KR20110108710A - Reinforced concrete frame structure having high flexibility in beam-column joint - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 보와 철근 콘크리트 기둥으로 이루어지는 철근 콘크리트 골조 구조물에서, 보와 기둥이 접합되는 보-기둥 접합부에 단부판을 구비한 보강 철근을 보의 배치 방향으로 배치하여 접합부의 강도를 증가시키고, 보강 철근의 단부판 외측으로 소성힌지가 생성되도록 하여, 철근 콘크리트 골조 구조물의 연성을 향상시키고, 보-기둥 접합부의 손상을 방지하여, 내진 성능이 크게 향상되는 철근 콘크리트 골조 구조물에 관한 것이다.
본 발명에서는 철근 콘크리트 기둥(10)과 철근 콘크리트 보(20)가 접합되는 보-기둥 접합부를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물(100)로서, 양단에 판 부재로 이루어진 단부판(201)이 일체로 구비되어 있는 보강 철근(200)이, 보(20)의 배치 방향으로 보-기둥 접합부의 내부를 가로질처 단부판(201)이 보(20)의 내부에 위치하도록 매립 배치되어, 지진하중 작용시 상기 단부판(201)의 외측 위치에서 보(20)에 소성힌지가 생성되는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 골조 구조물이 제공된다. The present invention in the reinforced concrete frame structure consisting of reinforced concrete beams and reinforced concrete columns, by placing the reinforcing bar having an end plate in the beam-column joint to which the beam and column are joined in the direction of the beam arrangement to increase the strength of the connection The present invention relates to a reinforced concrete frame structure in which a plastic hinge is generated outside the end plate of the reinforcing bar, thereby improving the ductility of the reinforced concrete frame structure and preventing damage to the beam-column joint, thereby greatly improving seismic performance.
In the present invention, the reinforced concrete frame structure (100) having a beam-column joint to which the reinforced concrete column (10) and the reinforced concrete beam (20) are joined, and end plates (201) made of plate members are integrally provided at both ends. The reinforcing reinforcement 200 is embedded in the direction in which the beam 20 intersects the interior of the beam-column junction so that the end plate 201 is located in the interior of the beam 20, so that the end portion is subjected to an earthquake load. Reinforced concrete frame structure is provided, characterized in that the plastic hinge is produced in the beam 20 in the outer position of the plate (201).

Description

단부판을 가지는 보강 철근을 이용한 보-기둥 접합 부분에서의 내진 성능 향상 구조를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물{Reinforced Concrete Frame Structure having High Flexibility in Beam-Column Joint}Reinforced Concrete Frame Structure having High Flexibility in Beam-Column Joint}

본 발명은 철근 콘크리트 보와 철근 콘크리트 기둥의 접합부를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물에 대한 것으로서, 구체적으로는 철근 콘크리트 보와 철근 콘크리트 기둥으로 이루어지는 철근 콘크리트 골조 구조물에서, 보와 기둥이 접합되는 보-기둥 접합부에 단부판을 구비한 보강 철근을 보의 배치 방향으로 배치하여 접합부의 강도를 증가시키고, 보강 철근의 단부판 외측으로 소성힌지가 생성되도록 하여, 철근 콘크리트 골조 구조물의 연성을 향상시키고, 보-기둥 접합부의 손상을 방지하여, 내진 성능이 크게 향상되는 철근 콘크리트 골조 구조물에 관한 것이다.
The present invention relates to a reinforced concrete frame structure having a junction of reinforced concrete beams and reinforced concrete columns, specifically, in a reinforced concrete frame structure consisting of reinforced concrete beams and reinforced concrete columns, beam-column joints to which beams and columns are joined The reinforcing bars with end plates in the beam placement direction to increase the strength of the joints and to produce plastic hinges outside the end plates of the reinforcing bars, thereby improving the ductility of the reinforced concrete frame structures, and The present invention relates to a reinforced concrete frame structure in which damage to the joint is prevented and seismic performance is greatly improved.

도 1에는 철근 콘크리트 기둥과 철근 콘크리트 보로 이루어진 철근 콘크리트 골조 구조물(100)을 나타내는 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 원 A로 표시된 보-기둥 접합부 즉, 철근 콘크리트 보와 철근 콘크리트 기둥이 접합되는 부분에서의 철근 배근 상세도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2의 선B-B에 따른 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 2에 도시된 보-기둥 접합부에서의 휨모멘트와 전단력 작용 상태 및 균열 발생 양상을 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 1 is a schematic view showing a reinforced concrete frame structure 100 consisting of reinforced concrete columns and reinforced concrete beams, and FIG. 2 shows a beam-column connection, ie, reinforced concrete beams and reinforced concrete columns, indicated by circle A of FIG. A detailed view of the reinforcement at the portion to be joined is shown. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2, and FIG. 4 is a state of bending moment and shear force at the beam-column joint shown in FIG. 2. And a schematic showing the crack initiation pattern is shown.

