KR100764025B1 - 연결구가 구비된 수평 유닛 및 이를 이용한 모듈러 구조물 - Google Patents

연결구가 구비된 수평 유닛 및 이를 이용한 모듈러 구조물 Download PDF

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송태헌
허성윤
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    • E04B1/348Structures composed of units comprising at least considerable parts of two sides of a room, e.g. box-like or cell-like units closed or in skeleton form
    • E04B1/34815Elements not integrated in a skeleton
    • E04B1/3483Elements not integrated in a skeleton the supporting structure consisting of metal

Abstract

본 발명은 연결구가 구비된 수평 유닛 및 이를 이용한 모듈러 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모듈러 구조물에서 박스 형태의 단위모듈을 구성하는 수평 유닛으로서, 수평 유닛의 네 변에 설치되는 보; 및, 상기 보의 단부에 결합되어 인접하는 보를 연결하는 연결구; 로 이루어지되, 상기 연결구는 보의 플랜지와 결합되는 부분의 연결구 내측에서 연결구 내측을 따라 수평스티프너를 용접 결합한 것으로, 연결구의 높이는 보의 높이 이상인 것을 특징으로 하는 연결구가 구비된 수평 유닛 및,
박스 형태의 단위모듈을 적층하여 구성되는 모듈러 구조물에서, 상기 단위모듈은 단위모듈의 상부 및 하부 수평 부재를 이루는 상기 수평 유닛; 및, 상기 상부 및 하부 수평 부재 사이에 수직으로 설치되는 기둥; 으로 이루어지되, 상기 기둥의 양단은 각각 상기 상부 및 하부 수평 부재의 연결구에 결합되는 것을 특징으로 하는 연결구가 구비된 수평 유닛을 이용한 모듈러 구조물에 관한 것이다.
모듈러 구조물, 단위모듈, 보, 기둥, 스티프너

Description

연결구가 구비된 수평 유닛 및 이를 이용한 모듈러 구조물{Horizontal unit equipped with connecting device and modular structure using the same}
도1은 여러 개의 단위모듈이 결합하여 이루어진 모듈러 구조물의 사시도이다.
도2는 종래 단위모듈을 구성하는 보와 기둥이 볼트 접합에 의하여 결합되는 것을 나타내는 것으로, 도2의 (a)와 (b)는 각각 평면도와 A-A′에 따른 단면도이다.
도3은 종래 단위모듈을 구성하는 보와 기둥이 용접 접합에 의하여 결합되는 것을 나타내는 것으로, 도3의 (a)와 (b)는 각각 평면도와 A-A′에 따른 단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 연결구가 구비된 수평 유닛의 실시예이다.
도5는 본 발명에 따른 연결구가 구비된 수평 유닛을 이용한 모듈러 구조물의 실시예이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 기둥 20: 보
30: 엔드 플레이트 32: 연결 플레이트
34: ㄷ-형태 연결플레이트 36: 볼트
40: 연결구 42: 슬래브판
44: 수평스티프너 46: 가새보
50: 수평 유닛
본 발명은 모듈러 구조물에서 박스 형태의 단위모듈을 구성하는 수평 유닛으로서, 수평 유닛의 네 변에 설치되는 보; 및, 상기 보의 단부에 결합되어 인접하는 보를 연결하는 연결구; 로 이루어지되, 상기 연결구는 보의 플랜지와 결합되는 부분의 연결구 내측에서 연결구 내측을 따라 수평스티프너를 용접 결합한 것으로, 연결구의 높이는 보의 높이 이상인 것을 특징으로 하는 연결구가 구비된 수평 유닛 및,
박스 형태의 단위모듈을 적층하여 구성되는 모듈러 구조물에서, 상기 단위모듈은 단위모듈의 상부 및 하부 수평 부재를 이루는 상기 수평 유닛; 및, 상기 상부 및 하부 수평 부재 사이에 수직으로 설치되는 기둥; 으로 이루어지되, 상기 기둥의 양단은 각각 상기 상부 및 하부 수평 부재의 연결구에 결합되는 것을 특징으로 하는 연결구가 구비된 수평 유닛을 이용한 모듈러 구조물에 관한 것이다.
