KR102175363B1 - 기둥과 보의 접합을 위한 접합부 코어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 공정으로도 우수한 강성을 확보할 수 있고, 용접도 필요 없는 기둥과 보의 접합부 코어 및 이를 이용한 접합 방법에 대한 것이다.
이를 위하여, 폐단면 기둥과 보를 접합하기 위한 접합부 코어로서, 보강재; 및 상기 보강재에 결합되는 접합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기둥과 보의 접합부 코어를 제공한다.

Description

기둥과 보의 접합을 위한 접합부 코어{CONNECTING CORE FOR COLUMN-BEAM JOINT}

본 발명은 기둥과 보의 접합부 코어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기둥과 보를 접합할 때 종래에 비해 내력 특성이 우수하고 용이하게 조립할 수 있으며, 용접이 필요 없이도 접합이 가능한 기둥과 보의 접합부 코어에 관한 것이다.

건축물의 시공 시 많은 기둥과 보가 필요하다. 통상적으로 기둥과 보는 금속으로 만들어진다. 예를 들어 기둥은 내부가 빈 사각의 금속 파이프 형태일 수 있고, 보는 H형 형강일 수 있다.

이와 같은 기둥과 보를 서로 연결시켜 건축물의 뼈대를 만든 후, 이를 통해 건축물을 시공할 수 있다.

이처럼 건축물의 시공 시 많은 기둥과 보가 사용되며, 이들이 연결되어야 하기 때문에 이들을 접합시키기 위한 접합부 코어에 대한 다양한 기술이 알려져 있다.

이와 관련, 기둥과 보의 접합 부위에서 국부좌굴 등이 발생하여 어느 정도 골조가 에너지를 흡수한 후에 접합부의 취성파괴 발생되는 현상이 나타나기도 한다. 특히, 기존의 지진 피해 사례를 보면 접합부에서의 파괴, 보에서의 국부좌굴 후 접합부에서 취성파괴가 발생됨이 확인되었다.

특히 강구조 모멘트저항골조의 경우 모멘트 접합으로 처리하기 위해 기둥 플랜지-보 플랜지를 용접 또는 공장에서 수행하고 있어, 용접 이외의 접합 방법이 고려될 필요가 있다.

한편, 웹(web)과 플랜지(flange)를 포함하여 구성되는 H형강 기둥 같은 경우 개단면 형태로 접합의 처리가 간단하며, 폐단면 강관 기둥의 경우 강관이 가지는 폐단면이라는 형태적 특징 때문에 접합의 처리가 어려워 강도와 강성의 확보가 어렵다.

이러한 점들을 고려하여 현재 사용되고 있는 접합 방법 중에는 다이아프램(diaphragm)이라는 보강수단을 사용하여 기둥면의 변형방지, 보에 의한 휨하중에 대응하고 보와의 모멘트 접합이 가능하게 함으로써 접합부를 보강하는 방법이 많이 쓰이고 있다.

다이아프램은 관통형 다이아프램 형식, 내부 다이아프램 형식, 외부 다이아프램 형식 등이 있는데, 관통형 다이아프램 형식과 내부 다이아프램 형식은 강관 기둥을 절단한 후 보 플랜지 위치에 다이아프램을 관통시키거나 강관 내부에 다이아프램을 대고 다시 용접하는 형식이다. 이러한 형식은 외관이 단순하나 용접에 고도의 기술이 필요하며 용접검사에 따른 품질관리에 어려움이 많다. 외부 다이아프램 형식은 강관의 외부에 경사를 가진 모양의 다이아프램을 보강, 용접하는 형식으로서 용접작업이 용이하나, 강재량이 상대적으로 많이 소요되며 다이아프램의 제작, 가공에 비용이 많이 들며, 접합부 주변의 외관도 복잡하게 된다.

무엇보다도, 이러한 종래 다이아프램을 이용하는 방식에서는 16가지에까지 이르는 다수의 공정이 필요하며, 더욱이 용접이 필수적이다.

따라서 간단한 방식으로 우수한 강성을 유지할 수 있는 접합부 코어가 요구되고 있다.