도 1 내지 도 4에 도시된 것처럼, 철근 콘크리트 골조 구조물(100)은 철근 콘크리트 기둥(10)과 철근 콘크리트 보(20)로 이루어지며, 기둥(10)과 보(20)가 접합되는 보-기둥 접합부를 가지고 있다. 이러한 보-기둥 접합부는 보와 기둥의 휨모멘트와 전단력이 전달되는 중요한 구조요소인데, 수평하중에 해당하는 지진하중이 가해질 경우에는 도 4에 도시된 것처럼 보-기둥 접합부에 대각선 형태의 균열(30)이 발생하게 된다. 이와 같은 보-기둥 접합부에서의 균열은 결국 취성파괴를 야기하고, 철근 콘크리트 골조 구조물의 에너지 소산능력을 저하시켜 전체적인 골조의 붕괴를 초래할 수도 있다. As shown in Figures 1 to 4, the reinforced concrete frame structure 100 is made of a reinforced concrete column 10 and a reinforced concrete beam 20, the beam-column to which the column 10 and the beam 20 is joined Has a junction The beam-column junction is an important structural element in which the bending moments and shear forces of the beams and columns are transmitted. When an earthquake load corresponding to a horizontal load is applied, the cracks having a diagonal shape at the beam-column junction as shown in FIG. ) Will occur. Such cracking at the beam-column joint eventually leads to brittle fracture and may degrade the energy dissipation capacity of the reinforced concrete frame structure, resulting in the collapse of the overall frame.

이를 방지하기 위하여 보-기둥 접합부를 타이로 보강하는 방안이 종래기술로 제시되고 있으나, 기존의 연구나 실험결과에 의하면, 보-기둥 접합부를 타이로 보강하는 종래의 기술로는 보-기둥 접합부의 위와 같은 손상을 방지하는데 충분하지 아니한 것으로 보고되고 있다.
In order to prevent this, a method of reinforcing the beam-column joint with a tie has been proposed in the related art, but according to the existing research or experiment results, the conventional technique of reinforcing the beam-column joint with a tie is a It is reported that it is not enough to prevent such damage.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 지진하중 등과 같은 수평하중 작용시에 철근 콘크리트 골조 구조물의 연성을 향상시키고, 보-기둥 접합부의 손상을 방지함으로써 내진 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 형식의 철근 콘크리트 골조 구조물을 목적으로 한다.
The present invention has been developed to solve the problems of the prior art, specifically, seismic performance by improving the ductility of reinforced concrete frame structures during horizontal load action, such as earthquake load, and preventing damage to the beam-column joint A new type of reinforced concrete framing structure is aimed at improving the quality.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 철근 콘크리트 기둥과 철근 콘크리트 보가 접합되는 보-기둥 접합부를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물로서, 양단에 판 부재로 이루어진 단부판이 일체로 구비되어 있는 보강 철근이, 보의 배치 방향으로 보-기둥 접합부의 내부를 가로질러 단부판이 보의 내부에 위치하도록 매립 배치되어, 지진하중 작용시 소성힌지가 단부판 외측에서 생성되는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 골조 구조물이 제공된다. In order to achieve the above object, in the present invention, as a reinforced concrete frame structure having a beam-column joint portion to which reinforced concrete columns and reinforced concrete beams are joined, reinforcing bars having integrally provided end plates made of plate members at both ends thereof, Reinforced concrete frame structures are provided in which the end plates are embedded in the interior of the beams across the interior of the beam-column junction in the direction of the arrangement, so that plastic hinges are generated outside the end plates upon earthquake loading.

위와 같은 본 발명에 있어서, 상기 보는, U자형 단면을 가지는 프리캐스트 콘크리트로 제작되어, 기둥의 전면에 걸쳐진 상태에서, 단부판이 구비된 보강 철근이 보-기둥 접합부를 가로질러 U자형 단면 내부에 배근된 후 현장 타설 콘크리트가 타설되어 형성될 수도 있다.
In the present invention as described above, the beam, made of precast concrete having a U-shaped cross section, in the state spanning the front of the column, the reinforcing bars with end plates are placed inside the U-shaped cross section across the beam-column junction. It can also be formed by pouring the site cast concrete.

