KR101259386B1 - 속심을 갖는 구조물 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동일 규격에서 종래의 금속 구조물 부재 대비 강도는 높으면서 금속 원자재 소모를 획기적으로 줄여 제조원가를 현저히 절감함으로써 경제성이 탁월한 속심을 갖는 구조물 부재에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은 몸체의 외곽을 형성하며 폐쇄공간을 갖는 외부몸체와 상기 외부몸체의 폐쇄공간 내에 길이방향으로 삽입 결합되는 속심으로 이루어지고, 상기 외부몸체는 알루미늄을 포함하는 금속재로 되며, 상기 속심은 목재를 포함하는 섬유질부재, 합성수지재, 유리섬유 복합재, 탄소섬유 복합재 중 어느 한 가지 이상으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

속심을 갖는 구조물 부재{CONSTRUCTION FRAME WITH INNER MEMBER}

본 발명은 동일 규격에서 종래의 금속 구조물 부재 대비 강도는 높으면서 금속 원자재 소모를 획기적으로 줄여 제조원가를 현저히 절감함으로써 경제성이 탁월한 속심을 갖는 구조물 부재에 관한 것이다.

건축분야를 비롯하여 자동화 생산설비, 각종 기계본체의 프레임, 콘베어 시스템, 작업대, 적재대 및 반도체 설비 등의 기계 기구분야에서 강재, 알루미늄 등으로 이루어지는 금속재 구조물 부재가 널리 이용되고 있다.

금속재 구조물 부재의 하나로서 도 10에 일 실시예의 단면이 도시된 프로파일(Profile) 구조물 부재(100)는 금속재의 절단, 용접, 연마, 도장 등의 번거로운 작업 공정을 줄여주고 체결부재용 T슬롯(115)의 규격화가 이루어짐으로써 공간구조를 형성하는데 있어서 연결 및 조립이 간단하고 명쾌한 조립 방법을 실현시킨 시스템 구조재로서 널리 이용되고 있다.

프로파일 구조물 부재를 포함하는 금속재 구조물 부재는 적합한 기계적 강도를 갖도록 하는 단면구조를 가지며, 그 단면구조는 외곽 및 내부공간에 형성되는 리브로 구성된다.

이와 같은 종래기술의 금속재 구조물 부재는 단면 구조를 이루는 몸체 전체가 단일 소재로 이루어짐으로써 상대적 고가의 금속 원자재를 낭비하고 비용부담을 상승시키는 단점이 있다.

또한, 몸체 전체가 금속재로 이루어짐으로써 중량이 무거워 취급 관리를 어렵게 하는 문제점이 있다.

한편, 돔형 또는 아치형 건축 구조물의 곡선형 골조는 파이프나 철재빔 등의 강재를 삼각형 구조로 용접 연결하는 트러스를 이용하고 있으나 이러한 트러스 구조의 프레임은 인장력과 압축력이 작용할 뿐 복원 탄성이 없기 때문에 변형이 발생되고 이를 방지하기 위하여 강재의 직경 또는 단면적 등의 규모가 커지고, 공간을 많이 차지하여 건축비용이 낭비되고 공간활용을 어렵게 하는 단점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서,

본 발명의 목적은 기계적 강도는 오히려 강화되면서 금속 원자재 소모를 줄여 제조원가를 획기적으로 절감함으로써 경제성 및 시장 경쟁력이 현저히 우월하도록 하는 속심을 갖는 구조물 부재를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 휨성 및 복원 탄성을 가져 돔형, 아치형 등과 같이 곡선형 건축물의 골조로 이용시 종래의 트러스구조에 비하여 자재의 규모가 현저히 작아지고 시공이 간편하여 공사비용을 절감시키며, 공간을 적게 차지하여 공간활용도를 높이도록 하는 속심을 갖는 구조물 부재를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 중량을 줄여 취급 관리가 용이토록 하는 속심을 갖는 구조물 부재를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 속심을 갖는 구조물 부재는,

몸체의 외곽을 형성하며 폐쇄공간을 갖는 외부몸체와 상기 외부몸체의 폐쇄공간 내에 길이방향으로 삽입 결합되는 속심으로 이루어지고, 상기 외부몸체는 알루미늄을 포함하는 금속재로 되며, 상기 속심은 목재를 포함하는 섬유질부재, 합성수지재, 유리섬유 복합재, 탄소섬유 복합재 중 어느 한 가지 이상으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 속심을 갖는 구조물 부재는,

