KR20060052720A

KR20060052720A - 복합 내력 벽-패널들과 바닥들의 장 경간 자립형 건물의건축구조

Info

Publication number: KR20060052720A
Application number: KR1020057025354A
Authority: KR
Inventors: 밀로반 스켄드직; 브란코 스믈섹
Original assignee: 마라-인스티튜트 디.오.오.
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2006-05-19
Also published as: CN100365229C; WO2005003481A1; CN1802477A; RS51618B; TW200508464A; CL2004001676A1; JP2007516367A; AU2003249099A1; EP1641985A1; TWI241374B; CA2531192A1; EA007917B1; AR044979A1; UA82533C2; KR20100126526A; RO123301B1; HRP20051028A2; EG23862A; HUP0600113A2; RS20050961A

Abstract

통상의 빔이나 기둥을 포함하지 않는 장 경간(large span) 건물이 수직 내력의 복합 벽-패널들과 복합 바닥들로 구성되고, 이들은 스틸 스트립 웨브들에 의하여 접합되는 2개의 콘크리트 층을 포함한다. 조립 지붕/천장 유닛들로 형성되고 벽-패널들에 의하여 지지되며 박공들과 연결되는 강성 수평 면은 상단부가 부착되고 연속적으로 버팀되고 좌굴 길이가 감소하는 세로방향으로 배열된 벽-패널들의 측방이동을 억제한다. 수직 패널들과 필요시 견고하게 연결된 바닥들은 전체 구조물의 안정성을 추가로 개선시킨다. 따라서 본 발명의 복합 벽-패널과 바닥들은 동일한 목적을 갖는다. 이와 같은 자립형 전체 구조물은 얇은 패널들로 제작된 강성 박스로 제공될 수 있다.

Description

복합 내력 벽-패널들과 바닥들의 장 경간 자립형 건물의 건축구조{CONSTRUCTING THE LARGE-SPAN SELF-BRACED BUILDING OF COMPOSITE LOAD-BEARING WALL-PANELS AND FLOORS}

본 발명은 압축응력(prestressed)되고, 강화 콘크리트의 산업용 또는 다른 용도의 건물들의 바닥 건축에 관한 것으로, 이는 특히 구조물의 일체로 되는 스틸재(steel parts)에 관한 것이다. 본 발명은 일반적으로 건축물, 건물 요소에 관련되는 국제특허분류 E04B1/00, 특히 E04C3/00 또는 3/294 그룹으로 표시되는 분야에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 횡방향 버팀(lateral bracing)에 의한 복합 수직 내력(load-bearing) 벽-패널(wall-panel)들과 복합 바닥들로 구성되는 장 경간(large span)건물의 건출을 위한 새로운 조립 시스템을 확보하고, 구조물의 안정성이, 추가적인 안정성 확립을 위한 건축작업 없이, 세장 벽(slender wall)과 바닥 요소만을 사용하여 이루어 지도록 하는 데에 있다.

본 발명은 장 경간, 낮은 높이(low-rise)의 건물(대략 20-30m 경간, 15m 높 이까지)에 관한 것이고, 주로 산업용 건물과 유사한 건물 등의 건축에 관한 것이고, 종래의 많은 유사한 벽-패널 시스템에서는 적용된 적이 없는 것임이 중요하다.벽-패널을 이용하는 낮은 높이의 콘크리트 건물의 건축에 대한 통상적인 실시에 있어서, 비-지주(non-bearing) 커튼 벽들은 추가적인 구조적 지지를 필요로 하는 것이 지배적이다. 단지 벽-패널만을 이용하고 내력형이면서 자립형(self-stable)의 건축은 거의 없다. 일부의 벽-패널 건물 시스템은 본 발명에서 개시되어 있는 건물 시스템과 다소 유사한 구성을 가질 수도 있지만, 이와 같은 종래 시스템이 제공하는 실질적이지 못한 해결 방안은 본질적으로 장 경간 건물에 적용하기에는 무리가 있다. 내력 벽-패널들의 자기-버팀형(self-supported) 구조는 상당한 수직 하중과 수평 력을 견딜 수 있는 동시에 전체 구조물의 안정성을 확보할 수 있도록 상당한 강성을 갖는 패널의 적용이 필요하다. 벽-패널만을 이용한 내력 건축이 쉽지 않은 주된 이유는 강한 패널의 사용만으로는 구조물의 안정성 확실하게 확보하는 것이 어렵기 때문이다. 이와 같은 경우, 패널은 얇아질 수 없고 상당한 두께(depth)를 필요로 하므로, 패널의 두께를 증대시키는 것에 따른 재료의 소비 량을 크게 증가시킨다. 이것은 건물의 높이에 따라서는 과도하게 될 수 있다. 또한, 과도하게 두께가 큰 벽-패널은 너무 무겁거나 외관적으로도 좋지 못하다. 벽 패널의 강성을 결정하는 패널의 두께는 실질적으로는 2개의 콘크리트 층간의 간격을 증가시킴으로써 얻을 수 있고, 그 사이에 남아있는 공간은 재료로 채워져야 한다. 상기 간격을 채우는 재료가 무엇이든 간에 이것은 건물의 큰 면적을 고려했을 때 현저한 비용이 든다. 분명한 것은, 너무 많은 재료의 소비 없이 패널의 두께를 증가시켜야 하고, 이는 본 발명이 다루는 과제 중 하나이다. 그러나, 패널 두께의 증가가 경제적인 측면에서 허용되는 정도이고 강성 내력 벽-패널을 구현한다 해도, 상당한 수직 및 수평 하중을 받을 때 구조물의 안정성을 확보하기에는 여전히 충분하지 못하고, 다른 여러 건물 법령의 요구조건에 더하여 횡 하중하에서 패널의 상부측 변형을 감소시키는데도 충분하지 못하다. 대부분의 통상의 장 경간-건물은 무거운 지붕 건축물을 지지하는 외팔보(cantilever)-기둥 또는 이와 유사한 외팔보 수직 벽-패널들을 구비하여 조립되는 횡방향 비자립(unbraced)형 황단 프레임들로 건축되고, 이에 따라 실제 높이의 2배의 좌굴(buckling) 길이를 갖는 수직 외팔보 내략 기둥 또는 패널들은 횡단방향 빔 또는 슬래브(slab) 모양의 지붕 건축물을 지지한다. 강한 횡방향 비자립형 외팔보-기둥(또는 적절한 벽-패널)에 기초한 구조의 안정성은 아마도 가장 비용이 높은 방식일 것이다. 효과적인 횡방향 자립형의 건축이 어려운 것은 이와 같은 구조물이 경제적으로 안정화시키는데 부적절하고, 큰 단면적의 기둥이나 패널을 필요로 하기 때문이다. 따라서, 본 발명의 다른 과제는 극단적으로 두께가 두꺼워 지는 패널에 대한 요구를 완화시키는 방식으로 구조물의 안정성을 확보하도록 하는 것에 있다. 구체적으로, 본 발명이 추구하는 것은 구조물의 모든 이용 가능한 자원들을 이용하여 구조물의 안정성을 확보함으로서, 수직으로 배치되고 보통 두께의 내력 벽-패널을 이용하여 조립되는 횡방향 자립형 구조이다. 따라서, 벽-패널들은 안정성에 기초가 되는 몇몇의 요소들만으로 부분적으로 극복되는 형태가 될 수 있다. 이와 같은 방식이 어떻게 이루어 지는 가는 본 발명의 상세한 설명에서 설명한다. 알려진 몇몇의 해결방안은 본 해결방안과 부분적으로 유사성을 가질 수 있지만, 그것들은 일반적으로 안정성의 문제와 실제 장 경간 건물 건축의 적용중 어느 쪽도 확립시키지 못하고 있다.이와 같은 새로운 건물 시스템은 2가지 해결방안, 즉 하나는 패널 및 바닥 유닛 그 자체를 개선하는 것이고, 다른 하나는 구조의 안정성과 관련되는 것에 기초하고 있기 때문에, 이러한 2가지 문제를 개별적으로 고려할 것이다.

