KR100953195B1 - 조립용 볼트 및 이를 구비한 스페이스프레임 - Google Patents

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    • E04B1/58—Connections for building structures in general of bar-shaped building elements

Abstract

본 발명은 조립용 볼트 및 이를 구비한 스페이스프레임에 관한 것이다. 본 발명은 스페이스 프레임의 조립을 위한 조립용 볼트(50)에 있어서, 상기 볼트(50)의 골격을 형성하는 몸체부(51)의 횡단면의 직경에 비해, 상기 몸체부(51)의 일단으로 부터 연장되고 핀공(55')이 관통되어 형성되는 핀연결부(55)와, 상기 핀연결부(55)의 일단으로부터 연장되어 형성되고 외주면에는 나사산이 형성되는 나사산부(52)의 횡단면의 직경이 각각 크게 형성된다. 이와 같은 본 발명에서는 외력에 의해 전달되는 인장력이 상대적으로 횡단면의 직경이 작고 길이방향을 따라 직경이 일정한 몸체부(51)에 집중된다. 이에 따라 몸체부(51)가 어느 정도 연성변형될 수 있어, 외력에 의해 핀연결부(55)나 나사산부(52)가 파단되는 것이 방지되므로 스페이스 프레임의 내구성이 향상되는 이점이 있다.
스페이스 프레임, 조립용 볼트, 파단

Description

조립용 볼트 및 이를 구비한 스페이스프레임{A bolt for assembly and space frame having this}
본 발명은 조립용 볼트 및 이를 구비한 스페이스프레임에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물 시공용으로 사용되는 스페이스프레임조립체와 이를 구성하는 조립용 볼트에 관한 것이다.
최근에는 실내 체육시설이나 실내 집회장과 같이 내부 공간이 넓은 건축물에서는 건물의 목적과 기능상 기둥의 수나 위치에 많은 제약을 받기 때문에 스페이스프레임(space frame; 입체구조)이 많이 활용되고 있다.
스페이스프레임은 구조물의 주변부에 기둥이나 벽을 조립하고 이것을 바탕으로 하여 경간(徑間)이 넓은 지붕을 받치기 위한 구조이다. 즉 넓은 경간에 다른 부재들이 더 설치되면 그 부재에 큰 휨모멘트가 작용하여 단면 설계를 하기 어렵기 때문에 곡면구조가 용이한 스페이스 프레임이 활용되는 것이다.
도 1에는 일반적인 스페이스프레임이 사용된 구조물이 도시되어 있고, 도 2에는 종래 기술에 의한 스페이스프레임의 구조가 일부 단면도로 도시되어 있다.
이에 따르면, 스페이스 프레임은 크게 연결바(1)와 상기 연결바(1)가 결합 되는 조인트볼(10)로 구성된다. 즉, 도 1에서 보듯이 다수개의 연결바(1)가 하나의 조인트볼(10)에 연결되고, 이러한 구조가 반복되어 입체구조가 완성되는 것이다.
보다 구체적으로 살펴보면, 도 2에서 보듯이, 연결바(1)의 몸체(2)는 속이 빈 파이프 형상으로 되고, 상기 연결바(1)의 양단에는 콘(3)이 구비되고, 상기 콘(3)을 관통하여 볼트(5)가 설치된다. 이때 상기 볼트(5)는 그 헤드부(5c)가 연결바(1)의 몸체(2) 내부를 향하도록 되고, 그 몸체부(5a)는 콘(3)을 통하여 외부로 노출되도록 설치된다.
도 3을 참조하여 상기 볼트(5)의 구조를 살펴보면, 상기 볼트(5)의 골격은 원통형상의 몸체부(5a)가 형성하고, 상기 몸체부(5a)의 선단 일부에는 나사산부(5b)가 형성된다. 그리고 상기 나사산부(5b)의 타측에 해당하는 부분에는 헤드부(5c)가 형성된다. 도면부호 5d는 아래에서 설명될 핀(7)이 관통하는 핀공(5d)이다.
상기 볼트(5)의 외주면 일부는 슬리브(8)에 의해 감싸지고, 상기 슬리브(8)와 볼트(5) 사이는 핀(7)에 의해 결합된다. 즉, 상기 핀(7)은 상기 슬리브(8)의 핀삽입공(9)을 통하여 상기 볼트(5)의 핀공(5d)에 삽입됨으로써, 슬리브(8)와 볼트(5) 사이가 체결되는 것이다.
