KR200464951Y1 - 바람에 의한 지붕 파손이 방지된 조립식 정류소 구조물 - Google Patents

Abstract

용접공정이 생략되어 설치비용이 절감되는 핀결합 방식 지붕조립구조와, 조립된 지붕의 하중작용방향을 유기적으로 변화시켜 바람에 의한 지붕 파손을 막아주는 공기역학적인 정류소 지붕설계가 개시된다. 본 고안은 통상의 현수식 경사 지붕을 가진 정류소 구조물에 있어서 지붕의 처마 끝에 장착되는 스포일러와 지붕의 일측 대들보 아래에 풍압 해소를 위해, 한쪽 방향으로만 열리는 공기 토출용 슬릿을 더 포함하여 구성되며, 스포일러는 구조물의 앞에서 뒤로 바람이 불 때 마이너스 양력, 즉 다운포스를 발생시켜 지붕이 위로 젖혀지는 것을 눌러주고, 슬릿은 구조물의 앞에서 뒤로 바람이 불 때 구조물 내부 공기를 후방으로 토출시켜, 유입 압축된 공기가 지붕을 위로 들어올리는 것을 막아준다. 스포일러는 경사진 지붕에 대해서는 매우 큰 받음각으로 설치되므로 뒤에서 앞으로 바람이 불 때에는 다운포스를 발생하지 않고 오히려 약간의 양력, 즉 리프트포스를 발생시키며, 슬릿 역시 뒤에서 앞으로 바람이 불 때 그대로 닫혀있어 구조물 내부로 공기를 보내지 않으므로 지붕을 누르는 힘을 약간 감소시킨다. 따라서 지붕을 견인하는 현수식 와이어로프에 해로운 인장/압축 진동이 최소화되며, 바람의 방향에 관계없이 지붕의 비틀림과 진동은 최소화 된다.
본 정류소 구조물은 종래 대형의 구조물에만 사용되었던 현수식 경사 지붕을 도입하여 뛰어난 개방감, 빠르고 쉬운 설치의 장점을 유지하면서도 용접이 없는 핀 결합의 구조적 취약점을 해결할 수 있다. 따라서 도심 근거리 교통에 어울리는 우아한 디자인, 저렴한 설치비용과 빠른 설치속도, 그리고 악천후에 강하고 긴 수명을 보유하는 효과가 있다.

Description

바람에 의한 지붕 파손이 방지된 조립식 정류소 구조물{Prefabricated cabstand structure which has a aerodynamic roof}

본 고안은 주로 버스나 택시 등 대중교통수단의 차량대기 장소나 간이 승강장으로 사용되는 정류소 구조물에 있어서 설치비용이 절감되는 핀결합(Pin coupling) 방식 지붕조립구조와, 조립된 지붕의 하중작용방향을 유기적으로 변화시켜 바람에 의한 지붕 파손을 막아주는 공기역학적 설계가 결합된 정류소 구조물에 관한 것이다.

정류장 시설은 전용 플랫폼을 구비한 대형화된 승강장에서부터 도로 가장자리에 간단한 기둥만 세워둔 정류소 표지판에 이르기까지 그 규모와 구조에 있어서 매우 다양하며, 각각의 용도에 맞는 크기와 그 크기에 알맞은 편의시설을 갖추도록 설계된다.

본 고안이 적용되는 정류소 구조물로써 시내 버스 정류소나 택시 승강장 등, 한번에 비교적 소수의 사람들이 타고 내리는 근거리 교통용 소형 정류소는, 보통 수 명의 사람이 우산을 쓰지 않고도 차량을 기다릴 수 있는 간이 지붕과 광고물 또는 노선도가 부착된 유리벽, 그리고 장시간 차량을 기다리는 소수의 사람을 위해 마련된 고정식 벤치 등 시내 교통수단의 대기장소로써 전형적인 목적과 기능을 발휘할 수 있도록 수 m내외의 비교적 작은 폭과 높이를 가지면서 대부분 비슷한 구조로 설치된다.

