드(410)를 이용하여 서로 강결 시키고 있음을 알 수 있다.

이에 상기 응력흡수패드(410)는 그 명칭과 같이 전달되는 응력을 흡수하여 상쇄시키는 역할을 하게 되며 스테인레스 또는 납 재질의 사각형 플레이트로 형태로 형성시키고 있음을 알 수 있다.

이에 상기 응력흡수패드(410)는 전달된 응력에 의하여 제한된 슬라이딩 또는 변형에 의하여 응력을 흡수하는 과정에서 전달되는 응력을 흡수하여 상쇄시키는 역할을 하게 된다.

이때 제한된 슬라이딩 또는 변형을 위하여 본 발명은 패드삽입홈(422)이 형성된 확장받침플레이트(420)와 철골기둥(100)에 저면에 돌출 형성된 저면돌출삽입구(120)를 이용하게 된다.

즉, 도 2a 및 도 2b와 같이 콘크리트 기초(300) 상면에 앵커볼트로 고정 설치되는 확장받침플레이트(420)를 구비하게 되는데, 확장의 의미는 철골기둥의 단면적 보다 큰 단면적을 가지도록 하여 하중 분산에 용이하도록 한 것임을 의미한다.

도 2a의 경우에는 직사각형 형태의 확장받침플레이트(420)가 개시되어 있으며 앵커볼트(440)가 관통될 수 있도록 모서리 부위에 앵커홀(421)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

또한, 중앙부 상면에는 패드삽입홈(422)이 파여진 홈 형태로 형성되어 있음을 알 수 있다.

이러한 패드삽입홈(422)은 앞서 살펴본 응력흡수패드(410)가 삽입 설치될 수 있는 단면적을 가진 홈으로서 도 2a에는 사각형 홈으로 형성되어 있음을 알 수 있다.

이에 상기 응력흡수패드(410)가 패드삽입홈(422)에 삽입된 상태에서 철골기둥(100)의 하부에 형성된 저면돌출삽입구(120)가 패드삽입홈(422) 상면에 접하도록 하면서 패드삽입홈(422)에 저면돌출삽입구(120)가 삽입되는 형태가 된다.

이때 상기 저면돌출삽입구(120)는 돌출된 블록형태로서 사각 직육면체 형태로 형성되며 중실블록이다.

이에 철골기둥(100)에 작용하는 하중은 저면돌출삽입구(120)로 유도되어 응력흡수패드(410)로 전달되도록 하게 된다.

나아가 상기 철골기둥(100)은 H형 단면의 철골부재를 이용하게 되므로 저면에 확장지지플레이트(110)를 일체로 형성시키게 된다.

이러한 확장지지플레이트(110)는 철골기둥(100)의 저면 단면적보다 큰 단면적을 가지도록 하면서 저면에 상기 저면돌출삽입구(120)가 일체로 형성되도록 하게 된다.

이에 철골기둥(100)의 안정적인 자립 설치가 가능하도록 하면서 확장지지플레이트(110)에 의한 전달되는 응력의 분산이 용이하게 되고, 저면돌출삽입구(120)를 통하여 응력흡수패드(410)로 상기 응력을 전달시키게 된다.

이에 응력흡수패드(410) 상면에 접하도록 설치된 저면돌출삽입구(120)는 철골기둥과 일체로 형성되어 있어 지진 등에 의한 수평력이 작용할 경우 응력흡수패드(410) 상면에서 제한된 슬라이딩 또는 제한된 변형을 통해 에너지 소산 및 상쇄를 통해 내진성능을 가지게 된다.

이에 상기 저면돌출삽입구(120)는 응력흡수패드(410) 상면 단면적보다 약간 작게 형성시켜 제한된 슬라이딩 또는 제한된 변형이 구속되지 않도록 하게 된다.

이때 도 2b와 같이 상기 확장지지플레이트(110)를 확장받침플레이트(420) 상면에 일체로 고정시켜 설치함으로서 저면돌출삽입구(120)는 응력흡수패드(410)가 설치된 상태의 패드삽입홈(422)에 삽입된 상태를 유지할 수 있게 된다.

[ 철골기둥과 철골보의 연결구성 ]

도 2c 및 도 2d는 철골기둥(100)과 철골보(200)의 연결구성도를 도시한 것이다.

구조물중 건축구조물은 콘크리트 기초(300)에 철골기둥(100)을 설치하고, 철골기둥(100)에 수평으로 철골보(200)를 연결한 후, 상기 철골보(200) 상면에 슬래브(바닥판)을 시공하는 구조로 시공하게 된다.

