KR100644081B1 - 철골―콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성메가트러스 구조 및 이를 적용한 공장건축물 - Google Patents

철골―콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성메가트러스 구조 및 이를 적용한 공장건축물 Download PDF

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이치노헤 히데오
김대중
박성화
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삼성물산 주식회사
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Abstract

본 발명은 철골부재와 콘크리트의 합성작용으로 RC조의 고강성·고감쇄성능의 이점과 철골조의 시공효율성의 장점을 갖는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 상,하층부 보로서 시공하고 상,하층부 보 사이에 웨브재를 설치하여 상,하층부 보가 동시에 거동하도록 함으로써 진동에 유리하게 한 고강성 메가트러스 구조와 이를 적용한 공장건축물에 관한 것이다.
본 발명은 철골-콘크리트 샌드위치 합성보로 시공되는 상층부 보; 철골-콘크리트 샌드위치 합성보로 시공되는 하층부 보; 상기 상층부 보와 하층부 보 사이에 파형을 형성하면서 설치되는 제1웨브재; 및, 상기 상층부 보와 하층부 보 사이에 파형을 형성하면서 설치되며, 상기 제1웨브재와 이격하여 배치되는 제2웨브재;를 포함하여 구성되며, 상기 상층부 보 위로 상층부 보의 충전콘크리트와 일체화 시공되는 상층부 콘크리트슬래브가 형성되고, 상기 하층부 보 위로 하층부 보의 충전콘크리트와 일체화 시공되는 하층부 콘크리트슬래브가 형성되는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조를 제공한다.
합성보, 샌드위치, 고강성, 트러스, 혐진 구조물, 공장건축물

Description

철골―콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조 및 이를 적용한 공장건축물{High strength mega―truss structure using steel―concrete sandwich beam and factory building using the same}
도 1은 본 발명에 따른 고강성 메가트러스 구조의 일실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고강성 메가트러스 구조에 적용되는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보의 일실시예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고강성 메가트러스 구조를 적용한 공장건축물의 개념도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 상층부 보 110: 제1측면형강부재
120: 제2측면형강부재
200: 하층부 보 210: 제3측면형강부재
220: 제4측면형강부재 130, 230: 충전콘크리트
111, 121, 211, 221: 하부플랜지 112, 122, 212, 222: 상부플랜지
113, 123, 213, 223: 웨브 114, 124, 214, 224: 수직스티프너
115, 215: 시어코넥터 125, 225: 하부받침판
310: 제1웨브재 320: 제2웨브재
S1: 상층부 슬래브콘크리트 S2: 하층부 슬래브콘크리트
본 발명은 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조 및 이를 적용한 공장건축물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철골부재와 콘크리트의 합성작용으로 RC조의 고강성·고감쇄성능의 이점과 철골조의 시공효율성의 장점을 갖는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 상,하층부 보로서 시공하고 상,하층부 보 사이에 웨브재를 설치하여 상,하층부의 보가 동시에 거동하도록 함으로써 진동에 유리하게 한 고강성 메가트러스 구조와 이를 적용한 공장건축물에 관한 것이다.
반도체공장이나 LCD공장 등과 같이 정밀 하이테크 제품을 제조하는 공장건축물들은 다른 건축물들에 비하여 특히 진동에 대한 민감한 혐진 구조물에 해당하며, 이러한 구조물들의 경우 진동을 최소화할 수 있도록 구조체를 구성하는 보 부재에 있어서도 보편적으로 연성능력보다는 높은 강성을 가질 것이 더욱 요구된다. 이러한 요구조건을 고려하여 개발된 것으로는 특허출원 제2004-73688호의 철골-콘크리 트 샌드위치 합성보가 있다.
한편, 혐진 구조물은 나아가 타이밍 산업으로의 경쟁력 확보 차원에서 초단기공사로 완공되어야 하며, 자유로운 장비 및 라인설계가 가능하도록 FAB층이 대경간 무주공간으로 형성되어야 할 것이 요구된다. 초단기 공사를 위해서는 상하층의 병행공사가, FAB층의 대경간 무주공간 형성을 위해서는 FAB층의 하부층을 구조적으로 보완하는 공사가 고려되어야 할 것이다. 지금까지 이러한 부분은 메인골조를 먼저 시공한 후 FAB층의 하부층에 PC샛기둥을 시공하는 방법으로 해결하여 왔으나, PC샛기둥은 그 시공과정이 반습식으로 이루어져 번거롭다는 문제와 특허출원 제2004-73688호의 철골-콘크리트 샌드위치 합성보로 시공되는 구조물에는 적용하기 곤란하다는 문제를 수반한다.