수직으로 배치되고, 내력 벽-패널의 가장 유사한 해결방안은 Giuseppe Amormino가 발명한 미국특허 1,669,240호에 개시되어 있다. 상기 개시된 발명은 일반적으로 건물 건축의 목적에 부합하는 내력, 샌드위치 벽-패널에 대한 기술사상을 제공한다. 그러나, 패널에는 몇몇의 약한 부분을 포함하고 있어, 실제 장 경간 건물의 건축에 적용 가능성에 있어서는 아래와 같은 심각한 제한을 갖는다. 각각의 얇은 콘크리트 층의 단면의 중앙에 배치되는 철망(wire mesh) 보강재의 배치상태는 그것들을 지나치게 유연하게 한다. 패널 높이를 따라 발생하는 축방향 힘의 실제 분포는 중심(centric) 보다는 한쪽으로 치우친 편심(eccentric)되기 때문에, 층들은 종종 피할 수 없는 국소 휨압력(bending)을 받게 된다. 따라서 단면의 중앙에 보강재가 배치되는 것은 적절하지 못하다. 본 발명은 콘크리트 표면에 가깝게 철망(mesh) 보강재를 배치하고 서로 간격을 갖는 새로운 배열형태를 제공한다. 이러한 방식으로 양쪽 패널 콘크리트는 현저하게 강도가 보강된다.

콘크리트 층을 연결하는 전단 연결구(shear connec tor)들로서 사용되고 패 널의 복합 작용을 가능하게 하는 위에서 언급한 특허에서 사용된 스틸 막대 트러스(steel rod truss)들은 더 높은 세장(slender) 패널을 사용하기에는 강도면에서 만족스럽지 못할 수 있다. 이 경우, 많은 트러스가 마련되어야 한다. 너무 많은 트러스를 사용하게 되면, 너무 많은 작은 단열 스트립(strip)들을 사용해야 하고, 용접 또한 많이 필요하게 되며, 동일한 제조 공정에 비해 소비되는 시간이 많아진다. 이러한 이유로, 본 발명에서는 트러스 연결구를 더 강하고, 양쪽 콘크리트 층에 연속적으로 고정되는 강성이 더 큰 스틸 웨브(steel web)들로 대체 하였다. 위의 특허에서 충분한 지주력(bearing)을 갖는 면을 제공하도록 그 상단에서 두께가 두껍게 되는 내부 콘크리트 층에 형성되는 바닥 서포트(support)들은 편심율을 불안정하게 한다. 전달되는 큰 수직 하중은 패널 요소들의 영구적인 응력을 야기하는 불필요한 국소적인 휨 모멘트(bending moment)를 야기시킨다. 더욱이 이러한 방식에 있어서, 지붕/바닥은 실제적으로는 중앙에 배치되는 보강재를 갖는 하나의 얇은 내부 콘크리트 층만으로 지지된다. 따라서 하중 집중은 지금까지 것보다 더 많은 서포트들을 필요로 하게 된다. 다른 결함은 패널 제조와 관한 것으로, 특히 상부 콘크리트 층을 위한 거푸집(mould)의 하부를 일시적으로 인접하는 한쌍의 트러스 사이에 개재된 섬유 유리 스트립을 접착하기 위한 "적절한 수지(resin)"를 사용하는 바람직하지 못한 것 뿐만 아니라 트러스에 고정하는 것이다. 인접 단열 스트립 사이의 공간에 "그라우트(grout) 또는 단열 재료"를 채우는 마지막 제조단계는 신속성이 중요한 생산성 측면에서는 수용될 수 없는 시간소비가 많은 작업이 될 수 있다. 본 발명은 패널을 더 효율적으로 제작하는 방법을 제공한다.

종래 기술에서는 내력 벽-패널 뿐만 아니라, 이들을 이용한 건물들의 건축 방법에 대해서도 많은 해결방안이 제시된 바 있다. 그러나, 이와 같은 건물 시스템은 통상의 실시에 있어서 넓게 보급되지 않았으며, 특히 장 경간, 낮은 높이의 산업용 건축 등에는 적용되지 않고 있다. 이러한 이유 중의 하나는 특히, 경간이 20m 이상이고 패널의 높이가 9m를 초과하는 경우 패널만으로는 건물의 안정성 부족을 극복하기가 어렵기 때문이다. 종래의 벽-패널 건물의 건축시 제시된 해결방안들은 모두 안정성의 문제를 전혀 고려하지 않고 있는 것이다.

본 발명은 건물(building)의 전체 구조물의 안정성을 확보하기 위하여 통상적으로 사용되는 부재들인 기둥, 빔, 지지 프레임 등과 같은 요소들을 사용하지 않고, 복합 내력 벽-패널의 자립형(self-stable)이고 높이가 낮고(low-raised) 장 경간(large Span) 산업용 및 유사한 건물의 건축에 관한 것이다. 이와 같은 건물의 우수한 점은 패널들이 무거운 지붕과 바닥들을 지지하여 측방 이동(sideway)에 대한 조립된 구조물의 안정성, 버팀성(bracing)을 답보한다는 것이다. 이와 같은 개선된 본 발명의 복합 벽-패널은 장 경간 구조물의 건축 뿐만 아니라 신속한 시공을 가능하게 하는 통상적으로 알려진 샌드위치 패널의 일종이다. 여러 발명에서 개시된 바와 같이, 자립형(self-braced) 건축용 시스템의 완료를 위하여 장경간 구조물들은 세장(slender) 수직 내력 패널 들로 조립되었다. 이와 같은 구조물에 벽-패널, 바닥 요소를 내장시키기 위한 제조장치와 건물의 직립(erecting) 방법이 이하에서 분리되어 설명될 것이다.

