KR101509096B1 - 횡방향 프리스트레스트 구조부재를 이용한 조형물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 옥외에 설치되는 대형 조형물에 관한 것으로서, 횡방향으로 프리스트레스로서의 모멘트가 도입되어 있는 구조부재를 이용하여 풍하중을 효과적으로 지지할 수 있도록 하였다.
본 발명에 의한 조형물은, 서로 대칭을 이루도록 마주보고 수직하게 설치되는 구조부재 한 쌍과 상기 구조부재의 상하단부에서 구조부재들을 연결해주는 결합부재를 포함하여 이루어지되; 상기 구조부재는 횡방향으로 프리스트레스로서의 모멘트가 도입되도록 제작되며, 한 쌍의 구조부재는 각각 프리스트레스로서의 모멘트가 외측으로 볼록한 캠버를 발생시키는 방향으로 작용하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

횡방향 프리스트레스트 구조부재를 이용한 조형물{Structure using transverse prestressed structural members}

본 발명은 옥외에 설치되는 대형 조형물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 횡방향으로 프리스트레스로서의 모멘트가 도입되어 있는 구조부재를 이용하여 풍하중을 효과적으로 지지할 수 있도록 한 횡방향 프리스트레스트 구조부재를 이용한 조형물에 관한 것이다.

상품, 서비스, 행사 등을 홍보하거나 도심의 미관을 향상시켜주기 위하여 설치되는 조형물은 그것이 설치된 목적을 효과적으로 달성할 수 있도록 사람들의 이목을 끌 수 있어야 한다. 이를 위하여 조형물에 움직임을 주거나 조명을 이용하는 등의 다양한 방법이 사용되는데, 조형물이 높은 건물의 옥상 또는 고속도로 주변 등 사람들이 근거리에서 볼 수 없는 곳에 설치되는 때에는 조형물을 대형으로 만드는 것이 가장 우선적으로 고려될 수 있는 방법이다.

대형 조형물은 큰 자중을 가지기 때문에 건축물의 시공에 사용되는 I형강 등으로 그 틀을 구축하고 이 틀의 외부에 외피를 부착는 방법으로 구축되기도 한다. 그러나 조형물이 대형이라고 하더라도 건축물만큼의 자중을 가지지는 않는데, 큰 표면적을 가지는 조형물, 특히 광고용 조형물의 경우 풍하중에 취약할 수 있기 때문에 이를 고려하여 규격이 큰 I형강 등을 사용하거나 I형강 등으로 이루어지는 틀을 보강해주어야 할 필요가 있다.

이러한 방법은 풍하중을 지지하기 위한 측면에서는 필요한 것이지만 조형물의 자중을 지지하는 측면에서는 구조적 효율성을 떨어뜨리고 조형물의 설치를 복잡하게 하는 요인으로 작용하게 된다.

KR 10-2001-0091762 A

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 횡방향으로 프리스트레스로서의 모멘트가 도입되어 있는 구조부재를 이용하여 조형물의 자중과 조형물에 작용하는 풍하중을 효과적으로 지지해줄 수 있는 횡방향 프리스트레스트 구조부재를 이용한 조형물을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 서로 대칭을 이루도록 마주보고 수직하게 설치되는 구조부재 한 쌍과 상기 구조부재의 상하단부에서 구조부재들을 연결해주는 결합부재를 포함하여 이루어지되; 상기 구조부재는, 각각 길이방향으로 만곡된 형상을 가지는 것으로서 병렬로 이격되어 배치되는 한 쌍의 강관과, 상기 강관의 길이방향 양단부에 강관과 직각을 이루도록 설치되어 강관들을 연결해주는 것으로서 강관의 단면 중심 선상에서 강관과 접합되는 지지부재, 및 상기 강관의 길이방향 중앙부에 강관과 직각을 이루도록 설치되어 강관들을 연결해주는 것으로서 강관의 단면 중심을 기준으로 상부 또는 하부 선상에서 강관과 접합되는 프리스트레싱부재로 이루어지고; 강관에의 지지부재, 프리스트레싱부재의 접합은 강관이 일직선이 되도록 하중이 재하되어 있는 상태에서 이루어지고 접합이 완료된 후에는 하중이 제거됨으로써 제작되어 구조부재의 횡방향으로 프리스트레스로서의 모멘트가 도입되어 있으며; 한 쌍의 구조부재는 각각 프리스트레스로서의 모멘트가 외측으로 볼록한 캠버를 발생시키는 방향으로 작용하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 횡방향 프리스트레스트 구조부재를 이용한 조형물이 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 구조부재는 강관의 길이 상에서 지지부재와 프리스트레싱부재 중 적어도 어느 하나가 접합되는 위치의 강관 내측 또는 외측으로 다이어프램을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 횡방향 프리스트레스트 구조부재를 이용한 조형물이 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 구조부재는 강관의 길이 상에서 지지부재와 프리스트레싱부재 중 적어도 어느 하나가 접합되는 위치의 강관 외면에, 일단부는 강관의 외면과 맞물리는 형상을 가지며 타단부에는 다수 개의 볼트공이 형성되어 지지부재 또는 프리스트레싱부재와 강관을 서로 접합시켜주는 접합부 보조부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 횡방향 프리스트레스트 구조부재를 이용한 조형물이 제공된다.