한편, 종래 기둥-보 접합부의 경우 기둥에 2~3개층을 시공할 수 있게 하기 위해 브라켓이 설치되어 보를 접합한다. 이 경우는 기둥과 기둥을 연결하는 방식, 기둥과 보를 연결하는 방식 두 개의 방식을 같이 사용한다. 그러나 이와 같이 2~3개층의 기둥을 한 번에 세워 보를 설치할 경우 고소작업으로 인하여 작업자에게 위험성이 발생된다.

한편, 콘크리트 충전 강관(CTF, Concrete-Filled Steel Tube)이란 폐단면 강관부재로서 휨모멘트를 부담하는 강관이 외측에 있고, 축력을 부담하는 콘크리트가 내측에 있어 강관이 내부 콘크리트를 구속하는 한편, 콘크리트가 강관의 국부좌굴을 막아주는 효과에 의해 강도와 에너지 흡수 능력이 탁월한 구조시스템이다.

CFT구조는 폐쇄형의 강관 기둥 내부에 콘크리트를 충전한 구조로서, 강성, 내력, 변형 등 구조적으로 안정하고 내화, 시공 등에서 우수한 장점을 갖는 구조이다. 이와 같은 CFT구조는 그 소재인 강관이 특별한 제작설비를 갖춘 대형 공장에서 특별한 용접 과정을 통하여 생산되어야 하기 때문에 제작비용이 과다하다는 단점이 있으며, 이러한 경제적인 문제는 CFT구조의 적용성을 제한한다. 실제 CFT구조는 구조적인 안정성, 시공성 등의 이점에도 불구하고 아직까지 제한적으로 적용되고 있는 실정이다.

대한민국특허청 출원번호 제10-2016-0169734호

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 용접이 필요 없이도 강관 기둥과 보를 연결할 수 있는 접합부 코어를 제공한다.

또 본 발명은 복잡한 공정 또는 높은 가공 정밀도가 필요 없이도 안정적인 강성을 유지할 수 있는 기둥과 보의 연결을 위한 접합부 코어를 제공한다.

또 본 발명은 압축력이나 인장력 등 모든 힘에 대해서 안정적인 강성을 유지할 수 있는 기둥과 보의 연결을 위한 접합부 코어를 제공한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 아래와 같은 구성으로 이루어지는 접합부 코어를 제공한다.

폐단면 기둥과 보를 접합하기 위한 접합부 코어로서,

보강재; 및

상기 보강재에 결합되는 접합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기둥과 보의 접합부 코어.

보강재는 각형재로 형성되는 것이 바람직하다. 재질은 강재가 일반적이나 이에 한정되는 것은 아니다. 보강재는 수평부와 수직부로 이루어진다.

접합재는 L형으로 형성되는 접합부재들이 십자형으로 모여 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 십자형으로 모인 접합부재 4개 중 인접하는 2개의 접합부재 사이에 각형재의 수직부가 각각 개재되도록 결합된다.

이러한 상태에서 2개의 접합부재와 그 사이에 개재된 보강재의 수직부는 볼트 등에 의해 결합된다.

접합재는 보강재의 길이 전체에 걸치도록 길게 형성되어도 된다. 또는 보강재 길이에 비해 짧게 형성되어, 보강재의 길이방향으로 임의의 위치에 결합되어도 된다. 하지만, 접합재는 인장력과 압축력이 집중되는 부위의 강성을 효율적으로 강화할 수 있도록 보강재 상부와 하부에 각각 하나씩 결합되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 접합재와 보강재로 구성된 접합부 코어는, 결합하고자 하는 상부 기둥 및 하부 기둥과 결합된다. 이때 상부 기둥과 하부 기둥에는 볼트 구멍이 형성되어 있고, 이를 통해 접합부 코너의 보강재에 형성된 볼트 구멍과 함께 볼트에 의해 결합된다.

이어서 보와의 결합이 이루어진다. 보의 단부에 형성된 접합부를 접합부 코어에 결합시킴으로써, 기둥과 보의 접합이 이루어진다.

한편, 보강재에는 수직부와 수평부가 만나는 부위에 스티프너가 형성하여 강성을 높일 수 있다. 또한, 접합재에도 스티프너가 형성되는 것이 바람직하다.

이상 설명한 본 발명에 따르면, 용접이 필요 없이도 강관 기둥과 보를 연결하여 공정을 단축할 수 있고 품질도 균일하게 할 수 있는 접합부 코어가 제공된다.

