KR101031299B1 - 모듈러 건축물의 일체 거동을 위한 단위유닛모듈의 접합구조 및 그 방법 - Google Patents

모듈러 건축물의 일체 거동을 위한 단위유닛모듈의 접합구조 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기둥, 바닥보, 천장보를 조립하여 제작한 단위유닛모듈을 상하 또는 좌우로 적층 연결하면서 구축하는 모듈러 건축물에서 일체거동을 위한 단위유닛모듈 상호 간의 접합구조와 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 단위유닛모듈의 접합구조는, 채널 또는 각관으로 기둥, 바닥보, 천장보를 조립하여 제작한 단위유닛모듈을 상하 또는 좌우로 적층 연결하면서 구축하는 모듈러 건축물에서, 상기 단위유닛모듈은 기둥의 상·하단부가 바닥보 및 천장보보다 내들어가게 제작된 것으로, 상하 또는 좌우로 서로 인접하게 설치됨으로써 이웃하는 단위유닛모듈끼리 기둥에 수평틈을 형성시키면서 설치되게 되며, 상기 수평틈에 연결전단판이 맞춤 설치되어 단위유닛모듈의 기둥과 긴결되는 것을 특징으로 한다.

Description

모듈러 건축물의 일체 거동을 위한 단위유닛모듈의 접합구조 및 그 방법{Connection detail and Construction method for Entire behavior of Modular structure}
본 발명은 기둥, 바닥보, 천장보를 조립하여 제작한 단위유닛모듈을 상하 또는 좌우로 적층 연결하면서 구축하는 모듈러 건축물에서 일체거동을 위한 단위유닛모듈 상호 간의 접합구조와 그 방법에 관한 것이다.
모듈러 건축물은 박스 형태의 철골구조로 이루어진 단위유닛모듈을 공장에서 미리 제작하고 이들을 쌓아서 만든 구조물을 말한다.
종래 모듈러 건축물은 학교나 군대시설 등 저층 위주의 건물에 사용하여 왔으나 고강도재료와 경량형강의 개발, 공장제작으로 인한 시공상의 편이 및 공기단축의 필요성 등으로 인하여 고층건물에서도 모듈러 건축물을 도입할 필요성이 대두되고 있다.
고층건물의 경우 풍하중이나 지진하중 등 횡력이 주요 설계대상에 해당하는데 모듈러 건축물은 횡력에 대하여 주로 단위유닛모듈이 저항한다. 따라서 횡력이 대하여 단위유닛모듈이 각기 저항하므로 건물 전체가 일체로 거동하지 못하게 된다. 이로 인하여 설계시에 단위유닛모듈이 횡력에 충분히 저항하도록 설계해야 하므로 단위유닛모듈당 부재량이 증가하여 과다설계가 되어 비경제적이라는 문제점이 있다. 또한 모듈러 건축물에 수직하중이 작용하는 경우 역시 단위유닛모듈이 각기 별개로 작용하므로 이웃하는 단위유닛모듈의 경계에서 대면하고 있는 보에 서로 다른 처짐을 유발한다. 이때 인접하는 보의 처짐이 다른 경우 철골조의 보 위에 위치하는 콘크리트 바닥슬래브에 단차를 일으켜 보 상부에 위치하는 슬래브에 균열을 유발한다는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 문제를 개선하고자 본 출원인은 도 1과 같은 접합 상세를 개발한바 있다. 이 방법은 단위유닛모듈의 경계에서 대면하는 바닥보와 천장보 상호 간을 볼트접합하여 횡력에 대한 강성을 높이는 방법이다. 하지만 이 방법은 바닥보와 천장보가 직접 면접(접촉)하지 않아 상호 간 수직하중 전달에 어려움이 있고, 또한 수평하중을 볼트의 접합력에 의존하여 전달해야 하기 때문에 볼트접합 개소 많아져야 하는 문제가 있다.