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본 발명에 의한 조형물에 있어 주요한 구조적 역할을 하는 구조부재는 횡방향으로 프리스트레스로서의 모멘트가 도입되도록 제작되어 있기 때문에 조형물이 수평한 방향으로 작용하게 되는 풍하중에 대하여 우수한 강성을 가질 수 있다. 상기 구조부재를 구성하는 강관은 그 자체로서 단면성능이 우수하기 때문에 이러한 효과를 증대시켜 주게 된다.

상기 구조부재는 2개가 대칭을 이루도록 배치됨으로써 조형물의 전후 방향에서 작용하는 풍하중을 효과적으로 지지할 수 있고, 조형물이 관형으로 형성되는 경우에는 구조부재들을 연결하는 결합부재 또한 횡방향으로 프리스트레스로서의 모멘트가 도입되어 있는 것을 사용하여 사방에서 작용하는 풍하중을 효과적으로 지지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 조형물의 단면도이다.
도 2는 상기 조형물의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 조형물을 구성하는 구조부재이다.
도 4는 상기 구조부재를 제작하는 과정에 관한 설명도이다.
도 5는 상기 구조부재를 구성하는 강관에 다이어프램이 더 형성되는 경우에 관한 설명도이다.
도 6은 상기 구조부재가 임시형상유지재를 더 구비하는 경우에 관한 설명도이다.
도 7은 제2실시예에 의한 조형물의 단면도이다.
도 8은 제2실시예에 의한 조형물의 사시도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관하여는 그 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 옥외에 설치되는 조형물에 관한 것으로서, 조형물이 넓은 외피를 가지고 있어 풍하중에 취약한 경우 조형물에서 구조적인 역할을 하는 부재로 프리스트레스로서의 횡방향 모멘트가 도입되어 있는 것을 사용함으로써 풍하중을 효과적으로 지지할 수 있으면서도 설치 작업을 용이하게 진행할 수 있는 조형물에 관한 것이다.

도 1에는 본 발명에 의한 조형물(10)의 단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 상기 조형물(10)의 사시도가 도시되어 있다.

본 발명에 의한 조형물(10)은, 서로 대칭을 이루도록 마주보고 수직하게 설치되는 구조부재(100) 한 쌍과 상기 구조부재(100)의 상하단부에서 구조부재(100)들을 연결해주는 결합부재(200)를 포함하여 이루어진다.

상기 조형물(10)에 있어 주요한 구조적 역할을 하게 되는 구조부재(100)는, 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 병렬로 이격되어 배치되는 한 쌍의 강관(110)과, 상기 강관(110)의 길이방향 양단부에 강관(110)과 직각을 이루도록 설치되어 강관(110)들을 연결해주는 것으로서 강관(110)의 단면 중심 선상에서 강관(110)과 접합되는 지지부재(120), 및 상기 강관(110)의 길이방향 중앙부에 강관(110)과 직각을 이루도록 설치되어 강관(110)들을 연결해주는 것으로서 강관(110)의 단면 중심을 기준으로 상부 또는 하부 선상에서 강관(110)과 접합되는 프리스트레싱부재(130)로 이루어진다.

참고로, 프리스트레싱부재(130)가 '강관(110)의 단면 중심을 기준으로 상부 또는 하부 선상에서 강관(110)과 접합'된다고 했을 때의 '상부 또는 하부'는 각 구조부재(100)의 단면을 기준으로 한 위치로, 구조부재(100)가 조형물(10)을 이루며 설치되었을 때는 프리스트레싱부재(130)가 각 구조부재(100)의 마주보는 면과 그 반대편 면 중 마주보는 면이 위치한 곳에 배치되게 된다.

