KR101904121B1 - 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥은 철골과 콘크리트가 합성된 합성기둥에 있어서, 기둥 단면에 수직 배치되며 하중을 지지하는 주부재와, 상기 주부재의 외측을 감싸며 등간격으로 접합되는 다수의 띠부재와, 상기 띠부재를 관통하여 상기 띠부재의 간격을 조절하며 상기 주부재의 외측을 감싸며 배치되는 간격부재를 구비할 수 있다.

Description

철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥{Composite Column with the Steel and the Concrete}

본 발명은 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철골로 형성된 주부재를 공장 및 현장에서 결합한 후 현장 시공으로 콘크리트를 타설함에 따라 강도를 보강할 수 있는 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥에 관한 것이다.

일반적으로 합성기둥은 강재와 콘크리트의 합성효과를 통해 단면의 성능을 극대화한 기둥으로서, 높은 성능(강도, 연성 등)이 요구되는 초고층 및 대형구조물의 기둥에 널리 이용된다. 이러한 합성기둥에는 콘크리트가 강재를 둘러싸는 형태의 매입형 합성기둥(Steel Reinforced Concrete, 이하 SRC기둥)이 대표적이다.

이러한 합성기둥은 H형강을 이용한 완전매입형 합성기둥과, H형강을 이용한 부분매입형 합성기둥과, L형강을 이용한 완전매입형 합성기둥으로 구분할 수 있다.

완전매입형 합성기둥이란, H형강 외부로 철근콘크리트를 합성시킨 고전적인 형태의 SRC기둥이다. 현재 가장 널리 사용되고 있지만, H형강을 사용하기 때문에 강축 대비 약축에 대한 휨성능이 떨어지고, 강재단면의 대부분이 합성단면의 중심부에 위치하므로 휨과 축력을 동시에 받는 기둥의 경우 축력 대비 휨모멘트 성능이 떨어지는 단점이 있으며, 고강도강재를 사용하는 경우강재 전 단면의 항복에 앞서 콘크리트 피복이 조기에 압괴될 수 있다.

그리고 H형강을 이용한 부분매입형 합성기둥은 강재단면의 성능을 최대한 활용할 목적으로 H형강의 플랜지를 합성단면의 외부에 배치하고, 플랜지와 웨브 사이를 콘크리트로 채우는 형태의 SRC기둥이다. 플랜지가 합성단면의 최외곽에 배치되므로 강재의 강도를 충분히 활용할 수 있고 모멘트팔길이가 증가하므로 휨성능도 증가하지만, 플랜지의 국부좌굴 방지 및 내화에 대한 대책이 요구된다.

또한, L형강을 이용한 완전매입형 합성기둥은 합성단면의 성능을 극대화하기 위하여 SRC기둥에 특화된 단면구성으로 L형강 또는 강재앵글을 합성단면의 네 모서리에 대칭으로 배치하고, 이를 띠판, 띠철근, 래티스 등(도 1(c)에서 점선으로 표현)의 연결재를 이용하여 서로 일체화시킨 형태로써, 강재단면이 합성단면의 외측모서리에 집중 배치되므로 강재단면의 응력활용과 모멘트팔길이가 증가하고, L형강과 연결재로 구성된 조립철물이 심부콘크리트에 강력한 횡구속력을 제공하며, 피복콘크리트가 강재앵글에 대하여 국부좌굴 방지 및 내화성능을 확보해 주므로, 동일 강재단면적 대비 합성단면의 휨-압축 성능이 극대화된다. 또한 강재앵글이 대칭배치되므로 2축에 대한 휨성능이 동일한 장점도 있다.

한편, 초고층, 물류센터, 하이테크빌딩, 발전소 터빈건물 등에서는 공간계획 및 기기설비 문제 등으로 층고가 높고 경간이 길어, 각 기둥에 대한 강도(Strength) 요구성능이 높을 뿐만 아니라 변형이나 미진동 등을 제어하기 위해 사용성(Serviceability) 요구성능도 높아 대형콘크리트기둥의 활용이 많다. 대형콘크리트기둥은 단면이 크고 고소작업이 많아 철근, 거푸집, 가설, 타설 등의 현장작업이 많으므로 일반적으로 골조공사 층당공기의 주공정(Critical Path)에 해당하여 공기단축에 대한 요구가 높다.

