KR101335577B1 - 캔틸레버 구조물의 지지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캔틸레버 방식으로 축조된 대형 구조물에서 단부측을 지지하여 풍하중에 대해 내구성과 안전성을 보장할 수 있는 캔틸레버 구조물의 지지장치에 관한 것으로, 캔틸레버 구조물의 루프부를 지지하는 지지장치로서, 상기 기초층에 지지되고 수직방향으로 신축되는 붐 및 상기 붐의 상단부측에 배치되고 상기 루프부를 지지하는 댐핑부를 포함하고, 상단부가 상기 루프부의 저면에 접촉하고 상기 댐핑부에 의하여 상기 루프부의 진동을 감쇠하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치를 제공한다. 따라서, 캔틸레버 구조물의 충격이나 바람에 의한 진동을 효과적으로 감소하고 구조물의 내구성을 증가시킬 수 있다.

Description

캔틸레버 구조물의 지지장치{SUPPORTING APPARATUS FOR CANTILEVER STRUCTURE}

본 발명은 건축 구조물의 지지장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 캔틸레버 방식으로 축조된 대형 구조물에서 루프부를 지지하여 풍하중에 대해 내구성과 안전성을 보장할 수 있는 캔틸레버 구조물의 지지장치에 관한 것이다.

일반적으로 대형 구조물의 지붕은 벽체의 상부에 철제 프레임 등으로 골조를 구축하고 이러한 골조에 지붕을 결합하여 이루어지게 되는데, 일반적으로 벽체의 상부에 규격화된 프레임 등을 상호 결합하고, 결합된 각각의 프레임에 대하여 분할된 개별 프레임을 설치한 이후에 지붕을 이룰 수 있는 부재들을 덮어서 시공이 이루어진다.

전시장, 경기장이나 공연장과 같은 대형 구조물은 그 특성상 일반 주거 및 업무용 건축물에 비해 외관의 미관적인 중요성이 더욱 강조된다. 최근에는 건축기술과 재질기술의 발전에 의하여 다양한 외관을 갖는 대형 구조물들이 축조되고 있다.

이러한 구조물 중에서 캔틸레버(cantilever) 구조물이 시공되는 경우가 많아지고 있다.

캔틸레버 구조물이란 일측만 지지되고 타측 단부는 돌출되는 구조물의 유형으로서, 종래 베란다나 교량의 슬래브와 같은 구조물에서는 일측이 고정되고 타측이 자유단부를 가진 보 형태의 캔틸레버가 형성된다.
캔틸레버 구조물에 관한 종래 기술은 '대한민국 등록특허 10-1082429'에서 제시된 바 있다.

최근에는 이러한 캔틸레버 구조가 철골이나 철근콘크리트를 사용하는 현대식의 구조물에 많이 적용되는데, 예를 들어 캔틸레버식 교량과 같은 대형 구조물에도 사용되는 예가 있다.

그런데, 이러한 캔틸레버 구조물은 전단강도나 응력 등의 면에서 구조적으로 취약한 문제와 작업의 까다로움으로 인하여 대형화하는 데 문제가 있었다.

또한, 캔틸레버 구조물을 대형화하여 지면에 대해 소정 높이에 배치하는 경우에는 바람에 의한 진동을 고려하여 설계하고 시공하여야하는데 구조적인 한계로 인하여 내구성과 안전상에 문제점을 가지고 있었다.

특히, 최근에는 기상 이변으로 인하여 슈퍼 태풍과 같은 예측하지 못한 기상 상황이 발생하고, 순간 풍속이 구조물의 설계풍속을 초과하는 경우도 발생하였다. 특히 캔틸레버 구조물과 같은 경우에는 단부측에서의 진폭이 극대화되기 때문에 손상의 가능성이 증가하고 심각한 경우 구조물의 붕괴를 초래할 우려가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대형의 캔틸레버 구조물에서 풍하중에 대해 루프부의 단부측을 지지하는 구조를 구비함으로써 대형 구조물의 내구성과 안전성을 보장할 수 있는 캔틸레버 구조물의 지지장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 캔틸레버 구조물의 지지장치는, 캔틸레버 구조물의 루프부를 지지하는 지지장치로서, 상기 기초층에 지지되고 수직방향으로 신축되는 붐 및 상기 붐의 상단부측에 배치되고 상기 루프부를 지지하는 댐핑부를 포함하고, 상단부가 상기 루프부의 저면에 접촉하고 상기 댐핑부에 의하여 상기 루프부의 진동을 감쇠하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치를 제공한다. 따라서, 캔틸레버 구조물의 충격이나 바람에 의한 진동을 효과적으로 감소하고 구조물의 내구성을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 기초층에 고정결합되고, 상기 붐이 압축되어 내부 공간에 수용되는 지주부를 더 포함한다. 따라서, 기초층에 대해 견고하게 지지된다.