모듈러 구조물은 박스 형태의 단위모듈을 공장에서 미리 제작하고 도1에서와 같이 이들을 상하 좌우로 적층하여 만든 구조물을 말한다. 여기에서 단위모듈은 천정보와 바닥보 및 이들을 상호 연결하는 수직 기둥으로 구성되며, 바닥보 상부에는 바닥판이 설치된다. 이때 단위모듈의 수직 기둥과 천정보 및 바닥보의 결합은 공장에서 미리 볼트 접합이나 용접 접합에 의하여 이루어진다.
도2는 종래 단위모듈을 구성하는 보(20)와 기둥(10)이 볼트(36) 접합에 의하여 결합되는 것을 나타내는 것으로, 도2의 (a)와 (b)는 각각 보(20)와 기둥(10)의 접합부를 나타내는 평면도와 도2의 (a)에서 A-A'에 따른 단면도이다. 도2에서 볼 수 있는 바와 같이 기둥(10)에는 C형강이 사용되었고, 기둥(10)의 측면에 결합된 보(20)로는 C형강과 ㄷ형강이 사용되었다. 여기에서는 보(20)의 단부에 엔드 플레이트(30)를 용접하고, 보(20)와 결합되는 기둥(10) 외부에 연결 플레이트(32)를 용접한 다음, 엔드 플레이트(30)·연결 플레이트(32)·기둥(10)을 상호 관통하여 볼트(36)를 체결하는 방법에 의하여 보(20)와 기둥(10)을 결합하였다. 그러나 이 방법을 사용하여 모듈러 구조물을 제작하는 경우에는 보(20) 상부에 설치되는 바닥판에 작용하는 연직 하중이 보(20)→엔드 플레이트(30)→볼트(36)→연결 플레이트(32)→기둥(10)을 통하여 기초 및 지반으로 전달되게 된다. 따라서 바닥판에서 작용하는 연직 하중이 보(20)에서 기둥(10)으로 직접 전달되지 못하고 엔드 플레이트(30)와 연결 플레이트(32) 및 볼트(36)를 통하게 전달되게 되므로, 응력 전달 과정이 명확하지 않게 되는 문제점이 있다. 아울러 플레이트 및 볼트량이 부가적으로 소요되고, 용접량이 많이 발생하게 된다.
다음으로 도3은 종래 단위모듈을 구성하는 보(20)와 기둥(10)이 용접 접합에 의하여 결합되는 것을 나타내는 것으로, 도3의 (a)와 (b)는 각각 보(20)와 기둥(10)의 접합부를 나타내는 평면도와 도3의 (a)에서 A-A'에 따른 단면도이다. 여기에서 기둥(10)과 보(20) 부재로는 각각 C형강과 ㄷ형강을 사용하였다. 도3에서는 단위모듈의 보(20)와 기둥(10)의 접합부를 구성하기 위하여 기둥(10) 외측에 ㄷ-형태 연결플레이트(34)를 용접한 다음, 보(20)를 ㄷ-형태 연결플레이트(34)에 용접 결합한다. 이 방법에서는 보(20) 상부에 설치되는 바닥판에서 작용하는 하중이 보(20)→ㄷ-형태 연결플레이트(34)→기둥(10)을 통하여 기초 및 지반으로 전달된다는 점에서, 도2의 방법에서와 마찬가지로 연직 하중이 보(20)에서 기둥(10)으로 직접 전달하지 못하고 연결플레이트를 통하여 우회하여 전달된다는 문제점이 있다. 아울러 연결플레이트 물량 및 용접량이 상승하고, 내부 마감면에서 까다로울 수 있다.