상기했던 것과 같이 조형물(10)이 풍하중을 효과적으로 지지할 수 있도록 구조부재(100)에는 프리스트레스로서의 횡방향 모멘트(Mp)가 도입되는데, 이를 위하여 구조부재(100)는 다음과 같은 제작과정에 의하여 제작된다. 도 4에는 상기 구조부재(100)의 제작과정이 순서대로 도시되어 있다.

상기 구조부재(100)의 제작은, a) 길이방향으로 만곡된 한 쌍의 강관(110)을 준비하는 단계(도 4의 (a)); b) 각 강관(110)의 오목한 부분이 마주보도록 한 쌍의 강관(110)을 서로 이격하여 병렬로 배치하는 단계(도 4의 (b)); c) 한 쌍의 강관(110)에 하중(P)을 재하하여 각 강관(110)을 일직선으로 만드는 단계(도 4의 (c)); d) 강관(110)의 길이방향 양단부에 강관(110)과 직각을 이루는 지지부재(120)를 배치하여 강관(110)을 연결하되, 지지부재(120)의 단면 중심이 강관(110)의 단면 중심과 일치하도록 연결하는 단계(도 4의 (d)); e) 강관(110)의 길이방향 중앙부에 강관(110)과 직각을 이루는 프리스트레싱부재(130)를 배치하여 한 쌍의 강관(110)을 연결하되, 프리스트레싱부재(130)의 양단부는 강관(110)의 단면 중심을 기준으로 각각 상부 높이 상에서 강관(110)과 접합하거나 강관(110)의 단면 중심을 기준으로 각각 하부 높이 상에서 강관(110)과 접합하는 단계(도 4의 (e)); f) 상기 한 쌍의 강관(110)에 재하하였던 하중(P)을 제거하는 단계(도 4의 (f));을 통하여 이루어진다.

참고로, 도 3의 (a)는 상기 프리스트레싱부재(130)가 강관(110)의 단면 중심을 기준으로 상부 높이 상에서 강관(110)과 접합되는 경우에 만들어지는 구조부재(100)이며, 도 3의 (b)는 프리스트레싱부재(130)가 강관(110)의 단면 중심을 기준으로 하부 높이 상에서 강관(110)과 접합되는 경우에 만들어지는 구조부재(100)이다.

이처럼 상기 강관(110)은 본래 길이방향으로 만곡된 형상을 가지고 있기 때문에 강관(110)에 재하하였던 하중(P)을 제거함으로 인해 강관(110)이 본래 형상으로 돌아가려는 힘이 발생하게 되는데, 강관(110)의 단면 중심을 기준으로 상하부 중 프리스트레싱부재(130)가 접합되어 있는 부분은 프리스트레싱부재(130)에 의해 고정되므로 프리스트레싱부재(130)가 접합되지 않은 부분만 본래 형태로 돌아가게 되어 구조부재(100)의 횡방향으로 프리스트레스로서의 모멘트(Mp)가 도입된다.

이러한 프리스트레스로서의 모멘트는 수직하게 설치된 구조부재(100)에 수평한 풍하중이 작용하는 경우에 있어 풍하중에 의하여 발생하는 변형을 상쇄하여 본 발명에 의한 조형물(10)의 구조적 성능을 향상시켜 주게 된다. 상기 구조부재(100)에서 주요한 구조적 역할을 하는 강관(110)은 폐쇄적인 단면을 가지고 있어 그 자체가 단면성능이 우수하기 때문에 상기와 같은 효과를 더 증대시켜준다.

그리고 구조부재(100)에는 제작과정에서 프리스트레스로서의 모멘트가 도입되고 현장에서는 구조부재(100)를 설치하기만 하면 되기 때문에 현장에서 조형물(10)의 풍하중에 대한 강성을 향상시켜 주기 위하여 별도의 보강을 해줄 필요가 없어 조형물(10)의 시공작업을 용이하게 진행할 수 있다.

도 4에는 구조부재(100)의 제작시 b)단계에서 각 강관(110)의 오목한 부분이 마주보도록 한 쌍의 강관(110)을 배치하고 있으나, 이와는 달리 강관(110)의 볼록한 부분끼리 마주보도록 배치할 수도 있다.

그리고 구조부재(100)를 구성하는 강관(110)으로는 도 3 등에 도시된 것은 원형 단면을 가지는 것 외에도 사각형 등의 다각형상 단면을 가지는 것이 사용될 수도 있다.