물론, 상기한 문제를 동시에 해결하는 방법으로 PC샛기둥 대신에 철골부재를 샛기둥으로 사용하거나, 경사재로 사용하여 트러스 구조를 완성할 수 있을 것이며, 이중 특히 트러스 구조로 완성하는 경우가 구조적으로 고강성을 발휘하면서 상,하층이 동시에 거동하도록 하는데 더욱 유리하다고 하겠다.
종래의 트러스 구조는 상층부 보를 상현재로 하고 하층부 보를 하현재로 시공한 후 상층부 보와 하층부 보를 파형으로 연결하는 웨브재를 시공하여 완성하게 되는데, 이때 웨브재는 보와 동일한 폭을 갖는 부재를 채택하게 마련이다. 그러나, 이와 같은 웨브재는 보 단면이 클수록 따라서 커질 수밖에 없는데, 이는 더욱 향상된 강성을 발휘할 수 있다는 점에서는 유리하나 강재량의 증가로 인한 공사비 의 증대, 양중무게의 증대로 인한 시공성 저하 및 중량증가로 인한 구조물 자중 증대로 이어진다는 점에서 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 철골부재와 콘크리트의 합성작용으로 RC조의 고강성·고감쇄성능의 이점과 철골조의 시공효율성의 장점을 갖는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 상,하층부 보로서 시공하고 상,하층부 보 사이에 웨브재를 설치하여 상,하층부의 보가 동시에 거동하도록 함으로써 진동에 유리하게 한 고강성 메가트러스 구조와 이를 적용한 공장건축물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용하여 웨브재를 이중으로 설치함으로써 동일한 강성을 갖는 기존의 철골트러스에 비하여 강재량을 적게 사용할 수 있게 되어 그에 따라 공사비 절감이 가능해진 고강성 메가트러스 구조와 이를 적용한 공장건축물을 제공하는 것이다.
상기한 목적 달성을 위해 본 발명은,
상,하부플랜지와 웨브를 포함하여 구성된 철골부재가 보의 길이방향을 따라 배치되어 보의 일측면을 형성하는 제1측면형강부재; 상,하부플랜지와 웨브를 포함하여 구성된 철골부재가 상기 제1측면형강부재와 나란하게 병렬 배치되면서 그 상 부플랜지끼리 서로 일정간격을 두고 배치되어 보의 타측면을 형성하는 제2측면형강부재; 및, 상기 제1측면형강부재와 제2측면형강부재 사이 공간에 타설되는 충전콘크리트;를 포함하여 이루어지는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보로 시공되는 상층부 보;
상기 상층부 보의 아래층에 위치하며 상기 상층부 보와 동일한 구조를 갖는 보로서, 상기 상층부 보의 제1측면형강부재와 대응하는 제3측면형강부재; 상층부 보의 제2측면형강부재와 대응하는 제4측면형강부재; 및, 상기 제3측면형강부재와 제4측면형강부재 사이 공간에 타설되는 충전콘크리트;를 포함하여 이루어지는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보로 시공되는 하층부 보;
상기 상층부 보의 제1측면형강부재와 하층부 보의 제3측면형강부재 사이에 파형을 형성하면서 제1측면형강부재의 하부플랜지와 제3측면형강부재의 상부플랜지에 접합 설치되는 제1웨브재; 및,
상기 상층부 보의 제2측면형강부재와 하층부 보의 제4측면형강부재 사이에 파형을 형성하면서 제2측면형강부재의 하부플랜지와 제4측면형강부재의 상부플랜지에 접합 설치되며, 상기 제1웨브재와 이격하여 배치되는 제2웨브재;
를 포함하여 구성되며, 상기 상층부 보의 충전콘크리트는 상층부 보 위의 상층부 슬래브콘크리트와 일체화 시공되고, 상기 하층부 보의 충전콘크리트는 하층부 보 위의 하층부 슬래브콘크리트와 일체화 시공되는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조를 제공한다.
