KR102016791B1 - 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정방향 하중 및 부방향 하중에도 상현 압축재가 굽힘 저항할 수 있도록 한 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 일정 길이를 갖는 상현 압축재와; 상기 상현 압축재의 하면에 길이 방향으로 일정 간격을 가지고 수직 방향으로 접합되어 있는 다수개의 수직버팀대와; 상기 상현 압축재의 양쪽 단부에 정착 긴장되고 동시에 상기 다수개의 수직버팀대에 지지되어 하방으로 볼록하게 만곡져 상현압축재의 재하하중을 분산시키는 정방향 하현 인장재와; 상기 하현 인장재와 역방향인 상방으로 만곡져 상기 상현 압축재의 양단측에 정착 긴장되어 상현 압축재의 재하하중에 역방향의 하중을 분산시키는 역방향 하현 인장재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔{Long span cable beam for bidirectional load resistance in space structure}

본 발명은 대공간 구조물에 설치되는 거더에 관한 것으로, 특히 정방향 하중및 부방향 하중에도 굽힘 저항할 수 있도록 한 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔에 관한 것이다.

공간 프레임(Space Frame)은 다른 구조 시스템보다 경량이며, 충분한 강도와 강성을 갖고, 또한 그 형상이 제한이 거의 없으며, 무엇보다도 다른 구조 시스템과는 비교가 되지 않은 경제성을 갖는 장점을 갖는다.

실내 스타디움, 수영장, 전시장, 공연장, 쇼핑몰, 대강당 등과 같은 대공간 구조물은 대공간 지붕구조를 갖는다. 이러한 대공간 지붕구조를 갖는 데 있어 빔 케이블 시스템 구조는 장스팬에 유리하게 적용된다.

이러한 빔 케이블 시스템은 케이블의 초기 인장에 의한 스트러트의 압축력은 상현재에 부모멘트를 작용시키고, 추가적으로 재하되는 하중(정하중) 또한 스트럿을 통해 케이블의 인장력으로 전달함으로써, 상현재의 모멘트를 저감시켜 주게 된다. 또한, 재하 하중에 따라 케이블의 인장력 조절이 가능하기 때문에 이를 통해서 처짐량을 조정할 수 있고, 최소 단면의 상현재로 최적의 구조 효율을 발휘하는 구조를 갖는다. 부가적으로 인장측 미소단면의 케이블재를 사용하여 구조미를 극대화시키게 된다.

그런데, 종래 빔 케이블 시스템에 적용되는 케이블 빔은 상현재의 단부에 정착되어 있는 인장케이블의 인장력으로 압축스트러트를 상향으로 밀어올리는 방식으로써 정하중(상현재에 대해 수직하방으로 작용하는 하중)에 저항한다. 따라서 정하중에 역방향인 역하중이 작용하는 것에 대해서는 인장케이블이 저항할 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1339610호로서, '대형 구조물의 지붕 트러스'가 제안되어 있다. 이는 상현재와 하현재를 사재로 연결한 돔형 트러스를 구성하면서 하현재의 양단 내측에 일정간격으로 보강지지대를 하향 연결하고, 상기 보강지지대의 하단부 상호간은 케이블로 연결하여 지지할 수 있도록 함과 아울러 하현재의 양단에서 보강지지대의 하단부를 케이블로 각각 연결하여 위로 당기는 작용으로 보강지지대에 상향 모멘트가 발생되도록 하여, 지붕 트러스의 하부 구조에 전달되는 수평력을 감소시키게 되어 하부 구조의 대형화를 줄이고 강재 사용량을 절감할 수 있는 효과를 갖도록 한 것이다.

그러나 상기 배경기술은 돔형 트러스에 역하중이 작용하는 경우 케이블이 분담시킬 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1339609호로서, '강박스 트러스 거더'가 제안되어 있다. 이는 상부 호형으로 이루어진 강박스와 하현재 강관을 사재로 연결하여서 된 강박스 트러스 거더에서 하현재 강관 내부에 거더의 길이방향으로 당기도록 한 케이블을 설치하여 압축력이 작용하도록 하는 수단으로 강박스 상부에 작용하는 하중을 분배하는 보강기능을 하도록 한 것이다. 그러나 이러한 배경기술의 경우에도 강박스에 상향으로 작용하는 역하중에 케이블이 분담할 수 없는 문제가 있다.

