KR20230054597A - 외장 태양에너지시스템과 이의 건설방법 - Google Patents
외장 태양에너지시스템과 이의 건설방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 건물옥상(Rooftop)과 같은 건설구조물 상부에 부가되거나 독립적으로 일정면적의 지표면(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설되어 태양에너지 발전이나 집열의 기능을 갖는 외장 태양에너지시스템과 이의 건설방법에 관한 것이다. 상기 대상체에 수평, 경사 또는 복합적 형상의 지붕보와 기둥으로 형성되는 다수의 포털프레임으로 조립되는 외장골조(Sheathing framework)를 설치하고, 상기 지붕보로 형성되는 다각평면의 수평면 또는 경사면 지붕 위에 태양가대(Solar rack)의 가대보를 #형태의 래티스구조를 이루는 계층화프레이밍 형식(Layered framing type)으로 결합하며, 상기 가대보 위에 상기 다각평면의 경사도에 따라 태양에너지패널이 적정한 향의 경사각으로 설치되도록 함으로써 효과적인 에너지수확(Energy harvesting)이 가능한 태양공작물을 기대한다. 상기 다각평면은 건설구조물 위 돌출구조물을 덮어 지붕을 형성하는 하나 이상의 수평면 또는 경사면을 포함하며, 상기 경사면은 주어진 방위에 따라 최대 태양에너지편익 산정 알고리즘으로 정해지는 적정한 경사각을 갖는다. 상기 지붕보와 가대보는 물론 기둥은 장방형단면(Rectangular section)으로 된 장대형부재(Long span members)를 포함하며, 상기 장대형부재는 압연성형공정(Roll forming process)으로 성형되고, 본 발명은 설계에 따라 사전에 공장에서 제작되어 조립이 가능하도록 함으로써 현장에서의 저비용효과를 기대하면서, 동시에 유휴공간인 대상체에 부가용도인 태양에너지시스템을 효과적으로 설치할 수 있는 특징을 갖는다.
Description
본 발명은 태양에너지시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건물옥상(Rooftop)과 같은 건설구조물 상부에 부가되거나 독립적으로 일정면적의 지표면(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설되는 외장골조와 태양가대에 설치되는 태양에너지패널을 통하여 태양에너지를 이용한 전력이나 열을 생산하는 외장 태양에너지시스템에 관한 것이다.
본 발명은 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮는 하나 이상의 다각평면(Polygon plane)의 지붕을 형성하는 외장골조를 구축하여 상기 지붕 위에 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널’)을 설치하여 에너지생산이라는 별도 용도가 부가되는 태양공작물과 이의 건설방법에 관한 것으로, 구체적으로는 아파트, 주상복합 또는 상업용 빌딩 등의 건축구조물 위, 도로나 하천 등의 토목구조물 위, 또는 노지 유휴공간에 상기 외장골조와 태양가대를 포함하는 상기 태양공작물을 용이하게 구현하고 상기 유휴공간의 원래 또는 다른 용도로 선용될 수 있도록 한 것이다. 상기 외장골조와 태양가대는 장방형단면(Rectangular section)을 갖는 장대형부재(Long span members)인 주부재(Main member)로 형성되고, 상기 주부재는 공장에서 사전에 제작되고 재단되어 현장으로 운송되어 조립될 수 있고, 이 외장골조가 형성하는 다각평면의 지붕 위에 태양패널이 효과적으로 설치되도록 한 태양가대를 포함하는 외장 태양에너지시스템과 이의 건설방법에 관한 것이다.
일반적으로, 건설구조물은 건축구조물과 토목구조물로 구분된다. 상기 건축구조물은 주거용, 상업용 및 공공용의 용도를 갖는 아파트, 주상복합 또는 상업용 빌딩 등의 공간구조물이고, 상기 토목구조물은 도로, 하천 및 공원 등의 지형시설물로서, 본 발명은 상기 건축구조물과 토목구조물의 유휴공간에 부가되거나 독립적으로 일정면적의 지표면(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설골조(Construction framework: 이상 이하 약칭 ‘외장골조‘)를 부가하여 태양패널을 포함하는 태양가대가 설치되는 덮개(Covering plane)와 그 직하에 내부공간(Interior space)을 가지는 태양에너지수확을 위한 입체적 공작물(이하 이상 약칭 ‘태양공작물’)을 형성하는 태양에너지시스템을 구현하고자 하는 것이다.