앞서 설명한 세 가지 형태의 SRC기둥 모두 내부의 강재를 세움기둥으로 활용할 수 있어 상부골조를 조기에 시공할 수 있는 장점이 있지만, 여전히 철근과 콘크리트의 접합 성능이 낮아 강도가 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 철골과 콘크리트의 접합력을 높여 강도를 높일 수 있는 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥은 철골과 콘크리트가 합성된 합성기둥에 있어서, 기둥 단면에 수직 배치되며 하중을 지지하는 주부재와, 상기 주부재의 외측을 감싸며 등간격으로 접합되는 다수의 띠부재와, 상기 띠부재를 관통하여 상기 띠부재의 간격을 조절하며 상기 주부재의 외측을 감싸며 배치되는 간격부재를 구비할 수 있다.

상기 주부재는 상기 기둥의 하중을 지지하기 위하여 상기 기둥 단면의 중심에 배치되는 보강부재와, 상기 보강부재의 외측에 서로 이격하게 수직 배치된 다수의 모서리부재를 구비할 수 있다.

상기 보강부재는 상기 기둥의 하중을 지지하기 위하여 H형상, 사각형상, 'ㄷ'형상 중 적어도 하나의 형태로 형성될 수 있다.

상기 모서리부재는 사각형상으로 형성되는 상기 기둥의 중심에 구비되는 상기 보강부재의 외측 모서리에 설치되며 'ㄱ'형강으로 형성될 수 있다.

상기 간격부재는 상기 간격부재의 양단부에 각각 결합되어 상기 간격부재가 상기 띠부재에서 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지부재를 구비할 수 있다.

상기 간격부재는 상기 띠부재에서 상기 콘크리트의 피복 두께와 동일한 두께로 연장될 수 있다.

상기 이탈방지부재는 상기 간격부재의 단부에 결합되며 상기 띠부재의 외측에 접하는 커버부재와, 상기 커버부재의 외측에 삽입되며 상기 간격부재에 나선결합되어 상기 커버부재의 이탈을 방지하는 고정부재를 구비할 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥은 철골과 콘크리트가 합성된 합성기둥에 있어서, 기둥 단면에 수직 배치되며 하중을 지지하는 주부재와, 상기 주부재의 외측을 감싸며 등간격으로 접합되는 다수의 띠부재와, 다수의 상기 모서리부재 외측에 구비되어 상기 모서리부재의 피복두께와 동일한 두께로 형성되는 피복부재를 구비할 수 있다.

상기 주부재는 상기 기둥의 하중을 지지하며 내부에 상기 콘크리트가 충진되도록 중공홀이 구비되는 사각형상으로 형성될 수 있다.

상기 주부재는 상기 콘크리트와의 접합력을 높이기 위하여 상기 주부재를 관통하며 형성되는 간격부재를 구비할 수 있다.

상기 간격부재는 상기 간격부재의 양단부에 각각 체결되어 상기 간격부재가 상기 주부재에서 이탈되는 것을 방지하는 체결부재를 구비할 수 있다.

상기 체결부재는 상기 간격부재의 단부를 내부에 수용하도록 결합되며 양단부에 상기 콘크리트와의 접합력을 높이기 위한 결합판을 구비할 수 있다.

상기 피복부재는 상기 띠부재에서 외측으로 연장되며 나선홈이 형성되는 나선축과, 상기 나선축에 나선결합되며 상기 콘크리트와의 접합력을 높이기 위하여 양 측면이 서로 대응되는 형상으로 형성되는 접합판을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥에 의하면, 주부재를 결합시키는 띠부재와 주부재를 관통하는 간격부재를 통해 콘크리트와의 접합력을 높여 강도를 높일 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사각형상의 보강부재를 사용한 합성기둥을 나타낸 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 사각형상의 보강부재를 사용한 합성기둥을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이탈방지부재를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥을 나타낸 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥을 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥에 간격부재를 설치한 모습을 나타낸 사시도.
도 9는 도 8에 도시된 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥에 간격부재를 설치한 모습을 나타낸 단면도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 접합부를 나타낸 사시도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥은 기둥(10) 단면에 수직 배치되며 하중을 지지하는 주부재(100)와, 상기 주부재(100)의 외측을 감싸며 등간격으로 접합되는 다수의 띠부재(200)와, 상기 띠부재(200)를 관통하여 상기 띠부재(200)의 간격을 조절하며 상기 주부재(100)의 외측을 감싸며 배치되는 간격부재(300)를 구비할 수 있다.

