KR101240376B1 - 스틸하우스의 프레임어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스틸하우스의 프레임어셈블리에 관한 것으로서, 다수의 프레임재를 용접, 볼팅, 리벳팅고정하여 전체 프레임어셈블리(A)를 구성하고, 상기 프레임어셈블리(A)는 기초부로서의 길이방향으로 연장되는 베이스어셈블리(B)를 가지는 스틸하우스의 프레임어셈블리에 있어서; 상기 베이스어셈블리(B)는, 표준규격의 2개 이상의 단면 중공 'ㅁ' 형 프레임재를 길이방향으로 상호 용접합하여 수직프레임 복합체를 구성하고, 그 상방에 직립하는 프레임재를 고정하기 위한 작업면을 구성하기 위하여 상기 수직프레임복합체 상에, 폭이 긴 쪽을 수평방향으로 배설한 단면 중공 'ㅁ' 형 프레임재인 수평프레임을 상기 수직프레임 복합체 상에 길이 방향으로 용접고정하여 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

스틸하우스의 프레임어셈블리{THE FRAME ASSEMBLY OF STEEL HOUSE}
본 발명은 스틸하우스의 프레임어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스틸재를 기본적인 골조재료로 하여 구성되는 스틸하우스(Steel house)에서의 프레임어셈블리의 구성, 특히 기초부인 베이스의 구성의 개선에 관한 것이다.
종래로부터의 일반적인 콘크리트 및 시멘트골조를 사용하는 주택에 대하여 근래에는 다양한 소재의 골조를 사용하는 주택이 등장하고 있다.
이러한 주택의 예는 근래까지 보급이 확대되던 목조주택이 있다. 목조주택은 통상적인 시멘트골조를 사용하여 그 골조가 구성되는 주택과는 달리, 원목이나 가공목을 주로 하여 교외 등에 건축하여 구성하는 것으로서 개인적인 취향과 목재 고유의 질감으로 인하여 고급주택 또는 교외의 세컨드주택, 별장등으로 각광을 받았다.
그러나 이러한 목재의 골조를 사용하는 주택의 경우, 목재를 작업현장의 기초에 세워 건축하여야 하므로 작업이 주택작업현장에만 국한되므로 공간적으로 협소한 지역이거나 하절기 등에는 작업성이 불량하여 건축이 용이하지 아니하고, 대부분이 외국산의 목자재를 가공한 것을 규격화하여 수입하여 가격이 고가의 것으로서 부유층의 전유물이 되다시피 하여 별장이나 세컨드하우스 정도로 사용되어 보급성이 낮았다.
또한, 내구성도 종래 시멘트 주택에 비하여 높지 않아 새로운 소재의 주택이 요망되었다. 이러한 종래 목조주택의 단점을 극복하기 위한 소재로서 스틸재의 소재를 사용하여 골조를 구성한 소위 스틸하우스가 최근들어 급격히 보급되고 있다.
스틸하우스는 고강도의 다양한 단면 형상의 중공체의 스틸봉재 등을 스터드, 다양한 단면형상의 프레임으로 채용하므로 주택의 내구성이 극히 높아지고, 재료의 원가 또한 목조에 비하여 저렴한 장점이 있다.
스틸하우스가 가지는 장점으로서는 한정된 주택 공간 내에서의 효율적인 구조계획 및 각 부재에 인가되는 균일한 강도의 확보가 가능하고, 프레임부재를 구성하는 강재 자체의 강도가 높고 용접 등으로 고정되므로 종래의 시멘팅 이나 못 등으로 결합하는 방식에 비하여 작업성이 우수하며 부재의 결합력이 강하며 내진성, 내화성 역시 양호하다.
또한 주택이 위치하는 장소에서 이격된 생산공장에서의 대량 생산으로 현장에서의 작업에 비하여 작업환경 개선이 가능하고 폐 스틸하우스의 경우, 철강재의 재활용이 용이하며 목재 등의 사용의 경우에 비하여 폐자재 발생이 적어 환경 친화적이라는 점 또한 우수한 장점이 되고 있다.