본 발명은 종래 모듈러 건축물에서 볼트의 접합력에 의존한 단위유닛모듈 상호 간의 하중 전달 체계를 해결하기 위해 개발된 것으로, 이웃하는 단위유닛모듈 상호 간에 연결전단판을 매개로 하중 전달을 유도할 수 있는 단위유닛모듈의 접합 상세를 제공하는데 기술적 목적이 있다.
또한 본 발명은 모듈러 건축물에서 단위유닛모듈 상호 간에 수평, 수직 하중의 유리하게 전달하여 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 접합 상세를 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명을 모듈러 건축물에서의 단위유닛모듈의 접합구조 및 그 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 단위유닛모듈의 접합구조는, 채널 또는 각관으로 기둥, 바닥보, 천장보를 조립하여 제작한 단위유닛모듈을 상하 또는 좌우로 적층 연결하면서 구축하는 모듈러 건축물에서, 상기 단위유닛모듈은 기둥의 상·하단부가 바닥보 및 천장보보다 내들어가게 제작된 것으로, 상하 또는 좌우로 서로 인접하게 설치됨으로써 이웃하는 단위유닛모듈끼리 기둥에 수평틈을 형성시키면서 설치되게 되며, 상기 수평틈에 연결전단판이 맞춤 설치되어 단위유닛모듈의 기둥과 긴결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단위유닛모듈의 접합방법은, 상기한 단위유닛모듈의 접합구조를 구현하는 방법으로서, 단위유닛모듈을 제작 준비하는 제1단계; 단위유닛모듈을 좌우방향으로 인접시키면서 배치하되, 천장보보다 내들어간 기둥에 의해 기둥홈이 형성되게 배치하는 제2단계; 상기 기둥홈에 연결전단판을 끼워 맞추면서 돌출되게 설치하는 제3단계; 제2단계에서 설치한 단위유닛모듈 위로 단위유닛모듈을 적층 설치하되, 바닥보보다 내들어간 기둥을 상기 돌출된 연결전단판에 맞춤 설치하는 제4단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 단위유닛모듈과 연결전단판을 서로 긴결하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 이웃하는 단위유닛모듈의 기둥, 천장보, 바닥보를 동시에 연결전단판에 면접(접촉)시키면서 설치할 수 있기 때문에 단위유닛모듈 상호 간의 수평, 수직 하중을 연결전단판을 통해 효과적으로 전달할 수 있게 되어 일체 거동에 유리한 모듈러 건축물로 구축할 수 있다.
둘째, 단위유닛모듈 상호 간의 수평전단력을 연결전단판을 통해 효과적으로 전달할 수 있기 때문에 접합(용접 내지 볼트)응력을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 모듈러 건축물의 시공에서 현장 작업량을 줄일 수 있다.
셋째, 이웃하는 단위유닛모듈의 경계에서 대면하는 천장보와 바닥보를 서로 면접시키면서 설치할 수 있기 때문에 수직하중에 대해 천장보와 바닥보가 함께 거동하는 모듈러 건축물로 구축할 수 있다. 그 결과 단위유닛모듈의 부재 크기를 줄일 수 있어 모듈러 건축물에서 철골량 감축과 경량화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 출원인에 의한 선출원 발명을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따라 모듈러 건축물을 구축하는 과정을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 모듈러 건축물의 단위유닛모듈 상호 간 접합 상세를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 모듈러 건축물의 단위유닛모듈 상호 간 접합에서 단위유닛모듈을 좌우방향으로 배치한 상세를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 모듈러 건축물의 단위유닛모듈 상호 간 접합에서 연결전단판을 설치한 상세를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 모듈러 건축물의 단위유닛모듈 상호 간 접합에서 단위유닛모듈을 적층 설치한 상세를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 모듈러 건축물의 단위유닛모듈 상호 간 접합에서 단위유닛모듈 상호 간의 긴결 상세를 도시한다.
