KR102115518B1 - 장경간 프레임 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아치형 지붕 프레임의 양단을 연결하는 인장타이와 아치형 지붕 프레임을 복수의 지점에서 컨트롤 로프로 연결하여 인장타이가 상향 만곡되도록 구성함으로써, 기둥 부재의 높이에 비하여 지붕 골조의 폭이 현저하게 넓은 구조물에서 지붕 골조의 분포 하중을 효율적으로 지지할 수 있고 시공이 용이하며 경제적인 장경간 프레임 구조에 대한 것이다.
본 발명 장경간 프레임 구조는 횡방향으로 상호 이격되게 설치되는 기둥 부재; 상향 만곡된 아치형으로 형성되어 양단이 상기 기둥 부재의 상단에 각각 결합되는 아치형 지붕 프레임; 상기 아치형 지붕 프레임의 양단을 연결하는 인장타이; 및 연속되는 하나 또는 두 개가 상기 아치형 지붕 프레임과 인장타이를 복수의 지점에서 지그재그 형상으로 연결하여 절곡점에서 이동 가능하게 구비되는 것으로 긴장에 의해 인장타이를 상향으로 당김으로써 인장타이를 상향 만곡된 아치형으로 유지하는 컨트롤 로프; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

장경간 프레임 구조{Long span frame structure}
본 발명은 아치형 지붕 프레임의 양단을 연결하는 인장타이와 아치형 지붕 프레임을 복수의 지점에서 컨트롤 로프로 연결하여 인장타이가 상향 만곡되도록 구성함으로써, 기둥 부재의 높이에 비하여 지붕 골조의 폭이 현저하게 넓은 구조물에서 지붕 골조의 분포 하중을 효율적으로 지지할 수 있고 시공이 용이하며 경제적인 장경간 프레임 구조에 대한 것이다.
방음 터널, 공장, 창고 등 등분포 하중을 받는 장경간 프레임 구조물의 지붕 골조는 일반적으로 형강, 원형강관, 트러스 구조 등을 많이 사용한다.
그런데 기둥의 높이에 비하여 지붕의 폭이 현저하게 넓은 구조는 기둥 및 지붕 골조의 설계시 풍하중보다 자중과 설하중에 크게 지배된다.
그러나 형강 등과 같이 지붕 골조의 휨 저항으로 지지되는 구조는 지붕 골조 자체의 휨 응력과 처짐이 크게 발생하는 문제가 있다. 또한, 지붕 골조와 기둥이 접합되는 접합부 모멘트가 커져 기둥 부재의 전체 단면을 축력 지지에 필요한 단면 이상으로 크게 하여야 하며, 이에 따라 기초 역시 과대해지는 문제가 있어 비경제적이다.
위와 같은 휨 부재의 문제점을 해결하기 위해 지붕 골조의 형고를 높이거나 변단면 트러스 구조를 사용하는 경우가 많으나, 이러한 경우 지붕 골조 자체의 중량이 커지고 제작비가 크게 증가한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 아치형 지붕 프레임(3)에 분포 하중이 작용하면, 아치형 지붕 프레임(3)의 단부에 휨모멘트와 수직력뿐 아니라 바깥쪽으로 벌어지려는 수평력이 발생한다. 그리고 이에 따라 기둥 부재(2) 역시 상단과 하단에서 큰 모멘트가 발생한다.
더욱이 바람 등으로 인해 횡하중이 같이 작용하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 횡하중이 작용하는 반대쪽 기둥 부재(2)에는 추가 모멘트가 발생하여 기둥 부재(2)의 상하단 모멘트 크기가 더욱 커지므로, 큰 단면의 기둥 부재(2)를 사용해야 한다.
이를 방지하기 위해 도 3과 같이, 아치형 지붕 프레임(3)의 양단을 인장타이(4)로 지지하면, 아치형 지붕 프레임(3)은 압축력에 의해서만 하중을 지지하는 순수 아치 구조에 가깝게 된다. 그러므로 매우 효율적인 구조 시스템이 되고, 횡방향 하중에 대해서도 기둥 부재(2) 상단에서의 모멘트가 크게 감소하여 기둥 단면을 감소시킬 수 있다.