한국 등록특허 등록번호 제10-1339610호 한국 등록특허 등록번호 제10-1339609호

본 발명은 정방향 하중 및 부방향 하중에도 상현 압축재가 굽힘 저항할 수 있도록 한 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 일정 길이를 갖는 상현 압축재와; 상기 상현 압축재의 하면에 길이 방향으로 일정 간격을 가지고 수직 방향으로 접합되어 있고 중앙에서부터 단부측으로 길이가 줄어들도록 설치된 다수개의 정방향 하현 인장재 버팀대와; 하단에 원통형 슬리브를 갖고 중앙에서부터 단부측으로 길이가 늘어나도록 하여 상기 상현 압축재의 하면에 정방향 하현 인장재 버팀대를 회피하여 설치되어진 다수개의 역방향 하현 인장재 버팀대와; 상기 상현 압축재의 양쪽 단부에 정착 긴장되고 동시에 상기 다수개의 정방향 하현 인장재 버팀대에 지지되어 하방으로 볼록하게 만곡져 상현압축재의 재하하중을 다수개의 정방향 하현 인장재 버팀대로 분산시키는 정방향 하현 인장재와; 상기 정방향 하현 인장재와 역방향인 상방으로 만곡져 상기 상현 압축재의 양단측에 정착 긴장되어 상현 압축재(12)의 재하하중에 역방향의 하중을 다수개의 역방향 하현 인장재 버팀대(22)로 분산시키는 한 쌍의 역방향 하현 인장재;를 포함하되, 상기 역방향 하현 인장재의 양단은 상기 상현 압축재의 양쪽 단부에 각기 수직 하방으로 입설된 역방향 하현 인장재 정착대의 말단측에 각기 정착되어 있고, 그의 중앙부는 상현 압축재의 중앙 하면에 접합되어 있는 인장재 중앙 지지구에 삽입 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔에 따르면, 상현 압축재에 정방향 하현 인장재와 역방향 하현 인장재가 모두 설치됨으로써 정방향 하중 및 부방향 하중에도 굽힘 저항할 수 있는 장점을 갖는다.

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 1a는 본 발명에 따른 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔의 사시도.
도 1b는 도 1a의 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔을 다른 각도에서 본 사시도.
도 2는 도 1a의 정면도.
도 3은 도 1a의 일측면도.
도 4a는 도 1a의 'A'부 확대도.
도 4b는 도 1a의 'B'부 확대도.
도 4c는 도 1a의 'C'부 확대도.
도 5a는 본 발명에 따른 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔이 중력방향 하중을 받을 때 나타나는 굽힘 저항 변형도.
도 5b는 본 발명에 따른 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔이 부력방향 하중을 받을 때 나타나는 굽힘 저항 변형도.

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 1a 내지 도 4와 같이 본 발명의 케이블 빔(10)은 상현 압축재(12)를 구비한다. 상현 압축재(12)는 일정한 길이를 갖고 그 길이 방향으로 I형 또는 H형 단면을 갖는 강재로 제작된다. 따라서 상현 압축재(12)는 상부 플랜지(121), 복부(122) 및 하부 플랜지(123)를 갖는다. 복부(122)에는 케이블 빔(10)의 휨 강성을 높이기 위해 복부 보강판(124)이 더 설치될 수 있다.

상현 압축재(12)의 하면에는 다수개의 하현 인장재 버팀대(14a~14d)가 설치되어 있다. 여기서 정방향 하현 인장재 버팀대(14a~14d)는 상현 압축재(12)의 중앙에 가장 긴 것이 배치되고 이를 기준으로 순차적으로 짧게 대칭적으로 배치된다. 본 실시 예에서 가장 긴 정방향 하현 인장재 버팀대(14a)는 상현 압축재(12)의 중앙에 배치되고 나머지 정방향 하현 인장재 버팀대(14b,14c,14d)는 상현 압축재(12)의 중앙을 기준으로 대칭적으로 배치된다. 정방향 하현 인장재 버팀대(14a~14d)는 본 실시 예에서 직선형으로 구성하였으나 V형 트러스 형태로 설치될 수도 있다.

이때 정방향 하현 인장재 버팀대(14a~14d)의 하단에는 각기 정방향 하현 인장재(16)가 삽입되는 원통형 슬리브(142)가 설치되어 있다.

상현 압축재(12)의 양단부에는 정방향 하현 인장재 버팀대(14a~14d)에 지지되어 하방으로 볼록하게 만곡 형태를 갖는 정방향 하현 인장재(16)가 설치되어 있다. 정방향 하현 인장재(16)는 양단부가 상현 압축재(12)의 단부측 하면에 설치된 정착블럭(13)에 주지의 정착장치를 통해 정착되어 있다. 정방향 하현 인장재(16)에 인장이 부여되면 상현 압축재(12)가 압축된다. 또한 정방향 하현 인장재(16)는 상현 압축재(12)에 하방(중력방향)으로 하중을 받는 경우, 그 하중을 정방향 하현 인장재 버팀대(14a~14d)를 통해 정방향 하현 인장재(16)에 분산시킨다.

