KR20190069908A - 건축용 철골 구조 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 건축물 - Google Patents

Abstract

아연계 합금 도금 강판으로 형성된 철골을 방식 코팅층을 포함하는 볼트와 너트로 결합하여 건축용 철골 구조를 마련한다. 상기 철골은 냉연 강판과 아연-알루미늄-마그네슘 합금을 포함하는 도금층을 포함할 수 있고, 상기 도금층은 전체 100 중량%에 대해, 알루미늄 1-3 중량%, 마그네슘 1.5-4.0 중량%, 잔부 아연 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있으며, 상기 도금층 위에 형성되어 있는 표면 처리 피막을 더 포함할 수 있다. 상기 방식 코팅층은 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물과 상기 솔겔 상태의 화합물에 대한 함량이 60-80 중량%인 아연 입자를 포함할 수 있다.

Description

건축용 철골 구조 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 건축물{STEEL FRAME FOR A BUILDING, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME AND A BUILDING INCLUDING THE SAME}

본 발명은 건축용 철골 구조 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 건축물에 관한 것이다.

21세기에 이르기까지 세계 각국은 비약적인 산업 발달과 더불어 경제성장의 확대로 건축수요의 양적팽창이 촉진되었으며, 건축발전도 이와 같은 사회적 변화와 맥락을 같이하여 대규모 개발의 대의명분하에 양 위주의 성장이 지속되어왔다. 건축분야에 있어서도 건축생산시 막대한 자원 및 에너지가 사용되어지고 있으며, 건축물의 해체시에도 막대한 양의 폐기물이 발생하여 지구환경에 큰 부하를 주는 등 지구환경과 깊은 관련을 맺고 있다. 이와 같이 건축생산에 의한 물질문명의 발달과 급속한 도시화는 지구의 온난화, 자원의 남용 및 폐기물의 축적 등과 같은 부작용을 초례하며, 이는 지구환경전체를 위협하고 있다. 이와 같은 지구환경의 문제가 사회적 이슈로 부각됨에 따라, 건축물의 내부에 축적되어 있는 막대한 양의 자원을 유효하게 활용하고, 내구수명이 길게 설계된 장수명화 건축물을 안전하고 쾌적하게 유지 관리함으로써 불필요한 건설행위를 억제하여 지구자원 및 에너지를 절감하는 창조적인 사고가 필요한 시점이라고 할 수 있다.

건축물의 장수명화의 관점에서 내구성능설계가 매우 중요하며, 이 내구성능설계에 있어서 건축물에 적용되는 소재에 대한 검토가 매우 중요하다. 이러한 관점에서 건축물의 소재는 시간 경과에 따른 열화 뿐만이 아니라 제조 및 시공 방법에 대한 검토도 복합적으로 이루어져야 하며, 이는 향후 건축물의 설계에 매우 중요한 요소가 될 것으로 판단된다.

건축물의 내외장재는 건축물의 심미성 및 기능성을 확보시키는 매우 중요한 요소중의 하나이다. 이러한 건축 내외장재의 시공은 다양한 방법이 있으나 철골 구조물을 이용하여 벽체와 연결하고 이 외벽에 내외장재를 시공하는 방법이 가장 널리 사용되고 있다.

이러한 하지 철골 구조물은 내외장재를 지지하는 구조적인 성능에 초점이 맞추어 제작되고 있으며, 철골 구조물의 내식성에 대한 특별한 규제는 없는 실정이다. 하지만, 철골 구조물의 특성상 환경 인자에 의해 필연적으로 부식이 발생할 수 밖에 없으며, 이는 몇 십년 이상 지속될 경우 철골 구조물의 부식에 의해 구조 성능이 저하되고 이에 따라 건축물 내외장재가 탈락될 수 있으며, 이는 인명 피해도 유발할 위험성이 있다.