상기 근거리 교통용 소형 정류소 구조물을 부분별로 좀더 자세히 살펴보면 개방감을 강화하고 각종 사고를 막기 위해서 강철 재질의 얇은 기둥과 강화유리 재질의 얇은 투명 벽체로 구성되고, 천정의 재질은 철판이나 강화 합성수지 또는 강화유리로 이루어지며, 구조물 조립시 태풍과 폭우 등에도 충분히 견딜 수 있도록 프레임간 연결 부위는 주로 용접 결합되고 연결 브라켓을 덧댈 수 있는 부분은 넓은 브라켓과 다수의 구조용 볼트로 단단히 체결된다.

공개특허 10-2008-0070527호 설치와 분리가 가능한 전면칸막이를 구비한 버스승강장

등록실용신안 20-0338191호 제1, 제2기둥 및 보조기둥 사이에는 투명유리가 설치되며 보조기둥사이에 패널부가 설치된 버스승강장 등록실용신안 20-0395333호 기초구조물과 기둥 그리고 기둥과 지붕 및 고정바를 착탈 가능하게 결합시키는 제1,2고정수단을 구비한 버스승강장 설치용 구조물

선행기술문헌에 소개한 정류소 구조물이나 기타 최근 근거리 교통용으로 시내에 다수 설치되는 정류소 구조물을 살펴보면, 대부분 구조물의 강도를 충분히 보강하기 위해 네 모서리를 4점 지지하는 방식으로 지붕을 지지하면서 결합부위 곳곳을 용접 등으로 강하게 체결하고 있다.

이는 구조적 강도를 향상시키는 데에는 도움이 되지만 지붕을 통째로 들어올려야 하므로 필연적으로 설치비용이 증가되고, 무거운 지붕을 들어올려 기둥 위에 내려놓는 과정에서 크레인 등 추가장비가 동원되어야 하며 특히 용접작업 공간을 확보하기 위해 인도를 침범하거나 또는 인도와 차도를 동시에 점유하는 상태에서 장시간에 걸쳐 구조물 조립작업이 이루어지는 경우가 많았다.

이를 해결하는 방법은 지붕을 수평 상태로 들어다가 옆으로 이동하여 얹지 않고도 부분 부분씩을 주 기둥에 바로 조립할 수 있도록, 구조물을 완전 조립식으로 설계하고 경량의 핀결합 대들보(girder) 조립구조와 와이어 로프를 이용한 현수식의 서까래(rafters) 지지방식으로 설계하면 된다. 더구나 이렇게 설계된 경량의 조립식 구조물은 개방감이 매우 우수하며, 절감된 설치비용으로 더 고급화된 재료를 사용할 수 있어 개방감에 따른 심미감과 마감재료의 품질감에 따른 고급스러운 느낌은 더욱 뛰어나다는 장점이 있다.

그러나 위와 같은 장점에는 단점도 따르는데, 다중의 강력한 체결구조에 의해 바람의 영향이 거의 무시되는 대형 현수식 구조물과 달리 소형 현수식 구조물은 기둥과 대들보 간 체결부위의 구조적 강도가 충분하지 않아 바람의 영향을 무시할 수 없다는 점이다. 따라서 단면적이 작은 기둥에 적은 면적의 연결브라켓을 덧대고 용접결합 없이 소수의 볼트만으로 체결되는 지붕의 일측 결합구조와 상기 일측 결합구조를 보완하는 와이어로프를 이용한 현수식 지붕의 타측 결합구조는, 전체적으로는 단순 이중 핀 결합(double pin coupling) 지지 형태로 간주될 수 있으며 태풍이나 폭우 등 강한 비바람에 노출될 경우 쉽게 뒤틀릴 우려가 있고 설치 후 수 년이 경과하면 점차 뒤틀림과 삐걱거림이 증가하여 구조물의 수명이 짧아지는 결과를 낳는다. 또한 그에 따른 보수 및 재설치 비용 역시 무시할 수 없다.

따라서 조립식 정류소 구조물은 디자인적인 측면, 비용절감 측면에서는 매우 좋은 선택이나, 그에 따른 짧은 수명과 추가되는 관리비용이 약점으로써 이를 보완할 만한 추가적인 보강설계가 필요하다.