그리고, 상기 슬리브(8)의 외측으로 돌출된 볼트(5)의 나사산부(5b)분은 조인트볼(10)에 나사체결된다. 이때, 도시된 바와 같이 상기 조인트볼(10)은 외면을 둘러 다수개의 체결홈(12)이 형성되는 대략 구 형상으로 된다. 이에 따라 상기 하나의 조인트볼(10)에는 다수개의 볼트(5)가 체결될 수 있다.
이와 같이, 상기 연결바(1)를 상기 볼트(5)에 의해 상기 조인트볼(10)에 연결시키는 과정을 반복하면, 스페이스프레임이 완성된다. 이러한 스페이스프레임은 구조물을 구성하는 기타 부재의 하중과 모멘트를 견딜 수 있도록 견고하게 구성되어야 하므로, 모든 부품이 일반적으로 금속재질로 만들어진다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.
상기 스페이스프레임에는 구조물의 자체의 하중뿐만 아니라, 바람이나 눈, 비와 같은 자연현상에 의해서도 큰 하중과 모멘트가 작용하게 된다. 이러한 외력을 견딜 수 있도록 스페이스프레임은 견고하게 설계되어야 하지만, 경우에 따라서는 스페이스프레임의 일부, 특히 응력이 집중되는 볼트(5)가 파손되기도 한다.
도 3에는 스페이스프레임에 작용하는 외력에 의해 파손된 볼트(5)의 모습이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 상기 볼트(5)는 외력, 보다 정확하게는 외부로부터 전달되는 인력에 의해 그 일부가 파단된다. 즉, 상기 볼트(5)는 그 내력으로 인력에 어느 정도 저항을 하다가, 최대내력보다 인력이 커지는 순간 급격하게 파단되는 것이다.
특히, 상기 볼트(5)는 상기 핀공(5d) 주변이 쉽게 파단된다. 이는 상기 핀공(5d)에 의해 상기 볼트(5) 몸체부(5a)의 횡단면적이 작아지므로, 상기 볼트(5)의 다른 부분에 비해 더 쉽게 파단되는 것이다. 또한, 상기 볼트(5)의 나사산부(5b) 역시 쉽게 파단 될 수 있다. 이는 상기 나사산부(5b)는 외주면에 형성된 나사산으로 인해 그 길이방향을 따라 횡단면적이 균일하지 않기 때문에 상대적으로 횡단면적이 작아지는 부분에 응력이 집중될 수 있기 때문이다.
이와 같이 상기 볼트(5)가 파단되면 상기 스페이스프레임의 구조 일부가 손상되고, 심할 경우 스페이스프레임 구조 자체가 무너질 우려도 있다.
이를 해결하기 위해, 상기 볼트(5)를 어느 정도 연성을 갖는 금속재질로 만들 수도 있으나, 이렇게 되면 상기 볼트(5)의 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 조립용 볼트의 횡단면의 직경을 그 길이방향을 따라 달리하여 외력이 조립용 볼트의 몸체에 집중되도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 스페이스 프레임의 조립을 위한 조립용 볼트에 있어서, 상기 볼트의 골격을 형성하는 원통형상의 몸체부와, 상기 몸체부의 일단에 그 횡단면의 직경이 상기 몸체부의 횡단면의 직경보다 크도록 형성되고 상기 볼트의 길이방향에 대해 직교한 방향으로 핀공이 관통되어 형성되는 핀연결부와, 상기 핀연결부의 일단으로부터 연장되어 형성되고 상기 몸체부의 횡단면의 직경보다 큰 횡단면의 직경을 갖도록 형성되며 외주면에는 나사산이 형성되는 나사산부와, 상기 나사산부의 반대편에 해당하는 상기 몸체부의 타단에 형성되는 헤드부를 포함하여 구성된다.
상기 몸체부는 그 길이방향을 따라 균일한 횡단면을 갖도록 형성된다.
상기 헤드부와 상기 몸체부 사이 또는 상기 몸체부와 상기 핀연결부 사이를 연결하는 모서리 부분 중 적어도 어느 일부에는 라운드부가 형성된다.
상기 나사산부의 횡단면의 직경과 상기 핀연결부의 횡단면의 직경 그리고 상기 몸체부의 횡단면의 직경을 각각 L1,L2,L3라 하면, L1:L2:L3 = (1):(1~1.1):(0.75~0.9) 이다.
상기 나사산부의 횡단면의 직경과 상기 핀연결부의 횡단면의 직경 그리고 상기 몸체부의 횡단면의 직경을 각각 L1,L2,L3라 하면, L1:L2:L3 = 1:1:0.85 또는 1:1.05:0.85 또는 1:1.1:0.9 중 어느 하나이다.