이러한 위험성을 인지하고, 최근에는 하지 철골 구조물 소재로 기존의 탄소강 소재에서 내식성을 확보하기 위해 아연도금 소재 등을 사용하여 현장에 시공하고 있는 사례가 늘고 있으나, 아연도금 소재 자체가 건축물의 내구 수명만큼 내식성을 유지하기 어려우며, 철골 구조물의 접합을 용접 방식으로 진행하여 용접된 접합 부위의 도금층이 탄화되어 접합부 내식성이 급격하게 저하되는 문제가 발생되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 건출물의 내구 수명에 대응하는 정도의 내식성을 갖춘 철골 구조를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 철골 구조의 용접부 내식성 저하 문제를 해소하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 철골 구조는 아연계 합금 도금 강판으로 형성된 철골 및 상기 철골을 결합하는 방식 코팅층을 포함하는 볼트와 너트를 포함한다.

상기 철골은 냉연 강판과 아연-알루미늄-마그네슘 합금을 포함하는 도금층을 포함할 수 있고, 상기 도금층은 전체 100 중량%에 대해, 알루미늄 1-3 중량%, 마그네슘 1.5-4.0 중량%, 잔부 아연 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있으며, 상기 도금층 위에 형성되어 있는 표면 처리 피막을 더 포함할 수 있다.

상기 방식 코팅층은 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물과 상기 솔겔 상태의 화합물에 대한 함량이 60-80 중량%인 아연 입자를 포함할 수 있다.

상기 볼트와 너트와 함께 상기 철골을 결합하는 연결 부재를 더 포함할 수 있고, 상기 연결 부재는 상기 아연계 합금 도금 강판으로 형성된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 철골 구조 제조 방법은 아연계 합금 도금 강판으로 철골을 형성하는 단계 및 상기 철골을 방식 코팅층을 포함하는 볼트와 너트를 사용하여 결합하는 단계를 포함한다.

상기 철골은 냉연 강판과 아연-알루미늄-마그네슘 합금을 포함하는 도금층을 포함할 수 있고, 상기 도금층은 전체 100 중량%에 대해, 알루미늄 1-3 중량%, 마그네슘 1.5-4.0 중량%, 잔부 아연 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

상기 방식 코팅층은 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물과 상기 솔겔 상태의 화합물에 대한 함량이 60-80 중량%인 아연 입자를 포함할 수 있다.

상기 아연계 합금 도금 강판으로 철골을 형성하는 단계는 상기 아연계 합금 도금 강판을 롤 포밍 방식으로 제형하여 상기 철골을 형성하는 것일 수 있다.

상기 철골을 방식 코팅층을 포함하는 볼트와 너트를 사용하여 결합하는 단계에서 상기 볼트와 너트와 함께 상기 철골을 결합하는 데 연결 부재를 더 사용할 수 있고, 상기 연결 부재는 상기 아연계 합금 도금 강판으로 형성된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건축물은 아연계 합금 도금 강판으로 형성된 철골 및 상기 철골을 결합하는 방식 코팅층을 포함한다.

상기 철골은 냉연 강판과 아연-알루미늄-마그네슘 합금을 포함하는 도금층을 포함할 수 있고, 상기 도금층은 전체 100 중량%에 대해, 알루미늄 1-3 중량%, 마그네슘 1.5-4.0 중량%, 잔부 아연 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있으며, 상기 도금층 위에 형성되어 있는 표면 처리 피막을 더 포함할 수 있다.

상기 방식 코팅층은 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물과 상기 솔겔 상태의 화합물에 대한 함량이 60-80 중량%인 아연 입자를 포함할 수 있다.

상기 볼트와 너트와 함께 상기 철골을 결합하는 연결 부재를 더 포함하고, 상기 연결 부재는 상기 아연계 합금 도금 강판으로 형성된 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 철골 구조는 종래의 용접형 철골 구조가 가지는 용접부 내식성 저하 문제가 없으며, 건축물의 장수명화라는 추세에 적합한 내구 수명을 보유하여 건축물 내외장재의 장기 건전성에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 철골 구조의 부분도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 철골 구조를 이루는 합금 도금 강판과 종래의 용융 아연 강판의 내식성을 비교한 실험의 결과를 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 철골 구조에 적용되는 아연 함유 조성물 코팅 볼트와 종래의 용융 아연 코팅된 볼트, 전기 아연 코팅된 볼트 그리고 스테인리스 스틸(STS) 볼트의 내식성을 비교한 실험의 결과를 보여주는 사진이다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 철골 구조의 부분도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 철골 구조는 아연계 합금 도금 강판으로 형성된 철골(1), 합금 도금 강판으로 형성된 연결 부재(4), 연결 부재(4)와 철골(1)을 결합하여 고정하는 볼트(3) 및 너트(2)를 포함한다.