도 1 및 도 4에서 도시된 바와 같은 새로운 복합 패널은, 적어도 2개의 세로방향 스틸-시트 내부식성 아연도금 스트립들로서 서로 연결되는 내,외측 콘크리트 층으로 된 통상적으로 사용되는 구조의 내력 샌드위치 벽-패널을 구조적으로 강화시킨 것이다. 2개의 콘크리트 층 사이의 갭(gap)에는 소정 두께(depth)의 단열재 층이 부분적으로 채워진다. 상기 갭의 나머지부분은 공기 순환(air circulation)용으로 사용되는 빈 공간이다. 알려진 구조적인 샌드위치(패널)의 이점을 제외하고 본 발명의 주된 특징은 재료의 심각한 낭비없이 두께-대응성(depth-adaptability)을 높이도록 한 것에 있다. 재료 소비는 거의 발생되지 않는 상태로 스틸 웨브-스트립들의 높이를 길게하여 2개의 콘크리트 층 사이의 공간을 증대시키면 패널의 단면 관성 모멘트는 효과적으로 증대된다. 즉 실질적으로 늘어나는 것은 2개의 콘크리트층사이의 에어 공간 폭인 것이다. 따라서 (관성 모멘트를 증가시키는 것과 마찬가지로) 패널의 세장(slenderness) 감소를 통하여 강도가 답보되는 벽-패널은 콘크리트 층들을 더 떨어지게 하여도 강도는 높아질 수 있고, 이는 저 비용 고강도 패널을 제공할 것이다. 대부분의 통상적으로 사용되는 2개의 콘크리트 층들을 연결하는 스틸 트러스(truss)들은 현재 스틸 스트립 웨브(strip web)들로 대체되고 있는데, 이는 여러 가지 이유로 고중량 건물의 건축시 다음과 같은 이점을 제공하기 때문이다. 첫째; 스틸 스트립들은 트러스 보다 더 튼튼하다. 적당한 단면적을 갖는 스틸 웨브들은 콘크리트 층들에 견고하게 고정되어 수직 하중에 대한 내력을 갖는다. 서포트에서 스틸 튜브에 적용되는 수직 하중은 도 4 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 주변 콘크리트에 부분적으로 전달되고 튜브는 콘크리트 층과 스틸 웨브사이의 2개의 긴 연속 연결 라인을 따라 고정되고, 이에 따라 서포트에서의 응력 집중은 발생되지 않는다. 사용 웨브(플랜지(flange)를 포함하지 않음)들의 비용과 스틸의 사용 양은 트러스의 경우와 거의 같을 것이다. 일반적으로 허용된 한계치내에서 측방향(횡방향) 변형을 극복할 정도의 충분한 강성을 갖추도록 패널의 충분한 강성(stiffness)을 얻기 위하여는 더 많은 트러스 조각들이 필요한 것으로 알려져 있다. 2개의 철망 층(steel mesh layer)이 각각의 콘크리트 층에 내장되면 그 위치 강성은 비약적으로 증대되고 휨(bend) 이나 크랙(crack)의 발생 가능성은 감소한다. 도 1에서 도시한 바와 같이, 웨브들의 세로방향으로 양측 단부(edge)들에 용접된 루프(loop)에 형성된 구멍을 통하여 끼워지는 짧은 스틸 막대(steel rod)는 콘크리트 층을 따라 2개의 철망층사이의 소정 간격(막대 직경과 같은 간격)을 유지시킨다. 각각의 콘크리트 층을 타설하기 전에 거푸집(성형틀)(mould)로 제공되는 보강 틀(cage)이 견고하게 고정되고 공차를 감소시킨 확실한 상호간격 때문에 위치선정 및 조작(control)을 하기에 쉽다. 여기서 중요한 것은 세로 보강재(longitudial reinforcement) 또는 콘크리트 층사이의 압축 응력한(pre-stressing) 강연선(strand)들을 갖는 2개의 철망(steel wire mesh) 때문에 통상 코드(codes)로서 허용되는 것 보다 더 다양한 콘크리트 요소들의 두께를 얇게 감소시키어 사용하는 것을 가능하게 한다는 것이다. 그러나 코드들, 빔과 기둥의 한정된 콘크리트 커버(cover)들은 보강재가 2개의 철망층사이에 최적 상태로 구성되는 것이 불가능하다.

패널의 또 다른 특징은 스틸 튜브(steel tube)에 관한 것인데, 특히 2개의 콘크리트 층사이의 스틸 웨브들에 수직하게 위치되고 용접되며 내력 지붕 또는 바닥 건축물 지지용 서포트의 상단부를 형성하며 위치가 한쪽으로 치우치지 않는 스틸 튜브에 대한 것이다. 지붕 또는 바닥 유닛(unit)들의 지지시 발생하는 작용하중(reaction)은 상기 서포트의 상단부(top)에서 콘크리트 층에 접합되는 스틸 튜브의 중심선상으로 전달된다. 이때 상기 스틸 튜브는 모두 스틸 웨브에 용접되어 있으므로 작용하중은 응력 집중과 같은 것을 피하면서 서포트에 인접한 콘크리트 층 모두에 효과적으로 전달된다. 도 11에서 도시된 바와 같이, 새로운 패널은 초기(조립시) 기초(foundation)의 소켓(socket)에 하단부(down-end)가 견고하게 고정되는 외팔보(최종 조립시에는 횡방향으로 부착되는 상단부를 갖는 외팔보 패널)로서 처음(조립중)에 장착된다. 결과적으로 도 4 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 패널의 하부는 바닥-플레이트 지면을 허용하는 한도내에서 지면과 기초의 진입을 가능하게하는 미리 결정된 길이로 콘크리트가만으로 타설된 형태이다. 즉, 이와 같은 패널 하부는 최대 휨 모멘트(bending moment)가 작용되는 부분이므로 콘크리트만으로 타설되는 것이 바람직하다. 이와 같은 콘크리트만으로 타설된 바닥 하부의 다른 이점은 상기 벽-패널이 바닥에 교대로 쉽게 직립된다는 것인데, 이는 바닥 하단의 조작처리(chip)와 파쇄처리(crush)를 가능하게 하여 최종적으로 패널의 바닥은 콘크리트로서 타설된 기초의 소켓에 고정되기 때무이다. 패널위로 모세관 형태로 발생되는 습기의 포복(creep)현상은 주변 지대 위로 적당하게 외표면에 코팅되는 비-흡습층(non-hygroscopic)에 의하여 쉽게 방지될 수 있다. 이와 같은 습기 제거의 다른 방법은 습기 제거재(breaker)를 내장시키는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 공기를 단축시키면서 적당한 중량을 갖는 종류의 패널을 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 도 9 및 도 10에서 도시한 바와 같이, 상기 제조방법은 거푸집의 일부분으로 되고 이동 가능하게 제공되며 임시적으로 상부 콘크리트층을 타설하게 하는 상부 거푸집 부분의 고정된 바닥을 제공하는 장치(device)를 추가로 개시한다. 상기 장치는 거푸집의 측면에 형성된 구멍과 상기 패널의 스틸 웨브들에 형성된 구멍을 통하여 끼워지는 연속한 횡방향 막대(lateral stick)들을 포함한다. 거친 표면을 갖는 단열 스트립들이 바닥 막대의 상단에 배열된 상부 거푸집의 바닥을 형성하도록 사용되고, 이후 콘크리트가 타설되며, 나머지 측면은 콘크리트에 부착된다. 상부 콘크리트 층의 콘크리트가 성형되면 이동 가능한 바닥은 한쪽으로 당겨진다. 많은 다른 패널들을 포함하여 샌드위치 패널의 모든 공통적인 특징을 여기서 모두 설명할 수 없기 때문에 약간만 할 것이고, 본 발명의 목적은 건물의 안정성을 확실하게 하도록 신뢰성 있는 견고한 내력 패널을 제공하는 데에 있다. 따라서 이제부터 신뢰성있는 패널이 개시되고 이 패널은 장 견간(large span) 건물의 건축을 가능하게 한다.