상기 합성기둥은 철골 등의 강재와 콘크리트(20)를 합성하여 프리캐스트 방식으로 공장에서 제작되거나 현장에서 제작되는 합성기둥일 수 있으며, 철골과 콘크리트(20)의 접합 성능이 저하되는 단점을 보완할 수 있다.

상기 주부재(100)는 기둥(10) 단면에 수직 배치될 수 있으며, 하중을 지지하기 위하여 내부에 콘크리트(20)가 충진될 수 있다. 그에 따라 상기 주부재(100)는 휨, 하중을 동시에 저항하는 구조재가 될 수 있다.

이 때, 상기 기둥(10)은 도면에는 도시하지 않았지만 공장 및 현장에서 거푸집을 설치하여 내부에 콘크리트(20)가 충진되는 것으로 거푸집의 형상은 한정하지 않는다.

이와 같이, 상기 기둥(10)은 상부 및 하부의 주부재(100)가 노출되도록 공장에서 주부재(100)에 거푸집이 결합된 상태로 현장에 도착한 후 현장에서 하부층에 노출된 주부재(100)와 결합하여 결합부위에 거푸집을 결합시킴과 동시에 주부재(100) 내부에 콘크리트(20)를 충진시킬 수 있다.

이러한 상기 주부재(100)는 상기 기둥(10)의 하중을 지지하기 위하여 상기 기둥(10) 단면의 중심에 배치되는 보강부재(110)와, 상기 보강부재(110)의 외측에 서로 이격하게 수직 배치된 다수의 모서리부재(120)를 구비할 수 있다.

상기 보강부재(110)는 상기 기둥(10)의 중심에 배치됨에 따라 상부에서 발생하는 하중에 대한 저항 성능을 향상시킬 수 있으며, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 H형상, 사각형상, 'ㄷ'형상 중 적어도 하나의 형태로 형성될 수 있다.

이와 같이 상기 보강부재(110)는 다양한 형상으로 형성되나 주부재(100)에 타설되는 콘크리트(20)에 감싸짐에 따라 기둥(10)의 강도를 높일 수 있다.

그리고 상기 보강부재(110)는 상기 모서리부재(120)의 내측에 구비되어 모서리부재(120)와 함께 하중을 분산시켜 저항 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 모서리부재(120)는 상기 보강부재(110)의 외측에 배치될 수 있으며, 상기 모서리부재(120)는 사각형상으로 형성되는 상기 기둥(10)의 모서리에 피복두께에 맞도록 배치된다.

이 때, 상기 모서리부재(120)는 'ㄱ'형강으로 형성되어 상기 기둥(10)의 모서리에 각각 구비될 수 있다.

또한, 상기 모서리부재(120)는 상기 보강부재(110) 및 각각의 상기 모서리부재(120)는 동일한 간격으로 이격될 수 있다.

이와 같이, 상기 보강부재(110) 외측에 모서리부재(120)가 구비됨에 따라 상기 주부재(100)는 기둥(10)의 휨, 하중, 전단력 등에 대한 구조적 안정성을 높일 수 있다.

상기 띠부재(200)는 기둥(10)의 모서리에 각각 구비되는 상기 모서리부재(120)를 외측에서 감싸도록 형성될 수 있으며, 소정의 폭으로 형성되어 상기 간격부재(300)가 관통될 수 있다.

또한, 상기 띠부재(200)는 상기 모서리부재(120)에 용접 및 볼트에 의하여 체결될 수 있으며, 상기 기둥(10)의 수직으로 등간격으로 다수가 구비될 수 있다.

그로 인해, 상기 기둥(10)의 모서리부재(120)가 상기 콘크리트(20)와 접합력을 높일 수 있으며, 수직으로 고정되어 위치가 변하지 않고 상기 기둥(10)의 모서리에 배치될 수 있다.