또한, 상기 붐이 신축되도록 유압 동력을 제공하는 유압펌프를 더 포함한다. 따라서, 유압에 의하여 정확하게 압축 또는 신장되는 높이가 제어될 수 있다.

또한, 상기 루프부는 상기 댐핑부와의 접촉부위에 형성되는 홈부를 구비하고, 상기 댐핑부는 상단부측이 상기 홈부에 삽입된다. 따라서, 정확한 결합이 가능하고 접촉부의 슬립을 방지할 수 있다.

또한, 상기 댐핑부는 상단부에서 상측으로 돌출되고 상기 홈부에 삽입되는 삽입부를 구비한다. 따라서, 삽입부에 의하여 정밀한 삽입이 가능하다.

또한, 상기 삽입부는 외주측으로 돌출되고 상기 홈부와의 접촉시 탄성변형되는 돌부를 구비한다. 따라서, 접촉시의 오차를 보정할 수 있다.

또한, 상기 댐핑부와 상기 루프부와의 접촉을 감지하는 센서부를 더 포함한다. 따라서, 접촉시의 신호를 피드백하여 붐의 신축 속도를 제어할 수 있다.

또한, 상기 센서부는 상기 댐핑부와 상기 루프부와의 접촉 부위에 배치되는 스위치로 이루어질 수 있다. 따라서, 접촉시점을 정확하게 감지할 수 있다.

또한, 상기 센서부는 상기 댐핑부에 결합하는 압력 센서로 이루어질 수 있다. 따라서, 접촉시점은 물론 루프부에 의한 압력을 정확하게 검출할 수 있다.

또한, 상기 붐은 압축시 기초층에 하측으로 형성되는 홈에 전부 수용된다. 따라서, 지지장치의 보관시 미관이 향상된다.

또한, 기초층의 상측에 배치되고 상측에 바닥면을 형성하는 바닥부를 더 포함하고, 상기 붐은 압축시 상기 바닥부와 기초층의 사이의 공간에 전부 수용된다. 따라서, 보행자나 운행자가 움직일 수 있는 공간을 확보하면서도 지지장치의 보관상 미관을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 바닥부에서 상기 붐이 인출되는 개구부를 개폐하는 커버를 더 포함한다. 따라서, 필요시에만 지지장치를 인출하여 루프부의 지지가 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 캔틸레버 구조물의 지지장치는 캔틸레버 구조물의 루프부를 지지하는 지지장치로서, 기초층에 지지되고 수직방향으로 신장되어 상기 루프부의 저면을 지지하는 붐 및 상기 기초층의 상측에 배치되고 상기 붐이 출입되는 개구부와 상기 개구부를 개폐하는 커버를 구비하는 바닥부를 포함하고, 상기 붐은 압축시 상기 바닥부와 기초층 사이의 공간에 전부 수용되는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치를 제공한다. 따라서, 캔틸레버 구조물의 충격이나 기상이변에 대해 견고하게 지지할 수 있으므로 내구성과 안전성이 향상된다.

또한, 상기 붐에 결합되고 상기 루프부의 풍하중에 의한 진동을 감쇄하는 댐핑부를 더 포함할 수 있다. 따라서, 진동을 효과적으로 감쇄할 수 있다.

본 발명에 따른 캔틸레버 구조물의 지지장치는, 캔틸레버 구조물의 예측할 수 없는 충격이나 기상의 변화에 대응하여 루프부를 지지할 수 있도록 필요시에만 인출할 수 있고 신축되는 붐을 구비하고, 댐핑부에 의하여 루프부의 진동을 감쇠할 수 있기 때문에 캔틸레버 구조물의 내구성과 안전성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 바닥부에 지지장치의 수납공간이 마련될 수 있기 때문에 보관시에 보행자 또는 운행자의 움직임을 방해하지 않으면서도 미관을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 캔틸레버 구조물의 지지장치를 도시한 측면도.
도 2는 도 1의 캔틸레버 구조물과 지지장치의 접촉부위를 도시한 측면도.
도 3은 도 1의 캔틸레버 구조물의 지지장치의 설치부위를 도시한 측단면도.
도 4는 도 1의 캔틸레버 구조물과 지지장치의 접촉부위를 구체적으로 도시한 측단면도.

이하, 본 발명의 개념에 따른 캔틸레버 구조물의 지지장치를 도면을 기초로 더욱 상세하게 설명한다.