본 고안에서는 상기 과제를 해결하기 위해 대부분의 강한 하중이 어떤 경우에 어느 방향으로 작용하는지를 분석하였다. 그 결과 대부분의 충격적이고 나쁜 강한 하중은 바람(풍압)에 의한 동적 하중임을 밝혀내었다.

상기 동적 하중을 구조물 자체적으로 극복하기 위해 바람의 힘을 역이용하는 공기역학적인 수단으로 지붕의 처마 끝에 장착되는 스포일러(spoiler)와 지붕의 일측 대들보 아래에 풍압 해소를 위해, 한쪽 방향으로만 열리는 공기 토출용 슬릿(slit)을 설치하였다.

상기 스포일러는 정류소 구조물의 앞쪽에서 뒤쪽으로 바람이 불 때 마이너스 양력(Down force)을 발생시켜 지붕이 위로 젖혀지는 것을 눌러주는 역할을 하며, 상기 슬릿 역시 정류소 구조물의 앞쪽에서 뒤쪽으로 바람이 불 때 후면 벽에 가로막히는 공기를 후방으로 토출시켜, 앞쪽에서 유입된 공기가 지붕을 위로 들어올리는 것을 막아주는 역할을 한다.

반면에 정류소 구조물의 뒤쪽에서 앞쪽으로 바람이 불 때에는, 상기 스포일러는 기울어진 지붕을 따라 상승되는 공기유동의 각도에 대해 매우 큰 받음각(angle of attack)으로 되어 있으므로 실질적으로 다운포스가 발생되지 않으며 오히려 큰 받음각에 의한 풍압에 의해 약간의 상승력(Lift force)이 발생한다.

또한 한쪽 방향으로만 열리는 상기 슬릿 역시 뒤쪽에서 앞쪽으로 바람이 불 때에는 그대로 닫혀있어 후면 벽의 앞쪽, 즉 정류소 구조물 내부로 공기를 보내지 않으므로 거꾸로 된 날개와 유사한 지붕에 다운포스를 발생시키지 않으며 결국 지붕을 누르는 힘은 상기 스포일러에 의해 약간 감소한다.

위와 같은 작용에 따라, 경사진 지붕의 하중을 절반 이상 지지하는 와이어로프는 앞에서 뒤로 부는 앞바람(Front wind)에 의해 지붕이 들리는 것이 억제되어 로프의 줄어듦이 최소화되며, 뒤에서 앞으로 부는 뒷바람(Rear wind)에 의해 지붕이 내려 눌러지는 것이 억제되어 로프의 늘어남이 최소화 된다. 결과적으로 본 해결수단에 의해 소형 현수식 정류소 지붕의 유해한 비틀림과 진동은 바람의 방향에 관계없이 최소화 된다.

본 고안에 따르면 종래 비틀림에 대한 우려가 적은 복합 다중 핀 결합(multiple pin coupling)지지를 갖는 대형의 구조물에만 선택적으로 사용되었던 현수식 지붕설계를 간단히 도입하여 경사진 지붕에 의한 뛰어난 개방감, 그리고 빠르고 쉬운 설치에 따른 장점을 고스란히 유지하면서도, 핀 결합부의 회전에 따른 구조적 취약점을 해결할 수 있다. 따라서 도심 근거리 교통의 정류소에 어울리는 우아한 디자인을 갖추면서도 저렴한 비용으로 빠르게 설치할 수 있는 효과가 있으며, 악천후에 강하고 긴 수명을 갖는 정류소 구조물이 제작 가능하다.

도 1은 본 고안이 적용된 정류소 구조물의 외형사시도.
도 2는 본 고안이 적용된 정류소 구조물의 분해사시도.
도 3은 본 고안이 적용된 정류소 구조물의 측면도.
도 4a, b는 본 고안이 적용되지 않은 종래 정류소 구조물에 바람이 앞뒤로 불 때 지붕에 가해지는 힘의 방향을 도시한 측면 그림.
도 5a, b는 본 고안이 적용된 정류소 구조물에 바람이 앞뒤로 불 때 지붕에 가해지는 힘의 방향을 도시한 측면 그림.

상술한 본 고안의 과제 해결수단을 기술적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 고안의 일 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래의 특정 실시예에서 특정 전문용어를 포함한 구성요소들과 이들의 결합구조가 본 고안에 포괄적으로 내재된 기술적 사상을 제한하는 것은 아니다.

