KR20120075283A - 건축물 가새 구조 - Google Patents

건축물 가새 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 건축물을 구성하는 구조체 및 상기 구조체에 접합되는 베이스 판재와, 상기 베이스판재를 따라 신장되면서 수직 접합되는 제1 보강부재와 상기 베이스부재 상에 폐단구조로 접합되는 제2 보강부재 중 적어도 어느 하나를 구비하는 보강형 가새 유닛을 포함하여 구성된 건축물 가새구조에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 구조체의 연결부분의 응력집중을 완화시키고, 재료를 효과적으로 사용하여 경제성이 향상되는 효과가 있다.

Description

건축물 가새 구조{DIAGRID STRUCTURE OF BUILDING}
본 발명은 건축물 가새 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축물을 구성하는 구조체 및 상기 구조체에 접합되는 베이스 판재와, 상기 베이스판재를 따라 신장되면서 수직 접합되는 제1 보강부재와 상기 베이스부재 상에 폐단구조로 접합되는 제2 보강부재 중 적어도 어느 하나를 구비하는 보강형 가새 유닛을 포함하여 구성된 건축물 가새 구조에 관한 것이다.
초고층 건물이나 대경간 구조물 등의 초대형 구조물들로서 내부 프레임은 구조물의 자체 하중뿐만 아니라, 외부에서 작용하는 풍하중, 적설하중, 지진하중 등의 복합된 하중들에 대해서도 안전하게 지지되어야 한다.
특히, 기둥, 보 또는 대각가새 등이 서로 만나는 부분은 하중이 집중되는 가장 취약한 부위이다.
일반적으로 건축물은 수평방향의 보와 수직방향의 기둥으로 구성된 프레임을 가지고 있다. 이러한 형식은 사각형 박스형태의 모양을 가지고 있으며, 보와 기둥의 접합부위는 수직으로 굽어 있어 응력이 집중적으로 발생하는 부위로서 구조적으로 가장 취약한 부위가 된다.
이 부위에 대한 보강 기술은 샌드위치 판넬을 붙이는 경우나 가새를 설치하는 것 와 같이 부차적인 부재들로 보강하는 것이 대부분이다. 종래의 기술은 90도로 접합되는 보, 기둥의 근원적인 취약점을 안고, 이에 대한 해결을 모색하는 수동적인 기술들로 평가된다.
따라서, 집중하중들을 분산하여 기둥이나 보 접합 부위에 집중되는 응력집중을 방지하여 안전성을 확보하도록, 건축물의 집중하중을 분산하는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 건축물을 구성하는 구조체 및 상기 구조체에 접합되는 베이스 판재와, 상기 베이스판재를 따라 신장되면서 수직 접합되는 제1 보강부재와 상기 베이스부재 상에 폐단구조로 접합되는 제2 보강부재 중 적어도 어느 하나를 구비하는 보강형 가새 유닛을 포함하여, 구조체의 연결부분의 응력집중을 완화시키는 효과가 있는 건축물 가새 구조를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면에서의 본 발명은, 건축물을 구성하는 구조체 및 상기 구조체에 접합되는 베이스 판재와, 상기 베이스판재를 따라 신장되면서 수직 접합되는 제1 보강부재와 상기 베이스부재 상에 폐단구조로 접합되는 제2 보강부재 중 적어도 어느 하나를 구비하는 보강형 가새 유닛을 포함하여 구성된 건축물 가새 구조를 제공한다.
