KR20150041525A - 보강재를 포함하는 비닐하우스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서까래의 내측에 서까래의 양측에 위치하도록 서까래의 내측을 가로지르는 보강재를 통하여 눈하중을 향상시키는 보강재를 포함하는 비닐하우스를 제공한다.

Description

보강재를 포함하는 비닐하우스{A vinyl house including stiffener}
본 발명은 비닐하우스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서까래 상의 복수의 지점을 연결함으로써 상기 서까래의 구조를 지지하는 보강재를 통하여 눈하중을 향상시키는 보강재를 포함하는 비닐하우스에 관한 것이다.
종래의 비닐하우스는 일반적으로 설치되는 밭두둑의 길이 방향으로 소정의 간격으로 횡방향 아치형 바를 평행하게 일렬로 입설하고 여기에 직교하는 방향으로 종방향 연결바를 교차결합하여서 격자식으로 외주구조를 형성시키며, 상기 골격의 아치형 지붕 아래 부분에 보강용 횡단 바와 다시 이것을 지탱하도록 종방향 직선형 바를 교차결합시켜서 구조적으로 강도를 보완한 형태로 건조되었다.
한편, 구조적 강도를 강화시키기 위해 철골 등으로 위와 같은 형상을 기본 프레임으로 구성하고 비닐이나 폴리에틸렌 필름 또는 PET 등의 판넬을 씌우는 방법이 제안되기도 하였다.
또 다른 형태로서는, 비닐하우스 온실 내 기온을 상승시키기 위한 단열효과를 증대시키기 위해 비닐커튼이 사용되나, 2중구조 비닐하우스를 사용하기도 하였다.
종래의 비닐하우스는 견고성을 유지하기 위해서 지지대를 설치함에 있어 견고하고 튼튼한 금속성 재질의 통파이프 등을 지면에 고정시키고 이를 연결하여 비닐하우스의 골조 구조를 완성하였는데, 이와 같은 종래의 비닐하우스의 골조 구조는 통상적으로 8m 정도의 폭을 갖는 비닐하우스에만 적용이 가능하며, 그 이상의 장경간 비닐하우스를 이와 같은 형태로 제작하는 경우에는 비닐하우스의 철골 구조가 충분한 지지력을 갖지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 종래에는 장경간 비닐하우스를 시공할 경우 연동식 비닐하우스 구조를 취하였으나, 이는 경제성이나 구조적 안정성 등에서 불리한 점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 서까래 상의 복수의 지점을 연결함으로써 상기 서까래의 구조를 지지하는 보강재를 통하여 눈하중을 향상시키는 보강재를 포함하는 비닐하우스를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 보강재의 일단 및 타단의 최적화된 위치를 찾아 눈하중을 최대한으로 향상시키는 보강재를 포함하는 비닐하우스를 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스는 다수 개가 일렬로 배열되는 아치형의 서까래; 상기 다수 개의 서까래 사이를 연결하도록 상기 다수의 서까래에 고정되는 도리; 상기 서까래 상의 복수의 지점을 연결함으로써 상기 서까래의 구조를 지지하는 보강재; 및 상기 서까래와 상기 보강재를 연결하도록 상기 서까래 상에 배치되는 복수의 조리개;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 보강재의 상부 측 일단은 상기 서까래의 측고의 40~50% 거리에 해당하는 제 1 절점에 위치하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 보강재의 하부 측 타단은 상기 제 1 지점을 기준으로 61.5°내지 68°를 이루는 연장선이 상기 서까래와 만나는 제 2 지점에 위치하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 지면으로부터 상기 제 1 절점까지 수직한 높이는 25 cm 내지 125cm이고, 상기 서까래와 상기 도리가 접하는 지점(C)이 수직한 방향으로 배치되는 상기 보강재의 길이(L)는 12 cm 내지 25.6 cm 인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 다수 개의 서까래는 60cm의 등간격으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 보강재는 상기 서까래와 상기 서까래의 내측으로 이격된 다른 하나의 서까래 사이에 위치하고, 그리고 상기 다른 하나의 서까래는 상기 서까래보다 크기가 작은 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명은 서까래 상의 복수의 지점을 연결함으로써 상기 서까래의 구조를 지지하는 보강재를 통하여 기상재해에 의한 반복적인 비닐하우스의 붕괴 피해를 줄이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 보강재의 일단 및 타단의 최적화된 위치를 찾아냄에 따라 종래 비닐하우스 대비 눈하중이 50 ~ 60% 향상된 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스를 나타낸 일 방향에서의 사시도,
도 2는 도 1의 정면도,
도 3은 도 2의 A영역을 확대한 부분상세도,
도 4는 도 3의 B영역을 확대한 부분상세도,
도 5는 도 3의 C영역을 확대한 부분상세도,
도 6은 도 2의 보강재가 서까래에 다양한 위치로 배치되는 것을 나타낸 정면도,
도 7은 도 6에서 H1=25cm, L1=25.6cm, a=72.0°, L=182cm일 경우의 해석결과를 나타낸 응력분포도,
도 8은 도 6에서 H1=50cm, L1=24.1cm, a=70.4°, L=158cm일 경우의 해석결과를 나타낸 응력분포도,
도 9는 도 6에서 H1=75cm, L1=22.1cm, a=68.0°, L=133cm일 경우의 해석결과를 나타낸 응력분포도,
도 10은 도 6에서 H1=125cm, L1=12.0cm, a=63.3°, L=68cm일 경우의 해석결과를 나타낸 응력분포도,
도 11은 상부 및 하부는 실제 비닐하우스에 눈하중이 가해진 것을 나타낸 사진 및 그에 따른 서까래를 모델링한 후 경계조건으로 눈하중(F)을 적용한 그림,
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스에서 보강재를 제외한 유한요소 해석을 위한 서까래의 모델링 및 눈하중을 나타낸 그림,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스의 유한요소 해석을 위한 서까래의 모델링 및 눈하중을 나타낸 그림,
도 14의 (a), (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스에서 보강재를 제외한 상태와 보강재를 보강한 후의 응력 분포를 나타낸 응력해석 결과도, 및
도 15의 (a), (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스에서 보강재를 제외한 상태와 보강재를 보강한 후의 변형량을 나타낸 변위해석 결과도이다.
