WO2021157952A1 - 콘크리트 충전 합성 부재 - Google Patents

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WO2021157952A1
WO2021157952A1 PCT/KR2021/001141 KR2021001141W WO2021157952A1 WO 2021157952 A1 WO2021157952 A1 WO 2021157952A1 KR 2021001141 W KR2021001141 W KR 2021001141W WO 2021157952 A1 WO2021157952 A1 WO 2021157952A1
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WO
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concrete
steel plate
composite member
plate part
filled composite
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PCT/KR2021/001141
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English (en)
French (fr)
Inventor
박홍근
김현진
Original Assignee
서울대학교 산학협력단
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    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/30—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts being composed of two or more materials; Composite steel and concrete constructions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/29—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
    • E04C3/293—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/30—Columns; Pillars; Struts
    • E04C3/34—Columns; Pillars; Struts of concrete other stone-like material, with or without permanent form elements, with or without internal or external reinforcement, e.g. metal coverings

Definitions

  • the present invention relates to a concrete filled composite member in which concrete is poured inside and outside of a steel plate to form deep concrete and covered concrete. It is about a concrete-filled composite member that is easy to use and does not require a separate fire-resistance coating, so it has excellent workability and economic feasibility.
  • the outrigger system which is a representative lateral force resistance system, is mainly used in 70-80% of skyscrapers with a height of 400 m or more.
  • the outrigger system is configured by arranging a large mega-pillar on the outside of the RC core wall, and connecting the RC core wall and the mega-pillar to an outrigger.
  • the mega-pillars are required to have excellent compression performance because they have to transmit the gravitational and lateral loads acting on the super-high-rise building to the ground, and the cross-sectional size is 2 to 3 m, which is 2 to 5 times larger than that of a general column. These mega columns are mainly used with economical reinforced concrete with excellent compression performance.
  • a plurality of large-diameter vertical reinforcing bars 11 are densely arranged in several layers on the outside of the cross-section.
  • large-diameter vertical reinforcing bars are heavy, so site placement is difficult, it takes a lot of work time, and it is not easy to install the formwork, and it is difficult to pour concrete tightly.
  • cross-ties are arranged to reinforce the shear performance of the columns, to improve compression performance by concrete restraint, and to prevent buckling of vertical reinforcing bars.
  • a cross tie in a mega column with a large cross-section, a long cross tie must be used and there is a difficulty in arranging it through the inside of the column to avoid interference with internal steel or reinforcing bars. Therefore, it is not easy to apply a cross tie in an actual mega column. Accordingly, the column is designed with a larger cross-sectional size than the general column, or more large-diameter reinforcing bars are placed as the main bars.
  • a CFT (Concrete Filled Tube) column for pouring the concrete 10 inside the pre-assembled steel pipe 13 as shown in FIG. 3 is widely used ( Patent No. 10-1865376, etc.).
  • the external steel pipe serves as the main reinforcing bar and the formwork
  • the on-site formwork process can be omitted, and rebar reinforcement work can be reduced.
  • a number of vertical reinforcing bars must be placed inside the steel pipe to improve the cross-sectional performance, and the outside of the steel pipe must be fire-resistant.
  • the steel sheet used for the steel pipe is more expensive than the reinforcing bar, the construction cost may increase.
  • a beam or outrigger is directly coupled to a steel pipe, there is a risk of buckling of the steel pipe wall due to the end moment of the beam or outrigger.
  • Korean Patent Registration No. 10-1415253 discloses a PC composite column in which a section steel is disposed on the outside of the member and the outside is covered with a covered concrete 140 .
  • an object of the present invention is to provide a concrete-filled composite member capable of improving workability and economic feasibility by being lightweight and having excellent structural performance.
  • An object of the present invention is to provide a convenient concrete filled composite member that is easy to join with a lateral member such as an outrigger when applied to a column member and does not require a separate fireproof coating.