상기 간격부재(300)는 상기 띠부재(200)의 일 측면을 관통하여 타 측면까지 관통하여 연장된다. 그리고 상기 간격부재(300)는 상기 띠부재(200)를 다수가 관통하여 상기 띠부재(200) 내측에 구비되는 상기 보강부재(110)를 감싸는 형상으로 구비될 수 있다. 이에 따라 상기 보강부재(110)의 위치가 변하지 않고 유지될 수 있다.

또한, 상기 간격부재(300)의 양단부는 상기 띠부재(200)에서 외측으로 연장되어 형성되며 연장되는 길이는 피복두께와 동일할 수 있으며, 나선돌기가 형성될 수 있다.

이 때, 도 5를 참조하면 상기 간격부재(300)의 양단부에는 상기 띠부재(200)에서 상기 간격부재(300)가 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지부재(310)가 구비될 수 있으며, 상기 이탈방지부재(310)는 상기 간격부재(300)의 단부에 결합되며 상기 띠부재(200)의 외측에 접하는 커버부재(311)와, 상기 커버부재(311)의 외측에 삽입되며 상기 간격부재(300)에 나선결합되어 상기 커버부재(311)의 이탈을 방지하는 고정부재(312)를 구비할 수 있다.

상기 커버부재(311)는 원뿔로 형성될 수 있으며, 양측면이 대응되는 형상으로 형성됨에 따라 상기 간격부재(300)의 양단부에 결합될 수 있다. 그리고 상기 커버부재(311)는 양측면이 소정의 간격으로 벌어짐에 따라 내부에 상기 고정부재(312)가 삽입되어도 유동적으로 간격이 벌어질 수 있다. 또한, 상기 커버부재(311)는 중심에 상기 간격부재(300)가 나선결합될 수 있도록 나선홈이 형성될 수 있다.

그리고 다른 실시 예로 상기 커버부재(311)는 판 형상으로 양측면이 서로 대응되는 형상으로 형성되어 상기 간격부재(300)의 양단부에 결합될 수 있다.

상기 고정부재(312)는 상기 커버부재(311)의 외측에서 상기 간격부재(300)의 단부에 나선결합될 수 있으며, 상기 커버부재(311)의 내부까지 이동될 수 있다.

또한, 상기 고정부재(312)는 상기 커버부재(311)의 내측에 삽입되며 상기 커버부재(311)에 접하도록 원뿔형상으로 형상될 수 있다. 그리고 상기 고정부재(312)의 중심에는 상기 커버부재(311)와 동일하게 나선홈이 구비될 수 있다.

이하에서 본 발명의 다른 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥을 설명함에 있어 상술한 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥을 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥을 나타낸 단면도이다.

도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥은 기둥(10) 단면에 수직 배치되며 하중을 지지하는 주부재(100)와, 상기 주부재(100)의 외측을 감싸며 등간격으로 접합되는 다수의 띠부재(200)와, 다수의 상기 모서리부재(120) 외측에 구비되어 상기 모서리부재(120)의 피복두께와 동일한 두께로 형성되는 피복부재(400)를 구비할 수 있다.

상기 주부재(100)는 기둥(10) 단면에 수직 배치될 수 있으며, 하중을 지지하기 위하여 내부에 콘크리트(20)가 충진될 수 있다. 그에 따라 상기 주부재(100)는 휨, 하중을 동시에 저항하는 구조재가 될 수 있다.

그리고 상기 주부재(100)는 상기 콘크리트(20)의 피복두께에 따라 크기가 결정될 수 있으며 상기 기둥(10)과 동일하게 사각 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 주부재(100)는 내부에 중공홀(130)이 구비되어 콘크리트(20)가 내부로 충진될 수 있다.

이 때, 상기 주부재(100)는 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이 콘크리트(20)와의 접합력을 높이기 위하여 상기 주부재(100)를 관통하는 간격부재(300)가 구비될 수 있다. 상기 간격부재(300)는 상기 주부재(100)에 다수가 결합될 수 있으며, 상기 주부재(100)의 일측면을 관통한 후 타 측면으로 관통될 수 있다.

