KR101243989B1 - 경량 형강재 프레임 및 이를 이용한 아치형 하우스 구조물 - Google Patents

경량 형강재 프레임 및 이를 이용한 아치형 하우스 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경량 형강재 프레임 및 이를 이용한 아치형 구조물에 관한 것으로, 특히 단면성능을 향상시킨 상하 비대칭 단면형상을 갖는 경량 형강재 프레임과 각 경량 형강재 프레임을 핀접합으로 상호 연결함에 따라 수직, 수평 하중에 대한 강성을 향상시켜 구조적 안정성을 확보할 수 있는 아치형 하우스구조물에 관한 것이다.
상기 상하 비대칭 단면형상을 갖는 경량 형강재 프레임은 웨브(web)부; 상기 웨브부의 일측단에 연장 형성된 제1 플랜지부; 및 상기 웨브부의 타측단에 연장 형성되며, 상기 제1 플랜지부의 폭 보다 넓은 폭으로 이루어지는 제2 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

경량 형강재 프레임 및 이를 이용한 아치형 하우스 구조물{Light weight frame formed of shape steel and arch type house structure using the same}
본 발명은 경량 형강재 프레임 및 이를 이용한 아치형 하우스 구조물에 관한 것으로, 특히 단면성능을 향상시킨 상하 비대칭 단면형상을 갖는 경량 형강재 프레임과 각 경량 형강재 프레임을 핀접합으로 상호 연결함에 따라 수직, 수평 하중에 대한 강성을 향상시켜 구조적 안정성을 확보할 수 있는 아치형 하우스 구조물에 관한 것이다.
일반적으로 비닐하우스는 반원형 또는 상층부가 박공 형태의 개량형 아치 형태를 이루는 강관 프레임을 지면위에 일정간격으로 다수 개 고정 설치하고, 상기 다수개의 강관 프레임 양 측면과 상부에 각각 직선형의 지지 파이프를 맞닿게 위치시킨 상태에서 서로 맞닿은 부분을 용접하거나 철사 조리개 등으로 묶어 비닐하우스 구조물을 형성한 후 상기 비닐하우스 구조물 위에 비닐을 전체적으로 덮어 통상의 비닐하우스를 완성하게 된다.
그러나 상기와 같은 비닐하우스는 그 골조를 이루는 비닐하우스 구조물이 수직 및/또는 수평 방향의 큰 하중 또는 풍압을 견디기 어려운 구조로 되어 있어 여름철 강한바람을 동반한 집중호우시나 겨울철 폭설에 의해 쉽게 비닐하우스 구조물이 구부러지거나 무너져 수개월간 고생하여 키워온 비닐하우스의 농작물이 손실되는 큰 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 개선하고자 종래에는 이미 설치된 비닐하우스의 외측면에 이중으로 보조 비닐하우스를 추가적으로 설치하여 내부의 비닐하우스를 보호하도록 하였으나, 이 경우 외부에 설치되는 보조 비닐하우스가 내부의 비닐하우스보다 더욱 크게 설치되어야 함으로써 추가 설치비용 등이 많이 소요된다. 그리고, 내부에 설치된 비닐하우스의 직경이나 크기가 다양하여 각각의 직경이나 크기에 맞추어 보조 비닐하우스를 새롭게 설치해야 하므로 설치구조가 복잡하고, 설치 시 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 이러한 종래의 비닐하우스 구조물은 심한 강수나 폭설에 의해 외부의 보조 비닐하우스가 무너질 경우 내부의 비닐하우스도 연쇄적으로 같이 무너지게 되는 문제점을 내포하고 있다.
더욱이, 종래의 비닐하우스 구조물은 반원 또는 아치 형태를 이루는 강관 프레임이 심한 강수나 폭설에 의해 휘어지는 경우 재사용이 불가능하고 새로운 강관 프레임을 사용하여야 하는 문제가 있다.
한편, 건축물에 강관 프레임은 비계틀과 같이 큰 고정하중이 실리지 않는 가설구조물이나 바닥판 거푸집 지지용 서포트 등으로만 사용되고 있으나, 비닐하우스의 경우, 그 구조가 간단하고 조립해체가 용이한 결합구조를 갖는 특성으로 인하여 강관 프레임을 주로 사용하고 있다.
그러나, 강관 프레임 비계 틀은 주로 수평, 수직부재를 경간이 짧게 결합시키는 견고한 결합구조를 이루고 있으며, 비닐하우스 부재에 비하여 비교적 큰 단면의 파이프부재를 사용하고, 부재를 둘러싸거나 연결한 외피구조가 전혀 없어서 외부하중에 대한 수압면적이 매우 작은 구조특성을 지니며, 주 건축물의 골조구조에 연결되어 자재를 운반하는 비교적 작은 동하중을 받는 안전한 가설구조물이라 할 수 있다.
반면에 비닐하우스 구조물은 작은 단면의 강관 프레임 부재를 사용하여 조리개 등 매우 간단한 연결방식으로 서까래 역할을 하는 수직프레임을 세워서 비닐을 덮은 구조로, 강관 프레임 주 부재의 결합방식이 매우 취약할 뿐 아니라 구조물에 비닐이라는 외피가 전면을 덮고 있어 수압 면적이 비교적 크므로, 강풍, 폭우, 폭설 시에 매우 큰 외부 하중(수평, 수직하중)에 저항할 수 없는 불안정한 구조물이라 할 수 있다.