  • the present invention includes a steel plate portion surrounding the outside of the concrete member; Deep concrete poured into the inside of the steel plate; and coated concrete provided on the outside of the steel plate part; It provides a concrete filled composite member, characterized in that consisting of.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a concrete filling composite member, characterized in that the corner reinforcement angle of the L-shaped cross-section surrounding the corner of the covered concrete is arranged at each corner of the member.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a concrete-filled composite member, characterized in that the core concrete is high-strength concrete, and the covered concrete is ordinary-strength or high-strength concrete.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a concrete filled composite member, characterized in that the corner reinforcement angle is connected to the outside of the steel plate part by a stiffener.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a concrete filled composite member, characterized in that shear studs are provided on the inner and outer surfaces of the steel plate part and the inner surface of the corner reinforcement angle.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a concrete filling composite member, characterized in that the bonding bracket is coupled to the outer surface of the steel plate portion.
  • the steel plate serves as the main reinforcing member of the member, the on-site main rebar reinforcement process can be omitted, which is convenient for construction, and it is easy to join with a transverse member such as an outrigger, and a separate fireproof coating is unnecessary.
  • the corner reinforcement angle when the corner reinforcement angle is provided, it is possible to prevent damage to the coated concrete pre-fabricated at the factory during transportation or construction. Therefore, the thickness of the coated concrete can be formed thin, which is economical by reducing the weight of the composite member.
  • Fig. 2 is a perspective view showing an SRC-type mega-pillar
  • FIG 3 is a perspective view showing a CFT column.
  • Figure 4 is a perspective view showing the present invention concrete filled composite member applied to the column.
  • Figure 5 is a perspective view showing the present invention concrete-filled composite member applied to the beam.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a coupling relationship between a corner reinforcement angle and a steel plate part in a column member
  • FIG. 7 is a perspective view showing a coupling relationship between a corner reinforcement angle and a steel plate part in a beam member.
  • Fig. 8 is an enlarged view showing a corner portion of a member
  • FIG. 10 is a perspective view showing a beam member provided with a joining bracket.
  • 11 is a view showing the installation procedure of the concrete filling composite member of the present invention.
  • the concrete filling composite member of the present invention includes a steel plate portion surrounding the outside of the concrete member; Deep concrete poured into the inside of the steel plate; and coated concrete provided on the outside of the steel plate part; It is characterized in that it is composed of
  • Fig. 4 is a perspective view showing the present invention concrete filled composite member applied to a column
  • Fig. 5 is a perspective view showing the present invention concrete filled composite member applied to a beam.
  • the present invention concrete filling composite member is a steel plate portion (1) surrounding the outside of the concrete member; Deep concrete (2) poured into the inside of the steel plate (1); And the coated concrete (3) provided on the outside of the steel plate (1); It is characterized in that it is composed of
  • An object of the present invention is to provide a concrete-filled composite member that is lightweight and has excellent structural performance, is easy to join with a transverse member such as an outrigger when applied to a column member, and does not require a separate fire-resistance coating, and thus has excellent workability and economic efficiency.
  • the present invention is for a concrete member such as a column or beam.
  • the steel plate part 1 is disposed to surround the outside of the concrete member.
  • the steel plate part 1 may use a rectangular steel pipe having a rectangular cross section for bonding with other members such as an outrigger ( FIG. 4 ).
  • the concrete filling composite member of the present invention can be configured in a form in which the outside of the CFT column in which the deep concrete 2 is filled inside the steel plate part 1, which is a rectangular steel pipe, is wrapped with the covered concrete 3 .
  • the steel plate part 1 may have a U-shaped cross-section with an open top (FIG. 5).
  • the concrete filled composite member is filled with deep concrete 2 inside the steel plate part 1 having a U-shaped cross section, and coated concrete 3 is provided on the side and lower surfaces of the steel plate part 1 .
  • the deep concrete (2) can be poured at the same time when the slab concrete (5) is poured.
  • the steel plate part 1 is provided inside the member, and serves as the main reinforcing bar of the column member or the beam member. Accordingly, it is possible to omit the on-site cast rebar reinforcement process.