본 발명에 의하면, 철근 콘크리트 골조 구조물의 보-기둥 접합부에서, 보-기둥 접합부를 가로질러, 양단에 단부판이 구비된 보강 철근이 배치되고, 상기 단부판의 외측으로 소성힌지로 생성되므로, 지진하중 등이 작용할 때, 보에 소성힌지가 생성되어 우선적으로 연성 파괴가 유도되어 보-기둥의 접합부에서의 파괴가 방지되며, 그에 따라 철근 콘크리트 구조물의 연성 능력이 향상되며 보-기둥 접합부에서의 급작스러운 취성파괴가 방지되어 철근 콘크리트 골조 구조물의 내진 성능이 향상되는 효과가 발휘된다.
According to the present invention, in the beam-column joint of the reinforced concrete frame structure, reinforcing bars having end plates at both ends are disposed across the beam-column joint, and are produced by plastic hinges to the outside of the end plate. When the back acts, plastic hinges are created in the beams to preferentially induce ductile fractures, thereby preventing fractures at the beam-column joints, thereby improving the ductility of the reinforced concrete structure and causing abrupt conditions at the beam-column joints. Since brittle fracture is prevented, the seismic performance of reinforced concrete frame structures is improved.

도 1은 철근 콘크리트 기둥과 철근 콘크리트 보로 이루어진 철근 콘크리트 골조 구조물을 보여주는 개략도이다.
도 2는 종래 기술의 철근 콘크리트 골조 구조물에서 도 1의 원 A로 표시된 보-기둥 접합부의 배근 상태 상세도이다.
도 3은 도 2의 선B-B에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 종래 기술에 의한 보-기둥 접합부에서의 휨모멘트와 전단력 작용 상태 및 균열 발생 양상을 보여주는 개략도이다.
도 5는 도 2에 대응되는 도면으로서, 본 발명에 따른 철근 콘크리트 골조 구조물에 구비된 보-기둥 접합부의 배근 상태 상세도이다.
도 6은 본 발명에 따른 보-기둥 접합부에 배치되는, 단부판이 구비된 보강 철근의 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 5의 상태에서 소성힌지 형성 위치에서의 균열 발생 상태를 보여주는 개략도이다.
도 8은 도 5에 대응되는 도면으로서, 본 발명의 또 다른 실시예(프리캐스트 콘크리트 보를 이용한 실시예)에 따른 보-기둥 접합부의 배근 상태 상세도이다.
도 9는 도 8의 선 C-C에 따라 보의 단면을 보여주는 단면도이다.1 is a schematic view showing a reinforced concrete frame structure consisting of reinforced concrete columns and reinforced concrete beams.
FIG. 2 is a detailed view of the reinforcement state of the beam-column junction shown by circle A of FIG. 1 in a reinforced concrete framework structure of the prior art. FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 2.
Figure 4 is a schematic diagram showing the bending moment and shear force action state and crack generation in the beam-column junction according to the prior art shown in FIG.
FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 2 and is a detailed view of the reinforcement state of the beam-column junction provided in the reinforced concrete frame structure according to the present invention. FIG.
6 is a schematic perspective view of a reinforcing bar with an end plate, which is disposed in the beam-column junction according to the present invention.
7 is a schematic view showing a crack generation state at the plastic hinge formation position in the state of FIG.
FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 5, which is a detailed view of the reinforcement state of a beam-column junction according to another embodiment of the present invention (an embodiment using a precast concrete beam).
9 is a cross-sectional view showing a cross section of the beam along the line CC of FIG. 8.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is described as one embodiment, whereby the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation are not limited.

