KR20050103471A - 보호 벽 패널 조립체 - Google Patents

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Abstract

바람 파편 또는 폭발에 대해 특히 적절하게 보호하기 위한 벽 패널 조립체는 인접한 벽 패널들 사이의 공기 간극을 연결시키는 만곡 스트랩을 포함하고, 상기 만곡 스트랩은 갑작스런 외부힘으로 인해 가요성일 수 있다.

Description

보호 벽 패널 조립체 {PROTECTIVE WALL PANEL ASSEMBLY}
본 발명은 심한 폭풍 및 폭발에 의해 발생된 하중에 강한 충격을 주는 개선된 내성을 제공하기 위해 만곡 스트랩 조인트를 사용한 보호 벽 패널의 조립을 위한 방법에 관한 것이다.
토네이도 또는 허리케인이 자주 발생하는 지역에는 심한 폭풍에 대비하여 시민을 보호하고 폭발로부터 군대를 보호하도록 안전한 피난처를 제공하기 위해 폭풍 및 폭발 대피호가 필요하다. 보호 벽 및 빌딩 설계는 기술 분야에 알려져 있으며, 이는 다양한 형태를 취한다. 심한 폭풍에 대해 제안된 벽 설계는 미국 연방 비상 관리국{Federal Emergency Management Agency(FEMA)}에 의해 또는 이를 위해 개발된 다양한 보고에 개시되어 있다. 방폭 대피호를 위한 다양한 벽 설계가 특허 분야에 개시되어 있다.
폭풍 대피호(FEMA 간행 320) 및 공용 대피호를 위한 설계 및 구성 안내에는 바람 하중(wind load) 및 파편 충격을 발생시키는 토네이도 내성을 위한 벽 및 빌딩 구조를 위한 설계가 개시되어 있다. 바람 내충격 벽의 다른 설계는 2000년 5월 31일 클렘슨 대학(Clemson University)이 미국 연방 비상 관리국에 제출한 "심한 폭풍에 대한 개선된 보호" 보고서에 개시되어 있다. 이러한 설계들은 토네이도 충격 기준은 충족시키지만, 비교적 약한 폭풍에 대한 개선된 보호만을 제공한다.
미국 특허 제3,994,105호, 미국 특허 제4,143,501호, 미국 특허 제4,566,237호, 제4,691,483호, 제4,748,790호 및 제4,937,125호에서는 각각 폭발 및 방폭 벽 및 빌딩을 위한 다양한 몇몇의 형태가 설명된다.
이렇게 설계된 많은 벽 시스템은 사용 분야에서 조립될 모듈 벽 시스템을 제작할 수 있는 능력을 제공한다. 이러한 모듈 접근이 사용되면, 구조 하중 전이를 위해 용이한 조립을 가능케 하는 단순한 필드 조인트가 제공되고, 내충격을 더 제공하는 것이 바람직하다.
약간의 가요성이 충격 방향으로 설계될 수 있다면, 이러한 가요성이 전체 내충격을 개선할 것이라는 것은 잘 알려져 있다. 이러한 가요성을 가진 기술 분야의 다양한 벽 설계는 이러한 벽 시스템, 특히 결합점 부근에서 그 이동을 방해하지 않는 방식으로 함께 결합되어야 한다. 이는 벽들이 서로 접합하는 부근 조인트 또는 다른 벽의 이동을 실질적으로 방해할 수 있는 다른 비평면 조인트가 가장 중요하다.
벽 구획들 사이에서 개선된 가요성을 제공하는 바람 및 방폭을 위한 보호 벽 시스템의 조립 방법을 위해 실질적인 요구가 존재한다. 당해 분야에는 용이하게 조립되고, 개선된 가요성을 제공하는 비평면 벽 구획들 사이의 조인트를 위한 소정 요구가 존재한다.
도1은 예1의 대피호 시스템의 개략도이다.
도2는 예1의 스트랩에 의해 연결된 벽 위치의 개략도이다.
