KR101178381B1

KR101178381B1 - 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 및 이의 제작방법

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Publication number: KR101178381B1
Application number: KR1020120036177A
Authority: KR
Inventors: 김대중; 김재영; 박성순; 심지택; 서철; 김성배; 박영배
Original assignee: 신세계건설(주); 우림콘크리트공업 주식회사; 주식회사삼환까뮤
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2012-08-29

Abstract

본 발명은 2개의 절곡강판이 결합되어 단면이 중공이 형성된 사각형의 형상을 갖도록 형성되며, 길이방향의 일정한 간격으로 각 모서리가 길이방향에 대하여 직각으로 잘린 결합구가 형성되고, 외측면에는 일정간격으로 스터드커넥터가 구성되는 각형강관; 직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관의 결합구에 최장변이 각각 끼워져 방사형으로 결합되어 각형강관을 중심으로 내부에 위치하는 내부보강부와 각형강관을 중심으로 외부에 위치하는 외부보강부로 구성되며, 내부보강부의 중앙부에 통공이 형성되며, 외부보강부는 직각모서리에 절취면이 형성되며 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈이 구성되는 보강판; 상기 각형강관의 외부에 프리캐스트로 제작되는 외부콘크리트;로 구성되어, 각형강관의 중공부를 제외한 외곽부만 콘크리트를 타설하여 프리캐스트 콘크리트 기둥의 중량을 대폭 감소시킬 수 있으며, 중공부는 공장타설에 비하여 현저히 저렴한 현장타설 콘크리트를 타설하여 경제성이 뛰어난 매우 유용한 효과가 있으며, 또한, 보강판을 구성하여 각형강관을 보강함으로써, 각형강관의 두께를 최소화할 수 있어 합성기둥의 중량을 더욱 감소시킬 수 있으면서도 주근과 띠철근의 배근이 용이한 매우 유용한 효과가 있다.

Description

각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 및 이의 제작방법{Steel-Concrete Hybrid Column using square shaped steel pipe and manufacturing method thereof}

본 발명은 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 및 이의 제작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 얇은 2개의 절곡강판의 결합으로 이루어져 내부에 중공부가 형성된 각형강관의 외부에 프리캐스트 콘크리트를 형성하여 공장제작하고, 각형강관의 중공부는 현장에서 콘크리트를 타설하여 완성함으로써, 프리캐스트 콘크리트 기둥의 중량을 대폭 감소시킬 수 있으며, 각형강관에 일정간격으로 보강판을 구성하여 각형강관을 보강함으로써, 각형강관의 두께를 최소화할 수 있어 합성기둥의 중량을 더욱 감소시킬 수 있으면서도 주근과 띠철근의 배근이 용이한 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 및 이의 제작방법에 관한 것이다.

건물이 고층화되면서 구조시스템은 수직하중은 물론 바람, 지진 등의 수평하중을 더욱 효율적으로 지지할 수 있어야 하며, 이것은 단면의 증가율에 비해서 내력의 증가율이 높은 기둥부재를 요구하는 것이다. 이러한 점에서 합성기둥을 사용하면 단면의 증가없이도 내력과 변형능력을 크게 증가시킬 수 있으므로 효율성이 높은 구조물을 얻을 수 있다. 이러한 요인에서 H형강이 매입된 합성기둥이 많이 사용되며 콘크리트 충전 강관 구조가 많은 주목을 받고 있으며, 초고층 구조물에서 기둥 부재를 설계함에 있어서는 철골 기둥이나 철골 부재를 고강도 콘크리트로 보강한 합성기둥(Hybrid Column)이 건물의 내부 공간을 효과적으로 사용할 수 있도록 적절한 크기로 계획될 수 있으므로 자주 사용되고 있다.

또한, 공장에서 미리 제작하는 프리캐스트 콘크리트(이하 PC)는 제작 후 현장설치로 현장관리가 용이하고, 공기단축과 시공성 향상 등의 장점을 갖는다. 그러나 공장제작 한 프리캐스트 콘크리트 부재를 현장에서 설치하는 과정에서 운반 및 양중에 대한 사전검토가 필요하며, 현장에 반입된 프리캐스트 콘크리트 부재를 위한 야적공간 계획과 타워크레인 또는 하이드로 크레인 운용에 대한 사전 검토가 필수적이며, 또한 PC 부재의 단가는 중량으로 산정되기 때문에 과도한 중량은 원가와 직결될 수 밖에 없기 때문에 PC부재의 중량을 절감시키는 것이 경제성과 경쟁력 확보를 위하여 가장 중요하다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0666703호 "콘크리트 합성기둥 및 합성교각"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 도 6에서와 같이 강관; 상기 강관의 외면에 상기 강관의 길이방향으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재; 및 상기 강관의 외주면과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하고, 상기 부착보강재는 결착부가 형성되어 있는 결착판과, 상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부와, 상기 복부의 상부 끝단을 절단하고, 절단된 끝단을 방향을 번갈아가며 절곡하여 형성되는 부착돌기로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성기둥을 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 매입형 합성기둥으로 강관의 외부에 단순하게 콘크리트와 강관의 부착을 견고히 하는 역할만 할 뿐이며, 합성기둥의 중량을 감소시킬 수 있는 구성이 나타나지 않았으며, 강관자체의 하중을 줄이기 힘들고 합성기둥의 주근 및 띠철근의 배근이 어려운 문제점이 있었다.

