KR101348054B1 - 유닛모듈라 주택의 철골 구조물 - Google Patents

유닛모듈라 주택의 철골 구조물 Download PDF

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박금성
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임석호
홍성엽
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Abstract

본 발명은 기둥 부재의 제작이 편리하고 제작 비용이 저렴해질 뿐만 아니라 효율적으로 단면을 구성할 수 있고 또한 접합부의 시공성이 뛰어나면서도 우수한 접합부 성능을 확보할 수 있도록 한 유닛모듈라 주택의 철골 구조물을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 판재를 절곡시켜 일 측면에 개방된 기둥 개구부를 형성하여 유닛모듈라 철골 구조물의 모서리부에 각기 연직방향으로 배치되는 복수 개의 개방형 기둥과; 상기 복수 개의 개방형 기둥에 상하부로 위치되어 그의 측면에 직각 방향으로 단부가 접합된 복수 개의 보;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유닛모듈라 주택의 철골 구조물{Steel frame structure of unit modular house}
본 발명은 유닛모듈라 주택의 철골 구조물에 관한 것으로, 특히 기둥 부재의 제작이 편리하고 제작 비용이 저렴해질 뿐만 아니라 효율적으로 단면을 구성할 수 있고 또한 접합부의 시공성이 뛰어나면서도 우수한 접합부 성능을 확보할 수 있도록 한 유닛모듈라 주택의 철골 구조물에 관한 것이다.
유닛모듈라 주택은 주택의 건축이나 가옥의 증·개축을 용이하게 할 수 있고, 건축폐기물을 획기적으로 줄일 수 있는 친환경적인 첨단 주택 건축공법으로 알려져 있다.
이는 현장에서 시공하는 기존의 주택과 달리 공장에서 다수의 입방체로 구성되는 구조체 내부에 각종 내장재(창호 등), 각종 기계설비(욕실 및 주방 등) 및 전기 배선 등을 미리 시공하고 이를 현장에 운반하여 조립하여 완성하는 주택이다.
이같이 공장에서 주택이 생산되기 때문에 자동차 생산과 같은 시스템을 갖출 경우 획기적인 생산성 제고와 함께, 시공의 질을 높일 수 있고 3D현상으로 인한 기능인력 문제를 해결할 수 있으며, 쾌적하고 안전한 시공현장을 유지할 수 있다. 뿐만 아니라 유닛모듈라 주택은 철골구조 유닛 박스를 현장에 운반하여 레고블록처럼 조립하여 완성하는 방식이어서, 거주자의 취향에 따라 주택을 건축·해체할 수 있고 또한 쉽게 내부를 리모델링할 수 있다.
유닛모듈라 주택건축 방식은 주택 건축의 조립화, 부품화으로 인해 공사기간, 시공비, 환경부하를 기존 건축방식에 비해 약 30%로 절감할 수 있게 하며, 특히 건축 폐기물로 인한 환경부하는 약 90%이상 감소시킬 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 일본 공개특허 특개평6-42054호로서 건물유닛의 기둥-보 접합구조가 있다. 이는 기둥의 단부에 제1브라켓을 취부하고, 이 제1브라켓에서 보의 높이 치수와 해당 간격을 두어 기둥 부분에 슬릿이 형성되고, 이 슬릿 틈새로 제2브라켓이 삽입되어 기둥에 설치된 제1,2브라켓에 보의 단부가 결합되어 구성된 것이다.
본 발명의 배경이 되는 다른 기술로는 일본 공개특허 특개평5-9980호에 건물 유닛의 기둥보접합용 금구 및 그 제조방법이 있다. 이는 판재를 단면 ㄷ자형으로 절곡하여 금구 본체를 형성하고 이 금구 본체의 한쪽 ㄷ자형 단면 측을 보 접속부를 구성하고 동시에 다른 ㄷ자형 단면에 다른 양 접속부를 구성하여 측벽 부재를 용접하고, 측벽 부재와 금구 본체의 수직 벽의 모서리 부분 개방 측에 단면 L자형의 보조 부재를 용접하여 구성한 것이다.
이같이 배경 기술들은 기둥-보 접합구조에 있어서 기둥의 단면은 사각 단면을 사용하고 있다. 기둥이 사각 단면의 각 파이프 형태일 경우 제작 공정이 복잡해지고, 이로 인해 제작 비용이 상승하는 문제가 있다. 또한 접합부의 시공성이 떨어지고 성능확보에도 어려움이 있다는 문제가 있다.