본 발명은
(a) 서로 비평면 배향으로 위치되고, 하기의 인접한 두 개의 벽 패널 사이에 공기 간극이 제공되는 적어도 두 개의 벽 패널과,
(b) 상기 인접한 벽 패널에 강성 연결되고, 바람 파편 또는 폭발로부터 발생되는 충격으로부터 벽 패널 상의 외부 힘에 의해 가요성일 수 있는, 인접한 두 개의 벽 패널들 사이의 공기 간극에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 만곡 스트랩을 포함하는 바람 파편 또는 폭발에 대한 보호에 특히 적절한 벽 패널의 조립체에 관한 것이다.
본원에서 폭발로부터 바람 파편과 같은 갑작스런 충격에 의해 발생된 힘을 견딜 수 있는 적어도 하나의 벽 패널을 채용하는 것이 필수적이다. 벽 패널의 유형은 다양하고, 강과 같은 금속, 우드 또는 몇몇 상이한 재료의 복합재로 형성될 수 있다. 통상적으로 충격으로 인한 벽 손상이 있지만, 벽은 빌딩의 방 안에 있는 사람을 보호하는 것과 같은 그 상태를 보전하는 것을 목적으로 한다. 외부 힘에 대해 보호하기 위해 단지 하나의 내충격 벽 패널이 채용될 수 있지만, 더 큰 보호를 위해 내충격을 갖는 인접한 두 개의 벽 패널을 채용하는 것이 바람직하다.
벽 패널에 의한 보호는 그 구조에 따른다. 더 큰 내성은 그 결과로 더 큰 보호를 제공할 것이다. 내충격을 결정하는 시험 과정의 예로는 ASTM 방법 E 1886-97이 있다. 벽에 충격을 주기 위해 예시적으로 33 kg(15 lb) 2x4 제재(lumber) 사출물이 채용된다. 사출물 속도를 견디는 벽의 능력이 그 내성을 결정하는 치수이다. 시간 당 161 km(100 miles)의 내성이 바람직하다. 시간 당 129 km(80 miles) 또는 145 km(90 miles) 이상의 충격 속도에서는 더 낮은 내성은 실패할 것이다.
ASTM 방법 E 1886-97과 관련된 내성을 결정하는 유사한 방식에서 시험은 채용된 벽 패널의 유형을 결정하는데 사용될 수 있는 팽창으로부터 발생된 힘에 대한 소정 내성을 얻도록 수행된다.
바람 파편에 대한 적절한 벽 구조는 본원에 합체되어 참조되는 2001년 10월 15일 출원된 미국 특허 제09/997,648호 및 2002년 12월 3일 출원된 제10/308,492호에 개시되어 있다. 구성의 예시는
(a) 평방 cm 당 0.10 g 보다 크지 않은 밀도를 갖는 재료층과,
(b) 수지에 의해 결합된 직물 함유 섬유층과,
(c) 구조 외장층의 순서로 포함한 복합재이다.
벽 조립체의 구조의 필수 부분은 인접한 벽 패널을 연결하기 위한 스트랩의 사용이다. 본원에 채용된 용어 스트랩은 밴드 또는 고정 위치에서 대상을 유지하기 위한 플레이트를 의미한다. 스트랩이 이러한 강 또는 알루미늄과 같은 금속 구조일 수 있지만, 다른 재료는 플라스틱 또는 상이한 재료의 복합재와 같은 것이 적절하다.
스트랩은 인접한 벽 패널에 강성 연결되고, 패널을 제 위치에 유지시킨다. 그러나, 스트랩은 벽 패널 상에 가압하기 위해 가요성일 수 있다. 명백히 이해될 수 있는 바와 같이, 스트랩의 가요량이 그 최종 사용에 의해 결정될 것이다. 예시적으로, 더 큰 내충격을 위한 요구는 가요성에 대한 더 큰 내성을 결정할 것이다. 또는 스트랩 가요량은 인접한 벽 패널에 연결된 스트랩 수에 의해 결정될 것이다. 스트랩의 수가 더 많을수록, 가요성을 위한 내성의 요구는 더 작다.