상기 나사산부의 횡단면의 직경과 상기 핀연결부의 횡단면의 직경 그리고 상기 몸체부의 횡단면의 직경은 각각 20mm, 21mm, 17mm로 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 중공형의 연결바와, 상기 연결바의 양단에 결합되고 관통공이 형성되는 콘과, 일부는 상기 연결바의 안착공에 위치되고 나머지 일부는 상기 콘의 관통공을 통해 돌출되어 구비되는 조립용 볼트와, 외면에는 상기 관통공을 통해 돌출된 조립용 볼트의 선단이 삽입되는 체결홈이 다수개 요입되어 형성되는 구형상의 조인트볼을 포함하여 구성되고, 상기 조립용 볼트는 상기 볼트의 골격을 형성하는 원통형상의 몸체부와, 상기 몸체부의 일단에 상기 몸체부의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성되고 상기 볼트의 길이방향에 대해 직교한 방향으로 핀공이 관통되어 형성되는 핀연결부와, 상기 핀연결부의 일단으로부터 연장되어 형성되고 상기 몸체부의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성되며 외주면에는 나사산이 형성되는 나사산부와, 상기 나사산부의 반대편에 해당하는 상기 몸체부의 타단에 형성되는 헤드부를 포함하여 구성된다.
상기 몸체부의 외주면에는 슬리브가 체결되고, 상기 슬리브와 상기 핀연결부의 핀공을 관통하도록 핀이 설치되어 상기 슬리브와 조립용 볼트 사이가 조립된다.
상기 나사산부의 직경과 상기 핀연결부의 직경 그리고 상기 몸체부의 직경을 각각 L1,L2,L3라 하면, L1:L2:L3 = (1):(1~1.1):(0.75~0.9)이다.
본 발명에 의한 조립용 볼트 및 이를 구비한 스페이스프레임의 조립구조에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에서는 조립용 볼트에 형성되는 핀연결부의 직경이 몸체부에 비해 크게 형성되므로, 외력에 의해 전달되는 인장력이 상대적으로 직경이 작고 길이방향을 따라 직경이 일정한 몸체부에 집중된다. 이에 따라 몸체부가 어느 정도 연성변형될 수 있어, 외력에 의해 핀연결부나 나사산부가 파단되는 것이 방지되므로 스페이스 프레임의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 작업자는 상기 몸체부의 연성변형을 체크하여 조립용 볼트가 완전히 파단되기 전에 이를 교체할 수 있다. 이에 따라 스페이스 프레임 구조에 더 큰 손상이 발생되기 전에 볼트 교체를 통해 사고를 미연에 방지할 수 있게 되므로 작업성 및 안정성이 향상되는 효과도 있다.
그리고, 조립용 볼트의 나사산부가 파단되어 조인트볼의 체결홈 내부에 남겨지는 것이 방지되므로, 작업자는 상대적으로 용이하게 스페이스 프레임을 유지 보수 할 수 있는 효과도 있다.
이하 본 발명에 의한 조립용 볼트 및 이를 구비한 스페이스프레임의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 4에는 본 발명에 의한 스페이스 프레임의 바람직한 실시예의 구성이 분해 사시도로 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명 실시예를 구성하는 조립용 볼트의 구성 이 정면도로 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 스페이서 프레임의 골격은 연결바(30)와, 상기 연결바(30) 사이를 간접적으로 연결시키는 조인트볼(20)로 구성된다. 즉, 다수개의 연결바(30)가 하나의 조인트볼(20)에 연결되고, 이러한 구조가 반복되어 입체 구조를 만들게 되는 것이다(도 1참조).
상기 조인트볼(20)은 대략 구형상으로, 그 외면을 따라 다수개의 체결홈(22)이 요입되어 형성된다. 상기 체결홈(22)은 그 내주면에 나사산이 형성되어, 아래에서 설명될 조립용 볼트(50)의 나사산부(52)와 나사체결된다. 상기 체결홈(22)의 위치 및 개수는 상기 스페이스 프레임의 설계 조건 및 목적에 따라 다양한 변형이 가능하다.
상기 연결바(30)의 골격은 몸체(31)가 형성하는데, 상기 몸체(31)는 대략 중공형의 원통형상으로 된다. 상기 몸체(31)의 내부에는 그 길이방향을 따라 안착공(31')이 형성되고, 상기 안착공(31')은 양측으로 개구되어 형성된다. 상기 몸체(31)는 상기 스페이스 프레임의 실질적인 골격을 형성하게 되는 부분이다.