한국 공개특허 공개번호 제10-2009-0064989호(건축 모듈러 유닛)
본 발명은 기둥 부재의 제작이 편리하고 제작 비용이 저렴해질 뿐만 아니라 효율적으로 단면을 구성할 수 있고 또한 접합부의 시공성이 뛰어나면서도 우수한 접합부 성능을 확보할 수 있도록 한 유닛모듈라 주택의 철골 구조물을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 판재를 절곡시켜 일 측면에 개방된 기둥 개구부를 형성하여 유닛모듈라 철골 구조물의 모서리부에 각기 연직방향으로 배치되는 복수 개의 개방형 기둥과;
상기 복수 개의 개방형 기둥에 상하부로 위치되어 그의 측면에 직각 방향으로 단부가 접합된 복수 개의 보;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 개방형 기둥의 단면은 L자형 단면으로 그 단면의 양 단부에서 연장된 접합 날개를 더 갖고, 접합 날개의 사이에 상기 기둥 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 기둥 개구부를 일부 또는 전체를 폐쇄시키는 평탄면을 갖는 측면 덮개판이 더 설치될 수 있다.
또한, 기둥 개구부의 일부 또는 전체를 폐쇄시키는 곡면을 갖는 측면 덮개판이 더 설치될 수 있다.
또한, 개방형 기둥의 내부 전체 또는 일부에 모르타르 또는 무근콘크리트가 타설되어 구성될 수 있다.
또한, 개방형 기둥의 내부에 직각 방향으로 배치된 하나 이상의 스티프너 또는 다이아프램이 더 구비되어 구성될 수 있다.
또한, 개방형 기둥의 내부에 직각 방향으로 다수 개의 스티프너 또는 다이아프램이 배치되고, 스티프너 또는 다이아프램에 의해 구획된 영역 전체 또는 일부에 모르타르 또는 무근콘크리트가 타설되어 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 유닛모듈라 주택의 철골 구조물은, 판재를 절곡시켜 개방형으로 기둥이 제작되어 제작이 편리하고, 제작 비용이 저렴해진다.
또한, 기둥에 형성된 기둥 개구부에 의해 접합부의 시공성이 향상되며 다양한 접합부 구조의 적용이 가능해진다.
또한, 개방형 기둥의 내측 중앙부에 스티프너 또는 다이아프램을 접합하여 접합부의 강도를 증대시킬 수 있고, 모르타르나 콘크리트를 부분적 또는 전체적으로 충전할 수 있어 압축 강도, 좌굴 강도 및 접합부의 강도를 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1의 (가),(나)는 본 발명의 일실시 예에 따른 개방형 기둥의 사시도 및 평면도.
도 2의 (가),(나),(다),(라)는 본 발명에 적용되는 개방형 기둥과 측면 덮개판의 분해사시도 및 측면 덮개판의 다양한 형태를 보여주는 평면도.
도 3의 (가),(나),(다)는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 개방형 기둥의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 개방형 기둥을 캐스트 노드를 갖는 조인트 방식을 적용할 경우의 조립한 상태를 나타내는 조립상태도.
도 5는 도 4의 평단면도.
도 6a,6b,6c는 본 발명에 따른 개방형 기둥으로 캐스트 노드가 없는 조인트들을 나타낸 것으로 기둥의 개방 위치에 따른 평단면도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 적용되는 개방형 기둥을 적용한 다양한 유닛모듈라 철골 구조물의 사시도.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 7 및 도 8에는 본 발명에 따른 유닛모듈라 철골 구조물(10)의 다양한 실시 예가 나타나 있다. 도 7 및 도 8에서와 같이 유닛모듈라 철골 구조물(10)은 복수 개의 개방형 기둥(12)과, 모서리부에 배치된 4개의 기둥(12)의 상하단에 각각 연결된 복수 개의 보(14)로 구성되어 박스형의 뼈대를 이룬다.
도 1에서와 같이 복수 개의 개방형 기둥(12)은 금속 판재를 절곡시켜 일 측면에 개방된 기둥 개구부(122)를 형성하여 철골 구조물(10)의 모서리부에 연직방향으로 배치된다. 복수 개의 보(14)는 형강 또는 절곡 및 포밍으로 제작되어 복수 개의 개방형 기둥(12)에 직각 방향으로 단부가 접합된다.
도 1에서와 같이 개방형 기둥(12)은 대략 L자형 단면 그대로 또는 그 단면의 양쪽 단부에 직각 방향으로 연장된 접합 날개(121,121)를 갖는다. 접합 날개(121,121)는 도 2(라)에서와 같이 예각 방향으로 연장될 수도 있다. 양쪽 접합 날개(121,121)의 폭 치수는 동일하거나 서로 다를 수 있다. 따라서 기둥 개구부(122)는 접합 날개(121,121)의 사이에 형성된다. 접합 날개(121,121)의 폭 치수는 특별히 한정되는 것은 아니며 기둥 개구부(122)의 개구폭에 따라 증감될 수 있다.