그러나 이러한 구조는 강성 지지 구조 설치 작업으로 인해 공기와 공사비가 증가하고, 인장타이를 팽팽하게 유지하기 위해 큰 인장력을 도입해야 하며, 인장타이를 강성 지지 구조에 고정하는 과정이 번거롭다. 또한, 인장타이로 사용되는 와이어로프는 장기적으로 로프의 직경이 감소하면서 길이가 늘어나는 구조 신장이 발생하게 되는데, 이에 대한 보정이 어려운 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 기둥 부재의 높이에 비하여 지붕 골조의 폭이 현저하게 넓은 구조물에서 시공이 용이하면서도 지붕 골조의 분포 하중을 효율적으로 지지할 수 있는 장경간 프레임 구조를 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 횡방향으로 상호 이격되게 설치되는 기둥 부재; 상향 만곡된 아치형으로 형성되어 양단이 상기 기둥 부재의 상단에 각각 결합되는 아치형 지붕 프레임; 상기 아치형 지붕 프레임의 양단을 연결하는 인장타이; 연속되는 하나 또는 두 개가 상기 아치형 지붕 프레임과 인장타이를 복수의 지점에서 지그재그 형상으로 연결하여 절곡점에서 이동 가능하게 구비되는 것으로 긴장에 의해 인장타이를 상향으로 당김으로써 인장타이를 상향 만곡된 아치형으로 유지하는 컨트롤 로프; 및 상기 기둥 부재의 일측에 구비되는 것으로 상기 컨트롤 로프의 단부가 결합되어 컨트롤 로프의 길이를 조절할 수 있는 길이조절부재; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 장경간 프레임 구조를 제공한다.
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다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 아치형 지붕 프레임 및 인장타이에는 컨트롤 로프의 절곡점에서 컨트롤 로프를 지지하는 부싱이 구비되는 것을 특징으로 하는 장경간 프레임 구조를 제공한다.
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다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 아치형 지붕 프레임은 다중 곡률로 형성되고, 상기 컨트롤 로프는 아치형 지붕 프레임의 곡률이 클수록 컨트롤 로프와 아치형 지붕 프레임 또는 인장타이의 연결점의 간격이 촘촘하게 배치되는 것을 특징으로 하는 장경간 프레임 구조를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 기둥 부재의 하부는 상부보다 단면계수가 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 장경간 프레임 구조를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 양측 기둥 부재를 연결하는 아치형 지붕 프레임의 양단을 인장타이로 연결함으로써, 기둥 부재의 높이에 비하여 지붕 골조의 폭이 현저하게 넓은 구조물에서 지붕 골조의 분포 하중을 효율적으로 지지할 수 있는 장경간 프레임 구조를 제공할 수 있다. 아울러 기둥 부재의 모멘트 부담이 거의 없어 단면을 최소화할 수 있으므로 경제적인 설계가 가능하다.
둘째, 아치형 지붕 프레임과 인장타이를 복수의 지점에서 컨트롤 로프로 연결하여, 작은 힘으로 인장타이에 높은 장력을 도입할 수 있다. 따라서 인장타이의 설치 및 장력 도입이 용이하고, 인장타이의 직접 긴장에 의해 높은 장력을 도입하기 위한 인장타이의 길이조절 구성이 필요 없으므로 시공이 쉽고 공기를 단축할 수 있다.
셋째, 아치형 지붕 프레임과 인장타이 사이에서 지그재그 형상으로 컨트롤 로프를 연결하여 구성하면, 일측 또는 양측에서 컨트롤 로프를 당겨 인장타이 전체를 쉽게 상향 만곡시킬 수 있다.
넷째, 컨트롤 로프의 절곡점에서 약간의 마찰이 있고 컨트롤 로프에 장력이 도입되어 있으므로, 작은 동적 하중에 대하여 트러스 거동이 가능하며 거스트 풍하중 등에 대하여 감쇠 효과가 있어 기존 경량 구조의 단점인 진동을 제어할 수 있다.
도 1은 분포 하중 작용시 아치형 지붕 프레임과 기둥 부재의 내력 분포를 나타내는 도면.
도 2는 분포 하중과 횡하중 동시 작용시 아치형 지붕 프레임과 기둥 부재의 내력 분포를 나타내는 도면.
