KR101697234B1

KR101697234B1 - 기둥과 보의 강접합 구조물

Info

Publication number: KR101697234B1
Application number: KR1020160021218A
Authority: KR
Inventors: 문삼섭
Original assignee: (주)해성기공
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2017-01-17
Anticipated expiration: 2036-02-23

Abstract

본 발명은 장 스팬을 위한 기둥과 기둥 사이에 직사각형 보를 강접합하는 구조물에 관한 것으로, 특히 파형 웨브 강판의 상하에 고정되는 상하 플랜지 강관을 갖는 직사각형 보와 유사한 형태의 연결 브라켓을 기둥의 일측에 경사(구배)를 갖게 고정시켜 직사각형 보 그대로 연결 접합이 가능하면서도 강도도 현저히 향상시킨 기둥과 보의 강접합 구조물에 관한 것이다.

Description

기둥과 보의 강접합 구조물{RIGID JOINT STRUCTURE FOR BEAM TO COLUMN CONNECTION}

종래 기둥과 보의 접합구조물로서 특허문헌 1(한국등록특허 제10-1406485호)에 공지된 것이 제안되어 있다.

특허문헌 1에 있어서, 기둥과 보의 접합구조물(100)은 도 1에 도시된 실시예와 같이, 기둥(110)과, 상기 기둥(110)의 측면에 수평방향으로 설치되며 웨브(121)를 구비한 보(120)와, 상기 기둥(110)의 측면에 접합되는 제1수직판(130a)과, 상기 제1수직판(130a)에 일체로 결합되며 상기 보(120)의 상면에 접합되는 제1수평판(130b)을 구비하는 제1접합부재(130)와, 상기 기둥(110)의 측면에 접합되는 제2수직판(140a)과 상기 제2수직판(140a)에 일체로 결합되며 상기 보(120)의 하면에 접합되는 제2수평판(140b)을 구비하며, 상기 제2수평판(140b)의 중간영역에 다른 부위에 비해 좁은 단면으로 이루어져 수평방향으로 가해지는 압축력 및 인장력을 흡수하면서 변형이 집중되는 댐퍼부가 형성된 제2접합부재(140)를 포함하되, 상기 웨브는, 상기 보(120)의 길이방향으로 절곡되는 파형부(121a)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 보(120)에 구비된 웨브(121)는, 상기 보(120)의 길이방향을 따라 형성된 파형부(121a)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 파형부(121a)는, 상기 상부플랜지(123a)와 상기 하부플랜지(123b)의 두께에 비해 얇은 두께로 형성될 수 있다. 즉, 상기 파형부(121a)는 보의 중심을 기준으로 전면과 후면으로 절곡된 주름이 형성되며 얇은 강판으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 웨브(121)는, 상기 기둥(110) 측의 상기 파형부(121a)의 단부에 평판형상으로 접합되며, 상기 파형부(121a)의 두께에 비해 두껍게 형성되는 평판부(121b)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 평판부(121b)는 상기 파형부(121a)에 비해 판 두께가 두껍게 형성(예를 들어, 플랜지의 판 두께)되며, 소정길이로 상기 파형부(121a)의 단부에 용접 등으로 연장되게 접합될 수 있다.

그러나, H형강 기둥(110)에 수직판(130a)이 체결되게 다수의 체결공이 형성되어야 한다.

또한, 직사각형 보(120)가 경사(구배)를 가지도록 기둥(110)에 접합될 때에는 보(120)의 양단을 그 구배를 갖도록 절단해야 하는 번거로움이 있다.

또한, 기둥과 기둥 사이의 간격들이 다르면 거기에 맞는 보의 길이를 생산해야 하기 때문에, 보(20)의 동일 길이 생산은 매우 힘들다.

또한, 횡단면이 I형강 보(120)로 인해 수직판과 수평판으로 체결되고 또 용접 등이 행해지는 등 공정이 복잡하다.

또한, 횡단면이 I형강 보(120)이기 때문에 상하 플랜지가 얇은 두께의 판으로서 단부가 큰 휨응력에 견디기에 부적합해서 장스팬 예컨대 보의 길이가 40~50m 이상의 무주공간이 넓은 구조물에는 적용할 수 없다.