특허등록 제0666703호 "콘크리트 합성기둥 및 합성교각"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 얇은 2개의 절곡강판의 결합으로 이루어져 내부에 중공부가 형성된 각형강관의 외부에 프리캐스트 콘크리트를 형성하여 공장제작하고, 각형강관의 중공부는 현장에서 콘크리트를 타설하도록 하여 완성함으로써, 프리캐스트 콘크리트 기둥의 중량을 대폭 감소시킬 수 있으며, 각형강관에 일정간격으로 보강판을 구성하여 각형강관을 보강함으로써, 비틀림등의 형태변형 없이도 각형강관의 두께를 최소화할 수 있어 합성기둥의 중량을 더욱 감소시킬 수 있으면서도 주근과 띠철근의 배근이 용이한 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 2개의 절곡강판이 결합되어 단면이 중공이 형성된 사각형의 형상을 갖도록 형성되며, 길이방향의 일정한 간격으로 각 모서리가 길이방향에 대하여 직각으로 잘린 결합구가 형성되고, 외측면에는 일정간격으로 스터드커넥터가 구성되는 각형강관; 직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관의 결합구에 최장변이 각각 끼워져 방사형으로 결합되어 각형강관을 중심으로 내부에 위치하는 내부보강부와 각형강관을 중심으로 외부에 위치하는 외부보강부로 구성되며, 내부보강부의 중앙부에 통공이 형성되며, 외부보강부는 직각모서리에 절취면이 형성되며 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈이 구성되는 보강판; 상기 각형강관의 외부에 프리캐스트로 제작되는 외부콘크리트;로 구성되는 것을 특징으로 하는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥을 제공하고자 한다.

또한, 직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관의 상하단부에 4면 모서리에 각각 방사형으로 결합구성되며, 직각모서리에 절취면이 형성되고 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈이 구성되며, 각형강관의 중공에 위치하는 부분에 통공이 형성되는 패널존 보강플레이트와; 상기 패널존 보강플레이트의 외측면에 상기 각형강관과 연장선에 돌출되어 위치하도록 결합구성되는 결합강판;을 추가로 구성하거나, 부가하여 단면이 L형으로 형성되며, 수직면이 각형강관의 단부의 외측 둘레에 결합되고 수평면이 외부콘크리트의 단부를 폐합하도록 결합되는 앵글을 추가구성하여, 철근콘크리트와 철골구조 등의 모든 구조에서도 보와의 결합을 용이하도록 구성할 수 있다.

또한, 2개의 직각으로 절곡된 절곡강판을 단면이 사각형인 중공을 형성하도록 결합하여 각형강관을 형성하는 단계; 상기 각형강관의 길이방향의 일정한 간격으로 사면의 모서리를 길이방향에 대하여 직각으로 절단하여 결합구를 형성하고, 외측면에는 일정간격으로 스터드커넥터를 결합하는 단계; 보강판을 상기 각형강관의 결합구에 끼워 결합하는 단계; 상기 각형강관의 외부에 주근 및 띠철근을 배근하고 거푸집을 조립하는 단계; 거푸집에 콘크리트를 타설하여 프리캐스트로 제작되는 외부콘크리트를 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 제작방법을 제공하고자 한다.

또한, 합성기둥 제작방법은 각형강관의 단부의 외측 둘레에 앵글을 구성한 후 거푸집에 콘크리트를 타설하여 외부콘크리트를 형성하고, 패널존 보강플레이트를 상기 각형강관의 상하단부에 4면 모서리에 각각 방사형으로 결합하는 단계; 및 단면이 사각형인 결합강판을 상기 패널존 보강플레이트의 외측면에 상기 각형강관과 연장선에 돌출되어 위치하도록 결합구성되는 단계를 추가로 구성할 수 있다.

본 발명은 두께가 얇은 2개의 절곡강판의 결합으로 이루어져 내부에 중공부가 형성된 각형강관의 외부에 프리캐스트 콘크리트를 형성하여 공장제작하고, 각형강관의 중공부는 현장에서 콘크리트를 타설하도록 함으로써, 프리캐스트 콘크리트 기둥의 중량을 대폭 감소시킬 수 있으며, 공장타설에 비하여 현저히 저렴한 현장타설 콘크리트의 타설량을 증가시킴으로써 경제성이 뛰어난 매우 유용한 효과가 있다.

또한, 각형강관에 일정간격으로 보강판을 구성하여 각형강관을 보강함으로써, 각형강관의 두께를 최소화하면서도 두께가 얇은 절곡강판 사용시 발생할 수 있는 비틀림 등의 취약성을 보강판을 통하여 보강할 수 있어 합성기둥의 중량을 더욱 감소시킬 수 있으면서도 주근과 띠철근의 배근이 용이한 매우 유용한 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 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 1a는 본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥의 일 실시예의 일부절개 사시도,
도 1b는 본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥의 다른 실시예의 일부절개 사시도,
도 2a는 상기 도 1a의 측단면도,
도 2b는 상기 도 1b의 측단면도,
도 3은 상기 도 1의 보강판(200)이 구성된 부분의 평단면도,,
도 4a는 상기 도 1의 패널존 부분의 평단면도,
도 4b는 상기 도 4a의 외부콘크리트의 다른 실시예를 도시한 단면도,
도 5는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 제작방법의 제작순서도,
도 6은 종래의 콘크리트 합성기둥을 도시한 단면도.

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

이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥의 일 실시예의 일부절개 사시도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥(1)은 공장에서 기성 강관보다 두께가 얇은 철판을 절곡시킨 절곡강판(100a)(100b)으로 각형강관(100)을 형성하고, 각형강관(100)의 외부를 프리캐스트 콘크리트로 제작한 외부콘크리트(500)를 구성한 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥(1)을 제작하여, 현장으로 이동한 후 내부콘크리트를 현장에서 타설하도록 하여 프리캐스트 콘크리트 합성기둥의 중량을 최대한 절감시켜 경제성을 향상시킨 합성기둥이다.