철골(1)과 연결 부재(4)를 형성하는 아연계 합금 도금 강판은 냉연 강판을 알루미늄, 마그네슘 및 아연이 포함된 합금으로 도금하여 제조한다. 즉, 철골(1)은 냉연 강판과 그 표면에 형성되어 있는 아연계 합금 도금층을 포함한다. 도금층은 전체 100 중량%에 대해, 알루미늄 1-3 중량%, 마그네슘 1.5-4.0 중량%, 잔부 아연 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 철골(1)과 연결 부재(4)를 형성하는 합금 도금 강판은 아연계 합금 도금층 위에 형성되어 있는 표면 처리 피막을 더 포함할 수 있다. 표면 처리 피막은 표면 처리용 조성물을 도포하고 경화시켜 형성할 수 있고, 표면 처리용 조성물은 조성물의 전체 고형분 100 중량%에 대해, 주제 수지: 20 내지 70 중량%, 경화제 1 내지 15 중량%, 내식성 첨가제 10 내지 50중량%, 축광안료 0.5 내지 20 중량% 및 계면 활성제 5 내지 30 중량%를 포함할 수 있다.

볼트(3)와 너트(2)는 강철 또는 스테인리스 스틸 등으로 이루어진 본체를 내식성 조성물로 코팅하여 제조한다. 즉, 볼트(3)와 너트(2)는 강철 또는 스테인리스 스틸 본체와 그 표면의 방식 코팅층을 포함한다. 방식 코팅층을 형성하기 위한 코팅용 조성물은 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물과 상기 솔겔 상태의 화합물에 대한 함량이 60-80 중량%인 아연 입자를 포함할 수 있다. 코팅용 조성물은 바인더 물질과 첨가제로 구분될 수 있으며, 바인더의 경우 모재와의 밀착력 및 표면 경도를 향상시키는 물질로 구성되고, 첨가재는 내식성을 확보할 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물은 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란(3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, GPTMS)일 수 있다. 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란은 본 실시예의 코팅용 조성물에서 바인더로서 사용된다. 즉, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란의 에폭시기는 모재와의 밀착력을 높여주는 기능을 한다. 또한 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란의 실란기의 Si-O-Si 결합은 유기물 대비 표면 경도가 우수하여 코팅물의 표면 경도를 개선한다. 아연 입자는 내식성 향상을 위한 첨가제로 기능한다. 이때 아연 입자는 크기가 4 ㎛ 내지 6 ㎛ 사이인 입자와, 단축이 2 ㎛ 이하, 장축이 약 20 ㎛ 내지 40 ㎛인 입자를 동시에 포함할 수 있다. 다양한 크기의 아연 입자가 포함되기 때문에 한 가지 크기의 입자만 포함되는 경우에 비하여 내식성 향상 효과가 더 크다. 이러한 볼트 코팅용 조성물은 용제로서 아세톤을 추가로 포함할 수 있다. 이때 아세톤의 함량은 바인더로 사용되는 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란의 함량에 대하여 1배 내지 3배의 몰 비로 포함될 수 있다. 볼트 코팅용 조성물은 촉매로서 질산을 추가로 포함할 수 있다. 이때 포함되는 질산의 농도는 약 0.1N(노르말 농도)일 수 있다. 이때 질산의 함량은 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란의 함량에 대하여 0.002 내지 0.01의 몰비로 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 코팅용 조성물은 아연 입자를 60% 중량 내지 80중량% 포함한다. 아연 입자의 함량이 60중량% 미만일 경우 볼트 코팅용 조성물로 볼트를 코팅하였을 때 충분한 내부식성을 갖지 못하며, 아연 입자의 함량이 80중량% 이상인 경우, 과도한 아연 입자의 함량으로 인해 코팅이 잘 이루어지지 않을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 철골(1)의 소재 자체를 고내식성 소재를 적용하고 접합부의 내식성 저하를 최소화 하기 위해 접합 방식을 볼트(3)와 너트(2) 방식으로 변경하여 고내식성 소재의 특성을 저하시키지 않는 방법을 채택하였고, 적용되는 볼트(3)와 너트(2)도 방식 코팅 처리된 것을 사용하여 전체 철골 구조의 내식성을 극대화 하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 철골 구조의 철골(1)은 아연계 합금 도금 강판을 기반으로 제조 과정에서 도금층 손상을 최소화하기 위해 롤 포밍(roll forming) 방식으로 제작하고, 철골(1) 사이를 볼트(3)와 너트(2)를 사용하여 접합함으로써 접합부 내식성 저하를 최소화한다. 또한, 이때 사용되는 볼트(3)와 너트(2)는 전체 구조의 내식성을 보전하기 위해, 아연 입자를 포함하는 코팅용 조성물로 방식 코팅을 적용하여 제조된 내부식 볼트(3)와 너트(2)를 사용한다.

