KR101123416B1 - 수직도 측정 장치 - Google Patents

Abstract

지반에 타설되는 기둥 부재의 내벽에 삽입되며 상기 내벽에 대하여 3개의 접촉점을 갖는 지그; 상기 지그의 내부에 설치되며 연직 방향으로 레이저 빔을 출사하는 레이저 레벨 미터; 를 포함하는 수직도 측정 장치를 기재한다.

Description

수직도 측정 장치{VERTICALITY MEASURING DEVICE}

본 발명은 건축 및 토목 공사에서 지반에 타설되는 기둥 부재의 수직도를 측정하는 수직도 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 건축구조물에 사용되는 기둥 부재는 수평 구조재로부터 전달받은 하중을 지반 기초로 전달하는 구조재로서 구조물에서 가장 중요한 하중 지지물로 볼 수 있으며, 설계 시방서에 표시된 대로 정확한 위치에서 정확한 수직도가 확보되어야만 그 구조적인 내력을 충분히 발휘할 수 있다.

이러한 기둥 부재는 콘크리트나 철골 등의 재질로 이루어지며 기성품으로서 미리 제공되므로 기둥 부재 자체의 치수 공차는 일정 범위 내에서 관리되지만, 지반에 타설하는 과정에서 그 수직도를 유지하기가 매우 어렵다.

종래에는 건축 현장에서 기둥 부재의 수직도를 측정하기 위한 수단으로서, 측량추를 사용하거나 지상에 설치한 트랜싯 등의 측량기기를 사용하였다. 그러나, 기존의 측량추를 이용한 방법은 측량추가 진자 운동을 멈출 때까지 상당한 시간이 소요되고, 일단 정지된 측량추도 바람이나 진동 등의 외부 환경 변화에 따라 다시 움직이게 되므로 수직도 측정이 매우 번거로운 문제점이 있다. 그리고, 트랜싯 등의 측량기기를 이용하는 경우 2방향으로부터의 측정이 필요하며 기기의 설치가 용이하지 않다는 문제점도 발생한다.

또한 종래의 건설현장에 있어서 기둥 부재의 수직도 측정작업은 숙련된 작업자의 경험과 직관에 의존하여 이루어지기 때문에 일관된 측정결과를 얻을 수 없다는 한계도 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 기둥 부재 내벽에 3점 접촉되는 지그 및 상기 지그에 장착된 레이저 레벨 미터를 이용하여 비숙련자라 할지라도 손쉽고 정확하게 기둥 부재의 수직도를 측정할 수 있는 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 수직도 측정 장치는, 지반에 타설되는 기둥 부재의 내벽에 삽입되며 상기 내벽에 대하여 3개의 접촉점을 갖는 지그; 상기 지그의 내부에 설치되며 연직 방향으로 레이저 빔을 출사하는 레이저 레벨 미터; 를 포함한다.

본 발명에 따르면, 지그 형상을 이루는 삼각형의 무게 중심이 기둥 부재의 중심선을 통과하도록 지그를 기둥 부재의 내벽에 3점 접촉시키고 레이저 레벨 미터를 중심선에 배치함으로써, 지그가 기둥 부재의 내벽에 어떤 위치 및 자세로 접촉 하더라도 레이저 레벨 미터의 결상 지점과 기둥 부재의 중심선이 이루는 이격 각도 및 이격 방향을 통하여 기둥 부재의 수직도 및 기울어진 방향을 가시화할 수 있고 이를 정량화할 수 있으므로 비숙련자에 의한 작업이 가능하고 공사 효율을 크게 향상기킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 지반에 타설된 기둥 부재의 측단면도이다. 이를 참조하면 본 발명의 수직도 측정 장치에 의하여 수직도가 측정되어야 하는 당위성을 인지할 수 있다.

