KR102132483B1 - 목조 건축물의 상하부기둥 접합구조체 및 이를 이용한 목조 건축물의 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접합구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원형의 중심판; 중심판을 관통하는 4개의 촉; 및 중심판 하부의 중심에 형성되는 중심촉;을 포함하고, 상기 중심판의 중심과 촉이 관통되는 각각의 위치를 이은 선이 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 접합구조체에 관한 것이다. 본 발명의 접합구조체는 상부기둥과 하부기둥을 밀접하게 결구시킬 수 있고, 목재의 할렬과 건조수축에 의한 비틀림, 지반침하에 의한 편심하중 및 외력에 의한 휨응력을 지탱할 수 있기 때문에, 본 발명의 접합구조체를 이용하면 전통한옥의 순수한 구조양식을 보존한 상태로 다층구조의 한옥을 건축할 수 있다.

Description

목조 건축물의 상하부기둥 접합구조체 및 이를 이용한 목조 건축물의 시공 방법{Structure of upper and lower column joints of wooden buildings and construction method of wooden buildings using them}

본 발명은 접합구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥을 이을 수 있는 접합구조체 및 이를 이용한 목조 건축물의 시공방법에 관한 것이다.

최근 친환경분야에 대한 사람들의 인식변화로 목조 건축 양식의 건축물을 선호하는 건축주가 늘어나고 있으며, 한옥의 전통미를 높이 평가하는 국내외 전문가들에 의해 한옥의 가치가 재평가 되고 있다. 이에 따라, 한옥마을과 같이 문화재를 활용한 사업뿐만 아니라, 단독주택을 한옥으로 선택하는 등 한옥 수요가 꾸준히 늘어나고 있다.

이와 같이 늘어나는 한옥의 수요에 맞추어, 구조적으로 안전하며 내구성이 있는 한옥이 요구되고 있는 실정이다.

한옥은 목재를 주재료로 하여 건축된다. 목재의 섬유방향의 종압축력은 섬유직각방향인 방사 및 접선방향의 횡압축력보다 3∼10배 높으며 이는 섬유방향으로 균일하게 강도전달이 될 경우 구조적으로 다층이 가능한 강도를 낼 수 있다. 하지만 목재고유의 비틀림과 옹이의 형성상태, 할렬 및 편심하중에 의한 휨응력이 외력과 같이 섬유의 직각방향인 횡압축력으로 전달되는 경우에는 갈라짐에서 파괴까지 발생할 우려가 있다.

특히, 섬유방향으로 길게 갈라지는 할렬현상은 나무를 도끼로 쪼개는 방향으로 계속해서 섬유방향으로 갈라지기 때문에, 하중의 영향을 많이 받게 되어 할렬이 진행된 부위로 편심된 하중이 작용한다면 균열의 진행 및 범위가 악화된다.

기존의 하중전달을 위한 기둥과 기둥 사이의 수직접합은 목재촉을 기둥 중심 및 십자방향으로 삽입하여 연결하며, 하부목재의 단면을 늘려 보완하고 있다. 이러한 수직접합은 최근의 2층 이상의 한옥 구조에서도 적용되고 있다.

하지만 종래의 수직접합은 횡방향 외력에 의해 발생되는 응력을 지탱하지 못할 뿐만 아니라, 내부공간을 협소하게 하며 입면디자인의 한계를 초래한다. 따라서, 기둥에서 기둥으로 전달되는 하중 및 응력을 효율적으로 전달하는 내구성 있는 접합구조물이 필요하다.

특허공개공보 제10-2009-0112983호(2009.10.29. 공개)

본 발명은 접합구조체에 관한 것으로, 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥을 밀접하게 결구시키며, 목재의 할렬과 건조수축에 의한 비틀림, 지반침하에 의한 편심하중 및 외력에 의한 휨응력을 지탱할 수 있는 접합구조체 및 이를 이용한 목조 건축물의 시공방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시 형태로는, 원형의 중심판(100); 중심판(100)을 관통하는 4개의 촉(200); 및 중심판(100) 하부의 중심에 형성되는 중심촉(210);을 포함하고, 상기 중심판(100)의 중심과 촉(200)이 관통되는 각각의 위치를 이은 선이 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 접합구조체(1)를 들 수 있다.