본 발명의 보강재를 포함하는 비닐하우스를 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다.
본 발명에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스(100)의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 15를 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스(100)를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스(100)는 다수 개가 일렬로 배열되는 아치형의 서까래(110), 다수 개의 서까래(110) 사이를 연결하도록 다수의 서까래(110)에 고정되는 도리(120), 조리개(130) 및 서까래(110) 상의 복수의 지점을 연결함으로써 서까래(110)의 구조를 지지하는 보강재(140)를 포함한다.
서까래(110)는 일반적인 비닐하우스의 뼈대에 해당하는 프레임으로서, 본 발명의 서까래의 사양은 [표 1]과 같다.
시설 폭(m) 측고(m) 동고(m) 서까래(mm) 도리(mm) 서까래 간격(cm)
A 8 1.6 3.5 D31.8x1.5t D25.4x1.2t 60
B 5 1.4 2.7 D25.4x1.5t D25.4x1.5t 60
또한, 다수의 서까래(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 60cm의 등간격으로 설치된다.
한편, 본 발명에서는 도시되지 않았으나 서까래(110)의 내측에는 서까래(110)보다 작은 크기의 다른 서까래가 배치될 수 있다.
따라서, 보강재는 서까래(110)와 다른 서까래 사이에서 가장 큰 힘을 지지할 수 있는 최적화된 배치를 찾아야 하며, 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
도리(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 서까래(110) 사이를 연결하도록 다수의 서까래(110)의 내측에 고정된다. 이때, 서까래(110)와 도리(120)는 고정형 또는 반고정형으로 결속 가능하다.
상기한 도리(120)는 다수의 서까래(110)가 서로 견고히 고정될 수 있도록 한다.
조리개(130)는 원형의 서까래(110)와 보강재(140)가 삽입될 수 있는 한 쌍의 관의 형태를 지니며, 상기 한 쌍의 관 사이는 힌지결합되어 회전 가능하다. 이러한 조리개(130)는 서까래(110)와 보강재(140)를 고정시키는 역할을 한다.
보강재(140)는 서까래(110) 상의 복수의 지점을 연결함으로써 서까래(110)의 구조를 지지한다.
보다 구체적으로 보강재(140)의 상부 측 일단은 서까래의 측고의 40~50% 거리에 해당하는 제 1 지점, 즉 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 절점(P1), 제 3 절점(P3)에 위치한다.
여기서, 서까래의 측고는 지면으로부터 제 1 절점(P1)까지의 높이를 나타낸다.
또한, 보강재(140)의 하부 측 타단은 제 1 지점을 기준으로 상부 60°~ 70°를 이루는 연장선이 상기 서까래와 만나는 제 2 지점, 즉 도 2에 도시된 제 2 절점(P2), 제 4 절점(P4)에 위치한다.
나아가, 보강재(140)는 서까래(110)와 서까래(110)의 내측으로 이격된 다른 하나의 서까래(미도시) 사이에 위치한다. 여기서, 다른 하나의 서까래는 서까래(110)보다 크기가 작게 형성된다.
따라서, 보강재(140)의 일단 및 타단이 서까래(110)와 접하는 제 1 절점 내지 제 4 절점은 보강재(140)가 다른 하나의 서까래에 닿지 않는다는 전제하에 찾아야 하는 최적화된 절점인 것이다.
이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스(100)의 보강재각도(a)에 따라 향상되는 적설량의 향상 정도를 살펴보도록 한다.
아래의 [표 2]는 서까래(110)에 연결되는 보강재(140)의 각도(a), 설치높이(H1) 및 길이(*L1)에 따라 향상되는 구조 성능을 각각의 케이스(A, B, C, D)별로 나타내고 있으며, A, B, C, D의 케이스에 따른 해석은 도 7 내지 도 10의 순서대로 도시되어 있다.