특히 생산적인 측면에서 보면 공장에서의 패널가공 등으로 건식공법이 가능하며, 이에 따른 공기단축과 균일한 공사 및 품질 확보가 가능하며 자재의 규격화가 용이하다.
종래에로부터 스틸하우스 역시, 콘크리트 기초 위에 건축하는 경우가 있었으나 최근 들어서의 경량형의 스틸하우스가 레저단지 등으로 대량공급되고 있고 이러한 스틸하우스는 별도의 기초없이 스틸부재의 강성이 가지는 강도만으로 구조물을 구성하여 실제 설치되는 현장에서의 기초 상에 안치하여 설치하고 있다.
경량 스틸하우스가 가지는 최고의 장점은 그 조립물의 자체 고강도로 인하여 어디에서든 조립하여 설치장소로 이동할 수 있다는 이동성에 있게 된다. 따라서 공장 등에서 규격화하여 대량생산하여 실제 주택지로 운반하여 설치 및 각종 배관시설만 연결하면 바로 사용할 수 있다는 점에 있다.
스틸하우스의 설계 및 조립에 있어서 가장 중요한 기술적인 관점은 기존의 대량생산되는 스틸재의 구조물을 여하히 사용함으로써 생산비를 저감시키고 작업을 표준화할 수 있는 가에 달려 있다.
즉, 스틸하우스의 설계에 있어서, 스틸하우스에서만 채용되는 특유한 부품이 있게 되어 이를 제철연관업체에서 생산하는 것은 고가의 비용이 소요되어 바람직하지 못하고 기존의 표준화되어 대량생산되는 스틸바아, 스틸프레임, 스틸빔, 스틸환봉 등을 적절히 사용하여 구성하는 것이 중요한 졍제적, 기술적인 채용관점이 된다.
종래에는 스틸하우스를 구성함에 있어서, 일반 시멘트 주택의 기초부가 되는 베이스를 구성하되, 표준화되어 생산되어 다양한 용도로서 건축 현장에서 사용되어온 아이빔(I-Beam) 또는 에이치빔(H-Beam)을 기초로 사용하여 그 위에 각종의 부재를 용접 또는 리벳팅 등의 방법으로 조립하여 구성하였다.
즉, 아이빔(I-Beam) 또는 에이치빔(H-Beam)은 대량생산에 의하여 구하기도 쉽고 그 단면계수에 의한 강성이 높아 채용되어 온 것이나, 상대적으로 도 1의 예시적인 사시도와 같은 주택구조물을 그 위에 구성하는 베이스로서 사용함에 있어서는, 하기에는 문제점이 하기와 같이 발견되었다.
도 1을 참조하여 도 5 에 도시되는 바와 같이,
종래의 범용의 기성재인 'I' 빔(1)을 길이가 긴 방향으로 기초부재 즉, 베이스로서 사용하고 그 상방에 직립하는 기둥부재인 스터드 또는 다각형의 버티컬프레임(2)을 용접(W)으로 고정하여 다져진 지면 또는 시멘트타설기초(B)에 매설하여 구성하였다.
물론, 스터드프레임(2)은 본 발명을 설명하는 도 1 에서와 같이,
그 상방에 벽체를 구성하기 위한 조이스트 등의 리브프레임, 러너 등의 천정부재 등의 다수의 프레임이 용접 등으로 고정됨은 물론이고 이 스터드프레임(2)에 집중되는 하중(G)은 모두 기초부인 I빔(1)에 인가되게 된다.
이러한 I빔(1) 또는 H빔(도시하지 아니함)을 사용하는 이유는 단면계수에 의한 상대적으로 강성이 뛰어나고 기성품으로서 별도의 생산없이 기성품을 구매하여 사용할 수 있는 장점에 기인한다.