상기 연결바(30)의 개구된 양단에는 콘(40)이 결합된다. 상기 콘(40)은 도 4에서 보듯이, 그 선단으로 갈수록 단면적이 작아지는 일종의 고리 형상으로 관통공(41)이 관통되도록 형성된다.
상기 콘(40)의 관통공(41)을 관통하도록 조립용 볼트(50)가 설치된다. 상기 조립용 볼트(50)는 상기 연결바(30)와 조인트볼(20) 사이를 연결하는 것으로 상기 연결바(30)의 양단에 각각 구비된다.
보다 정확하게는, 상기 조립용 볼트(50)의 골격은 원통형상의 몸체부(51)가 형성한다. 상기 몸체부(51)의 양단에는 헤드부(54)와 나사산부(52)가 각각 구비된다. 상기 헤드부(54)는 상기 몸체부(51)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성되어, 상기 콘(40)의 관통공(41) 가장자리에 걸어지는 부분이고, 상기 나사산부(52)는 상기 조인트볼(20)의 체결홈(22)에 나사체결되는 부분이다.
그리고, 상기 몸체부(51)와 상기 나사산부(52) 사이에는 핀연결부(55)가 형성된다. 상기 핀연결부(55)는 후술할 핀(60)과 결합되는 부분으로, 이를 위해 상기 핀연결부(55)에는 핀(60)이 통과하는 핀공(55')이 형성된다. 상기 핀공(55')은 상기 조립용 볼트(50)의 길이방향에 대해 직교한 방향으로 형성된다.
상기 몸체부(51)와 상기 헤드부(54) 사이, 그리고, 상기 몸체부(51)와 상기 핀연결부(55) 사이에 형성된 모서리 부분에는 라운드부(R)가 형성된다. 이는 상기 몸체부(51)와 헤드부(54) 사이, 그리고 상기 몸체부(51)와 핀연결부(55) 사이의 모서리부분에 집중될 수 있는 응력을 분산시키기 위한 것이다. 물론, 상기 라운드부(R)는 상기 몸체부(51)와 상기 헤드부(54) 사이, 또는 상기 몸체부(51)와 상기 핀연결부(55) 사이 중 어느 일부에만 형성될 수도 있다.
이와 같은 조립용 볼트(50)는 상기 헤드부(54)가 상기 콘(40)의 관통공(41) 가장자리에 걸어지고, 상기 나사산부(52)는 상기 관통공(41)을 통과하여 돌출된 상태로 상기 조인트볼(20)에 조립된다.
이때, 상기 조립용 볼트(50)의 몸체부(51) 외주면에는 슬리브(70)가 결합된다. 상기 슬리브(70)는 핀(60)에 의해 상기 조립용 볼트(50)에 결합되어, 작업자가 상기 슬리브(70)를 회전시킴에 따라 조립용 볼트(50)가 회전하여 상기 조인트볼(20)에 체결될 수 있도록 한다. 물론, 상기 슬리브(70)는 조립용 볼트(50)의 강도를 보강하는 역할도 할 수 있으며, 도시된 바와 같이 속이 빈 원통형상으로 된다. 경우에 따라 상기 슬리브(70)는 구비되지 않을 수도 있다.
상기 슬리브(70)에는 상기 조립용 볼트(50)의 몸체부(51)가 통과하는 연통공(71)이 형성되고, 상기 연통공(71)과 직교한 방향으로 삽입공(72)이 형성된다. 상기 삽입공(72)은 핀(60)이 통과하는 부분으로, 상기 조립용 볼트(50)의 핀공(55')에 대응된다. 도시된 바와 같이 상기 삽입공(72)은 상기 슬리브(70)의 길이방향을 따라 길게 형성됨이 바람직하다. 이는 작업자가 상기 삽입공(72)을 통해 상기 조립용 볼트(50)의 핀(60) 공에 핀(60)을 용이하게 삽입할 수 있도록 어느 정도 여유 공간을 주기 위한 것이다.
이때, 도 5에서 보듯이, 상기 나사산부(52)의 횡단면의 직경(L1)과 핀연결부(55)의 횡단면의 직경(L2)은 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경(L3)보다 크게 형성된다. 이는 외부에서 전달되는 인장력이 그 횡단면의 직경이 상대적으로 작은 몸체부(51)에 집중되도록 하여, 나사산부(52)나 핀연결부(55)가 파단되는 것을 방지하기 위한 것이다.