항목 H1 *L1 향상되는 구조 성능(적설, cm) 비고
Opt. 100.0 21.5 15=>23 보강재각도(a) : 61.5°/
길이(L) : 126
A 25 25.6 15=>22 보강재각도(a) : 72.0°/
길이(L) : 182
B 50 24.1 15=>23 보강재각도(a) : 70.4°/
길이(L) : 158
C 75 22.1 15=>23 보강재각도(a) : 68.0°/
길이(L) : 133
D 125 12.0 15=>19 보강재각도(a) : 63.3°/
길이(L) : 68.0
*L1 : 온실과의 간섭을 피하기 위하여 25cm±1로 설정함.
해석 결과, [표 2]에 기재된 A, B, C, D의 케이스 중 opt, B, C의 경우 적설량이 15cm에서 23cm로 가장 큰 폭으로 향상되었고, A와 D의 경우 적설량이 15cm에서 각각 22cm, 19cm으로 향상됨을 확인할 수 있다.
상기한 바와 같이 지면으로부터 서까래(110) 상에 설치되는 높이(H1), 서까래(110)와 도리(120)가 접하는 지점(C)이 수직한 방향으로 배치되는 보강재(140)의 길이(L), 및 제1절점(P1)을 지나는 수평한 선과 제1절점 및 제2절점(P2)을 연결하는 보강재(140) 사이의 각도인 보강재각도(a)의 변화에 따라 지지할 수 있는 적설량이 달라지고, 이러한 조건은 본 발명의 도면에서 도시되지 않았으나 서까래(110)의 내측에 배치될 수 있는 다른 서까래와 간섭이 일어나지 않도록 고려하여 결정된 것임에 유의한다.
이하, 도 11 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 보강재를 포함하는 비닐하우스(100)의 눈하중에 따른 구조안전성 평가결과를 살펴보도록 한다.
도 11의 상부 그림은 실제 비닐하우스에 눈하중이 가해진 것을 나타낸 사진을 타나낸 것이고, 도 11의 하부 그림은 서까래(110)를 모델링한 후 경계조건으로 눈하중(F)을 적용한 그림이다.
또한, 도 12는 본 발명에 보강재를 뺀 상태에서 유한요소 해석을 위한 서까래(110)의 모델링 및 눈하중을 나타낸 것이고, 도 13은 본 발명의 유한요소 해석을 위한 서까래(110)의 모델링 및 눈하중을 나타낸 것이다.
또한, 도 14의 (a), (b)는 유한요소법에 따른 보강재를 제외한 상태와 보강재를 보강한 후의 응력 분포를 나타낸 응력해석 결과도이고, 도 15의 (a), (b)는 유한요소법에 따른 보강재를 제외한 상태와 보강재를 보강한 후의 변형량을 나타낸 변위해석 결과도이다.
상기한 해석 결과를 정리하면 다음의 [표 3]와 같다.
시설
 구조안전성(눈 하중, cm)
보강재 보강 전 보강재 보강 후
A 15 25
B 23 40
[표 3]에 정리된 바와 같이 사양이 다른 A, B의 시설에 대하여 보강재를 적용하기 전과 후를 비교한 결과, A시설의 경우 눈하중이 15cm에서 23cm으로 향상되었고, B시설의 경우 눈하중이 25cm에서 40cm으로 보강재를 적용하기 전보다 후가 눈하중을 지지할 수 있는 허용치가 50~60% 향상되었음을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 비닐하우스
110 : 서까래
120 : 도리
130 : 조리개
140 : 보강재

Claims (6)

  1. 다수 개가 일렬로 배열되는 아치형의 서까래;
    상기 다수 개의 서까래 사이를 연결하도록 상기 다수의 서까래에 고정되는 도리;
    상기 서까래 상의 복수의 지점을 연결함으로써 상기 서까래의 구조를 지지하는 보강재; 및
    상기 서까래와 상기 보강재를 연결하도록 상기 서까래 상에 배치되는 복수의 조리개;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    보강재를 포함하는 비닐하우스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강재의 상부 측 일단은 상기 서까래의 측고의 40~50% 거리에 해당하는 제 1 절점에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    보강재를 포함하는 비닐하우스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보강재의 하부 측 타단은 상기 제 1 지점을 기준으로 61.5°내지 68°를 이루는 연장선이 상기 서까래와 만나는 제 2 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    보강재를 포함하는 비닐하우스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    지면으로부터 상기 제 1 절점까지 수직한 높이는 25cm 내지 125cm이고,
    상기 서까래와 상기 도리가 접하는 지점(C)이 수직한 방향으로 배치되는 상기 보강재의 길이(L)는 12cm 내지 25.6cm인 것을 특징으로 하는,
    보강재를 포함하는 비닐하우스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수 개의 서까래는 60cm의 등간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는,
    보강재를 포함하는 비닐하우스.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 보강재는 상기 서까래와 상기 서까래의 내측으로 이격된 다른 하나의 서까래 사이에 위치하고, 그리고
    상기 다른 하나의 서까래는 상기 서까래보다 크기가 작은 것을 특징으로 하는,
    보강재를 포함하는 비닐하우스.
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