또 복잡한 공정 또는 높은 가공 정밀도가 필요 없이도 안정적인 강성을 유지할 수 있는 기둥과 보의 연결이 이루어질 수 있다.

또 본 발명은 압축력이나 인장력 등 모든 힘에 대해서 안정적인 강성을 유지할 수 있는 기둥과 보의 연결을 위한 접합부 코어가 제공된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 접합부 코어의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 접합재의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 보강재의 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 한 실시예에 따라 접합재와 보강재가 결합되는 과정 및 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 접합재와 보강재가 결합된 상태의 접합부 코어에 대한 평면도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 한 실시예에 따라 기둥, 보, 접합부 코어가 접합되는 과정을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 접합이 다층으로 이루어지는 것을 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 접합부 코어의 분해 사시도이다.

도 1에서 접합부 코어(100)는 접합재(130)와, 보강재인 T형강(120)으로 구성된다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 접합재의 사시도이다.

도 2에서 접합재(130)는 4개의 접합부재(132)로 이루어진다. 본 실시예에서 접합부재는 L형강편(132)이다. L형강편(132)에는 상부와 하부에 각각 2개씩 볼트 구멍(134)이 형성되어 있다. 또 L형강편(132)의 안쪽에는 삼각 형상의 스티프너(136)가 형성되어 강성을 보강한다. 4개의 L형강편(132)은 각각 하나의 밑면이 이웃하는 L형 강판(132)과 마주하도록 위치된다. 따라서 4개의 L형강편(132)은 전체적으로 십자형을 이루어 접합재(132)를 형성한다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 보강재의 사시도이다.

보강재는 각형재로서 형성되며 본 실시예에서는 T형강(120)이다. T형강(120)은 수평부(122)와 수직부(126)로 이루어진다. 수평부(122)는 기둥과 연결 시 직접 기둥과 면하여 결합되는 부위이다. 이를 위해 다수의 볼트 구멍(124)이 형성되어 있다. 수직부(126)는 L형강편(132)과 접하여 결합되는 부위가 된다. 수직부(126)에도 L형강편(132)과의 결합을 위한 볼트 구멍(128)이 형성되어 있다. 또 수직부(126)와 수평부(122) 사이에는 강성 확보를 위해 삼각 형상의 스티프너(129)가 형성되어 있다.

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 한 실시예에 따라 접합재와 보강재가 결합되는 과정 및 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.

도 4a에서 2개의 L형강편(132)의 마주하는 면 사이에 T형강(120)의 수직부(126)가 놓이도록 한다. 이 상태에서 2개의 L형강편(132)과 그 사이에 놓인 T형강(120)의 수직부(126) 각각에 형성된 볼트 구멍을 통해 이들을 결합한다. 그 결과 4개의 T형강(120)과 4개의 L형강편(132)이 결합된 접합부 코어(100)가 얻어진다. 이때 T형강(120)과 L형강편의 결합은 T형강(120)의 상부 및 하부 두 곳에서 이루어지게 한다. 따라서 본 실시예에서 L형강편(132)은 모두 8개가 사용된다.

이와 같이 하여 접합재와 보강재는 도 4b에 나타난 것과 같이 결합된 형태의 접합 코어를 형성한다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 접합재와 보강재가 결합된 상태의 접합부 코어에 대한 평면도이다.

도면에서 4개의 L형강편(132)과 4개의 T형강(120)이 결합되어 접합부 코어(100)를 형성한 것을 확인할 수 있다.

도 6a, 도 6b, 도 6c는 이와 같이 얻어진 본 실시예의 접합부 코어(100)를 이용하여 기둥과 보를 연결하는 과정을 나타내는 사시도이다.

도 6a에서 먼저 기둥과 접합부 코어(100)를 결합시킨다. 기둥 중에서 우선 하부 기둥(200)과 접합부 코어(100)를 결합한다.

상부 기둥(300) 및 하부 기둥(200)은 모두 폐단면 강관이다. 본 실시예에서는 폐단면이 4각형인 강관으로 구성된다. 상부 기둥(300) 및 하부 기둥(200)에는 각각 접합부 코어(100)와 결합될 부위, 즉 상부 기둥(300)의 하부 및 하부 기둥(200)의 상부에 볼트 구멍(310, 210)이 형성되어 있다.