각형강관(100)은 얇은 강판을 직각으로 절곡하여 절곡강판을 만들고, 2개의 절곡강판(100a)(100b)을 단면이 사각형을 이루도록 용접하여 결합한다.

일반적으로 합성기둥은 H형강을 콘크리트기둥속에 매립하고 보강근과 띠철근을 사용한 피복형, 원형 또는 사각형의 강관속에 콘크리트를 채워서 만든 콘크리트 충전형, 피복형과 콘크리트 충전형을 결합한 충전피복형이 있다.

본 발명은 합성기둥의 중량을 최소화할 수 있도록 내부에 중공을 형성하고 외부를 프리캐스트 콘크리트로 형성하여, 외부콘크리트(500)와 중공(110) 내부에 타설되어 형성되는 내부콘크리트를 확실하게 구별할 수 있도록 하고, 원형강관을 사용할 경우에는 매입형 합성기둥의 조건을 만족시키기 위해서 내부에 주근(20)과 주근을 고정하는 띠철근(30)을 배근하기가 매우 어렵기 때문에 각형강관(100)을 사용한다. 또한, 기성 각형기둥이나 원형기둥의 경우에는 두께가 정해져 있기 때문에, 합성기둥의 중량을 줄이기 위하여 각형기둥이나 원형기둥의 무게를 줄이기 어렵지만, 본 발명은 단면이 사각형이 형성되도록 기성강관보다 두께가 얇은 강판을 직각으로 절곡한 절곡강판(100a)(100b)을 결합하여 형성된 각형강관(100)을 사용하기 때문에, 기성 강관보다 얇은 다양한 두께의 강판을 절곡하여 사용할 수 있다. 따라서 절곡강판(100a)(100b)의 두께를 상이하게 적용하여 각형강관(100)의 무게를 줄여 합성기둥(1) 자체의 중량을 최소화할 수 있다. 스터드커넥터(130) 설치를 위한 최소 강판두께인 6mm(ø16 적용시)이므로, 절곡강판(100a)(100b)을 16mm 이상으로 구성할 경우에는 절곡강판(100a)(100b)의 두께를 상이하게 적용할 수 있다.

중공(110)은 직각으로 절곡된 절곡강판(10)을 결합하여 각형강관(100)을 제작하기 때문에, 각형강관(100)은 사각형의 단면을 갖고 내부에 사각형의 중공(110)이 형성된다. 중공(110)은 각형강관(100)의 외부에 프리캐스트로 제작되는 외부콘크리트(500)를 타설하여 제작한 후 현장으로 이동하여 현장에서 중공(110)에 콘크리트를 타설하여 내부콘크리트를 형성한다. 본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥(1)은 각형강관(100)을 중심으로 내부의 중공(110)과 외부가 명확히 구분된다. 각형강관(100)의 외부에 프리캐스트로 제작되는 외부콘크리트(500)는 공장에서 타설하여 미리 제작하고, 각형강관(100)의 중공(110)에 타설되는 내부콘크리트는 현장으로 이동후 타설한다. 내부콘크리트는 현장에서 타설하기 때문에 고강도콘크리트를 적용할 수도 있다. 일반적으로 50MPa를 초과하는 고강도 콘크리트는 별도의 폭열방지대책을 수립해야 하나, 본 발명은 외부콘크리트(500)가 일반 콘크리트에 해당하기 때문에 별도의 폭열방지대책을 수립하지 않아도 되는 장점이 있다.

결합구(120)는 각형강관(100)의 각 사면의 모서리에 길이방향으로 일정한 간격으로 형성되며, 각형강관(100)의 각 사면의 모서리를 칼로 자른 듯한 형상으로 각형강관(100)의 길이방향에 대하여 직각으로 형성된다. 각형강관(100)의 4개의 모서리의 결합구(120)에는 보강판(200)이 각각 끼워져 결합된다.

스터드커넥터(130)는 각형강관(100)의 외측면에 일정간격으로 다수개를 용접하여 결합한다. 스터드커넥터(130)에 의해서 경화된 외부콘크리트(500)와 각형강관(100)과의 부착을 견고히 함으로서 외부콘크리트(500)와 각형강관(100)이 일체로 거동하여 합성기둥으로서의 합성작용을 극대화시키는 효과를 갖기 때문에, 기둥의 전체강성을 증가시키므로 부재의 크기를 줄여 공간 활용의 측면에서 유리하다.

도 2a는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥의 측단면도이고, 도 3은 상기 도 1a의 보강판(200)이 구성된 부분의 평단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 보강판(200)은 직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관(100)의 4개의 결합구(120)에 최장변이 각각 끼워져 전체적으로 방사형으로 결합되어 각형강관(100)의 모서리를 보강하는 역할을 한다. 보강판(200)을 각형강관(100)의 길이방향에 대하여 수직으로 관통하여 결합되도록 하는 것은 각형강관(100)의 모서리를 보강을 더욱 확고히 하기 위해서이다.

각형강관(100)은 2개의 절곡강판(100a)(100b)으로 이루어지며, 절곡강판(100a)(100b)은 합성기둥의 중량을 줄이기 위하여 얇은두께의 절곡강판(100a)(100b)을 사용할 수 있으며, 두께가 얇은 절곡강판(100a)(100b) 사용시 발생할 수 있는 비틀림 등의 취약성을 보강판(200)을 통하여 보강하도록 하는 것이다. 따라서 절곡강판(100a)(100b)의 두께를 상이하게 적용하여 각형강관(100)의 무게를 줄여 합성기둥(1) 자체의 중량을 최소화할 수 있도록 보강판(200)을 사용하여 보강하는 것이다.