그러나 이러한 종래로부터의 I빔(1) 등의 기성품의 빔을 사용하여 그 상방에 부재를 직립용접 등으로 구성하는 경우 하기와 같은 문제점이 있었다.
(1) I빔(1)은 중실체로서 그 중량이 상당한 것으로서 하우스 설치장소에서 이격된 공장에서 제작, 완성하여 이동시키기가 매우 어려운 문제점이 있다.
(2) 또한, 길이가 긴 I빔(1)은 단면 강성은 양호하지만 길이방향으로는 강성이 상대적으로 낮아 길이방향 변형이 유발되는 문제점이 있었다. 따라서 전체 하우스의 비틀림이나 길이방향으로의 변형에 의한 벽체의 균열 등이 다발하였다.
(3) 통상, I빔(1)에 사용되는 강철재와 스터드, 'ㅁ'형 프레임 등에 사용되는 철의 소재는 상이한 것으로서 하절기 또는 동절기의 온도변화에 따른 열팽창계수가 다르게 되어 시간이 경과하면 용접(W)을 수행한 부위에서 크랙이 유발되어 이탈하거나 변형되는 등의 중대한 문제점을 야기시켜 스틸하우스의 수명을 저하시키는 요인이 되었다.
(4)도 5에서와 같이, I빔(1)의 상방보(1-1,1-2)로도 분산된 하중(g1,g2)이 인가되고 이 분산된 하중(g1,g2)에 의한 상방보(1-1,1-2)의 회전모우멘트(m1,m2)로 인한 변형이 다발하고 있어 전체 하우스어셈블리의 변형이 발생하였다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,
다수의 프레임재를 용접, 볼팅, 리벳팅고정하여 전체 프레임어셈블리를 구성하고, 상기 프레임어셈블리는 기초부로서의 길이방향으로 연장되는 베이스어셈블리를 가지는 스틸하우스의 프레임어셈블리에 있어서;
상기 베이스어셈블리는, 표준규격의 2개 이상의 단면 중공 'ㅁ' 형 프레임재를 길이방향으로 상호 용접합하여 수직프레임 복합체를 구성하고,
그 상방에 직립하는 프레임재를 고정하기 위한 작업면을 구성하기 위하여 상기 수직프레임복합체 상에, 폭이 긴 쪽을 수평방향으로 배설한 단면 중공 'ㅁ' 형 프레임재인 수평프레임을 상기 수직프레임 복합체 상에 길이 방향으로 용접고정하여 가지는 것을 기본적인 구성의 특징으로 한다.
본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리는 기성화된 표준 규격의 단면 ㅁ 형상의 프레임재를 조합하여 구성함으로써,
전체 스틸하우스의 중량은 극소화하여 적재, 이동, 하역을 용이하게 하면서도 길이방향으로 강성을 증대시켜 상방의 다수의 중량부재의 용접고정에도 내구성을 보장할 수 있게 하는 유용성을 가진다.
나아가 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리는 기성품을 조합구성하여 베이스어셈블리로 사용함으로써 생산비와 재료비를 최소화하여 경제성이 있는 스틸하우스의 보급이 가능하게 하는 장점 역시 가지는 것이다.
도 1은 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리가 적용된 스틸하우스의 골조조립체를 도시하는 예시적인 사시도.
도 2는 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리의 주요부인 베이스부분을 도시하는 도 1 의 B 부 사시도.
도 3 은 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리의 지붕부를 도시하는 도 1 의 C 부의 사시도.
도 4는 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리의 주요부인 베이스부분을 설명하는 도 2의 E-E 선을 따라 취한 단면도.
도 5 는 종래의 스틸하우스에서의 베이스의 예를 도시하는 도 2의 E-E 선 단면에 해당하는 단면도이다.
이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리가 적용된 스틸하우스의 골조조립체를 도시하는 예시적인 사시도, 도 2는 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리의 주요부인 베이스부분을 도시하는 도 1 의 B 부 사시도, 도 3 은 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리의 지붕부를 도시하는 도 1 의 C 부의 사시도, 도 4는 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리의 주요부인 베이스부분을 설명하는 도 2의 E-E 선을 따라 취한 단면도로서 순차적으로 설명하고자 한다.