캔틸레버 구조물(100)이란 일부만 지면에 대해 지지되고 일측 단부는 돌출되는 구조물의 유형을 말하는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 지면에 대해 전체 구조를 지탱하는 서포트부(120)와 캔틸레버를 이루는 루프부(110)로 이루어진다.

또한, 상기 캔틸레버 구조물(100)은 상기 서포트부(120)를 기준으로 루프부(110)에 대향되도록 배치되는 후방루프(130)를 더 포함할 수 있고, 상기 루프부(110)는 서포트부(120)의 외주를 감싸도록 배치될 수도 있다.

상기 루프부(110)는 일단측이 상기 서포트부(120)에 지지되고 타단측이 자유단부를 형성하게 되는데, 같이 상기 루프부(110)는 단부측으로 갈 수록 풍하중에 대해 진폭이 크고 건축물로서의 내구성 측면에서 문제점을 가짐은 상기한 바와 같다.

본 발명의 개념에서는 상기한 캔틸레버 구조물(100)의 루프부(110)를 지지할 수 있는 지지장치를 제시하는데, 도 1에 도시된 바와 같이 지지장치(200)는 지면의 기초층(10)에 고정되고 신축되는 붐(220)과 상기 붐(220)의 상단부측에 배치되는 댐핑부(230)를 포함하고, 상단부가 상기 루프부(110)의 저면을 지지하고 진동을 감쇠한다.

상기 기초층(10)은 지반 또는 지반에 형성되는 기초 구조물을 의미하는 것으로 지지장치(200)를 고정하고, 바람직하게는 지지장치(200) 전체를 지지하는 지주부(210)가 기초층(10)에 형성되는 소정의 홈부위에 고정될 수 있다.

상기 지주부(210)는 기초층(10)에 고정되고 상하방으로 신축되는 붐(220)을 지지하는 부재로서, 붐(220)을 이루는 부재들을 내부 공간에 수납할 수 있도록 중공으로 이루어질 수 있다.

상기 붐(220)은 복수의 붐부재들이 상호간에 인입 또는 인출되어 상하방향으로 신축하고, 유압 또는 와이어의 장력 등의 구동력에 의하여 가동될 수 있고, 신장시 상단부가 대략 루프부(110)의 저면의 높이에 대응된다.

상기 붐(220)의 상단부측에는 댐핑부(230)가 구비되는데, 상기 댐핑부(230)는 에너지를 소산시키기 위하여 진동이나 충격을 경감시키기 위한 장치로 이루어지고, 바람직하게는 유압 댐퍼가 사용될 수 있다.

유압 댐퍼는 내부에 수용되는 유체의 점성이나 난류의 저항을 이용하여 진동을 감쇠하는 장치로서, 실린더와 피스톤로드에 가해지는 진동이나 충격을 피스톤에 구비되는 오리피스를 통해 유동되는 유체를 통하여 감쇠하도록 한다. 상기 유압 댐퍼는 감쇠력을 향상하기 위하여 스프링과 같은 탄성부재를 더 구비할 수 있다.

도 2는 상기한 지지장치(200)와 캔틸레버 구조물(100)의 루프부(110)의 접촉부위를 더욱 구체적으로 도시하는데, 지지장치(200)의 붐(220)이 신장되어 댐핑부(230)의 상단측이 루프부(110)의 저면의 소정 부위에 접촉하면서 하방으로의 하중을 보강 지지할 수 있다.

상기 댐핑부(230)는 상하방향으로 소정 거리 스트로크(stroke)를 가지며, 상기 루프부(110)의 상하방향 진동에 대해 스트로크 범위 내에서 신축하면서 진동을 감쇄한다.

본 발명의 실시예에서는 상기 댐핑부(230)가 붐(220)의 상단부에 위치하여 직접 루프부(110)를 지지하는 예가 설명되었지만, 붐(220)을 이루는 붐부재들 사이에 배치되거나 지주부(210)에 배치될 수도 있고, 붐(220)의 상하측에 복수로 구비될 수도 있음은 물론이다.

캔틸레버 구조물(100)의 경우에는 캔틸레버 부위 또는 루프부(110)가 지면에 대해 지지되지 않고 돌출되기 때문에 하중의 지지에 취약한 면이 있고, 특히 풍하중에 의한 진동이 발생할 수 있으며 이러한 진동은 단부측으로 갈수록 진폭이 증가됨은 상기한 바와 같다.