보강판(200)의 형상은 전체적으로 직각삼각형의 형상을 갖고, 보강판(200)은 각형강관(100)과 결합된 후, 각형강관(100)을 중심으로 내부에 위치하는 내부보강부(210)와 각형강관(100)을 중심으로 외부에 위치하는 외부보강부(220)로 나뉘어진다. 이는 각형강관(100)의 결합구(120)에 인입되어 고정결합시에 보강판(200)의 최장변은 각형강관(100)의 중공(110)의 내부로 인입되어 내부보강부(210)가 형성되어 4개의 보강판(200)의 최장변이 서로 마주보는 형태로 구성되어 중앙부에 공간부를 이루게 되는데, 이때 내부보강부(210)는 최장변이 각형강관(100)의 모서리측으로 인입되어 형성되는 형상으로 구성되어 4개의 보강판(200)의 내부보강부(210)의 최장변의 사이에 형성되는 공간부를 최대한 넓게 구성되도록 하여, 각형강관(100)의 중공(110)이 단절되지 않고 연속되도록 하며, 내부보강부(210)는 통공(211)을 형성하여 각형강관(100) 내부에 구성되는 내부콘크리트의 전단연결재의 역할을 할 수도 있다.

외부보강부(220)는 각형강관(100)의 모서리의 양측면에 지지되어 더이상 각형강관(100)의 내부로 인입되지 않고 지지되는 역할을 하며, 각형강관(100)에서 측면으로 돌출된 형상으로 구성된다. 외부보강부(220)는 예각모서리부분은 절취되어 인접하는 다른 보강판(200)의 외부보강부(220)의 예각모서리부분과 각형강관(100)의 일측면의 중앙부에서 서로 맞닿도록 한다.

또한, 상기 보강판(200)의 외부보강부(220)는 직각모서리에 절취면(221)이 형성되며 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈(222)이 구성되도록 할 수 있다.

이는 각형강관(100)의 외부에 구성되는 외부콘크리트(500)를 제작할 때, 외부콘크리트(500)는 현행 건축구조기준 및 해설(KBC 2009)의 매입형 합성기둥의 조건을 만족시키기 위해서 내부에 주근(20)과 주근을 고정하는 띠철근(30)을 배근해야 하기 때문에, 각형강관(100)의 외측부에 길이방향으로 배치되는 주근(20)이 보강판(200)에 의하여 방해받지 않고 연속적으로 배치될 수 있도록 하기 위해서이다. 즉, 절취면(221)과 호형홈(222)은 주근(20)이 관통하는 부분에 보강판(200)을 절취 또는 홈을 형성하여 구성하는 것이다. 절취면(221)은 보강판(200)의 직각모서리를 절취하여 형성하고, 절취된 부분으로 주근이 관통하도록 한다. 또한, 호형홈(222)은 보강판(200)의 예각모서리부분의 외측면을 호형의 홈을 형성하여 구성하며, 서로다른 보강판(200)의 예각모서리가 서로 맞닿아 있기 때문에, 호형홈(222)의 크기는 두개의 호형홈(222)이 합쳐져 하나의 주근(20)의 관통시 필요한 크기가 형성되도록 할 수 있다.

상기와 같이, 각형강관(100)의 외부에 외부콘크리트(500)를 프리캐스트로 제작한다.

공장에서 타설하는 외부콘크리트(500)의 두께는 대략 100~120mm이다. 프리캐스트 합성기둥의 최소사이즈를 600X600mm 으로 하고 외부콘크리트(500) 두께를 100mm로 적용하면, 전체 단면에 대한 내부 중공(110)의 면적비는 약 45%가 된다. 합성기둥 사이즈를 1,000X1,000mm으로 하고 외부콘크리트(500) 두께를 100mm로 적용하면, 전체 단면에 대한 내부 중공(110)의 면적비는 약 64%가 된다. 그러므로 중공비는 전체 기둥 면적대비 약 45~65% 정도가 되어 중량이 가벼워 지기 때문에 경제성확보가 가능하다.

도 4a는 도 4a는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥의 보강판(200)이 구성된 부분의 평단면도이고, 도 4b는 상기 도 4a의 외부콘크리트의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 외부콘크리트(500)는 각형 또는 원형으로 형성하여 각형기둥 또는 원형기둥으로 형성될 수 있으며, 각형 또는 원형의 외부콘크리트(500)의 형상과는 상관없이 모두 동일한 각형강관(100)을 사용할 수 있다.

도 2 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 기둥과 보의 접합부 즉 패널존에서의 보와의 용이한 결합을 위하여 추가로 상기 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥(1)의 각형강관(100)의 길이방향의 양단부에 직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관(100)의 상하단부에 4면 모서리에 각각 방사형으로 결합구성되는 패널존 보강플레이트(300)를 구성하고, 상기 패널존 보강플레이트(300)의 외측면에 상기 각형강관(100)과 연장선에 돌출되어 위치하도록 결합강판(400)을 구성할 수 있다.

패널존 보강플레이트(300)는 직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관(100)의 상하단부에 4면 모서리에 각각 방사형으로 결합구성되며, 직각모서리에 절취면(310)이 형성되고 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈(320)이 구성되며, 각형강관(100)의 중공(110)에 위치하는 부분에 통공(330)이 형성된다.