다른 건물 요소인 복합 바닥 유닛은 도 5에서 도시된 바와 같이, 앞에서 언급한 벽 패널과 유사한 방법으로 만들어 진다. 이 유닛은 갭이 형성되고 그 사이에 삽입되는 2 또는 그 이상의 아연도금 스틸 시트 스트립들이 서로 연결되는 상부와 하부 캐스트-콘트리트(cast concrete layer)층 들을 포함한다. 이와 같은 바닥 유닛의 콘크리트 층들은 단지 휨변형(flexure)에 대한 것으로, 상부 패널 유닛은 단면상 하부 패널 유닛보다 더 높은 길이이고, 2개의 철망 층(steel wire mesh layer)들로 보강된다. 휨에 따른 텐션을 받는 하부 패널은 상기 2개의 철망층사이에 배치되는 보강 바들로 추가로 보강된다. 압축 응력(pre-stressing)을 한 경우, 보강 바들은 원하는 정도로 압축 응력한(pre-stressing) 와이어 강연선(strand)들로 완전하게 또는 부분적으로 대체될 수 있다. 특히 스틸 웨브의 사용시 이점은 높은 전단 력(shear force)이 발생하는 지점의 주변에 서포트가 있다는 것이다. 따라서 텐션 응력들은 상기 스틸 웨브들에 의하여 적당하게 극복될 수 있다. 더욱이 상당한 전단 응력이 발생되는 경우, 전체 바닥 요소를 따라 전달되지 않도록 하는 것이 필요하고 이 경우 어떤 추가적인 짧은 스틸-시트 스트립 웨브들이 바닥 요소의 단부에 제공되는 것으로 가능한데, 이는 도 5에서 점선라인으로 도시된 중앙측 웨브이다. 적용된 스틸 웨브가 제공하는 또 다른 이점은 도 4 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 벽 패널과 바닥 유닛 사이의 스틸 연결물에 강성 스틸을 연계 사용하는 것이다. 한쌍의 볼트로서 바닥 요소의 스틸 웨브를 벽 패널의 웨브들에 고정함으로서, 바닥을 포함하는 건물의 안정성을 추가고 확보하도록 하는 강성 연결이 구현된다. 그러나, 버팀 구조없이 딱딱한 패널들을 단독으로 사용하는 경우에는 패널들이 너무 높지 않게 하고 경간(apan)은 더 짧은 건물의 시공만을 가능하게 한다. 이와 같은 벽 패널들의 사용은 확실히 패널의 지주(bearing) 능력 뿐만 아니라 그 세장(slenderness) 또는 건물 코드에 의하여 한정되는 적용범위의 가능성을 높일 것이다. 또한 벽 패널의 두께(deapth)는 패널에 의한 예상치 못한 여러 건축적인 문제의 발생을 더 확대시킬 것이다. 예를 들어 35cm 이상의 두께로 된 2 개의 외팔보형 벽 패널과 같은 간단한 구조이고 경간 길이가 25m인 지붕 구조물을 지지하는 간단한 지주인 경우 도 11에서 도시된 바와 같이, 패널 높이의 한계는 7m 정도이다. 이와 같은 한계를 확장시키어 수직 하중에 대한 기본 강도와 수직 하중이 만족할 만한 수준에 있는 건축물(construction)이라 해도 지진이나 바람에 의한 횡 하중(lateral load)에 따른 얇은 패널들의 횡방향 휨(deflection)에 대한 억제는 만족스럽지 못하다. 따라서, 금번 개선되고 종래 기술을 많이 포함하는 패널은 소규모 건물에 국한되는 것이 아니고 큰 경간과 높이가 증가된 건물도 예외없이 적용될 수 있다. 선행 특허들에서 개시된 시스템들이 대부분 실패한 것은 실제 폭넓게 사용되지 못한다는 것이다. 실제 장 경간(large-span)이고 저층(low-rise)의 건물인 경우, 건물이 자립(self-bracing)형 지붕/바닥 지지 구조물로 시공되도록 패널들을 이용하여 측면이동(sideway)에 대한 자립력을 높이도록 하는 것이 필요하다. 도 12, 13 및, 14에서 도시한 바와 같이, 기본 사상(idea)은 2개의 박공(gable)에 수평하게 연결된 서로 연결되는 지붕-천장 유닛들을 형성하는 넓은 딱딱한 면(plane)에 의하여 지붕-천장 레벨에서 측방이동(sideway)에 대항하는 내력 패널들을 세로 열로 배열하여 받치도록 한 것이다. 이와 같은 기술 사상은 장 견간이 아닌 단 경간(short-span) 다층(storey) 건물인 경우에는 해당되지 않고, 이에 따라 단 경간 이상으로 전단 벽과 연결되는 견고한 단단위(monolithic) 바닥, 콘크리트 타설이 필요한 건물을 대상으로 한다. 그러나, 장 경간 저층형 조립식 건물들은 자신이 전단벽으로 제공되는 2개의 길이가 긴 벽-패널-조립 박공들을 연결하는 큰 견고한 면을 형성하지 못하기 때문에 위와 같은 방법으로는 시공되기 어렵다. 가장 최소단위 구조는 도 11에서 도시한 바와 같이, 평탄-소핏 지붕-천장 구조물을 지지하는 2개의 세로방향으로 열들로 배열된 직립형 벽-패널이다. 지붕-천장 구조물이 WO 02/053852 A1에서 개시되고 있다. 한쌍의 벽-패널들이 도시된 바와 같이 단일 지붕-천장 유닛을 지지한다. 벽-패널들은 세로방향 소켓(socket)들을 포함하는 길이방향 스트립 기초에 견고하게 서로 접합 조립된다. 세장(slender) 외팔보(can tilever) 벽-패널은 그 자신의 안정성을 유지할 수 있기 때문에 이와 같은 구조물은 안정적이다. 그러나 건물의 높이가 증가하면 상기 벽-패널의 세장(slenderness)이 빠른 속도로 높아지고 따라서 구조물은 불안정하게 된다. 상기 벽 패널의 두께(depth)는 구조적인 한계에 곧 도달하므로 건축적으로나 경제적으로 적당한 치수 이상으로 높일 필요는 없다. 도 14에서 도시된 바와 같이 배열된 다수의 간단한 세부부품(detail)들로서 지붕-천장 유닛의 인접 소핏(soffit) 플레이트들을 서로 접합함으로서, 양측 박공(gable)들의 (마지막 소핏 플레이트의 세로 단부(edge)들을 통하여) 그 단부가 연결되는 형태로 넓고 매우 견고한 수평 면(horizontal plane)이 얻어진다. 조립된 벽-패널들의 상기 박공들은 세로 벽들에 직접 연결되는 직각구조이고, 구조물의 횡단 버팀(transversal bracing)을 확실하게 하도록 자신의 면(plane)에서 매우 확대된 강성을 갖는다. 이와 같은 박공들은 실제로는 전단 벽들이다. 이와 같은 경우, 벽-패널들에 의하여 수직하게 지지되는 길고 폭이 넓은 견고한 수평 면은 도 14에서 도시된 수평 측 방향(lateral direction)의 유동으로 부터 스스로 유동되는 것을 억제하는 같은 형태의 벽-패널들의 상단(top)부를 고정한다. 세로방향으로 배열된 벽-패널들의 상단부가 견고한 수평 면에 고정되면, 패널들은 더 이상 수직 외팔보가 아니지만, 횡방향으로 구속되는 상단부들을 구비하게 되고 결과적으로 앞에서 설명한 방법에서 발생되는 좌굴(buckling)(휨)을 없앨 수 있다. 벽-패널의 좌굴 길이(Lb) 감소상태가 도 15 및 도 16에서 비교되어 도시되고 있다. 도 15에서는 박공들을 사용하지 않는 수직 및 수평 하중의 작용에 따른 버팀형이 아닌 외팔보 벽-패널의 측면이동(sideway)을 도시하고 있다. 도 16은 견고한 수평 면을 통하여 박공들에 의하여 벋쳐지는 같은 형태의 외팔보 벽-패널의 좌굴 상태를 도시하고 있다. 좌굴 길이가 현저히 짧은 두 번째 경우가 구조물의 안정성 면에서 우수하다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 이점을 이론적으로 설명하면 다음과 같다.

그러나, 강성 수평면은 그 자신이 횡방향으로 가요(flexible)적이고, 건물의 길이에 따라 달라지고 다수의 얇은-탄성의 스틸 연결구들을 사용한다. 이와 같은 수평 면은 도 16에서 개략적으로 도시한 바와 같이, 수직 패널의 상단(top)에 횡방향으로 부착된 스프링과 같은 작용을 한다. 다음 도 16을 참조하면 임계하중(critical load) P _cr 은 다음의 정지조건하의 식으로 부터 결정된다.

여기서

이고,

이다.

(도 17에서 도시된 바와 같이) 알려진 외팔보-패널의 임계하중에 대한 식과 비교하면,

이고, 차이를 무시하고 두 식이 거의 같다고 하면

이고

가 얻어진다.

