KR0128541Y1 - 접합부 강성 및 시공성이 우수한 각형강관기둥과 에이치 형강보-기둥 접합구조 - Google Patents

Abstract

각형강관을 기둥으로 사용시 H형강으로 된 보기둥과의 접합부위를 보강하는 구조가 제공된다.

이 구조는 보기둥과 접합되는 각형강관의 측면에 보강플레이트를 용접 부착하고 그 위에 H-형강 보기둥을 용접 부착시키되 H-형강 보기둥과 보강플레이트가 부착되는 상부 및 하부 접합 앵글부에 보강편을 부착시킨 것이다.

이 구조에 따라 각형강관인 H형강으로 된 보기둥과 접합되는 부위에 대한 강성이 증대되어 국부좌굴현상등이 발생하지 않으면, 아울러 이 구조는 그 시공이 간편한 장점도 있다.

Description

접합부 강성 및 시공성이 우수한 각형강관기둥과 H형강 보-기둥 접합구조

제1(a),(b) 및 (c)는 종래의 보-기둥 접합방식을 나타내는 개략구조도.

제2도는 종래 보-기둥 접합구조에서의 국부좌굴방생을 보여주는 개념도.

제3도는 본 고안에 의해 엔드플레이트로 보강한 보-기둥을 도시한 개략구조도.

제4도는 본 고안에 의한 각형강관기둥과 H형강 보-기둥 접합구조를 나타내는 개략구조도.

제5도는 제4도 구조의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 각형강관기둥 2 : 보강삼각편 유닛

3 : H형 보-기둥 4 : 앤드플레이트

5 : 다이아프램

본 고안은 각형강관기둥과 H형강 보-기둥의 접합구조에 관한 것이며, 보다 상세히는 용접결합에 의한 접합부 강성 및 시공성이 우수하고 다이아프램이 필요없는 각형 강관기둥과 H형강 보-기둥의 접합구조에 관한 것이다.

이같은 각형강관기둥과 H형강 보-기둥의 접합구조는 각형강관부재를 기둥으로 사용하는 건축물의 보-기둥 접합부에서 발생되는 국부좌굴의 효율적인 방지 및 접합부 강성증대를 위해 사용될 수 있다.

기둥부재로 H형강을 사용하는 경우, H형강이 이방성인 부재로써 강축과 악축의 구분이 있는 관계로 강축으로 수평력이 작용하는 경우에는 강형강관과 같이 유효하게 대응할 수 있으나, 약축으로 수평력이 작용하는 경우에는 단면 2차 모멘트가 통상 강축과 비교해서 상당히 적기 때문에 적절히 대응하지 못하는 경우가 생긴다.

이같은 관점에서 기둥부재로 측면이 폐쇄된 4각형 형상등의 각형강관을 사용하는 경우, 각형강관은 등방성인 부재로써 강축과 양축의 구분이 없기 때문에 상기와 같은 H형강의 문제점을 갖지 않는다.

뿐만 아니라 건축계획적인 측면에서도 각형강관은 개방적이면서도 쾌적한 공간을 건물 사용자에서 제공한다는 장점도 있다.

덧붙여서, 각형강관은 H형강에 비해 기둥부재로서는 더 효율적인 단면형상을 가지고 있으므로 경제적인 구조설계가 가능하다. 또한, 폐단면이기 때문에 기둥설계시 중요한 요소인 좌굴에 강하고, 큰 지진발생시의 소성변형에 대해서도 건물의 하중지지능력을 가진 경우, 브레스(지주, brace)등의 내진요소가 없어도 지진에 대한 중간변형 제한치를 만족시킬 수 있는 장점이 있다.

이와같이 각형강관은 기둥부재로서의 수많은 우수한 특성을 가지고 있는 폐단면형이지만, 폐단면이기 때문에 각형강관을 가공하는데 있어서 고난이도의 기술이 요구된다.

특히, 각형강관과 보-기둥을 접합할때에는 그 접합부에 제2도에 도시된 바와같이 국부좌굴이 발생하는 것을 방지하기 위해 특히 고난이도의 기술이 요구되는 것이다.

즉, 각형강관 기둥(1)과 보-기둥(3)의 접합부에서는 단면모멘트(M)가 발생하여 이로인해 국부적으로 접합부에 좌굴현상이 발생하는 것이다.

종래에는 이와같은 국부좌굴현상을 방지하기 위해 제1도에 도시한 바와같이 각형강관 기둥(1)의 내부에 다이아프램(5)을 관통시켜 보-기둥(3)과 접합시키는 방식(제1a도), 외측 보-기둥(3)과 관계없이 각형강관 기둥(1) 내부에 다이아프램(5)을 각형강관 기둥(1) 내측면과 접합시키는 방식(제1b도) 및 각형강관 기둥(1)외측의 보-기둥(3)과 접합부에 다이아프램(5)을 설치하는 방식(제1c도)등이 사용되었다.

그러나, 이와같은 종래의 방식들은 매 층별로 시공하여야 할뿐만 아니라 시공시 다이아프램을 각형강관 기둥의 내부에 부착하기 위하여 각형강관 기둥의 측면을 절삭해야 하며 고난도의 기술문제를 해결하기 위해 자동용접로보트등 자동화기계를 사용해야 하는 여러 가지 문제점이 있는 것이다.

이에 본 고안의 목적은 각형강관을 주기둥으로 사용하는 경우 보-기둥과의 접합부에 다이아프램등을 부착하지 않고도 용접에 의해 결합함으로써 접합부의 강도가 뛰어날뿐만 아니라 시공도 간편한 보다 개선된 각형강관기둥과 H형강 보-기둥의 접합구조를 제공하는데 있다.