한편, 종래 모듈러 구조물의 경우에는 상기 도2 내지 도3의 방법을 이용하여 기둥과 천정보 및 바닥보를 미리 결합시킨 박스 형태의 단위모듈을 제작한 후에, 단위모듈을 공사현장으로 운반하여 이들을 적층 시공하는 방법을 택하였다. 그러나 박스 형태의 단위모듈을 운반하는 과정에서 단위모듈의 높이에 해당하는 1개 층의 층고가 확보될 필요가 있었고, 아울러 2개 층 이상의 단위모듈을 적층하여 운반할 경우에는 2개 층 이상의 층고가 요구되는 경우도 있다. 그러므로 단위모듈이 차지 하는 중량 및 부피로 인하여, 완성된 단위모듈을 운반 및 적층하는데 있어서는 어려움이 있어 공간 활용 면에서 불리하였다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 연결구가 구비된 수평 유닛을 기둥과 결합하여 이루어진 단위모듈을 이용함으로써, 바닥판에서 작용하는 하중이 연결구를 통하여 강접합된 보에서 기둥으로 직접 전달되게 함으로서, 응력 전달이 명확하게 이루어지도록 하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 연결구·보 또는 연결구·보·슬래브판으로 이루어진 수평 유닛을 공장에서 대량 생산하고, 현장에서는 수평 유닛의 연결구 상부에 기둥을 용접 접합하는 방법만으로 단위모듈 제작이 가능하여, 보와 기둥의 접합과 관련된 플레이트 및 용접 물량을 감소시켜 공기 단축 및 경제적인 시공을 도모하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.
셋째, 수평 유닛만을 별도로 제작하여 이들을 적층·운반하는 것이 가능하여 공간 활용 면에서 우수한 연결구가 구비된 수평 유닛 및 이를 이용한 모듈러 구조물을 제공하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
넷째, 단위모듈이 형성하는 내부 공간에 돌출된 부재가 없어 내부 마감면에서 유리한 연결구가 구비된 수평 유닛 및 이를 이용한 모듈러 구조물을 제공하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 모듈러 구조물에서 박스 형태의 단위모듈을 구성하는 수평 유닛으로서, 수평 유닛의 네 변에 설치되는 보; 및, 상기 보의 단부에 결합되어 인접하는 보를 연결하는 연결구; 로 이루어지되, 상기 연결구는 보의 플랜지와 결합되는 부분의 연결구 내측에서 연결구 내측을 따라 수평스티프너를 용접 결합한 것으로, 연결구의 높이는 보의 높이 이상인 것을 특징으로 하는 연결구가 구비된 수평 유닛 및,
박스 형태의 단위모듈을 적층하여 구성되는 모듈러 구조물에서, 상기 단위모듈은 단위모듈의 상부 및 하부 수평 부재를 이루는 상기 제1항 또는 제2항의 수평 유닛; 및, 상기 상부 및 하부 수평 부재 사이에 수직으로 설치되는 기둥; 으로 이루어지되, 상기 기둥의 양단은 각각 상기 상부 및 하부 수평 부재의 연결구에 결합되는 것을 특징으로 하는 연결구가 구비된 수평 유닛을 이용한 모듈러 구조물을 제공한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도4는 본 발명에 따른 연결구를 이용한 수평 유닛(50)의 실시예로, 도4의 (a) 및 (b)의 수평 유닛(50)은 각각 연결구·보(20) 및 연결구·보(20)·슬래브판(42)으로 이루어져 있다.