  • the coated concrete 3 is provided on the outside of the steel plate part 1 of the CFT member, a separate fireproof coating on the outside of the steel plate part 1 is unnecessary.
  • the steel plate part 1 is restrained by the external coated concrete 3, it is effective in preventing buckling of the steel plate part 1 .
  • the steel ratio of the member can be easily changed and cross-sectional performance can be improved.
  • the deep concrete 2 is high-strength concrete, and the covered concrete 3 may be composed of normal strength or high-strength concrete.
  • the CFT part inside the concrete-filled composite member mainly bears the load. Therefore, the deep concrete 2 can be configured to improve the compression performance by configuring it with high-strength concrete.
  • the coated concrete 3 outside the steel plate part 1 may be poured with ordinary strength concrete when it serves as a fireproof coating of the steel plate part 1 .
  • the covered concrete (3) may also be composed of high-strength concrete.
  • each corner of the member can be configured so that the corner reinforcement angle (4) of the L-shaped cross section surrounding the corner of the coated concrete (3) is arranged.
  • the steel plate part 1, the coated concrete 3, and the corner reinforcement angle 4 except for the deep concrete part 2 are pre-fabricated at the factory.
  • the corner reinforcement angle 4 protects the edge of the coated concrete 3 pre-fabricated at the factory, thereby preventing the coated concrete 3 from being damaged during transportation, handling or installation.
  • the coated concrete 3 it is possible to form the coated concrete 3 as thin as 40 to 60 mm thick, thereby reducing the weight of the composite member.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the coupling relationship of the corner reinforcement angle and the steel plate part in the column member
  • FIG. 7 is a perspective view showing the coupling relationship of the corner reinforcement angle and the steel plate part in the beam member
  • FIG. is an enlarged view.
  • the corner reinforcement angle 4 may be connected to the outside of the steel plate 1 by a stiffener 6 .
  • the corner reinforcement angle (4) and the steel plate part by the stiffener (6) (1) can be connected by welding or bolting.
  • Each leg of the corner reinforcement angle (4) is configured to have a sufficient width to overlap the steel plate part (1) by a predetermined width, and the stiffener (6) is positioned therebetween.
  • the corner reinforcing angle 4 may be pre-assembled in the steel plate part 1 by the stiffener 6 during factory production or may be directly assembled on site and coupled to the steel plate part 1 .
  • the stiffener 6 may be constructed using steel materials such as flat iron, light-weight section steel, or bar, and may be fixed to the inside of the corner reinforcement angle 4 and the outside of the steel plate 1 by welding or bolting.
  • a plurality of stiffeners 6 may be installed along the width direction or the length direction of the corner reinforcement angle 4 .
  • shear studs 7 may be provided on the inner and outer surfaces of the steel plate 1 and the inner surface of the corner reinforcement angle 4 .
  • a shear stud 7 can be coupled to the inner and outer surfaces of the steel plate 1 for integration with the deep concrete 2 and the coated concrete 3 .
  • Fig. 9 is a perspective view showing a column member provided with a bonding bracket
  • Fig. 10 is a perspective view showing a beam member provided with a bonding bracket.
  • a bonding bracket 8 may be coupled to the outer surface of the steel plate part 1 .
  • the steel plate portion 1 is disposed relatively close from the surface of the column member, so the joining bracket 8 for joining a beam or outrigger, which is an external large horizontal member, is coupled to the steel plate portion 1 . It can be done (FIG. 9).
  • a bonding bracket 8 for coupling with a small beam may be coupled to the side surface of the steel plate 1 ( FIG. 10 ).
  • the bonding bracket 8 may be composed of a U-shaped steel plate beam or an H-shaped steel beam.
  • the bonding bracket (8) can be coupled to the surface of the steel plate (1) by welding or bolts.
  • the steel plate part 1 and the coated concrete 3 are pre-assembled at the factory except for the deep concrete part (2).
  • the steel plate part 1 is provided to be spaced apart from the outer surface of the member inward by a predetermined interval.
  • the corner reinforcement angle (4) is connectable to the steel plate part (1) by a stiffener (6).