몸체의 외곽을 형성하며 폐쇄공간을 갖는 외부몸체와 상기 외부몸체의 폐쇄공간 내에 길이방향으로 삽입 결합되는 속심으로 이루어지고, 상기 외부몸체는 알루미늄을 포함하는 금속재로 되며 외부가 원형 또는 사각을 포함하는 다각형의 파이프타입으로 형성되고, 상기 속심은 목재를 포함하는 섬유질부재, 합성수지재, 유리섬유 복합재, 탄소섬유 복합재 중 어느 한 가지 이상으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 속심을 갖는 구조물 부재는,

몸체의 외곽을 형성하며 폐쇄공간을 갖는 외부몸체와 상기 외부몸체의 폐쇄공간 내에 길이방향으로 삽입 결합되는 속심으로 이루어지고, 상기 외부몸체는 알루미늄을 포함하는 금속재로 되며 외부가 하나 이상의 T슬롯이 형성되는 프로파일타입으로 되고, 상기 속심은 목재를 포함하는 섬유질부재, 합성수지재, 유리섬유 복합재, 탄소섬유 복합재 중 어느 한 가지 이상으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 속심은 복수의 대나무 스트립이 접합되어 이루어진 대나무 집성바로 될 수 있다.

상기 속심은 목재를 나뭇결을 따라 잘게 쪼개고 탄화시킨 다음 짓눌러 으깨 압축 성형한 탄화 목재 집성바로 될 수 있다.

상기 외부몸체는 내부에 상기 속심의 삽입 결합을 위해 길이방향으로 복수의 파지돌조가 형성될 수 있다.

상기 파지돌조는 속심의 모서리를 두 방향에서 파지하도록 형성되며, 파지돌조의 내측에는 접착제 유입공간이 형성될 수 있다.

상기 외부몸체는 속심을 지지하는 하나 이상의 리브가 더 형성될 수 있다.

상기 속심은 복수의 대나무 스트립이 접합되어 이루어진 대나무 집성바로 되고, 상기 외부몸체는 외표면에 대나무 집성바로 된 속심의 휨 방향을 외부에 표시하는 표시선이 형성될 수 있다.

상기 외부몸체는 속심이 삽입되어 밀착되도록 속심에 대응하는 삽입공이 길이방향으로 형성될 수 있다.

상기 외부몸체와 속심은 적어도 하나 이상의 결착수단에 의하여 체결될 수 있다.

상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 속심을 갖는 구조물 부재에 의하면, 금속재 외부몸체 내부에 속심이 긴밀하게 결합되어 몸체의 일부를 형성하며 일체화됨으로써 구조물 전체의 기계적 강도는 오히려 강화되면서 금속 원자재 소모를 획기적으로 줄여 제조원가를 절감함으로써 경제성 및 시장 경쟁력을 우월하게 하는 현저한 효과가 있다.

또한, 대나무 집성바를 속심으로 이용함으로써 휨성 및 복원 탄성을 가지므로 돔형, 아치형 등과 같이 곡선형 건축물의 골조로 이용시 종래의 트러스구조에 비하여 자재의 규모가 현저히 작아지고 시공이 간편하여 공사비용을 절감시키며, 공간을 적게 차지하여 공간활용도를 높여주는 현저한 이점이 있다.

또한, 금속대비 경량의 속심을 이용함으로써 구조물의 중량을 줄여 취급 관리가 용이하다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 도면으로서,
a는 외부몸체의 구성을 보이는 도면,
b는 속심의 구성을 보이는 도면,
c는 외부몸체와 속심의 조립상태를 보이는 도면
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 도면으로서,
a는 외부몸체의 단면도,
b는 속심의 단면도,
c는 외부몸체와 속심의 조립 단면도
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 단면도
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 단면도
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 단면도
도 6은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 단면도
도 7은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 단면도들
도 8은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 단면도들
도 9는 본 발명에 따른 일 실시예의 연결구조를 보이는 도면
도 10은 종래기술 프로파일 구조물 부재의 일 실시예를 보이는 단면도

이하, 본 발명의 속심을 갖는 구조물 부재에 대한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 일 실시예의 속심을 갖는 구조물 부재(1)는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 몸체의 외곽을 형성하며 폐쇄공간(S)을 갖는 외부몸체(10)와 상기 외부몸체의 폐쇄공간(S) 내에 길이방향으로 삽입 결합되는 속심으로 이루어지고, 상기 외부몸체(10)는 알루미늄을 포함하는 금속재로 되며, 상기 속심(20)은 목재를 포함하는 섬유질부재, 합성수지재, 유리섬유 복합재, 탄소섬유 복합재 중 어느 한 가지 이상으로 이루어지는 것이다.