도4의 (a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 연결구(40)를 이용한 수평 유닛(50)은 수평 유닛(50)의 네 변에 설치되는 보(20); 및, 상기 보(20)의 단부에 결합되어 인접하는 보(20)를 연결하는 연결구(40); 로 이루어진다. 즉, 본 발명의 수평 유닛(50)은 사각형의 네 변에 설치되는 보(20)와 사각형의 네 모서리에 설치되어 이웃하는 보(20)의 단부를 연결하는 연결구(40)로 구성되는 것으로, 상기 수평 유닛(50)은 모듈러 구조물을 구성하는 단위모듈의 바닥 부재 또는 천정 부재를 구성하는 요소이다. 연결구(40)에는 보(20)의 플랜지와 결합되는 부분의 연결구(40) 내측에서 연결구(40) 내측을 따라 수평스티프너(44)를 용접 결합한 것으로, 연결구(40)의 높이는 보(20)의 높이 이상인 것을 특징으로 한다. 이때 연결구(40)는 연결구(40) 내측에 위치하는 수평스티프너(44)를 통하여 보(20)에 직접 결합되어 보(20)에서 기둥(10)으로 하중을 직접 전달하는 역할을 수행하는데, 연결구(40)와 보(20)의 높이가 동일한 경우에는 수평 유닛(50) 상부로 돌출된 부분이 없어 취급이 용이할 것으로 기대된다. 아울러 상기 연결구(40)는 각형 강관, ㄷ형강, C형강, H형강 중 하나로 구성될 수 있으며, H형강을 사용하여 연결구(40)를 제작하는 경우에는 H형강의 복부와 플랜지가 이루는 공간에 수평 스티프너를 용접하도록 한다. 또한 연결구(40)는 중량이 작은 편이므로, 연결구(40)만을 공장에서 미리 대량 생산하여 운반할 수 있다.
한편, 본 발명의 연결구(40)를 이용한 수평 유닛(50)은 인접하는 보(20)에 양단이 각각 결합되는 가새보(46); 를 포함하여 구성될 수 있다. 가새보(46)는 상기 수평 유닛(50)의 변형을 막기 위하여 빗대어 결합한 부재로서, 가새의 방향은 골조 전체로 보아 대칭이 되도록 구성함이 바람직하다. 아울러 본 발명의 수평 유닛(50)을 구성하는 대면하는 보(20)와 보(20) 사이에는, 보(20) 상부에 위치하는 바닥 판재를 지지하기 위하여, 대면하는 보(20) 사이를 가로지르는 복수 개의 장선을 설치할 수 있다.
다음으로 본 발명은 도4의 (b)에서와 같이, 모듈러 구조물에서 박스 형태의 단위모듈을 구성하는 수평 유닛(50)으로서, 수평 유닛(50)의 네 변에 설치되는 보(20); 상기 보(20)의 단부에 결합되어 인접하는 보(20)를 연결하는 연결구(40); 및, 상기 보(20) 상부에서 대면하는 보(20)를 가로질러 설치되는 슬래브판(42); 으로 이루어진다.
연결구(40)는 도4의 (a)에서와 같이, 보(20)의 플랜지와 결합되는 부분의 연결구(40) 내측에서 연결구(40) 내측을 따라 수평스티프너(44)가 용접 결합되며, 연결구(40)의 높이는 보(20)의 높이 이상으로 제작한다. 여기에서 연결구(40)의 높이가 보(20)와 슬래브판(42)의 높이의 합 이상인 경우에는, 슬래브판(42) 상부면과 결합되는 부분의 연결구(40) 내측에서 연결구(40) 내측을 따라 수평스티프너(44)가 용접 결합될 수 있다. 도4의 (b)가 나타내는 수평 유닛(50)에서도 장선이나 가새보(46)가 설치될 수 있으며, 연결구(40)로는 각형 강관, ㄷ형강, C형강, H형강 등을 사용할 수 있다. 아울러 보(20) 상부에 설치되는 슬래브판(42)을 시공하는 방법으로는 철골보 상부에 데크 플레이트를 깔고 그 위에 콘크리트를 타설하는 방법, 공장 제작한 PC판을 철골보 상부에 설치하는 방법 및 얇은 PC판을 설치하고 그 상 부에 철근을 배근한 후 현장에서 토핑 콘크리트를 타설하는 하프 PC 방법이 있다. 상기와 같이 보(20)와 연결구(40) 및 슬래브판(42)으로 이루어진 수평 유닛(50)을 미리 제작하는 경우에는, 현장에서 바닥 슬래브를 타설하기 위한 별도의 공정이 필요 없으므로, 건식 공법에 의하여 단위모듈의 현장 제작이 가능하게 된다. 또한 이렇게 제작된 수평 유닛(50)은 단위 공간에 복수 개의 수평 유닛(50)을 적층하여 양생 및 보관할 수 있을 뿐만 아니라, 운반에 있어서도 효율적이므로 공간 활용면에서 유리하다.