이하 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따라 모듈러 건축물을 구축하는 과정을 도시한다. 모듈러 건축물은 기둥(110), 바닥보(120), 천장보(130)를 조립하여 제작한 단위유닛모듈(100)을 상하 또는 좌우로 적층 연결하면서 구축하는 구조물인데, 본 발명은 이와 같은 모듈러 건축물에서 연결전단판(210)을 매개로 한 단위유닛모듈(100) 상호 간의 접합을 통해 수평, 수직하중의 원활한 전달을 유도하여 모듈러 건축물 전체가 일체로 거동할 수 있게 하는데 기술적 특징이 있다.
상기와 같은 기술적 특징을 구현하기 위해 본 발명은 기둥(110)의 상·하단부가 바닥보(120) 및 천장보(130)보다 내들어가게 제작한 단위유닛모듈(100)을 이용한다. 다시 말해 종래에 기둥(110), 바닥보(120), 천장보(130)를 동일한 레벨로 맞춰 제작한 단위유닛모듈(100)을 이용하였다면, 본 발명에서는 종래보다 기둥(110)의 길이를 짧게 마련하여 기둥(110)의 하단부가 바닥보(120)의 하부면보다 올라가면서 기둥(110)의 상단부가 천장보(130)의 상부면보다 낮아지게 제작한 단위유닛모듈(100)을 이용하고 있는 것이다. 이러한 단위유닛모듈(100)은 상하좌우 적층시키면 기둥에 수평틈이 자연스럽게 형성되게 되는데, 이 수평틈에 연결전단판(210)을 맞춤 설치하여 단위유닛모듈(100)의 기둥(110)과 접합(용접 내지 볼트)하는 것으로 본 발명이 완성된다.
도 3 내지 도 7은 단위유닛모듈(100) 상호 간의 접합 상세로서 접합과정을 진행하는 단계별로 보여준다. 도 3 내지 도 7에서는 공통적으로 바닥보(120)와 천장보(130)를 C형 채널로 마련하고 기둥(110)을 각관으로 마련하여 기둥(110)의 상·하단부가 C형 채널의 부재 두께만큼 바닥보(120) 및 천장보(130)보다 내들어가게 제작한 단위유닛모듈(100)을 이용하고 있으나, 다른 단면의 부재로 기둥(110)의 길이를 다르게 하여 제작한 단위유닛모듈(100)을 이용하는 것도 가능하다. 가령 천장보(130)와 바닥보(120)를 ㄷ형 채널 내지 각관으로 마련하거나 기둥(110)을 C형 채널 내지 ㄷ형 채널로 마련하고 또는 기둥(110)의 길이를 더 짧게 준비하여 제작한 단위유닛모듈(100)을 이용하는 것이다. 다만 어느 경우에도 단위유닛모듈(100)의 각 부재를 폐쇄 단면의 각관으로 마련하는 경우라면, 작업자에 의한 접합공간을 확보하기 위해 적절하게 개구부(opening)를 마련해야 할 것이다(도 3 이하에서 기둥 각관에 마련된 개구부 참조). 나아가 도 3 내지 도 7에서는 공통적으로 바닥보(120)와 천장보(130)에 보강판(121, 131)을 접합하고 기둥(110)에 수평스티프너(111)를 접합하여 제작한 단위유닛모듈(100)을 이용하고 있다.
도 3은 단위유닛모듈(100) 상호 간의 접합에서 단위유닛모듈(100)을 좌우방향으로 배치한 상세이다. 본 발명은 기둥(110)의 상·하단부가 바닥보(120) 및 천장보(130)보다 내들어가게 제작한 단위유닛모듈(100)을 이용함에 따라 단위유닛모듈(100)을 좌우방향을 나란히 배치하면 기둥(110)에 오목하게 들어간 기둥홈이 자연스럽게 형성된다. 도 3(b)에서는 기둥(110)의 상·하단부가 C형 채널의 두께만큼 내들어가게 제작한 단위유닛모듈(100)을 이용한 결과 C형 채널의 두께만큼 기둥홈이 형성된 것을 확인할 수 있다.