따라서, 상단에 스프링이 장착된 외팔보의 임계 하중은 부재 _K·L 만의 순 외팔보만에 해당하는 임계하중과는 차이가 있다. 지붕 면(roof plane)과 박공들의 상호 강성을 특징지우고 큰 값의 스프링 계수 C는 스프링이 수직방향으로 이동 가능하게 설치된 핀 단부인 경우를 제외하고 기둥의 상단부에도 적용될 수 있다. 비록 스프링 계수 C의 값이 크지 않아도, 실제로는 임계하중이 감소됨으로서 벽-패널의 좌굴 형태를 효과적으로 감소시킨다. 수평 면의 실제 강도를 나타내는 강성 스프링들은 동일한 패널의 임계하중을 여러번 증가시킬 수 있다. 좌굴 길이는 다음의 식으로 부터 구해진다. 기둥 부재의 알려진 임계하중식은 보통 다음과 같다.

그 상부에 횡방향 스프링을 갖는 외팔보 기둥에 대한 식은 다음과 같다.

여기서, C는 스프링 계수이다.

따라서, 위의 두식이 같다고 하면 다음 식을 얻는다.

상기 식은 패널의 실제 세장(slenderness)을 결정하는 데에 필요하고

결과적으로

을 얻게 되고,

패널의 세장은 아래와 같다.

스프링 계수 C 는 모델화된 조인트(joint)들을 포함하는 건물의 수치 모델식으로 부터 분석용 컴퓨터 프로그램을 이용하여 매우 정확하게 결정할 수 있다. 지붕/천장 소핏 플레이트들로 조립된 수평 면의 강성(stiffness)은 면의 길이, 조립된 유닛들의 경간(span) 및 연결부분의 변형 등에 영향을 받을 것이다. 상기 스프링 계수는 또한 박공의 휘어짐성(flexibility)에 영향을 받는데, 이는 박공내의 개구들의 수에 따라 달라질 것이다. 모델식의 수평 면으로 부터 계산된 수평 력 H 와 그 수평 변형을 알면, 도 17에서 도시한 바와 같이, 빔 El_b과 기둥 El_c의 조합식을 포함하는 세로방향 프레임 El_F의 휨 강성을 얻고 수평 면과 박공들을 각각 재배치하는 것은 쉽다.

세로방향 프레임의 상부에서 발생되는 최대 변형은 도 17에서 도시한 바와 같이, 2 부분 즉, 휘어지는 기둥(columns)(gables)에 따른 변형 f_c와 빔(beam)(horizontal plane)변형 f_b 로 구분될 수 있다.

마지막으로, 버팀 스프링 계수는 다음과 같이 얻어 질 수 있다.

여기서

l_{c -}∑l_c- 박공 패널들의 관성 모멘트의 합

l_b- 수평 면의 관성 모멘트

L_c- 박공 패널의 높이 평균

L_b- 건물의 길이

- 연결 항복에 따른 수평 면의 강성 감소 계산 값의 감소 인자(factor)이다. 이는 실험 또는 모델식으로 계산될 수 있다.

도 1은 패널과 그 구성부들을 도시한 단면도

도 2는 상기 패널을 도시한 종단면도

도 3은 도 2의 스틸 웨브를 도시한 요부도

도 4는 복합 바닥 유닛을 도시한 개략도

도 5는 바닥과 지붕-천장을 구비하는 수직 조립형 패널 조립체(assembly)의 건물 시공을 도시한 측면 사시도

도 6은 벽-패널에 부착된 지붕/천장 유닛의 서포트를 도시한 요부 사시도

도 7은 타설전 바닥 유닛 서포트의 바닥 유닛과 벽-패널사이의 스틸 연결체의 강성 스틸을 도시한 요부 사시도

도 8은 벽- 패널의 하부와 이와 기초의 강성 연결을 도시한 요부 사시도

도 9는 패널 하부 콘크리트 층의 타설후 제조 단계를 설명하기 위하여 도시된 요부 사시도

도 10은 패널의 상부 콘트리트 층의 타설후 제조 단계를 설명하기 위하여 도시한 요부 사시도

도 11은 지붕-천장 유닛을 지지하는 한쌍의 수직 외팔보 벽-패널들로 구성되 는 최소 단위의 횡단방향 프레임 유닛을 도시한 사시도

도 12는 본 발명에 따른 건물을 도시한 사시도

도 13은 건물의 자립 구조를 설명하기 위하여 도시된 모식도

도 14는 본 발명의 건물이 어떻게 자립상태로 안정하게 버티는 가를 설명하기 위하여 도시된 변형된 모식도

도 15는 횡 버팀에 따른 감소된 좌굴 길이를 나타내는 건물 상부에 고정된 외팔보 벽-패널을 포함하는 최소 단위 구조물의 횡단방향 프레임을 도시한 모식도

도 16은 횡 방향으로 버팀이 되지 않는 구조물의 측방이동(sideway)을 나타내는 외팔보 벽-패널을 포함하는 최소 단위 구조물의 횡단방향 프레임을 도시한 모식도

도 17은 구조물 버팀 시스템(bracing system)의 파라미터들을 결정하는 데에 사용되는 도 14에서 도시한 실제 모델을 도시한 모식도

실시예는 다음 제목들의 순으로 설명한다.

a) 벽 패널(Wall Panel)

b) 바닥 요소(Floor Element)

c) 벽-패널 제조장치

d) 건물 직립의 방법(Method of erecting a building)

a) 상기 복합 벽-패널(composite wall-panel)은 도 1에서는 단면도로 도시되고, 도 2에서는 일부 횡 단면도로 도시되고, 도 4에서는 건물의 일부로 도시되고 있는데, 약 70mm 두께로 된 각각의 내부 및 외부 캐스트 콘크리트 층(cast concrete layer)(2)(3)을 포함한다. 상기 콘크리트 요소들은 사이에 공간을 두고 배치되는 적어도 2개의 아연도금된 스틸 시트 스트립(steel-sheet strip)(4)들로서 서로 연결된다. 상기 콘크리트 패널 요소(2)(3)들은 모두 2개의 철망 층(steel wire mesh layer)(5)로 보강된다. 상기 패널을 가로질러 각각의 콘크리트 층 모두에 있는 상기 2개의 철망 층은 충분한 간격을 두고 배치되고, 이에 따라 필요시 패널 보강용으로 사용되는 세로방향 보강 바(6)들의 배치가 가능하게 된다. 보강 바들은 원하는 정도로 압축 응력(pre-stressing)한 와이어-강연선(wire-strand)들로 전부 또는 일부가 대체될 수 있다. 그러나, 보강 바(또는 압축-응력한 와이어-강연선)는 2개의 철망층 사이에 끼워지는 형태로 배치되는 것이 가장 바람직하다. 내,외측 콘크리트 층에는 4 - 7mm 두께의 스틸-시트-스트립(4)들이 내장되고, 도 1, 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 스트립에 구비된 삼각 형상의 루프(7)들에 형성된 구멍(9)들을 통하여 짧은 스틸 막대 앵커(rod anchor)(8)들이 고정된다. 상기 루프에서부터 양측으로 돌출 신장하는 스틸 막대 앵커(4)들은 각각의 캐스트-콘크리트(cast-concrete) 패널 요소(2)(3)들의 2개의 철망 층(5)들 사이에 일정한 길이로 정확하게 배치된다. 상기 짧은 스틸 막대 앵커(8)들은 결과적으로 콘크리트를 견고하게 연결하도록 적당하게 고정된다. 단열 층(insulation layer)(10)이 상기 2개의 콘크리트 패널요소(2)(3)사이의 공간 일부에 채워지는데, 이 단열 층은 상기 벽 패널의 내측 콘크리트 층(2)의 내측면에 부착된다. 상기 단열층이 채워지지 않은 공간의 나머지 부분은 단열 층의 통기를 위한 에어 존(air zone)(11)으로 제공된다. 상기 벽-패널(1)의 전체 두께(depth) 뿐만 아니라 상기 에어 존(11)과 단열 층(10)의 두께는 시공 지역의 기후 조건에 따라 임의로 조정될 수 있는데, 제조단계에서 상기 단열층 두께를 조정하면 된다.