이러한 구조적인 문제점을 해결하기 위해서는 비닐하우스의 특성상 외피인 비닐을 걷어버리거나 없앨 수 없으므로 골조를 이루는 주 부재를 변경하거나 접합부를 강하게 하는 방법을 선택하여야 한다. 그러나 종래의 강관 프레임을 주 부재로 사용할 경우 단순하며 강한 접합부 구조의 실현에 어려움이 있다.
상기한 바와 같이 강관 프레임은 단면 성능(휨 성능)이 우수하지 못하고, 단위 강관 프레임을 상호 접합 시 예를 들면, 수평 및 수직으로 배치하여 상호 직각 결합하는 경우 별도의 연결구(예를 들어, 빔 클램프 또는 조리개 등)를 사용해야 하므로 접합형식이 취약할 뿐만 아니라 조립구조가 복잡하여 시공이 용이하지 못하다. 따라서 이와 같은 강관 프레임을 이용하여 시공되는 하우스구조물은 구조적인 안정성이 낮고 견고하지 못한 문제점을 안고 있다.
또한, 강관 프레임을 골조로 하여 시공되는 중소형 비닐하우스구조물의 경우, 미리 제작된 골조 전체를 덮기 위한 비닐은 별도로 마련된 다수의 고정구를 통해 골조에 고정되었다. 이 경우, 작업자는 상기 다수의 고정구를 제작된 골조에 미리 설치하거나 골조 제작 시 함께 고정구를 설치해야 하고, 고정구의 설치가 완료된 후 비닐을 각 고정구에 고정시켜야 하므로 작업량이 늘어나는 것은 물론 재료비가 증가하는 문제가 있었다.
한편, 창고 또는 소형 공장 등의 구조물은 기둥과 보가 일체화된 공장 제작부재를 현장에서 고력볼트로 접합하고 지붕재를 시공할 수 있도록 하는 경량 골조인 LEB(Light weight Engineering Beam)을 이용하여 건축할 수 있다.
상기 LEB는 강관 프레임에 비하여 단면 성능인 휨 특성이 우수하고 단면 2차 모멘트 및 단면 계수가 상대적으로 크므로 강재 사용을 최대 약 50% 이상 절감할 수 있으며, 또한, LEB는 공장 자동화에 의해 대량 생산 뿐만 아니라 표준화와 양질의 품질관리가 가능하며, 접합부가 간단한 조립 구조를 가져 시공이 용이하므로 공기 단축 및 시공비용이 절감된다.
그러나, LEB는 건축물의 보 등 휨부재로 사용되는 경우 웨브의 춤이 플랜지의 폭보다 상대적으로 길어야 하므로 플랜지가 강판 한 겹으로 일정한 폭 이상을 확보하기 위해서 웨브의 춤을 작게 하기 어려워 단면 전체의 크기를 감소시키기 어려운 문제점이 있었다.
또한, LEB는 채널형 단면으로 무게 중심이 단면의 외부에 존재하므로 편심으로 인하여 휨 및 압축 성능 등 단면의 효율이 대칭단면 부재에 비해 저하되어 큰 힘을 받는 구조에는 단일 부재로는 사용이 어렵고 반드시 2개를 조립하여 사용해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 구조용 부재는 플랜지 및 웨브를 별도로 형성한 후, 용접에 의해 접합시켜 제조함으로써, 구조용 부재의 형상을 정밀하게 제어하고 있으나, 제작이 쉽게 이루어지지 못하여 제조비용이 높은 단점이 있다.
종래의 보는 대부분 구조적으로 높은 강도를 제공하도록 적어도 2이상의 강판을 성형한 후 얻어진 부재들을 용접 등의 방법으로 접합하여 구성된 것이므로 제조비용이 높은 단점이 있으며, 일반적인 비닐하우스 등과 같이 소형의 하우스 구조물을 제작하는 데 사용하기에는 고가의 재료들이다.
한편, 단면이 길이방향으로 슬림하고 상하가 대칭인 종래의 경량 형강 프레임은 상기 강관 프레임에 비하여 휨 성능이 우수하다.
이와 같은 상하 대칭형 단면 형상을 가지는 슬림형 형강 프레임은 다이아그리드(diagrid)형과 같이 좌굴길이가 작은 부재로 사용하는 것은 적합하지만, 중소형 비닐하우스의 서까래로서 단일 프레임을 사용할 경우 웨브 춤이 커서 비틀림에 대한 저항력이 매우 약하므로 구조적으로 적합하지 않다. 즉, 상하 대칭 구조의 슬림형 형강 프레임은 프레임 형태로 수직하중을 받아 휨 변형이 발생할 경우 처짐과 횡방향 비틀림(torsion) 및 뒤틀림(warping)변형이 증가하므로 수평방향으로의 구속 경간(徑間)이 길어지면 휨 강성이 작아지게 되어 구조적으로 안정성이 저하되는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 웨브부 일측에 넓은 폭으로 이루어진 플랜지부를 연장 형성하여 종래의 강관 프레임 및 상하대칭 슬림형 경량 형강재 프레임에 비해 단면성능을 크게 향상시킬 수 있는 상하 비대칭 경량 형강재 프레임을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 경량 형강재 프레임을 사용하여 골조를 구성하고, 각 경량 형강재 프레임의 연결부분을 핀접합으로 연결하여 원활한 하중 전달을 통해 수직, 수평 방향으로의 강성을 향상시킴으로써 구조적 안정성을 확보할 수 있는 아치형 하우스 구조물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 경량 형강재 프레임을 사용하여 중소형 비닐하우스 시공 시 비닐을 골조에 고정하기 위한 별도의 고정구를 사용하지 않고 경량 형강재 프레임 자체에 비닐을 안정적으로 고정할 수 있도록 하여 작업성 및 재료비를 절감할 수 있는 아치형 하우스 구조물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 경량 형강재 프레임 간의 연결과 특히 직각방향으로의 상호 연결을 용이하게 함으로써, 중소형 규모의 시설물 제작 시 전문 시공기술자가 아니더라도 비전문 작업자가 손쉽게 시공할 수 있는 아치형 하우스 구조물을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 웨브(web)부; 상기 웨브부의 일측단에 연장 형성된 제1 플랜지부; 및 상기 웨브부의 타측단에 연장 형성되며, 상기 제1 플랜지부의 폭 보다 넓은 폭으로 이루어지는 제2 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 형강재 프레임을 제공한다.
