KR100789036B1 - 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체 - Google Patents

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Abstract

철골 패널 시스템에 사용되는 스터드, 트랙 및 금속 부재가 서로 접합되거나 부착된다. 금속 부재(1, 2)는 칼라(3, 4) 및 관통구를 사용하여 서로 접합된다. 칼라와 관통구를 통해 삽입된 공구 머리부(11) 및 공구 쇼울더(12)는 칼라를 동시에 구부리고 압착하도록 압력을 가한다. 또한, 본 방법은 트러스 부재 또는 트랙과 스터드에도 적용할 수 있어서, 부재들은 서로 용이하게 접합되거나 부착된다. 경사 단부는 칼라를 관통구와 정렬시키는 것을 용이하게 한다.

Description

성형 금속 부재의 상호 연결 조립체{AN INTERCONNECTED ASSEMBLY OF FORMED METAL MEMBERS}
본 발명은 건축업, 특히 철골 패널 시스템과 이러한 시스템에서 사용되는 스터드, 트랙 및 금속 부재를 서로 접합하는 방법에 관한 것이다.
스터드(stud), 트랙(track) 및 금속 부재는 건축업에서 폭넓게 사용되고 있으며, 특히 철골 패널 시스템(steel frame panel system)의 부품으로 사용되고 있다. 금속 부재들의 상호 접합은 일반적으로 나사, 너트 및 볼트를 이용하거나 클린치 압착(clinch pressing)에 의해 이루어진다. 본 발명의 목적은 금속 부재들을 서로 접합시키거나 부착시키는 방법을 개선시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 접합된 부재들에 대각 강도(diagonal rigidity)를 제공하는 단일 연결지점을 갖게 하는 것이다.
미리 형성된 구멍 및 칼라로 사전 조립되는 금속편이 바람직하며 이에 의하여, 제작이 이루어지는 골조 패널 조립장 또는 건축 현장에서의 수작업이 감소되거나 불필요하게 되어 비용이 절감된다.
금속 부재 상에 있는 사전에 펀칭된 구멍이 인접 금속 부재 상에 형성된 칼라를 둘러싸게 된다. 이들 양 부재를 통과하여 삽입되는 공구 머리부가 한 부재의 칼라 위에서 잡아당겨져서, 상기 칼라를 다른 부재와 공구 쇼울더(shoulder)에 대하여 벤딩시킨다. 공구의 힘에 의하여, 칼라가 벤딩되고 압착됨으로써 이들 부재가 강성적으로 서로 연결, 체결 또는 접합된다.
이들 부재는 C-형이나 U-형 또는 다른 구조의 형상을 가질 수 있으며 다양한 두께 또는 치수로 형성될 수 있고, 트랙과 스터드 그리고 일반적으로 금속판에 적용될 수 있다. 자동화 제작공정으로 골조와 트러스가 손쉽게 사전 조립될 수 있다. 단일 압착 연결지점으로 인해 접합된 부재들에 대각 강도가 부여된다.
도 1은 접합되기 전의 상태에 있는 두 개의 판형 금속편의 사시도이고,
도 2는 금속편을 접합하는데 사용되는 공구의 일부의 분해사시도이고,
도 3은 서로 접합된 상태에 있는 두 개의 판형 금속편의 사시도이고,
도 4는 본 발명에 사용되는 트랙 부재의 사시도이고,
도 5는 한 부재의 다리부 각각에 형성된 다수의 칼라의 사시도이고,
도 6은 관통구를 갖춘 경사 단부의 사용 상태도이고,
도 7은 두 개의 칼라와 관통구를 갖춘 다른 금속 부재의 사시도이고,
도 8은 서로에 대해 오프셋되어 있는 두 개의 금속 스트립의 사시도이고,
도 9는 본 발명에 사용되는 틈이 있는 칼라의 사시도이고, 그리고
도 10은 본 발명에 사용되는 V-형 절취부를 갖춘 칼라의 사시도이다.
도 1을 보면, 웨브와 플랜지(5, 6)를 갖춘 U-형상의 금속 트랙(1)이 당업계에 표준인 바와 같이 플랜지(7, 8)를 갖춘 C-형상의 금속 스터드(2)에 접합된다. 당업계에서는 트랙(1) 및 스터드(2)를 부재, 판, 스터드, 트랙 또는 성형 형강 등 여러 상이한 명칭으로 부르고 있다. 또한, 플랜지(6)에 상응하는 하나의 판과 플랜지(8)에 상응하는 다른 판 사이의 부착이 이루어질 수도 있다. 플랜지(7, 8)에 형성되어 있는 두 개의 관통구는 플랜지(5, 6)로부터 내측으로 매달려 있는 칼라(3, 4)의 주위를 둘러싼다. 적당한 공구의 머리부가 트랙(1)을 통과하여 스터드(2) 내부로 삽입되어, 칼라(3, 4)에 얹혀지고, 이 칼라(3, 4)를 스터드(2)에 대하여 구부리고 압착한다. 본 발명의 장점은 다른 방법으로 공구의 머리부를 연결지점의 뒤쪽으로부터 접근시키는 것보다 본 발명의 방법으로 공구를 삽입하는 것이 이러한 부재뿐 아니라 어떠한 구조의 부재 외부로부터도 용이하게 접근시킬 수 있다는 것이다. 이것은 금속 구조 시스템 내의 어떠한 연결지점에서도 두 개의 부재를 용이하게 접합시킬 수 있게 만든다. 이는 형강 건축 시스템의 골조 패널 또는 트러스를 형성하는 자동화 시스템에 있어서 중요하다.