상기 내측 패널 층(3)의 상부는 도 4 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 외측 패널(3) 보다는 길이가 짧고, 상기 패널에 의하여 지지되는 지붕-천장 요소(13)들의 지지 레벨이 조정된다. 따라서, 상기 외측 패널 요소(3)의 상단부(top end)(3.1)는 외관상 상기 지붕 구조물(13)을 감추면서 서포트 위로 신장한다. 상기 상단 서포트는 인접하여 가장 두께가 두꺼운 콘크리트 층(2)(3)에 수평하게 긴 막대 앵커(16)들로서 결합되는 작은 스틸 조각의 튜브(14)일 수 있는데, 이와 같은 튜브는 상기 앵커들이 통과하는 여러개의 스틸 루프(15)들을 구비하고, 마찬가지 방법으로 웨브들과 고정된다. 상기 패널 콘크리트 층(2)(3) 모두는 상기 튜브(14)의 세로측 루프(15)들과 접합되면서 받쳐지는 지붕 요소(13)의 하중작용(reaction)이 튜브에서 콘크리트 층에 점진적으로 전달될 정도의 길이로 되고 이에 따라 응력 집중(stress concentraion)이 방지되도록 상기 서포트에 인접한 부분에서 콘트리트 층의 두께가 가장 두껍다. 또한 상기 튜브(14)는 같은 이유로 양쪽 웨브(4)들에 용접되는 것이 바람직하다. 상기 스틸 뷰트(14)는 자신이 상기 서포트가 될 수 있는데, 이 경우 상기 지붕-천장 요소(13)가 확실하게 받쳐지는 형태로 콘크리트의 상 단부 위로 약간 돌출한다. 측 방향 힘(laterl force)이 가해지지 않을 때 양측 콘크리트 층은 동일하게 압착되는 벽-패널 때문에, 상기 튜브(14)를 통하여 상기 벽-패널은 그 중심선상으로 하중을 받는다. 본 발명의 벽-패널(1)은 도 4 및 도 8에서 도시된 바와 같이, 초기(조립중)에는 외팔보(cantilever)와 같은 프리 캐스트 기초 요소(18)에 장착되어 견고하게 연결된다. 상기 벽-패널의 하부(19)는 단열재 없이 완전하게 콘크리트만으로 타설 제작되고, 이와 같은 하부는 지면(ground level) 밑으로 배치되고 기초에 고정되는 작은 스틸 플레이트 철물(insert)(20)들에 의하여 고정된다. 상기 벽 패널은 그 하단 근처에서 접합되는 한 쌍의 스틸 플레이트(20)들을 통하여 세로방향 스트립 기초 프리캐스트 요소(18)상에 고정된다. 대응하는 스틸 플레이트(21)들이 상기 스트립 기초 요소(18)의 수로형 소켓(22)의 바닥을 따라 미리 정해진 간격으로 접합된다. 상기 벽-패널(1)의 직립시, 알려진 방법으로 처음부터 완전하게 수직한 상태가 되도록 조정되어 상기 기초 바닥상에 수직하게 세워진다. 도 4 및 도 8에서부터 알 수 있듯이, 상기 스틸 플레이트(20)(21)들은 이들에 수직하게 배치되고 각각 용접(24)(25)으로 접합되는 삼각형상의 스틸 플레이트들로서 서로 접합된다. 다른 실시예의 경우, 상기 스틸 플레이트들은 상기 기초 채널(chanel) 바닥의 상단(top)에서 부터 위로 수직하게 돌출하는 볼트들이 거기에서 너트로서 체결되는 구멍들을 구비하는 패널의 양 측면에서 돌출하는 특별한 세부부품들을 포함할 수 있다. 이와 같은 기초(footing)가 미리 정해진 깊이로 지면 아래로 위치된다. 도 4 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 콘크리만으로 된 상기 패널의 하부 콘크리트 경화부분은 소켓(22)의 바닥에서부터 지표면(27)위로 타설된 콘크리트 지표면측 플레이트(26)의 높이(upper level)이상으로 길이가 조정되는 것이 바람직하다. 상기 벽-패널(1)은 횡방향 앵커(28)로서 고중량 콘크리트 지표면측 플레이트(26)에 수평하게 접합된다

b) 상기 바닥 요소(29)는 2 또는 3 개의 아연도금된 스틸 스트립 웨브(32)들로서 서로 연결되는 상부 및 하부 캐스트-콘크리트 패널 요소(cast-concrete panel element)(30)(31)들을 포함하고, 이들 패널요소는 패널과 마찬가지로 고정되되 부분적으로는 에어 공간(34)을 포함하는 단열재(33)로 채워지는 갭(gap)을 두고 서로접합된다. 양측 콘크리트 층은 도 1의 벽 패널 층들과 마찬가지로 2개의 철망(steel wire mesh)들에 의하여 보강될 수 있다.

상부 패널 요소(30)는 하부 패널 요소(31) 보다 더 두껍고, 이에 따라 패널이 휨이 발생되는 경우 패널의 단면상 무게중심은 더 높게 된다. 상기 바닥 유닛의 상부 패널 요소(30)는 도 5에서 도시된 바와 같이, 압착된 보강재(35)가 추가로 포함될 수 있는데, 이 보강재는 패널과 유사하게 2개의 철망 층사이에 끼위진다. 상기 바닥 유닛(29)의 긴장된(tensioned) 하부 패널(31)은 2개의 철망층 사이에 내장되고 원하는 수로 제공되는 보강 바(rdinforcing bar)(36)들로서 강도가 보강될 수 있다. 상기 보강 바(36) 대신에, 같은 방법으로 또는 압축-응력한 와이어-강연선(pre-stressing wire-strand)들을 원하는 정도로 압축-응력하여 사용할 수 있다. 상기 바닥 요소의 전체 길이 만큼 길게 신장될 필요는 없으나, 서포트들에 근접한 짧은 스틸-시트 스트립 웨브(steel-sheet strip web)들이 과도한 전단력(shear force)이 발생되는 경우를 대비하여 추가로 포함될 수 있다.

상기 스틸 웨브들의 단부(end)들은 도 7에서 도시된 바와 같이, 상기 벽 패널과 바닥 유닛사이에 강성의 연결체로 형성될 수 있다. 상기 벽 패널의 내측 콘크리트 패널 요소(2)는 상기 서포트 근처에서 일시적으로 끊어져 바닥 요소들이 삽입되는 세로 홈(groove)(38)을 형성한다. 상기 벽-패널(1)은 미리 바닥 레벨이 정해진 상태에서 수평 홈(38)의 내측에 있는 서포트를 포함한다. (지붕 서포트의 튜브(14)와 같은 형태로 접합되어) 가해지는 서포트상의 바닥 하중이 중심선상으로 전달되도록 스틸 튜브(39)가 사용될 수 있다. 단락되지 않고 연속적으로 통과하는 상기 벽 패널(1)의 수직한 스틸 웨브(4)는 상기 홈(38)들을 통하여 직각으로 배치된다. 상기 설치된 바닥 유닛(29)들은 도 7에서 도시된 바와 같이, 상기 벽-패널의 웨브(4)들에 견고하게 고정되고 같은 위치에 있는 2개의 슬롯(38)들을 구비하는 하부 콘크리트 층(31)을 통하여 상기 튜브(29)에 지지된다. 따라서 상기 수평 홈(38)들을 통과하는 상기 벽-패널(1)의 수직 스틸 웨브(4)들은 상기 홈이 있는 패널의 취약한 단면 부분을 보강하는 역할을 한다. 상기 벽-패널의 스틸 웨브(4)들과 바닥 요소(32)의 웨브들은 서로 겹쳐지면서 볼트와 너트(40)로 쉽게 접합될수 있다. 조립시 상기 홈(38)의 개구부분이 넓어지고, 서포트 근처의 바닥 유닛의 상부 콘크리트 층(30)은 짧아지기 때문에, 볼트(40)들이 긴밀하게 체결된 후, 콘크리트가 채워져 타설되는 공간을 제공한다. 조립된 바닥 유닛의 상부 표면 이상이 되도록 타설 되는 최종 바닥 콘크리트 층(41)의 레벨은 상기 서포트 홈(38)의 상부 레벨 이상으로 이에 따라 도 4에서 알 수 있듯이 전체적인 최종 연결부위는 숨겨진다.