먼저 접합부 코어(100)를 하부 기둥(200) 내로 일정 깊이, 바람직하게는 절반을 삽입시켜 고정한다.

이어서 상부 기둥(300)을 결합한다. 상부 기둥(300)에도 볼트 구멍(310)이 형성되어 있다. 상부 기둥(300)은 접합부 코어(100)의 상부 절반에 삽입된다.

다음으로 도 6b에 나타난 것과 같이 보(400)를 기둥에 접근시킨다.

보(400)는 몸체(410)와 접합부(420)로 이루어진다. 또 보(400)에는 강성 보강을 위한 스티프너(430)가 형성되어 있다. 본 실시예에서 몸체(410)는 I형강으로 이루어지나, 이에 한정되는 것은 아니다. 접합부(420)는 몸체(410)의 단부에 플랜지 형태로 형성되며, 볼트 구멍(422)이 다수 형성되어 있다.

다음으로, 하나로 모인 접합부 코어(100), 상부 기둥(300), 하부 기둥(200), 보(400)를 각각에 형성된 볼트 구멍을 통해 볼트 체결함으로써 도 6c에 나타난 것과 같은 기둥과 보의 결합 구조가 완성된다.

이때 보(400)의 접합부(420)는 상부는 상부 기둥(300)에, 하부는 하부 기둥(200)에 결합되게 하여 강성을 더욱 높일 수 있다.

한편, 결합에 사용되는 볼트들은 바깥쪽에서 한 방향(one way)으로만 조이면서도 충분한 체결력을 제공하는 원웨이 볼트를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 접합부 코어를 사용하면 다층 구조에 있어서 기둥과 보의 결합도 용이하게 이루어질 수 있다.

도 7은 도 6의 접합이 다층으로 이루어지는 것을 나타내는 사시도이다.

도시된 것과 같이, 본 발명의 접합부 코어에 의하면 다층 구조 작업에서도 기둥과 보를 용접 없이도 간단하고 효율적으로 접합할 수 있다. 이와 같이 다층 구조를 형성할 경우 하부 기둥(200)은 각각 다른 층에 대해서는 상부 기둥(300)의 역할도 겸하게 되며, 상부 기둥(300) 역시 다른 층에 대해서는 하부 기둥(200)의 역할도 수행한다.

이러한 다층 구조에서 최상부층에서는 상부 기둥 대신 도면에 나타난 것과 같은 캡(320)을 결합시킴으로써 작업을 마무리할 수 있다.

100: 접합부 코어 120: T형강
122: 수평부 126: 수직부
130: 접합재 132: L형강편
136: 스티프너 150: 접합구
152: 몸체 154: 연장부
156: 슬릿 200: 하부 기둥
300: 상부 기둥 320: 캡
400: 보 410: 몸체
420: 접합부 430: 스티프너
600: 중간 기둥
124, 128, 134, 158, 210, 310, 422, 610: 볼트 구멍

Claims (5)

1. 폐단면 기둥과 보를 접합하기 위해 상부 기둥과 하부 기둥의 내면에 삽입되는 접합부 코어로서,
   상기 접합부 코어는 보강재와 접합재의 결합에 의해 형성되며,
   상기 보강재는,
   각각 수직부와 수평부로 이루어지는 T형강인 4개의 각형재로 형성되며,
   상기 수평부에는 기둥과의 결합을 위한 하나 이상의 볼트 구멍들이 형성되어 있으며,
   상기 수직부에는 상기 접합재와의 결합을 위한 하나 이상의 볼트 구멍이 형성되어 있으며,
   상기 접합재는 L형강인 4개의 접합부재들이 십자형으로 모여 형성되며,
   상기 보강재와 상기 접합재는, 접합재를 형성하는 접합부재들 중 인접하는 두 접합부재 사이에 상기 각형재의 수직부가 삽입되고, 볼트에 의해 상기 접합부재들과 상기 각형재의 수직부가 결합되는 것을 특징으로 하는 접합부 코어.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 접합재가 상기 보강재의 상부와 하부에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 접합부 코어.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 보강재 또는 상기 접합재에 스티프너가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 접합부 코어.
   

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