도 3은 타이드 아치 구조에서 분포 하중과 횡하중 동시 작용시 아치형 지붕 프레임과 기둥 부재의 내력 분포를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명 장경간 프레임 구조를 도시하는 사시도.
도 5는 본 발명 장경간 프레임 구조의 설치 순서를 도시하는 도면.
도 6은 라이즈-스팬 비에 따른 수평력의 크기를 나타내는 도면.
도 7은 부싱에 의한 컨트롤 로프의 절곡점 지지 상태를 도시하는 사시도.
도 8은 컨트롤 로프의 단부 결합 상태를 도시하는 사시도.
도 9는 아치형 지붕 프레임의 곡률에 따른 컨트롤 로프의 배치 상태를 도시하는 도면.
도 10은 변단면 기둥 부재를 도시하는 사시도.
도 11은 단부에 용수철이 구비된 컨트롤 로프를 도시하는 도면.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명 장경간 프레임 구조를 도시하는 사시도이고, 도 5는 본 발명 장경간 프레임 구조의 설치 순서를 도시하는 도면이며, 도 6은 라이즈-스팬 비에 따른 수평력의 크기를 나타내는 도면이다.
도 4 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 장경간 프레임 구조는 횡방향으로 상호 이격되게 설치되는 기둥 부재(2); 상향 만곡된 아치형으로 형성되어 양단이 상기 기둥 부재(2)의 상단에 각각 결합되는 아치형 지붕 프레임(3); 상기 아치형 지붕 프레임(3)의 양단을 연결하는 인장타이(4); 및 연속되는 하나 또는 두 개가 상기 아치형 지붕 프레임(3)과 인장타이(4)를 복수의 지점에서 지그재그 형상으로 연결하여 긴장에 의해 인장타이(4)를 상향으로 당김으로써 인장타이(4)를 상향 만곡된 아치형으로 유지하는 컨트롤 로프(5); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기둥 부재의 높이에 비하여 지붕 골조의 폭이 현저하게 넓은 구조물에서 시공이 용이하면서도 지붕 골조의 분포 하중을 효율적으로 지지할 수 있는 장경간 프레임 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명 장경간 프레임 구조는 기둥 부재(2), 아치형 지붕 프레임(3), 인장타이(4) 및 컨트롤 로프(5)를 포함하여 구성된다.
상기 기둥 부재(2)는 횡방향으로 상호 이격되게 설치되는 것으로, 복수 개가 2열로 구조물 양측에 설치된다.
상기 기둥 부재(2)의 하부는 기초 부재(1)의 상부에 고정 설치된다.
상기 아치형 지붕 프레임(3)은 상향 만곡된 아치형으로 형성되는 것으로, 양단이 상기 기둥 부재(2)의 상단에 각각 결합된다.
즉, 양측 기둥 부재(2)의 상단에 아치형 지붕 프레임(3)의 양단이 각각 설치된다.
상기 아치형 지붕 프레임(3)은 H형강 등을 상향으로 만곡하여 전체적으로 아치형으로 형성 가능하며, 압축력에 의해 분포 하중을 지지한다.
지붕 골조의 폭이 큰 경우에는 복수의 H형강을 연결하여 아치형 지붕 프레임(3)을 시공할 수 있다.
상기 인장타이(4)는 아치형 지붕 프레임(3)의 양단을 연결한다.
상기 인장타이(4)는 아치형 지붕 프레임(3)에 분포 하중 작용시 아치형 지붕 프레임(3)이 벌어지려는 힘을 인장력에 의해 지지한다.
상기 기둥 부재(2)에 아치형 지붕 프레임(3)만 설치된 경우, 아치형 지붕 프레임(3)에 작용하는 분포 하중에 의해 아치형 지붕 프레임(3)의 단부에서는 휨모멘트와 수직력뿐 아니라 외측으로 기둥 부재(2)와 아치형 지붕 프레임(3) 접합부에서 수평력가 발생한다. 이로 인해 아치형 지붕 프레임(3)과 기둥 부재(2)에 모두 큰 모멘트가 발생한다.
그리고 풍하중이 더해지면, 풍하중을 받는 기둥 부재(2)의 반대 측 기둥 부재(2)에서 모멘트가 더욱 증가한다.
