KR20080051610A - 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축물의 골조를 이루는 건축구조용 부재에 관한 것으로서, 특히 강화섬유를 사용하는 복합재료를 그 재질로 함에 의해 경량화나 고강도 고내구성, 고내화학성을 달성할 수 있는 효과가 있는 건축구조용 부재에 관한 것이다.

복합재료, 강화섬유, 건축구조용 부재

Description

복합재료를 사용하는 건축구조용 부재{Constructing member by composite material}

도 1은 일반적인 건축구조용 부재를 도시하는 개념도,

도 2a는 본 발명의 복합재료를 도시하는 분리 사시도,

도 2b 내지 2e는 본 발명의 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재의 여러 단면을 나타내는 부분 단면도,

도 3은 본 발명의 복합재료를 사용하는 스터드와 트랙 및 연결 플레이트를 도시하는 분리 사시도,

도 4는 본 발명의 복합재료를 사용하는 래프터와 조이스트 및 연결 플레이트를 도시하는 분리 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 복합재료 11 : 제1층

12 : 제2층 13 : 제3층

14 : 제4층 11a,12a,13a,14a : 수지

11b,12b,13b,14b : 강화섬유 20 : 스터드

30 : 래프터 40 : 트랙

50 : 조이스트 60 : 쉬딩

P1 : 스터드 연결 플레이트 P2 : 트랙 연결 플레이트

P3 : 래프터 연결 플레이트

본 발명은 건축물의 골조를 이루는 건축구조용 부재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강화섬유를 사용하는 복합재료를 그 재질로 함에 의해 경량화나 고강도 고내구성, 고내화학성을 달성할 수 있는 건축구조용 부재에 관한 것이다.

일반적으로 건축구조용 부재라고 하는 것은 건축물의 뼈대 즉 골조를 담당하는 것을 말한다.

이러한 건축구조용 부재를 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

스터드(20)는 상기 도 1에 도시된 바와 같이 건축물의 수직방향으로 다수개 배치되는 것으로서 상기 건축물의 수직방향의 골조를 담당하게 된다. 또한 상기 스터드(20)사이에 장치되는 트랙(40)은 수평방향으로 다수개 장치되어 상기 건축물의 수평방향 골조를 형성하게 된다.

상기 스터드(20)와 트랙(40)이 상호 고정됨에 의해 건축물의 수직방향 및 수평방향의 골조를 형성하게 되고 상기 스터드(20)와 트랙(40)으로 형성된 면에 여러가지 건축자재를 부착하게 되는 것이다.

한편 지붕의 경우 건축물의 상부에 다수개 배치되는 래프터(30)에 의해 지지된다. 상기 래프트(30)는 서까래라고도 일컬어지는 것으로서 상술한 바와 같이 지 붕을 지지하는 역할을 담당한다.

이때 상기 래프터(30) 사이에 조이스트(50)가 다수개 장치된다. 상기 조이스트(50)는 일명 장선이라고 일컬어지는 것으로서 상기 다수개의 래프터(30)를 상호 고정하는 역할을 담당한다.

상술한 바와 같은 건축구조물 부재에 의해 건축물의 골조가 형성되어지는 것이다.

한편 상기 건축구조물 부재는 일반적으로 철근 콘크리트나 스틸 또는 목재등이 그 재질로 사용되어왔다.

그러나 상기 철근 콘크리트의 경우 습식공법으로서 경화되는데 많은 시간이 소요되어 공사기간이 길어지고 상기 콘크리트내에 육가 크롬이나 라돈등 인체에 유해한 물질이 포함되어 있으며, 상기 콘크리트내의 철근이 부식하는 경우 내구수명이 짧아지는 문제점이 있었다.

