KR101062393B1 - 3차원 프레임용 빔 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직선이 아닌 3차원적으로 곡률을 가지는 프레임용 빔을 변형 또는 뒤틀림 없이 제작할 수 있는 방법에 관한 것으로, 설계된 중공의 프레임용 빔의 길이방향에 따른 세그먼트를 판재로부터 재단하여 형성하는 재단단계; 연결빔에 의해 일체로 고정돼서 상기 설계된 프레임용 빔의 길이방향에 따라 서로 이격되어 배치되고 상기 프레임용 빔의 외주면의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 복수의 성형지그에 상기 세그먼트를 배치하는 거치단계; 및 상기 성형지그에 배치된 세그먼트를 서로 접합시키는 접합단계를 포함한다.

Description

3차원 프레임용 빔 제작방법{Beam manufacturing method of 3 dimensional frames}

본 발명은 3차원 프레임용 빔 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직선이 아닌 3차원적으로 곡률을 가지는 프레임용 빔을 변형 또는 뒤틀림 없이 제작할 수 있는 방법에 관한 것이다.

건물에서 골조로 사용되는 프레임은 하중을 지지하기 위한 것으로, 특히 건물의 외측에 노출되는 프레임용 빔은 외관이 미려한 사각빔의 형태로 제작된다.

최근 다양한 건물디자인이 시도되면서, 이에 부합되는 건축재료 역시 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 프레임의 경우에는 일정한 곡률 또는 곡면을 가지도록 하기 위하여, 미리 직선형으로 형성된 프레임용 빔을 벤딩장치를 이용해서 굴곡시키거나, 공장에서 프레임용 빔을 압출시 곡률을 부여하는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 이러한 방법은 다양한 곡률에 대응할 수 없을 뿐 아니라, 1개의 프레임용 빔에 1개의 곡률만 적용이 가능하다.

따라서, 2 이상의 곡률이 서로 다른 평면에서 구현되는 경우에는 기존의 공법으로는 제작이 곤란하다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 2 이상의 곡률이 서로 다른 평면에서 구현되는 3차원의 곡률을 가지는 프레임용 빔을 다양한 설계조건에 맞추어 생산할 수 있는 방법을 제시하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 설계된 중공의 프레임용 빔의 길이방향에 따른 세그먼트를 판재로부터 재단하여 형성하는 재단단계; 연결빔에 의해 일체로 고정돼서 상기 설계된 프레임용 빔의 길이방향에 따라 서로 이격되어 배치되고 상기 프레임용 빔의 외주면의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 복수의 성형지그에 상기 세그먼트를 배치하는 거치단계; 및 상기 성형지그에 배치된 세그먼트를 서로 접합시키는 접합단계를 포함하는 3차원 프레임용 빔 제작방법이다.

상기 거치단계에서 상기 프레임용 빔의 내부에 복수의 리브를 고정하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 성형지그는 상기 세그먼트의 삽입을 위해 일측에 개방된 삽입부를 가지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 세그먼트에는 인접하는 프레임용 빔 간의 조립을 위한 결합홈 또는 결합돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 접합단계는 용접에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 거치단계에서 접합 전의 세그먼트의 배치상태를 유지하기 위해 상기 프레임용 빔의 양단 내부로 상기 프레임용 빔의 내벽면에 맞닿는 외주면을 가지는 보조지그가 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 보조지그는 상기 연결빔에 착탈가능한 보조빔에 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통하여, 더욱 다양한 형태의 건물을 제작할 수 있으며, 설계자의 입장에서도 좀 더 화려하고 참신한 디자인을 건물에 적용하는 것이 가능하다. 또, 다품종의 생산이 가능하므로, 건물의 설계에 즉각 대응하여 프레임용 빔을 제작할 수 있다.

따라서, 단순히 내부에 공간을 형성하는 기존의 건출물의 개념과 달리, 설계자의 디자인을 실현할 수 있는 미적 표현의 대상물로써 승격시키는 것이 가능하다.