  • the concrete-filled composite member of the present invention is lightweight and has excellent structural performance. When applied to a column member, it is easy to join with a transverse member such as an outrigger, and it does not require a separate fireproof coating, so it has excellent workability and economic feasibility. there is.

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Abstract

본 발명은 강판부의 내외부에 콘크리트가 타설되어 심부콘크리트 및 피복콘크리트를 형성하는 콘크리트 충전 합성 부재에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 경량이면서도 구조 성능이 우수하고 기둥 부재에 적용시 아웃리거 등 횡부재와의 접합이 용이하며 별도의 내화 피복이 필요 없어 시공성과 경제성이 우수한 콘크리트 충전 합성 부재에 대한 것이다. 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재는 콘크리트 부재의 외부를 감싸는 강판부; 상기 강판부의 내부에 타설되는 심부콘크리트; 및 상기 강판부의 외부에 구비되는 피복콘크리트; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 충전 합성 부재
본 발명은 강판부의 내외부에 콘크리트가 타설되어 심부콘크리트 및 피복콘크리트를 형성하는 콘크리트 충전 합성 부재에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 경량이면서도 구조 성능이 우수하고 기둥 부재에 적용시 아웃리거 등 횡부재와의 접합이 용이하며 별도의 내화 피복이 필요 없어 시공성과 경제성이 우수한 콘크리트 충전 합성 부재에 대한 것이다.
초고층 건물은 수직하중을 지지하기 위한 중력 저항 시스템이 중요하지만 지진하중이나 풍하중과 같은 횡하중에 의한 영향도 커 이를 지지하기 위한 횡력 저항 시스템이 구비되어야 한다. 이에 높이 400m 이상 초고층 건물의 70~80%에서는 대표적인 횡력 저항 시스템인 아웃리거 시스템이 주로 사용되고 있다.
상기 아웃리거 시스템은 RC 코어벽의 외부에 대형 메가 기둥이 배치되고, RC 코어벽과 메가 기둥을 아웃리거로 연결하여 구성된다. 상기 메가 기둥은 초고층 건물에 작용하는 중력하중과 횡력하중을 지반에 전달하여야 하므로 우수한 압축 성능이 요구되고, 단면 크기도 2~3m 정도로 일반적인 기둥에 비해 2~5배 정도 크다. 이러한 메가 기둥은 압축 성능이 우수하면서도 경제적인 철근콘크리트가 주로 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 RC조 메가 기둥은 다수의 대구경 수직 철근(11)이 단면 외곽에 여러 층으로 촘촘하게 배치된다. 그러나 대구경 수직 철근은 중량이 커 현장 배근이 어렵고, 작업 시간이 많이 소요될 뿐 아니라 거푸집 설치 작업이 수월하지 않으며 콘크리트의 밀실한 타설이 어렵다.
또한, 일반적인 기둥은 기둥의 전단성능 보강, 콘크리트 구속에 의한 압축 성능 향상 및 수직 철근의 좌굴 방지 등을 위해 크로스 타이(cross-tie)가 배근된다. 그런데 단면이 큰 메가 기둥에서 크로스 타이를 배근하는 경우, 길이가 긴 크로스 타이를 사용하여야 하고 내부 강재 또는 철근과의 간섭을 피해 기둥 내부를 관통하여 배치해야 하는 어려움이 있다. 그러므로 실제 메가 기둥에서는 크로스 타이를 적용하기가 쉽지 않다. 이에 따라 일반 기둥보다 더 큰 단면 크기로 기둥을 설계하거나 주근으로 더 많은 대구경 철근을 배치한다.
최근에는 고층 건물에서 일반 RC조 메가 기둥의 구조 성능을 보완하고 철근량을 줄이기 위하여, 도 2와 같이 RC 기둥 내에 강재가 매입되어 보강된 철골철근콘크리트조(SRC)가 주로 사용된다. 그러나 SRC조 메가 기둥은 RC 기둥과 마찬가지로 거푸집 설치 및 철근 배근 작업이 용이하지 않고, 중앙부에 배치된 H형강(12)과의 간섭으로 인해 크로스 타이의 배근이 불가능하다. 뿐만 아니라 강재가 중앙에 배치되므로, 압축력에 대한 저항 강도는 높은 반면 휨모멘트에 대한 저항 효율이 좋지 못한 한계가 있다.