비교를 위해 단일 및 이중 스트랩 모두가 적절하다. 금속 스트랩의 적절한 두께의 예시는 0.19 mm(0.075 in) 내지 3.8 mm(0.150 in)와 같이 1.5 mm(0.06 in) 내지 9.5 mm(0.375 in)이다.
스트랩이 내벽부 또는 외벽부 상에만 채용될 수 있지만, 바람직하게는 내벽 및 외벽 상의 인접한 벽 패널에 연결되도록 개별 스트랩이 제공된다. 채용된 용어 내부는 방의 내부를 형성하는 벽과 같은 다른 벽과 접하는 벽의 부분을 의미한다. 용어 외부는 방의 외부를 형성하는 벽과 같은 다른 벽과 접하지 않는 벽의 부분을 의미한다. 스트랩은 벽과 비평면 배향으로 즉, 벽이 서로에 대해 각을 갖도록 연결된다. 비교를 위해, 모든 벽들은 90° 각도로 결합된다. 서로 결합된 두 개의 벽의 예는 30° 내지 120°의 범위에 있다. 또한 일반적으로 벽이 접촉하는 경우, 스트랩이 갑작스런 충격에 적절하게 가요성이지 않을 수 있으므로, 인접한 벽 사이에 공기 간극이 있을 것이다. 통상적인 공기 간극은 적어도 3 mm(0.125 in)가 고려된다. 바람직한 구성에서, 갑작스런 충격에 견딜 수 있는 벽은 인접한 벽을 연결시키는 내벽면 및 외벽면 상의 스트랩에 의해 인접한 두 개의 벽에 결합된다.
상술된 개시에서는 스트랩을 사용한 벽 조립체의 조합은 바람 파편 및 폭발에 의한 것과 같은 갑작스런 충격에 대한 내성 및 보호와 관련되어 설명되었다. 그러나, 이러한 내성을 포함하지 않는 벽 조립체도 본 발명의 범주 내에 있다. 차례로 스트랩은 벽 패널 중 하나에 최소량 이하의 힘으로 가요성을 가진다.
본 발명의 다른 설명은 이하의 예시에 제공된다.
예시 1
길이 292.1 cm(115 in), 폭 162.5 cm(64 in) 및 높이 238.7 cm(94 in)의 외부 치수를 갖는 도1에 도시된 대피소 시스템은 토네이도 바람에 의해 발생된 바람 파편으로부터 점유자를 보호하도록 설계된 루프 패널 및 설계 처리된 벽으로 조립되었다. 각각 폭 121.9 cm(48 in) 및 높이 223.5 cm(88 in)인 다섯 개의 벽 패널 및 모듈 도어 유닛이 사용되었다. 루프에 대해서는, 폭 121.9 cm(48 in) 및 높이 121.9 cm(48 in)인 두 개의 천정이 사용되었다. 패널은 1.9 cm(3/4 in) 합판 한 층, 13.9 cm(5-1/2 in) 두께의 0.016 gm/cc(1 lb/cu-ft)의 밀도를 갖는 강심 팽창 폴리스티렌 코어(steel reinforced expanded polystyrene core), 폴리에틸렌 코폴리머 수지에 의해 결합된 13 oz/sq-yd 아라미드 섬유의 세 개 층으로 구성된 적층 섬유, 1.2 cm(1/2 in) 합판 중 한 층의 순서로 사용되어 제조되었다. 코어 내의 강심은 패널의 각각의 표면 상에 위치된 40.6 cm(16 in) 중심부 상의 24 게이지 2x4 일반 금속 프레임 스터드로 처리되었다. 미국 특허 제4,241,555호에 개시된 바와 같이 발포 공정 중에 강화가 추가되었다. 재료층들이 7.62 cm(3 in) 중심부의 주연부 주변에 그리고 15.2 cm (6 in) 중심부 상의 필드 스터드를 따라 패널의 각각의 표면들 상에 동력 구동 널링 네일(power drive knurled nails)에 의해 체결됨으로써 함께 결합되었다.