본 발명은 보다 상세하게는 상기 대상체가 되는 건축구조물 상부의 돌출구조물을 덮거나 토목구조물 원래 하부의 용도를 충족하는 상기 외장골조를 부가하고, 이 외장골조가 형성하는 하나 이상의 수평, 경사 또는 복합적 다각평면의 지붕 위에 북반구에서 정남향(또는 남반구에서 정북향) 또는 주어진 방위에 따른 적정한 경사각(약칭 ‘적정한 향의 경사각’)을 갖는 태양패널을 포함하는 태양가대(Solar rack)를 부착하여 일체화 된 태양에너지시스템을 제공하게 된다. 상기 건축구조물은 주거건물, 상가, 학교, 작업장, 공장, 창고, 축사, 재배사, 양식장, 양어장 및 (반그늘)원예시설 등의 건축물을 포함하고, 상기 토목구조물은 주차장, 공원, 하천, 교량, 철도, 도로, 교차로, 보도, 하수처리장, 정수처리장, 선착장, 계류장, (기차역)플랫폼 및 도로방음터널 등의 시설물을 포함하며, 본 발명은 원래 대상체의 용도를 충족할 뿐만 아니라 그 고유기능을 개선하기 위한 것이다.
상기 태양패널의 부분적 그늘이 태양광발전시스템의 성능에 미치는 영향은 그늘면적에 한정하지 않고 전체로 확대되어 치명적인 결과가 초래되므로, 상기 태양공작물의 지붕을 형성하는 외피면에 고착되는 태양가대의 태양패널 전체가 양지가 되도록 하고 주변의 돌출구조물에 의한 그늘이 생기지 않도록 한다.
태양에너지시스템은 지구표면 위에 설치된 태양패널에 입사되는 태양에너지를 전기나 열의 유용한 에너지로 변환하여 획득하는 시스템이다. 상기 유용한 에너지의 종류에 따라 태양광발전시스템(Solar Photovoltaic system)과 태양열이용시스템(Solar thermal energy system)으로 양분되고, 이에 상응한 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ’태양패널‘)로서 각각 태양광발전패널(Solar Photovoltaic panel)과 태양열집열기(Solar thermal collector)가 있고, 상기 태양패널을 통하여 태양에너지를 획득하여 활용(약칭 ’에너지수확: Energy harvesting‘)이 가능하게 되는 것이다.
태양패널로 입사되는 태양에너지 상당량은 그 하부에 그늘(Shadow)로서 그 영향이 나타나지만, 이 영향이 건설구조물의 원래 용도를 저해하지 않거나 미미할 경우 또는 오히려 긍정적으로 작용할 경우 태양에너지를 활용한 전력이나 열을 생산할 수 있는 시스템(약칭 ‘태양에너지시스템‘)을 부가할 수 있고, 그렇게 하는 것이 바람직하다.
태양패널 하부에 입사되는 일사량을 100% 필요로 하지 않는 건물지붕 및 옥상, 도로, 다리, 주차장이나 하천 등의 부지에는 최적의 효율을 갖도록 태양에너지시스템을 구축할 수 있다. 그럼에도 에너지수확의 목적 외 당초의 용도인 비가림, 통행, 주차나 배수의 기능을 100% 충족하면서 동시에 경관법(대한민국 법률 제15460호, 2018. 3. 13)의 ‘경관관리의 기본원칙’에서 규정한 바와 같이 ‘경관과 조화 및 균형’을 이루도록 하는 것이 바람직하다.
건축구조물에 부가 되거나 토목구조물에 구축되는 태양에너지시스템은 사회적 및 기술적 요구를 충족할 필요가 있다. 사회적 요구는 전술한 경관과 관련한 사항 외에도 주변에 미치는 환경적 위해를 최소화하는 것이다. 환경적 위해로서 일조권과 조망권의 침해를 들 수 있으며 더 나아가 태양반사광에 의한 생활방해도 있다. 이와 관련해서 건축법(대한민국 법률 제17171호, 2020. 3. 31)에서 규정한 ‘일조 등의 확보를 위한 건축물의 높이 제한’이 고려되어야 함은 자명하다.