패널존 보강플레이트(300)의 최장변이 각형강관(100)의 상하단부의 각 모서리에 결합되어 4개의 패널존 보강플레이트(300)가 방사형을 이루도록 구성된다. 방사형을 이루는 패널존 보강플레이트(300)는 4개의 서로 다른 장변으로 중공이 형성되어, 각형강관(100)의 중공(110)이 단절되지 않고 상기 개구부를 통하여 연결되어 내부콘크리트의 타설시에 콘크리트가 원활하게 충전될 수 있게되어 콘크리트 타설 작업이 용이해진다. 패널존 보강플레이트(300)는 최장변이 구성된 면은 각형강관(100)을 중심으로 내부의 위치에 위치하고, 패널존 보강플레이트(300)의 등변인 측면은 각형강관(100)을 중심으로 외부로 돌출되어 결합된다. 통공(330)이 형성되어 각형강관(100) 내부에 구성되는 내부콘크리트의 전단연결재의 역할을 할 수도 있다.

패널존 보강플레이트(300)의 예각모서리부분은 절취되어 인접하는 다른 패널존 보강플레이트(300)의 예각모서리부분과 각형강관(100)의 일측면의 중앙부에서 서로 맞닿도록 한다.

각형강관(100)의 외부에 외부콘크리트(500)를 제작할 때 길이방향으로 배치되는 주근(20)이 패널존 보강플레이트(300)에 의하여 방해받지 않고 연속적으로 배치될 수 있도록 하기 위해서, 주근(20)이 관통하는 부분에 패널존 보강플레이트(300)를 절취 또는 홈을 형성하여 절취면(310)과 호형홈(320)을 구성하는 것이다. 절취면(310)은 패널존 보강플레이트(300)의 직각모서리를 절취하여 형성하고, 절취된 부분으로 주근이 관통하도록 한다. 또한, 호형홈(320)은 패널존 보강플레이트(300)의 예각모서리부분의 외측면을 호형의 홈을 형성하여 구성하며, 서로 다른 패널존 보강플레이트(300)의 예각모서리가 서로 맞닿아 있기 때문에, 호형홈(320)의 크기는 두개의 호형홈(320)이 합쳐져 하나의 주근(20)의 관통시 필요한 크기가 형성되도록 할 수 있다.

패널존 보강플레이트(300)는 철골보의 플랜지의 위치에 대응하여 구성되어 철골보의 플랜지와 용접등의 방법으로 결합된다. 철골보의 플랜지 두께가 각형강관(100)의 두께에 비하여 상대적으로 큰 경우에는 보와 맞닿는 강관 표면에 두께 방향으로 과도한 인장응력이 발생할 수 있기 때문에, 철골보의 플랜지의 두께와 동일하거나 두꺼운 두께로 구성하는 것이 바람직하다.

보강판(200)과 패널존 보강플레이트(300)는 전체적으로 직각삼각형의 형상을 갖지만, 직각을 이루는 변의 형상 및 사선을 이루는 변의 형상을 외부로 돌출되거나 요입될 수 있으며, 가변적으로 형성될 수 있다.

결합강판(400)은 상기 패널존 보강플레이트(300)에 결합구성되며, 상기 각형강관(100)과 동일한 사각형의 단면으로 각형강판(100)의 연장선에 돌출되어 위치하도록 결합구성된다. 결합강판(400)은 상기 각형강관(100)과 대응되는 연장선에 구성되어 단면이 사각형을 이루도록 하는데, 이는 사면의 어느 방향에서도 보의 결합을 용이하게 하기 위해서이다.

도 1b는 본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥의 다른 실시예의 일부절개 사시도이다.

상기와 같이, 각형강관(100)의 양단부에 패널존 보강플레이트(300)와 결합강판(400)을 구성할 수 있지만, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 각형강관(100)의 양단부를 연장하여 패널존부(140)를 형성하고, 각형강관(100)의 단부와 패널존부(140)의 사이의 각 모서리가 길이방향에 대하여 직각으로 잘린 결합구(120a)가 형성시켜, 패널존 보강플레이트(300)를 안정적으로 결합구(120a)에 끼워 결합시킬 수 있으며, 각형강관(100)이 연장된 패널존부(140)에 결합강판(400)을 결합할 수도 있다. 이와 같이, 패널존부(140)를 형성하고 결합강판(400)을 형성하면, 결합구(120a)를 형성할 수 있어 패널존 보강플레이트(300)의 결합이 용이하고, 결합강판(400)의 결합이 패널존 보강플레이트(300) 뿐만 아니라 패널존부(140)에도 결합되어 위치선정 및 결합이 더욱 견고해 진다.

패널존 보강플레이트(300)는 보의 플랜지와 결합되고, 결합강판(400)은 보의 웨브와 결합되도록하여, 일반적으로 PC기둥에 접합하는 보가 동일한 구조형식의 PC보 또는 철근콘크리트보에 한정되는 것에 비하여, 본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥(1)은 패널존 보강플레이트(300)와 결합강판(400)을 이용하여 철골보를 접합할 수 있기 때문에, 철근콘크리트와 철골구조 등의 모든 구조에서 적용할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 앵글(40)을 각형강관(100)의 단부 외측둘레에 결합하도록 할 수 있다.

앵글(40)은 단면이 L형으로 형성되며, 수직면이 각형강관(100)의 단부의 외측 둘레에 결합되고 수평면이 외부콘크리트(500)의 단부를 폐합하도록 결합된다. 앵글(40)은 철골보와의 결합을 용이하게 함은 물론 외부콘크리트(500)의 단부보호의 기능도 동시에 할 수 있다.