상기 촉(200)은 중심판(100)의 중심으로부터 반경 방향으로 중심판(100) 반지름을 4:3의 비로 내분하는 지점을 관통하는 것이 바람직하다.

상기 촉(200)의 상부 길이(L1)와 하부 길이(L2)의 비는 약 2:1일 수 있다.

상기 중심판(100)의 두께는 15 내지 25mm인 것이 바람직하다.

상기 촉(200) 및 중심촉(210)의 표면은 에폭시 접착제로 코팅될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태로는, 상기 접합구조체(1)를 포함하는 한옥 구조물을 들 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시형태는 목조 건축물의 시공방법으로, 접합구조체(1)를 준비하는 단계; 접합구조체(1)의 촉(200) 및 중심촉(210)의 길이에 대응되는 깊이로 목조 건축물의 상부기둥 및 하부기둥에 홈을 형성하는 단계; 및 상기 홈에 촉(200) 및 중심촉(210)을 삽입하여 상부기둥과 하부기둥을 잇는 단계;를 포함한다.

본 발명의 접합구조체는 상부기둥과 하부기둥을 밀접하게 결구시킬 수 있고, 목재의 할렬과 건조수축에 의한 비틀림, 지반침하에 의한 편심하중 및 외력에 의한 휨응력을 지탱할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 접합구조체를 이용하면 전통한옥의 순수한 구조양식을 보존한 상태로 다층구조의 한옥을 건축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합구조체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합구조체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합구조체의 적용상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합구조체를 포함하는 다층 한옥 구조물을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 접합구조체에 관하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 1 및 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 접합구조체(1)는 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥을 잇기 위한 것으로, 원형의 중심판(100); 중심판(100)을 관통하는 4개의 촉(200); 및 중심판(100) 하부의 중심에 형성되는 중심촉(210);을 포함할 수 있다.

원형의 중심판(100)은, 촉(200)을 고정하고, 목조 건축물의 지붕에서 내려오는 수직하중을 상부기둥과 하부기둥 사이에서 지탱하기 위한 것으로, 강철 등과 같이 강성이 강한 재질로 이루어질 수 있으며, 중심판(100)의 두께는 약 12 ~ 25mm인 것이 바람직하다. 또한, 목조 건축물의 기둥과의 마찰을 최대화 하면서도, 일체화된 외관으로 접합구조물과 기둥을 하나의 기둥으로 보이게 하기 위해, 중심판(100)의 직경(D)은 목조 건축물의 기둥 직경과 동일한 것이 바람직하다.

촉(200)은 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥에 삽입되는 것으로, 목재로 된 기둥의 할렬과 건조수축에 의한 비틀림, 외력에 의한 휨응력을 지탱하기 위해, 강철 등과 같이 강성이 강한 재질로 이루어 지는 것이 바람직하다.

이러한 촉(200)은, 목조 건축물의 하중을 하부 기둥으로 고르게 전달하기 위해, 중심판(100)의 중심을 기준으로 방사상으로 분포될 수 있으며, 구체적으로 도 1에 도시된 것과 같이, 중심판(100)의 중심과 상기 촉(200)이 관통되는 각각의 위치를 이은 선이 서로 직교하도록 배치되는 것이 바람직하다.

목재의 특성상, 하나의 기둥이라도 심재와 변재의 강도차이가 분명하므로, 변재에 삽입된 촉(200)이 목재의 할렬과 같은 균열로 쉽게 분리되거나, 외기에 접촉되어 부식이 촉진되는 것을 방지하기 위해, 촉(200)은 중심판(100)의 중심으로부터 반경 방향으로 중심판(100) 반지름을 4:3의 비로 내분하는 지점 지점(D1:D2 = 4:3)을 관통할 수 있다. 또한, 이와 같이 촉이 배치되는 경우에는, 심재에 강도가 집중된 침엽수(소나무 등)로 이루어진 기둥의 심재 단면에 손실을 주지 않고 변재를 보강하여 기둥에 전달되는 외부진동을 흡수할 수 있다.