태양에너지시스템에서 고려되어야 하는 기술적 요구는 구조적 안전성과 기능적 효용성이다. 공작물로서 고정하중, 풍하중, 설하중 및 지진하중 등에 대한 내구성이 보장되어야 하고 에너지시스템으로서 최적의 에너지수확 효과를 얻어야 한다. 에너지수확은 태양패널의 설치 방향과 경사각에 따라 달라지며, 태양광발전시스템의 경우 일부 음영으로 인한 부정적 효과가 비선형적으로 확대될 수 있으므로 태양패널 주변의 장애물의 위치와 높이를 감안하여야 한다.
또한 건물옥상과 같은 건설구조물 상부에 부가되는 옥상구조물은 건축법(대한민국 법률 제17171호, 2020. 3. 31)에서 규정한 ‘고층건축물의 피난 및 안전관리’에 따라 피난안전구역 또는 대피공간을 확보하여야 한다.
외장 태양에너지시스템은 영농형 작업장, 축사, 버섯재배사, 곤충사육사, 양식장, 양어장 및 (반그늘)원예시설 등의 일차용도를 가지는 건축물의 지붕에 태양패널을 설치하여 구성함으로써 전력이나 열을 생산하는 이차용도를 부가하여 건설할 수 있다. 영농형 외 다른 용도의 주거건물, 상가, 학교, 공장 및 창고 등의 건축물도 크게 다르지 않다. 또한 기존의 건축구조물의 지붕이나 옥상 또는 토목구조물의 개방된 공간 위에 원래의 일차용도를 저해하지 않거나 개선할 수 있도록 골조를 세우고 그 위에 태양패널을 설치하여 이차용도인 전력 또는 열을 생산할 수도 있다. 상기 토목구조물은 주차장, 공원, 하천, 교량, 철도, 도로, 교차로, 보도, 하수처리장, 정수처리장, 선착장, 계류장, (기차역)플랫폼, 도로방음터널을 포함하며, 원래 일차용도에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 장대형부재와 소수의 기둥으로 된 건설골조가 요구된다.
일반적으로 태양패널 하부 공간을 다양한 용도로 활용하기 위해서는 높은 기둥(Column)으로 긴 보(Beam)를 받쳐 형성되는 포털프레임(Portal frame) 또는 이와 유사한 구조가 적합하다. 상기 포털프레임은 상기 장대형부재로 된 주부재(Main member)를 적용하여 형성되므로 내하중구조(Load bearing structure)가 되도록 고려하여야 한다.
태양에너지의 보급은 국가적 차원에서 권장되고 이의 촉진을 위한 다양한 연구개발과 지원정책이 시행되고 있다. 태양에너지자원은 주변 지형이나 구조물에 의한 음영이 미치지 않는 지표면 어디든 일정범위 내에서는 거의 동일하므로 어디에나 태양에너지시스템을 구축하여 활용할 수 있다. 도시 내 유휴공간(Idle space)이나 빈 공간(Dead Space)은 물론 도시계획시설 위에도 태양패널을 설치하면 태양에너지를 활용하면서 원래 공간의 용도를 거의 저해하지 않거나 오히려 일면 개선하는 효과를 볼 수도 있다. 예를 들어서, 공원 내 산책로 위에 설치할 경우 유용한 차양 효과를 기대할 수 있으므로 한 여름 기간 내내 그 활용도를 높일 수도 있다.
상기 도시계획시설과 관련하여 국토의 계획 및 이용에 관한 법률(대한민국 법률 제16902호, 2020. 1. 29)의 ‘도시ㆍ군계획시설 부지에서의 개발행위’에서 태양에너지시스템의 설치를 조건부로 허용하고 있다.
