KR101404513B1 - ㄱ형강 또는 t형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ㄱ형강 또는 T형강을 이용하여 정밀도 및 시공성을 향상시킨 철골철근콘크리트 기둥에 관한 것이다.
본 발명의 ㄱ형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥은 서로 이격되어 수직으로 배치되는 복수의 ㄱ형강; 상기 ㄱ형강들의 외측을 감싸면서 결합되는 횡방향 철근; 및 상기 ㄱ형강 및 횡방향 철근이 매립되는 콘크리트로 구성되는 기둥에서, 상기 ㄱ형강의 두 레그가 기둥 외측을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥은 서로 이격되어 수직으로 배치되는 복수의 T형강; 상기 T형강들의 외측을 감싸면서 결합되는 횡방향 철근; 및 상기 T형강 및 횡방향 철근이 매립되는 콘크리트(10)로 구성되는 기둥에서, 상기 T형강의 플랜지면이 기둥 외측을 향하고, 웨브가 기둥 내측을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 기둥 모서리에 ㄱ형강의 레그 또는 T형강의 플랜지를 외부를 향하게 배치하여 철근 선조립 시 직경이 큰 횡방향 철근을 사용하는 경우에도 바인코일과 같은 횡방향 철근이 둔각으로 꺾이므로 횡방향 철근 배근이 용이하고 2점에서 바인코일을 용접하여 고정하므로 횡방향 철근의 결합이 안정적이다. 또한 기둥의 철근 배근 자체로 모서리 부분이 모따기 처리되므로 모따기로 인한 피복두께의 감소가 없고, 모따기를 위한 거푸집 설치 시 모서리 철근이나 형강과의 간섭이 없다.

Description

ㄱ형강 또는 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥{Steel Reinforced Concrete with Steel Angles or T Bars}

본 발명은 ㄱ형강 또는 T형강을 이용하되 ㄱ형강의 레그 또는 T형강의 플랜지면을 기둥 외측으로 향하도록 하여 철근 선조립 기둥의 시공성 및 정밀도를 향상시킨 철골철근콘크리트 기둥에 관한 것이다.

종래 일반적인 철근콘크리트 기둥(RC 기둥)은 도 1의 (a) 내지 (b)에서와 같이 현장에서 수직 철근(11)과 횡방향 철근(21, 22, 23)을 배근한 후 거푸집을 설치하고 콘크리트(10)를 타설하여 제작된다. 이러한 RC 기둥은 타 구조부재에 비해 비용이 저렴하다는 장점이 있으나, 철근 배근시 많은 인력과 공기가 소요되고, 철근 배근의 정밀도가 떨어져 품질 저하의 우려가 있다.

종래 RC 기둥의 단점을 극복하고자 본 발명자는 철근 선조립 기둥(PRC 기둥 : Pre-fabricated Reinforced Concrete Column)을 개발하였다(특허 제1050956호). PRC 기둥은 현장 작업을 대폭 줄이고 콘크리트 타설 전, 선조립 철근만으로 자립이 가능하여 공사비와 공사기간을 대폭 단축하였다. 그러나 상기 PRC 기둥은 보가 접합되는 패널존 부분의 처리가 쉽지 않다. 또한, 상하 선조립 기둥 철근을 접합하기 위해 도 2와 같이 연결플레이트(110)가 필요한데, 연결플레이트(110)의 시공이 복잡하고 주근(11)의 직경이 상이한 경우 횡방향 철근(21)이 주근과 이격되는 단점이 있다.