또한 도 3(b)에서는 기둥(110) 상단부에 마구리판(113)이 접합되고 이 마구리판(113)에 유도볼트(220)가 상향하여 관통 돌출되도록 고정되어 있는데, 이는 단위유닛모듈(100)을 적층 설치하는 과정에서 단위유닛모듈(100)의 설치 위치를 용이하게 맞추면서 볼트 접합하기 위함이다. 이와 같은 유도볼트(210)의 역할을 고려하면 유도볼트는 상부가 테이퍼지게 마련되는 것이 바람직하다. 마구리판(113)과 유도볼트(220)는 도 3(b)에서와 같이 용접 접합하면 된다. 한편 단위유닛모듈(100) 상호 간을 용접 접합하는 경우라면 마구리판(113)과 유도볼트(220)를 생략할 수도 있다.
나아가 도 3(b)에서는 기둥(110) 상단부의 마구리판(113)과 동일한 레벨에서 천장보(130)의 상부플랜지에 보강판(131)을 접합하고, 천장보(130)의 하부플랜지와 동일한 레벨에서 기둥(110) 내부에 수평스티프너(111)를 접합하여 하중 전달에 유리하게 보강하고 있다.
도 4는 단위유닛모듈(100) 상호 간의 접합에서 연결전단판(210)을 설치한 상세이다. 연결전단판(210)은 도 3에서와 같이 단위유닛모듈(100)이 좌우로 설치되어 기둥홈이 형성되면 이 기둥홈에 끼워 맞추면서 돌출되게 설치된다. 연결전단판(210)은 설치할 위치의 기둥홈과 동일한 크기를 가지되 기둥의 상·하단부가 내들어가서 손실된 길이와 동일하거나 그 이상의 두께로 준비하도록 하며, 그래야 연결전단판(210)을 상하좌우의 단위유닛모듈(100)에 면접하게 설치할 수 있어 연결전단판(210)을 통해 단위유닛모듈(100) 상호 간에 수평하중과 수직하중의 원활한 전달이 가능해진다.
도 4(b)에서는 단위유닛모듈(100)에서 기둥(110)의 상·하단부가 천장보(130) 및 바닥보(120)로 설치되는 C형 채널의 부재 두께만큼 내들어가게 마련된 결과 연결전단판(210)을 C형 채널의 부재 두께의 2배 두께로 마련하여 맞춤 설치하고 있는데, 그 결과 연결전단판(210)이 하나의 C형 채널의 두께만큼 돌출되게 설치되고 있다. 유도볼트(220)가 설치된 경우라면 볼트구멍(BH)이 마련된 연결전단판(210)을 유도볼트(220)에 끼움 설치하면 되며, 단위유닛모듈(100) 상호 간을 용접 접합하는 경우라면 연결전단판(210)을 기둥(110)의 상단면 내지 마구리판(113)에 용접 접합하면 된다.
도 5는 단위유닛모듈(100) 상호 간의 접합에서 단위유닛모듈(100)을 적층 설치한 상세이다. 단위유닛모듈(100)의 적층은 도 6에서와 같이 연결전단판(210)이 돌출되게 설치된 상태에서 돌출된 연결전단판(210)에 적층 설치할 단위유닛모듈(100)을 맞춤 설치하면 된다. 미리 설치된 하부의 단위유닛모듈(100)에 유도볼트(220)가 설치된 경우라면 적층 설치할 단위유닛모듈(100)은 기둥(110) 하단부에 볼트구멍(BH)이 형성된 마구리판(112)을 접합하여 준비하고, 이 마구리판(112)을 유도볼트(220)에 끼우는 방법으로 단위유닛모듈(100)을 적층 설치하면 된다. 한편 도 5에서와 같이 적층 설치하는 단위유닛모듈(100)에도 보강판(121), 수평스티프너(111)를 적절하게 접합하여 보강할 수 있다.