종래의 용접을 통한 철골 접합 방식은 도금층을 용접열로 녹여서 접합하는 방식으로 접합부에 대해서는 도금층이 가지고 있는 내식성을 포기해야 하는 단점이 있다. 용접을 통해 접합한 철골 구조물의 경우, 제조 후 야적장에 이틀만 보관해도 접합부 쪽으로 적청의 녹이 발생한다. 이에 반해, 본 발명의 일 실시예와 같이 방식 코팅된 볼트를 사용하여 철골을 접합한 경우, 접합 공정에서 철골 도금층의 손상이 전혀 발생하지 않으므로 도금층의 내식성을 그대로 보전할 수 있다는 장점이 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 철골 구조를 이루는 아연계 합금 도금 강판과 종래의 용융 아연 강판의 내식성을 비교한 실험의 결과를 보여주는 사진이다.

내식성 비교는 가장 일반적으로 많이 사용되어지는 염수분무법(salt spray test, ASTM B117)을 사용하여 진행하였다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 염수 분무 1,000시간에 용융 아연 도금한 강판은 적청이 발생되기 시작하나, 동일한 도금량을 기준으로 본 발명의 일 실시예에서 사용한 아연계 합금 도금 강판은 전혀 변화가 없다. 수명 평가를 실시한 결과로 보면, 본 발명의 일 실시예에서 사용한 아연계 합금 도금 강판은 용융 아연 도금 강판 대비 약 5배 이상의 내식 수명을 가지고 있는 것으로 판단된다. 이를 적용한 철골 구조의 경우도 기존 용융 아연 도금 강판을 사용한 철골 구조 대비 5배 이상의 내식 수명을 가질 수 있을 것으로 기대된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 철골 구조에 적용되는 아연 함유 조성물 코팅 볼트와 종래의 용융 아연 코팅된 볼트, 전기 아연 코팅된 볼트 그리고 스테인리스 스틸(STS) 볼트의 내식성을 비교한 실험의 결과를 보여주는 사진이다.

일반적으로 볼트의 내식성 확보를 위해 전기 아연 도금 및 용융 아연 도금 방법 등이 사용되고, 고가의 스테인리스 스틸(STS) 볼트를 사용하기도 한다. 따라서, 비교재로 상기의 3종의 볼트와 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 구조에 적용한 방식 코팅된 볼트를 비교하여 내식성 평가를 진행하였다. 그 결과 염수분부 1,000시간 이후에 용융 아연 및 전기 아연 방식의 볼트에는 전체에 적청이 발생하였고, 스테인리스 스틸(STS) 볼트에서도 일부 적청이 발생하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 구조에 적용한 아연 입자를 포함하는 코팅용 조성물로 방식 코팅한 볼트는 건전성이 유지됨을 알 수 있다. 아연 입자를 포함하는 코팅용 조성물로 방식 코팅한 볼트는 철골의 소재인 아연계 합금 도금 강판의 내식 수명과 유사한 수명을 가지고 있는 것으로 평가되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 철골 구조에 가장 적합한 볼트로 판단되어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 철골 구조는 이러한 소재 및 접합 방식의 조합으로 종래의 용접형 철골 구조와는 달리 건축물의 장수명화라는 목표에 적합한 내구 수명을 보유하여 전체 건축물 내외장재의 장기 건전성에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 철골 2: 너트
3: 볼트 4: 연결 부재