상기 웨브부는 서로 분리 가능하게 대칭으로 면접하는 좌측 웨브 및 우측 웨브를 포함할 수 있다.
상기 제2 플랜지부는 상기 좌측 웨브 및 우측 웨브의 일단에 각각 서로 반대방향으로 연장 형성되는 좌측 플랜지 및 우측 플랜지를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 플랜지부의 좌측 및 우측 플랜지는 각각 외측단이 상기 웨브부를 향해 다단 절곡되는 것이 바람직하다.
상기 제1 플랜지부는 상기 좌측 및 우측 웨브의 타단에 연장 형성되어 상기 좌측 및 우측 웨브를 탄력적으로 이어줄 수 있다.
상기 좌측 및 우측 웨브는 각각 중앙부를 따라 엠보싱 돌기가 대칭으로 돌출 형성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 좌측 및 우측 웨브는 각각 상기 엠보싱 돌기와 상기 제2 플랜지부 사이에 형성되며 상기 엠보싱 돌기와 평행하게 배치되는 보조 엠보싱 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 웨브부, 제1 및 제2 플랜지부는 냉간성형 롤포밍(roll forming)에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 웨브부의 상하단에 각각 연장 형성되는 제1 및 제2 플랜지부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 플랜지부의 폭이 서로 다르게 형성되어 상하가 비대칭으로 이루어지는 다수의 경량 형강재 프레임; 및 서로 인접한 경량 형강재 프레임 들을 상호 연결하기 위한 다수의 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물을 제공함으로써 상기 목적을 달성할 수 있다.
상기 다수의 연결부재는 서로 인접한 경량 형강재 프레임 들을 핀접합 방식으로 연결할 수 있다.
상기 웨브부는 2겹으로 이루어지며, 상기 웨브부의 일측은 상기 연결된 다수의 경량 형강재 프레임으로 이루어진 골조를 덮기 위한 비닐의 일부를 삽입할 수 있도록 개방되고, 상기 웨브부의 타측은 상기 비닐을 탄력적으로 파지할 수 있도록 폐쇄되는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2 플랜지부 중 폭이 넓은 플랜지부는 상기 웨브부의 개방측에 연장 형성될 수 있다.
상기 연결부재는, 서로 인접한 상기 경량 형강재 프레임 들을 길이방향으로 연결 시, 상기 각 경량 형강재 프레임의 웨브부의 양측면 중 적어도 어느 일측면에 밀착 결합되는 것이 바람직하다.
상기 다수의 경량 형강재 프레임은 직선형상 프레임과 상기 아치형 하우스 구조물의 모서리 부분에 배치되는 절곡형상 프레임을 포함할 수 있다.
더욱이 상기 연결부재는, 상기 아치형 하우스 구조물의 모서리 부분에 배치되는 절곡형상 프레임과 상기 절곡형상 프레임의 양단에 각각 직선형상 프레임을 연결 시, 상기 절곡형상 프레임 및 한 쌍의 직선형상 프레임의 각 웨브부를 동시에 연결할 수 있다.
상기 연결부재는 각 경량 형강재 프레임의 웨브부의 양면 중 적어도 동일한 일면에 밀착 결합되는 것이 바람직하다.
또한 상기 연결부재는 직각방향으로 상호 연결되는 경량 형강재 프레임 들의 각 웨브면에 밀착하도록 절곡 형성될 수 있다.
상기 다수의 경량 형강재 프레임은 상기 아치형 하우스 구조물의 길이방향으로 간격을 두고 배치되는 다수의 수평 프레임; 및 양단부가 서로 인접한 상기 수평 프레임과 직각방향으로 결합되는 다수의 단위 길이의 수직 프레임을 포함하며, 상기 수평 프레임과 수직 프레임은 직사각형 구조의 매트릭스를 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 단면형상이 상하 비대칭으로 이루어지는 슬림형 경량 형강재를 구비함에 따라 종래의 원형 강관 프레임 및 상하 대칭 형강 프레임보다 단면성능(단면2차모멘트 및 단면계수), 특히 약축방향의 단면성능을 한층 더 향상시킬 수 있어 휨강성이 증가하는 이점이 있다. 그 결과, 본 발명은 동일한 면적의 강관파이프 부재보다 단면계수가 10% 이상 크므로, 재료를 절감할 수 있어 경제적으로도 유리하다.