한편, 특허문헌 2의 조립건축구조물용 용접 빔은 웨브(20) 상하단부에 플랜지(30)를 용접하고, 상기 웨브(20) 및 플랜지(30) 좌우측 단부에 체결판(11)이 일체형으로 용접구성되며, 상기 웨브(20)의 구성을 강판을 지그재그로 절곡하여 경사요철(21)을 구성하고, 경사요철(21)이 형성된 웨브(20) 양측단부에 보강판(26)이 일체형으로 용접되게 함으로서, 플랜지(30)와 접하는 웨브(20)의 전면에 걸쳐 용접이 되게 함과 동시에, 취약한 웨브(20) 양측단부의 강성이 보강되게 하여, 용접 빔(10) 전면에 걸쳐 균일한 강성이 유지되게 구성되어 있다.

웨브(20) 상하단부에 용접구성되는 플랜지(30)는 도 2와 같이 C형강이나 각 파이프, ㄷ형강을 사용하거나 도면에는 도시되어 있지 않으나 원형파이프, H형강, ㄱ형강등 여러형태의 형강을 플랜지(30)로 사용할 수 있다.

또한, 도 3과 같이 웨브(21)의 상단을 경사지게 해서 상단 플랜지(30)가 용접되면, 경사를 줄 수 있지만 상당히 긴 웨브(21)의 상단을 구배에 맞춰 절단하기가 쉽지 않고, 절단한 양의 만큼 재료 손실이 있다.

아니면 용접 빔의 좌우 양단을 경사지게 절단해야 하는데, 이것도 마찬가지로 재료손실과 시공성을 낮추믄 절단 공정이 필요하다.

무엇보다도 경사에 맞게 기본적인 빔을 절단한다는 것은 균일 길이의 제품 생산이 어렵다는 한계가 있어, 시공이나 공기단축 등이 매우 불안정하다.

특허문헌 1 : 한국등록특허 제10-1406485호 특허문헌 2 : 한국공개특허 제10-2010-0130441호

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스팬의 길이가 긴 무주 공간에서도 큰 휨응력에 견디고 동일한 길이의 직사각형 보의 생산이 가능하여 균일화 및 시공성을 향상시켜 안정적인 신축이 가능한 기둥과 보의 강접합 구조물을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 청구항 1에 기재된 기둥과 보의 강접합 구조물은, 파형 웨브 강판, 상기 파형 웨브 강판의 상하에 용접되는 상하 플랜지 강관을 포함하는 보; 기둥; 상기 보의 일단부와 타단부에 용접 고정되는 제1접합부재; 상기 기둥의 일측 또는 양측에 일단부가 용접 고정되는 제2접합부재; 상기 제1접합부재와 상기 제2접합부재를 체결하는 체결부재;를 포함하되, 상기 보는 상기 상하 플랜지 강관의 길이가 서로 동일한 사각형 보이고, 상기 제1접합부재는 상기 상하 플랜지 강관과 직각되게 상기 사각형 보의 일단부와 타단부에 용접 고정되어 있다.

본 발명의 청구항 2에 기재된 기둥과 보의 강접합 구조물에 있어서, 상기 제1접합부재는 제1체결공이 형성되는 제1엔드 플레이트이고, 상기 제2접합부재는 일단부가 상기 기둥의 일측에 용접 고정되는 연결 브라켓과, 상기 연결 브라켓의 타단부에 용접 고정되며 제2체결공이 형성되는 제2엔드 플레이트로 이루어지며, 상기 연결 브라켓은 평판형 웨브 강판, 상기 평판형 웨브 강판의 상하에 용접되는 상하 플랜지 강관으로 구성되고, 상기 연결 브라켓은 경사지게 상기 기둥에 고정되되, 상기 연결 브라켓의 상 플랜지 강관과 하 플랜지 강관은 상기 기둥에 용접되는 일단부를 기준으로 타단부까지의 길이가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 3에 기재된 기둥과 보의 강접합 구조물에 있어서, 상기 평판형 웨브 강판의 두께는 상기 파형 웨브 강판의 두께보다 2~4배 더 두껍고, 상기 체결부재는 상기 제1,2엔드 플레이트의 상기 제1,2체결공에 체결되는 볼트와 너트인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

기둥(column)과 기둥 사이에 배치 고정되는 보(beam)가 직사각형 보가 되도록 제1접합부재와 제2접합부재가 보와 기둥에 용접 고정되기 때문에, 직사각형 보의 균일 생산이 가능하여 시공 및 생산성이 매우 우수하다.