그리고, 상기 몸체부(51)는 그 횡단면이 균일하게 형성되므로, 인장력이 조립용 볼트(50)에 가해질 때 어느 정도 연성변형을 일으키게 된다. 즉, 도 6에서 보듯이, 본 발명 실시예를 구성하는 조립용 볼트(50)는 인장력을 받게 되면 순간적으로 파단되는 것이 아니라 몸체부(51) 부분이 어느 정도 늘어나면서 파단이 방지되 는 것이다.
이때, 실험을 통하여 상기 나사산부(52) 및 핀연결부(55)의 파단이 방지되고 몸체부(51)가 연성변형될 수 있는 적절한 설계치를 구할 수 있다. 보다 정확하게는 상기 나사산부(52)의 횡단면의 직경(L1)과, 상기 핀연결부(55)의 횡단면의 직경(L2), 그리고 몸체부(51)의 횡단면의 직경(L3) 사이의 비(比)를 통해, 몸체부(51)에 인장력이 집중되도록 할 수 있는 것이다.
아래 (표 1)에는 상기 조립용 볼트(50)의 나사산부(52)의 횡단면의 직경(L1)과, 핀연결부(55)의 횡단면의 직경(L2)을 각각 20mm로 고정하고, 몸체부(51)의 횡단면의 직경(L3)을 변화시키면서 인장력에 대한 조립용 볼트(50)의 파단시 측정되는 최대내력과 조립용 볼트(50) 길이의 변형률을 측정한 값이 도시되어 이다. 이와 함께 상기 조립용 볼트(50)의 파단부위를 각각 표시하였다.
(표 1)
몸체부의 횡단면의 직경(mm) 최대내력(kN) 변형률(%) 파단부분
20 292.7 8.98 핀연결부
19 283.7 80.5 핀연결부
18 279 11.13 몸체부
17 251.3 14.92 몸체부
16 223.2 14.74 몸체부
15 173.7 14.83 몸체부
상기한 (표 1)에서 보듯이, 상기 조립용 볼트(50)를 구성하는 나사산부(52), 핀연결부(55) 그리고 몸체부(51)의 직경이 동일하거나 큰 차이가 없는 경우에는 핀연결부(55)가 파단된다. 그러나 몸체부(51)의 횡단면의 직경이 상대적으로 작아질 수록 몸체부(51)가 파단될 가능성이 높아지고 몸체부(51)의 변형률이 상승되는 것을 알 수 있다.
아래 (표 2)에는 상기 조립용 볼트(50)의 나사산부(52)의 횡단면의 직경(L1)과, 핀연결부(55)의 횡단면의 직경(L2)을 각각 20mm, 21mm로 고정하고 몸체부(51)의 횡단면의 직경(L3)을 변화시키면서 인장력에 대한 조립용 볼트(50)의 파단시 측정되는 최대내력과 조립용 볼트(50) 길이의 변형률을 측정한 값이 도시되어 이다. 이와 함께 상기 조립용 볼트(50)의 파단부위를 각각 표시하였다.
(표 2)
몸체부의 횡단면의 직경(mm) 최대내력(kN) 변형률(%) 파단부분
20 294.1 8.86 핀연결부
19 303.1 8.99 핀연결부
18 288.7 12.18 몸체부
17 248.4 15.43 몸체부
16 233.2 14.25 몸체부
15 184.7 13.36 몸체부
상기한 (표 1)과 마찬가지로, 상기한 (표 2)로부터, 상기 조립용 볼트(50)를 구성하는 나사산부(52), 핀연결부(55) 그리고 몸체부(51)의 직경이 동일하거나 큰 차이가 없는 경우에는 핀연결부(55)가 파단됨을 알 수 있다. 그러나 몸체부(51)의 횡단면의 직경(L3)이 상대적으로 작아질수록 몸체부(51)가 파단될 가능성이 높아지고 몸체부(51)의 변형률이 상승되는 것을 알 수 있다.
아래 (표 3)에는 상기 조립용 볼트(50)의 나사산부(52)의 횡단면의 직경(L1)과, 핀연결부(55)의 횡단면의 직경(L2)을 각각 20mm, 22mm로 고정하고 몸체부(51) 의 횡단면의 직경(L3)을 변화시키면서 인장력에 대한 조립용 볼트(50)의 파단시 측정되는 최대내력과 조립용 볼트(50) 길이의 변형률을 측정한 값이 도시되어 이다. 이와 함께 상기 조립용 볼트(50)의 파단부위를 각각 표시하였다.