본 발명의 경량 형강재 프레임 구조는 넓은 플랜지폭을 지녀 수직축 방향으로의 휨강성이 비교적 커서 처짐에 따른 프레임 부재의 비틀림 변형이 거의 발생하지 않으므로 비닐하우스 구조의 아치형 프레임으로서 상하대칭 슬림형 형강 프레임보다 훨씬 안정적이라 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상하 비대칭 경량 형강재 프레임을 사용하여 골조를 구성하되, 각 경량 형강재 프레임의 연결부분을 핀접합 방식으로 연결함으로써 하중 전달을 원활하게 하여 수직방향으로의 강성을 향상시킬 수 있고, 아치형 하우스 구조물의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 경량 형강재 프레임을 이용한 하우스 구조물은 다수의 직사각형상의 구조물이 상호 연결된 매트릭스 구조로 이루어지고 연결부재를 이용하여 볼트 체결에 의해 고정되므로 태풍과 같은 횡하중에 대해 강한 저항력을 가질 뿐만 아니라 수직 및 수평 방향으로도 높은 강성을 갖는 이점을 가지고 있다.
또한, 본 발명은 중소형 비닐하우스 시공 시 종래기술과 달리 비닐을 골조에 고정하기 위한 별도의 고정구를 사용하지 않고 경량 형강재 프레임 자체적으로 비닐을 안정적으로 고정시킬 수 있어, 고정구를 설치하기 위한 작업을 생략하여 심플한 작업이 가능하고 아울러 재료비를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상부의 넓은 플랜지(flange) 부분의 휨강성이 상대적으로 크므로 프레임의 휨모멘트에 대한 저항을 전담하고, 플랜지에서 비닐을 지지하는 폭도 크므로 비닐의 내구성 확보에도 도움이 될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 경량 형강재 프레임 간의 길이방향 연결 및 직각방향 연결이 용이함에 따라 중소형 규모의 시설물은 비전문 작업자가라도 용이하게 시공할 수 있다.
아울러, 본 발명은 종래의 강관 프레임을 사용하는 경우에 비해 비닐하우스는 물론, 축사, 온실 및 창고 등 다양한 형태의 대형시설물도 용이하게 시공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상하 비대칭 경량 형강재 프레임을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상하 비대칭 경량 형강재 프레임을 이용하여 시공한 아치형 하우스 구조물을 나타내는 사시도,
도 3은 도 2에 표시된 Ⅲ방향에서 바라본 도면,
도 4는 도 2에 표시된 Ⅳ부분의 상하 비대칭 경량 형강재 프레임 간의 직각방향의 결합 과정을 나타내는 분해사시도,
도 5는 도 4에 표시된 Ⅴ부분의 상하 비대칭 경량 형강재 프레임의 절결부분을 나타내는 사시도,
도 6은 도 4에 도시된 상하 비대칭 경량 형강재 프레임 간의 직각방향의 결합 상태를 나타내는 도면,
도 7은 도 3에 표시된 Ⅶ부분의 상하 비대칭 경량 형강재 프레임 간의 절곡부분의 결합을 나타내는 사시도,
도 8은 도 3에 표시된 Ⅷ부분의 상하 비대칭 경량 형강재 프레임 간의 절곡부분의 결합을 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상하 비대칭 경량 형강재 프레임과 이를 이용하여 제작되는 아치형 하우스 구조물을 순차적으로 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 실시예의 경량 형강재 프레임(10)은 웨브(web)부(11)와, 웨브부(11)의 하단에 연장 형성되는 제1 플랜지부(13)와, 웨브부(11)의 상단에 연장 형성되고 제1 플랜지부(13)의 폭(L1)보다 큰 폭(L2)으로 이루어지는 제2 플랜지부(15)를 포함한다.
이와 같은 경량 형강재 프레임(10)은 종래의 원형 강관 프레임에 비해 단면성능(단면 2차 모멘트 및 단면계수)이 우수하다. 이는 경량 형강재 프레임(10)의 단면이 상하 비대칭으로 이루어지며 특히, 제1 플랜지부(13)의 폭(L1) 보다 더 넓은 폭(L2)로 이루어진 제2 플랜지부(15)에서의 단면계수가 강관 프레임보다 크기 때문에 휨 성능이 강관 프레임에 비해 크게 향상된다. 예를 들면, 제2 플랜지부(15)에서의 단면계수는 동일 면적의 강관 프레임의 단면계수 대비 약 10% 이상 증가한다. 이와 같은 경량 형강재 프레임(10)의 단면계수 증가에 따라 재료를 절감할 수 있다. 이에 따라 제품의 제조 단가를 낮춤으로써 가격 경쟁력을 갖출 수 있다.
한편, 상기 웨브부(11)는 슬림한 단면으로 형성되며, 좌측 웨브(11a)와 우측 웨브(11b)의 2겹으로 이루어진다. 상기 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)는 상호 이격 가능하도록 대칭 형성된다.
