KR100588393B1 - y형강판 띠 기둥 = y형 띠 기둥 - Google Patents

Abstract

최근 개발한 강콘크리트 보(강판 영구거푸집이 철근 역할을 겸하는 TSC 보, 이하 TSC 보)의 우수성이 알려져서 널리 확산되고 있으나 이와 어울리는 기둥이 개발되지 않아 그 장점이 희석되고 있다. 강관 속에 콘크리트를 채운 콘크리트 충전강판 기둥(이하 CFT)은 원리상 TSC 보에 가장 적합한 기둥이지만 제작상의 난이도와 제작비 부담이 크므로 대형 다층(多層) 건물에서만 적용하고 있다. 따라서 이와 기능은 같으면서도 다층 건물의 고층부 또는 소형 건물에서도 부담 없이 사용할 수 있는 저렴하고 취급이 용이한 기둥이 본 발명의 y형강판 띠 기둥(이하 y형 띠 기둥)이다.

4 구석에 강재를 집중 배치(ㄱ형강을 적용)하고 이들 사이 4 변에 얇은 강판 (80)을 점용접하여 이룬 상자형 단면 내부에 콘크리트를 부어 넣을 때 얇은 강판이 콘크리트의 측압에 변형을 일으키면 CFT가 성립되지 못한다. 따라서 얇은 강판의 단면계수와 단면2차모멘트가 커지도록 y형 돌기를 성형하여 휨 내력과 변형 저항력을 향상(9mm 강판에 해당)시키고 돌기(32)의 웨브가 외피(31)와 이루는 각도는 콘크리트를 부어 넣을 때 공극이 생기지 않도록 비스듬하게 성형한다.

도 3에서 y형 띠 기둥(10)은 4 개의 ㄱ형강(40) 사이에 y형강판(30)을 점용접한 상자 속에 콘크리트(60)를 채워 양생시키는 것이다. ㄱ형강 단면이 부족한 부위에는 도 4와 같이 국부적으로 철근(50)을 추가하여 기둥에 압축력과 휨모멘트가 작용할 때 기둥의 상하부분에만 더 큰 응력이 발생하는 구조역학 이론에 유연하게 대응한다.

동일 건물에서도 하중이 큰 저층 일부에는 도 2의 기둥머리 단면처럼 위 y형 강판(30) 대신 강판(80)을 대체하면 CFT기둥과 다를 바 없는 기둥이 된다. y형 띠 기둥의 y형강판은 일반 철근콘크리트 기둥에서의 띠철근 역할을 겸한다. ㄱ형강 (40)과 외피(31)의 사이에 틈이 있으면 콘크리트가 새 나올 염려가 있으므로 외피의 보강용 부풀림이 메움제 역할을 겸하게 한다. 도 2의 기둥머리는 일반 CFT 기둥에 보를 접합하는 것과 같다.

y형강판의 폭은 600mm 돌기(32)의 양 단부를 눌러 누름판(34)을 조성하며, 접합 후 ㄱ형강과의 접합면에 틈이 벌어지는 것을 막고 y형강판의 최하단 돌기는 끝부분을 둥글게 구부려서 상하 이음 위치에서 콘크리트가 새지 않도록 한다. y형강판의 코일 두께는 0.8mm 이상, 돌기 높이는 35mm, 간격은 150mm로 한다.

Description

y형강판 띠 기둥 = y형 띠 기둥{Tied column using y shape ties formed with steel sheet}

도 1은 y형 띠 기둥의 입면도이다.

도 2는 기둥머리 또는 저층부 기둥 평면도이다.

도 3은 y형 띠 기둥의 평면도이다.

도 4는 철근을 배근한 y형 띠 기둥의 평면도이다.

도 5는 y형강판의 평면도이다.

도 6은 y형강판의 단면도이다.

도 7은 y형 띠 기둥을 조립한 사시도이다.

〈도면의 부호에 대한 간단한 설명〉

10 : y형강판 띠 기둥 = y형 띠 기둥

20 : 기둥머리 30 : y형강판

31 : 외피 32 : 돌기

33 :부풀림 34 : 누름판

40 : ㄱ형강 50 : 철근

60 : 콘크리트 70 : TSC 보

80 : 강판

철근콘크리트 보와 철골보의 장점을 접목시킨 TSC 보가 널리 사용되고 있다. TSC 보와 걸 맞는 기둥은 CFT이지만 제작이 어려워서 가격이 비싸므로 CFT와 기능은 같으면서도 값싸고 쉽게 제작할 수 있는 기둥 개발을 목적으로 한다.