따라서 종래 RC조 및 SRC조 기둥의 구조 성능 및 시공성을 개선하기 위해, 도 3과 같이 선조립된 강관(13) 내부에 콘크리트(10)를 타설하는 CFT(Concrete Filled Tube) 기둥이 많이 사용되고 있다(특허 제10-1865376호 등).
상기 CFT 기둥은 외부의 강관이 주철근 및 거푸집 역할을 하므로 현장 거푸집 공정을 생략할 수 있고, 철근 배근 작업을 줄일 수 있다. 그러나 메가 기둥 적용시 단면 성능 향상을 위해 강관 내부에 다수의 수직 철근이 배근되어야 하고, 강관 외부를 내화 처리하여야 한다. 또한, 강관에 사용되는 강판이 철근에 비해 고가여서 공사 비용이 증가될 수 있다. 뿐만 아니라 강관에 보나 아웃리거를 직접 결합할 경우, 보 또는 아웃리거의 단부 모멘트에 의해 강관벽의 좌굴 우려가 있다.
한편, 등록특허 제10-1415253호에는 부재 외곽에 형강재를 배치하고, 외부를 피복콘크리트(140)로 감싼 PC 합성 기둥이 개시된다.
상기 등록기술의 경우 기존 PC 기둥에 비해 중량이 가볍고, 철근 배근 및 거푸집 설치 등 현장 공정을 생략할 수 있어 시공성을 향상시킬 수 있다.
그러나 중공 형성을 위한 내부 거푸집 설치 작업이 어렵다. 또한, 운반 및 설치 중 외부 충격에 의해 외부 피복콘크리트가 파손될 우려가 있어, 요구되는 피복두께보다 훨씬 두꺼운 100㎜ 이상의 두께를 확보하여야 하므로 PC 합성 기둥의 경량화에 한계가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 경량이면서도 구조 성능이 우수하여 시공성과 경제성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 충전 합성 부재를 제공하고자 한다.
본 발명은 기둥 부재에 적용시 아웃리거 등 횡부재와의 접합이 용이하고, 별도의 내화 피복이 필요없어 편리한 콘크리트 충전 합성 부재를 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 콘크리트 부재의 외부를 감싸는 강판부; 상기 강판부의 내부에 타설되는 심부콘크리트; 및 상기 강판부의 외부에 구비되는 피복콘크리트; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 부재의 각 모서리에는 피복콘크리트의 모서리를 감싸는 ㄱ자 단면의 코너보강앵글이 배치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 심부콘크리트는 고강도 콘크리트이고, 피복콘크리트는 보통 강도 또는 고강도 콘크리트인 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 코너보강앵글은 강판부의 외부에 스티프너로 연결되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 강판부의 내외면 및 코너보강앵글의 내면에는 전단스터드가 구비되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 강판부의 외측면에는 접합용 브래킷이 결합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재를 제공한다.
본 발명에 따르면 강판부의 내외부에 콘크리트가 타설되어 심부콘크리트 및 피복콘크리트를 형성하는 콘크리트 충전 합성 부재를 제작할 수 있다.
이에 따라 강판부가 부재의 주철근 역할을 하므로 현장 주철근 배근 공정을 생략할 수 있어 시공이 편리하고, 아웃리거 등 횡부재와의 접합이 용이하며, 별도의 내화 피복이 불필요하다.
아울러 부재 내부의 강판부 및 외곽에 배치되는 코너보강앵글에 의해 기존 부재에 비해 압축 성능이나 휨 성능이 크게 향상되므로, 수직 철근 또는 수평 철근을 생략하거나 최소화할 수 있어 시공성 향상 및 공기 단축이 가능하다.