이에 도 2c와 같이, 철골기둥(100)은 H형 단면의 철골부재인데, 역시 H형 단면의 철골부재로서 철골보(200)를 연결함에 있어서는 통상 용접 또는 볼트연결을 이용하게 된다.

이러한 용접 또는 볼트연결 방법은 강결 구조로서 기능하도록 한 것에 불과하고 설사 긴장재를 이용하더라도 철골보(200) 자체에 압축프리스트레스를 도입하는 것에 지나지 않게 된다.

이에 본 발명은 철골기둥(100) 상부에 서로 마주보도록 철골보(200)를 용접하여 강결시키되 긴장재(430)를 이용하되 철골보(200)를 철골기둥(100)에 교차 정착시키게 된다.

즉, 도 2b와 같이 양 철골보(200)의 단부면은 철골기둥(100)의 양 플랜지에 일체로 강결되도록 하되, 일측 철골보(200a)의 연장길이에 걸쳐 배치된 긴장재(430a)는 접하고 있는 철골기둥의 일측 플랜지를 관통하여 타측 플랜지에 긴장 후 정착시키게 된다.

또한 타측 철골보(200b)에 배치된 긴장재(430b)는 접하고 있는 철골기둥의 타측 플랜지를 관통하여 일측 플랜지에 긴장 후 정착시키게 된다.

물론 도 2d와 같이 철골기둥(100)의 일측에만 철골보(200)가 설치되는 경우라면 긴장재(430)를 철골기둥을 관통하여 외측면에 긴장 후 정착시키면 된다.

이에 장경간의 철골보(200) 설치가 가능하게 되며, 이와 같이 교차 정착시키는 이유는 추후 지진 등에 의하여 철골보(200)에 과다한 휨 모멘트가 발생하게 되면 철골보의 단부에 긴장 정착된 긴장재(430)는 달리 상기 휨 모멘트에 저항하지 못하게 된다.

이에 본 발명은 철골보(200)에 배치된 긴장재(430)의 단부가 철골기둥(100)에 교차 정착되도록 하여 긴장재(430)가 철골보(200)에 긴장재에 의하여 매달려 지지될 수 있도록 한 것이다.

즉 긴장재(430)는 휨 모멘트 증가에 따라 비탄성 영구변형이 발생하면서 에너지 분산에 따른 하중을 소산시킬 수 있도록 한 것이다.

이로서 본 발명의 철골기둥(100)과 철골보(200)는 강결된 이후 긴장재에 의하여 수곡되어 비탄성 영구변형이 발생하면서 지진 등에 의한 수평력에 보다 효과적으로 저항할 수 있게 되고 철골기둥의 잔류변형을 억제하게 된다.

철골기둥(100)을 통해 콘크리트 기초(300)에 최종 응력이 전달되도록 함에 있어서 앞서 살펴본 것과 같이, 철골보(200)의 저면에 형성된 확장지지플레이트(110)에 의한 전달되는 응력의 분산이 발생되고, 확장지지플레이트(110) 저면에 형성된 저면돌출삽입구(120)를 통하여 응력흡수패드(410)로 상기 응력을 전달시키게 된다.

[ 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법]

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 철골기둥, 철골보 및 콘크리트 기초의 연결부 시공방법 순서도이다.

먼저 도 3a와 같이 콘크리트 기초(300)를 시공하게 된다.

이러한 콘크리트 기초(300)는 구조물 시공을 위한 전면기초 등이 될 수 있을 것이며 일정한 두께로 형성되는 콘크리트 구조체이다.

이에 상기 콘크리트 기초(300) 상면에는 철골기둥(100)이 수직으로 상방 연장되도록 설치되는데 층고를 고려하여 상방 연장길이가 정해지게 된다.

이러한 철골기둥(100)을 콘크리트 기초(300) 상면에 고정시키기 위하여 확장받침플레이트(420)를 이용하게 된다.

즉, 도 3a와 같이 철골기둥(100)이 설치되어야 부위에 먼저 앵커볼트를 이용하여 콘크리트 기초(300) 상면에 확장받침플레이트(420)를 고정 시키게 된다.

이러한 확장받침플레이트(420) 중앙 상면에는 패드삽입홈(422)이 형성되어 있음을 알 수 있으며, 상기 패드삽입홈(422)에는 응력흡수패드(410)가 삽입 설치되고 있음을 알 수 있다.