TSC보와 어울리는 기둥은 강관 속에 콘크리트를 채운 CFT이다. 그러나 CFT의 소재인 양질의 강관은 원자재도 많이 소모되지만 특별한 제작설비를 갖춘 대형 철구공장에서 주문 생산 되어 비용이 추가되는 단점이 있으므로 대형 다층(多層) 건물에서만 적용하고 있다. 또한 다층 건물도 저층부 일부만 제외하고 고층부는 일반 건물과 다를 바 없음에도 저층부에서 사용하는 CFT를 최상층까지 적용하는 것이 불문율로 되어 있어 총 공사비가 추가되는 경향이 있다. 따라서 CFT와 기능은 같으면서 다층건물의 고층부나 소형 건물에서도 부담 없이 사용할 수 있는 저렴하고 취급이 용이한 기둥이 필요하다.

현재 CFT 대신 철골 철근콘크리트 즉 H형 기둥을 조립용으로 활용하고 그 주변을 철근콘크리트로 피복하는 철골 철근콘크리트 기둥이 널리 사용되고 있으나 이것도 역시 철근콘크리트 기둥에 비하여 상대적으로 공사비가 비싸다. 이를 개선하기 위하여 최근 공장에서 기둥 철근을 조립하는 일종의 선조립 공법도 개발하였으나 이는 아파트 지하 주차장 등 1∼2개 총 건물에서 적합한 것이므로 여러 층의 높은 건물도 부담 없이 사용할 수 있는 기둥 공법이 필요하다.

CFT와 동등한 기능을 가지면서 누구나 쉽게 제작할 수 있고 제작 단가도 비싸지 않은 새로운 기둥을 개발하는 것이 기술적 과제이다.

4각형 강콘크리트 기둥은 4 구석에 강재를 집중 배치하고 나머지 4 변에 얇은 강판을 점용접으로 연결하여 상자형을 이루면 가장 효율적이겠으나 강판 내부에 콘크리트를 부어 넣을 때 얇은 강판이 굳지 않은 유동성 콘크리트의 큰 측압에 견디지 못하여 구부러지면 CFT가 성립되지 못하게 된다. 철근콘크리트 기둥의 거푸집이 각재로 대폭 보강하는 것은 콘크리트 측압이 매우 크기 때문이다. 따라서 얇은 강판에 돌기를 성형하여 콘크리트 측압에 견딜 수 있는 특수한 단면의 재료가 필요하나 그 돌기가 콘크리트를 부어 넣을 때 공극이 생기지 않도록 하고 돌기가 강판을 4 구석의 강재에 점용접하는 데 지장을 주지 않아야 한다. 또한 부착 부위의 콘크리트가 새지 않도록 하는 것도 기술적 과제이다.

도 3에서 y형 띠 기둥(10)은 4 구석에 ㄱ형강(40)을 세우고 이들 사이 4 면에 y형강판(30)을 점용접으로 부착하여 상자형을 이루고 그 속 빈 공간에 콘크리트를 부어 넣어 양생시킨다. ㄱ형강만으로 단면이 부족한 부위에는 도 4와 같이 철근(50)을 추가하고 철근을 추가하여도 역부족인 저층부에는 도 2와 같이 4 구석의 ㄱ형강 사이 4 면 또는 대응하는 2면에만 y형강판(30) 대신 선택적으로 강판을 용접하여 보강한다. y형강판은 열연 코일을 반복 y형 단면으로 성형한 것이고 돌기(32)가 기둥 안쪽을 향하고 있음에도 불구하고 y형강판을 밖에서 부착하는 편의성 때문 에 돌기의 양단부를 눌러 평활한 누름판을 조성한다.

돌기의 웨브 부분이 외피(31)와 이루는 각도가 직각을 벗어나 비스듬하게 기울어진 이유는 콘크리트를 부어 넣을 때 하부에 공극이 생기지 않고 밀실하게 채워지도록 하기 위함이며 돌기(32)의 수직부가 되는 플랜지 즉 외피(31)와 평행한 부분은 y형강판(30)의 단면계수와 단면2차모멘트 값을 키워서 휨 강성과 변형저항 내력을 증가(9mm 두께 강판에 해당)시키는 역할을 한다.