또한, 코너보강앵글이 구비되는 경우, 운반 또는 시공 중 공장에서 선제작되는 피복콘크리트의 파손을 방지 가능하다. 그러므로 피복콘크리트의 두께를 얇게 형성할 수 있어 합성 부재의 자중 감소로 경제적이다.
도 1은 RC조 메가 기둥을 도시하는 사시도.
도 2는 SRC조 메가 기둥을 도시하는 사시도.
도 3은 CFT 기둥을 도시하는 사시도.
도 4는 기둥에 적용된 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재를 도시하는 사시도.
도 5는 보에 적용된 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재를 도시하는 사시도.
도 6은 기둥 부재에서 코너보강앵글과 강판부의 결합 관계를 도시하는 사시도.
도 7은 보 부재에서 코너보강앵글과 강판부의 결합 관계를 도시하는 사시도.
도 8은 부재의 모서리 부분을 도시하는 확대도.
도 9는 접합용 브래킷이 구비된 기둥 부재를 도시하는 사시도.
도 10은 접합용 브래킷이 구비된 보 부재를 도시하는 사시도.
도 11은 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재의 설치 순서를 도시하는 도면.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 콘크리트 충전 합성 부재는 콘크리트 부재의 외부를 감싸는 강판부; 상기 강판부의 내부에 타설되는 심부콘크리트; 및 상기 강판부의 외부에 구비되는 피복콘크리트; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 4는 기둥에 적용된 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재를 도시하는 사시도이고, 도 5는 보에 적용된 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재를 도시하는 사시도이다.
도 4 및 도 5 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재는 콘크리트 부재의 외부를 감싸는 강판부(1); 상기 강판부(1)의 내부에 타설되는 심부콘크리트(2); 및 상기 강판부(1)의 외부에 구비되는 피복콘크리트(3); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 경량이면서도 구조 성능이 우수하고, 기둥 부재에 적용시 아웃리거 등 횡부재와의 접합이 용이하며, 별도의 내화 피복이 필요 없어 시공성과 경제성이 우수한 콘크리트 충전 합성 부재를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 기둥이나 보와 같은 콘크리트 부재를 위한 것이다.
상기 강판부(1)는 콘크리트 부재의 외부를 감싸도록 배치된다.
기둥 부재의 경우, 상기 강판부(1)는 아웃리거 등 타 부재와의 접합을 위해 사각형 단면의 각형 강관을 사용할 수 있다(도 4).
이에 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재는 각형 강관인 강판부(1) 내부에 심부콘크리트(2)가 채워진 CFT 기둥의 외부를 피복콘크리트(3)로 감싼 형태로 구성 가능하다.
보 부재의 경우, 상기 강판부(1)는 상부가 개방된 U형 단면으로 구성할 수 있다(도 5).
이에 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재는 U형 단면의 강판부(1) 내부에 심부콘크리트(2)가 채워지고, 강판부(1)의 측면 및 하면에는 피복콘크리트(3)가 구비된다. 상기 심부콘크리트(2)는 슬래브 콘크리트(5) 타설시 동시에 타설 가능하다.
상기 강판부(1)는 부재 내부에 구비되는 것으로, 기둥 부재 또는 보 부재의 주철근 역할을 한다. 이에 따라 현장 주철근 배근 공정을 생략 가능하다.
상기 피복콘크리트(3)는 CFT 부재의 강판부(1) 외부에 구비되므로, 강판부(1) 외부에 별도의 내화 피복이 불필요하다.
또한, 외부의 피복콘크리트(3)에 의해 강판부(1)가 구속되므로 강판부(1)의 좌굴 방지에 효과적이다.
상기 강판부(1)의 강판 두께를 조절하여 부재의 강재비를 쉽게 변경할 수 있고 단면 성능 향상이 가능하다.
상기 심부콘크리트(2)는 고강도 콘크리트이고, 피복콘크리트(3)는 보통 강도 또는 고강도 콘크리트로 구성할 수 있다.