이때, 하단부에 구성되는 앵글(40)은 각형강관(100)의 하단부에서 슬래브의 두께만큼 이격되어 결합되도록하여, 추후 슬래브 타설시에 슬래브 콘크리트가 각형강관(100)의 하단부에 구성되는 앵글(40)의 하부까지 타설되도록 한다.

도 5는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 제작방법의 제작순서도이다.

도 5를 참고하여 본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 제작방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 먼저 절곡강판(100a)(100b)으로 각형강관(100)을 형성한다.

강판을 절곡하여 2개의 절곡강판(100a)(100b)을 만들고, 2개의 절곡강판(100a)(100b)을 내부에 사각형의 중공(110)이 형성되도록 맞대어 위치시킨 후 측면의 양단부를 용접시킨다. 절곡강판(100a)(100b)의 결합시에는 서로 다른 두개의 절곡강판(100a)(100b)을 다소 어긋나게 위치시켜 측면의 단부가 완전히 맞물리지 않고 돌출되도록 위치시켜 용접 작업을 용이하게 하도록 한다.

이후 도 5b에 도시된 바와 같이, 결합구(120)를 형성하고 스터드커넥터(130)를 결합한다.

결합구(120)는 상기 각형강관(100)의 길이방향의 일정한 간격으로 사면의 모서리를 길이방향에 대하여 직각으로 절단하여 형성한다. 즉, 결합구(120)는 각형강관(100)의 사면의 모서리의 꼭짓점에서 양측면이 절단된 형태이나 사면의 모서리에 형성된 각 결합구(120)의 단부가 서로 맞닿지 않아 각형강관(100)이 완전히 절단되지는 않고, 각형강관(100)의 4면의 중앙부만 연결되어 있는 형상이다.

스터드커넥터(130)는 각형강관(100)의 외측면에 일정한 간격으로 용접하여 결합한다.

도 5c에 도시된 바와 같이, 결합구(120)에 보강판(200)을 끼워 결합한다. 보강판(200)은 직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관(100)의 4개의 결합구(120)에 최장변이 각각 끼워지며, 보강판(200)의 형상은 전체적으로 직각삼각형의 형상을 갖고, 보강판(200)은 각형강관(100)과 결합된 후, 각형강관(100)을 중심으로 내부에 위치하는 내부보강부(210)와 각형강관(100)을 중심으로 외부에 위치하는 외부보강부(220)로 나뉘어진다. 각형강관(100)의 보강홈(120)이 형성된 외측둘레에는 4개의 서로 다른 보강판(200)의 외부보강부(220)가 ㄱ자 형상으로 돌출된 형태로 단부가 서로 맞닿아 각형강관(100)의 보강홈(120)이 형성된 외측둘레서 돌출된 형상을 하게 된다. 4개의 서로다른 보강판(200)의 내부보강부(210)는 각형강관(100)의 중공부(110)에 위치하여 최장변으로 이루어지는 중공을 형성하게 된다.

상기와 같이 보강판(200)을 각형강판(100)의 결합구(120)에 끼운 후에 용접등의 방법으로 각형강관(100)과 완전히 결합한다.

도 5d에 도시된 바와 같이, 각형강관(100)에 보강판(200)을 결합한 후에는 각형강관(100)의 외부에 외부콘크리트(500)를 형성하기 위하여, 상기 각형강관(100)의 외부에 주근(20) 및 띠철근(30)을 배근하고 거푸집을 조립한다. 주근(20)은 각형강관(100)의 외부의 길이방향으로 배근하고, 보강판(200)의 절취면(221)의 외측부와 호형홈(222)을 관통하여 구성된다. 주근(20)의 배근과 동시에 주근(20)의 둘레로 일정한 간격으로 띠철근(30)을 배근한다.

이후에는 도 5e에 도시된 바와 같이, 각형강관(100)의 외부에 외부콘크리트(500)를 형성하여 완성한다.

거푸집에 콘크리트를 타설하여 프리캐스트로 제작되는 외부콘크리트(500)를 형성한다.

또한, 외부콘크리트(500)의 형성시에 거푸집을 조립하는 단계에서 단면이 L형으로 형성되며, 수직면이 각형강관(100)의 단부의 외측 둘레에 결합되고 수평면이 외부콘크리트(500)의 단부를 폐합하도록 앵글(40)을 구성한 후 거푸집에 콘크리트를 타설하여 외부콘크리트(500)를 형성하고, 각형강관(100)의 양단부에 패널존 보강플레이트(300)를 상기 각형강관(100)의 상하단부에 4면 모서리에 각각 방사형으로 결합하고, 단면이 사각형인 결합강판(400)을 상기 패널존 보강플레이트(300)의 외측면에 상기 각형강관(100)과 연장선에 돌출되어 위치하도록 결합구성하는 단계를 추가하여, 패널존 보강플레이트(300)는 보의 플랜지와 결합되고, 결합강판(400)은 보의 웨브와 결합되도록하여, 일반적으로 PC기둥에 접합하는 보가 동일한 구조형식의 PC보 또는 철근콘크리트보에 한정되는 것에 비하여, 본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥(1)은 패널존 보강플레이트(300)와 결합강판(400)을 이용하여 철골보를 접합할 수 있기 때문에, 철근콘크리트와 철골구조 등의 모든 구조에서 적용할 수 있도록 한다.