상부 기둥으로 삽입되는 촉(200)의 상부의 길이(L1)는, 외력에 의한 휨모멘트 및 진동을 흡수하여 상쇄시키기 위해, 중심판(100)의 직경(D)과 동일한 것이 바람직하다. 촉(200)의 상부 길이(L1)가 중심판(100)의 직경(D)을 초과하는 경우, 목재로 이루어진 기둥의 섬유세포와 목세포의 단면을 필요 이상으로 손실시키고, 나무를 도끼로 쪼개듯 계속해서 갈라지는 할렬현상을 촉진시킨다.

촉(200)의 상부의 길이(L1)와 하부의 길이(L2)의 비는 2:1인 것이 바람직하다. 하부기둥의 경우, 상부기둥과 달리, 휨모멘트에 저항력이 있는 보와 창방 등과 같은 가로부재와 결구되어 하중을 전달하는 역할을 하므로, 목재의 갈라짐과 같은 균열에 따른 촉의 이탈을 대비하기 위해 하부기둥에 삽입되는 촉(200)의 하부의 길이(L2)는 촉(200)의 상부의 길이(L1)의 1/2일 수 있다.

중심촉(210)은 중심판(100) 하부의 중심에 형성되는 것으로, 하부기둥과 본 발명의 접합구조체(1)의 일체화를 강화하는 역할을 한다. 이러한 중심촉(210)은 하부기둥에 삽입되는 것으로, 촉(200)과 같이 강철 등의 강성이 강한 재질로 이루어 지는 것이 바람직하다.

촉(200) 및 중심촉(210)의 직경은 목조 건축물의 기둥의 직경에 따라 달라질 수 있으나, 약 12 ~ 25 mm 인 것이 바람직하다. 촉(200) 및 중심촉(210)의 직경이 25 mm 를 초과하는 경우에는, 목재로 이루어진 기둥의 단면손실이 심하여 기둥의 강도가 저하가 되고, 12mm 미만인 경우에는, 촉(200)의 직경이 충분하지 않아 중심판(100)에서 촉(200)이 끊어지는 파단현상이 발생하기 때문이다.

촉(200) 및 중심촉(210)의 표면은 에폭시 접착제로 코팅될 수 있는데, 에폭시 접착제로 코팅된 촉(200) 및 중심촉(210)을 목조 건축물의 기둥에 삽입하게 되면, 인발하중 및 접착전단강도가 증가하여 보다 견고하게 상부기둥과 하부기둥을 이을 수 있다. 뿐만 아니라 에폭시 접착제로 촉(200)을 코팅하게 되면, 목재의 수분과 외기로부터 촉(200)이 부식되는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합구조체의 적용상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 3과 같이, 하대인방(310)이 결구된 상부기둥(300)과 창방(410)이 결구된 하부기둥(400)을 본 발명의 접합구조체를 통해 이을 수 있다. 촉(200)의 상부가 상부기둥(300)에 삽입되고, 촉(200)의 하부 및 중심촉(210)이 하부기둥(400)에 삽입되어 상부기둥(300)과 하부기둥(400)을 잇게 된다. 이 때, 중심판(100)의 직경(D)은 상부기둥(300) 및 하부기둥(400)의 직경과 동일하여 외관상 하나의 기둥으로 보이게 된다.

특히, 도 3에 도시된 것과 같이, 촉(200)이 하대인방(310)과 창방(410)의 짜맞춤을 관통하여 삽입되는 경우에는, 상부기둥(300)과 하대인방(310)의 결구 및 하부기둥(400)과 창방(410)의 결구를 보다 견고히 하며 상부기둥(300)과 하부기둥(400)을 이을 수 있다.