부재, 즉 트랙(1)과 스터드(2)를 접합하기 위한 이러한 방법은 임의의 부재, 판, 스터드, 트랙, 또는 형강에도 적용할 수 있다. 또한, 플랜지를 갖지 않은 두 개의 금속 스트립간의 부착이 이루어질 수도 있다. C-형 부재는 사전 조립된 트러스에서 상현재(top chord), 하현재(bottom chord), 또는 웨브 부재일 수 있다. 상현재는 지붕 서까래(roof rafter)로 사용될 수 있으며 하현재는 반자틀(ceiling joist)로 사용될 수 있다. 스터드는 벽 스터드 또는 임의의 수직 스터드일 수 있다. 수직 스터드에서 수직 부분만을 연장하면, 이러한 수직 스터드를 잭 스터드(jack stud) 또는 크리플 스터드(cripple stud)라고 부른다.
도 2는 칼라를 구부리고 압착하는데 사용되는 공구의 일부에 대한 분해 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 밑으로부터, 공구 머리부는 칼라와 관통구를 통해 도면부호 10으로 도시된 바와 같이 압축된 형태로 삽입된다. 칼라와 관통구를 완전히 통과한 후에는 공구 머리부가 도면부호 11로 도시된 바와 같이 확장된다. 공구 머리부가 칼라에 얹혀지는 한편, 트랙(1)의 플랜지는 공구 쇼울더(12)와 접촉하게 된다. 공구 머리부가 칼라에 얹혀서 칼라를 구부리는 동시에 공구 쇼울더(12)에서는 압착 작용이 일어난다. 동일한 작용이 트랙(1)의 다른 플랜지에서도 일어난다. 따라서, 공구 머리부 및 공구 쇼울더는 부재를 서로 접합시키는 공구 수단을 구성한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공구를 스터드(2)의 우측이나 좌측에서 삽입하는 것은 매우 어려울 수 있다. 도시된 바와 같은 공구를 사용하면 정렬된 관통구와 칼라를 통과시킴으로써 부재 및 연결지점의 외부로부터의 접근을 보장할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 칼라가 구부러지거나 압착됨으로써 단일 연결지점(9)에서 트랙(1)의 플랜지를 스터드(2)의 플랜지에 접합시킬 수 있다. 칼라에 대한 공구의 작용에 의하여 칼라가 접합부를 형성하도록 구부러지고 압착되어 기계적 연결부에 대각 강도가 제공된다. 비록 도 1 및 도 3이 칼라가 매달린 트랙(1)과 관통구를 갖춘 스터드(2)를 도시하고 있지만, 어떤 종류의 판은 칼라 또는 관통구를 구비할 수 있다.
다른 종류의 판 또는 부재가 동일한 형상의 칼라와 관통구를 가질 수 있다. 도 4는 칼라(14, 15)가 내측에 매달려 있는 U-형 트랙을 도시하고 있는데, 이 트랙은 문턱 트랙(sill track) 및 헤드 트랙(head track)과 마찬가지로 부분적으로 절단된 웨브를 갖고 있다. 실제로, 본 발명은 헤드 트랙, 문턱 트랙, 수직 스터드, 및 문설주 스터드(jamb stud)가 있는 창문이나 출입구와 같이 금속편이 접합되어야 하는 곳이면 어디든지 적용할 수 있다.
도 5는 네 개의 칼라(20, 22, 24, 26)가 내측에 매달려 있는 트랙을 도시하고 있는데, 이들 칼라는 트랙의 각각의 플랜지상에 두 개씩 형성되어 있다. 물론, 임의의 개수의 칼라가 금속 부재의 임의의 위치에 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 금속 스터드는 두 개의 관통구(30, 40)를 갖고 있다. 이 스터드의 단부에는 각각 관통구(30, 40)로부터 플랜지의 단부까지 테이퍼 형성된 경사부(31, 41)가 형성되어 있다. 이들 경사부(31, 41)는 관통구와 칼라의 정렬을 용이하게 하는 기능을 한다.