상기 스틸 또한 열전도율이 높아 건축구조물 부재로 사용되는 경우 단열 성능이 떨어지고 부식이 발생하기 쉬워 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한 목재의 경우 주로 수입해서 사용하는 관계로 수급의 어려움이 발생할 수 있고 특히 방부목의 경우 사용하는 방부재의 크롬 및 비소성분이 있어 인체에 매우 유해하고 상기 목재의 비틀림이나 휨등이 발생하기 쉬운 경향이 있는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 상기 철근 콘크리트나 스틸 또는 목재를 사용하지 않고 강화섬유를 사용하는 복합재료를 그 재질로 함에 의해 경량화나 친환경성, 고강도, 고내구성, 고내화학성 및 안정성등을 달성할 수 있는 건축구조용 부재를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적은 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드 섬유로부터 선택되는 강화섬유와, 상기 강화섬유가 수용되는 것으로서 불포화폴리에스터, 비닐에스터, 페놀 또는 에폭시로부터 선택되는 수지로 형성되는 복합재료를 재질로 하는 건축구조용 부재에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 복합재료를 그 재질로 하는 건축구조용 부재에 관한 것으로서 이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명의 복합부재는 강화섬유로서 유리섬유나 탄소섬유 또는 아라미드 섬유를 사용한다. 이때 상기 강화섬유가 수용되는 수지는 불포화폴리에스터나 비닐에스터, 페놀 또는 에폭시로부터 선택된다. 즉 상술한 수지에 상기 강화섬유를 수용시켜 복합부재를 형성하게 되는 것이다. 이때 상기 강화섬유로서 제시된 유리섬유나 탄소섬유 또는 아라미드 섬유 그리고 상기 수지로 제시되는 불포화폴리에스터나 비닐에스터, 페널 그리고 에폭시는 일 실시예로서 제시된 것이며 본 발명은 상기 실시예에 국한되지 아니함은 물론이다.

한편, 이러한 복합부재는 그 특성상 스틸에 비해 열전도율이 1/180 수준이기 때문에 열교환현상이 발생하지 않아 단열에 훨씬 유리하며, 목재에 사용되는 방부제나철근콘크리트에 함유되어 있는 크롬등의 유해한 물질이 없어 친환경적이다. 또 한 스틸이나 철근콘크리트내 철근에 비해 내식성이 뛰어나기 때문에 내구성을 향상시킬 수 있으며, 상기 목재나 철근콘크리트 또는 철근에 비해 무게가 가벼워 경량화를 달성할 수 있게 되는 것이다.

한편 상술한 바와 같은 특성을 가지는 복합부재의 제조시 그 성능을 보다 향상시키기 위해 도 2a에 도시된 바와 같이 강화섬유의 함침 각도를 다양하게하는 한편 상기 강화섬유가 함침되는 수지를 여러층으로 하는 것도 가능하다.

상기 도 2a에 도시된 바와 같이 본 발명의 복합부재(10)를 4개의 층으로 구성하는 것으로 가능한데, 이때 상기 4개의 층 중 최상위 층인 제1층(11)의 경우 수지(11a)내에 함침되어 있는 강화섬유(11b)의 각도를 상기 수지의 일측 변을 기준으로 90도로 배열하고, 그 하측에 형성되는 제2층(12)의 강화섬유(12b)는 -45도로 형성하며, 상기 제2층(12)의 하측에 형성되는 제3층(13)의 강화섬유(13b)는 45도, 그리고 상기 제3층(13)의 하측에 형성되는 제4층(14)의 강화섬유(14b)는 수지(14a)의 일측 변과 동일한 각도 즉 0도로 배열하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 다양한 각도로 상기 강화섬유를 배열함에 의해 강도를 향상시킬 수 있고 또한 본 발명의 복합재료의 생산시 냉각에 따른 변형을 최소화할 수 있기 때문이다.

즉, 상기 강화섬유의 배열방향측으로 작용되는 외력에 대해 높은 강도를 가지게 됨이 일반적이므로 상기 강화섬유의 배열방향을 상술한 바와 같이 다양한 각도로 배열하면 다양한 각도로 작용되는 외력에도 높은 강도를 가질 수 있게 되고 이는 결국 본 발명의 복합재료의 강도를 향상시킬 수 있는 것이다.

한편 냉각시 변형되는 측면에서 볼때도 본 발명과 같이 강화섬유를 다양한 각도로 배열하는 것이 유리하다.