본 발명이 적용되고 일부는 종래의 구성과 동일한 스틸하우스의 프레임어셈블리(A)로서 본 발명의 요부인 베이스어셈블리(B)가 일측 기초부에만 적용되어 도시하는 도 1 에서와 같이, 하우스의 설치장소와는 이격된 조립공장에서 조립되고,
후술하는 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리(A)의 베이스어셈블리(B)가 적용되어 저면기초부로 작용하는 베이스부를 구성하고 그 상방에 직립하는 프레임부재인 스터드프레임(10,11,12,13..)이 모서리부에 용접 등으로 고정되는 조립체이다.
스터드프레임(10,11,12,13..)에 대하여 수평하는 프레임부재인 조이스트프레임(20,21,22,, ) 및 스터드프레임(10,11,12,13..)을 수평으로 연결하는 러너프레임(30,31,32..) 및 다수의 수평, 수직의 보강프레임인 리브프레임(40,41,42,43,..)이 각각 용접조립되어 하우스프레임을 구성하여 골조인 프레임어셈블리(A)를 구성하게 된다.
상기의 설명에서 각각의 프레임부재의 명칭은 현장에서 다양하게 사용되고 있으며 특정한 형태를 지칭하는 것은 아니다.
이러한 프레임어셈블리(A)가 구성하는 골조에 대하여 벽체, 사이딩부재 등을 마감하여 전체 하우스가 완성되는 것이다.
종래에는 이러한 프레임어셈블리(A)를 구성함에 있어서 베이스로서 I빔 등을 사용함으로써 상술한 다수의 문제점이 발견되었다.
본 발명에서는 프레임어셈블리(A)의 베이스어셈블리(B)를 구성함에 있어서 하기와 같은 기술적인 주안점을 두고 있다.
(1) 기존의 기성품의 표준화된 단면 ''ㅁ 형 등의 프레임을 그대로 활용함으로써 생산원가를 저감시키고,
(2) 길이방향으로의 변형을 최소화하고 설치 장소로의 이동 시에 중량을 최소화하기 위하여 중실체가 아닌 중공체의 단면 ''ㅁ 형 등의 프레임을 사용하고,
(3) 표준화된 단면 ''ㅁ 형 등의 프레임을 최적화하여 강도를 보장하는 구성을 제공한다.
도 2 에는 본 발명이 적용된 도 1의 도 2는 본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리(B) 부분 만을 도 1 의 A 부 사시도로서 도 3과 함께 설명한다.
본 발명에서는 스틸하우스의 베이스어셈블리(B)를 구성함에 있어서,
도 2의 사시도 및 도 4 의 단면도에 도시되는 바와 같이,
복수 개의 경량의 중공 ㅁ형 프레임을 조합하여 채용하여 구성함으로써 기존의 표준화되어 공급되는 프레임부재를 활용하고 경량화 및 고강성을 제공한다.
도 4 에 단면도로서 상세히 도시하는 바와 같이,
본 발명의 베이스어셈블리(B)는 복수 개의 단면 중공 'ㅁ' 형의 프레임재를 기본적인 부재로 조합하여 구성하는 것을 기술적인 관점으로 하고 있다.
단면 중공 'ㅁ' 형의 프레임재는 표준화된 폭과 넓이 및 길이로서 대량생산되어 사용되고 있으므로 이를 규격에 따라서 구하기는 극히 용이하다.
본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리에 채용되는 베이스어셈블리(B)는,
단면 중공 'ㅁ' 형의 프레임재로서 선택되는 제1수직프레임(50)과, 이 제1수직프레임(50)과 길이방향으로 맞대어 다수의 포인트, 또는 직선상으로 용접되어 고정되는 제2수직프레임(51)을 가지고, 제1수직프레임(50) 상에는 실제적인 작업면이 되는 수평프레임(60)을 역시 길이방향으로 용접합하여 일체형으로 구성하여 만든다.