도 5에 도시되어 있듯이, 철근 콘크리트 기둥(10)과 철근 콘크리트 보(20)가 접합되는 본 발명에 따른 철근 콘크리트 골조 구조물(100)의 보-기둥 접합부에는, 도 6에 도시된 것처럼, 양단에 판 부재로 이루어진 단부판(201)이 일체로 구비되어 있는 보강 철근(200)이 보(20)의 배치 방향으로, 기둥(10)의 내부와 보(20) 단부의 내부에 존재하게 된다. 즉, 단부판(201)이 구비된 보강 철근(200)이 기둥(10)을 가로 질러, 기둥(10) 양측의 보(20)의 단부에 매립되어 있는 것이다. 상기 보강 철근(200)의 단부는 기둥(10)의 외면으로부터 돌출되어 보(20)의 내부까지 삽입되고, 그에 따라 상기 단부판(201)은 보(20)의 내부에 위치하게 된다. 단부판(201)이 기둥(10)의 외면과 너무 가까운 위치에 존재하게 되면 보강 철근(200)의 휨강도 발현이 어려울 가능성이 있으므로, 상기 단부판(201)은 기둥(10)의 외면으로부터 보(20)의 유효 깊이(d)의 50%에 해당하는 거리만큼 떨어진 위치 또는 그보다 더 먼 거리만큼 떨어진 위치에서 보(20) 내부에 위치할 수 있다. As shown in FIG. 5, the beam-column joint of the reinforced concrete frame structure 100 according to the present invention, to which the reinforced concrete column 10 and the reinforced concrete beam 20 are joined, as shown in FIG. 6, at both ends. The reinforcing bar 200, in which the end plate 201 made of a plate member is integrally provided, is present in the interior of the column 10 and in the end of the beam 20 in the arrangement direction of the beam 20. That is, the reinforcing bar 200 provided with the end plate 201 is embedded in the ends of the beams 20 on both sides of the column 10 across the column 10. An end portion of the reinforcing bar 200 protrudes from the outer surface of the column 10 to be inserted into the inside of the beam 20, and thus the end plate 201 is positioned inside the beam 20. If the end plate 201 is located at a position too close to the outer surface of the column 10, it is difficult to express the bending strength of the reinforcing bar 200, so that the end plate 201 from the outer surface of the column 10 It may be located inside the beam 20 at a position separated by a distance corresponding to 50% of the effective depth (d) of 20) or a further distance.

이와 같이 단부판(201)이 구비된 보강 철근(200)이 기둥(10)을 가로질러 보-기둥 접합부에 내장되어 있으므로, 보-기둥 접합부의 휨강도가 증가하게 된다. 따라서 지진하중 등이 본 발명의 철근 콘크리트 골조 구조물에 작용하였을 때, 보-기둥 접합부에서는 보(20)에 배근된 주철근(21)의 항복이 일어나지 않게 되고, 단부판(201)의 외측이 구조적으로 소성힌지로 되어 도 7에 도시된 것처럼 단부판(201)의 외측 위치의 보(20)에서 우선적으로 균열(30)이 발생하여 연성 파괴되며, 보-기둥의 접합부에서는 파괴가 방지된다. Thus, since the reinforcing bar 200 provided with the end plate 201 is embedded in the beam-column junction across the column 10, the bending strength of the beam-column junction increases. Therefore, when an earthquake load or the like acts on the reinforced concrete frame structure of the present invention, the beam-column junction does not yield the main reinforcing bar 21 reinforced to the beam 20, and the outer side of the end plate 201 is structurally As a plastic hinge, a crack 30 occurs preferentially in the beam 20 at the outer position of the end plate 201 as shown in FIG. 7, and is softly broken, and fracture is prevented at the joint of the beam-pillar.

그에 따라 철근 콘크리트 구조물의 연성 능력이 향상되며 보-기둥 접합부에서의 급작스러운 취성파괴가 방지되어 철근 콘크리트 골조 구조물의 내진 성능이 향상되는 효과가 발휘된다.   Accordingly, the ductility of reinforced concrete structures is improved, and sudden brittle fracture is prevented at the beam-column joint, thereby improving the seismic performance of reinforced concrete frame structures.

도 5에서 설명되지 아니한 부재번호 11과 12는 각각 기둥(10)에 배근되는 수직철근(11)과 횡방향 철근(12)이다. 부재번호 22는 보(20)의 주철근(21)에 수직하게 배근되는 전단철근(22)이다. The member numbers 11 and 12, which are not described in FIG. 5, are vertical reinforcing bars 11 and transverse reinforcing bars 12 arranged in the column 10, respectively. The reference numeral 22 is a shear reinforcing bar 22 that is perpendicular to the main reinforcing bar 21 of the beam 20.

한편, 위와 같이 단부판(201)이 구비된 보강 철근(200)이 기둥(10)을 가로질러 보-기둥 접합부에 내장하여 단부판(201)의 외측에서 보(20)에 소성힌지가 발생하게 하는 본 발명은 도면에 예시된 것과 같이 현장 타설 콘크리트로 이루어진 보와 기둥의 접합부에만 적용되지 아니하며, 후술하는 또다른 실시예와 같이, 프리캐스트 콘크리트 보와 기둥의 접합부에도 적용할 수 있다. 따라서 본 명세서에서 철근 콘크리트 보는 프리캐스트 콘크리트로 제작된 보를 포함하는 의미로 이해되어야 한다. On the other hand, the reinforcing bar 200 provided with the end plate 201 as described above is embedded in the beam-column junction across the column 10 so that the plastic hinge is generated on the beam 20 from the outside of the end plate 201. The present invention does not apply only to the connection portion of the beam and the column made of cast-in-place concrete as illustrated in the drawings, as can be applied to the connection portion of the precast concrete beam and column as in another embodiment described later. Therefore, in the present specification, reinforced concrete beams should be understood to include beams made of precast concrete.