반면, 아치형 지붕 프레임(3)에 더하여 인장타이(4)로 아치형 지붕 프레임(3)을 지지할 경우, 아치형 지붕 프레임(3)의 압축력과 인장타이(4)의 장력에 의해 하중이 지지된다. 그러므로 아치형 지붕 프레임(3)이나 기둥 부재(2)에는 모멘트가 거의 작용하지 않는다.
따라서 여기에 풍하중이 더해진다 하더라도 기둥 부재(2)에 작용하는 모멘트의 크기는 그리 크지 않다.
도 4, 도 8 등에 도시된 바와 같이, 상기 기둥 부재(2)와 아치형 지붕 프레임(3)의 접합부 내측에는 한 쌍의 거셋플레이트(6)가 결합될 수 있으며, 상기 인장타이(4)의 단부는 거셋플레이트(6)에 고정 가능하다.
상기 컨트롤 로프(5)는 아치형 지붕 프레임(3)과 인장타이(4)를 복수의 지점에서 연결하여 인장타이(4)를 상향 만곡된 아치형으로 유지한다.
상기 인장타이(4)는 처음에 느슨한 상태로 설치하였다가 나중에 컨트롤 로프(5)를 긴장하여 인장타이(4)에 쉽게 장력을 도입할 수 있다.
다시 말하면, 상기 컨트롤 로프(5)에 의해 인장타이(4)를 상향으로 당겨 인장타이(4)에 장력을 도입할 수 있으므로, 적은 크기의 힘으로도 인장타이(4)를 팽팽하게 만들 수 있다.
도 5와 관련하여 본 발명 장경간 프레임 구조의 설치 순서를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5의 (a)와 같이, 기둥 부재(2)의 상부에 아치형 지붕 프레임(3)과 인장타이(4)를 설치한다. 그리고 도 5의 (b)와 같이, 상기 아치형 지붕 프레임(3)과 인장타이(4) 사이에 컨트롤 로프(5)를 설치한다. 이후, 도 5의 (c)와 같이, 상기 컨트롤 로프(5)를 당겨 인장타이(4)에 장력을 도입한다.
한편, 아치 구조에서 분포 하중 w에 의해 양단에 작용하는 수평력은 wL2/8f로 라이즈값(f)에 반비례한다(여기에서, f는 아치의 라이즈, L은 스팬 길이).
도 6을 참고하여 설명하면, 도 6의 (a)에는 아치형 지붕 프레임(3)과 인장타이(4)의 라이즈 차가 도시되고, 도 6의 (b)에는 아치형 지붕 프레임(3)의 라이즈 크기에 따른 수평력이 도시되며, 도 6의 (c)에는 인장타이(4)의 라이즈 크기에 따른 수평력이 도시된다.
도 6의 (b) 및(c)에 도시된 바와 같이, 상기 인장타이(4)의 라이즈-스팬 비(rise-span ratio, f/L)는 아치형 지붕 프레임(3)의 라이즈-스팬 비보다 훨씬 작다. 그러므로 컨트롤 로프(5)로 인한 아치형 지붕 프레임(3)의 압축력 증가보다 인장타이(4)의 인장력 증가가 훨씬 크다.
따라서 컨트롤 로프(5)를 당겨 인장타이(4)에 장력이 도입되면, 양쪽의 기둥 부재(2)가 서로 가까워지게 되어 아치형 골조와 인장타이(4)가 모두 위로 솟는 변형이 발생한다.
이에 상기 인장타이(4)의 설치 및 장력 도입이 매우 쉽고, 인장타이(4)의 단부에 긴장 및 길이조절을 위한 구성이 필요 없다. 아울러 기둥 부재(2)를 강성 지지 구조로 형성하지 않아도 되므로 시공이 용이하고 공기를 단축할 수 있다.
본 발명에서는 강재 자중, 방음 패널 자중, 설하중 등과 같은 주된 하중은 아치형 지붕 프레임(3)의 압축력과 인장타이(4)의 인장력 및 이들 사이의 편심에 의해 지지 가능하다. 그리고 아치형 지붕 프레임(3) 자체만으로는 풍하중과 소소한 불균등 하중에 대해서만 저항하고, 방음 패널과 같은 외장재를 고정하는 역할만을 수행할 수 있어 경제적인 설계가 가능하다.