또한, 본 발명은 대경간 무주공간으로 형성되는 FAB층이 포함되도록 설계되는 반도체·LCD공장과 같은 하이테크 공장건축물에서, 상기 FAB층의 하부층이 상기 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조로 이루어지는 공장건축물을 제공한다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 고강성 메가트러스 구조의 일실시예를 도시한 단면도 및 정면도로서, 본 발명에 따른 고강성 메가트러스 구조는 상층부 보(100), 하층부 보(200), 제1웨브재(310) 및 제2웨브재(320)를 포함하여 구성되며, 양측면이 측면형강부재로 구성되는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 상,하층부 보(100, 200)로서 시공하고 상,하층부 보(100, 200) 사이에 제1,2웨브재(310, 320)를 이중으로 설치하여 완성한다는데 기술적 특징이 있다.
즉, 철골-콘크리트 샌드위치 합성보에서 양측면을 구성하는 측면형강부재 각각에 구별되는 제1웨브재(310)와 제2웨브재(320)를 이격 시공하여 단면이 큰 웨브재 하나를 설치하는 경우와 동일한 강성을 가지면서도 강재량 감소에 따른 공사비 절감, 웨브재의 중량 감소에 따른 시공상의 편의를 도모하고 있는 것이다.
도 1에서와 같이 상층부 보(100)와 하층부 보(200)는 모두 철골-콘크리트 샌드위치 합성보로 이루어진다. 상층부 보(100)를 구성하는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보는 제1측면형강부재(110)와 제2측면형강부재(120) 및 충전콘크리트(130)로 구성되며, 하층부 보(200)를 구성하는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보는 상기 상층부 보의 제1측면형강부재(110)에 대응하는 제3측면형강부재(210)와 상층부 보의 제2측면형강부재(120)에 대응하는 제4측면형강부재(220), 그리고 제3측면형강부재와 제4측면형강부재 사이의 충전콘크리트(230)로 구성된다.
상층부 보(100)는 제1측면형강부재(110)와 제2측면형강부재(120)가 양측면을 형성하도록 그 상부플랜지(112, 212)끼리 서로 일정간격을 두고 배치되면서 나란하게 병렬 배치되며, 상부플랜지(112, 212)의 이격 배치로 확보된 공간을 통해 상기 제1측면형강부재(110)와 제2측면형강부재(120) 사이 공간에 충전콘크리트(130)를 타설함으로써 완성된다. 이때, 상기 제1측면형강부재(110)와 제2측면형강부재(120) 사이 공간의 충전콘크리트(130)는 상층부 보(100)가 그 위로 시공되는 슬래브와 일체화되도록 상층부 슬래브콘크리트(S1) 타설시 동시에 타설되도록 한다. 이로써 상층부의 슬래브(S1)와 상층부 보(100)는 일체 거동하게 된다. 하층부 보(200)는 제3측면형강부재(210)와 제4측면형강부재(220)가 양측면을 형성하도록 하여 상기 상층부 보(100)와 동일한 방법에 의해 완성된다.
상,하층부 보(100, 200)를 구성하는 제1,2,3,4측면형강부재(110, 120, 210, 220)로는 상부플랜지(112, 122, 212, 222), 하부플랜지(111, 121, 211, 221)와 웨브113, 123, 213, 223)를 포함하여 구성된 철골부재가 채택되며, 대표적으로 I형강, C채널 또는 Z형강을 들 수 있다. 다만, 통상의 I형강, C채널 또는 Z형강을 채택하는 경우에는 상,하층부 보(100, 200)의 양측면을 구성하는 측면형강부재끼리 상부플랜지(112, 122, 212, 222)가 일정간격을 두고 배치되면 그에 따라 하부플랜 지(111, 121, 211, 221)도 일정간격을 두고 배치될 것이므로, 하부플랜지 사이에는 하부받침판(125, 225)을 설치하여 보 하부를 폐쇄하도록 한다. 도 1에서는 하부받침판(125, 225)으로 강판을 채택하여 하부플랜지 사이에 걸쳐지게 설치 구성한 예를 보여주고 있다.
또한, 제1,2,3,4측면형강부재(110, 120, 210, 220)로는 도 3에서와 같이 I형강, C채널 또는 Z형강 중 어느 하나로서 그 하부플랜지(111, 121, 211, 221)의 너비가 상부플랜지(112, 122, 212, 222)의 너비보다 더 크게 형성된 것을 채택할 수 있으며, 이러한 측면형강부재는 하부플랜지끼리 서로 맞대어지도록 설치하면 상부플랜지끼리 자연스럽게 일정간격을 두고 배치될 수 있으므로 별도의 하부받침판의 채택이 불필요하게 된다. 또한 이와 같은 제1,2,3,4측면형강부재는 보의 양측면을 구성하는 측면형강부재 간의 응력전달에 유리하여 구조적인 안정성을 확보하는데 이점이 있다.