본 발명의 접합구조체(1)는 상부기둥과 하부기둥을 밀접하게 결구시킬 수 있고, 지반침하에 의한 편심하중, 목재의 할렬 및 건조수축에 의한 비틀림, 외력에 의한 휨응력을 지탱할 수 있다. 따라서, 이러한 접합구조체(10)를 사용하면, 도 4에 도시된 것과 같이, 전통한옥의 순수한 구조양식을 보존한 상태로 다층구조의 한옥을 건축할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 목조 건축물의 시공방법은, 접합구조체(1)를 준비하는 단계; 접합구조체(1)의 촉(200) 및 중심촉(210)의 길이에 대응되는 깊이로 목조 건축물의 상부기둥 및 하부기둥에 홈을 형성하는 단계; 및 상기 홈에 촉(200) 및 중심촉(210)을 삽입하여 상부기둥과 하부기둥을 잇는 단계를 포함할 수 있다.

접합구조체(1)를 준비하는 단계의 접합구조체(1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합구조체(1)로서, 이에 대해서는 이미 상술하였기에 자세한 설명은 생략한다.

홈을 형성하는 단계는, 접합구조체(1)의 촉(200) 및 중심촉(210)을 상부기둥과 하부기둥에 삽입하기 위해 홈을 형성하는 것으로써, 구체적으로 상부기둥의 밑면에는 촉(200)의 상부와 대응되는 위치에, 촉(200)의 상부 길이(L1) 에 대응되는 깊이로 홈을 형성할 수 있다. 또한, 하부기둥의 윗면에는 촉(200) 하부 및 중심촉(210)와 대응되는 위치에, 촉(200) 하부 및 중심촉(210)의 길이에 대응되는 깊이로 홈을 형성할 수 있다. 이러한 홈을 형성하기 위해서는 끌이나 전동드릴 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

홈을 형성하는 단계 이후에는, 홈에 에폭시 접착제를 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 홈에 에폭시 접착제를 주입한 후, 이러한 홈에 촉(200) 및 중심촉(210)을 삽입하여 상부기둥과 하부기둥을 잇는 경우에는, 인발하중 및 접착전단강도가 증가하여 보다 견고하게 상부기둥과 하부기둥을 이을 수 있다.

1: 접합구조체 100: 중심판
200: 촉 210: 중심촉
300: 상부기둥 310: 하대인방
400: 하부기둥 410: 창방

Claims (8)

1. 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥을 접합하는 구조체에 있어서,
   원형의 중심판(100); 중심판(100)을 관통하는 4개의 촉(200); 및 중심판(100) 하부의 중심에 형성되는 중심촉(210);을 포함하고,
   상기 중심판(100)의 중심과 촉(200)이 관통되는 각각의 위치를 이은 선이 서로 직교하며,
   상기 촉(200)은, 중심판(100)의 중심으로부터 반경 방향으로 중심판(100) 반지름을 4:3의 비로 내분하는 지점을 관통하고,
   상기 촉(200)의 상부 길이(L1)은 중심판(100)의 직경(D)과 동일하되, 상부 길이(L1)와 하부 길이(L2)의 비는 2:1이며,
   상기 촉(200) 및 중심촉(210)의 표면은 에폭시 접착제로 코팅된 것을 특징으로 하는, 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥을 접합하는 구조체.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 중심판(100)의 두께는 15 내지 25mm인 것을 특징으로 하는, 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥을 접합하는 구조체.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 촉(200)의 지름은 15 내지 25mm인 것을 특징으로 하는, 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥을 접합하는 구조체.
   
6. 삭제
7. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 기재된 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥을 접합하는 구조체를 포함하는, 한옥 구조물.
   
8. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 기재된 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥을 접합하는 구조체를 준비하는 단계;
   접합구조체의 촉(200) 및 중심촉(210)의 길이에 대응되는 깊이로 목조 건축물의 상부기둥 및 하부기둥에 홈을 형성하는 단계; 및
   상기 홈에 촉(200) 및 중심촉(210)을 삽입하여 상부기둥과 하부기둥을 잇는 단계;를 포함하는, 목조 건축물의 상부기둥과 하부기둥을 접합하는 방법.
   

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