상현 압축재(12)의 양단측에 정착 긴장되어 있는 역방향 하현 인장재(18)가 설치된다. 역방향 하현 인장재(18)는 정방향 정방향 하현 인장재(16)와 역방향인 상방으로 볼록하게 만곡져 배치된다. 이때 역방향 하현 인장재(18)는 본 실시 예에서 하현 인장재(16)의 배치 평면에 대해 대칭적으로 배치되어 한 쌍으로 구성될 수 있다.

역방향 하현 인장재(18)의 양단은 상현 압축재(12)의 양쪽 단부에 각기 수직 하방으로 입설된 역방향 하현 인장재 정착대(19)의 말단측 정착블럭(191)에 각기 주지의 정착장치를 통해 정착되어 있다. 또한 역방향 하현 인장재(18)의 중앙부는 상현 압축재(12)의 하면 중앙에 접합되어 있는 인장재 중앙 지지구(20)에 삽입 지지되어 있다.

또한, 역방향 하현 인장재 정착대(19)와 인장재 중앙 지지구(20)의 사이에는 1개 이상의 역방향 하현 인장재 버팀대(22)가 더 설치될 수 있다. 이때, 역방향 하현 인장재 버팀대(22)의 하단에는 역방향 하현 인장재(18)를 삽입시켜 지지하는 원통형 슬리브(23)가 설치된다.

따라서 역방향 하현 인장재(18)에 인장이 부여되면 상현 압축재(12)가 압축된다. 또한 상현 압축재(12)에 역하중이 재하되는 경우 역방향 하현 인장재 버팀대(22) 및 인장재 중앙지지구(20)를 통해 역방향 하현 인장재(18)에 인장력으로 분산시킨다.

이와 같이 본 발명에 따른 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔(10)은 상현 압축재(12)에 정방향 하현 인장재(16)와 역방향 하현 인장재(16)가 모두 설치됨으로써 도 5a 및 도 5b와 같이 중력방향 및 부력방향 하중에 대한 굽힘 저항을 모두 발휘할 수 있다. 여기서 도 5a는 중력방향 하중에 대한 상현 압축재(12)의 변위 상태를 나타낸 것이고, 도 5b는 부력방향 하중에 대한 상현 압축재(12)의 변위 상태를 나타낸 것이다.

한편, 본 실시 예에서 역방향 하현 인장재(18)는 한 쌍으로 구성하였으나, 하현 인장재(16)의 배치평면에 대해 어느 일측의 나란한 일평면에 배치되는 단독으로 설치될 수도 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.

12: 상현 압축재
14a~14d: 정방향 하현 인장재 버팀대
16: 정방향 하현 인장재
18: 역방향 하현 인장재
19: 역방향 하현 인장재 정착대
20: 인장재 중앙 지지구
22: 역방향 하현 인장재 버팀대

Claims (5)

1. 일정 길이를 갖는 상현 압축재(12)와;
   상기 상현 압축재(12)의 하면에 길이 방향으로 일정 간격을 가지고 수직 방향으로 접합되어 있고 중앙에서부터 단부측으로 길이가 줄어들도록 설치된 다수개의 정방향 하현 인장재 버팀대(14a~14d)와;
   하단에 원통형 슬리브(23)를 갖고 중앙에서부터 단부측으로 길이가 늘어나도록 하여 상기 상현 압축재(12)의 하면에 정방향 하현 인장재 버팀대(14a~14d)를 회피하여 설치되어진 다수개의 역방향 하현 인장재 버팀대(22)와;
   상기 상현 압축재(12)의 양쪽 단부에 정착 긴장되고 동시에 상기 다수개의 정방향 하현 인장재 버팀대(14a~14d)에 지지되어 하방으로 볼록하게 만곡져 상현압축재(12)의 재하하중을 다수개의 정방향 하현 인장재 버팀대(14a~14d)로 분산시키는 정방향 하현 인장재(16)와;
   상기 정방향 하현 인장재(16)와 역방향인 상방으로 만곡져 상기 상현 압축재(12)의 양단측에 정착 긴장되어 상현 압축재(12)의 재하하중에 역방향의 하중을 다수개의 역방향 하현 인장재 버팀대(22)로 분산시키는 한 쌍의 역방향 하현 인장재(18);를 포함하되,
   상기 역방향 하현 인장재(18)의 양단은 상기 상현 압축재(12)의 양쪽 단부에 각기 수직 하방으로 입설된 역방향 하현 인장재 정착대(19)의 말단측에 각기 정착되어 있고, 그의 중앙부는 상현 압축재(12)의 중앙 하면에 접합되어 있는 인장재 중앙 지지구(20)에 삽입 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 대공간 구조용 양방향 하중저항 장스팬 케이블 빔.
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