또, 건물 외에 조형물, 선박 등의 다양한 구조물에서도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 재단단계를 설명하는 분해사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 거치단계를 설명하는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따라 완성된 프레임용 빔의 사시도이다.
도 4는 도 3의 프레임용 빔을 결합하는 모습의 분해사시도이다.
도 5는 도 4의 과정을 거쳐 완성된 프레임의 사시도이다.
도 6은 건축 구조물에 사용되는 프레임의 전체적인 모습의 사시도이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 프레임용 빔 제작방법은 기본적으로, 프레임용 빔을 구성하는 세그먼트를 재단하는 재단단계와, 재단된 세그먼트를 프레임용 빔의 형상으로 조립시키는 거치단계와, 각 세그먼트를 접합하여 건축자재의 프레임용 빔으로 완성시키는 접합단계를 포함한다.

재단단계에 앞서, 먼저 프레임용 빔(100)을 3차원으로 설계한다. 이 때, 상기 프레임용 빔(100)의 각 세그먼트(110,120,130,140)를 각각 모델링하여 이후 작업에서 서로 접합한 경우에 잔류응력의 발생을 억제할 수 있도록 한다.

이렇게 모델링된 각 세그먼트(110,120,130,140)의 전개도를 금속 등의 재질로 이루어지는 판재에 마킹하거나, NC머신에 그 데이터를 입력하여 목적하는 세그먼트(110,120,130,140)의 형상대로 절개한다.

그리고, 길이를 연장시키거나 서로 수직방향으로 결합시키기 위해, 인접하는 프레임용 빔(100,101,102,103) 간의 결합이 필요하다. 이를 위해 모델링 작업시 상기 세그먼트(110,120,130,140) 중 일부에는 원형 또는 장원형 등의 결합홈(106,112,114)또는 결합돌기(116)를 포함시킬 수 있다.

또, 상기 프레임용 빔(100)의 설계 완성 후에는 상기 프레임용 빔(100)의 외측에 접촉하여 지지할 수 있는 성형지그(220)를 설계한다. 상기 성형지그(220)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 프레임용 빔(100)의 길이방향을 따라 서로 이격돼서 상기 프레임용 빔(100)의 외주면을 감쌀 수 있는 거치부(222)를 가진다.

본 발명의 실시예에서는 직사각형 단면의 프레임용 빔(100)을 제작하고자 하므로, 상기 성형지그(220)의 거치부(222)는 상측이 개방된 사각형태의 홀로 형성된다. 다라서, 상기 성형지그(220)의 거치부(222)는 상기 프레임용 빔(100)의 상측을 제외한 3면을 지지하게 된다.

상기 거치부(222)는 일측이 개방된 홀의 형태로 형성되며, 상기 프레임용 빔(100)의 굴곡에 따라 각 위치에 맞도록 설계하여야 한다. 또한, 상기 각 성형지그(220)는 서로 결합하여 전체적으로 하나의 고정틀을 이루도록 연결빔(210)에 의해 고정된다.

상기 연결빔(210) 역시 상기 프레임용 빔(100)의 설계에 맞추어 상기 성형지그(200)의 위치(평면위치 및 높이)를 설정할 수 있도록 제작된다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 거치대의 좌우상하측을 서로 고정하도록 4개의 연결빔(210)을 사용하였으며, 그 수의 제한은 없다.

이와 상기 성형지그(220)와 연결빔(210)을 포함하여 구성되는 성형부(200)에 상기 세그먼트(110,120,130,140)를 배치하는 거치단계를 수행한다. 이 때, 향후 강성의 보강을 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 상기 프레임용 빔(100)의 내부에 복수의 리브(150)를 일정 간격으로 배치할 수 있다. 상기 리브(150)는 상기 프레임용 빔(100)의 단면의 형상과 동일한 형상을 가질 수 있으며, 트러스 구조로 형성되는 것도 가능하다. 상기 리브(150)는 일부의 세그먼트(120,130,140)만 배치된 상태에서 상기 리브(150)를 미리 배치 또는 접합을 한 후, 나머지 세그먼트(110)를 미리 설치된 세그먼트(120,130,140) 및 상기 리브(150) 위에 접촉하도록 배치한 후, 저항용접 등의 전기용접으로 접합시킬 수 있다. 도 3에서는 상기 리브(150)가 배치되는 부분의 단면도가 표시된다.

만일, 리브(150)를 사용하지 않는 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상측의 세그먼트(110)가 밑으로 떨어지는 것을 방지하기 위해 상기 프레임용 빔(100)의 양단에 상기 세그먼트(110,120,130,140)의 형태를 유지시켜 줄 수 있는 보조지그(300,310)을 삽입설치할 수 있다.