또한, 연결 브래킷의 일단부가 기둥의 일측 또는 양측에 용접 고정되기 때문에, 기존과 같이 엔드 플레이트 결합을 위한 체결공을 형성할 필요가 없게 되고, 이로 인해 기둥의 단면이 H형강, 원형 또는 각형 강관 등 구애받지 않고 시공 현장에 따라 사용 가능하다.

또한, 기둥에 체결공을 천공되지 않아서, 직사각형 보의 단부가 보다 큰 휨응력에 견디기 때문에, 롱 스팬(long span)의 무주 공간이 넓은 구조에 사용된다.

특히, 연결 브래킷이 파형 웨브 강판의 상하에 고정된 상하 플랜지 강관으로 구성됨으로써, 종래 기둥에 접합된 엔드 플레이트보다 접합 단부의 휨응력이 매우 커서 롱 스팬의 무주 공간이 넓은 구조에 매우 유용하다.

또한, 직사각형 보의 배치 구배와 같은 구배를 갖게 연결 브래킷이 기둥에 용접 고정되기 때문에, 직사각형 보의 수평 길이가 동일하게 생산 가능하며, 특히 직사각형 보의 양단이 구배에 맞게 경사 절단될 필요가 없어, 균일 생산 및 신속한 시공이 가능하다.

또한, 기둥과 기둥 사이의 거리인 스팬이 현장 여건에 따라 달라져도, 상대적으로 수평길이가 매우 짧은 연결 브래킷의 길이를 조절하면 되기 때문에, 동일한 길이로 생산된 직사각형 보를 그대로 사용이 가능하다.

도 1은 종래 기둥과 보의 접합구조물의 일부를 도시한 사시도.
도 2는 다른 종래의 용접빔을 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 웨브 상하단부에 용접되는 플랜지의 다른 예시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기둥과 보의 접합 구조물을 도시한 전체 사시도.
도 5는 도 4의 정면도.
도 6은 도 4의 A부분을 확대 도시한 사시도.
도 7은 도 6에서 직사각형 보와 기둥을 분리한 사시도.
도 8은 도 7의 직사형 보에서 제1엔드 플레이트를 분리한 사시도.
도 9는 도 7의 연결 브래킷에서 제2엔드 플레이트를 분리한 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다.

또한, 개별적인 구성으로 설명할 때는 100단위의 도면 부호를 부여하고, 좌우와 중간 같은 위치 또는 그 개수의 설명이 필요한 경우에는 100단위에 소문자를 붙여 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기둥과 보의 접합 구조물을 도시한 전체 사시도이고, 도 5는 도 4의 정면도이고, 도 6은 도 4의 A부분을 확대 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6에서 직사각형 보와 기둥을 분리한 사시도이고, 도 8은 도 7의 직사형 보에서 제1엔드 플레이트를 분리한 사시도이고, 도 9는 도 7의 연결 브래킷에서 제2엔드 플레이트를 분리한 사시도이다.

도 4 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 기둥과 보의 강접합 구조물은 직사각형 보(200)와, 기둥(300)과, 보(200)의 일단과 기둥(300)의 일측을 연결하여 접합 고정하는 접합부재(400)를 포함한다.

직사각형 보(200)란 두 쌍의 마주보는 변이 서로 평행이고, 그 길이가 같아 네각이 모두 직각인 사각형 보를 말한다.

직사각형 보(200)는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 I자 단면으로서, 파형 웨브 강판(210)과, 파형 웨브 강판(210)의 상하에 용접되는 상하 플랜지 강관(230)(250)으로 구성되어 있다.

파형 웨브 강판(210)은 두께가 얇은 수직판으로 그 전후가 교대로 파형을 이루게 절곡 형성되어 있다.

상하 플랜지 강관(230)(250)은 각관 바람직하게는 사각 파이프로 형성되는 빔이다.

기둥(300)은 H형강, 원형 또는 각형 강관으로 구현될 수 있다.

본 실시예에 따른 기둥(300)은 평면에서 볼 때 H자인 형강으로서, 그 접합 부분의 양측 플랜지에는 보강판(331)(333)이 수평과 수직으로 용접 고정되어 있다.