이 경우, 상기 웨브부(11)는 하단에 연장 형성된 제1 플랜지부(13)에 의해 상호 연결되고, 상단의 제2 플랜지부(15) 측으로 개방된다. 이때 웨브부(11)는 제1 플랜지부(13)에 의해 탄력적으로 지지됨에 따라 상단의 제2 플랜지부(15) 측을 벌린 상태로 좌측 및 우측 웨브(11a,11b) 사이(S)로 후술하는 하우스 구조물(20)의 골조에 덮어씌우는 비닐(50, 도 2 참고)의 일측단을 삽입한 후, 벌렸던 상기 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)를 놓으면 제1 플랜지부(13)에서 발생하는 탄성력에 의해 원위치로 복귀하면서 비닐(50)을 강하게 파지할 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 경량 형강재 프레임(10)을 이용하여 아치형 하우스 구조물(20)의 골조를 조립하는 경우, 비닐(50)을 골조에 고정시키기 위한 별도의 고정구(미도시)를 구비할 필요가 없으며, 이러한 고정구(미도시)를 골조에 설치하는 작업을 생략할 수 있으므로 작업성 향상은 물론 재료비를 절감할 수 있다.
또한, 상기 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)는 각각 외측면에 대략 중앙을 따라 반원형의 엠보싱 돌기(12a,12b)가 형성되며, 상기 엠보싱 돌기(12a,12b)는 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)의 외측방향으로 돌출되도록 서로 대칭되게 형성된다. 상기 엠보싱 돌기(12a,12b)는 경량 형강 프레임(10)의 단면의 좌우방향의 휨 또는 비틀림 성능을 보강할 수 있다. 더욱이, 상기 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)는 각각 상기 엠보싱 돌기(12a,12b)와 상기 제2 플랜지부(15) 사이에 엠보싱 돌기(12a,12b)와 평행하게 형성되는 보조 엠보싱 돌기(12c,12d)를 포함한다.
또한, 상기 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)는 상기 엠보싱 돌기(12a,12b)를 중심으로 하여 상하로 다수의 볼트관통구멍(H)이 형성된다. 이와 같은 다수의 볼트관통구멍(H)은 후술하는 연결부재(30)를 서로 인접한 경량 형강재 프레임(10)의 각 웨지부(11)에 볼트 연결하기 위해 마련된다. 이처럼 서로 인접한 경량 형강재 프레임(10)은 웨브부(11)를 연결하는 핀접합을 통해 견고한 연결을 이룬다. 이러한 경량 형강재 프레임(10) 간의 연결에 대해서는 후술하는 아치형 하우스 구조물의 구조를 살펴보면서 구체적으로 설명한다.
상기 제1 플랜지부(13)는 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)의 하단에 각각 연장 형성되며, 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)가 서로 인접하게 배치도록 지지한다. 이 경우, 제1 플랜지부(13)는 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)의 이격 가능한 상단을 강제로 벌릴 경우 자체적으로 발생하는 소정의 탄성력에 의해 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)를 원위치로 리턴시키는 방향으로 반발력이 발생한다. 이는 상술한 바와 같이 별도의 고정구 없이 경량 형강재 프레임(10) 만을 사용하면서 비닐(50)을 용이하게 파지할 수 있도록 한다.
상기 제2 플랜지부(15)는 좌측 웨브 및 우측 웨브(12a,12b)의 상단에 각각 서로 반대방향으로 연장 형성되는 좌측 플랜지(15a) 및 우측 플랜지(15b)를 포함한다. 이와 같은 제2 플랜지부(15)는 제1 플랜지부(13)에 비해 그 폭(L2)이 더 넓게 형성되며, 이 부분의 단면계수가 종래의 강관 프레임보다 더 크기 때문에 본 실시예의 경량 형강재 프레임(10)에 대한 전체적인 단면성능을 향상시킬 수 있다.
상기 좌측 및 우측 플랜지(15a,15b)는 각각 외측단부(15c,15d)가 좌측 웨브 및 우측 웨브(12a,12b)를 향해 다단 절곡된다. 이와 같이 절곡된 외측단부(15c,15d)는 좌측 및 우측 플랜지(15a,15b)의 휨 강성을 증대시킬 수 있도록 돕는다. 아울러 각 경량 형강재 프레임(10) 간의 연결 시 작업자가 좌측 및 우측 플랜지(15a,15b)의 날카로운 끝단에 긁히는 것을 막아 안전사고를 예방할 수 있다.
이와 같은 경량 형강재 프레임(10)은 냉간성형 롤포밍(roll forming) 작업을 통해 제작될 수 있으며, 이에 따라 상기 웨브부(11), 제1 및 제2 플랜지부(13,15)가 상하 비대칭 구조의 단면형상으로 용이하게 구현될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 8을 참고하여 상기 경량 형강재 프레임(10)을 이용하여 조립된 아치형 하우스 구조물을 설명한다. 하기의 경량 형강재 프레임(10)은 필요에 따라 다수의 직사각형 또는 다이아몬드 구조를 매트릭스 형태로 형성하도록 소정 단위프레임으로 제작되어 사용된다.
도 2 및 도 3에는 다수의 경량 형강재 프레임(10a,10b)을 길이방향 또는 직각방향으로 상호 연결하여 다수의 직사각형 구조가 매트릭스 형태로 형성된 아치형 하우스 구조물(20)이 도시되어 있다. 여기서 도면부호 10a는 수직 방향으로 놓인 직선형태의 경량 형강재 프레임으로 이하에서는 '수직 프레임'이라 하며, 도면부호 10b는 수평 방향으로 놓인 직선형태의 경량 형강재 프레임으로서 이하에서는 '수평 프레임'이라 한다.
상기 수직 프레임(10a)은 다수가 조합되어 다수의 직사각형 구조의 매트릭스가 아치형 하우스 구조물을 형성하도록 아치 형상을 이룬다.