예를 들어, 건물의 신축이 예정된 지반은 건물이 신축될 건물 지반(10)과 기존 건물이나 도로가 이미 축조되어 있는 주변 지반(10´)으로 구획된다. 이러한 건물 지반(10)과 주변 지반(10´)은 부지 경계를 기준으로 구획된다. 일반적으로 건물의 신축시 공사에 따른 분진이나 소음을 차단하기 위하여 부지 경계에 인접하여 부지 경계벽(1)이 마련된다.

건물 지반(10)과 주변 지반(10´)의 부지 경계에 굴착/삽입 장비(31)가 안착될 수 있도록 지반을 정리한 후 굴착/삽입 장비(31)를 이용하여 구멍(30)을 천공하 고, 이 구멍(30)에 기둥 부재(100)를 삽입 고정한다. 구멍(30)의 천공 깊이는 건물의 축조 높이 및 건물벽의 축조 높이에 비례하여 결정된다.

기둥 부재(100)는 중공의 원기둥 형상으로서 콘크리트나 강철관을 이용하여 미리 완제품으로 제조된다. 이러한 기둥 부재(100)는 작업 현장에 원하는 개수만큼 공급되어 사용된다. 기둥 부재(100)는 부지 경계의 구멍(30)에 소정 간격으로 이격 설치되며 원기둥의 외주의 배면은 배면 토사를 지지하여 흙막이용 지주로서 역할을 하게 된다.

그러나, 구멍(30) 착굴시 오차로 인하여 구멍(30)의 수직도가 틀어질 수 있고, 기둥 부재(100)의 타설시 오차로 인하여 기둥 부재(100)의 수직도가 틀어질 수 있다.

이때, 본 발명의 수직도 측정 장치를 이용하여 기둥 부재(100)의 타설 과정 자체를 계속 모니터링함으로써 수직도 규격 범위 내로 기둥 부재(100)를 타설하거나, 이미 타설된 기둥 부재(100)의 수직도를 측정하여 수직도 규격 범위를 벗어나면 그 옆에 새로운 기둥 부재(100)를 추가 타설하는 등의 방법으로 기둥 부재(100)의 수직도를 관리할 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 수직도 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.

먼저 도 2를 참조하면 기둥 부재의 내벽에 3점 접촉되는 삼각형(T1)이 도시된다. 이러한 삼각형(T1)은 각 꼭지점이 기둥 부재의 내벽에 접촉되며, 각 변의 중선의 교점인 무게 중심은 삼각형(T1)이 기울어져 있더라도 기둥 부재의 중심선을 통과하게 된다. 예를 들어 상기 삼각형(T1)을 기둥 부재의 하단 평면에 정사영시킨 가상의 삼각형(T1')도 그 꼭지점(V1',V2',V3')이 기둥 부재의 내벽에 각각 접촉되며 그 무게 중심(C')은 기둥 부재의 중심선을 통과하게 된다.

도 3을 참조하면 복수의 삼각형에 대하여도 마찬가지 기하학적 성질이 적용됨을 알 수 있다. 즉 세 개의 삼각형(T1,T2,T3)의 각각의 꼭지점은 기둥 부재의 내벽에 각각 접촉되며, 세 개의 삼각형(T1,T2,T3)의 무게 중심(C1,C2,C3)은 기둥 부재의 중심선을 통과한다.

이와 같이 삼각형의 무게 중심이 기둥 부재의 중심선을 통과하는 성질을 이용하면, 삼각형이 어떤 위치 및 자세에 있더라도 그 무게 중심에 레이저 레벨 미터를 배치하기만 하면 레이저 레벨 미터의 레이저 빔이 출사되는 시작점은 기둥 부재의 중심선 상에 놓여지게 되고, 항상 연직 방향으로 출사되는 레이저 빔과 기둥 부재의 중심선이 이루는 경사 각도(또는 이격 각도(θ, 도 4 참조))이나 이격 거리(d, 도 6 참조)를 측정함으로써 기둥 부재의 수직도를 알 수 있다.

도 4 및 도 6은 이러한 특징을 포함하는 본 발명의 실시예를 도시한다. 지반에 수직한 지축 방향으로 레이저 빔을 출사하는 레이저 레벨 미터를 기둥 부재의 중심선에 일치시킬 수 있다면 기둥 부재의 수직도를 쉽게 측정할 수 있는데, 이를 위하여 마련되는 것이 바로 지그이다.