위와 같은 과정에 의해 그 폭방향으로 프리스트레스로서의 모멘트가 도입되도록 제작된 한 쌍의 구조부재(100)는 각각이 프리스트레스로서의 모멘트가 외측으로 볼록한 캠버를 발생시키는 방향으로 작용하도록 대칭적으로 설치되어 조형물(10)을 이루게 된다. 이에 따라 상기 조형물(10)은 어떠한 방향에서 불어오는 바람에 대하여도 큰 강성을 가지게 된다.

한 쌍의 구조부재(100)를 연결하는 결합부재(200)는 구조부재(100)의 상하단부에서 구조부재(100)와 접합되어 구조부재(100)의 길이방향 중앙부에서 프리스트레싱부재(130)가 강관(110)의 단면 중심을 기준으로 상부 또는 하부에 편향되게 설치됨으로 인해 발생한 프리스트레스로서의 모멘트의 효과가 구조부재(100)들을 연결함으로 인하여 저하되는 것을 방지한다.

구조부재(100)는 강관(110)의 길이 상에서 지지부재(120)와 프리스트레싱부재(130) 중 적어도 어느 하나가 접합되는 위치의 강관(110) 내측 또는 외측으로 다이어프램(111)을 더 구비할 수 있다. 도 5에는 상기 다이어프램(111)에 관한 설명도가 도시되어 있다.

다이어프램(111)은 강관(110)의 내부에서 강관(110) 내 공간의 단면과 동일한 크기로 형성되거나 강관(110)의 외부에서 강관(110)의 외측면을 감싸는 형상으로 형성되어 지지부재(120) 등과의 접합에 의해 내부가 비어있는 강관(110)이 변형되는 것을 방지하게 된다.

상기 구조부재(100)는 강관(110)의 길이 상에서 지지부재(120)와 프리스트레싱부재(130) 중 적어도 어느 하나가 접합되는 위치의 강관(110) 외면에 접합부 보조부재(112)를 더 구비할 수 있다.

상기 접합부 보조부재(112)는 평평하지 않은 외면을 가지는 강관(110)에 지지부재(120) 등이 견고하고 용이하게 부착될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로서, 그 일단부는 강관(110)의 외면에 밀착될 수 있도록 강관(110) 외면의 일부분과 맞물리는 형상으로 형성되며 타단부에는 지지부재(120) 등과의 용이한 접합을 위하여 다수 개의 볼트공이 형성된다.

접합부 보조부재(112)의 타단부에 형성되는 볼트공은 접합부 보조부재(112)의 춤 상에서 다수 개가 형성되어 프리스트레싱부재(130)가 상부 또는 하부의 일부 볼트공을 통해서만 강관(110)과 접합되도록 함으로써 프리스트레싱부재(130)가 강관(110)의 단면 중심을 기준으로 상부 또는 하부에 편중되게 위치하게 할 수 있다.

본 발명에 의한 조형물(10)은 한 쌍의 구조부재(100), 결합부재(200) 외에도 조형물(10)의 외관을 이루는 판형의 외피(F), 조형물(10)을 지반에 정착시키는 동시에 조형물(10)을 먼 곳에서도 볼 수 있도록 높은 곳에 위치하도록 해주는 기단부(B) 등을 더 포함할 수 있다.

조형물(10)이 일체화된 판형의 외피(F)를 더 포함하는 경우, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 구조부재(100)가 임시형상유지재(140)를 더 구비하도록 하여 구조부재(100)의 제작과정에서 재하되었던 하중(P)을 제거하더라도 강관(110)이 일직선의 형태를 유지할 수 있게 한다. 그리고 상기 조형물(10)의 설치가 완료되고 난 후 임시형상유지재(140)를 제거함으로써 구조부재(100) 뿐만 아니라 외피에도 프리스트레스로서의 모멘트가 도입될 수 있도록 한다.

강관(110)과 외피(F) 사이에는 평평한 판형의 외피가 곡면의 외면을 가지는 강관(110)에 견고하게 부착될 수 있도록 일단부는 강관(110)의 외면과 맞물리는 형상을 가지고 타단부는 평평하게 형성된 접합부재(J1)가 위치하는 것이 바람직하다.

도 7 및 도 8에는 본 발명에 의한 조형물(10)의 제2실시예가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 조형물(10)은 편형으로 형성되어 전후 두 방향으로 작용하는 풍하중을 한 쌍의 구조부재(100)가 지지해주었다면, 상기 제2실시예에서는 조형물(10)이 관형상으로 형성되어 사방에서 작용하는 풍하중을 지지하게 된다.