상기 기둥 부재(2) 역시 모멘트 부담이 거의 없어 단면을 최소화할 수 있다.
상기 아치형 지붕 프레임(3)의 하부에 인장타이(4)가 설치되는 경우, 아치형 지붕 프레임(3)으로 인한 착시가 발생하여 인장타이(4)가 하부로 처져 보이게 되어 통행자에게 심리적으로 불안함을 야기할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 컨트롤 로프(5)로 인장타이(4)에 상향의 곡률을 도입하여 유지하게 되므로, 상대적으로 통행자에게 심리적 인정감을 줄 수 있다.
도 4, 도 5 등에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤 로프(5)는 연속되는 하나 또는 두 개의 로프가 아치형 지붕 프레임(3)과 인장타이(4) 사이에서 지그재그 형상으로 연결되도록 구성할 수 있다.
상기 컨트롤 로프(5)는 시공의 편의성을 연속되는 하나 또는 두 개의 로프를 사용할 수 있다. 컨트롤 로프(5)로 두 개의 로프를 사용하는 경우 아치형 지붕 프레임(3) 또는 인장타이(4)의 일 지점에 각각의 로프 단부가 고정 설치된다.
상기 컨트롤 로프(5)는 지그재그 형상으로 형성하여, 각 상부 절곡점은 아치형 지붕 프레임(3)에 결합하고, 각 하부 절곡점은 인장타이(4)에 결합할 수 있다.
상기 컨트롤 로프(5)는 아치형 지붕 프레임(3) 및 인장타이(4)와 결합되는 절곡점에서 이동 가능하게 구비되도록 구성할 수 있다.
상기 컨트롤 로프(5)를 일측으로 당겨 인장타이(4)에 한 번에 장력을 도입할 수 있도록 연속되는 로프로 구성된 컨트롤 로프(5)가 아치형 지붕 프레임(3) 및 인장타이(4)와 결합되는 절곡점에서 미끄럼 이동 가능하게 구성할 수 있다.
상기 컨트롤 로프(5)는 전체를 하나로 형성할 경우 일측 또는 양측에서 컨트롤 로프(5)를 당겨 인장타이(4)에 장력을 도입할 수 있다.
이 경우, 각 절곡점에서 모두 미끄럼 이동 가능하게 구성함으로써 일측 또는 양측에서 컨트롤 로프(5)를 당길 수 있도록 구성할 수도 있고, 일 지점의 절곡점에서 컨트롤 로프(5)를 고정함으로써 양측에서 각각 컨트롤 로프(5)를 당겨 인장타이(4)에 장력을 도입하도록 구성할 수도 있다.
상기 컨트롤 로프(5)가 2개로 분절된 경우 각 로프의 내측 단부는 일지점에서 고정되므로 각 로프의 외측 단부를 양측에서 당겨 인장타이(4)에 장력을 도입하게 된다.
이에 따라 일측 또는 양측에서 컨트롤 로프(5)를 당겨 인장타이(4) 전체를 동시에 상향 만곡시킬 수 있어 시공이 매우 용이하다.
상기 아치형 지붕 프레임(3), 인장타이(4) 및 컨트롤 로프(5)에 의해 형성되는 지붕 골조 형상은 트러스이나 컨트롤 로프(5)는 전 구간에서 인장력이 작용하므로 트러스 구조는 아니다.
그러나 컨트롤 로프(5)의 절곡점에서 약간의 마찰이 있고 기본적으로 컨트롤 로프(5)에 장력이 도입되어 있기 때문에, 지붕 골조의 빠르고 미세한 움직임에 대해서 일시적으로 트러스 거동을 할 수 있고, 거스트 풍하중과 같이 지붕 골조에 작용하는 비대칭 동하중에 대하여 컨트롤 로프(5) 절곡점에서의 미끄럼 마찰이 감쇠 역할을 할 수 있어 기존 경량 구조의 단점인 진동을 제어할 수 있다.
도 7은 부싱에 의한 컨트롤 로프의 절곡점 지지 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 아치형 지붕 프레임(3) 및 인장타이(4)에는 컨트롤 로프(5)의 절곡점에서 컨트롤 로프(5)를 지지하는 부싱(7)이 구비될 수 있다.