다음으로 도5는 본 발명에 따른 연결구(40)가 구비된 수평 유닛(50)을 이용한 모듈러 구조물의 실시예이다. 여기에서 도5의 (a)는 본 발명의 모듈러 구조물의 실시예를 나타내는 사시도이며, 도5의 (b)와 (c)는 각각 도5의 (a)에서 A 부분의 평면도 및 B 부분의 단면도를 나타낸다.
도5의 (a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 모듈러 구조물은 박스 형태의 단위모듈을 적층하여 구성된다. 여기에서 단위모듈은 상부 및 하부 수평 부재를 이루는 수평 유닛(50); 및, 상기 상부 및 하부 수평 부재 사이에 수직으로 설치되는 기둥(10); 으로 이루어지는 것으로, 상기 기둥(10)의 양단은 각각 상기 상부 및 하부 수평 부재의 연결구(40)에 결합된다. 즉 본 발명에서는 보(20)와 연결구(40) 혹은 보(20)와 연결구(40) 및 슬래브판(42)으로 이루어진 수평 유닛(50)을 공장에서 일괄 제작한 후, 이들 수평 유닛(50)과 기둥(10)을 상호 적층하여 현장으로 운반한 후에, 이들을 단순 조립함으로써 단위모듈 및 단위모듈을 이용한 모듈러 구조물을 제작한다. 여기에서 연결구(40)는 수평 부재인 이웃하는 보(20)를 상호 결합할 뿐 아니라, 수직 부재인 기둥(10)을 결합시키는 역할을 한다. 앞서 설명하였듯이 연결구(40) 내측에는 수평스티프너(44)가 용접 결합되어 있으므로, 연결구(40)를 통하여 보(20)와 기둥(10)의 강접합이 구현되게 된다. 아울러 수평 유닛(50)의 슬래브판(42)에 연직 하중이 작용하는 경우에는, 연결구(40)를 통하여 보(20)에서 기둥(10)으로 하중을 직접 전달시킨다.
도5의 (b)는 수평 방향으로 이웃하는 단위모듈의 상호 접합 부분을 나타내는 것으로, 도5의 (a)에서 연결구(40)의 상부면을 따른 A 부분의 평면도를 확대하여 도시한다. 단위모듈을 수평 방향으로 결합하기 위하여, 연결 플레이트(32)를 이웃하는 단위모듈의 기둥(10) 상부에 위치한 연결구(40) 상부에 삽입한 다음, 상기 연결 플레이트(32)와 연결구(40) 내측의 수평스티프너(44)를 볼트(36) 결합함으로써 수평 방향으로 이웃하는 단위모듈의 결합이 이루어진다.
다음으로 도5의 (c)는 수직 방향으로 이웃하는 단위모듈의 상호 접합 부분을 나타내는 것으로, 도5의 (a)에서 연결구(40)의 중앙 부분을 따른 B 부분의 단면도를 확대하여 도시한다. 도5의 (c)에서 볼 수 있듯이, 단위모듈의 수직 방향으로의 상호 결합은 상부층과 하부층의 단위모듈 사이에 연결 플레이트(32)를 설치한 후에, 단위모듈의 연결구(40) 내측에 설치된 수평스티프너(44)와 연결 플레이트(32)를 상호 관통하여 볼트(36)를 체결함으로서 이루어진다. 따라서 연결구(40)를 제작할 때 이를 고려하여, 연결구(40) 내측에 용접되는 수평스티프너(44)에는 볼트(36) 삽입을 위한 별도의 볼트(36) 삽입공을 제작하여 둘 수 있다. 상기와 같이 연결 구(40)는 이웃하는 보(20)의 상호 결합뿐 아니라 보(20)와 기둥(10)의 결합, 나아가 단위모듈 상호 간을 결합을 매개하는 요소로 작용한다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.