먼저, 서로 인접한 수직 및 수평 프레임(10a,10b)을 직각방향으로 연결하는 경우를 설명한다. 도 4를 참고하면, 한쌍의 수직 프레임(10a)에 대하여 수평 프레임(10b)을 직각으로 배치한다. 이때 한쌍의 수직 프레임(10a)은 선단이 수평 프레임(10b)의 측면에 밀착시킨다.
이 경우, 수직 프레임(10a)의 선단은 수평 프레임(10b)의 좌측 및 우측 플랜지(15a,15b)가 제1 플랜지부(13)에 대응되는 부분보다 더 돌출된 점을 감안하여, 도 5와 같이, 좌측 및 우측 플랜지(15a,15b)의 선단 일부를 소정 길이(L3)만큼 절개하는 것이 바람직하다. 이에 따라 수직 프레임(10a)은, 도 6과 같이, 수평 프레임(10b)의 웨브부(11)의 측면에 안정적으로 밀착될 수 있다.
한편, 서로 직교하도록 배치된 수직 및 수평 프레임(10a,10b)은 대략 직각으로 절곡된 한 쌍의 연결부재(30)를 수직 및 수평 프레임(10a,10b)의 연결부분에 밀착시킨다. 이 경우, 각 연결부재(30)는 수평 프레임(10b)의 우측 웨브(11b)와 수직 프레임(10a)의 좌측 및 우측 웨브(11a,11b)에 각각 볼트(B) 및 너트(N)를 통해 체결된다.
또한, 수평 프레임(10b)의 상측에 결합되는 수직 프레임(10a) 또한 한 쌍의 연결부재(30)를 이용하여 수평 프레임(10b)에 결합된다.
도 4에서 미설명 부호 H1은 볼트관통구멍을 나타낸다.
이와 같이 수직 및 수평 프레임(10a,10b)은 연결부재(30)에 의해 웨브부(11)에만 연결되는 핀접합이 이루어진다. 아울러 연결부재(30)에는 수직 및 수평 프레임(10a,10b)의 웨브부(11)에 형성된 엠보싱 돌기(12a,12b)를 감쌀 수 있는 엠보싱 돌기(31)를 구비함에 따라, 웨브부(11)의 엠보싱 돌기(12a,12b)와 연결부재(30)의 엠보싱 돌기(31)가 서로 밀착된 상태로 유지되므로 이들 수직 및 수평 프레임(10a,10b)과 연결부재(30)의 결합 단면은 절곡된 강판구조를 가짐으로써 휨 강성이 크게 향상된다.
따라서, 연결부재(30)가 존재하는 부분에 하중이 가해지면 휨 인장력에 의한 비틀림 현상을 최소화할 수 있다.
도 2 내지 도 6의 아치형 하우스 구조물에서는 수평 프레임(10b)에 단위 길이의 수직 프레임(10a)이 직각으로 결합된 구조를 나타내었으나, 이와 반대로 수직 프레임(10a)에 단위 길이의 수평 프레임(10b)이 직각으로 결합되는 것도 물론 가능하다.
계속해서, 도 7을 참고하여, 서로 인접한 수직 프레임(10a)의 길이방향 연결을 설명한다. 도 7에서 한 쌍의 연결부재(40)가 길이방향 연결에 사용되나 편의상 상측에만 표시하고 하측에 배치되는 연결부재(40)는 도시를 생략하였다.
상기 길이방향 연결은 주로 수직 프레임(10a) 간의 연결이며, 도 7에 도시된 연결부분은 아치형 하우스 구조물에서 마루 부분에 절곡되는 부분의 연결을 나타낸다.
상기 길이방향 연결은 한쌍의 직선형상의 수직 프레임(10a)과 절곡형상 프레임(10c)을 상호 연결한다.
즉, 절곡형상 프레임(10c)의 양단에 각 직선형상 수직 프레임(10a)의 일단이 접하도록 배치한 후, 한 쌍의 연결부재(40)를 통해 절곡형상 프레임(10c)과 한 쌍의 직선형상 수직프레임(10a)의 각 웨브부(11)를 동시에 핀접합방식으로 상호 연결한다.
이 경우, 한 쌍의 연결부재(40)는 각 프레임(10a,10c)의 웨브부(11)의 양측면에 각각 밀착 결합된다. 이때 연결부재(40)는 아치형 하우스 구조물(20)이 확보할 수 있는 구조적 안정성에 따라 연결부재(40)를 하나만 사용할 수 도 있다.
상기 연결부재(40)는 각 프레임(10a,10c)의 웨브부(11)의 엠보싱 돌기(12b) 및 보조 엠보싱 돌기(12d)를 각각 감쌀 수 있도록, 엠보싱 돌기(41) 및 보조 엠보싱 돌기(43)가 함께 마련된다.
한편, 상기 절곡형상 프레임(10c)은 제작의 편의성을 고려하여, 도 7과 같이, 웨브부(11)는 단면의 중간에 엠보싱 돌기(12b,12d)를 두거나 평판형태로서 1겹으로 형성하고, 양단부가 절곡된 곡선형의 상부 및 하부 플랜지(16a,16b)를 상기 웨브부(11)의 양단에 용접하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 절곡형상 프레임(10c)과 연결부재(40)는 아치형 하우스 구조물(20)의 마루 부분에 적용되는 것이므로 외측변 및 내측변이 모두 곡선 형상으로 라운드 형상을 가진다.