Claims (14)

1. 아연계 합금 도금 강판으로 형성된 철골; 및
   상기 철골을 결합하는 방식 코팅층을 포함하는 볼트와 너트
   를 포함하는 건축용 철골 구조.
2. 제1항에서,
   상기 철골은 냉연 강판과 아연-알루미늄-마그네슘 합금을 포함하는 도금층을 포함하는 건축용 철골 구조.
3. 제2항에서,
   상기 도금층은 전체 100 중량%에 대해, 알루미늄 1-3 중량%, 마그네슘 1.5-4.0 중량%, 잔부 아연 및 불가피한 불순물을 포함하는 건축용 철골 구조.
4. 제3항에서,
   상기 도금층 위에 형성되어 있는 표면 처리 피막을 더 포함하는 건축용 철골 구조.
5. 제4항에서,
   상기 방식 코팅층은 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물과 상기 솔겔 상태의 화합물에 대한 함량이 60-80 중량%인 아연 입자를 포함하는 건축용 철골 구조.
6. 제1항에서,
   상기 방식 코팅층은 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물과 상기 솔겔 상태의 화합물에 대한 함량이 60-80 중량%인 아연 입자를 포함하는 건축용 철골 구조.
7. 제1항에서,
   상기 볼트와 너트와 함께 상기 철골을 결합하는 연결 부재를 더 포함하고,
   상기 연결 부재는 상기 아연계 합금 도금 강판으로 형성된 것인 건축용 철골 구조.
8. 아연계 합금 도금 강판으로 철골을 형성하는 단계; 및
   상기 철골을 방식 코팅층을 포함하는 볼트와 너트를 사용하여 결합하는 단계
   를 포함하는 건축용 철골 구조 제조 방법.
9. 제8항에서,
   상기 철골은 냉연 강판과 아연-알루미늄-마그네슘 합금을 포함하는 도금층을 포함하는 건축용 철골 구조 제조 방법.
10. 제9항에서,
    상기 도금층은 전체 100 중량%에 대해, 알루미늄 1-3 중량%, 마그네슘 1.5-4.0 중량%, 잔부 아연 및 불가피한 불순물을 포함하는 건축용 철골 구조 제조 방법.
11. 제10항에서,
    상기 방식 코팅층은 에폭시기와 실란기를 동시에 갖는 솔겔 상태의 화합물과 상기 솔겔 상태의 화합물에 대한 함량이 60-80 중량%인 아연 입자를 포함하는 건축용 철골 구조 제조 방법.
12. 제11항에서,
    상기 아연계 합금 도금 강판으로 철골을 형성하는 단계는 상기 아연계 합금 도금 강판을 롤 포밍 방식으로 제형하여 상기 철골을 형성하는 단계인 건축용 철골 구조 제조 방법.
13. 제8항에서,
    상기 아연계 합금 도금 강판으로 철골을 형성하는 단계는 상기 아연계 합금 도금 강판을 롤 포밍 방식으로 제형하여 상기 철골을 형성하는 건축용 철골 구조 제조 방법.
14. 제8항에서,
    상기 철골을 방식 코팅층을 포함하는 볼트와 너트를 사용하여 결합하는 단계에서 상기 볼트와 너트와 함께 상기 철골을 결합하는 데 연결 부재를 더 사용하고,
    상기 연결 부재는 상기 아연계 합금 도금 강판으로 형성된 것인 건축용 철골 구조 제조 방법.

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