도 1, 2는 본 고안이 적용된 정류소 구조물을 도시한 사시도이다. 도면에 도시된 정류소 구조물은 통상적인 금속재질의 가는 굵기의 기둥과 역시 가는 굵기의 금속재질 대들보로 나머지 주요 구성들을 모두 지지하고 있다.

본 고안이 최적으로 적용되는 정류장은 위와 같은 경량의 구조물을 기반으로 하는 근거리 교통용 소형 정류장이다. 구체적인 구성상의 특징은 하나의 대들보(13)를 양단에서 지지하는 두 개 이상의 주 기둥(10)과, 상기 대들보에 경사지게 결합되는 지붕(4)과, 상기 지붕을 지지하는 서까래(14)를 기본으로 하여 구성되며 여기에 상기 서까래(14)와 상기 주 기둥(10) 사이를 연결하여 상기 지붕(4)을 현수하는 와이어로프(16)을 포함하는 지지구조를 말한다. 이 구조는 기둥과 대들보가 가늘고 따라서 대들보 연결용 브라켓(17)을 넉넉한 결합면으로 크게 뺄 수 없는 것이 특징이다. 때문에 최대한의 체결력을 확보하기 위하여 대부분 용접을 하고 있는 바, 볼트 체결 만으로는 지붕의 하중을 완벽히 떠받칠 수가 없어 도면에서와 같이 현수식 와이어로프(16)이 추가로 필요하다. 따라서 일견 보기에는 고정지지단으로 볼 수 있으나 태풍과 같이 아주 큰 외력이 작용할 경우에는 상기 브라켓(17)부분은 사실상 핀 지지단의 특성을 보인다. 다시 말해서 지붕이 떨어져 나가거나 밀려 들어가지는 않으나, 쉽게 비틀리거나 기울어질 수 있다는 의미이다.

도 3은 본 고안이 적용된 정류소 구조물의 측면도이다. 도면에서 대들보(13)의 하단에는 지붕(4)의 처마(15)에서 상기 대들보 쪽으로 바람(Front wind)이 불 때에만 선택적으로 공기토출구(3)를 개방시키는 개폐식 슬릿(Slit)(2)이 설치되고, 처마(15)의 상단에는 역시 상기 처마에서 상기 대들보 쪽으로 바람이 불 때에만 선택적으로 다운포스(Down force)를 발생시키는 스포일러(1)가 설치된다. 이에 따라 정류소 앞에서 뒤로 불 때 지붕이 날아가는 현상이 최대한 방지된다.

도 4a, b는 본 고안이 적용되지 않은 종래 정류소 구조물에 바람이 앞뒤로 불 때 지붕에 가해지는 힘의 방향을 도시한 측면 그림이다. 와이어로프는 인장력에만 유효하게 견디는 지지부재이며 앞바람에 의해 지붕이 들어 올라가는 상황(4a)에서는 늘어나 있는 와이어는 줄어들 뿐이다. 이 과정에서 구조물에 해로운 진동이 발생된다. 마찬가지로 지붕의 하중에 최적하게 설정된 와이어는 초과 인장력에 의해 더 늘어나게 된다. 따라서 뒷바람에 의해 지붕이 내려앉는 상황(4b)에서 와이어는 더 늘어나게 되고, 다시 줄어드는 과정에서 구조물에 해로운 진동이 발생된다. 비록 서까래와 대들보, 그리고 대들보와 기둥이 서로 단단히 체결되었다고 하더라도 기본적으로 소형 승강장 구조물이므로 체결면적은 넓지 않다. 따라서 구조물의 수명에 영향을 끼치는 미소한 각도의 틀어짐은 피할 수가 없는 것이다.

도 5a, b는 본 고안이 적용된 정류소 구조물에 바람이 앞뒤로 불 때 지붕에 가해지는 힘의 방향을 도시한 측면 그림이다.