도 7에서 미설명 부호 H2는 연결부재(40)에 형성된 볼트관통구멍을 나타낸다.
계속해서, 도 8을 참고하여, 아치형 하우스 구조물에서 처마 부분에 절곡되는 부분의 연결 구조를 설명한다. 도 8에서 한 쌍의 연결부재(40a)가 서로 인접한 수직 프레임(110a,10a)의 길이방향 연결에 사용되나 편의상 상측에만 표시하고 하측에 배치되는 연결부재(40a)는 도시를 생략하였다.
처마 부분에 절곡부는 지면에 수직 또는 약간의 경사각을 가지고 설치되는 측벽을 형성하는 하나의 수직 프레임(110a)과 하우스 구조물의 경사면에 배치되는 다른 하나의 수직 프레임(10a)을 상호 연결하는 부분이다.
서로 인접한 수직 프레임(110a,10a)의 길이방향 연결은 한쌍의 직선형상의 수직 프레임(110a,10a)과 절곡형상 프레임(10d)을 상호 연결하는 것이다.
이를 위해 절곡형상 프레임(10d)의 양단에 각 직선형상 수직 프레임(110a,10a)의 일단이 접하도록 배치한 후, 한 쌍의 연결부재(40a)를 절곡형상 프레임(10d)과 직선형상 수직 프레임(110a,10a)에 중첩하고 각 웨브부(11)를 볼트(B) 및 너트(N)를 사용하여 볼트관통구멍에 체결하는 핀접합방식으로 상호 연결한다.
이 경우, 한 쌍의 연결부재(40a)는 각 프레임(110a,10a,10d)의 웨브부(11)의 양측면에 각각 밀착 결합된다. 이때 연결부재(40a)는 아치형 하우스 구조물(20)이 확보할 수 있는 구조적 안정성에 따라 연결부재(40a)를 하나만 사용할 수 도 있다.
상기 연결부재(40a)는 각 프레임(110a,10a,10d)의 웨브부(11)의 엠보싱 돌기(12b) 및 보조 엠보싱 돌기(12d)를 각각 감쌀 수 있도록, 엠보싱 돌기(41) 및 보조 엠보싱 돌기(43)가 함께 마련된다.
또한, 상기 절곡형상 프레임(10d)은 상기 절곡형상 프레임(10c)과 동일한 단면 형상을 가지며 제작의 편의성을 고려하여, 도 8과 같이, 웨브부(11)는 단면의 중간에 엠보싱 돌기(12b,12d)를 두거나 평판형태로서 1겹으로 형성하고, 양단부가 절곡된 곡선형의 상부 및 하부 플랜지(16a,16b)를 상기 웨브부(11)의 양단에 용접하여 형성된다.
단지, 도 8의 처마 연결 구조에서 도 7의 마루 연결 구조와 차이점은 마루 부분에서는 상기 절곡형상 프레임(10c)과 연결부재(40)는 외측변 및 내측변이 모두 곡선 형상으로 라운드 형상을 가지는 것이 바람직하나, 처마 부분에서는 상기 절곡형상 프레임(10d)과 연결부재(40a)가 외측변은 곡선 형상으로 이루어지고, 내측변은 직선 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다는 점이다.
상기와 같은 각 프레임(10a-10d) 간의 연결이 완료되어 아치형 하우스 구조물(20)의 골조가 제작되면(도 2 참고), 이 골조의 외부를 비닐(50)로 덮게 되는데, 이때 제1 플랜지부(11)의 좌측 및 우측 플랜지(11a,11b)를 서로 반대방향으로 밀어서 좌측 및 우측 웨브(15a,15b) 사이(S)가 벌어지게 한 후, 비닐(50)의 일부분을 이 벌어진 사이(S)로 삽입하고 반대방향으로 밀고 있던 좌측 및 우측 플랜지(11a,11b)를 놓으면 좌측 및 우측 웨브(15a,15b)가 원위치로 복귀하면서 비닐(50)의 일부분을 안정적으로 파지하게 된다. 이때 비닐(50)은 넓은 폭의 제2 플랜지부(15)에 지지됨에 따라 비닐(50)의 내구성을 확보하는데 도움을 받을 수 있다.
이에 따라 본 실시예의 경우, 비닐(50)을 고정하기 위한 별도의 고정구를 구비할 필요가 없으므로, 고정구의 설치작업을 생략할 수 있는 것은 물론 비닐(50) 고정 작업을 신속하고 용이하게 행할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 단면형상이 상하 비대칭으로 이루어지는 슬림형 경량 형강재(10)를 구비함에 따라 종래의 원형 강관 프레임 및 상하 대칭 형강 프레임보다 단면성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 상하 비대칭 경량 형강재 프레임(10)을 사용하여 골조를 구성하되, 각 경량 형강재 프레임(10)의 연결부분을 핀접합 방식으로 연결함으로써 하중 전달을 원활하게 하여 수직방향으로의 강성을 향상시킬 수 있고, 아치형 하우스 구조물(20)의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 중소형 비닐하우스 시공 시 종래기술과 달리 비닐을 골조에 고정하기 위한 별도의 고정구를 사용하지 않고 경량 형강재 프레임(10) 자체적으로 비닐을 안정적으로 고정시킬 수 있어, 고정구를 설치하기 위한 작업을 생략하여 심플한 작업이 가능하고 아울러 재료비를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 경량 형강재 프레임(10) 간의 길이방향 연결 및 직각방향 연결이 용이함에 따라 중소형 규모의 시설물은 비전문 작업자가라도 용이하게 시공할 수 있다.