본 발명에서는 컨트롤 로프(5)를 당겨 각 절곡점 사이 길이를 줄임으로써 인장타이(4)에 인장력을 도입하는데, 이 과정 중 컨트롤 로프(5)의 절곡점에서 마찰력에 의해 인장력 도입 작업이 어려울 수 있다.
따라서 상기 아치형 지붕 프레임(3)의 하부와 인장타이(4)의 상부에는 컨트롤 로프(5)의 절곡점에서 컨트롤 로프(5)가 자유롭게 움직일 수 있도록 부싱(7, bushing), 즉 축받이를 설치할 수 있다.
도 8은 컨트롤 로프의 단부 결합 상태를 도시하는 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤 로프(5)의 단부는 기둥 부재(2)의 일측에 고정할 수 있다.
상기 컨트롤 로프(5)를 기둥 부재(2)에 고정하면, 사용 중 언제든지 컨트롤 로프(5)의 구조 신장을 보정하거나 추가적인 장력을 도입하기 용이하다.
이를 위해 아치형 지붕 프레임(3)과 기둥 부재(2)의 접합부에 구비된 거셋플레이트(6)에 부싱을 설치하여 컨트롤 로프(5)가 접합부에서 절곡되어 하부로 연장되도록 할 수 있다.
도 8 등에 도시된 바와 같이, 상기 기둥 부재(2)의 일측에는 길이조절부재(8)가 구비되고, 상기 컨트롤 로프(5)의 단부는 길이조절부재(8)에 결합되어 길이 조절이 가능하도록 구성할 수 있다.
상기 컨트롤 로프(5)의 구조 신장을 보정하거나 추가적인 장력 도입을 쉽게 할 수 있도록 기둥 부재(2)의 일측에 길이조절부재(8)를 구비하고, 컨트롤 로프(5)의 단부를 길이조절부재(8)에 연결할 수 있다.
상기 길이조절부재(8)는 턴버클 등을 사용하여 작업자가 손쉽게 컨트롤 로프(5)에 장력을 도입하도록 구성할 수 있다.
상기 길이조절부재(8)는 양측 기둥 부재(2)에 모두 설치될 수도 있고, 일측 기둥 부재(2)에만 설치될 수도 있다.
도 9는 아치형 지붕 프레임의 곡률에 따른 컨트롤 로프의 배치 상태를 도시하는 도면이다.
상기 아치형 지붕 프레임(3)은 다중 곡률로 형성되고, 상기 컨트롤 로프(5)는 아치형 지붕 프레임(3)의 곡률이 클수록 컨트롤 로프(5)와 아치형 지붕 프레임(3) 또는 인장타이(4)의 연결점의 간격이 촘촘하게 배치되도록 구성할 수 있다.
도 9의 (a)와 (b)에는 각각 아치형 지붕 프레임(3)이 단일 곡률인 경우와 다중 곡률인 경우에 대한 실시예가 도시된다.
도 9의 (a)에서 s1은 단일 곡률인 경우 컨트롤 로프(5)의 절곡점 간 간격을 나타낸다.
그리고 도 9의 (b)에서 s2와 s3는 각각 다중 곡률인 경우 어깨부와 중앙부에서 컨트롤 로프(5)의 절곡점 간 간격을 나타내는 것으로, s2의 길이는 s3의 길이보다 작게 구성할 수 있다. 도 9의 (b)에서 일점 쇄선은 아치형 지붕 프레임(3)의 곡률을 나타내고, 점선은 인장타이(4)의 곡률을 나타낸다.
상기 아치형 지붕 프레임(3)이 다중 곡률 형상으로 디자인된 경우, 예를 들면 중앙부는 곡률을 작게 하여 수평에 가깝게 형성하고 양측 어깨부는 곡률을 크게 형성하면, 어깨부에서 모멘트가 발생하여 되어 구조적으로 불리하다.
따라서 곡률이 큰 어깨부에서 컨트롤 로프(5)의 간격을 좁게 하여 인장타이(4)의 곡률 역시 이에 대응되도록 크게 형성한다.
그러면 아치형 지붕 프레임(3)의 형상이 적합한 아치 형상이 아닌 경우에도 아치형 지붕 프레임(3)과 인장타이(4)의 편심(f2-f1)은 이상적인 아치 형상으로 변화되므로, 어깨부의 모멘트를 없애고 전체적으로 축력만 받게 되어 구조적으로 매우 효율적이다.