콘크리트 충전 합성 부재 내부의 CFT 부분은 주로 하중을 부담한다. 그러므로 심부콘크리트(2)는 고강도 콘크리트로 구성하여 압축 성능을 향상시키도록 구성할 수 있다.
상기 강판부(1) 외부의 피복콘크리트(3)는 강판부(1)의 내화 피복 역할을 수행하는 경우 보통 강도 콘크리트로 타설할 수 있다.
상기 피복콘크리트(3)의 구조적 역할이 필요한 경우에는 피복콘크리트(3) 역시 고강도 콘크리트로 구성할 수 있다
도 4, 도 5 등에 도시된 바와 같이, 부재의 각 모서리에는 피복콘크리트(3)의 모서리를 감싸는 ㄱ자 단면의 코너보강앵글(4)이 배치되도록 구성할 수 있다.
기둥에서 압축 하중이 커 강판부(1)만으로 내력이 부족한 경우, 강판부(1) 외부의 피복콘크리트(3) 내에 수직 철근이 배근되어야 된다.
그러나 수직 철근 배근시 수직 철근을 횡지지하기 위한 크로스 타이를 설치하여야 하고, 수직 철근의 간격 유지를 위한 스페이서의 설치가 필요하여 번거롭다.
보 역시 휨에 대해 강판부(1)만으로 휨 내력이 부족한 경우, 강판부(1) 하부의 피복콘크리트(3) 내에 수평 철근이 배근되어야 한다.
따라서 수직 철근이나 수평 철근과 같은 주근을 대체할 수 있도록 부재 모서리에 코너보강앵글(4)을 설치할 수 있다.
상기 심부콘크리트(2)를 제외한 강판부(1)와 피복콘크리트(3) 및 코너보강앵글(4)은 공장에서 선제작하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 코너보강앵글(4)은 공장에서 선제작되는 피복콘크리트(3)의 모서리를 보호함으로써, 운반, 취급 또는 설치 중 피복콘크리트(3)가 파손되는 것을 방지한다.
이에 따라 피복콘크리트(3)를 두께 40~60㎜ 정도로 얇게 형성 가능하여, 합성 부재의 자중을 감소할 수 있다.
도 6은 기둥 부재에서 코너보강앵글과 강판부의 결합 관계를 도시하는 사시도이고, 도 7은 보 부재에서 코너보강앵글과 강판부의 결합 관계를 도시하는 사시도이며, 도 8은 부재의 모서리 부분을 도시하는 확대도이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 코너보강앵글(4)은 강판부(1)의 외부에 스티프너(6)로 연결할 수 있다.
콘크리트 충전 합성 부재 시공시 코너보강앵글(4)의 위치를 고정하여 간격을 유지하고, 피복콘크리트(3) 타설시 측압을 지지하기 위해, 스티프너(6)에 의해 코너보강앵글(4)과 강판부(1)를 용접 또는 볼팅 등으로 연결할 수 있다.
상기 코너보강앵글(4)의 각 레그는 강판부(1)와 일정 폭 겹쳐지도록 충분한 폭으로 구성하며, 상기 스티프너(6)는 이 사이에 위치되도록 한다.
상기 코너보강앵글(4)은 공장 제작시 스티프너(6)에 의해 강판부(1)에 미리 조립하여 두거나 현장에서 직접 조립하여 강판부(1)에 결합할 수 있다.
상기 스티프너(6)는 평철 또는 경량 형강재, 봉재 등의 강재를 사용하여 구성할 수 있으며, 코너보강앵글(4)의 내측과 강판부(1)의 외측에 용접 또는 볼팅으로 고정할 수 있다.
상기 스티프너(6)는 코너보강앵글(4)의 폭 방향 또는 길이 방향을 따라 복수 개 설치 가능하다.
도 8 등에 도시된 바와 같이, 상기 강판부(1)의 내외면 및 코너보강앵글(4)의 내면에는 전단스터드(7)가 구비될 수 있다.
상기 강판부(1)의 내외면에는 심부콘크리트(2) 및 피복콘크리트(3)와의 일체화를 위해 전단스터드(7)를 결합 가능하다.