바람직하게는, 상기 보강형 가새 유닛은, 상기 베이스 판재의 중심 부분을 구획토록 제공되는 복수의 수직 및 수평 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 수직부재는, 상기 제1 보강부재 일부의 제거가 가능토록, 상, 하로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 수직부재는, 상, 하로 연장되어 상기 제1보강부재가 연결되되, 연결부분에 강도를 보강토록 제공되는 연결보강부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 보강형 가새 유닛은, 중심 부분이 상기 베이스 판재에 의해 양쪽으로 나뉘어 형성되고, 베이스 판재의 양면을 구획토록, 복수의 수직, 수평 및 제1 경사 부재 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 복수의 수직부재 중, 하중 지지가 용이토록, 다른 부재들보다 두께가 두꺼운 제1 수직보강부재가 중심축에 구비되는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 보강형 가새 유닛은, 상기 베이스 판재의 중심 부분에 다수의 공간을 형성토록, 복수의 수직, 수평 및 제2 경사 부재 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 복수의 수직부재 중, 하중 지지가 용이토록, 이중으로 형성되는 제2 수직보강부재가 중심축에 구비되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 소재 접합방법에 의하면, 건축물을 구성하는 구조체 및 상기 구조체에 접합되는 베이스 판재와, 상기 베이스판재를 따라 신장되면서 수직 접합되는 제1 보강부재와 상기 베이스부재 상에 폐단구조로 접합되는 제2 보강부재 중 적어도 어느 하나를 구비하는 보강형 가새 유닛을 포함하여, 구조체의 연결부분의 응력집중을 완화시키고, 재료를 효과적으로 사용하여 경제성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 보강형 가새 유닛의 제1 실시예를 도시한 사시도
도 2는 본 발명에 따른 보강형 가새 유닛의 제2 실시예를 도시한 사시도
도 3은 본 발명에 따른 보강형 가새 유닛의 제3 실시예를 도시한 사시도
도 4는 본 발명에 따른 보강형 가새 유닛의 제4 실시예를 도시한 사시도
도 5는 제1 실시예 내지 제4 실시예의 압축하중에 대한 변형량을 측정한 결과를 나타내는 그래프
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명에 따른 건축물 가새 구조를 상세하게 설명한다.
도 1 내지 4는 본 발명에 따른 보강형 가새 유닛(20)의 각 실시예를 나타낸다. 그리고, 각 실시예의 내부가 잘 나타나도록 전면의 베이스 판재는 도시를 생략하였다. 여기서, 가새부재가 접합되는 쪽을 상, 하 방향 또는 수직 방향으로 정의한다.
본 발명에 따른 건축물 가새 구조는, 건축물을 구성하는 구조체(10) 및 상기 구조체(10)에 접합되는 베이스 판재(30)와, 상기 베이스판재를 따라 신장되면서 수직 접합되는 제1 보강부재(40)와 상기 베이스부재 상에 폐단구조로 접합되는 제2 보강부재(50) 중 적어도 어느 하나를 구비하는 보강형 가새 유닛(20)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 본 발명이 적용되는 건축물은 종류가 한정되는 것은 아니며, 초대형 건축물, 교량구조물, 대경간구조물, 플랜트 등이 될 수 있다.
도 1 및 2는 제1 보강부재(40)가 신장되어 구비되는 H 형강 타입의 실시예들을 나타내고, 도 3 및 4는 제2 보강부재(50)에 의해 폐단구조가 형성되는 박스형 타입의 실시예들을 나타낸다.
하중 분산이 효과적으로 이루어지는 가지 형태이다. 예를 들어 나무가 통으로 하나 있는 것보다, 가지가 여러 개 달려 있는 것이 나무에 부담하는 하중이 감소한다는 것은 알려진 사실이다.
본 발명은 이에 착안하여 기둥의 역할과 보의 역학을 동시에 할 수 있는 경사진 가새의 연결방법을 이용한 것이다. 즉, 상부에서 하부로 하중 분산을 용이토록 하기 위해 기존의 수직형의 기둥이 X자 형태로 갈라진 형태이다.
각 실시예들은 양측에 기둥부재 또는 보부재가 접합될 수 있고, 상, 하의 접합 판재에 가새부재가 접합될 수 있다.
다만, 본 발명은 보강형 가새 유닛(20)의 내부 구조에 특징이 있으므로, 반드시 경사진 가새 연결부에만 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
먼저, 도 1 및 2에 도시된 제1 및 2 실시예의 보강형 가새 유닛(20)은, 상기 베이스 판재(30)의 중심 부분을 구획토록 제공되는 복수의 수직 및 수평 부재(60)(70)를 포함할 수 있다.
제1 실시예와 제2 실시예는 공통적으로 중심부에 사각형의 공간부를 형성하고 있다. 상기 공간부를 형성하는 수직부재(60)들은 스티프너 역할을 하여 하중을 분산시키는 효과가 있다.
다음, 제1 실시예의 수직부재(60)는, 상기 제1 보강부재(40) 일부의 제거가 가능토록, 상, 하로 연장되어 형성될 수 있다.
즉, 제1 실시예에서 수직부재(60)는 중심부의 양측에 위치하면서, 상, 하로 연장되어 형성된다. 이렇게 연장된 수직부재(60)에 의해 베이스 판재(30)를 사이에서 지지하고, 또한 하중이 분산되는 효과가 있다. 따라서, 제1 보강부재(40)의 중심부측 단부의 일부를 제거하여도 구조적 안정성에 문제가 없다.