이로써 상하좌우의 단위유닛모듈(100)이 동시에 연결전단판(210)에 면접하게 설치된다. 이때 도 5에서와 같이 상하 적층되는 단위유닛모듈(100) 상호 간은 바닥보(120)와 천장보(130)를 서로 면접시키면서 설치할 수 있는데, 이러한 적층 설치는 단위유닛모듈(100) 상호 간의 수평, 수직하중 전달에 유리하다. 특히 바닥보(120)와 천장보(130) 사이가 내력벽(스터드방식)으로 마련된 단위유닛모듈(100)이라면 단위유닛모듈(100) 상호 간을 바닥보(120)와 천장보(130)를 면접시키면서 설치하는 것으로 내력벽구조의 모듈러 건축물로 구축할 수 있으며, 이 경우 모듈러 건축물은 슬래브 하중이 내력벽을 통해 바로 기초로 전달되는 구조가 되기 때문에 단위유닛모듈의 기둥(110), 바닥보(120), 천장보(130)의 단면 크기를 줄여 적용할 수 있다.
도 6은 단위유닛모듈(100) 상호 간의 접합에서 단위유닛모듈(100) 상호 간을 긴결시킨 상세를 도시한다. 유도볼트(220)가 설치된 경우라면 유도볼트(220)에 너트(230)를 체결하여 긴결하면 되며, 유도볼트(220)를 이용하지 않는 경우라면 통상의 볼트접합 내지 용접접합으로 긴결시키면 된다. 이로써 단위유닛모듈(100)의 기둥(110), 바닥보(120), 천장보(130)가 연결전단판에 면접하도록 설치되면서 단위유닛모듈(100) 상호 간이 긴결되며, 그 결과 단위유닛모듈(100) 상호 간의 접합부는 연결전단판(210)에 의해 수평, 수직으로 하중 전달이 이루어지는 구조가 되어 모듈러 구조물 전체가 일체로 거동할 수 있게 된다.
도 7은 앞서 도 3 내지 도 6에서 설명한 바를 모두 보여준다. 보는 바와 같이 단위유닛모듈(100)을 좌우방향으로 인접시키면서 배치하고, 연결전단판(210)을 유도볼트(220)에 끼워 설치하고, 다시 단위유닛모듈(100)을 유도볼트(220)에 끼우면서 적층 설치하고, 너트(230)를 유도볼트(220)에 체결하면 단위유닛모듈(100) 상호 간 접합이 완성된다.
이상과 같이 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었다. 하지만 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
100: 단위유닛모듈
110: 기둥
111: 수평스티프너
112, 113: 마구리판
113: 수평스티프너
120: 바닥보
130: 천장보
121, 131: 보강판
210: 연결전단판
220: 유도볼트
230: 너트
BH: 볼트구멍

Claims (7)

  1. 채널 또는 각관으로 기둥(110), 바닥보(120), 천장보(130)를 조립하여 제작한 단위유닛모듈(100)을 상하 또는 좌우로 적층 연결하면서 구축하는 모듈러 건축물에서,
    상기 단위유닛모듈(100)은, 기둥(110)의 상·하단부가 바닥보(120) 및 천장보(130)보다 내들어가게 제작된 것으로, 상하 또는 좌우로 서로 인접하게 설치됨으로써 이웃하는 단위유닛모듈끼리 기둥(110)에 수평틈을 형성시키면서 설치되게 되며,
    상기 수평틈에 연결전단판(210)이 맞춤 설치되어 단위유닛모듈의 기둥(110)과 긴결되는 것을 특징으로 하는 모듈러 건축물의 일체 거동을 위한 단위유닛모듈의 접합구조.
  2. 제1항에서,
    상기 단위유닛모듈(100)은, 기둥(110)의 상·하단부 각각에 마구리판(112, 113)이 접합된 기둥(110)으로 제작된 것이며,
    상기 연결전단판(210)은, 단위유닛모듈의 기둥의 마구리판(112, 113)과 볼트접합으로 긴결 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈러 건축물의 일체 거동을 위한 단위유닛모듈(100)의 접합구조.