즉, 냉각시 발생하는 수축현상의 경우 상기 강화섬유의 배열방향으로는 수축이 잘 발생하지 않는 경향이 있다. 다시 말해서 상기 강화섬유의 배열방향의 직각방향으로 수축이 잘 발생하게 되므로 상술한 바와 같이 강화섬유의 배열방향을 다양하게 함에 의해 전체적으로 수축이 발생되지 않게 하거나 적어도 균일한 수축을 얻을 수 있어 변형을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 복합재료(10)는 여러 층의 수지에 강화섬유를 각각 다른 각도로 함침하는 것으로서 상기 도 2에 도시된 것은 본 발명의 일 실시예로서 본 발명이 상기 실시예에 국한되지 아니함은 물론이다.

상기 복합재료(10)를 사용하여 본 발명의 건축구조용 부재를 생산함에 있어, 필라멘트 와인딩(filament winding), 인발성형(pultrusion) 또는 진공성형(VARTM ; Vacuum Assisted Resin Molding)등의 공지된 공법을 사용할 수 있으며 상기 공법에 의해 다양한 단면의 건축구조용 부재를 생산할 수 있다.

상술한 바와 같은 건축구조용 부재에 대해 도 2b 내지 도 2e를 참조하여 설명한다.

우선 상기 도 2b에 도시된 바와 같이 사각형 단면을 가지는 빔 형상으로 제작할 수 있다. 이때 상기 빔 형상의 내부는 중공(void)으로 하는 것이 바람직한데 그 이유는 중공으로 함에 의해 경량화를 달성할 수 있기 때문이다.

또한 도 2c에 도시된 바와 같이 "ㄷ"단면을 형성하는 것도 가능하고 도 2d에 도시된 바와 같이 사각단면이되 상부일측이 개방되는 빔 형상 또한 가능하다.

한편 도 2e에 도시된 바와 같이 평면형상으로 형성하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 복합부재를 사용하되 상술한 형상을 구비하는 건축구조용 부재를 생산할 수 있는 것이다.

이때 상기 건축구조용 부재의 강도를 향상시키기 위해 그 단면형상을 요철형상(A)으로 형성하는 것도 바람직하다.

즉, 상기 단면의 일부분은 돌출시키는 한편 일부는 함몰시켜 전체적으로 요철형상으로 형성함에 의해 강도를 향상시키게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 복합재료 및 형상을 가지는 건축구조용 부재에 대해 각각 살펴보기로 한다.

도 3에는 상술한 바와 같은 본 발명의 복합재료를 사용한 스터드(20)와 트랙(40) 그리고 상기 스터드(20)와 트랙(40)을 고정하기 위한 구성들이 도시되어 있다.

한편, 상술한 바와 같이 상기 스터드(20)는 건출물의 수직방향으로 다수개 배치되어 상기 건축물의 수직방향 골조를 형성하는 것이고, 상기 트랙(40)은 상기 다수개의 스터드(20)사이에 수평방향으로 다수개 장치되어 상기 건축물의 수평방향 골조를 형성하는 것이다.

이때 상기 스터드(20)와 트랙(40)은 본 발명의 복합재료를 사용하되 상기 스터드(20)와 트랙(40)을 상호 고정하기 위해 스터드 연결 플레이트(P1)와 트랙 연결 플레이트(P2)를 사용한다.

우선 스터드(20)의 경우 상기 도 3에 도시된 바와 같이 한 쌍으로서 상호 맞닿도록 장치한 후 상기 한 쌍의 스터드(20)사이에 상기 스터드 연결 플레이트(P1)를 장치하는 것이다.

상기 스터드 연결 플레이트(P1)는 상기 한 쌍의 스터드(20)사이에 삽입되는 삽입판(P1a)과 상기 삽입판(P1a)과 직교하는 방향으로 형성되는 한편 지면에 고정되는 고정판(P1b)으로 구성된다.

즉, 상기 한 쌍의 스터드(20)사이에 상기 삽입판(P1a)을 삽입한 후 고정구(F) 즉 볼트(F1)나 너트(F3) 또는 와셔(F2)등을 상기 스터드(20)와 삽입판(P1a)을 관통시켜 상호 고정시키게 되는 것이다. 한편 상기 고정판(P1b)의 경우에도 고정구(도시되지 않음)를 사용하여 지면에 고정시키게 된다.

이상 설명한 스터드 연결 플레이트(P1)을 이용하여 상기 한 쌍의 스터드(20)를 상호 고정시키게 되며 이하 설명하는 트랙 연결 플레이트(P2)에 의해 상기 스터드(20) 및 트랙(40)을 고정시키게 된다.