기둥과 프리캐스트 콘크리트로 제작된 보의 접합구조에 대한 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼, U자형 단면을 가지는 프리캐스트 콘크리트 부재(23)가 그 단부를 기둥(10)의 측면에 거치된 상태에서 그 내부에는, 단부판(201)이 구비된 보강 철근(200)이 배치된 후, 콘크리트가 타설되어 보(20)를 형성함과 동시에 보-기둥 접합부를 형성한다. 본 실시예에 대한 기타 내용은 앞서 살펴본 도 5 및 도 6의 실시예와 동일하므로 반복 설명을 생략한다. As shown in FIGS. 8 and 9 for the joining structure of the column and the beam made of precast concrete, the precast concrete member 23 having a U-shaped cross section is mounted on the side of the column 10 at its end. In the interior thereof, after the reinforcing bar 200 with the end plate 201 is disposed, concrete is poured to form the beam 20 and at the same time to form a beam-column junction. Other details of the present embodiment are the same as those of the above-described embodiment of FIGS. 5 and 6, and thus repeated descriptions thereof will be omitted.

프리캐스트 콘크리트로 제작된 보(20)와 기둥이 접합되는 경우에는 프리캐스트 콘크리트의 특성상, 보-기둥 접합부가 약화될 수밖에 없는데, 위와 같이 단부판(201)을 가진 보강 철근이 보-기둥 접합부의 내부에 배근되고 현장 타설 콘크리트로 보-기둥 접합부를 형성하여, 단부판(201)의 외측 위치에서 보(20)에 소성힌지가 형성되도록 함으로써 지진하중에 대한 프리캐스트 콘크리트 골조 구조물의 내진성능을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
When the beam 20 made of precast concrete and the column are joined, the beam-column joint is inevitably weakened due to the characteristics of the precast concrete. As described above, the reinforcing bar having the end plate 201 is formed of the beam-column joint. The seismic performance of the precast concrete frame structures against earthquake loads is greatly increased by forming beam-column joints with internally placed and cast-in-place concrete to form plastic hinges on the beams 20 at the outer side of the end plate 201. It can be improved.

100 : 철근 콘크리트 골조 구조물 10 : 기둥
20 : 보 21 : 주철근
200 : 보강 철근 201 : 단부판100: reinforced concrete frame structure 10: column
20: Bo 21: cast iron
200: rebar 201: end plate

Claims (2)

철근 콘크리트 기둥(10)과 철근 콘크리트 보(20)가 접합되는 보-기둥 접합부를 가지는 철근 콘크리트 골조 구조물(100)로서,
양단에 판 부재로 이루어진 단부판(201)이 일체로 구비되어 있는 보강 철근(200)이, 보(20)의 배치 방향으로 보-기둥 접합부의 내부를 가로질처 단부판(201)이 보(20)의 내부에 위치하도록 매립 배치되어,
지진하중 작용시 상기 단부판(201)의 외측 위치에서 보(20)에 소성힌지가 생성되는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 골조 구조물.
As a reinforced concrete frame structure (100) having a beam-column connection to which the reinforced concrete column (10) and the reinforced concrete beam (20) are joined,
The reinforcing bars 200 having the end plates 201 formed of plate members at both ends integrally intersect the inside of the beam-column junction in the arrangement direction of the beams 20, and the end plates 201 are beams 20. Buried to be located inside)
Reinforced concrete frame structure, characterized in that the plastic hinge is generated in the beam 20 at the outer position of the end plate 201 during the earthquake load action.
제1항에 있어서, 상기 보(20)는,
U자형 단면을 가지는 프리캐스트 콘크리트로 제작되어, 기둥(10)의 전면에 걸쳐진 상태에서, 단부판(201)이 구비된 보강 철근(200)이 보-기둥 접합부를 가로질러 U자형 단면 내부에 배근된 상태에서 현장 타설 콘크리트가 타설되어 형성된 것임을 특징으로 하는 철근 콘크리트 골조 구조물. The method of claim 1, wherein the beam 20,
Made of precast concrete with a U-shaped cross section, with reinforcement 200 provided with end plates 201 across the front face of column 10, the reinforcing bar 200 with the end plate 201 is placed inside the U-shaped cross section across the beam-column junction. Reinforced concrete frame structure, characterized in that formed in the cast-in-place concrete.
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