본 발명에 따른 일 실시예의 속심을 갖는 구조물 부재(1A)는 도 1, 도 6, 도 7의 a, 도 8의 a에 도시된 바와 같이, 몸체의 외곽을 형성하며 폐쇄공간(S)을 갖는 외부몸체(10)와 상기 외부몸체의 폐쇄공간(S) 내에 길이방향으로 삽입 결합되는 속심(20)으로 이루어지고, 상기 외부몸체(10)는 알루미늄을 포함하는 금속재로 되며 외부가 원형 또는 사각을 포함하는 다각형의 파이프타입(10a)으로 형성되고, 상기 속심(20)은 목재를 포함하는 섬유질부재, 합성수지재, 유리섬유 복합재, 탄소섬유 복합재 중 어느 한 가지 이상으로 이루어진다.

상기 파이프타입 외부몸체(10a)는 바(bar) 또는 기둥 형태를 이룬다.

본 발명에 따른 일 실시예의 속심을 갖는 구조물 부재(1B)는 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이, 몸체의 외곽을 형성하며 폐쇄공간(S)을 갖는 외부몸체(10)와 상기 외부몸체(10)의 폐쇄공간(S) 내에 길이방향으로 삽입 결합되는 속심(20)으로 이루어지고, 상기 외부몸체(10)는 알루미늄을 포함하는 금속재로 되며 외부가 하나 이상의 T슬롯(15)이 형성되는 프로파일타입(10b)으로 형성되고, 상기 속심(20)은 목재를 포함하는 섬유질부재, 합성수지재, 유리섬유 복합재, 탄소섬유 복합재 중 어느 한 가지 이상으로 이루어진다.

상기에서 외부몸체(10)에 형성되는 폐쇄공간(S)은 폐곡선, 직선과 직선, 직선과 곡선이 연결되어 닫혀진 공간을 의미하며 이러한 폐쇄공간(S)을 형성하는 둘레 변의 길이가 클수록 구조물의 강도를 세제곱 배로 증가시키며, 결국 이 폐쇄공간(S)의 크기는 구조물 부재의 강도를 좌우한다.

상기 속심(20)은 복수의 대나무 스트립(211)이 접합되어 이루어진 대나무 집성바(21)로 이루어질 수 있다.

상기 대나무 스트립(211)은 두께 대비 폭이 넓은 사각바 형태로 가공되며, 이러한 대나무 스트립(211)을 복수 접착하여 기계적 강도가 강한 대나무 집성바(21)가 형성된다.

상기 대나무 집성바(21)는 스틸 대비 강한 중량 강도, 탄성 및 휨성을 갖는다.

상기 휨성은 대나무 스트립(211)의 방향에 따라 차이가 나는데 두께 방향으로 휨 가압이 이루어지고 섬유질 조직이 치밀한 표층부가 휨 반경 외측에 위치될 경우 휨 특성이 보다 양호하다.

또한, 상기 속심(20)은 목재를 나뭇결을 따라 잘게 쪼개고 탄화시킨 다음 짓눌러 으깨 압축 성형한 탄화 목재 집성바로 될 수 있다.

상기 목재는 섬유질이 강한 대나무, 아카시아 나무, 참나무, 박달나무 등을 이용할 수 있다.

탄화공정은 예컨대, 통대나무 또는 결 방향으로 쪼갠 대나무를 설정온도를 유지하는 탄화기 내에 넣고 설정압력의 증기를 설정시간 동안 가하여 목재에 포함되어 있는 수분 함수율이 설정치 이하로 저하되게 하는 것으로서 외관상으로는 색상이 검갈색으로 변화된다.

또한, 짓눌러 으깨는 공정은 탄화공정에 들어가기 전에 이루어질 수도 있으며, 압축 성형 공정 전에 접착제 함침이 이루어진다.

이와 같이 탄화된 집성바는 탄화되지 않은 경우에 비하여 경도 및 강도가 현저히 증대된다.

상기 외부몸체(10)는 도 7의 a,b에 도시된 바와 같이, 속심(20)이 삽입되어 밀착되도록 속심에 대응하는 규격의 삽입공(12)이 길이방향으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 외부몸체(10)는 도 1 내지 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 내부에 상기 속심(20)의 삽입 결합을 위해 길이방향으로 복수의 파지돌조(11)가 형성될 수 있다.