도 7은 지붕 트러스에 일반적으로 사용되는 부재에 적용된 본 발명을 도시하고 있다. 본 도면에서는 웨브(62) 내에 관통구(60)와 칼라(61) 모두 형성된 것으로 도시하였다. 조립 트러스와 마찬가지로 칼라와 정렬되는 관통구만을 갖춘 다른 부재와 등을 맞대는 경우에는 웨브(62)가 칼라만을 가질 수 있으며, 또한 웨브(62)는 상현재, 하현재, 트러스-웨브 부재, 반자틀, 또는 지붕 서까래에 적용될 수도 있다. 이러한 종류의 부재를 조립하는 분야에서는 등을 서로 맞대는 웨브를 일반적으로 갖는다. 또한, 동일한 공구 수단이 이들 부재를 접합하는데 사용된다.
도 8은 두 개의 금속 부재에 적용된 본 발명을 도시하고 있다. 여기서 부재는 금속 스트립이다. 스트립(81)은 칼라(83, 84)를 갖고 있으며 스트립(82)은 관통구를 갖고 있어서, 칼라(84)는 구부러지기 전에 관통구를 통하여 연장된다. 이들 두 스트립은 오프셋(offset)되거나 서로에 대해 대각선으로 놓여진다. 이들 스트립의 서로에 대한 오프셋의 각도는 다양하게 변경될 수 있다.
도 1 내지 도 8에서 사용된 칼라는 끊어지지 않은 칼라(solid collar)이다. 그러나, 칼라를 다양하게 변형할 수 있다. 도 9는 본 발명에서 사용되는 틈(slit)이 있는 칼라(90)의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 일련의 수직 절취부(90')가 칼라의 주위에 빙둘러서 간격을 두고 위치해 있다. 틈의 개수는 관련 부재의 두께 및 칼라(90)의 높이에 의해 좌우되며, 이는 이들 변수가 칼라(90)를 구부리고 압착하는데 필요한 힘과 접합된 부재들의 최종 연결부의 강도를 결정하기 때문이다.
도 10은 본 발명에서 사용되는 V-형 절취부(100')를 갖춘 칼라(100)를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 일련의 V-형 절취부(100')가 칼라(100)의 주위에 빙둘러서 간격을 두고 위치해 있다. 도 9와 마찬가지로, 도 10의 V-형 절취부(100')의 개수는 관련 부재의 두께 및 칼라(100)의 높이에 의해 좌우되며, 이는 이들 변수가 칼라(100)를 구부리고 압착하는데 필요한 힘은 물론 접합된 부재들의 최종 연결부의 강도를 결정하기 때문이다.
본 발명은 사전 조립된 골조 및 트러스를 제작하는데 특히 유용하다. 골조 및 트러스의 크기는 어떠한 크기의 골조나 트러스도 제작하도록 크림핑 공구를 사용하는 자동화 제작 공정에 병합될 수 있다. 지금까지는 건축 현장에서 절단하고 톱질한 다음에, 금속 부재들을 서로 체결하도록 리벳, 나사, 볼트를 사용하거나 용접하여 골조와 트러스를 제작하였는데, 이는 노동집약적이다.
본 발명에 따른 칼라와 관통구를 자동화 공정에서 사용하게 되면 재료와 노동력을 절감하게 된다. 공구는 부재 구조물 내의 어떠한 연결 지점에서도 사용할 수 있으며, 공구의 머리부 및 쇼울더의 개수는 명백하게 설계 문제이다.