각각 용접고정되는 제1수직프레임(50)과 제2수직프레임은 통상의 단면 중공체인 'ㅁ' 형 프레임재를 그대로 사용하고, 제1수직프레임(50)의 높이(h1)에 대하여 제2수직프레임(51)은 그 높이(h2)가 같거나 상이할 수 있으며 도시하는 실시예에서는 2배 정도의 높이를 가지고 있다.
물론 제1수직프레임(50)에 대한 제2수직프레임의 높이는 설치장소의 환경과 제공되는 기초부의 형상, 기초부의 지질적인 변수에 따라서 가변될 수 있을 것이다.
이에 대하여 수평프레임(60)은 도시하는 바와 같이,
제1,2수직프레임(50,51)의 폭(b)보다 더 긴 수평방향의 폭(B)을 가지도록 수평프레임(60)의 수평방향의 양단은 제1,2수직프레임 적층체에 비하여 돌출하게 된다.
이렇게 수평프레임(60)을 제1,2수직프레임(50,51)의 폭(b)보다 더 긴 수평방향의 폭(B)을 가지도록 한 것은 그 상방 작업면(F)의 길이방향으로 다수개의 직립하는 프레임재를 고정하기에 적합한 작업면을 제공하기 위한 것이다. 즉, 이 수평프레임(60)의 상방에 상술한 각종의 구성용 프레임이 용접되는 작업면(F)을 구성하게 된다.
또한, 제1,2수직프레임(50,51)의 일측 이상의 측면(S)과 수평프레임(60)의 저면 사이에는 개략 삼각형상의 판상재인 브라켓(70)이 길이방향으로 등간격으로 용접되어 고정되어 구성된다.
이러한 구성으로서 제1,2수직프레임(50,51)의 상방 양측으로 돌출하여 연장하는 수평프레임(60)의 외팔보부(60-1,60-2)는 상방구조물의 하방으로의 하중(W)에 대하여 반력(M1)이 제공되어 강성이 증대하여 상면 작업면(F)에 많은 직립하는 부재를 고정하여도 지지가능한 강성을 제공하게 되는 것이다.
브라켓(70)은 베이스어셈블리(B)의 외방(O) 측으로만 고정하여도 무방하며 이는 내방(I) 측으로는 도 4 에 도시하는 바와 같이,
베이스어셈블리(B)에 대하여 측방으로 수평하게 용접되는 다수 개의 리브프레임(45)이 길이방향으로 연속적으로 용접고정되어 있으므로 상방으로부터의 하중에 대한 반력(M2)을 충분히 제공할 수 있기 때문이다.
이러한 구성으로 하는 이유는 대부분의 기본프레임을 중공체의 프레임으로 함으로써 종래 대량생산되어 시판되는 프레임을 그대로 사용할 수 있고 내방 중공체로 인하여 전체 스틸하우스의 중량이 저감되어 차량 등으로의 운반이 극히 용이하게 되고, 나아가 스틸하우스 자체의 강성은 다수의 프레임결합체로 함으로써 단면계수가 극대화되어 충분히 보장되는 유용성에 기인한다.
본 발명에서는 2개의 수직방향으로 적층되는 제1,2수직프레임(50,51)을 도시하고 있지만 2개 이상의 프레임을 결합하여 적용되는 설치장소의 지질학적인 환경에 적응할 수 있음은 물론이다.
또한, 제1,2수직프레임(50,51)의 폭과 수평프레임(60)의 폭을 같게 구성하여도 무방하나 제1,2수직프레임(50,51)의 폭이나 높이가 너무 크면 단면계수가 저하되는 경우가 발생할 수 있다.
본 발명의 스틸하우스의 프레임어셈블리에서의 또 하나의 개선부가 도 3에 도시된다.