상기 트랙 연결 플레이트(P2)는 "ㄱ"자 형상을 가지게 되는데 상기 "ㄱ"자 형상중 수직부(P2b)는 상기 스터드(20)의 일측면, 다시말해 상기 트랙(40)이 접하는 측면에 밀착 고정되고, 상기 "ㄱ"자 형상중 수평부(P2a)는 중공(void)형상의 트랙(40)에 삽입된다.

이때 상기 수평부(P2a)에 형성된 고정홀(도면부호없음)과 상기 트랙(40)의 고정홀(도면부호없음)을 관통하는 고정구(F)에 의해 상기 트랙(40)과 상기 트랙 연결 플레이트(P2)를 상호 고정하는 한편 상기 수직부(P2b)와 상기 스터드(20) 또한 고정구(F)에 의해 연결하여 전체적으로 고정시키게 되는 것이다.

한편 상기 고정구(F)는 상술한 바와 같이 볼트(F1)와 너트(F3) 또는 와셔(F2)등으로 구성될 수 있으며 상기 고정구(F)의 재질 또한 본 발명의 복합재료를 사용하는 것이 바람직하다.

다만 상기 트랙(40)의 형상은 상술한 바와 같이 중공형상에 국한되지 아니하며 앞서 설명한 도 2b 내지 2e에 도시된 여러가지 단면형상도 사용하가능하며 이는 상기 스터드(20)의 경우에도 동일하다.

이상 건축물의 수직방향 및 수평방향 골조를 형성하는 스터드(20)와 트랙(40)에 대해 설명하였으며, 이하 본 발명의 복합부재를 사용하는 것으로서, 건축물의 상부를 형성하는 래프터(30)와 조이스트(50)에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.

상기 래프터(rafter)(30)는 상술한 바와 같이 건축물의 상부에 다수개 배치되어 지붕을 지지하는 것이며, 상기 래프터(30)사이에 다수개 배치되어 상호 고정하는 역할을 담당하는 것을 조이스트(joist)(50)라고 한다.

상기 도 4에서는 "ㄷ"단면의 형상을 가지는 래프터(30)가 도시되어 있으며 상기 래프터(30)에 평면형상을 가지는 조이스트(50)가 상기 밀착된다.

이때 상기 래프터(30)와 조이스트(50)를 상호 고정시키기 위해 "ㄱ"자 형상을 가지는 래프터 연결 플레이트(P3)를 사용한다.

상기 "ㄱ"자 형상중 일측면은 상기 래프터(30)에 밀착시키고 타측면은 상기 조이스트(50) 밀착시킨 후 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 복합재료를 사용하는 고정구(F)를 사용하여 상호 고정하게 된다.

한편 상기 래프터(30)와 조이스트(50)는 상기 도 4에서 "ㄷ"자 단면 형상 그리고 평면형상을 대상으로 하여 도시되었으나 앞서 살펴본 도 2b 내지 2e에 도시된 바와 같은 여러 가지 형상의 단면을 사용할 수 있음은 물론이다.

이때 상기 래프터(30)와 조이스트(50)상에 쉬딩(60)을 장치할 수도 있으며 상기 쉬딩(60) 또한 본 발명의 복합재료를 사용하는 것도 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 복합재료를 사용하여 상술한 바와 같은 건축구조용 부재를 제작할 뿐만 아니라 상기 건축구조용 부재를 상호 고정하는 고정구 역시 본 발명의 복합재료를 사용하는 것이다.

이상 살펴본 바와 같이 종래에는 건축구조용 부재의 재질로서 스틸이나 목재 또는 철근콘크리트를 사용했는데 이때 상기 재질로 인한 공사기간의 연장, 강도의 약화, 인체에 유해한 물질이 포함되는 등의 문제점이 있었으나,

본 발명에 따른 복합재료를 사용하는 경우 경량화나 친환경성, 고강도, 고내구성, 고내화학성 및 안정성등을 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 건축물의 수직방향으로 다수개 배치되어 상기 건축물의 수직방향 골조를 형성하는 건축구조용 부재인 스터드에 있어서,