스포일러(1)는 지면에 대해 최적의 받음각(Angle of attack)을 갖도록 형성되어, 상기 대들보(13)에서 상기 처마(15) 쪽으로 불어오는 바람(앞바람)에 대해 다운포스(Down force)를 발생시키도록 구성된다.(5a) 물론 이 때 슬릿(2)은 바람에 의해 열리면서 도 4a와 비교할 때 후면 벽에 막혀 상단 지붕을 때리는 풍압을 최소화 한다. 따라서 지붕이 들리는 힘은 최소화 된다.

반대로 뒷바람이 작용하는 경우(5b)를 살펴보자, 슬릿(2)은 열리지 않고, 스포일러(1)는 상기 지붕(4)의 경사면에 대해 매우 큰 받음각(Angle of attack)을 갖도록 형성되어, 상기 대들보(13)에서 상기 처마(15) 쪽으로 불어오는 바람(앞바람)에 대해 리프트포스(Lift force)를 발생시키도록 구성된다.(5a) 이때 스포일러에 의해 지붕이 약간 들리면서 다소 앞쪽으로 당겨지게 되나, 이는 단순 인장력에 해당하는 힘으로써 구조물의 결합강도 유지 측면에서 비틀림보다는 훨씬 미미하여 무시 가능한 힘에 해당한다.

따라서 본 고안에서는 상기 스포일러(1)에 의한 다운포스량이 상기 다운포스량 발생시 상기 지붕에 의해 발생되는 리프트포스량보다 같거나 작게 유지되도록 하는 것이 관건이며 이는 상기 지붕의 경사도를 조절하거나 또는 상기 스포일러의 크기와 받음각을 조절하여 설치하면 된다. 최적으로 맞출 경우 도 4a,b에서 와이어로프에 발생되는 유해 인장/압축이 극히 줄어들고 이는 결과적으로 지붕(4)과 주 기둥(10)간 해로운 비틀림이 최소화되는 결과로 이어진다.

이상 본 고안이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 고안의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다.

다시 말해 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 고안의 명세서 및 도면이 내포하고 있는 기술적 사상을 활용하여 필요에 따라 본 고안의 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 및 간단 확장 사례를 구현할 수도 있으나, 이 또한 이하의 청구범위로 표현되는 본 고안 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.

1: 스포일러(Spoiler)
2: 개폐식 슬릿(Slit)
3: 공기 토출구
4: (경사식) 지붕
10: 주 기둥(Main pollar)
11: 보조 기둥
13: 대들보(Girder)
14: 서까래(Rafters)
15: 처마(Eaves)
16: (현수용) 와이어로프
17: (대들보 연결용) 브라켓
18: 천정
19: 후면 벽
20: 지주용 기초

Claims (3)

1. 하나의 대들보(13)를 양단에서 지지하는 두 개 이상의 주 기둥(10)과, 상기 대들보에 경사지게 결합되는 지붕(4)과, 상기 지붕을 지지하는 서까래(14)를 포함하여 구성되고,
   상기 서까래(14)와 상기 주 기둥(10) 사이를 연결함으로써 상기 지붕을 현수하는 와이어로프(16)를 더 포함하여 구성되는 근거리 교통용 소형 정류장 구조물에 있어서,
   상기 대들보의 하단에는 상기 지붕의 처마(15)에서 상기 대들보 쪽으로 바람이 불 때에만 공기토출구(3)를 개방시키는 개폐식 슬릿(2)이 설치되고;
   상기 처마(15)의 상단에는 상기 처마에서 상기 대들보 쪽으로 바람이 불 때에만 선택적으로 다운포스(Down force)를 발생시키는 스포일러(1)가 설치되는 것을 특징으로 하는 정류장 구조물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스포일러(1)는 상기 지붕(4)의 경사면에 대해 받음각(Angle of attack)을 갖도록 형성되어, 상기 대들보(13)에서 상기 처마(15) 쪽으로 불어오는 바람에 대해 리프트포스(Lift force)를 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정류장 구조물.
3. 제2항에 있어서,
   상기 스포일러(1)에 의한 다운포스량이 상기 다운포스량 발생시 상기 지붕(4)에 의해 발생되는 리프트포스량보다 같거나 작게 유지되도록, 상기 지붕의 경사도 또는 상기 스포일러의 크기와 받음각이 조절되어 설치되는 것을 특징으로 하는 정류장 구조물.

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