본 고안에 의한 접합구조는,

각형 강관기둥과 H형강 보-기둥이 접합되는 각형강관기둥의 측면에, 보강용 엔드플레이트를 용접 부착하고, 그 엔드플레이트 표면에 H형강 보-기둥를 용접 연결시키고, 상기 용접 연결된 H형강 보-기둥이 엔드플레이트와 접하는 H형강 보-기둥의 상부 및 하부 접합부에 보강편을 용접 부착시킨 각형강관과 H형강 보-기둥의 접합구조에 있어서,

상기 보강편은 일측이 각형강관기둥의 표면에 용접부착되고 타측이 H형강 보-기둥에 용접부착된 ㄴ자 형강과, 상기 ㄴ자 형강의 절곡부에 일정간격 일체로 수직하게 고정되는 다수개의 보강삼각편으로 이루어진 보강 삼각편 유닛임을 특징으로 한다.

이하, 본 고안을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

제3도는 본 고안에 의해 엔드플레이트로 보강한 보-기둥을 보시한 개략구조도로서, 각형 강관기둥(1) 측면에 보강 엔드플레이트(4)를 용접한 후 H형강 보-기둥(3)을 보강 엔드플레이트(4)에 용접하여 연결한다. 이러한 보강형식을 취할 경우 보강 엔드플레이트(4)없이 바로 H형강 보-기둥(3)과 각형강관 기둥(1)을 연결한 경우에 비하여 접합부 강성이 67% 증가하는 효과가 있다는 사실을 실험을 통하여 얻을 수 있었다(하기 표1 참조)

단, 상기 표1에서,

My는 항복모멘트(yield moment)값, θy는 회전각, Ki는 크기 K값을 나타내며 Kj는 강성도비를 나타낸다.

그러나, 엔드플레이트(4)만으로 보강할 경우 보강 엔드플레이트(4)의 4변 단부만이 용접되어 있으므로 인장측의 거동에 있어서 엔드플레이트(4)와 각형 강관 기둥(1) 플랜지면이 일체화된 거동을 나타내지 않으므로 다이아프램 보강방식에 비하여 상대적으로 접합부 강성이 떨어질 수밖에 없다. 이를 보완하기 위해서는 엔드플레이트(4)의 두께를 늘리는 방법을 생각할 수 있는데, 연구결과에 의하면 다이아프램방식과 같은 수준의 접합부 강성을 확보하기 위해서는 각형강관 기둥(1) 플랜지 두께의 3배에 해당하는 보강엔드플레이트(4)의 두께가 필요하다. 그러나, 이는 현실적으로 불가능하므로, 보강 엔드플레이트(4)의 두께는 24mm로 고정시키고 부가적인 유닛을 이용하여 접합부 강성을 증대시켜 주어야 하는 것이다.

제4도에 나타낸 바와같이 제3도의 엔드플레이트 접합부를 보강하기 위하여 앵글에 보강편을 용접부착한다. 이 보강편은 제4도 및 제5도에서와 같이 삼각편을 사용하는 것이 바람직하나 사각편이나 사다리꼴로 구성할 수 있다.

도면에서는 삼각편을 이용한 보강삼각편 유닛(2)을 보이며, 이 보강삼각편 유닛(2)의 일측은 H형강 보-기둥(3)의 상하플랜지에 용접되고 타측은 각형강관기둥(1)의 플랜지면에 용접한다. 상기 보강삼각편 유닛(2)은 H형강 보-기둥(3)의 폭방향으로 일정간격 떨어지는 다수개의 보강삼각편을 가지며, 이러한 보강삼각편은 일측이 보강 엔드플레이트(4)에 접하고 타측이 H형강 보-기둥(3)에 접하도록 된 ㄴ자형강의 내각부분에 일체로 고정된다.

이러한 보강방법을 취할 경우 휨을 받는 H형강 보-기둥(3)의 거동이 보강삼각편 유닛(2)에 의하여 구속을 받게 되므로 전체적인 접합부 강성이 상당해 증대된다. 따라서, 보강 엔드플레이트(4)에 의한 각형강관 기둥(1)측면의 강성증가와 보강삼각편 유닛(2)에 의한 H형강 보-기둥(3)의 거동 구속효과로 인하여 효과적으로 각형강관기둥(1)과 H형강 보-기둥(3) 접합부의 국부좌굴을 방지할 수 있다.

따라서, 보강 삼각편 유닛(2)에 의한 접합부 시스템을 적용할 경우 기존의 다이아프램 방식에 비하여 상당히 시공성이 우수해지며, 한 층마다 기둥을 절단하거나 고난이도의 용접작업을 하여야 하는 접합부 제작상의 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 각형 강관기둥(1)과 H형강 보-기둥(3)이 접합되는 각형강관기둥(1)의 측면에, 보강용 엔드플레이트(4)를 용접부착하고, 그 엔드플레이트(4) 표면에 H형강 보-기둥(3)를 용접 연결시키고, 상기 용접 연결된 H형강 보-기둥(3)이 엔드플레이트(4)와 접하는 H형강 보-기둥(3)의 상부 및 하부 접합부에 보강편을 용접 부착시킨 각형강관과 H형강 보-기둥의 접합구조에 있어서, 상기 보강편은 일측이 각형강관기둥(1)의 표면에 용접부착되고, 타측이 보-기둥(3)에 용접 부착된 ㄴ자 형강과, 상기 ㄴ자 형강의 절곡부에 일정간격 떨어져 일체로 수직하게 고정되는 다수개의 보강삼각편으로 이루어진 보강 삼각편 유닛(2)임을 특징으로 하는 각형강관과 H형강 보-기둥의 접합구조.