그로 인해, 상기 주부재(100) 내부에 간격부재(300)가 다수 엇갈리도록 배치되므로 상기 주부재(100) 내부로 콘크리트(20)가 타설되어 상기 간격부재(300)와 접합될 수 있다. 그로 인해, 상기 콘크리트(20)와 주부재(100)의 접합력을 높여 기둥(10)의 강도를 높일 수 있다.

그리고 상기 주부재(100) 외측으로 연장되는 상기 간격부재(300)의 양단부는 체결부재(320)가 결합될 수 있으며, 상기 체결부재(320)의 길이는 콘크리트(20)의 피복두께와 동일하거나 작을 수 있다.

이 때, 상기 체결부재(320)는 상기 간격부재(300)의 일 단부에 고정되어 결합될 수 있으며, 상기 간격부재(300)의 타 단부는 상기 체결부재(320)가 나선결합될 수 있다.

이러한, 상기 체결부재(320)는 상기 간격부재(300)의 단부가 내부에 수용될 수 있으며, 양 단부는 상기 콘크리트(20)의 외측면과 상기 주부재(100)와 접하는 결합판(321)이 구비될 수 있다. 그로 인해, 상기 체결부재(320)는 상기 주부재(100)의 외측에서 상기 콘크리트(20)와 접합력을 높일 수 있다.

상기 결합판(321)은 원형 및 다각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

상기 띠부재(200)는 상기 주부재(100)의 외측을 감싸며 상기 주부재(100)의 외측에서 등간격으로 다수가 구비될 수 있다.

상기 피복부재(400)는 상기 띠부재(200)의 외측에 구비되어 상기 콘크리트(20)의 피복두께와 동일한 길이로 형성되며 상기 콘크리트(20)와의 접합력을 높이도록 할 수 있다.

상기 띠부재(200)에서 외측으로 연장되며 나선홈이 형성되는 나선축(410)과, 상기 나선축(410)에 나선결합되며 상기 콘크리트(20)와의 접합력을 높이기 위하여 양 측면이 서로 대응되는 형상으로 형성되는 접합판(420)을 구비할 수 있다.

상기 나선축(410)은 상기 띠부재(200)에서 다수가 돌출되어 형성될 수 있으며, 나선돌기가 구비되어 상기 접합판(420)이 나선결합될 수 있다.

상기 접합판(420)은 상기 나선축(410)에 결합되며 양 측면이 서로 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥에 대해 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 그리고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100: 주부재 110: 보강부재
120: 모서리부재 130: 중공홀
200: 띠부재 300: 간격부재
310: 이탈방지부재 311: 커버부재
312: 고정부재 320: 체결부재
321: 결합판 400: 피복부재
410: 나선축 420: 접합판

Claims (13)

1. 철골과 콘크리트가 합성된 합성기둥에 있어서,
   기둥 단면에 수직 배치되며 하중을 지지하는 주부재와,
   상기 주부재의 외측을 감싸며 등간격으로 접합되는 다수의 띠부재와,
   상기 띠부재를 관통하여 상기 띠부재의 간격을 조절하며 상기 주부재의 외측을 감싸며 배치되는 간격부재를 구비하고,
   상기 주부재는 상기 기둥의 하중을 지지하기 위하여 상기 기둥 단면의 중심에 배치되는 보강부재와,
   상기 보강부재의 외측 모서리에 서로 이격하게 수직 배치되며, 사각으로 형성되는 상기 기둥의 피복두께와 동일한 위치에 배치되도록 'ㄱ'형강으로 형성되는 다수의 모서리부재를 구비하고,
   상기 간격부재는 상기 간격부재의 양단부에 각각 결합되어 상기 간격부재가 상기 띠부재에서 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지부재를 구비하고,
   상기 이탈방지부재는 상기 간격부재의 단부에 결합되며 상기 띠부재의 외측에 접하는 커버부재와,
   상기 커버부재의 외측에 삽입되며 상기 간격부재에 나선결합되어 상기 커버부재의 이탈을 방지하는 고정부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 보강부재는 상기 기둥의 하중을 지지하기 위하여 H형상, 사각형상, 'ㄷ'형상 중 적어도 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 간격부재는 상기 띠부재에서 상기 콘크리트의 피복 두께와 동일한 두께로 연장되는 것을 특징으로 하는 철골과 콘크리트가 결합된 합성기둥.
   
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제

Images