(표 3)
몸체부의 횡단면의 직경(mm) 최대내력(kN) 변형률(%) 파단부분
20 312 8.75 나사산부
19 290.6 11.59 몸체부
18 278.6 13.5 몸체부
17 261.6 13.44 몸체부
16 223.2 13.5 몸체부
15 188.7 13.04 몸체부
상기 (표 3)에서 보듯이, 마찬가지로 상기 조립용 볼트(50)를 구성하는 나사산부(52), 핀연결부(55) 그리고 몸체부(51)의 직경이 동일하거나 큰 차이가 없는 경우에는 나사산부(52)가 파단됨을 알 수 있다. 그러나 몸체부(51)의 횡단면의 직경(L3)이 상대적으로 작아질수록 몸체부(51)가 파단될 가능성이 높아지고 몸체부(51)의 변형률이 상승되는 것을 알 수 있다.
상기한 (표 1)~(표 3)으로부터 조립용 볼트(50)의 나사산부(52) 및 핀연결부(55)의 횡단면의 직경(L1,L2)에 대해, 몸체부(51)의 횡단면의 직경(L3)이 작을수록 몸체부(51)에서 파단될 가능성이 많아지고, 또한 조립용 볼트(50)의 변형률이 커진다는 것을 알 수 있다. 보다 정확하게는 나사산부(52)의 횡단면의 직경(L1)의 수치를 20이라 하면, 핀연결부(55)의 횡단면의 직경(L2)은 20~22, 그리고 몸체부(51)의 횡단면의 직경(L3)은 15~18일 때 몸체부(51)에서 파단이 일어남을 알 수 있다. 이를 간단히 정리하면, L1:L2:L3 = (1):(1~1.1):(0.75~0.9) 인 경우에 몸체 부(51)에서 파단을 유도할 수 있다.
이때, 상기 조립용 볼트(50)의 최대내력은 클수록 좋으므로 (표 1)~(표 3)으로부터 각각 L1:L2:L3 = 1:1:0.85 또는 1:1.05:0.85 또는 1:1.1:0.9 인 경우에 조립용 볼트(50)의 최대내력과 변형률이 동시에 적정수준 만족됨을 알 수 있다. 바람직하게는 상기 나사산부의 횡단면의 직경(L1)과 상기 핀연결부(55)의 횡단면의 직경(L2) 그리고 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경(L3)이 각각 20mm, 21mm, 17mm로 형성된다. 물론 이러한 구체적인 수치는 설계자가 최대내력과 변형률 중에서 어디에 중점을 두느냐에 따라 얼마든지 변경될 수 있다. 또한, 상기 나사산부(52)의 직경이 24mm 인 경우에도 상기한 실험치가 적용될 수 있다.
이하 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 조립용 볼트 및 이를 구비한 스페이스프레임의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 스페이스 프레임의 조립순서를 살펴보면, 작업자는 먼저 상기 조립용 볼트(50)를 상기 콘(40)의 관통공(41)에 통과시킨다. 즉, 상기 조립용 볼트(50)의 나사산부(52)의 선단이 상기 콘(40)의 관통공(41)을 통과하도록 하여, 상기 조립용 볼트(50)의 헤드부(54)가 상기 관통공(41) 가장자리에 걸어지도록 하는 것이다.
이와 같은 상태에서 상기 슬리브(70)를 상기 조립용 볼트(50)의 외주면에 끼워 넣는다. 그리고, 핀(60)이 상기 슬리브(70)의 삽입공(72)과 상기 조립용 볼트(50)의 핀연결부(55)에 형성된 핀공(55')을 각각 관통하도록 하여 슬리브(70)와 조립용 볼트(50)를 조립한다. 이때, 상기 조립용 볼트(50)의 나사산부(52)는 상기 슬리브(70)의 개구된 일측을 통해 어느 정도 노출된 상태이다.
다음으로, 작업자는 상기 슬리브(70), 콘(40), 그리고 조립용 볼트(50)로 구성되는 조립체를 상기 연결바(30)에 조립한다. 즉, 상기 콘(40)의 가장자리와 상기 연결바(30)의 개구된 일단 사이를 나사체결하거나 또는 압입하는 방식으로 조립하는 것이다.
이와 같은 상태에서 상기 조립용 볼트(50)의 나사산부(52)를 조인트볼(20)의 체결홈(22)의 입구에 어느 정도 끼워넣는다. 그리고, 작업자는 상기 슬리브(70)를 회전시켜 조립용 볼트(50)가 상기 조인트볼(20)에 나사체결되도록 한다. 이렇게 되면, 상기 연결바(30)는 상기 조립용 볼트(50)를 매개로 하여 상기 조인트볼(20)에 결합된다.