c) 도 9 및 도 10에서는 벽-패널 및 바닥 유닛들의 제조를 위한 거푸집(성형틀)(mould)를 도시하고 있는데, 통상 사용하는 강성 서브-구조물(rigid sub-construction )(43)에 부착된 바닥(42)과 2개의 거푸집-측면(44)(45)을 포함한다. 좌측의 거푸집측면(44)은 수평하게 슬라이딩되어 이동되고 우측의 거푸집 측면(45)은 고정되어 있다. 양 측면은 바람직하게는 그 길이방향으로 일정 간격으로 배치되고 전체 길이를 따라 형성된 사각 형태의 구멍(47)들을 구비한다. 거푸집 측면에서 구멍(47)들의 길이방향 배열은, 벽-패널(1) 또는 바닥 유닛(29)의 일체로 사용되고 거푸집 내에 배치되는 스틸 웨브 스트립(32)(4)들의 구멍(46)들의 배열과 일치되어야 한다. 이와 같은 구멍들에는 통상적인 또는 특별한 장치로서 횡방향 막대(lateral sticks)(48)들이 끼워짐으로서 상기 벽-패널 또는 바닥 유닛의 상부 캐스트 패널 요소의 바닥이 임시적으로 제공되게 된다. 도 9 및 도 10을 참조하여 제조단계들을 상세하게 설명하는데 이와 같은 제조단계는 크게 2단계로 나눌수 있다. 먼저, 거푸집(mould)은 그 좌측면(44)을 따라 이동하여 열려지고 바닥(42)위로 2개의 보강용 철망을 배치한다. 도 9와 같이, 세로방향 스틸 웨브(4) (또는 바닥 유닛의 경우 32)들이 거푸집을 따라 루프(7)들이 수직하게 세워지도록 배치되고, 이때 특히 바닥(42)에 대하여 수직하게 배치되어야 한다. 상기 루프(7)의 상단(top)에는 보강용 콘크리트 커버체들이 견고하게 연결되는 것을 가능하게 하도록 플라스틱 스 페이서(12)들이 연결될 수 있다. 얇은 웨브 스트립(4)들은 거푸집의 길이보다 길어서 불안정하지만, 거푸집을 따라서 형성된 측면 구멍(47)들과 스트립(4)의 구멍(46)들을 통하여 여러개의 막대(48)들이 끼워지기 때문에, 임시적으로는 스트립의 회전 및 비틀림 변형은 방지된다. 또한, 웨브 스트립(4)들은 특별한 슬롯-지그(slot-jig)들을 통하여 양측 거푸집 단부에 접합될 수 있다. 상기 철망 위로(길이가 대략 20cm인) 짧은 스틸 막대 앵커들이 철망 층사이의 웨브 스트립(4)과 직각형태로 직결되는 루프(7)상의 구멍(9)에 쉽게 끼워진다. 이는 도 1 및 도 9에서 확실하게 알 수 있다. 이와 같은 스틸 막대 앵커(8)는 철망(wire mesh)(5)사이 간격을 일정하게 유지시키는 것은 물론, 상기 스틸 웨브 스트립(4)들의 앵커 역할을 동시에 수행한다. 거푸집의 측면(44)(45)들은 모두 횡방향 막대(48)가 끼워짐으로서 거푸집은 밀폐되고, 모든 보강재들이 배치되면, 하부 콘크리트 층이 일정 두께(70mm)(depth)로 연속 타설된다. 압축-응력(pre-stressing)의 경우, 압축-응력한 강연선(strand)들이 상기 보강 막대(rod) 대신에 사용될 수 있다. 압축-응력하는 경우에는 양단부가 접합되어 견고한 세로방향 프레임을 포함하는 거푸집의 보조-구조물(sub-construction)이 추가로 필요하게 된다. 제 1층의 콘크리트 타설후 단계는 도 9에서 도시되고 있다. 상부 콘크리트 층의 성형이 완료되면, 세로방향 막대(48)들은 거푸집의 측면 구멍을 통하여 합동(pool)될 뿐만 아니라 모든 스틸 웨브 스트립(4)들의 구멍(47)들을 통과한다. 좁은 간격으로 배열된 횡방향 막대(48)들은 일시적으로 거푸집 상부면을 형성하여 그 위로 폴리스틸렌 또는 딱딱한 석면(stone-wool) 등의 단열 스트립(10)들이 배치되는 플랫폼(platform)으로 되어 도 11에서 알 수 있듯이, 웨브 스트립들간은 긴밀하게 접합된다. 단열 스트립(10)들의 상부면은 상부 콘크리트 층을 위한 거푸집의 바닥으로 구현되고, 거푸집 측면(44)(45)들로서 횡 방향으로 밀폐된다. 이 경우 상부 거푸집은 벽 패널의 경우에는 내부 벽 요소로 타설되고 바닥 유닛의 경우 상부 콘크리트 요소로 타설된다. 상기 단열 면 위로 돌출하고 사전에 상기 스틸 웨브 스트립(4)들에 용접된 상기 루프(7)들은 도 11에서 하부 콘크리트 요소와 같은 방법으로 사용되는 구멍들을 포함한다. 다음 제 1 철망 층(steel mesh layer)(5)이 거푸집 상부에 배치되면서 철망위로 신장하여 수직하게 직립하는 루프(7)들 위로 투입된다. 다음 짧은 스틸 막대 앵커(8)들이 제 2 철망 층이 배치되기 전에 구멍(9)들에 끼워지고, 최종적으로 제 2 철망층이 상부에 배치되고, 이 경우 추가적으로 세로방향 보강 바(6)들이 배치될 수 있다. 압축응력형 의 양측 벽-패널인 경우 마지막 철망층을 투입하기 전에 보강 바 대신에 압축 응력한 강연선(strand)들을 사용하는 것도 가능하다. 이때 상부 콘크리트 층이 타설되면 규준막대(screed)와 흙손(trowell)으로 표면 처리한다. 폭 넓은 햇빛 노출면을 구비하는 양쪽 콘크리트 층의 습기는 쉽게 증기화-제거(steam-cured)된다. 양측 콘크리트 층이 경화된후, 세로 막대(48)들은 벽-패널 또는 바닥 유닛들을 거푸집에서 부터 들어 올리는 것을 제외하고 제거된다. 이와 같은 패널들은 충분한 강도를 갖고 있기 때문에, 성형(cast)되는 때의 형태 그대로 들려지고 수평방향으로 적재되는 것을 가능하게 한다.

d) 2개의 수직 벽-패널(1)은 가장 간단한 구조를 구현하게 하는데, 상기 벽- 패널은 스트립 기초 요소(18)의 세로방향 소켓(22)들에 견고하게 장착 고정되고 이 벽-패널은 도 11에서 도시한 바와 같이, WO 02/053852 A1의 “평탄 소핏을 갖는 이중 압축응력형 복합 지붕-천장 구조물”(The Double prestresses composite roof-ceiling constructions with flat siffit)로 알려진 지붕-천장 유닛(13)들을 지지한다. 2개의 수직 벽-패널(1)들은 상기 a)부분에서 설명한 방법으로 세로방향 프리캐스트(precast) 스트립 기초상에 직립되고 견고하게 접합된다. 도 11에서 알 수 있듯이, 이와 같은 벽-패널은 패널과 같은 폭(width)으로 된 하나의 지붕-천장 유닛(13)을 지지한다. 이와 같은 방법에서 그 연결 세부부품(detail)들은 상호 연결이 완전하여 항상 확실하게 접합된다. 공차가 거의 없기 때문에 볼트와 다른 정밀 한 접합수단(connecting means)들이 수작업에 따른 조업 공차를 염려할 필요 없이 확실하게 사용될 수 있다. 벽-패널(1)과 바닥 유닛(13)의 연결은 도 4 및 도 6에서 도시하고 있다. 상기 바닥 유닛(13)의 슬래브형(slab-like) 서포트는 짧은 스틸 파이프 조각들이 접합되는 콘크리트 소핏(soffit) 플레이트의 측면에 인접한 단부(end)에 형성된 2개의 구멍(49)들을 포함한다. 플레이트들의 단부는 스틸 튜브(14)를 지지하고, 상기 튜브는 튜브 상단부에 형성된 구멍을 통하여 수직 신장하고 너트로 고정되는 2개의 볼트로서 2개의 콘크리트 층사이에 접합된다.