상기 파지돌조(11)는 속심(20)을 압착 파지하여 외부몸체(10)와 속심(20)을 일체화 결속시킴으로 구조물 부재의 강도를 증가시킨다.

상기 파지돌조(11)는 속심(20)의 모서리를 두 방향에서 파지하도록 각각의 모서리에 대응하여 쌍으로 형성됨이 바람직하며, 파지돌조(11)의 내측에는 접착제 유입공간(13)이 형성될 수 있다.

상기 접착제 유입공간(13)은 외부몸체(10)와 속심(20) 간에 좁은 폐쇄공간을 길이방향으로 형성하는 것으로서 여기에 접착제를 주입 경화시킴으로써 외부몸체(10)와 속심(20)의 일체화 결속력을 증가시킨다.

이와 같이, 외부몸체(10)에 상기 파지돌조(11)가 형성되는 구조는 속심(20)의 형태 및 치수에 대응하는 삽입공(12)이 형성되는 구조(도 7 참조)에 비하여 속심(20)의 삽입이 용이한 이점이 있다.

상기 T슬롯(15)은 통상의 프로파일 구조물 부재에서 보는 바와 같이, 구조물 부재 연결시 연결부재(43)와 체결되는 육각 또는 사각의 너트, 볼트 등의 체결부재(41) 머리가 끼워지기 위한 걸림홈이며(도 9 참조), 프로파일타입으로 되는 외부몸체(10b)의 외곽은 원형(도 2 참조), 다각형(도 3 내지 도 5 참조) 등 다양하게 형성된다.

프로파일타입으로 되는 외부몸체(10b)의 외곽 규격은 통상의 프로파일 구조물 부재의 규격에 맞추어 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 외부몸체(10)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 속심(20)을 지지하는 하나 이상의 리브(17)가 더 형성될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 속심(20)은 복수의 대나무 스트립(211)이 접합되어 이루어진 대나무 집성바(21)로 되고, 상기 외부몸체(10)는 외표면에 대나무 집성바(21)로 된 속심(20)의 휨 방향을 외부에 표시하는 표시선(19)이 형성될 수 있다.

상기 표시선(19)은 대나무 집성바(21)의 배치방향을 외부에 표시함으로써 본 발명을 곡선형태로 휨 설치시 상술한 대나무 스트립(211)의 휨 방향을 용이하게 인식할 수 있도록 하기 위한 것으로 요홈 또는 돌기 형태로 형성된다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 외부몸체(10)와 속심(20)은 적어도 하나 이상의 결착수단(30)에 의하여 체결될 수 있다.

상기 결착수단(30)은 나사못 등으로 이루어지며, 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이 구조물 부재(1)를 T 형태 등으로 연결조립시 인장 응력에 의하여 발생될 수 있는 속심(20)과 외부몸체(10) 간 이격을 방지하기 위한 것이다.

상기 결착수단(30)은 제품 제작시 설정 간격으로 체결되거나 설치 현장에서 필요에 따라 체결될 수 있다.

또한, 상기 결착수단(30)의 체결은 파이프타입 구조물 부재(1A)(도 8의 a 참조)의 경우 별도로 체결자리를 고려하지 않아도 되고, 프로파일타입 구조물 부재(1B)(도 8의 b 참조)의 경우에는 외부몸체(10)에 별도의 홈(16)을 형성하여 자리를 마련하거나 T슬롯(15)을 이용할 수도 있다.

상기 구성을 지닌 본 발명에 따른 속심을 갖는 구조물 부재(1)( 1A)(1B)의 작용상태를 살펴본다.

본 발명에 따른 구조물 부재는 알루미늄 합금 등의 금속재로 외부몸체(10)가 형성되고 상기 외부몸체(10) 내에 목재, 합성수지재, 유리섬유 복합재, 탄소섬유 복합재, 섬유질부재 등의 비금속재를 속심(20)으로 결합시켜 된 구조물 부재로서 금속재로 이루어진 종래기술의 구조물 부재에 비하여 기계적 강도는 오히려 강화되면서 금속 원자재를 줄여 제조원가를 절감시키고 중량을 줄일 수 있도록 한다.

상기 외부몸체(10)가 파이프타입(10a) 또는 프로파일타입(10b)으로 형성되고, 이 외부몸체(10) 내부에 속심(20)이 삽입 긴밀하게 결합되어 일체화되기 때문에 구조물 전체의 강도는 종래기술 구조물 부재 대비 오히려 강화되면서 금속재 외부몸체(10)의 단면적이 현저히 줄어들어 제조원가를 절감하고 상대적 고가 자원인 금속자재를 절약할 수 있도록 한다.