그리고, 작업자는 이와 같은 작업을 반복하여 다수개의 연결바(30)를 조인트볼(20)에 조립함으로써 입체구조를 만들 수 있게 된다.
이와 같이 완성된 스페이스 프레임에는 기타 구조물이 더 부착될 수 있는데, 이러한 구조물과 자연현상에 의해 상기 스페이스 프레임에는 외력이 가해지게 된다. 그리고, 이러한 외력은 상기 조인트볼(20)와 연결바(30) 사이를 연결하는 조립용 볼트(50)에, 특히 상대적으로 횡단면적의 직경이 작은 몸체부(51)에 집중된다.
이와 같이 상기 조립용 볼트(50)에 외력이 작용하여 인장력이 발생하는 경우에, 상기 몸체부(51)는 순간적으로 파단되지 않고, 최대내력에 이르기까지 어느 정도 연성변형된다. 도 6에는 이와 같이 연성변형된 조립용 볼트(50)가 도시되어 있다. 상기 조립용 볼트(50)가 순간적으로 파단되지 않고 연성변형됨에 따라 스페이스 프레임의 내구성이 좋아지게 된다. 그리고, 조립용 볼트(50)의 나사산부(52)가 파손되어 재조립이 어려워지는 등의 문제가 발생하지 않으므로 작업자의 교체작업도 수월해지게 된다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 일반적인 스페이스 프레임이 사용된 구조물의 구성을 보인 사시도.
도 2는 종래 기술에 의한 스페이스 프레임의 구조를 보인 단면도.
도 3은 종래 기술에 의한 스페이스 프레임에 작용하는 외력에 의해 볼트가 파손된 모습을 보인 정면도.
도 4는 본 발명에 의한 스페이스 프레임의 바람직한 실시예의 구성을 보인 분해 사시도.
도 5는 본 발명 실시예를 구성하는 조립용 볼트의 구성을 보인 정면도.
도 6은 본 발명 실시예를 구성하는 조립용 볼트가 인장력을 받아 변형된 모습을 보인 정면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20: 조인트볼 30: 연결바
40: 콘 50: 조립용 볼트
51: 몸체부 52: 나사산부
54: 헤드부 55: 핀연결부
60: 핀 70: 슬리브

Claims (9)

  1. 스페이스 프레임의 조립을 위한 조립용 볼트에 있어서,
    상기 볼트의 골격을 형성하는 원통형상의 몸체부(51)와,
    상기 몸체부(51)의 일단에 그 횡단면의 직경이 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경보다 크도록 형성되고 상기 볼트의 길이방향에 대해 직교한 방향으로 핀공(55')이 관통되어 형성되는 핀연결부(55)와,
    상기 핀연결부(55)의 일단으로부터 연장되어 형성되고 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경보다 큰 횡단면의 직경을 갖도록 형성되며 외주면에는 나사산이 형성되는 나사산부(52)와,
    상기 나사산부(52)의 반대편에 해당하는 상기 몸체부(51)의 타단에 형성되는 헤드부(54)를 포함하여 구성되고,
    상기 나사산부(52)의 횡단면의 직경과 상기 핀연결부(55)의 횡단면의 직경 그리고 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경을 각각 L1,L2,L3라 하면, L1:L2:L3 = (1):(1~1.1):(0.75~0.9) 임을 특징으로 하는 조립용 볼트.
  2. 스페이스 프레임의 조립을 위한 조립용 볼트에 있어서,
    상기 볼트의 골격을 형성하는 원통형상의 몸체부(51)와,
    상기 몸체부(51)의 일단에 그 횡단면의 직경이 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경보다 크도록 형성되고 상기 볼트의 길이방향에 대해 직교한 방향으로 핀공(55')이 관통되어 형성되는 핀연결부(55)와,
    상기 핀연결부(55)의 일단으로부터 연장되어 형성되고 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경보다 큰 횡단면의 직경을 갖도록 형성되며 외주면에는 나사산이 형성되는 나사산부(52)와,
    상기 나사산부(52)의 반대편에 해당하는 상기 몸체부(51)의 타단에 형성되는 헤드부(54)를 포함하여 구성되고,
    상기 나사산부(52)의 횡단면의 직경과 상기 핀연결부(55)의 횡단면의 직경 그리고 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경을 각각 L1,L2,L3라 하면, L1:L2:L3 = 1:1:0.85 또는 1:1.05:0.85 또는 1:1.1:0.9 중 어느 하나임을 특징으로 하는 조립용 볼트.