다음으로는 도 3b와 같이, 하부에 일체로 형성된 확장지지플레이트(110)와 확장지지플레이트(110) 저면에 일체로 형성된 저면돌출삽입구(120)가 구비된 철골기둥(100)을 인양하여 상기 저면돌출삽입구(120)가 응력흡수패드(410) 상면에 지지되도록 한 상태에서 상기 확장지지플레이트(110)를 확장받침플레이트(420)를 용접등의 방법으로 고정시키게 된다.

다음으로는 도 3c와 같이 철골기둥(100) 상부에 철골보(200)를 강결시켜 설치하고 긴장재(430)가 철골보(200)에 교차 정착되도록 하게 된다.

이에 콘크리트 기초(300)에 철골기둥(100)과 철골보(200)를 긴장재(430)를 이용하여 시공하게 되면 슬래브(미도시)를 시공하여 최종 구조물의 기본적인 시공이 완료될 수 있도록 하게 된다.

나아가 시간이 경과함에 따라 노후화 되는 구조물의 내하력 회복에 따른 유지보수를 강연선의 재 긴장만으로 쉽고 빠르게 완료할 수 있게 된다.

이로서 본 발명은 초기 강성을 저감시키지 않고 소성변형 후 잔류변형을 없애면서 우수한 에너지 흡수 능력을 갖는 철골보와 철골기둥의 연결이 가능하게 되며 철골 기둥과, 철골보를 긴장재로 서로 구속하는 효과에 의하여 수평력에 의해 철골보와 철골기둥의 연결부에 발생하는 잔류변형을 없애고 에너지를 흡수하는 접합부구조가 제공되는 동시에 긴장재 긴장으로 슬래브 중앙에 발생하는 모멘트 및 처짐을 방지함과 동시에 수평방향 하중에 대한 슬래브의 저항성능을 보강함으로 구조물의 수직ㆍ수평하중에 대한 역학적 저항성능을 극대화시키리 수 있게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 철골기둥
110: 확장지지플레이트
120: 저면돌출삽입구
200: 철골보
200a,200b: 일측 및 타측 철골보
300: 콘크리트 기초
410: 응력흡수패드
420: 확장받침플레이트
430: 긴장재
430a.430b: 일측 및 타측 긴장재

Claims (4)

1. (a) 콘크리트 기초 상면에 앵커볼트를 이용하여 철골기둥(100)이 설치되어야 부위에 패드삽입홈(422)이 형성된 확장받침플레이트(420)를 고정하는 단계;
   (b) 상기 확장받침플레이트(420)의 패드삽입홈(422)에 응력흡수패드(410)를 삽입하는 단계;
   (c) 상기 패드삽입홈(422)에 삽입된 응력흡수패드 상면에 상기 저면돌출삽입구(120)가 접하도록, 철골부재로서 저면에 일체로 형성된 확장지지플레이트(110); 및 상기 확장지지플레이트(110) 저면에 돌출 형성된 저면돌출삽입구(120);가 일체로 형성된 철골기둥(100)을 확장받침플레이트(420)에 일체로 설치하는 단계; 및
   (d) 철골보(200)의 단부면은 상기 철골기둥(100)의 양 플랜지에 일체로 강결되도록 하되, 일측 철골보(200a)의 연장길이에 걸쳐 배치된 긴장재(430a)는 접하고 있는 철골기둥의 일측 플랜지를 관통하여 타측 플랜지에 긴장 후 정착시키고, 타측 철골보(200b)에 배치된 긴장재(430b)는 접하고 있는 철골기둥의 타측 플랜지를 관통하여 일측 플랜지에 긴장 후 교차 정착시키는 단계;를 포함하는 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 (c) 단계의 응력흡수패드(410) 상면에 접하도록 설치된 저면돌출삽입구(120)는 철골기둥(100)과 일체로 형성되어 있어 응력흡수패드(410) 상면에서 제한된 슬라이딩 또는 제한된 변형을 통해 에너지 소산 및 상쇄가 이루어지도록 하기 위하여 응력흡수패드(410) 상면 단면적보다 작은 단면적으로 형성시키는 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 (d) 단계의 긴장재는 강연선 또는 강봉을 이용함으로서 철골보에 휨 강성을 보강하도록 하는 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 (b) 단계의 응력흡수패드(410)는 스테인레스 또는 납 재질의 사각형 플레이트로 형태로 형성되어 전달된 응력에 의하여 제한된 슬라이딩 또는 변형에 의하여 응력을 흡수하는 과정에서 상기 전달되는 응력이 흡수되어 상쇄되도록 하는 내진성능을 구비한 철골기둥 연결부 시공방법.
   
   
   

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