접합부재(400)는 직사각형 보(200)의 일단부와 타단부에 용접 고정되는 제1접합부재(410)와, 상기 기둥의 일측 또는 양측에 일단부가 용접 고정되는 제2접합부재(430)와, 제1접합부재(410)와 제2접합부재(430)를 체결하는 체결부재(470)로 이루어진다.

제1접합부재(410)는 직사각형 판인 제1엔드 플레이트(410)이다.

제1엔드 플레이트(410)는 직사각형 보(210)의 일단과 타단에 상하 플랜지 강관(230)(250)과 서로 직각되게 용접 고정된다.

제2접합부재(430)는 일단부가 기둥(300)의 일측에 용접 고정되는 외팔보형 연결 브라켓(440)과, 연결 브라켓(440)의 타단부에 용접 고정되는 직사각형 판인 제2엔드 플레이트(450)로 구성되어 있다.

제1엔드 플레이트(410)와 제2엔드 플레이트(430)는 서로 마주보는 한 쌍으로 기능된다.

연결 브라켓(440)은 직사각형 보(200)와 마찬가지로 평판형 웨브 강판(441), 평판형 웨브 강판(441)의 상하에 용접되는 상하 플랜지 강관(443)(445)으로 구성되어 있다.

또한, 연결 브라켓(440)은 기둥(300)의 일측을 기준으로 해서 경사(구배)지게 배치되어 있다.

이때, 연결 브라켓(440)의 상 플랜지 강관(443)과 하 플랜지 강관(445)은 기둥(300)에 용접되는 일단부를 기준으로 타단부까지의 길이가 서로 다르다.

예컨대, 도 6 및 7에 도시한 바와 같이 중간 기둥(300b)을 기준에서 볼 땐 하 플랜지 강관(445)의 길이(L2)가 상 플랜지 강관(443)의 길이(L1)보다 짧다.

따라서, 중간 기둥(300b)을 기준으로 볼 때, 연결 브라켓(440b)(440c)은 일단부에서 타단부로 갈수록 아래로 향하게 경사지는 배치를 이룬다.

이렇게 아래로 향하게 경사 배치된 기둥(300b)의 좌우측 연결 브라켓(440b)(440c)의 일단부는 기둥(300b)의 수직한 일측과 맞닿게 같은 수직한 면을 갖고, 연결 브라켓(440b)(440c)의 타단부는 기둥(300b)의 일측 수직면에 대해 아래를 향하는 방향의 경사진 면을 갖는다.

한편, 도 4 및 도 5의 좌우 기둥(300a)을 기준으로 볼 때, 연결 브라켓(440a)(440d)은 일단부에서 타단부로 갈수록 위로 향하게 경사 배치되어 있다.

이렇게 위로 향하게 경사 배치된 연결 브라켓(440a)(440d)의 일단부는 기둥(300a)의 수직한 일측과 맞닿게 같은 수직한 면을 갖고, 연결 브라켓(440a)(440d)의 타단부는 기둥(300a)의 일측 수직면에 대해 위로 향하는 경사진 면을 갖는다.

이와 같이 연결 브라켓(440a~440d)이 경사지게 배치되기 때문에, 직사각형 보(200a~200d)의 형태 그대로 서로 연결하기만 하면 되기 때문에, 자연스럽게 경사를 갖는 지붕을 구축할 수 있는 보가 놓이게 된다.

또한, 연결 브라켓(440a~440d) 각각은 그 길이 조절이 가능하여, 구조물의 여건에 따라 기둥과 기둥 사이의 거리가 바뀌어도 동일한 길이로 생산된 직사각형 보(200a~200d)를 그대로 적용시킬 수 있다.

따라서, 경사지게 기둥에 고정된 외팔보형 연결 브라켓(440)은 상하 플랜지 강관(443)(445)이 평행하지만 네 각이 모두 직각이 아닌 사다리꼴에 가까운 형상이다.

체결부재(470)는 제1,2엔드 플레이트(410)(450)에 형성된 제1,2체결공(411)(451)에 체결되는 볼트와 너트로 구성된다.

제1,2체결공(411)(451)은 직사각형 보(200)와 연결 브라켓(440)의 형상에 맞게, 상하에는 사각형 둘레를 따라 형성되고, 웨브에 해당되는 부분에는 전후에 천공 형성되어 있다.