한편, 제1,2.3.4측면형강부재의 상부플랜지(112, 122, 212, 222)에는 시어코넥터(115, 215)를 더 접합하여 슬래브의 슬라이딩을 억제하도록 하는 것이 바람직하며, 도 1의 실시예에서는 시어코넥터(115, 215)로서 스터드볼트가 채택된 예가 도시되어 있으나, 스터드볼트 외에 어떤 것을 채택해도 무방하다. 도시하지는 않았지만 제1,2,3,4측면형강부재(110, 120, 210, 220)와 충전콘크리트(130, 230)의 일체성을 강화하기 위해 제1,2,3,4측면형강부재의 내측면에 다양한 형태의 시어코넥터를 접합할 수 있음은 당연하다.
상기와 같이 완성되는 상층부 보(100)와 하층부 보(200) 사이에는 제1,2웨브재(310, 320)가 이중으로 설치된다. 즉, 제1웨브재(310)를 상층부 보의 제1측면형강부재(110)와 하층부 보의 제3측면형강부재(210) 사이에 파형을 형성하면서 제1측면형강부재의 하부플랜지(111)와 제3측면형강부재의 상부플랜지(212)에 접합 설치하고, 제2웨브재(320)를 상기 제1웨브재(310)와 이격하도록 배치하되 상층부 보의 제2측면형강부재(120)와 하층부 보의 제4측면형강부재(220) 사이에 파형을 형성하면서 제2측면형강부재의 하부플랜지(121)와 제4측면형강부재의 상부플랜지(222)에 접합 설치하는 것이다. 이때, 도 2에서와 같이 상기 제1웨브재(310) 및 제2웨브재(320)의 파형이 서로 반대방향으로 지그재그로 엇갈리도록 배치 형성하는 것이 구조적으로 더욱 유리하다. 이로써, 상층부 보(100)와 하층부 보(200)는 제1,2웨브재(310, 320)에 의해 연결되므로 일체 거동하게 된다.
한편, 도 1 내지 3에서와 같이 상기 제1,2,3,4측면형강부재의 상부플랜지와 하부플랜지 사이의 웨브(113, 123, 213, 223) 외측면에는 제1웨브재(310) 및 제2웨브재(320)가 접합되는 부분과 동일선상에서 수직스티프너(114, 124, 214, 224)를 더 접합 설치하도록 구성할 수 있다. 상기 수직스티프너(114, 124, 214, 224)는 제1,2웨브재(310, 320)에서 제1,2,3,4측면형강부재(110, 120, 210, 220)로의 응력전달을 용이하게 하면서 제1,2,3,4측면형강부재의 좌굴을 방지하는 역할을 한다.
도 4는 전술한 고강성 메가트러스 구조를 반도체·LCD공장과 같은 하이테크 공장건축물에 적용한 개념도이다.
이와 같은 공장건축물에는 대경간 무주공간으로 형성되는 FAB층이 요구되므로, FAB층의 하부층은 구조적인 안정성은 물론 시공효율성 및 공간효율성을 동시에 확보해야 할 것이다. 이러한 점을 고려하여 본 발명에서는 전술한 고강성 메가트러스 구조를 FAB층의 하부층에 적용하고 있다.
본 발명의 고강성 메가트러스 구조는 먼저 상,하층부 보(100, 200)를 구성하는 제1,2,3,4측면형강부재(110, 120, 210, 220)를 제 위치에 설치하고, 제1,2웨브재(310, 320)를 제1,2,3,4측면형강부재 사이에 접합하며, 이어 상,하층부 슬래브 시공을 위한 거푸집 혹은 데크플레이트나 하프PC슬래브를 설치한 후 상,하층부 충전콘크리트(130, 230)와 상,하층부 슬래브콘크리트(S1, S2)를 동시에 타설하는 방법으로 적용된다.
이렇게 적용된 FAB층의 하부층은 제1,2웨브재(310, 320)의 설치로 공간이 분리되었지만 제,2웨브재(310, 320) 위, 아래로 여전히 장비를 반입할 수 있는 공간으로 확보할 수 있게 되므로 공장건축물에서 전기실 또는 기계실로 활용되도록 설계할 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 철골부재와 콘크리트의 합성작용으로 RC조의 고강성·고감쇄성능의 이점과 철골조의 시공효율성의 장점을 갖는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 상,하층부 보로서 시공하고 상,하층부 보 사이에 웨브재를 설치하여 상,하층부 보가 동시에 거동하도록 함으로써 진동에 유리한 효과를 발휘하게 되어 혐진 구조물에의 적용이 가능해진다.