즉, 원에 내접하는 삼각형은 이등변 삼각형이며 그 무게 중심은 원의 중심과 일치하는 성질을 이용하여, 원형 단면을 갖는 기둥 부재에 3점 접촉하는 지그를 삽입하되, 지그의 중심에 레이저 레벨 미터를 장착한다.

그러나, 지그를 기둥 부재의 내부에 원활하게 삽입하기 위하여는 지그의 외관 사이즈가 기둥 부재의 직경보다 작아야 하는데, 이 경우 지그와 기둥 부재 사이의 틈새로 인하여 유격이 발생하여 지그가 흔들리므로 정확한 측정이 불가능하다. 이에 대한 대책으로 마련되는 것이 바로 지그의 3점 접촉 구조와 케이블의 연결 위치이다.

예를 들어 지그는 3개의 컬럼과 이를 연결하는 연결판으로 된 삼각 기둥 형상으로 제작된다. 이러한 구조를 갖는 지그는 기둥 부재 내부로의 원활한 삽입은 물론, 지그와 기둥 부재 사이의 유격 크기와 상관없이 지그를 흔들림없이 기둥 부재 내부에 삽입할 수 있으므로 일관된 수직도 측정을 가능하게 한다.

도 4는 기둥 부재(100)에 삽입된 본 발명의 수직도 측정 장치의 사시도이다. 도 5는 도 4의 측단면도로서, 도 4의 절단선 A-A'에 대한 것이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명의 수직도 측정 장치는 지그(200)와 레이저 레벨 미터(300)를 포함한다. 바람직하게는 측정판(400)을 더 포함할 수 있다.

지그(200)는 지반에 타설되는 기둥 부재(100)의 내벽(110)에 삽입이 원활하도록 기둥 부재(100)의 내벽(110)의 직경보다 작은 크기를 갖고, 내벽(110)에 대하여 3개의 접촉점(V1,V2,V3)을 갖는다. 지그(200)의 형상은 상기 3개의 접촉점(V1,V2,V3)을 꼭지점(V1,V2,V3)으로 포함하는 가상의 삼각 기둥(M) 또는 삼각뿔이며, 삼각 기둥(M) 또는 삼각뿔의 중심점에 레이저 레벨 미터(300)의 레이저 빔(L)의 출사점이 놓여진다.

일 실시예로서, 지그(200)는 삼각형 모양의 연결판(210)과, 연결판(210)의 각 꼭지점에 연결되는 제1컬럼(201), 제2컬럼(202) 및 제3컬럼(203)을 구비한다. 이때, 제1컬럼(201)의 상측 단부, 제2컬럼(202)의 하측 단부, 제3컬럼(203)의 하측 단부가 기둥 부재(100)의 내벽(110)에 점 접촉되고, 레이저 레벨 미터(300)는 연결판(210)의 무게 중심(C) 위치에 설치되어 기둥 부재(100)의 중심선(101)상에 배치된다.

레이저 레벨 미터(300)는 지반에 수직한 방향인 지축 방향으로 레이저 빔(L)을 출사하는 장치로서, 지반의 수직 방향으로 레이저 빔(L)을 출사하여 기둥 부재(100)의 수직도 측정을 위한 기준선 또는 기준점을 제공한다.

이러한 기준선 또는 기준점 역할을 하는 레이저 빔(L)에 대하여, 측정 대상물인 기둥 부재(100)의 중심선(101)의 이격 거리(d) 또는 이격 각도(θ)를 측정하면, 기둥 부재(100)의 수직도를 알 수 있다.

이때, 레이저 빔(L)의 진행이 지그(200)에 가로막히지 않도록 지그(200)의 재질은 예를 들어 아크릴 수지 등의 투명 플레이트를 원하는 크기 및 형상(예를 들어, 제1컬럼(201), 제2컬럼(202), 제3컬럼(203), 연결판(210))으로 잘라서 접착시킨 형상인 것이 바람직하다.