도 10은 변단면 기둥 부재를 도시하는 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 기둥 부재(2)의 하부는 상부보다 단면계수를 크게 구성할 수 있다.
본 발명에서는 상기 인장타이(4)에 의해 기둥 부재(2) 상단의 모멘트가 크게 감소하고, 상대적으로 하단에 큰 모멘트가 집중된다. 그러므로 기둥 부재(2)를 전체 길이에 걸쳐 동일 단면으로 형성하면 비경제적이다.
따라서 기둥 부재(2)의 하부만 휨 강성을 증가시킬 수 있도록 기둥 부재(2)의 하부 단면계수를 상부 단면계수보다 크게 형성할 수 있다.
이를 위하여 상기 기둥 부재(2)가 H형강인 경우에는 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 보강판(23)을 플랜지(21) 외측에 결합할 수 있다.
상기 기둥 부재(2)가 빌트업(built-up) 강재인 경우에는 플랜지(21)의 폭을 크게 하거나 웨브(22)의 높이를 크게 하여 기둥 부재(2) 하부의 휨 강성을 증가시킬 수 있다.
도 11은 단부에 용수철이 구비된 컨트롤 로프를 도시하는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤 로프(5)의 단부에는 용수철(51)이 구비될 수 있다.
상기 컨트롤 로프(5)가 고정되는 단부에 용수철(51)을 결합하면, 용수철(51)의 신축 길이에 따라 컨트롤 로프(5)에 원하는 장력이 도입되어 있는지 여부를 쉽게 확인할 수 있으며, 일정 범위의 장력을 유지하기 편리하다.
상기 컨트롤 로프(5)는 절곡이 자유로워야 하므로 유연성이 높은 스트랜드 로프를 주로 사용할 수 있는데, 이러한 스트랜드 로프는 상대적으로 구조 신장이 큰 편이다.
그런데 상기 컨트롤 로프(5)에 용수철(51)이 결합되면 전체 컨트롤 로프(5)의 겉보기 신장량이 훨씬 커지기 때문에, 컨트롤 로프(5) 자체의 구조 신장에 의한 장력 변화를 감소할 수 있다.
1: 기초 부재
2: 기둥 부재
21: 플랜지
22: 웨브
23: 보강판
3: 아치형 지붕 프레임
4: 인장타이
5: 컨트롤 로프
51: 용수철
6: 거셋플레이트
7: 부싱
8: 길이조절부재

Claims (8)

  1. 횡방향으로 상호 이격되게 설치되는 기둥 부재(2);
    상향 만곡된 아치형으로 형성되어 양단이 상기 기둥 부재(2)의 상단에 각각 결합되는 아치형 지붕 프레임(3);
    상기 아치형 지붕 프레임(3)의 양단을 연결하는 인장타이(4);
    연속되는 하나 또는 두 개가 상기 아치형 지붕 프레임(3)과 인장타이(4)를 복수의 지점에서 지그재그 형상으로 연결하여 절곡점에서 이동 가능하게 구비되는 것으로 긴장에 의해 인장타이(4)를 상향으로 당김으로써 인장타이(4)를 상향 만곡된 아치형으로 유지하는 컨트롤 로프(5); 및
    상기 기둥 부재(2)의 일측에 구비되는 것으로 상기 컨트롤 로프(5)의 단부가 결합되어 컨트롤 로프(5)의 길이를 조절할 수 있는 길이조절부재(8); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 장경간 프레임 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아치형 지붕 프레임(3) 및 인장타이(4)에는 컨트롤 로프(5)의 절곡점에서 컨트롤 로프(5)를 지지하는 부싱(7)이 구비되는 것을 특징으로 하는 장경간 프레임 구조.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 아치형 지붕 프레임(3)은 다중 곡률로 형성되고, 상기 컨트롤 로프(5)는 아치형 지붕 프레임(3)의 곡률이 클수록 컨트롤 로프(5)와 아치형 지붕 프레임(3) 또는 인장타이(4)의 연결점의 간격이 촘촘하게 배치되는 것을 특징으로 하는 장경간 프레임 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기둥 부재(2)의 하부는 상부보다 단면계수가 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 장경간 프레임 구조.
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