베이스어셈블리(B)의 상방부의 지붕지지부를 구성하는 루프프레임(100)의 단부는 상방의 슁글 등의 지붕재를 지지하는 러너프레임(101)이 마감부로서 용접고정되어 있다.
종래에는 이러한 단부마감재로서 러너프레임(101)이 용접고정되어 있을 뿐이었으나, 전체 스틸하우스의 프레임어셈블리(A) 또는 벽면, 사이딩, 지붕재 등이 마감처리된 스틸하우스 전체를 설치장소로 이동하기 위하여 대형트럭 등에 적재하거나 하역하는 경우, 강성이 비교적 약한 루프프레임(100) 부에 손상이 다발한다.
즉 적재 및 하역 시에 외부부재와 충돌하여 찌그러짐이나 탈락 등의 경우가 다발하여 본 발명에서는 상기하는 루프프레임(100)의 단부의 지붕재를 지지하는 러너프레임(101)에 대하여 역시 길이방향으로 러너보강프레임(102)과 같은 보강프레임을 러너프레임(101)에 대하여 'ㄱ' 형상으로 용접처리하여 강도를 증대시킨다.
이러한 구성으로서 적재, 하역 및 운송과정에서 외부충격에 대하여 찌그러짐 등이 극소화되는 보강효과를 가지게 된다.
A; 프레임어셈블리
B; 베이스어셈블이
100; 루프프레임
101; 러너프레임
102; 러너보강프레임

Claims (3)

  1. 다수의 프레임재를 용접, 볼팅, 리벳팅고정하여 전체 프레임어셈블리(A)를 구성하고, 상기 프레임어셈블리(A)는 기초부로서의 길이방향으로 연장되는 베이스어셈블리(B)를 가지는 스틸하우스의 프레임어셈블리에 있어서;
    상기 베이스어셈블리(B)는, 표준규격의 2개 이상의 단면 중공 'ㅁ' 형 프레임재를 길이방향으로 상호 용접합하여 수직프레임 복합체를 구성하고,
    그 상방에 직립하는 프레임재를 고정하기 위한 작업면을 구성하기 위하여 상기 수직프레임복합체 상에, 폭이 긴 쪽을 수평방향으로 배설한 단면 중공 'ㅁ' 형 프레임재인 수평프레임을 상기 수직프레임 복합체 상에 길이 방향으로 용접고정하여 가지는 것을 특징으로 하는 스틸하우스의 프레임어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스어셈블리(B)는 단면 중공 'ㅁ' 형의 프레임재로서 각각 구성되고, 제1수직프레임(50)과, 이 제1수직프레임(50)과 길이방향으로 맞대어 용접되어 고정되는 제2수직프레임(51)을 가지고,
    상기 제1수직프레임(50)과 제2수직프레임(51)의 접합체 상에 상방으로 직립하는 프레임부재의 고정 작업면이 되도록,
    상기 제1,2수직프레임(50,51)의 폭(b)보다 더 긴 수평방향의 폭(B)을 가지는 단면 중공 'ㅁ' 형 프레임재인 수평프레임(60)을 상기 접합체와 길이방향으로 다수의 포인트에서 용접하여 일체형으로 구성하고,
    상기 제1,2수직프레임(50,51)의 일 측 이상의 수평방향 측면(S)과, 상기 수평프레임(60)의 저면 사이에 판상재인 브라켓(70)이 길이방향으로 등간격으로 용접고정되는 것을 특징으로 하는 스틸하우스의 프레임어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프레임어셈블리(A)의 지붕지지부를 구성하는 루프프레임(100)의 단부에 용접고정되어 지붕재를 지지하는 러너프레임(101)에 외부충격보호용의 단면 중공 'ㅁ' 형 프레임재인 보호프레임을 길이방향으로 'ㄱ' 자 형상으로 덧대어 용접하여 가지는 것을 특징으로 하는 스틸하우스의 프레임어셈블리.
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