   상기 스터드는 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유로 이루어지는 그룹으로부터 하나 이상 선택되는 강화섬유와,

   상기 강화섬유가 수용되는 것으로서 불포화폴리에스터, 비닐에스터, 페놀 및 에폭시로 이루어지는 그룹으로부터 하나 이상 선택되는 수지로 형성되는 복합재료를 재질로 하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스터드와 동일한 재질을 사용하는 한편 상기 다수개의 스터드사이에 수평방향으로 다수개 장치되어 상기 건축물의 수평방향 골조를 형성하는 건축구조용 부재인 트랙을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재.
3. 제2항에 있어서,

   상기 스터드는 한 쌍의 스터드가 상호 맞닿도록 장치되며,

   상기 한 쌍의 스터드사이에 장치되는 것으로서, 상기 한 쌍의 스터드사이에 삽입되는 삽입판과, 상기 삽입판에 직각방향으로 형성되는 한편 지면에 고정되는 고정판으로 구성되는 스터드 연결 플레이트를 더 포함하며,

   상기 스터드 중 상기 트랙이 접하는 일측면에 밀착되는 것으로서 "ㄱ"자 형상을 가지며 상기 "ㄱ"자 형상중 수직부는 상기 스터드의 일측면에 고정되고, 상기 "ㄱ"자 형상의 수평부는 상기 트랙의 중공부에 삽입되는 트랙 연결 플레이트를 더 포함하고,

   상기 한 쌍의 스터드와 삽입판 그리고 트랙 연결 플레이트를 관통함에 의해 고정시키는 한편, 상기 스터드와 동일한 재질을 사용하는 고정구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재.
4. 건축물의 상부에 다수개 배치되어 상기 건축물의 지붕을 지지하는 건축구조용 부재인 래프터에 있어서,

   상기 래프터는 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유로 이루어지는 그룹으로부터 하나 이상 선택되는 강화섬유와,

   상기 강화섬유가 수용되는 것으로서 불포화폴리에스터, 비닐에스터, 페놀 및 에폭시로 이루어지는 그룹으로부터 하나 이상 선택되는 수지로 형성되는 복합재료를 재질로 하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재.
5. 제4항에 있어서,

   상기 래프트와 동일한 재질을 사용하는 한편 상기 다수개의 래프트사이에 수평방향으로 다수개 장치되어 상기 래프트를 상호 고정하는 건축구조용 부재인 조이 스트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재.
6. 제5항에 있어서,

   상기 래프트와 조이스트를 상호 고정하기 위한 것으로서, "ㄱ"자 형상을 가지되 일측면은 상기 래프트에 밀착되고 타측면은 상기 조이스트에 밀착되는 래프트 연결 플레이트와,

   상기 래프트와 조이스트 그리고 래프트 연결 플레이트를 관통하여 고정하는 한편 상기 래트츠 또는 조이스트와 동일한 재질을 사용하는 고정구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재.
7. 제1항 또는 제2항 또는 제4항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 건축구조용 부재는 중공형상으로서 사각단면의 빔 형상 또는 "ㄷ"단면의 빔 형상 또는 사각단면이되 상부일측이 개방되는 빔 형상 또는 평면형상인 것을 특징으로 하는 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재.
8. 제1항 또는 제2항 또는 제4항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 건축구조용 부재의 단면을 요철형상으로 형성하여 강도를 향상시킨 것을 특징으로 하는 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재.
9. 제1항 또는 제2항 또는 제4항 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 복합재료는 상기 강화섬유가 상기 수지의 일측 변을 기준으로 90도의 각도를 이루며 상기 수지에 수용되는 제1층과,

   상기 제1층의 하측에 형성되는 것으로서, 상기 강화섬유가 상기 수지의 일측 변을 기준으로 -45도를 각도를 이루며 상기 수지에 수용되는 제2층과,

   상기 제2층의 하측에 형성되는 것으로서, 상기 강화섬유가 상기 수지의 일측 변을 기준으로 45도의 각도를 이루어 상기 수지에 수용되는 제3층과,

   상기 제3층의 하측에 형성되는 것으로서, 상기 강화섬유가 상기 수지의 일측 변과 동일한 각도를 이루며 상기 수지에 수용되는 제4층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재.

Images