상기 보조지그(300,310)는 상기 프레임용 빔(100)의 양단의 형상에 맞추어 미리 제작된다.

이렇게 배치된 각 세그먼트(110,120,130,140)는 상기 성형부(200) 내에서 전기용접 등에 의한 방법으로 서로 접합된다.

상기와 같은 과정을 통해 1개의 프레임용 빔(100)을 완성할 수 있다. 이렇게 제작되는 프레임용 빔(100)은 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 프레임(100,101,102,103)을 서로 연결시키는 것에 의해 하나의 구조체인 프레임을 형성할 수 있다.

상기 프레임용 빔(100,101,102,103)의 연결을 위하여 상술한 결합홈(106,112,114) 또는 결합돌기(116)를 이용할 수 있으며, 상호 지지력을 보조하기 위하여 커넥터(104,105)를 사용할 수 있다.

좀 더 상술하면, 상기 프레임용 빔(101,102)의 측면에 미리 커넥터(104,105)를 고정볼트(미도시) 등에 의한 결합수단으로 고정시킨 후에, 다른 프레임용 빔(100,103)에 상기 커넥터(104,105)를 삽입시키면서 상기 프레임용 빔(101,102)과 하나의 구조체를 이루도록 한다. 또, 상기 커넥터(104,105)의 결합능력을 보조하기 위해서, 상기 프레임용 빔(100,103)의 외측에서 상기 커넥터(104,105)를 향하여 고정볼트(미도시) 등으로 상기 프레임용 빔(100,103)과 상기 커넥터(104,105)를 확고하게 결합시킬 수 있다.

이러한 결합공정을 거치면 도 5에 도시된 바와 같은 하나의 단위구조체가 완성된다. 이러한 단위구조체를 연속적으로 결합시키면 도 6과 같은 미려한 외관의 프레임을 형성하는 것이 가능하다. 본 발명에 따라 완성된 프레임은 미리 3차원 설계로 재단하였으므로 서로 용접에 의해 결합하여도 치수변형에 의한 잔류응력의 발생이 최소화될 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100,101,102,103: 프레임용 빔 104,105: 커넥터
110,120,130,140: 세그먼트 106,112,114: 결합홈
116: 결합돌기 150: 리브
200: 성형부 210: 연결빔
220: 성형지그 222: 거치부
300,310: 보조지그

Claims (8)

1. 설계된 중공의 프레임용 빔의 길이방향에 따른 세그먼트를 판재로부터 재단하여 형성하는 재단단계;
   연결빔에 의해 일체로 고정돼서 상기 설계된 프레임용 빔의 길이방향에 따라 서로 이격되어 배치되고 상기 프레임용 빔의 외주면의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 복수의 성형지그에 상기 세그먼트를 배치하는 거치단계;
   상기 성형지그에 배치된 세그먼트를 서로 접합시키는 접합단계를 포함하는 3차원 프레임용 빔 제작방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 거치단계에서 상기 프레임용 빔의 내부에 복수의 리브를 고정하는 것을 특징으로 하는 3차원 프레임용 빔 제작방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 성형지그는 상기 세그먼트의 삽입을 위해 일측에 개방된 거치부를 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 프레임용 빔 제작방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 세그먼트에는 인접하는 프레임용 빔 간의 조립을 위한 결합홈 또는 결합돌기가 상기 프레임용 빔의 외주면에 위치하도록 형성되고, 상기 결합홈이 형성된 프레임용 빔과, 상기 결합홈과 결합가능한 결합돌기가 형성된 프레임용 빔이 상기 결합홈과 상기 결합돌기가 상호 결합하는 것에 의해 조립되는 것을 특징으로 하는 3차원 프레임용 빔 제작방법.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 접합단계는 용접에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 프레임용 빔 제작방법.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 거치단계에서 접합 전의 세그먼트의 배치상태를 유지하기 위해 상기 프레임용 빔의 양단 내부로 상기 프레임용 빔의 내벽면에 맞닿는 외주면을 가지는 보조지그가 삽입되는 것을 특징으로 하는 3차원 프레임용 빔 제작방법.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 보조지그는 상기 연결빔에 착탈가능한 보조빔에 고정되는 것을 특징으로 하는 3차원 프레임용 빔 제작방법.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제작방법에 의해 이루어진 3차원 프레임용 빔.

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