이와 같은 3점 접촉을 위하여 지그(200)의 3 개의 꼭지점(V1,V2,V3)이 기둥 부재(100)의 내벽(110)에 내접된다. 또한, 기둥 부재(100)의 내벽(110)에 삽입된 지그(200)의 하중을 인양 지지하는 케이블(260)이 지그(200)의 편중심된 위치인 케이블 연결부(261)에 연결됨으로써, 지그(200)가 경사진 상태에서 기둥 부재(100)의 내벽(110)에 접촉된다. 이와 같이, 케이블 연결부(261)는 기둥 부재의 중심선(C)에 서 편심된 위치에 있다. 케이블(260)은 기둥 부재(100)의 상단 개구부를 통하여 외부로 노출된다.

따라서, 지그(200)가 기둥 부재(100)의 어떠한 위치에 내려지더라도 지그(200)의 3점 접촉 구조에 의하여 레이저 레벨 미터(300)를 기둥 부재(100)의 중심선(101)에 일치시킬 수 있게 되고, 그 결과, 기둥 부재(100)의 수직도를 일관성 있게 측정할 수 있게 된다.

한편, 기둥 부재(100)의 직경이 크게 커지는 경우에도 동일한 크기의 지그(200)를 그대로 사용하면 지그(200)가 지나치게 기울어지므로 정확한 점 접촉 상태를 얻기 곤란하거나, 결과적으로 수직도 측정의 정확도가 떨어질 수 있다.

이러한 경우에 대한 실시예는 도 5에 가상선(이점 쇄선)으로 잘 도시되어 있다. 이를 참조하면, 기둥 부재(100)의 내벽 직경이 커지면 연결판(210)의 크기를 증가시켜 지그(200)의 사이즈를 키움으로써 지그(200)의 기울어진 각도를 일정 범위 내로 유지할 수 있다. 그 밖에도, 제1컬럼(201), 제2컬럼(202), 제3컬럼(203)의 가로 폭을 증가시켜 지그(200)의 사이즈를 증가시킴으로써, 지그(200)의 기울어진 각도를 일정 범위 내로 유지하는 실시예도 가능하다.

즉, 도 5에는 기둥 부재(100)의 직경이 크게 커지는 경우에, 3개의 접촉점은 참조부호 V1,V2,V3에서 V1",V2",V3"로 이동되지만 지그(200)의 기울어진 각도는 그대로 유지되는 예가 도시된다.

도 6은 본 발명의 수직도 측정 장치를 이용한 기둥 부재(100)의 수직도 측정 방법을 도시한 사시도이다.

이에 따르면, 기둥 부재(100)의 상측에 착탈되는 측정판(400)이 도시된다. 측정판(400)은 기둥 부재(100)의 수직도를 정량적으로 가시화하는 수단이다. 측정판(400)은 레이저 빔(L)이 결상되는 투명판으로서 측정원이 적어도 하나 이상 그려져 있다.

상기 측정원이 기둥 부재(100)와 동중심이 되도록 측정판(400)을 장착하고, 레이저 레벨 미터(300)에서 출사된 레이저 빔(L)이 측정판(400)에 결상된 빔 스폿(P2)과 기둥 부재의 중심선 위치(P1)의 이격 거리(d)를 측정하면 기둥 부재(100)의 경사각(θ)을 정량적으로 알 수 있다.

이때, 예를 들어 이격 거리(d)를 지그(200)의 삽입 길이(l)로 나누면 경사각(θ)의 라디안 값을 계산할 수 있다. 즉, d = l×θ의 관계식이 성립한다. 지그(200)의 삽입 길이(l)는 지그(200)를 기둥 부재(100)에 삽입하기 전후에 케이블의 길이 변화를 측정하는 방법으로 산출할 수 있다.