이러한 PRC 기둥의 단점을 극복하고자 본 발명자는 도 3과 같이 기둥 모서리의 수직 철근을 ㄱ형강(12)으로 대체한 ㄱ형강을 이용한 선조립 철골철근콘크리트 구조(PSRC 기둥 : Pre-fabricated Steel Reinforced Concrete Column)를 개발하여 출원하였다(특허출원 제10-2012-78644호). 그러나 근래 철근 선조립 기둥에서 횡방향 철근으로 연속식 압연기 또는 중소형 연속압연기로 제조한 소형봉강을 장척인 채로 코일로 감은 바인코일(Bar in Coil)을 많이 사용하고 있는데, D13 이하의 바인코일은 90˚ 각접기가 가능하나 D13을 초과하는 바인코일을 사용하는 경우 각접기가 어려웠다. 따라서 도 4와 같이 기둥 모서리에서 횡방향 철근(21, 22)과 ㄱ형강 레그면 간에 이격이 발생하여 콘크리트 피복이 얇아지는 단점이 있다. 철근콘크리트 기둥의 경우 사용 중 모서리의 깨짐을 방지하기 위해 모따기를 하는데 PSRC 기둥과 같이 모서리에 ㄱ형강을 배치하는 경우 모따기를 하는 경우 콘크리트 피복 두께 확보에 문제가 발생할 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 철근 선조립으로 시간과 비용을 절약하면서도 정밀도가 높고 횡방향 철근의 배근이 용이한 ㄱ형강 또는 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥(PSRC II)을 제공하고자 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 단면이 원형 또는 다각형인 철골철근콘크리트 기둥에 관한 것으로, 서로 이격되어 수직으로 배치되는 복수의 ㄱ형강; 상기 ㄱ형강들의 외측을 감싸면서 결합되는 것으로 띠철근 또는 나선 철근인 횡방향 철근; 상기 인접하는 ㄱ형강 사이에 배근되는 하나 이상의 수직 철근; 및 상기 ㄱ형강 및 횡방향 철근이 매립되는 콘크리트; 로 구성되되, 상기 ㄱ형강의 두 레그가 기둥 외측을 향하도록 배치되고, 상기 횡방향 철근은 ㄱ형강의 두 레그 단부에서 절곡되는 것을 특징으로 하는 ㄱ형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥을 제공한다.

아울러 본 발명은 단면이 원형 또는 다각형인 철골철근콘크리트 기둥에 관한 것으로, 서로 이격되어 수직으로 배치되는 복수의 T형강; 상기 T형강들의 외측을 감싸면서 결합되는 것으로 띠철근 또는 나선 철근인 횡방향 철근; 상기 인접하는 T형강 사이에 배근되는 하나 이상의 수직 철근; 및 상기 T형강 및 횡방향 철근이 매립되는 콘크리트; 로 구성되되, 상기 T형강의 플랜지면이 기둥 외측을 향하고, 웨브가 기둥 내측을 향하도록 배치되며 상기 횡방향 철근은 T형강의 양 단부에 절곡되어 플랜지 외면에 접하는 것을 특징으로 하는 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥을 제공한다.

본 발명에서 상기 철골철근콘크리트 기둥은 단면이 사각형인 사각 기둥이고, 상기 ㄱ형강 또는 T형강이 사각 기둥의 네 모서리에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 각 ㄱ형강 또는 T형강은 복수의 ㄱ형강 또는 T형강을 수직방향으로 용접 또는 볼트 결합하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 기둥 모서리에 ㄱ형강의 레그 또는 T형강의 플랜지를 외부를 향하게 배치하여, 직경이 큰 횡방향 철근을 사용하는 경우에도 횡방향 철근이 형강과의 접합점에서 둔각으로 꺾이므로 횡방향 철근 배근이 용이하고, 2점에서 횡방향 철근을 용접하여 고정하므로 횡방향 철근의 결합이 안정적이다.

둘째, 사각 기둥 모서리에서 모따기 형상과 일치되도록 형강이 배치되므로 모따기로 인한 피복두께의 감소가 없고, 모따기를 위한 거푸집 설치시 모서리 철근이나 형강과의 간섭이 없다.

셋째, 원형 기둥에서 바인코일 등의 횡방향 철근으로 수직 철근을 감을 경우 ㄱ형강 또는 T형강이 2점에서 횡방향 철근을 지지하므로 횡방향 철근이 원형에 가까운 형상을 유지할 수 있고, 따라서 기둥 콘크리트의 횡방향 철근 내 구속면적(confinement area)이 증대된다.

넷째, ㄱ형강이나 T형강은 철근에 비해 단면2차반경이 크기 때문에 좌굴장이 길어지고 휨강성이 우수하다. 따라서 제작시 부재의 직진도 확보에 유리하고 철근에 비해 자립성이 우수하여 선조립된 자재의 현장 운반 및 조립시 안정성을 확보할 수 있다.