이를 위하여 제2실시예에서는 한 쌍의 구조부재(100)를 연결하는 결합부재(200)가 구조부재(100)와 동일하게 형성되고 그 폭방향이 구조부재(100)의 폭방향과 직각을 이루도록 배치되어 구조부재(100)들을 연결하게 된다.

구조부재(100)와 마찬가지로 결합부재(200)는 프리스트레스로서의 모멘트가 조형물(10)의 외측을 향해 볼록한 캠버를 발생시키는 방향으로 작용하도록 배치하여 관형의 조형물(10)이 모든 방향의 바람에 대하여 큰 강성을 가질 수 있도록 한다.

제2실시예에서는 구조부재(100)와 결합부재(200)의 견고한 접합을 위하여 구조부재(100)의 강관(110)과 결합부재(200)의 강관(110) 사이에 양단부가 강관(110)의 외면과 맞물리는 형상으로 형성된 접합부재(J2)가 배치되는 것이 바람직하다.

위와 같이 결합부재(200)가 구조부재(100)와 동일하게 형성되는 경우, 상기 구조부재(100)와 결합부재(200)에 의하여 구획되는 공간(S) 내에는 이 공간(S)을 사선으로 가로지르는 가새부재(300)가 더 설치될 수 있다.

상기 가새부재(300)는 긴 길이 상의 부재들로 형성되고 중앙에 공간(S)을 가지는 조형물(10)이 풍하중에 의하여 단면의 형상이 틀어지는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

가새부재(300)는 구조부재(100) 또는 결합부재(200)의 길이방향 양단부에 접합하여 구조부재(100) 또는 결합부재(200)에 도입된 프리스트레스로서의 모멘트의 효과가 가새부재(300)를 설치함으로 인하여 저하되는 것을 방지한다.

이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하게 하기 위한 예시에 불과한 것이므로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

10 : 조형물 100 : 구조부재
110 : 강관 111 : 다이어프램
112 : 접합부 보조부재 120 : 지지부재
130 : 프리스트레싱부재 140 : 임시형상유지재
200 : 결합부재 300 : 가새부재
P : 하중 S : 공간

Claims (5)

1. 서로 대칭을 이루도록 마주보고 수직하게 설치되는 구조부재(100) 한 쌍과 상기 구조부재(100)의 상하단부에서 구조부재(100)들을 연결해주는 결합부재(200)를 포함하여 이루어지되;
   상기 구조부재(100)는, 각각 길이방향으로 만곡된 형상을 가지는 것으로서 병렬로 이격되어 배치되는 한 쌍의 강관(110)과, 상기 강관(110)의 길이방향 양단부에 강관(110)과 직각을 이루도록 설치되어 강관(110)들을 연결해주는 것으로서 강관(110)의 단면 중심 선상에서 강관(110)과 접합되는 지지부재(120), 및 상기 강관(110)의 길이방향 중앙부에 강관(110)과 직각을 이루도록 설치되어 강관(110)들을 연결해주는 것으로서 강관(110)의 단면 중심을 기준으로 상부 또는 하부 선상에서 강관(110)과 접합되는 프리스트레싱부재(130)로 이루어지고;
   강관(110)에의 지지부재(120), 프리스트레싱부재(130)의 접합은 강관(110)이 일직선이 되도록 하중(P)이 재하되어 있는 상태에서 이루어지고 접합이 완료된 후에는 하중(P)이 제거됨으로써 제작되어 구조부재(100)의 횡방향으로 프리스트레스로서의 모멘트가 도입되어 있으며;
   한 쌍의 구조부재(100)는 각각 프리스트레스로서의 모멘트가 외측으로 볼록한 캠버를 발생시키는 방향으로 작용하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 횡방향 프리스트레스트 구조부재를 이용한 조형물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 구조부재(100)는 강관(110)의 길이 상에서 지지부재(120)와 프리스트레싱부재(130) 중 적어도 어느 하나가 접합되는 위치의 강관(110) 내측 또는 외측으로 다이어프램(111)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 횡방향 프리스트레스트 구조부재를 이용한 조형물.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 구조부재(100)는 강관(110)의 길이 상에서 지지부재(120)와 프리스트레싱부재(130) 중 적어도 어느 하나가 접합되는 위치의 강관(110) 외면에, 일단부는 강관(110)의 외면과 맞물리는 형상을 가지며 타단부에는 다수 개의 볼트공이 형성되어 지지부재(120) 또는 프리스트레싱부재(130)와 강관(110)을 서로 접합시켜주는 접합부 보조부재(112)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 횡방향 프리스트레스트 구조부재를 이용한 조형물.
   
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