따라서, 수직부재(60)와 제1 보강부재(40)를 적절히 사용함으로써, 하중 분산이 효과적으로 이루어지게 할 수 있을 뿐만 아니라, 재료의 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
다음, 제2 실시예의 상기 수직부재(60)는, 상, 하로 연장되어 상기 제1보강부재가 연결되되, 연결부분에 강도를 보강토록 제공되는 연결보강부재(80)가 구비될 수 있다.
즉, 제1 실시예와는 달리 중심부의 수직부재(60)는 제1 보강부재(40)와 연결되기 위해서 서로 가깝게 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수직부재(60)의 연장된 부분과 제1 보강부재(40)가 연결된다.
그리고, 상기 수직부재(60)의 연장부분과 제1 보강부재(40)의 연결부분이 받는 하중을 분산시켜 강성을 증대토록, 연결보강부재(80)를 통해 상기 연장부분과 제1 보강부재(40)가 연결되게 한다.
다시 말해, 상기 연결보강부재(80)의 양측에서 제1 보강부재(40)와 수직부재(60)의 연장부분이 각각 접합되게 한다. 그리고 연결보강부재(80)는 수직부재(60)에 대해 직각을 이루도록 형성된다. 또한, 연결보강부재(80)는 하중 분산이 효과적으로 일어나도록 충분한 길이를 갖는 것이 바람직하다.
도 3에서 본 발명에 따른 보강형 가새 유닛(20)의 제3 실시예를 나타낸다.
제3 실시예의 보강형 가새 유닛(20)은, 중심 부분이 상기 베이스 판재(30)에 의해 양쪽으로 나뉘어 형성되고, 베이스 판재(30)의 양면을 구획토록, 복수의 수직, 수평 및 제1 경사 부재(60)(70)(90) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
즉, 유닛(20)의 상, 하의 단부는 폐단구조로서 박스 형태인 반면, 중심 부분은 베이스 판재(30)를 중심으로 양쪽으로 나뉘어진 형태이다. 즉, 도 3를 참조하면, 베이스 판재(30)의 일면 및 타면에 부재들이 접합됨으로써 면을 구획하도록 구성된다.
또한, 베이스 판재(30)의 일면 및 타면의 양측 수직부재(60)는 제1 경사부재(90)를 통해 제2 보강부재(50)와 연결된다. 물론, 상기 양측 수직부재(60)가 연장되어 제2 보강부재(50)와 연결되도록 구성될 수도 있다.
다만, 본 발명의 보강형 가새 유닛(20)은 X자 형태로서, 상, 하에서 작용하는 하중이 X자 축을 따라 전달되게 된다. 따라서, 수직부재(60)를 연장하는 것보다 X자 축과 나란하도록 경사진 제1 경사부재(90)를 매개로 수직부재(60)와 제2 보강부재(50)를 접합하는 것이 하중 분산 면에서 효과적이다.
또한, 제3 실시예의 복수의 수직부재(60) 중, 하중 지지가 용이토록, 다른 부재들보다 두께가 두꺼운 제1 수직보강부재(62)가 중심축에 구비될 수 있다.
본 발명의 보강형 가새 유닛(20)은 상, 하에서 작용하는 하중을 분산시키는 것을 목적으로 한다. 따라서, 상, 하 하중에 대한 강성을 향상시키기 위해 중심축의 수직부재는 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
도 4에서 본 발명에 따른 보강형 가새 유닛(20)의 제4 실시예를 나타낸다.
제4 실시예의 상기 보강형 가새 유닛(20)은, 상기 베이스 판재(30)의 중심 부분에 다수의 공간을 형성토록, 복수의 수직, 수평 및 제2 경사 부재(60)(70)(92) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 수직부재(60)가 연장되어 제2 보강부재(50)와 연결되고, X자 축에 대해 수직한 제2 경사부재(92)가 수직부재(60)의 연장부분과 제2 보강부재(50)가 연결되는 부분에 마련될 수 있다.
여기서, 본 발명의 보강형 가새 유닛(20)은 X자 형태로서, 상, 하에서 작용하는 하중이 X자 축을 따라 전달되게 된다. 따라서, X자 축에 대해 수직하도록 접합되는 제2 경사부재(92)를 매개로 수직부재(60)와 제2 보강부재(50)를 접합하는 것이 하중 분산 면에서 효과적이다.
또한, 제4 실시예의 상기 복수의 수직부재(60) 중, 하중 지지가 용이토록, 이중으로 형성되는 제2 수직보강부재(64)가 중심축에 구비될 수 있다.