패널은 도2에 도시된 바와 같이 사각 대피호를 조립하기 위해 요구되는 90° 코너 연결부를 발생시키기 위해 45°로 두 개의 위치에서 두 개의 만곡된 11 게이지(0.3 cm(0.12 in) 두께)) 시트 금속 브래킷을 사용하여 조립되었다. 1.2cm (1/2 in)합판면이 외향 배향되었다. 세 개의 0.9 cm(3/8 in) 직경 볼트가 금속 스트랩 연결부에 각각의 패널의 에지를 고정시키기 위해 사용되었다. 0.9 cm(3/8 in)의 공간이 연결된 인접한 패널의 코너들 사이에 제공되었다.
1999년 5월 28일자 토네이도 대피소를 위한 국립 성능 기준의 간행물 "대피호 벽 및 천장 상의 바람 이동 미사일 내충격"의 충족 능력에 접근하도록 100 mph으로 33 kg(15 lb) 2x4 (in) 목재 사출물 이동에 의해 대피호는 몇몇 위치에서 충격을 주었다. 대포 설치 및 발포는 ASTM E 1886-97과 관련되어 실행되었다.
대피호에 발포된 모든 사출물은 FEMA 규정에 요구된 바와 같이 이를 지나 정지하고, 사출물은 다시 반동되었다. 사건 중에 수행된 고속 촬영은 충격 시에 내향 가요성이 되는 조인트를 나타내고, 이는 사출물로부터의 에너지의 일부를 흡수하는 것을 돕는다. 배면 상의 합판층은 충격 지점 주변의 매우 적은 크랙 만을 나타낸다. 대피호 조립체는 토네이도 대피호를 위한 국립 성능 기준의 규정을 준수하였다.

Claims (17)

  1. 벽 패널 조립체이며,
    (a) 서로 비평면 배향으로 위치되고, 하기의 인접한 두 개의 벽 패널 사이에 공기 간극이 제공되는 적어도 두 개의 벽 패널과,
    (b) 상기 인접한 벽 패널에 강성 연결되고, 벽 패널 상의 힘에 의해 가요성일 수 있는, 상기 인접한 두 개의 벽 패널들 사이의 공기 간극에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 만곡 스트랩을 포함하는 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 조절 벽 패널의 내면과 외면을 연결시키는 개별 스트랩을 갖는 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 개별 스트랩을 갖는 두 개의 벽 패널에 연결된 하나의 벽 패널을 갖는 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스트랩은 밴드를 포함하는 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스트랩은 플레이트를 포함하는 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스트랩은 금속을 포함하는 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스트랩은 강을 포함하는 조립체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 스트랩은 알루미늄을 포함하는 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스트랩은 복합재를 포함하는 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 벽 패널은 서로에 대해 30도° 내지 120°사이의 각도로 위치되는 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 인접한 벽 패널들 사이에서 적어도 3 mm(0.125 in)의 간극을 갖는 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 단일 금속 스트랩이 사용되는 조립체.
  13. 제1항에 있어서 이중 금속 스트랩이 사용되는 조립체.
  14. 제1항에 있어서, 스트랩은 0.19 mm(0.075 in) 내지 3.8 mm(0.150 in) 사이에 있는 조립체.
  15. 제1항에 있어서, 하나의 벽 패널은
    (a) 평방 cm 당 0.10 g 보다 크지 않은 밀도를 갖는 재료층과,
    (b) 수지에 의해 결합된 직물 함유 섬유층과,
    (c) 구조 외장층의 순서로 포함하고,
    섬유층은 강성 프레임 상에 장착된 상기 복합재를 갖는 ASTM 시험 방법 E 1886-97과 관련하여 시간 당 161 km(100 miles)의 속도로 33 kg(15 lb)로 충격을 받는 경우, 5.0 내지 175 cm의 범위에서 반향되는 조립체.
  16. 제1항에 있어서, 상기 스트랩은 바람 파편 또는 폭발에 의한 외부힘으로 인해 가요성일 수 있는 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 스트립은 시간 당 161 km(100 miles)의 속도에서 파편으로 인해 가요성일 수 있는 조립체.
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