첫째, 연결구가 구비된 수평 유닛을 기둥과 결합하여 이루어진 단위모듈을 사용하여 모듈러 구조물을 시공하는 경우에는, 바닥판에서 작용하는 하중이 연결구를 통하여 강접합된 보에서 기둥으로 직접 전달되어 응력 전달이 명확해지므로, 모듈러 구조물의 안정성을 확보할 수 있다.
둘째, 수평 유닛을 공장에서 대량 생산하고, 현장에서는 수평 유닛의 연결구 상부에 기둥을 용접 접합하기 때문에 제작 및 해체가 용이하고, 보와 기둥의 접합을 위한 별도의 플레이트 및 용접량이 감소되므로, 공기 단축 및 경제적인 시공을 도모할 수 있다.
셋째, 수평 유닛만을 별도로 제작하여 이들을 적층·운반하는 것이 가능하여 공간 활용 면에서 우수한 효과를 얻을 수 있다.
넷째, 단위모듈이 형성하는 내부 공간에 연결 플레이트 등 돌출된 부재가 없어 내부 마감면에서 유리할 것으로 기대된다.

Claims (6)

  1. 모듈러 구조물에서 박스 형태의 단위모듈을 구성하는 수평 유닛(50)으로서,
    수평 유닛(50)의 네 변에 설치되는 보(20); 및,
    상기 보(20)의 단부에 결합되어 인접하는 보(20)를 연결하는 연결구(40); 로
    이루어지되,
    상기 연결구(40)는 보(20)의 플랜지와 결합되는 부분의 연결구(40) 내측에서 연결구(40) 내측을 따라 수평스티프너(44)를 용접 결합한 것으로, 연결구(40)의 높이는 보(20)의 높이 이상인 것을 특징으로 하는 연결구(40)가 구비된 수평 유닛(50).
  2. 모듈러 구조물에서 박스 형태의 단위모듈을 구성하는 수평 유닛(50)으로서,
    수평 유닛(50)의 네 변에 설치되는 보(20);
    상기 보(20)의 단부에 결합되어 인접하는 보(20)를 연결하는 연결구(40); 및,
    상기 보(20) 상부에서 대면하는 보(20)를 가로질러 설치되는 슬래브판(42); 으로
    이루어지되,
    상기 연결구(40)는 보(20)의 플랜지와 결합되는 부분의 연결구(40) 내측에서 연결구(40) 내측을 따라 수평스티프너(44)를 용접 결합한 것으로, 연결구(40)의 높이는 보(20)의 높이 이상인 것을 특징으로 하는 연결구(40)가 구비된 수평 유닛(50).
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    인접하는 보(20)에 양단이 각각 결합되는 가새보(46); 를
    포함하는 것을 특징으로 하는 연결구(40)가 구비된 수평 유닛(50).
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 연결구(40)는 각형강관, ㄷ형강, C형강, H형강 중 하나인 것을 특징으로 하는 연결구(40)가 구비된 수평 유닛(50).
  5. 제2항에서,
    상기 연결구(40)의 높이가 보(20)와 슬래브판(42)의 높이의 합 이상인 경우, 상기 연결구(40)는 슬래브판(42) 상부면과 결합되는 부분의 연결구(40) 내측에서 연결구(40) 내측을 따라 수평스티프너(44)를 용접 결합하는 것을 특징으로 하는 연결구(40)가 구비된 수평 유닛(50).
  6. 박스 형태의 단위모듈을 적층하여 구성되는 모듈러 구조물에서,
    상기 단위모듈은
    단위모듈의 상부 및 하부 수평 부재를 이루는 상기 제1항 또는 제2항의 수평 유닛(50); 및,
    상기 상부 및 하부 수평 부재 사이에 수직으로 설치되는 기둥; 으로
    이루어지되,
    상기 기둥의 양단은 각각 상기 상부 및 하부 수평 부재의 연결구(40)에 결합되는 것을 특징으로 하는 연결구(40)가 구비된 수평 유닛(50)을 이용한 모듈러 구조물.
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