Claims (18)

  1. 골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체로서,
    하나 이상의 미리 가공된 제 1 구멍을 갖는 제 1 부재(2)와,
    하나 이상의 미리 가공된 제 1 칼라(3)를 갖는 제 2 부재(1)를 포함하며,
    상기 제 1 구멍이 상기 제 1 칼라(3)를 둘러싸고,
    상기 제 1 칼라(3)가 상기 제 1 부재(2) 상에서 전체적으로 벤딩되어 상기 제 1 및 제 2 부재(2, 1)가 서로 결합되며,
    상기 제 1 부재는 그 단부로부터 제 1 구멍까지 연장된 경사부를 가져, 상기 제 1 구멍내로의 상기 제 1 칼라의 삽입을 향상시키는 것을 특징으로 하는 골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부재 중 하나가 C-형상인,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부재 중 하나가 U-형상인,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 부재 중 하나는 C-형 스터드이며, 다른 하나는 U-형 트랙인,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 부재가 제 1 금속 스트립이고 상기 제 2 부재가 제 2 스트립이며, 상기 제 1 스트립이 상기 제 2 스트립에 대하여 오프셋되는,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 부재 모두가 C-형상인,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 부재가 미리 가공된 제 2 구멍을 가지며,
    상기 제 2 부재가 미리 가공된 제 2 칼라를 가지고,
    상기 제 2 구멍이 상기 제 2 칼라를 둘러싸며,
    상기 제 2 칼라가 상기 제 1 부재 상에서 벤딩되는,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 부재는 C-형 스터드이며, 상기 제 2 부재는 U-형 트랙인,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  9. 삭제
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 부재는 상기 부재의 대향 단부로부터 상기 제 1 및 제 2 구멍 각각으로 연장된 경사부를 가져, 상기 구멍내로의 상기 칼라의 삽입을 향상시키는,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 부재가 웨브 및 이 웨브의 대향 단부로부터 연장된 제 1 및 제 2 플랜지를 형성하며,
    상기 제 1 구멍은 상기 제 1 플랜지 상에 형성되고, 상기 제 2 구멍은 상기 제 2 플랜지 상에 형성되는,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 부재가 웨브 및 이 웨브의 대향 단부로부터 연장된 제 1 및 제 2 플랜지를 형성하며,
    상기 제 1 구멍은 상기 제 1 플랜지 상에 형성되고, 상기 제 2 구멍이 상기 제 2 플랜지 상에 형성되며,
    경사부가 각각의 상기 플랜지 단부들로부터 상기 구멍까지 연장되어 상기 구멍내로의 상기 칼라의 삽입을 향상시키는,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  13. 골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체로서,
    미리 가공된 제 1 구멍 및 미리 가공된 제 1 칼라를 갖는 제 1 부재와,
    미리 가공된 제 2 구멍을 갖는 제 2 부재를 포함하며,
    상기 제 2 구멍이 상기 제 1 칼라를 둘러싸고,
    상기 제 1 칼라가 상기 제 2 부재 상에서 전체적으로 벤딩되어 상기 제 1 및 제 2 부재가 서로 결합되며,
    상기 제 2 부재는 그 단부로부터 제 2 구멍까지 연장된 경사부를 가져, 상기 제 2 구멍내로의 상기 제 1 칼라의 삽입을 향상시키는 것을 특징으로 하는 골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2 부재가 제 2 칼라를 가지며,
    상기 제 1 구멍이 상기 제 2 칼라를 둘러싸고, 상기 제 2 칼라가 상기 제 1 부재 상에서 벤딩되는,
    골조 구조물내 성형 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  15. 금속 부재의 상호 연결 조립체로서,
    하나 이상의 미리 가공된 제 1 구멍을 갖는 제 1 부재와,
    하나 이상의 미리 가공된 제 1 칼라를 갖는 제 2 부재와,
    공구 수단을 포함하며,
    상기 제 1 구멍이 상기 제 1 칼라를 둘러싸고,
    상기 공구 수단이 상기 제 1 구멍 및 상기 제 1 칼라를 통해 삽입되어 상기 제 1 칼라를 상기 제 1 부재 상에서 전체적으로 벤딩시킴으로써, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재가 서로 결합되며,
    상기 제 1 부재는 그 단부로부터 제 1 구멍까지 연장된 경사부를 가져, 상기 제 1 구멍내로의 상기 제 1 칼라의 삽입을 향상시키는 것을 특징으로 하는 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 1 부재가 미리 가공된 제 2 구멍을 가지며,
    상기 제 2 부재가 미리 가공된 제 2 칼라를 가지고,
    상기 제 2 구멍이 상기 제 2 칼라를 둘러싸며,
    상기 공구 수단으로 상기 제 2 칼라를 상기 제 1 부재 상에서 벤딩시키는,
    금속 부재의 상호 연결 조립체.
  17. 금속 부재의 상호 연결 조립체로서,
    미리 가공된 제 1 구멍 및 미리 가공된 제 1 칼라를 갖는 제 1 부재와,
    미리 가공된 제 2 구멍을 갖는 제 2 부재와,
    공구 수단을 포함하며,
    상기 제 2 구멍이 상기 제 1 칼라를 둘러싸고,
    상기 공구 수단이 상기 제 2 구멍 및 상기 제 1 칼라를 통해 삽입되어 상기 제 1 칼라를 상기 제 2 부재 상에서 전체적으로 벤딩시킴으로써, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재가 서로 결합되며,
    상기 제 2 부재는 그 단부로부터 제 2 구멍까지 연장된 경사부를 가져, 상기 제 2 구멍내로의 상기 제 1 칼라의 삽입을 향상시키는 것을 특징으로 하는 금속 부재의 상호 연결 조립체.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 2 부재가 제 2 칼라를 갖고,
    상기 제 1 구멍이 상기 제 2 칼라를 둘러싸며,
    상기 공구 수단이 상기 제 1 구멍 및 상기 제 2 칼라를 통해 삽입되어, 상기 제 2 칼라를 상기 제 1 부재 상에서 벤딩시키는,
    금속 부재의 상호 연결 조립체.
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