이와 관련하여 본 발명은 종래의 강관 프레임을 사용하는 경우에 비해 비닐하우스는 물론, 축사, 온실 및 창고 등 다양한 형태의 대형시설물도 용이하게 시공할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
10: 경량 형강재 프레임 10a,110a: 수직 프레임
10b: 수평 프레임 10c,10d: 절곡형상 프레임
11: 웨브부 11a: 좌측 웨브
11b: 우측 웨브 12a,12b,31,41: 엠보싱 돌기
12c,12d,43: 보조 엠보싱 돌기 13: 제1 플랜지부
15: 제2 플랜지부 15a: 좌측 플랜지
15b: 우측 플랜지 15c,15d: 외측단부
16a: 상부 플랜지 16b: 하부 플랜지
20: 아치형 하우스 구조물 30,40,40a: 연결부재

Claims (18)

  1. 서로 분리 가능하게 대칭으로 면접하는 좌측 웨브 및 우측 웨브를 포함하는웨브(web)부;
    상기 웨브부의 일측단에 연장 형성된 제1 플랜지부; 및
    상기 웨브부의 타측단에 연장 형성되며, 상기 제1 플랜지부의 폭 보다 넓은 폭으로 이루어지는 제2 플랜지부를 포함하고,
    상기 제1 플랜지부는 상기 좌측 및 우측 웨브에서 연장 형성되어 상기 좌측 및 우측 웨브를 탄력적으로 이어주는 것을 특징으로 하는 경량 형강재 프레임.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 플랜지부는 상기 좌측 웨브 및 우측 웨브에서 각각 서로 반대방향으로 연장 형성되는 좌측 플랜지 및 우측 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 형강재 프레임.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 플랜지부의 좌측 및 우측 플랜지는 각각 외측단이 상기 웨브부를 향해 다단 절곡되는 것을 특징으로 하는 경량 형강재 프레임
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 좌측 및 우측 웨브는 각각 중앙부를 따라 엠보싱 돌기가 대칭으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 경량 형강재 프레임.
  7. 제6항에 있어서, 상기 좌측 및 우측 웨브는 각각 상기 엠보싱 돌기와 상기 제2 플랜지부 사이에 형성되며 상기 엠보싱 돌기와 평행하게 배치되는 보조 엠보싱 돌기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 형강재 프레임.
  8. 제1항에 있어서, 상기 웨브부, 제1 및 제2 플랜지부는 냉간성형 롤포밍(roll forming)에 의해 형성되며 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량 형강재 프레임.
  9. 웨브부의 상하단에 각각 연장 형성되는 제1 및 제2 플랜지부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 플랜지부의 폭이 서로 다르게 형성되어 상하가 비대칭으로 이루어지는 다수의 경량 형강재 프레임; 및
    서로 인접한 경량 형강재 프레임들을 상호 연결하기 위한 다수의 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 다수의 연결부재는 서로 인접한 경량 형강재 프레임들을 핀접합 방식으로 연결하는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물.
  11. 제9항에 있어서, 상기 웨브부는 2겹으로 이루어지며,
    상기 웨브부의 일측은 상기 연결된 다수의 경량 형강재 프레임으로 이루어진 골조를 덮기 위한 비닐의 일부를 삽입할 수 있도록 개방되고,
    상기 웨브부의 타측은 상기 비닐을 탄력적으로 파지할 수 있도록 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 플랜지부 중 폭이 넓은 플랜지부는 상기 웨브부의 개방측에 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물.
  13. 제9항에 있어서, 상기 연결부재는, 서로 인접한 상기 경량 형강재 프레임들을 길이방향으로 연결 시, 상기 각 경량 형강재 프레임의 웨브부의 양측면 중 적어도 어느 일측면에 밀착 결합되는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물.
  14. 제9항 또는 제13항에 있어서, 상기 다수의 경량 형강재 프레임은 직선형상 프레임과 상기 아치형 하우스 구조물의 모서리 부분에 배치되는 절곡형상 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 연결부재는, 상기 아치형 하우스 구조물의 모서리 부분에 배치되는 절곡형상 프레임과 상기 절곡형상 프레임의 양단에 각각 직선형상 프레임을 연결할 때, 상기 절곡형상 프레임 및 한 쌍의 직선형상 프레임의 각 웨브부를 동시에 연결하는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물.
  16. 제15항에 있어서, 상기 연결부재는 각 경량 형강재 프레임의 웨브부의 양면 중 적어도 동일한 일면에 밀착 결합되는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물.
  17. 제9항에 있어서, 상기 연결부재는 직각방향으로 상호 연결되는 경량 형강재 프레임들의 각 웨브면에 밀착하도록 절곡 형성되는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물.
  18. 제9항에 있어서, 상기 다수의 경량 형강재 프레임은
    상기 아치형 하우스 구조물의 길이방향으로 간격을 두고 배치되는 다수의 수평 프레임; 및
    양단부가 서로 인접한 상기 수평 프레임과 직각방향으로 결합되는 다수의 단위 길이의 수직 프레임을 포함하며,
    상기 수평 프레임과 수직 프레임은 직사각형 구조의 매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하는 아치형 하우스 구조물.
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