  3. 제2항에서,
    상기 단위유닛모듈(100)은, 바닥보(120)와 천장보(130) 각각에 기둥의 마구리판(112, 113)과 동일한 레벨로 보강판(121, 131)이 더 접합되도록 제작된 것임을 특징으로 하는 모듈러 건축물의 일체 거동을 위한 단위유닛모듈(100)의 접합구조.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 단위유닛모듈(100)은, 상하방향으로 이웃하는 단위유닛모듈(100)끼리 바닥보(120)와 천장보(130)가 서로 면접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈러 건축물의 일체 거동을 위한 단위유닛모듈의 접합구조.
  5. 제1항에 따른 단위유닛모듈의 접합구조를 구현하는 방법으로,
    단위유닛모듈(100)을 제작 준비하는 제1단계;
    단위유닛모듈(100)을 좌우방향으로 인접시키면서 배치하되, 천장보(130)보다 내들어간 기둥(110)에 의해 기둥홈이 형성되게 배치하는 제2단계;
    상기 기둥홈에 연결전단판(210)을 끼워 맞추면서 돌출되게 설치하는 제3단계;
    제2단계에서 설치한 단위유닛모듈(100) 위로 단위유닛모듈(100)을 적층 설치하되, 바닥보(120)보다 내들어간 기둥(110)을 상기 돌출된 연결전단판(210)에 맞춤 설치하는 제4단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 제3단계 또는 제4단계는, 단위유닛모듈의 기둥(110)과 연결전단판(210)을 서로 긴결시키는 결합과정을 포함하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈러 건축물의 일체 거동을 위한 단위유닛모듈의 접합방법.
  6. 제5항에서,
    상기 제1단계는, 단위유닛모듈(100)을 기둥(110)의 상·하단부 각각에 마구리판(112, 113)을 접합 제작하면서 이루어지고,
    상기 제3단계 또는 제4단계에서 진행하는 결합과정은, 단위유닛모듈의 기둥의 마구리판(111, 112)과 연결전단판(210)을 서로 용접접합 또는 볼트접합으로 긴결시키면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈러 건축물의 일체 거동을 위한 단위유닛모듈의 접합방법.
  7. 제2항 또는 제3항에 따른 단위유닛모듈의 접합구조를 구현하는 방법으로,
    단위유닛모듈(100)을 제작 준비하되, 기둥(110) 상단부의 마구리판(113)에는 상향하여 관통 돌출하는 유도볼트(210)가 고정되면서 기둥(110) 하단부의 마구리판(112)에는 볼트구멍(BH)이 형성되도록 준비하는 제1단계;
    단위유닛모듈(100)을 좌우방향으로 인접시키면서 배치하되, 천장보(130)보다 내들어간 기둥(110)에 의해 기둥홈이 형성되게 배치하는 제2단계;
    볼트구멍(BH)이 형성된 연결전단판(210)을 준비하고, 연결전단판(210)을 유도볼트(220)에 끼우면서 상기 기둥홈에 끼워 맞추면서 돌출되게 설치하는 제3단계;
    제2단계에서 설치한 단위유닛모듈(100) 위로 단위유닛모듈(100)을 적층 설치하되, 기둥(110) 하단부의 마구리판(112)을 연결전단판(210) 위로 돌출한 유도볼트에 끼우면서 바닥보(120)보다 내들어간 기둥(110)을 상기 돌출된 연결전단판(210)에 맞춤 설치하는 제4단계;
    제4단계에서 설치한 단위유닛모듈의 기둥(110) 하단부의 마구리판(112)을 돌출한 유도볼트(220)에 너트(230)를 체결하는 제5단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈러 건축물의 일체 거동을 위한 단위유닛모듈의 접합방법.
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