다섯째, 선조립 부재를 공장이나 현장에서 다수절로 접합하여 조립할 경우 ㄱ형강 또는 T형강을 맞댐용접하거나 볼트 접합할 수 있으므로, 콘크리트 타설 전까지 안정적이고 견고한 결합을 유지할 수 있다.

여섯째, 기존 ㄱ형강을 이용하는 SRC 조의 경우 ㄱ형강이 외부에 노출되기 때문에 별도의 내화 처리를 하여야 하나, 본 발명은 ㄱ형강이나 T형강이 콘크리트 내부에 매립되기 때문에 별도의 내화 처리가 불필요하다.

일곱째, 형강을 이용하므로 SRC조 설계법을 적용할 수 있어, RC조 설계법보다 작은 감소계수를 적용해 경제적인 설계가 가능하다.

여덟째, 바인코일 등의 횡방향 철근을 사용하여 선조립하므로, 철근 배근의 정밀도가 높고 철근의 로스율이 적은 장점이 있다.

아홉째, 모서리부에 형강을 배치하여 보강 부재의 배치를 단순화함으로써, 기존 RC 기둥에서 모서리 수직 철근의 집중으로 인한 철근 순간격 확보의 어려움, 횡방향 철근과의 용접 개소 증가 등의 문제점을 해결할 수 있다.

도 1의 (a) 내지 (b)는 종래 RC조 기둥의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래 PRC 기둥의 선조립 철근을 나타내는 사시도이다.
도 3은 종래 PSRC 기둥의 선조립 철근을 나타내는 사시도이다.
도 4는 종래 PSRC 기둥의 모서리 부분을 확대한 단면도이다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 ㄱ형강 또는 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 사각 기둥을 도시하는 사시도이다.
도 6의 (a) 내지 (b)는 본 발명의 ㄱ형강 또는 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 원형 기둥을 도시하는 사시도이다.
도 7의 (a) 내지 (b)는 본 발명의 ㄱ형강을 이용한 철골철근콘크리트 사각 기둥을 나타내는 단면도이다.
도 8의 (a) 내지 (b)는 본 발명의 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 사각 기둥을 나타내는 단면도이다.
도 9의 (a) 내지 (b)는 본 발명의 ㄱ형강 또는 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 원형 기둥을 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 ㄱ형강(12) 또는 T형강(13)을 이용한 철골철근콘크리트 기둥에 대한 다양한 실시예를 도시하는 도면이다.

도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 ㄱ형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥은 단면이 원형 또는 다각형인 철골철근콘크리트 기둥에 관한 것으로, 서로 이격되어 수직으로 배치되는 복수의 ㄱ형강(12); 상기 ㄱ형강(12)들의 외측을 감싸면서 결합되는 것으로 띠철근(21) 또는 나선 철근(22, 23)인 횡방향 철근(21, 22, 23); 상기 인접하는 ㄱ형강(12) 사이에 배근되는 하나 이상의 수직 철근(11); 및 상기 ㄱ형강(12) 및 횡방향 철근(21, 22, 23)이 매립되는 콘크리트(10)로 구성되되, 상기 ㄱ형강(12)의 두 레그가 기둥 외측을 향하도록 배치되고, 상기 횡방향 철근(21, 22, 23)은 ㄱ형강(12)의 두 레그 단부에서 절곡되는 것을 특징으로 한다.

상기 ㄱ형강(12)은 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 T형강(13)으로 대체할 수 도 있다. 이때, T형강(13)의 플랜지면이 기둥 외측을 향하고 웨브가 기둥 내측을 향하도록 배치되며, 상기 횡방향 철근(21, 22, 23)은 T형강(13)의 양 단부에 절곡되어 플랜지 외면에 접하는 것을 특징으로 한다.