본 발명에 따른 지지장치(200)는 캔틸레버 구조물(100)의 예측할 수 없는 기상의 변화에 대응하여 루프부(110)를 지지할 수 있도록 기초층(10)에 구비되고, 댐핑부(230)를 구비하여 루프부(110)의 진동을 감쇠할 수 있기 때문에 캔틸레버 구조물(100)의 내구성과 안전성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

지지장치(200)에 지지되는 루프부(110)에는 상기 댐핑부(230)와의 접촉부위를 마련하고 종방향 강성의 보강을 위하여 지지부(111)가 더 구비될 수 있다.

상기 지지부(111)는 도 4와 관련하여 후술할 바와 같이 루프부(110)를 종방향으로 보강하는 보강부재와 상기 댐핑부(230)가 삽입되는 홈부로 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 지지장치(200)가 기초층(10)에 배치되는 모습을 구체적으로 도시한 측단면도이다.

지지장치(200)의 지주부(210)는 기초층(10)에 앵커나 볼팅과 같은 수단으로 고정결합되는데, 상기 기초층(10)의 지주부(210)가 배치되는 부위는 붐(220)이 수납되는 공간을 고려하여 하측으로 홈(11)이 형성되고, 상기 홈(11)에 지주부(210)의 일부 또는 전부가 수용될 수 있다.

상기한 바와 같이 지주부(210)는 상하방으로 신축되는 붐(220)을 지지하는데, 상기 붐(220)이 압축되어 상기 지주부(210)에 수용되는 경우 미관을 고려하여 지지장치(200) 전체가 외부로 노출되지 않는 것이 바람직하다.

따라서, 기초층(10)의 상측으로 상면을 형성하는 바닥부(300)를 구비할 수 있고, 상기 바닥부(300)와 기초층(10)의 사이에는 소정 공간이 형성될 수 있다.

상기 바닥부(300)에는 지지장치(200)의 붐(220)이 신장되어 외부로 인출될 수 있도록 개구부(301)가 형성될 수 있고, 이때 상기 개구부(301)의 개폐를 위한 커버(310)가 더 구비될 수 있다.

상기 커버(310)는 별도의 구동장치를 통하여 지지장치(200)의 수납 또는 보관시에 상기 개구부(301)를 폐쇄하여 외부로 노출되지 않도록 하고, 기상이 악화되거나 루프부(110)의 진동이 발생하여 보강 지지가 필요한 경우 상기 붐(220) 및 댐핑부(230)가 인출될 수 있도록 개방된다.

상기 바닥부(300)와 커버(310)의 상면은 지상에서 바라볼 때 바닥면을 이룰 수 있으며, 상측에서 보행자나 운행자들이 움직일 수 있도록 공간을 마련할 수 있다.

도 3에서는 상기 기초층(10)과 바닥부(300)의 사이에 소정 공간이 형성되도록, 기초층(10)의 상측으로 바닥부(300)가 소정 간격 이격되어 배치되는 예가 도시되었지만, 상기한 바와 같이 기초층(10)이 지주부(210)를 수용하면서 지지할 수 있는 홈(11)을 구비하고, 붐(220)의 압축시 상기 홈(11)이 지지장치(200) 전체의 높이에 대응되는 깊이로 형성되는 경우에는 상기 기초층(10)의 상면이 바닥부을 이룰 수 있고, 이때 별도의 바닥부(300)는 생략될 수 있고 상기 커버(310)가 상기 홈(11)의 개방부를 개폐하도록 배치될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 기초층(10)에는 상기 붐(220)의 각 붐부재들이 상호간에 인출 또는 인입될 수 있는 동력을 제공하는 구동부가 배치될 수 있고, 상기 구동부는 유압펌프(240)로 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 개념에 따른 지지장치(200)와 루프부(110)의 접촉부위를 더욱 구체적으로 나타내는 측단면도이다.

상기한 바와 같이 지지장치(200)의 상단부측에는 루프부(110)의 진동을 감쇄할 수 있도록 댐핑부(230)가 구비되는데, 루프부(110)는 상기 지지장치(200)의 상단부가 접촉하여 지지될 수 있도록 지지부(111)를 더 구비할 수 있음은 상기한 바와 같다.

상기 지지부(111)는 루프부(110)를 종방향 또는 횡방향으로 보강하는 보강부재로 이루어질 수 있고, 지지장치(200)와의 결합부위의 정확도 향상 및 루프부(110)의 횡방향 움직임을 제한하거나 지지할 수 있도록 지지장치(200)의 상단부가 삽입되는 홈부(112)를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 지지장치(200)의 상단부 또는 상기 댐핑부(230)의 상단부는 상기 홈부(112)에 대응되는 삽입부(250)가 구비될 수 있다.