또한, 방위계(410)를 구비하고 측정판(400)을 방위계(410)와 일치하도록 동서남북 방향으로 배치한 다음, 기둥 부재(100)의 중심선 위치(P1)와 레이저 빔(L)이 측정판(400)에 결상된 빔 스폿(P2)을 연결한 직선의 방향을 측정하면 기둥 부재(100)의 기울어진 방향을 알 수 있다.

이와 같이 기둥 부재(100)의 수직도를 측정한 다음, 기둥 부재(100)의 수직도를 바로잡기 위하여 기둥 부재(100)에 힘을 가하여 빔 스폿(P2)이 기둥 부재(100)의 중심선(101)에 오도록 교정하거나, 수직도의 측정값이 허용 범위를 벗어나면 그 옆에 추가로 새로운 기둥 부재(100)를 정확한 수직도로 타설함으로써 기둥 공사의 품질을 관리할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 지반에 타설된 기둥 부재의 측단면도이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 수직도 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.

도 4는 기둥 부재에 삽입된 본 발명의 수직도 측정 장치의 사시도이다.

도 5는 도 4의 측단면도이다.

도 6은 본 발명의 수직도 측정 장치를 이용한 기둥 부재의 수직도 측정 방법을 도시한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...기둥 부재 101...중심선

110...내벽 V1,V2,V3...꼭지점

C...무게중심 200...지그

201...제1컬럼 202...제2컬럼

203...제3컬럼 210...연결판

260...케이블 261...케이블 연결부

300...레이저 레벨 미터 400...측정판

410...방위계 L...레이저 빔

Claims (8)

1. 지반에 타설되는 기둥 부재의 내벽에 삽입되며 상기 내벽에 대하여 3개의 접촉점을 갖는 지그; 및

   상기 지그의 내부에 설치되며 연직 방향으로 레이저 빔을 출사하는 레이저 레벨 미터; 를 포함하며,

   상기 지그의 형상은 상기 3개의 접촉점을 꼭지점으로 포함하는 가상의 삼각 기둥이며, 상기 삼각 기둥의 중심점에 상기 레이저 레벨 미터가 배치되는 수직도 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 레이저 빔 및 상기 기둥 부재의 중심선 사이의 이격 거리 또는 이격 각도를 측정함으로써 상기 기둥 부재의 수직도를 측정하는 수직도 측정 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 지그는 삼각형 모양의 연결판과, 상기 연결판의 각 꼭지점에 연결되는 제1컬럼, 제2컬럼 및 제3컬럼을 구비하며,

   상기 제1컬럼의 상측 단부, 상기 제2컬럼의 하측 단부, 상기 제3컬럼의 하측 단부가 상기 기둥 부재의 내벽에 점접촉되고,

   상기 레이저 레벨 미터는 상기 연결판의 무게 중심 위치에 설치되는 수직도 측정 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 기둥 부재의 내벽 직경이 커지면 상기 연결판의 크기를 증가시키거나 상기 제1컬럼, 상기 제2컬럼 및 상기 제3컬럼의 폭을 증가시킴으로써, 상기 지그의 기울어진 각을 일정 범위 내로 유지하는 수직도 측정 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 지그는 상기 레이저 레벨 미터에서 출사된 레이저 빔을 투과시키는 투명 플레이트로 이루어진 수직도 측정 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 기둥 부재의 내벽에 삽입된 상기 지그의 하중을 인양 지지하는 케이블이 상기 지그의 편중심 위치에 연결됨으로써, 상기 지그가 경사진 상태에서 상기 기둥 부재의 내벽에 접촉되는 수직도 측정 장치.
8. 제1항 내지 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기둥 부재의 상측에 착탈되며 상기 레이저 빔이 결상된 빔 스폿이 형성되는 것으로, 측정원 및 방위계 중 적어도 하나를 구비하는 측정판; 을 포함하며,

   상기 측정원이 상기 기둥 부재와 동중심이 되도록 상기 측정판을 배치하고 상기 기둥 부재의 중심선에서 상기 빔 스폿이 벗어난 거리 또는 방향을 측정함으로써 상기 기둥 부재의 수직도를 측정하는 수직도 측정 장치.

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