한편, 연결 브라켓(440)의 일단부는 기둥(300)의 일측에 용접되기 때문에, 종래와 같이 엔드 플레이트를 체결하기 위한 체결공을 천공할 필요가 없다.

이러한 체결공이 천공될 필요가 없기 때문에, 기둥이 H형강 뿐만 아니라 다양한 형상의 단면을 갖는 기둥이 사용될 수 있다.

또한, 연결 브라켓(440)의 일단부가 기둥(300)에 용접되고, 상하가 튜브형 강관으로 구성되어 있기 때문에, 일반 I자 보다는 그 휨응력이 더 크게 적용된다.

또한, 평판형 웨브 강판(441)의 두께(T)는 파형 웨브 강판(210)의 두께(t)보다 2~4배 더 두꺼운 것이 보강재로 사용된다.

예컨대 파형 웨브 강판(210)의 두께(t)가 3.2mm이며, 평판형 웨브 강판(441)의 두께(T)는 9mm 정도 사용하면 좋다.

이와 같이 연결 브라켓(440)의 두꺼운 평판형 웨브 강판(441)과 상하 플랜지 강관(443)(445)으로 인해, 기둥(300)과의 접합 단부의 휨 응력이 기존 보다 매우 커서, 스팬이 40mm~50mm 바람직하게는 45mm 이상의 무주공간이 넓은 구조에 최적으로 사용될 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 됨을 부언한다.

200 : 직사각형 보 210 : 파형 웨브 강판
230,250 : 상하 플랜지 강관 300 : 기둥
400 : 접합부재 410 : 제1접합부재(제1엔드 플레이트)
430 : 제2접합부재 440 : 연결 브라켓
441 : 평판형 웨브 강판 443,445 : 상하 플랜지 강관
450 : 제2엔드 플레이트 470 : 체결부재

Claims

삭제
좌우 기둥 및 중간 기둥을 포함하는 기둥과 보의 강접합 구조물로서,
파형 웨브 강판, 상기 파형 웨브 강판의 상하에 용접되는 상하 플랜지 강관을 포함하는 보; 기둥; 상기 보의 일단부와 타단부에 용접 고정되는 제1접합부재; 상기 기둥의 일측 또는 양측에 일단부가 용접 고정되는 제2접합부재; 상기 제1접합부재와 상기 제2접합부재를 체결하는 체결부재;를 포함하되,
상기 보는 상기 상하 플랜지 강관의 길이가 서로 동일한 사각형 보이고,
상기 제1접합부재는 상기 상하 플랜지 강관과 직각되게 상기 사각형 보의 일단부와 타단부에 용접 고정되며,
상기 제1접합부재는 제1체결공이 형성되는 제1엔드 플레이트이고,
상기 제2접합부재는 일단부가 상기 기둥의 일측에 용접 고정되는 연결 브라켓과, 상기 연결 브라켓의 타단부에 용접 고정되며 제2체결공이 형성되는 제2엔드 플레이트로 이루어지며,
상기 연결 브라켓은 평판형 웨브 강판, 상기 평판형 웨브 강판의 상하에 용접되는 상하 플랜지 강관으로 구성되고,
상기 연결 브라켓은 경사지게 상기 기둥에 고정되되,
상기 연결 브라켓의 상 플랜지 강관과 하 플랜지 강관은 상기 기둥에 용접되는 일단부를 기준으로 타단부까지의 길이가 서로 다르되,
상기 중간 기둥을 기준에서 볼 땐 상기 하 플랜지 강관의 길이가 상기 상 플랜지 강관의 길이보다 짧아, 상기 연결 브라켓은 일단부에서 타단부로 갈수록 아래로 향하게 경사지는 배치되고,
상기 좌우 기둥을 기준으로 볼 때, 상기 하 플랜지 강관의 길이가 상기 상 플랜지 강관의 길이보다 길어, 상기 연결 브라켓은 일단부에서 타단부로 갈수록 위로 향하게 경사 배치되는 것을 특징으로 하는 기둥과 보의 강접합 구조물.
청구항 2에 있어서,
상기 평판형 웨브 강판의 두께는 상기 파형 웨브 강판의 두께보다 2~4배 더 두껍고,
상기 체결부재는 상기 제1,2엔드 플레이트의 상기 제1,2체결공에 체결되는 볼트와 너트인 것을 특징으로 하는 기둥과 보의 강접합 구조물.