상기 ㄱ형강(12)의 두 레그 또는 T형강(13)의 플랜지면이 기둥 외측을 향하도록, 배치되므로 사각 기둥 모서리에서 횡방향 철근(21, 22) 이 둔각으로 꺾여 횡방향 철근의 직경이 굵은 경우에도 배근이 용이하다. 또한, 사각 기둥에서 형강이 모서리에서 모따기 형상과 일치되도록 배치되므로, 모서리 모따기 시에도 콘크리트 피복두께 확보가 용이하다.

상기 횡방향 철근은 도 5의 (a)와 같이 띠철근(21)을 이용하거나, 도 5의 (b)와 같이 나선 철근(22)을 이용할 수 있다. 상기 횡방향 철근은 용접으로 형강(12, 13) 또는 수직 철근(11)과 결합시킬 수도 있고, 통상의 결속선으로 결합할 수도 있다.

또한, 띠철근(21)은 하나의 철근을 사각형으로 절곡하여 형성할 수도 있고, 다수로 분절하여 사용할 수도 있다.

도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이 종래 RC 기둥의 주철근 위치에 ㄱ형강(12) 또는 T형강(13)을 배치하고 인접하는 상기 형강들 사이에는 수직 철근(11)을 보조 철근으로서 배근할 수 있다. 도 7의 (b)나 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 인접하는 형강 사이에 ㄱ형강(12) 또는 T형강(13)을 추가적으로 배치하는 것도 가능하며, 도시되지는 않았지만 하나의 기둥에 ㄱ형강(12)과 T형강(13)을 혼용하는 것도 가능하다.

특히, 사각 기둥인 경우에는 ㄱ형강(12) 또는 T형강(13)을 기둥의 모서리에 배치하고 모서리의 형강(12, 13) 사이에는 수직 철근(11), ㄱ형강(12), T형강(13) 중 적어도 어느 하나 이상을 배치할 수 있다. 다층 1절 기둥의 경우 하부층에 하중이 크게 작용하는데, 하부층에 보조 철근을 집중 배근하고 상부층에는 상대적으로 보조 철근을 적게 배근하여 경제적인 설계를 도모할 수 있다. 도 7의 (a)는 모서리에 ㄱ형강(12)을 배치하고 상기 ㄱ형강(12) 사이에는 수직 철근(11)을 배근한 사각 기둥을 나타내고, 도 7의 (b)는 ㄱ형강(12)만을 배치한 사각 기둥을 나타낸다. 또한, 도 8의 (a)는 모서리에 T형강(13)을 배치하고 상기 T형강(13) 사이에는 수직 철근(11)을 배근한 사각 기둥을 나타내고, 도 8의 (b)는 T형강(13)만을 배치한 사각 기둥을 나타낸다.

본 발명의 철골철근콘크리트 기둥은 사각 기둥뿐 아니라, 도 6 또는 도 9와 같이 원형 단면일 수 있으며, 5각 이상의 다각형 단면일 수 있다(미도시). 이 경우 횡방향 철근을 띠철근으로 할 수도 있으나, 철근 선조립의 효율을 극대화하기 위해서는 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 나선 철근(23)으로 하는 것이 바람직하다. 공장에서 바인코일을 이용한 나선 철근(22, 23)으로 선조립할 경우에는 먼저 수직 철근(11)과 형강(12, 13)을 먼저 배치한 후 상기 철근과 형강이 배치된 기둥을 나선 철근 배근 기계를 통과시키면서 수직 철근과 형강 주위를 나선 철근으로 감고, 상기 나선 철근과 수직 철근 또는 형강이 접하는 부위의 일부 또는 전부를 용접하여 접합시킨다. 특히, 철근 선조립 원기둥의 경우 주근 주위에 기계로 바인코일 등의 철근을 감게 되는데, 본 발명의 경우 상기 ㄱ형강(12)이나 T형강(13)이 2점에서 바인코일을 안정적으로 지지하게 되므로 형강과 횡방향 철근 간 접합이 견고해진다. 또한, 횡방향 철근의 형상이 원형에 가깝게 유지되므로, 기둥 콘크리트의 횡방향 철근 내 구속면적(confinement area)이 증대되는 효과가 있다. 도 9의 (a)와 (b)는 각각 ㄱ형강(12) 또는 T형강(13)을 배치하고 상기 형강 사이에 수직 철근(11)을 배근한 원형 기둥을 나타낸다.