즉, 제1 수직보강부재(62)와 마찬가지로, 상, 하 하중에 대한 강성을 향상시키기 위해, 중심축에서 수직부재가 간격을 두고 겹침 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 상기 제1 내지 제4 실시예를 구체적으로 비교한다.
아래의 표 1은 각 실시예의 제작비용, 제작시간, 용접물량, 강재물량을 비교한 것이다.
구분 제1 실시예 제2 실시예 제3 실시예 제4 실시예
제작비용(천원) 570 580 750 620
제작시간(시간) 51.5 52.5 67.5 59
용접물량(Kg) 15 16 31 22
강재물량(Kg) 735 750 740 680
상기 표 1을 참조하면, 제작비용 및 제작시간 측면에서는 H 형강 타입의 제1 및 제2 실시예가 바람직한 것을 알 수 있었다. 또한, 강재물량 측면에서는 서로 유사하지만, 박스형 타입의 제3 및 제4 실시예의 경우에는 부재들의 수가 제1 및 제2 실시예의 경우보다 많아 용접물량이 상대적으로 많이 드는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 5의 그래프에서 제1 실시예 내지 제4 실시예(A1 내지 A4)의 압축하중에 대한 변형량을 측정한 결과를 나타낸다.
그래프를 참조하면, 제2 실시예(A2)의 경우가 가장 성능이 우수한 것으로 나타나나, 실시예들 간에 많은 차이를 보이지는 않았다. 즉, 실시예들의 하중분산능력이 유사함을 확인할 수 있었다.
다만, 상기 표 1에서 나타나듯이, 경제성을 고려하면, 제1 또는 제2 실시예가 보다 바람직하다고 판단된다.
정리하면, 본 발명은, 건축물을 구성하는 구조체 및 상기 구조체에 접합되는 베이스 판재와, 상기 베이스판재를 따라 신장되면서 수직 접합되는 제1 보강부재와 상기 베이스부재 상에 폐단구조로 접합되는 제2 보강부재 중 적어도 어느 하나를 구비하는 보강형 가새 유닛을 포함하여, 구조체의 연결부분의 응력집중을 완화시키고, 재료를 효과적으로 사용하여 경제성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.
10 ... 구조체 20 ... 보강형 가새 유닛
30 ... 베이스 판재 40 ... 제1 보강부재
50 ... 제2 보강부재 30 ... 수직부재
62, 64 ... 제1, 2 수직보강부재 70 ... 수평부재
80 ... 연결보강부재 90, 92 ... 제1, 2 경사부재
A1 ... 제1 실시예 A2 ... 제2 실시예
A3 ... 제3 실시예 A4 ... 제4 실시예

Claims (8)

  1. 건축물을 구성하는 구조체(10); 및
    상기 구조체에 접합되는 베이스 판재(30)와, 상기 베이스판재를 따라 신장되면서 수직 접합되는 제1 보강부재(40)와 상기 베이스부재 상에 폐단구조로 접합되는 제2 보강부재(50) 중 적어도 어느 하나를 구비하는 보강형 가새 유닛(20);
    을 포함하여 구성된 건축물 가새 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강형 가새 유닛(20)은, 상기 베이스 판재(30)의 중심 부분을 구획토록 제공되는 복수의 수직 및 수평 부재(60)(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 가새 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수직부재(60)는, 상기 제1 보강부재(40) 일부의 제거가 가능토록, 상, 하로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 건축물 가새 구조.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 수직부재(60)는, 상, 하로 연장되어 상기 제1보강부재(40)가 연결되되, 연결부분에 강도를 보강토록 제공되는 연결보강부재(80)가 구비되는 것을 특징으로 하는 건축물 가새 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보강형 가새 유닛(20)은, 중심 부분이 상기 베이스 판재(30)에 의해 양쪽으로 나뉘어 형성되고, 베이스 판재의 양면을 구획토록, 복수의 수직, 수평 및 제1 경사 부재(60)(70)(90) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 가새 구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 수직부재(60) 중, 하중 지지가 용이토록, 다른 부재들보다 두께가 두꺼운 제1 수직보강부재(62)가 중심축에 구비되는 것을 특징으로 하는 건축물 가새 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보강형 가새 유닛(20)은, 상기 베이스 판재(30)의 중심 부분에 다수의 공간을 형성토록, 복수의 수직, 수평 및 제2 경사 부재(60)(70)(92) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 가새 구조.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 수직부재(60) 중, 하중 지지가 용이토록, 이중으로 형성되는 제2 수직보강부재(64)가 중심축에 구비되는 것을 특징으로 하는 건축물 가새 구조.
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