y형강판은 일반 철근콘크리트 기둥에서의 띠철근 역할을 겸한다. 누름판(34)의 두께가 외피(31)보다 두꺼워서 ㄱ형강(40)과 만나는 면에 틈이 벌어지면 콘크리트가 새 나올 염려가 있으므로 외피에 조성한 보강용 부풀림이 메움재 역할을 겸하게 한다. 부풀림(33)은 코일의 성형 과정에서 조성한 것으로 외피(31)의 강성을 높여서 콘크리트의 측압에 견디도록 한다. 도 2에서 기둥머리 4 구석의 ㄱ형강에 y형강판(30) 대신 두꺼운 강판을 용접하여 TSC 보를 부착한 것은 일반 CFT 기둥에 보를 접합하는 것과 동일한 표준 상세이다.

y형강판의 폭은 일반 상판용 데크플레이트와 같이 600mm로 제작하며 y형강판의 최하단 돌기는 끝 부분을 둥글게 구부려서 이음 위치에서 콘크리트가 새지 않도록 한다. y형강판(30)의 소재로 사용하는 열연코일의 두께는 0.8mm 이상으로 하고 돌기의 높이는 35mm, 돌기의 간격은 150mm로 한다.

TSC 보는 강콘크리트 구조의 일종이므로 기둥도 강콘크리트조의 대표격인 CFT로 설계하는 것이 합리적이다. 그러나 CFT는 제작비가 비쌀 뿐만 아니라 수급도 원활하지 못하므로 대형 다층 건물에만 적용하고 주로 H형 기둥을 조립용으로 사용하는 철골 철근콘크리트 기둥을 많이 활용하고 있다. 그러나 이는 공사 기간도 추가되지만 작업이 번거롭고 공사비도 싸지 않은 단점이 있다. 본 상자형 y형 띠 기둥(10)의 y형강판(30)은 얇은 강판을 연속된 y형으로 접어서 단면계수와 단면2차모멘트 값을 증대시킨 것(9mm 두께 강판에 해당)이므로 상자 내부에 굳지 않은 콘크리트를 부어 넣을 때 작용하는 큰 측압을 지탱할 수 있어서 마치 철근콘크리트의 거푸집과 같은 역할을 하기에 충분하며 y형강판의 돌기와 외피는 철근콘크리트 기둥의 띠철근 구실도 겸하는 효과가 있다.

ㄱ형강이 기둥의 4 구석에 배치되어 있으면 강관처럼 강재가 기둥 4면에 고르게 배치된 것에 비하여 X, Y 방향 휨모멘트에 저항하는 능력이 큰 이점이 있다. ㄱ형강(40)의 단면이 부족하면 필요한 부분(주로 보가 접합되는 기둥 상하부)에만 선택적으로 철근(50)을 추가하여 보강할 수 있다. 이는 기둥에 압축력과 휨모멘트가 작용할 때 기둥의 일부분에만 더 많은 철근을 필요로 하는 구조역학의 기본 이론에 유연하게 대응하는 전략이다. 대형 다층 건물에서 하중이 큰 저층부에서는 재래식 CFT기둥을 사용하다가 하중 부담이 줄어든 고층부에서 본 y형 띠 기둥(10)으로 변환시키면 효과적이다.

Claims (3)

1. 4각형의 4면 모서리에 ㄱ형강(40)을 세우며 4면에는 y형강판(30)을 부착하고, 내부에 콘크리트(60)를 부어 넣어 일체화시키는 것을 특징으로 하는 y형 강판 띠 기둥(10)
2. 제1항에 있어서 y형강판(30)은 성형 제작한 외피(31)와 돌기(32), 부풀림(33), 누름판(34)으로 구성되고 ;

   상기 외피(31)는 일정 폭으로 제작하여 기둥 사면 모서리의 ㄱ형강(40)에 부착하고, 기둥 안쪽으로 y형 단면의 돌기(32)가 있도록 하며 ;

   상기 돌기(32)의 양단부를 눌러 평활한 누름판(34)을 조성하고, 돌기의 길이 방향은 돌기와 외피가 이루는 각도를 비스듬히 하며 ; 및

   돌기와 외피가 이루는 수직방향은 부풀림(33)을 조성하여 외피의 강성을 높이고, ㄱ형강(40)과 y형강판(30)이 만나는 부위는 부풀림으로 콘크리트 타설에 대한 누출을 방지하는 것을 특징으로 하는 y형 강판 띠 기둥(10)
3. 제1항에 있어서 y형 강판 띠 기둥 모서리의 ㄱ형강(40)은 부분적으로 철근 (50)을 추가하여 설치하며 ; 및

   기둥 4면의 y형강판(30)은 강판(80)을 ㄱ형강에 용접하여 부착하는 것을 포함하는 y형 강판 띠 기둥(10)

Images