또한, 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용하여 웨브재를 이중으로 설치할 수 있게 됨으로써 동일한 강성을 갖는 기존의 철골트러스에 비하여 강재량을 적게 사용할 수 있게 되어 그에 따라 공사비 절감효과를 기대할 수 있게 되며, 나아가 경량부재의 사용으로 시공상의 편의를 도모할 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 상,하부플랜지와 웨브를 포함하여 구성된 철골부재가 보의 길이방향을 따라 배치되어 보의 일측면을 형성하는 제1측면형강부재; 상,하부플랜지와 웨브를 포함하여 구성된 철골부재가 상기 제1측면형강부재와 나란하게 병렬 배치되면서 그 상부플랜지끼리 서로 일정간격을 두고 배치되어 보의 타측면을 형성하는 제2측면형강부재; 및, 상기 제1측면형강부재와 제2측면형강부재 사이 공간에 타설되는 충전콘크리트;를 포함하여 이루어지는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보로 시공되는 상층부 보;
    상기 상층부 보의 아래층에 위치하며 상기 상층부 보와 동일한 구조를 갖는 보로서, 상기 상층부 보의 제1측면형강부재와 대응하는 제3측면형강부재; 상층부 보의 제2측면형강부재와 대응하는 제4측면형강부재; 및, 상기 제3측면형강부재와 제4측면형강부재 사이 공간에 타설되는 충전콘크리트;를 포함하여 이루어지는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보로 시공되는 하층부 보;
    상기 상층부 보의 제1측면형강부재와 하층부 보의 제3측면형강부재 사이에 파형을 형성하면서 제1측면형강부재의 하부플랜지와 제3측면형강부재의 상부플랜지에 접합 설치되는 제1웨브재; 및,
    상기 상층부 보의 제2측면형강부재와 하층부 보의 제4측면형강부재 사이에 파형을 형성하면서 제2측면형강부재의 하부플랜지와 제4측면형강부재의 상부플랜지에 접합 설치되며, 상기 제1웨브재와 이격하여 배치되는 제2웨브재;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 상층부 보의 충전콘크리트는 상층부 보 위의 상층부 슬래브콘크리트와 일체화 시공되고, 상기 하층부 보의 충전콘크리트는 하층부 보 위의 하층부 슬래브콘크리트와 일체화 시공되는 것을 특징으로 하는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조.
  2. 제1항에서,
    상기 제1웨브재 및 제2웨브재는 그 파형이 서로 반대방향으로 지그재그로 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 제1,2,3,4측면형강부재는 I형강, C채널 또는 Z형강 중 어느 하나이며,
    제1측면형강부재 및 제2측면형강부재의 하부플랜지의 사이와 제3측면형강부재 및 제4측면형강부재의 하부플랜지 사이에 하부받침판이 걸쳐지게 설치되는 것을 특징으로 하는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 제1,2,3,4측면형강부재는 I형강, C채널 또는 Z형강 중 어느 하나로서 하부플랜지의 너비가 상부플랜지의 너비보다 더 크게 형성된 것이며,
    제1측면형강부재와 제2측면형강부재의 하부플랜지끼리, 제3측면형강부재와 제4측면형강부재의 하부플랜지끼리 각각 서로 맞대어지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조.
  5. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 제1,2,3,4측면형강부재의 상부플랜지에는 시어코넥터가 더 접합 설치되는 것을 특징으로 하는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조.
  6. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 제1,2,3,4측면형강부재로 I형강이 채택된 경우로서, 제1,2,3,4측면형강부재의 상부플랜지와 하부플랜지 사이의 웨브 외측면에는 제1웨브재 및 제2웨브재가 접합되는 부분과 동일선상에서 수직스티프너가 더 접합 설치되는 것을 특징으로 하는 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조.
  7. 대경간 무주공간으로 형성되는 FAB층이 포함되도록 설계되는 반도체·LCD공장과 같은 하이테크 공장건축물에서,
    상기 FAB층의 하부층이 제1항 또는 제2항의 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공장건축물.
  8. 제6항에서,
    상기 철골-콘크리트 샌드위치 합성보를 이용한 고강성 메가트러스 구조로 이루어지는 하부층이 전기실 또는 기계실로 활용되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 공장건축물.
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