건축구조물의 지붕이나 옥상에 구축되는 기존의 태양광발전시스템은 하기 특허문헌에 게시되어 있다. 이 가운데 (특허문헌 0001~0003)은 본 발명인이 평지붕(Flat roof)의 특징을 갖는 건물골조와 그 위에 태양가대를 결합한 태양에너지시스템을 선출원한 것으로 토지의 배치와 방향에 관계없이 효과적인 태양에너지수확이 가능하게 한 것이다. (특허문헌 0004과 0005)는 영농시설물의 지붕 위를 태양패널이 설치되는 일방의 경사면으로 구성한 것이고, (특허문헌 0006)은 옥상녹화와 태양광발전시스템을 연계한 것이며, (특허문헌 0007과 0008)은 각각 건물의 옥상난간과 건물의 외벽에 태양광발전시스템을 설치하는 것이다. 그리고 미국 (특허문헌 0009~0021)은 건물 지붕 위에 태양가대 또는 태양패널의 설치에 있어서 방수 문제의 소지를 줄이고 설치작업을 용이하게 한 것이다.
태양에너지시스템은 일반적으로 20년 이상의 설계수명으로 제작되어 설치되므로 이를 감안하여 태양에너지수확의 효율성은 물론이고 대설, 강풍 등 기상재해로 인한 구조물의 내재해성을 갖추고 있어야 한다. 농림수산식품부에서는 원예·특작시설 내재해형 기준 (농림축산식품부 고시 제2014-78호, 2014.7.24.)과 함께 비닐하우스·간이버섯재배사·인삼시설의 내재해형 규격시설 제원, 설계도·시방서를 농촌진흥청 홈페이지(http://www.rda.go.kr)에 게재하고 있다. 이 발명에서 제안하는 ‘외장 태양에너지시스템’은 상기의 내재해형 기준을 고려하여 설계되고 시공되어야 함은 자명하다.
‘NREL's PVWatts® Calculator’(2021, https://pvwatts.nrel.gov/) "PVWatts Version 1 Technical Reference"
본 발명은 상기의 배경기술에서 제시한 기술적 사상을 구현하고자 한 것으로, 이를 통하여 해결하고자 하는 과제 중 하나는 건축구조물과 토목구조물을 포함하는 건설구조물 상부에 효과적인 태양에너지시스템을 구축하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 효과적인 태양에너지시스템을 구축함에 있어서 상기 태양패널에 미치는 태양공작물 자체그늘효과를 최소화하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 상기 건설구조물의 일차용도로 활용되고 있는 공간 위에 대양공작물을 부가하여 전력 또는 열의 생산이라는 이차용도를 위한 태양에너지시스템을 효과적으로 구현하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 기존 또는 신축 건축물이나 시설물의 지붕이나 옥상에 상기 태양공작물을 부가하여 태양에너지를 효과적으로 획득하면서 풍하중을 최소화하며 수려한 외관을 갖고 그 내부에 유용한 공간을 확보하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 태양공작물의 지붕을 형성하는 외피면에 비가림이나 차양을 위한 구조물이 부가되어 직하의 내부공간의 활용도를 높이는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 본 발명에서 제안한 구조물 자체로 주거용이나 비주거용의 건물을 건설하고 태양에너지를 효과적으로 획득하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 대상체의 원래 용도로 무리 없이 활용될 수 있도록 하부에 충분한 공간이 확보되도록 기둥 간 넓은 간격과 기둥 자체의 높은 높이를 갖게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 하부 공간에 고층건축물의 피난안전구역과 같은 관련 법규에서 정한 대피공간을 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 하부 내부공간에 옥상정원이나 편의시설을 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 대상체의 입지(방향성과 평탄성 여부와 관련한)의 제약 없이 일차용도의 활용성에 대한 저해를 최소화하며, 이차용도인 태양에너지수확의 효율성은 극대화하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 개방된 자연 공간이나 시설물 위에 설치되는 상기 태양공작물은 대설, 강풍 등 기상재해에 대한 장기간(20년 이상)의 내재해성을 갖도록 내하중구조(Load bearing structure)로 형성하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 태양빛을 100% 필요로 하지 않는 신설 또는 기존의 건축구조물과 토목구조물에 태양에너지시스템의 통합(Integration)이 가능하게 함으로써 태양에너지의 보급확산에 기여하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 국토의 유휴공간이나 도시계획시설에 태양에너지시스템의 설치를 가능케 함으로써 이를 위한 소요 부지의 공급을 확대하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 주요 구성품을 공장에서 사전 제작이 가능하게 함으로써 사전에 계획된 규격과 품질을 유지하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 ‘외장 태양에너지시스템’을 현장에서 용이하게 조립하여 건설하고자 하는 것이다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 건물옥상(Rooftop)과 같은 건설구조물 상부에 부가되거나 독립적으로 일정면적의 지표면(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설되는 태양에너지시스템(Solar energy system)으로서 태양가대(Solar rack)와 외장골조(Sheathing framework)를 포함하고, 상기 태양가대와 외장골조로 태양에너지수확을 위한 덮개(Covering plane)와 이 덮개 직하에 내부공간(Interior space)을 가지는 입체적 공작물(약칭 ‘태양공작물’)이 형성되고, 상기 태양가대는 다수의 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널’)을 포함하며 상기 외장골조의 외피면(Outer skin plane) 위에 고착되어 상기 덮개를 형성한다.