상기 홈부(112) 및/또는 삽입부(250)에 의하여 지지장치의 정확한 접촉이 가능하고, 상호 슬립에 의한 손상 가능성이 방지될 수 있는 이점이 있다.

다만, 상기 댐핑부(230)는 상측에 붐부재나 접촉을 위한 별도의 부재와 더 결합될 수 있고, 이 경우 상기 댐핑부(230)의 상단부는 댐핑부(230)의 상측에 결합되는 부재의 상단부를 의미함에 유의하여야 한다.

상기 삽입부(250)는 붐(220)의 신장시에 상승하면서 상기 홈부(112)에 삽입되어 정확한 결합위치를 결정할 수 있도록 하는데, 삽입의 정확도 향상을 위하여 상기 삽입부(250)의 외주면에는 외주측으로 돌출되고 탄성력을 가진 돌부(251)를 더 구비할 수 있다.

또한, 본 발명의 지지장치(200)는 상기 댐핑부(230)와 지지부(111)의 접촉부위에 인접하여 접촉을 감지할 수 있는 센서부(260)를 더 구비할 수 있다.

상기 센서부(260)는 도면에 도시된 바와 같이 댐핑부(230)와 붐(220)의 결합부위에 개재되는 압력 센서일 수도 있고, 루프부(110)의 지지부(111)와 댐핑부(230)의 접촉부위에 형성되는 스위치일 수도 있다.

상기 센서부(260)는 지지장치(200)가 루프부(110)를 지지하기 위하여 붐(220)의 각 붐부재들을 인출하는 과정에서 댐핑부(230)가 루프부(110)의 소정 부위에 접촉을 감지함으로써 인출되는 속도를 저감하거나 중단하도록 피드백 신호를 발생한다.

또한, 상기 센서부(260)가 압력 센서로 이루어지는 경우에는 상기 댐핑부(230)에 작용하는 루프부(110)의 종방향 압력 또는 진동의 강도를 모니터링할 수 있는 검출수단으로서 기능할 수도 있다.

상기 지지장치(200)는 루프부(110)의 단부측에 인접된 저면을 지지하는 것이 바람직하고, 두 개 이상이 배치될 수도 있다.

또한, 본 발명의 개념에서는 지지장치(200)가 캔틸레버로 이루어지는 루프부(110)를 지지하는 경우를 설명하였지만, 상기 지지장치(200)는 교량과 같이 양단부가 지지되는 횡방향으로 긴 구조물, 다양한 건축물의 지붕 또는 천정면 등과 같은 보강 지지가 필요한 부위에 선택적으로 적용될 수 있음은 물론이다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

100...캔틸레버 구조물 110...루프부
200...지지장치 210...지주부
220...붐 230...댐핑부

Claims (14)

1. 캔틸레버 구조물의 루프부를 지지하는 지지장치로서,
   수직방향으로 신축되는 붐;
   기초층에 고정결합되며, 상기 붐을 지지함과 아울러, 상기 붐이 압축되어 수용되는 내부 공간이 구비된 지주부;
   상기 붐의 상단부측에 배치되고 상기 루프부를 지지함과 아울러, 상기 루프부의 진동을 감쇠시키는 댐핑부; 및
   상기 댐핑부가 삽입되는 홈부를 구비하며, 상기 루프부를 종방향 또는 횡방향으로 보강하는 보강부재로 형성된 지지부;를 포함하며,
   상기 댐핑부는 상단부에서 상측으로 돌출되고 상기 홈부에 삽입되는 삽입부를 구비하며,
   상기 삽입부의 외면에는 상기 홈부와의 접촉시 탄성변형되는 돌부가 형성된 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 지주부(210)의 일부 또는 전부가 수용되는 홈;을
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 붐이 신축되도록 유압 동력을 제공하는 유압펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 댐핑부와 상기 루프부와의 접촉을 감지함과 아울러, 상기 댐핑부에 작용하는 루프부의 압력 및 진동을 측정하는 센서부;를 더 포함하며,
   상기 센서부는 상기 댐핑부에 결합하는 압력 센서인 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 센서부는 상기 댐핑부와 상기 루프부와의 접촉 부위에 배치되는 스위치인 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 붐은 압축시 기초층에 하측으로 형성되는 홈에 전부 수용되는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치.
   
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   기초층의 상측에 배치되고 상측에 바닥면을 형성하는 바닥부;를 더 포함하고,
   상기 붐은 압축시 상기 바닥부와 기초층의 사이의 공간에 전부 수용되는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 바닥부에서 상기 붐이 인출되는 개구부를 개폐하는 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조물의 지지장치.
   
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