이같이 개방형 기둥(12)은 판재를 절곡시켜 제작함으로써 기존 사각의 폐단면을 갖는 각형 기둥에 비해 제작 비용을 절감할 수 있고, 일측에 기둥 개구부(122)가 형성됨으로써 다른 부재와의 접합을 위한 별도의 구멍을 가공할 필요가 없어진다.
도 2의 개방형 기둥(12)은 기둥 개구부(122)를 일부 또는 전체를 폐쇄시키기 위해 도 2(나)와 같이 평탄면을 갖는 측면 덮개판(16) 또는 도 2(다)와 같이 곡면을 갖는 측면 덮개판(16A)이 더 설치되어 구성될 수 있다. 이때 측면 덮개판(16A)의 곡면은 개방형 기둥(12)의 내부를 향하여 볼록하게 구성된다. 측면 덮개판(16, 16A)의 두께는 개방형 기둥(12)의 판재 두께와 동일한 두께로 제작될 수 있고 다를 수도 있다. 측면 덮개판(16, 16A)은 개방형 기둥(12)의 전체 길이와 동일하거나 짧게 구성될 수 있다. 측면 덮개판(16, 16A)이 상대적으로 짧은 경우, 기둥 개구부(122)에 부분적으로 설치될 수 있다. 이같이 측면 덮개판(16,16A)이 설치되면, 개방형 기둥(12)은 부분적 또는 전체적으로 폐쇄형 단면을 갖게 된다.
한편, 개방형 기둥(12)의 내부 전체에 도 3(가)와 같이 충진재(18)가 채워질 수 있다. 예로, 충진재(18)는 개방형 기둥(12)의 내부에 타설된 모르타르 또는 무근콘크리트가 될 수 있다. 이같이 충진재(18)가 구비되는 경우 개방형 기둥(12)은 강도가 증가하게 된다. 도시되지는 않았지만, 개방형 기둥(12)의 내부 일부, 예컨데 길이방향의 중앙부에만 모르타르 또는 무근콘크리트가 타설되어 구성될 수 있다.
또한, 도 3(나)와 같이 개방형 기둥(12)의 내부에 길이방향에 대해 직각 방향으로 하나 이상의 판상 스티프너(123) 또는 다이아프램이 배치될 수 있다. 예로, 스티프너(123) 또는 다이아프램은 개방형 기둥(12)의 양쪽 단부를 제외한 중앙부측에 하나 또는 복수 개 이상 설치될 수 있다. 스티프너(123) 또는 다이아프램이 복수 개로 설치된 경우 상호 일정한 간격을 두고 배치된다. 스티프너(123)는 금속재의 판상형으로 개방형 기둥(12)의 내부 단면과 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하지만 꼭 그럴 필요는 없다. 스티프너(123) 또는 다이아프램의 두께는 개방형 기둥(12)의 판재 두께와 동일할 필요는 없고 설계에 따라 조정될 수 있다. 이같이 스티프너(123)와 다이아프램이 설치됨으로써 각종 강도가 증가된다.
또한, 도 3(다)와 같이 개방형 기둥(12)의 내부에 직각 방향으로 다수 개의 스티프너(123) 또는 다이아프램을 배치하되, 이것들에 의해 구획된 영역 전체 또는 일부에 상기한 충진재(18)로서 모르타르 또는 무근콘크리트가 타설되어 구성될 수도 있다.
여기서 스티프너(123)와 다이아프램은 측면 덮개판(16)과 함께 설치되거나 측면 덮개판(16)이 없이도 설치될 수 있다.
이와 같이 개방형 기둥(12)은 판재를 절곡시켜서 제작되어 제작 공정이 간단 용이하며, 이에 따라 유닛모듈라 주택의 철골 구조물(10)의 전체 시공 비용을 절감시킬 수 있다.
한편, 보(14)는 도 4와 같이 ㄷ자형 단면을 갖거나 ㄷ자형 단면을 갖되 단면의 말단에 안쪽으로 절곡된 플랜지가 더 구비된 형태가 될 수 있다. 보(14)는 특정된 단면을 갖는 것에만 적용되는 것은 아니므로 예시된 단면에만 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성된 유닛모듈라 주택의 철골 구조물(10)은 접합부에서 2가지 형태로 기둥 접합이 이루어질 수 있다.
제 1 형태는 도 4 및 도 5에서와 같이 캐스트 노드(22)를 갖는 긴결용 브라켓(20)을 이용한 기둥 접합의 방법이고, 제 2 형태는 도 6에서와 같이 캐스트 노드가 없는 긴결용 브라켓(20a)을 이용한 기둥 접합의 방법이다. 캐스트 노드(22)는 본 출원인에 의해 제안된 것으로 긴결용 브라켓(20a)에 구형의 볼 또는 사각뿔의 혹 형태로 돌출된 것을 의미한다.