길이가 긴 건물(building)이 도 12에서 도시한 바와 같이, 일련의 횡단 조각(transversal fragment)들을 인접한 다른 조각들과 장착하여 건축된다. 벽-패널(1) 은 위의 a)의 방법설명과 도 4 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 프리 캐스트 다중 스트립 기초(18)들을 따라 배열된다. 인접한 벽-패널(1)들이 지붕 유닛의 조립형 소핏 플레이트(sofit plate)들의 형태로 수평 면(horizontal plane)을 통하여 서로 간접적으로 연결된다. 지붕 유닛들이 측방향 및 횡단 방향으로의 힘(하중) 전달을 차단하는 용접된 스틸 인서트 조인트(insert joint)(54)로서 통상의 방법으로 소핏 플레이트들의 단부를 따라 몇몇의 지점에서 접합된다. 그런데 이와 같은 조인트(54)들은 통상 인접 소핏 플레이트들의 단부사이의 레벨을 조정하기 위하여 사용되는 것으로 본 발명의 대상 기술은 아니다. 강성 수평 면(51)이 최종 배치된 인접 소핏 플레이트들의 세로 단부(egde)들을 따라 용접된 다수의 전단 조인트(shear joint)들로서 박공(53)을 형성하는 양쪽 박공-벽-패널(gable-wall-panel)에 연결된다. 따라서 2개의 세로방향 측면을 따라 배치된 벽-패널(1)들은 실질적으로 횡단 방향으로 버팀되고(bracing), 그 상단에서 수평방향의 강성 지붕-천장 면(51)으로 고정되어 있다.

Claims

2개의 철망층(steel wire mesh layer)으로 모두 실질적으로 보강되는 2개의 폭이 넓고 두께가 얇은 콘크리트 층(2)(3)들을 포함하고,

상기 콘크리트 층들은 적어도 2개의 얇은 스틸 스트립 웨브(4)들로서 패널의 전체 길이를 통하여 연속적으로 서로 연결되어 상기 콘크리트 층들 사이에는 넓은 갭이 형성되고, 상기 갭에는 내측으로 내측 콘크리트 층과 부착되는 단열재(10)가 부분적으로 채워지고 공간(11)의 나머지 부분은 에어 통기를 위하여 사용되며,

상기 스트립-웨브(4)들은 그 단부를 따라 배열 용접된 다수의 스틸 루프(7)들을 통하여 양측 콘크리트 층들에 고정되고, 상기 스틸 루프(7)는 상기 철망들의 간격을 유지하는 짧은 스틸 막대 앵커(8)들이 끼워지는 구멍(9)들을 포함하고, 추가로 세로방향 보강 바(6)들 또는 프리프레싱 강연선들이 콘크리트층을 통과하는 복합 벽-패널.
제 1항에 있어서, 인접한 양측 콘트리트 층의 윗부분이 약간 돌출하고 확장되는 콘크리트 층(2)(3)에 고정되는 내장형 스틸 튜브(14)를 구비하는 지주형(bearing) 지붕 평탄-소핏(flat - soffit) 유닛(13)을 위한 지지 구조(special spports)를 포함하고,

상기 스틸튜브(14)는 상기 스틸 웨브(4)들에 수직하게 용접되어 지붕 하중이 스틸튜브에서 양측 콘크리트 층(2)(3)까지 그 중심방향으로 응력 집중 없이 점진적으로 전달되며,

연결은 상기 지붕-천장 유닛(13)의 소핏 플레이트(soffit plate)가 2개의 구멍(49)들을 통하여 위로 이동되고 너트로서 고정되는 상기 튜브(14)의 상단 표면에서부터 위로 신장되는 2개의 볼트(50)들로서 수행되는 것을 특징으로 하는 복합 벽-패널.
제 1항에 있어서, 튜브(14)에 직각으로 통과하는 스틸 웨브(4)들을 구비하는 양측 콘크리트 층에 고정되는 내장형 스틸 튜브(14)들의 노출을 가능하게 하는 내측 콘크리트 층의 끊어진 부분을 따라 형성되는 수평방향 홈(38)의 내측에 있는 지주형 바닥 유닛(29)을 위한 지지구조를 포함하고,

벽-패널(1)에 대한 강성 바닥 유닛(29)의 연결은 상기 벽 패널의 겹쳐진 웨브(4)들과 상기 홈의 내측에서 볼트와 너트(40)로서 바닥 유닛의 노출된 웨브(32)들을 연결하여 수행되고, 이후 상기 홈은 콘크리트로 타설되며,

상기 바닥 유닛의 하부 콘크리트 층(31)은 웨브에 인접한 슬롯(39)내에서 미끄러지는 벽 패널의 웨브(4)를 구비한 상태로 미리 상기 튜브(14)에 받쳐지고, 이후 상기 연결은 추가적인 작업없이 조인트들을 따라 상부 및 하부 측면들의 단부들을 곧게 연결하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 복합 벽-패널.
약간의 바닥 유닛(29)들을 포함하는 복합 내력 수직 벽-패널(1)들과 복합 지붕-천장 유닛(13)들로 구성된 건물 건축 구조에 있어서,

상기 벽-패널(1)은 건물의 주변을 따라 배열된 세로방향 소켓(22)들을 구비하는 스트립 프리 캐스트 기초(18)에 외팔보로서 일렬로 견고하게 고정되고,

상기 바닥-천장과 바닥 유닛(29)들의 폭을 정확히 일치하는 상기 벽-패널(1)의 폭은 연결부품들의 정확한 일치를 보장하여 모든 평탄 내면을 구비하는 건물은 어떠한 기둥(column)이나 빔(beam)을 포함하지 않고 이루어 지는 것을 특징으로 하는 건물 건축구조.
제 4항에서 기재된 복합 내력 수직 벽-패널(1)과 복합 지붕-천장(13) 및 지붕 유닛(29)들로 시공된 자립형(self-stable) 건물의 횡 버팀 구조(machanism)에 있어서,

세부부품(54)들로서 인접 단부(edges)들을 따라 서로 연결된 모든 적용 지붕-천장 플레이트(13)들이 형성하는 강성 수평 면(51)에 그 상단이 부착된 후, 외팔보(cantilever)로서 일시적으로 장착되고 견고하게 고정되는 벽-패널(1)은, 그들의 접촉부분을 따라 지붕 유닛의 단부 플레이트들을 박공 벽 패널들과 연결하여 전체 구조물을 받치고 횡방향 안정성을 확실하게 함으로서 크게 감소된 좌굴 길이를 구비하여 횡방향 측방이동(sideway)이 억제되는 것을 특징으로 하는 건물의 횡 버팀 구조.