  3. 스페이스 프레임의 조립을 위한 조립용 볼트에 있어서,
    상기 볼트의 골격을 형성하는 원통형상의 몸체부(51)와,
    상기 몸체부(51)의 일단에 그 횡단면의 직경이 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경보다 크도록 형성되고 상기 볼트의 길이방향에 대해 직교한 방향으로 핀공(55')이 관통되어 형성되는 핀연결부(55)와,
    상기 핀연결부(55)의 일단으로부터 연장되어 형성되고 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경보다 큰 횡단면의 직경을 갖도록 형성되며 외주면에는 나사산이 형성되는 나사산부(52)와,
    상기 나사산부(52)의 반대편에 해당하는 상기 몸체부(51)의 타단에 형성되는 헤드부(54)를 포함하여 구성되고,
    상기 나사산부(52)의 횡단면의 직경과 상기 핀연결부(55)의 횡단면의 직경 그리고 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경은 각각 20mm, 21mm, 17mm로 형성됨을 특징으로 하는 조립용 볼트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체부(51)는 그 길이방향을 따라 균일한 횡단면을 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 조립용 볼트.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 헤드부(54)와 상기 몸체부(51) 사이 또는 상기 몸체부(51)와 상기 핀연결부(55) 사이를 연결하는 모서리 부분 중 적어도 어느 일부에는 라운드부(R)가 형성됨을 특징으로 하는 조립용 볼트.
  6. 스페이스 프레임의 조립을 위한 조립용 볼트에 있어서,
    상기 볼트의 골격을 형성하는 원통형상의 몸체부(51)와,
    상기 몸체부(51)의 일단에 그 횡단면의 직경이 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경보다 크도록 형성되고 상기 볼트의 길이방향에 대해 직교한 방향으로 핀공(55')이 관통되어 형성되는 핀연결부(55)와,
    상기 핀연결부(55)의 일단으로부터 연장되어 형성되고 상기 몸체부(51)의 횡단면의 직경보다 큰 횡단면의 직경을 갖도록 형성되며 외주면에는 나사산이 형성되는 나사산부(52)와,
    상기 나사산부(52)의 반대편에 해당하는 상기 몸체부(51)의 타단에 형성되는 헤드부(54)를 포함하여 구성되고,
    상기 몸체부(51)는 그 길이방향을 따라 균일한 횡단면을 갖도록 형성되며,
    상기 헤드부(54)와 상기 몸체부(51) 사이 또는 상기 몸체부(51)와 상기 핀연결부(55) 사이를 연결하는 모서리 부분 중 적어도 어느 일부에는 라운드부(R)가 형성됨을 특징으로 하는 조립용 볼트.
  7. 중공형의 연결바(30)와,
    상기 연결바(30)의 양단에 결합되고 관통공(41)이 형성되는 콘(40)과,
    일부는 상기 연결바(30)의 안착공에 위치되고 나머지 일부는 상기 콘(40)의 관통공(41)을 통해 돌출되어 구비되는 조립용 볼트와,
    외면에는 상기 관통공(41)을 통해 돌출된 조립용 볼트의 선단이 삽입되는 체결홈이 다수개 요입되어 형성되는 구형상의 조인트볼(20)을 포함하여 구성되고, 상기 조립용 볼트는
    상기 볼트의 골격을 형성하는 원통형상의 몸체부(51)와,
    상기 몸체부(51)의 일단에 상기 몸체부(51)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성되고 상기 볼트의 길이방향에 대해 직교한 방향으로 핀공(55')이 관통되어 형성되는 핀연결부(55)와,
    상기 핀연결부(55)의 일단으로부터 연장되어 형성되고 상기 몸체부(51)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성되며 외주면에는 나사산이 형성되는 나사산부(52)와,
    상기 나사산부(52)의 반대편에 해당하는 상기 몸체부(51)의 타단에 형성되는 헤드부(54)를 포함하여 구성되고,
    상기 나사산부(52)의 직경과 상기 핀연결부(55)의 직경 그리고 상기 몸체부(51)의 직경을 각각 L1,L2,L3라 하면, L1:L2:L3 = (1):(1~1.1):(0.75~0.9) 임을 특징으로 하는 스페이스 프레임.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 몸체부(51)의 외주면에는 슬리브(70)가 체결되고, 상기 슬리브(70)와 상기 핀연결부(55)의 핀공(55')을 관통하도록 핀이 설치되어 상기 슬리브(70)와 조립용 볼트 사이가 조립됨을 특징으로 하는 스페이스 프레임.
  9. 삭제
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