도 9는 접합용 브래킷이 구비된 기둥 부재를 도시하는 사시도이고, 도 10은 접합용 브래킷이 구비된 보 부재를 도시하는 사시도이다.
도 9, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 강판부(1)의 외측면에는 접합용 브래킷(8)이 결합될 수 있다.
합성 부재가 기둥 부재인 경우, 상기 강판부(1)는 기둥 부재 표면으로부터 비교적 가깝게 배치되므로, 외부의 대형 수평 부재인 보 또는 아웃리거 접합을 위한 접합용 브래킷(8)을 강판부(1)에 결합할 수 있다(도 9).
또한, 합성 부재가 보 부재인 경우, 작은보(미도시)와의 결합을 위한 접합용 브래킷(8)을 강판부(1)의 측면에 결합할 수 있다(도 10). 이때 접합용 브래킷(8)은 U형 강판보 또는 H형강 등으로 구성할 수 있다.
상기 접합용 브래킷(8)은 강판부(1) 면에 용접 또는 볼트에 의해 결합 가능하다.
이때, 상기 피복콘크리트(3)는 접합용 브래킷(8)과 강판부(1)의 접합부를 감싸므로, 이들 접합부의 부식을 방지할 수 있다.
상기 피복콘크리트(3)에 의해 강판부(1)가 구속되므로, 대형 수평 부재에 의해 전달되는 휨에 의해 강판부(1)가 면외 방향으로 변형되는 것을 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재의 설치 순서를 도시하는 도면이다.
도 11을 참고하여 본 발명 콘크리트 충전 합성 부재를 시공하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 심부콘크리트(2)를 제외한 강판부(1)와 피복콘크리트(3)를 공장에서 선조립한다.
상기 강판부(1)는 부재 외측면으로부터 일정 간격 내측으로 이격되게 구비된다.
이때, 부재의 각 모서리에서 피복콘크리트(3)의 모서리를 감싸는 ㄱ자 단면의 코너보강앵글(4)을 결합하여 제작할 수 있다.
상기 코너보강앵글(4)은 스티프너(6)에 의해 강판부(1)에 연결 가능하다.
상기 스티프너(6)에 의하여 코너보강앵글(4)의 위치를 고정하여 강판부(1)와의 간격을 유지할 수 있다.
다음으로, 도 11의 (a)에서와 같이, 선조립된 부재를 현장에 설치한다.
그리고 도 11의 (b)에서와 같이, 강판부(1)의 내부에 콘크리트(C)를 타설하여 심부콘크리트(2)를 형성함으로써 콘크리트 충전 합성 부재의 제작을 완료한다.
본 발명의 콘크리트 충전 합성 부재는 경량이면서도 구조 성능이 우수하고 기둥 부재에 적용시 아웃리거 등 횡부재와의 접합이 용이하며 별도의 내화 피복이 필요없어 시공성과 경제성이 우수하다는 점에서 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (6)

  1. 콘크리트 부재의 외부를 감싸는 강판부(1);
    상기 강판부(1)의 내부에 타설되는 심부콘크리트(2); 및
    상기 강판부(1)의 외부에 구비되는 피복콘크리트(3); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재.
  2. 제1항에서,
    부재의 각 모서리에는 피복콘크리트(3)의 모서리를 감싸는 ㄱ자 단면의 코너보강앵글(4)이 배치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재.
  3. 제1항에서,
    상기 심부콘크리트(2)는 고강도 콘크리트이고, 피복콘크리트(3)는 보통 강도 또는 고강도 콘크리트인 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재.
  4. 제2항에서,
    상기 코너보강앵글(4)은 강판부(1)의 외부에 스티프너(6)로 연결되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재.
  5. 제2항에서,
    상기 강판부(1)의 내외면 및 코너보강앵글(4)의 내면에는 전단스터드(7)가 구비되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재.
  6. 제1항에서,
    상기 강판부(1)의 외측면에는 접합용 브래킷(8)이 결합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 합성 부재.
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