공장에서 형강과 철근을 선조립한 기둥을 현장에 반입하여 복수의 기둥을 수직방향으로 결합한 후 거푸집을 설치하여 콘크리트를 타설할 수 있는데, 이 때 상하의 선조립 기둥은 상하 형강(12, 13) 상호 간 수직방향으로 용접 또는 볼트로 결합할 수 있다. 용접 결합의 경우 상하 형강을 맞댐용접을 통해 상호 결합하고, 볼트 결합의 경우 연결플레이트와 볼트를 통해 간단하게 결합할 수 있다. 상하 수직 철근(11)은 이음강판을 덧대 용접하여 결합하거나 커플러를 이용하여 결합할 수 있다. 이러한 선조립 기둥 상하 간 연결은 공장에서 작업도 가능하나 현장에서 직접 작업하는 것도 가능하다. 이렇게 상하 형강을 견고하게 접합함으로써 기둥의 자립성을 높여 다층 1절 기둥과 같이 전체 기둥의 높이가 높은 경우에도 콘크리트 타설 전까지 기둥의 안정성을 유지할 수 있다.

10: 콘크리트 11: 수직 철근
12: ㄱ형강 13: T형강
21: 띠철근 22: 사각 나선 철근
23: 원형 나선 철근 110, 210: 연결플레이트

Claims (12)

1. 단면이 원형 또는 다각형인 철골철근콘크리트 기둥에 관한 것으로,
   서로 이격되어 수직으로 배치되는 복수의 ㄱ형강(12);
   상기 ㄱ형강(12)들의 외측을 감싸면서 결합되는 것으로 띠철근(21) 또는 나선 철근(22, 23)인 횡방향 철근(21, 22, 23);
   상기 인접하는 ㄱ형강(12) 사이에 배근되는 하나 이상의 수직 철근(11); 및
   상기 ㄱ형강(12) 및 횡방향 철근(21, 22, 23)이 매립되는 콘크리트(10)로 구성되되,
   상기 ㄱ형강(12)의 두 레그가 기둥 외측을 향하도록 배치되고,
   상기 횡방향 철근(21, 22, 23)은 ㄱ형강(12)의 두 레그 단부에서 절곡되는 것을 특징으로 하는 ㄱ형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥.
   
2. 제1항에서,
   상기 철골철근콘크리트 기둥은 단면이 사각형인 사각 기둥이고,
   상기 ㄱ형강(12)이 사각 기둥의 네 모서리에 배치되는 것을 특징으로 하는 ㄱ형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥.
   
3. 제1항에서,
   상기 각 ㄱ형강(12)은 복수의 ㄱ형강(12)을 수직방향으로 용접 또는 볼트 결합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 ㄱ형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥.
   
4. 단면이 원형 또는 다각형인 철골철근콘크리트 기둥에 관한 것으로,
   서로 이격되어 수직으로 배치되는 복수의 T형강(13);
   상기 T형강(13)들의 외측을 감싸면서 결합되는 것으로 띠철근(21) 또는 나선 철근(22,23)인 횡방향 철근(21, 22, 23);
   상기 인접하는 T형강(13) 사이에 배근되는 하나 이상의 수직 철근(11); 및
   상기 T형강(13) 및 횡방향 철근(21, 22, 23)이 매립되는 콘크리트(10)로 구성되되,
   상기 T형강(13)의 플랜지면이 기둥 외측을 향하고, 웨브가 기둥 내측을 향하도록 배치되며 상기 횡방향 철근(21, 22, 23)은 T형강(13)의 양 단부에 절곡되어 플랜지 외면에 접하는 것을 특징으로 하는 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥.
   
5. 제4항에서,
   상기 철골철근콘크리트 기둥은 단면이 사각형인 사각 기둥이고,
   상기 T형강(13)이 사각 기둥의 네 모서리에 배치되는 것을 특징으로 하는 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥.
   
6. 제4항에서,
   상기 각 T형강(13)은 복수의 T형강(13)을 수직방향으로 용접 또는 볼트 결합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 T형강을 이용한 철골철근콘크리트 기둥.
   
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