폐쇄공간(S)을 갖는 구조물의 강도는 폐쇄공간(S)을 형성하는 둘레 변 길이의 세제곱 배로 증가되며, 이는 둘레의 일부가 개방된 구조물의 강도에 비하여 현저히 높다.

본 발명은 이와 같이, 강도가 높은 폐쇄공간(S) 구조를 외부몸체(10)에 형성하고 그 내부에 속심(20)을 결합한 것으로서 동일 규격에서 종래기술 프로파일 구조물 부재에 비하여 폐쇄공간(S)을 형성하는 둘레 일변의 길이가 현저히 크게 형성되어 강한 강도를 갖으며 여기에 속심(20)의 강도가 더해져서 강도를 더욱 높여준다.

또한, 예컨대, 도 10에 도시된 종래기술 알루미늄 합금 프로파일 구조물 부재(100)의 40mm × 40mm 규격제품을 비교대상으로 할 때, 비교대상 구조물 부재의 단면적은 726㎟ 내외임에 비하여 이와 동일한 규격을 갖는 본 발명에 따른 프로파일타입 구조물 부재(도 4 참조)는 외부몸체(10b)의 단면적이 380㎟ 이하로 되어 금속 원자재가 절반 가까이 줄어들고 비용이 획기적으로 절감된다.

이와 같이 기존의 프로파일 구조물 부재 대비 강도 및 경제성이 뛰어난 본 발명에 따른 속심을 갖는 구조물 부재(1B)는 프로파일 구조물 부재로서도 산업상 이용가능성이 매우 높다.

또한, 속심(20)으로서 예컨대 대나무 집성바(21)와 같이 탄성과 휨성을 갖는 소재를 이용함으로써 휨성 및 복원 탄성을 가지며, 돔형, 아치형 등과 같이 곡선형 건축물의 골조로 유용하게 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 속심을 갖는 구조물 부재(1)(1A)(1B)가 곡선형태로 휘어져 돔형, 아치형 건축물의 골조로 설치될 경우, 복원 탄성에 의한 강한 지지력으로 종래의 트러스구조에 비하여 자재의 규모가 현저히 작아지고 시공이 간편하여 공사비용을 현저히 절감시키며, 공간을 적게 차지하여 공간활용도를 높여준다.

또한, 금속재 대비 경량체인 속심(20)으로 인하여 전체의 중량을 줄이고 취급 관리 및 시공을 용이하게 한다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

1,1A,1B: 본 발명의 속심을 갖는 구조물 부재
10: 외부몸체 10a: 파이프타입(외부몸체) 10b: 프로파일타입(외부몸체)
11: 파지돌조 12: 삽입공 13: 접착제 유입공간
15: T슬롯 17: 리브 19: 표시선
20: 속심 21: 대나무 집성바 211: 대나무 스트립
30: 결착수단 41: 체결부재 43: 연결부재

Claims (11)

1. 몸체의 외곽을 형성하며 폐쇄공간을 갖는 외부몸체와 상기 외부몸체의 폐쇄공간 내에 길이방향으로 삽입 결합되는 속심으로 이루어지고,
   상기 외부몸체는 알루미늄을 포함하는 금속재로 되며,
   상기 속심은 복수의 대나무 스트립이 접합되어 이루어진 대나무 집성바로 됨을 특징으로 하는 속심을 갖는 구조물 부재.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부몸체는 외부가 원형 또는 사각을 포함하는 다각형의 파이프타입으로 형성됨을 특징으로 하는 속심을 갖는 구조물 부재.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부몸체는 외부가 하나 이상의 T슬롯이 형성되는 프로파일타입으로 됨을 특징으로 하는 속심을 갖는 구조물 부재.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부몸체는 내부에 상기 속심의 삽입 결합을 위해 길이방향으로 복수의 파지돌조가 형성됨을 특징으로 하는 속심을 갖는 구조물 부재.
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부몸체는 속심을 지지하는 하나 이상의 리브가 더 형성됨을 특징으로 하는 속심을 갖는 구조물 부재.
9. 삭제
10. 삭제
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부몸체와 속심은 적어도 하나 이상의 결착수단에 의하여 체결됨을 특징으로 하는 속심을 갖는 구조물 부재.

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