패널존 보강플레이트(300)는 각형강관(100)의 길이방향의 양단부에 결합구성되며, 외측단부가 보강판(200)의 외부보강부(220)의 단부와 동일한 선상에 위치하게 된다. 패널존 보강플레이트(300)는 직각삼각형의 형상으로 각형강관(100)의 양단부에 결합시에는 보강판(200)과 동일하게 4개의 서로 다른 패널존 보강플레이트(300)를 각형강관(100)의 사면의 모서리에 해당하는 부분에 방사형으로 용접하여 결합한다. 서로 다른 4개의 보패널존 보강플레이트(300)의 최장변으로 이루어지는 중공이 형성된다.

또한, 도 5b(b)에 도시된 바와 같이, 상기 각형강관(100)을 형성하는 단계에서는 각형강관(100)의 양단부가 연장되어 패널존부(140)를 형성하고, 각형강관(100)의 단부와 패널존부(140)의 사이의 각 모서리가 길이방향에 대하여 직각으로 잘린 결합구(120a)가 형성하도록 하고, 보강판(200)을 상기 각형강관(100)의 결합구(120)에 끼워 결합하는 단계에서는, 상기 결합구(120a)에 패널존 보강플레이트(300)를 결합하고, 상기 패널존부(140)의 외측면에 결합강판(400)이 결합구성하도록 할 수 있다.

결합구(120a)는 상기 각형강관(100)과 각형강관(100)이 연장되어 형성된 패널존부(140)의 사이의 사면의 모서리를 길이방향에 대하여 직각으로 절단하여 형성한다. 즉, 결합구(120a)는 사면의 모서리의 꼭짓점에서 양측면이 절단된 형태이나 사면의 모서리에 형성된 각 결합구(120)의 단부가 서로 맞닿지 않아 각형강관(100)이 완전히 절단되지는 않고, 각형강관(100)의 4면의 중앙부만 연결되어 있는 형상이다.

즉, 각형강관(100)의 양단부에 패널존 보강플레이트(300)와 결합강판(400)을 구성할 수 있지만, 상기 각형강관(100)의 양단부를 연장하여 패널존부(140)를 형성하고, 각형강관(100)의 단부와 패널존부(140)의 사이의 각 모서리가 길이방향에 대하여 직각으로 잘린 결합구(120a)가 형성시켜, 패널존 보강플레이트(300)를 안정적으로 결합구(120a)에 끼워 결합시킬 수 있으며, 각형강관(100)이 연장된 패널존부(140)에 결합강판(400)을 결합할 수도 있다.

본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥(1)은 각형강관(100)을 경계로 내부와 외부가 명확히 구분된다. 일반적으로 50MPa를 초과하는 고강도 콘크리트는 별도의 폭열방지대책을 수립해야 하나, 본 발명은 외부콘크리트(500)가 일반 콘크리트에 해당하기 때문에 별도의 폭열방지대책을 수립하지 않아도 되는 장점이 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥(1)은 공장에서 각형강관(100)의 외부를 공장에서 프리캐스트 콘크리트로 제작한 외부콘크리트(500)를 구성한 후, 현장으로 이동하여 내부콘크리트를 현장에서 타설할 수 있으므로 고강도콘크리트를 적용할 수도 있다.

내부콘크리트는 상기 각형강관(100)의 중공(110)부에 현장타설되어 제작된다. 상기와 같이 최소두께의 외부콘크리트(500)를 타설하여 공장 제작하고, 중공(110)에 현장에서 콘크리트를 타설하여 내부콘크리트를 형성한다. 일반적으로 콘크리트 단가는 PC부재의 경우에는 현장타설 콘크리트에 비하여 10배 정도의 가격차가 나기 때문에, 공장제작하는 외부콘크리트(500)를 최소로하고 현장타설하는 내부콘크리트의 양을 늘리면 경제성을 더욱 확보할 수 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 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.

1 : 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥
20 : 주근
30 : 띠철근
40 : 앵글
100 : 각형강관
100a, 100b : 절곡강판
110 : 중공
120 : 결합구
130 : 스터드커넥터
200 : 보강판
210 : 내부보강부
220 : 외부보강부
300 : 패널존 보강플레이트
400 : 결합강판
500 : 외부콘크리트