제 1 형태의 캐스트 노드(22)를 갖는 긴결용 브라켓(20)을 이용한 기둥 접합은, 도 4 및 도 5에서와 같이 긴결용 브라켓(20)에 4개의 개방형 기둥(12)측 기둥 개구부(122)가 각기 중앙에 모여 사각 영역을 이루도록 배치하고, 그 사각 영역에 캐스트 노드(110)가 위치되도록 하여 접합시킨 것이다. 이후 보(14)와 긴결용 브라켓(20)을 복수 개 이상의 볼트(30)와 너트(31)로 체결하여 일체화시킨다. 이때 측면 덮개판(16) 또는 충진재(18)가 선택적으로 또는 모두 설치될 수 있다.
제 2 형태의 캐스트 노드가 없는 긴결용 브라켓(20a)을 이용한 기둥 접합은, 도 6a에서와 같이 긴결용 브라켓(20a)에 4개의 개방형 기둥(12)측 기둥 개구부(122)가 박스형 모듈의 외측을 바라보고 있도록 배치하여 접합된 것과, 도 6b 및 도 6c와 같이 모듈의 내측을 바라보고 있도록 배치하여 접합된 것이다. 이후 개방형 기둥(12)과 긴결용 브라켓(20a)의 체결은 제 1형태와 동일하게 복수 개 이상의 볼트(30)와 너트(31)로 이루어지며, 도 6c와 같이 복수 개 이상의 볼트(30)와 너트(31)는 기둥 개구부(122)의 안쪽을 통하여 체결 작업이 용이하게 이루어질 수도 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 판재를 절곡시키는 간단한 공정으로 이루어져 기둥 부재의 제작이 편리하고 제작 비용이 저렴해지며 효율적으로 단면을 구성할 수 있다. 뿐만 아니라 기둥개구부를 이용함으로써 다른 부재와 접합 작업을 용이하게 수행할 수도 있고 다양한 접합 구조를 적용할 수 있다. 또한 개방형 기둥의 내측 중앙부에 스티프너를 설치하여 강도 및 강성을 증대시킬 수 있고, 압축 강도 및 좌굴 강도 등을 향상시키기 위해 모르타르나 콘크리트를 부분적으로 또는 전체적으로 충진할 수 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 유닛모듈라 철골 구조물
12: 개방형 기둥
121: 접합 날개
122: 기둥 개구부
123: 스티프너
14: 보
16: 측면 덮개판
18: 충진재
20,20a: 긴결용 브라켓
21: 브라켓 날개
22: 캐스트 노드
30: 볼트

Claims (7)

  1. 판재를 직각으로 절곡시켜 일측 모서리에 개방된 기둥 개구부를 형성하여 유닛모듈러 철골구조물의 모서리부에 각기 연직방향으로 배치되는 복수 개의 개방형 기둥과;
    상기 복수 개의 개방형 기둥에 상하부로 위치되어 그의 측면에 직각 방향으로 단부가 접합된 복수 개의 보;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유닛모듈러 주택의 철골 구조물.
  2. 제 1항에 있어서,
    개방형 기둥은 그의 단면이 L자형 단면으로 그 단면의 양 단부에서 연장된 접합 날개를 더 갖고, 접합 날개의 사이에 상기 기둥 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유닛모듈라 주택의 철골 구조물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기둥 개구부를 일부 또는 전체를 폐쇄시키는 평탄면을 갖는 측면 덮개판이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유닛모듈라 주택의 철골 구조물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기둥 개구부의 일부 또는 전체를 폐쇄시키는 곡면을 갖는 측면 덮개판이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유닛모듈라 주택의 철골 구조물.
  5. 제 1항에 있어서,
    개방형 기둥의 내부 전체 또는 일부에 모르타르 또는 무근콘크리트가 타설되어 있는 것을 특징으로 하는 유닛모듈라 주택의 철골 구조물.
  6. 제 1항에 있어서,
    개방형 기둥의 내부에 직각 방향으로 배치된 하나 이상의 스티프너 또는 다이아프램이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 유닛모듈라 주택의 철골 구조물.
  7. 제 1항에 있어서,
    개방형 기둥의 내부에 직각 방향으로 다수 개의 스티프너 또는 다이아프램이 배치되고, 스티프너 또는 다이아프램에 의해 구획된 영역 전체 또는 일부에 모르타르 또는 무근콘크리트가 타설되어 있는 것을 특징으로 하는 유닛모듈라 주택의 철골 구조물.
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