Claims

2개의 절곡강판(100a)(100b)이 결합되어 단면이 중공(110)이 형성된 사각형의 형상을 갖도록 형성되며, 길이방향의 일정한 간격으로 각 모서리가 길이방향에 대하여 직각으로 잘린 결합구(120)가 형성되고, 외측면에는 일정간격으로 스터드커넥터(130)가 구성되는 각형강관(100);
직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관(100)의 결합구(120)에 최장변이 각각 끼워져 방사형으로 결합되어 각형강관(100)을 중심으로 내부에 위치하는 내부보강부(210)와 각형강관(100)을 중심으로 외부에 위치하는 외부보강부(220)로 구성되며, 내부보강부(210)의 중앙부에 통공(211)이 형성되며, 외부보강부(220)는 직각모서리에 절취면(221)이 형성되며 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈(222)이 구성되는 보강판(200);
상기 각형강관(100)의 외부에 프리캐스트로 제작되는 외부콘크리트(500);로 구성되는 것을 특징으로 하는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥.
제 1항에 있어서,
직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관(100)의 상하단부의 4면 모서리에 각각 방사형으로 외측단부가 각형강관(100)의 외측면으로 돌출되고 내측단부는 각형강관(100)의 중공부(110)에 위치하도록 결합구성되며, 직각모서리에 절취면(310)이 형성되고 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈(320)이 구성되며, 각형강관(100)의 중공(110)에 위치하는 부분에 통공(330)이 형성되는 패널존 보강플레이트(300)와;
상기 패널존 보강플레이트(300)의 외측면에 상기 각형강관(100)과 연장선에 돌출되어 위치하도록 결합구성되는 결합강판(400);이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥.
제 1항에 있어서,
상기 각형강관(100)의 양단부가 연장되어 패널존부(140)를 형성하고, 각형강관(100)의 단부와 패널존부(140)의 사이의 각 모서리가 길이방향에 대하여 직각으로 잘린 결합구(120a)가 형성되고,
직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관(100)의 결합구(120a)에 최장변이 각각 끼워져 방사형으로 결합되어 외측단부가 각형강관(100)의 외측면으로 돌출되고 내측단부는 각형강관(100)의 중공부(110)에 위치하도록 결합구성되며, 직각모서리에 절취면(310)이 형성되고 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈(320)이 구성되며, 각형강관(100)의 중공(110)에 위치하는 부분에 통공(330)이 형성되는 패널존 보강플레이트(300)가 결합되며,
상기 패널존부(140)의 외측면에 결합강판(400)이 결합구성되는 것을 특징으로 하는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
단면이 L형으로 형성되며, 수직면이 각형강관(100)의 양단부의 외측 둘레에 결합되고 수평면이 외부콘크리트(500)의 단부를 폐합하도록 결합되는 앵글(40)이 추가로 구성되되, 하단부에 구성되는 앵글(40)은 각형강관(100)의 하단부에서 슬래브의 두께만큼 이격되어 결합되는 것을 특징으로 하는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥.
2개의 직각으로 절곡된 절곡강판(100a)(100b)을 단면이 사각형인 중공(110)을 형성하도록 결합하여 각형강관(100)을 형성하는 단계;
상기 각형강관(100)의 길이방향의 일정한 간격으로 사면의 모서리를 길이방향에 대하여 직각으로 절단하여 결합구(120)를 형성하고, 외측면에는 일정간격으로 스터드커넥터(130)를 결합하는 단계;
직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관(100)의 결합구(120)에 최장변이 각각 끼워져 방사형으로 결합되어 각형강관(100)을 중심으로 내부에 위치하는 내부보강부(210)와 각형강관(100)을 중심으로 외부에 위치하는 외부보강부(220)로 구성되며, 내부보강부(210)의 중앙부에 통공(211)이 형성되며, 외부보강부(220)는 직각모서리에 절취면(221)이 형성되며 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈(222)이 구성되는 보강판(200)을 상기 각형강관(100)의 결합구(120)에 끼워 결합하는 단계;
상기 각형강관(100)의 외부에 주근(20) 및 띠철근(30)을 배근하고 거푸집을 조립하는 단계;
거푸집에 콘크리트를 타설하여 프리캐스트로 제작되는 외부콘크리트(500)를 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 제작방법.
제 5항에 있어서,
거푸집을 조립하는 단계에서는, 단면이 L형으로 형성되며, 수직면이 각형강관(100)의 양단부의 외측 둘레에 결합되고 수평면이 외부콘크리트(500)의 단부를 폐합하도록 결합되는 앵글(40)이 추가로 구성되되, 하단부에 구성되는 앵글(40)은 각형강관(100)의 하단부에서 슬래브의 두께만큼 이격되어 결합한 후 거푸집에 콘크리트를 타설하여 외부콘크리트(500)를 형성하고, 직각삼각형의 형상으로 직각모서리에 절취면(310)이 형성되고 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈(320)이 구성되며, 각형강관(100)의 중공(110)에 위치하는 부분에 통공(330)이 형성되는 패널존 보강플레이트(300)를 상기 각형강관(100)의 상하단부에 4면 모서리에 각각 방사형으로 결합하는 단계; 단면이 사각형인 결합강판(400)을 상기 패널존 보강플레이트(300)의 외측면에 상기 각형강관(100)과 연장선에 돌출되어 위치하도록 결합구성되는 단계;가 추가되는 것을 특징으로 하는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 제작방법.
제 5항에 있어서,
상기 각형강관(100)을 형성하는 단계에서는 각형강관(100)의 양단부가 연장되어 패널존부(140)를 형성하고, 각형강관(100)의 단부와 패널존부(140)의 사이의 각 모서리가 길이방향에 대하여 직각으로 잘린 결합구(120a)가 형성되며,
거푸집을 조립하는 단계에서는 단면이 L형으로 형성되며, 수직면이 각형강관(100)의 양단부의 외측 둘레에 결합되고 수평면이 외부콘크리트(500)의 단부를 폐합하도록 결합되는 앵글(40)이 추가로 구성되되, 하단부에 구성되는 앵글(40)은 각형강관(100)의 하단부에서 슬래브의 두께만큼 이격되어 결합한 후 거푸집에 콘크리트를 타설하여 외부콘크리트(500)를 형성하고,
보강판(200)을 상기 각형강관(100)의 결합구(120)에 끼워 결합하는 단계에서는, 직각삼각형의 형상으로 상기 각형강관(100)의 결합구(120a)에 최장변이 각각 끼워져 방사형으로 결합되어 외측단부가 각형강관(100)의 외측면으로 돌출되고 내측단부는 각형강관(100)의 중공부(110)에 위치하도록 결합구성되며, 직각모서리에 절취면(310)이 형성되고 양측의 예각모서리는 외측부에 호형홈(320)이 구성되며, 각형강관(100)의 중공(110)에 위치하는 부분에 통공(330)이 형성되는 패널존 보강플레이트(300)가 결합하고, 상기 패널존부(140)의 외측면에 결합강판(400)이 결합구성하는 단계;가 추가되는 것을 특징으로 하는 각형강관을 이용한 프리캐스트 콘크리트 합성기둥 제작방법.