상기 외장골조의 외피면은 하나 이상의 다각평면(Polygon plane)과 기준선(Baseline)을 포함하고, 상기 외피면은 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮을 수 있도록 형성되며, 상기 다각평면은 수평면(Horizontal plane), 경사면(Tilted plane) 및 연직면(Vertical plane)을 포함하며, 상기 수평면과 경사면은 상기 외장골조의 지붕(Roof)을 형성하고, 상기 연직면은 상기 외장골조의 외벽(Exterior wall)을 형성하며, 상기 기준선은 상기 지붕 또는 외벽을 형성하는 상기 다각평면의 변이 되고, 입체적 상기 태양공작물의 모서리가 된다.
상기 태양가대는 복수의 가대보(Rack beam)를 포함하고, 상기 가대보가 상기 지붕을 형성하는 다각평면 위에 고착됨에 있어서, 상기 수평면에는 상기 가대보 2개로 된 한 쌍(A pair of 2 rack beams: 약칭 ‘가대보쌍‘)이 일정간격으로 평행되게 동서방향(East-west direction)으로 배치되며, 상기 가대보쌍은 남측의 남가대보(Southern rack beam)와 북측의 북가대보(Northern rack beam)를 포함하고, 상기 남가대보와 북가대보는 일정 간격으로 평행되게 놓인다.
상기 수평면 위 태양가대는 경사지지재(Inclined support member)를 더 포함하고, 상기 경사지지재는 수평의 밑변멤버와 미리 정해진 경사각을 이루는 경사변멤버를 포함하며, 상기 밑변멤버는 상기 남가대보와 북가대보 위에 평면상에서 가로질러 남북방향으로 고정되고, 상기 태양패널은 상기 경사변멤버 위에 상하좌우로 이어 붙여 설치된다.
상기 경사면에는 상기 복수의 가대보가 일정간격으로 평행되게 수평방향(Horizontal direction)으로 배치되고, 상기 가대보는 연속적인 하나 이상의 행(Row)으로 놓이며, 하나의 상기 행은 상단의 상가대보(Upper rack beam)와 하단의 하가대보(Lower rack beam)를 포함하고, 연속적인 복수의 행은 위행의 하가대보와 아래행의 상가대보의 동일역할을 하는 하나 이상의 중가대보(Middle rack beam)를 포함하며, 상기 상가대보와 하가대보 위에 상기 태양패널의 상하단을 각각 고정하고 수평(횡)방향으로 이어 붙이고, 상기 중가대보 위에 상기 위행의 태양패널 하단과 상기 아래행의 태양패널 상단을 각각 고정하고 상기 태양패널을 수직(종)방향으로 붙여 상기 경사면을 상하좌우로 덮게 되는 형태로 설치된다.
상기 경사면 지붕 위에 설치되는 태양가대는 둘 이상의 가대보를 수평방향의 등간격으로 위로부터 아래로(반드시 그러해야 하는 것은 아니고 반대의 경우도 무관하며, 위치에 따라 가대보를 상가대보, 중가대보와 하가대보로 구분하여 부름) 배치하여 지붕보 위에 고정하여 형성되고, 태양패널은 상기 상가대보와 중가대보 또는 하가대보 사이에 이어 붙여 고착된다.
상기 외장골조는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)에 정착되는 다수의 포털프레임(Portal frame)을 포함하고, 상기 포털프레임은 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’), 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’) 및 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)을 포함하며, 이 들은 공통적으로 하나 이상의 기둥(Column)과 지붕보(Roof beam)를 포함하고, 상기 기둥은 연직재(Vertical member)로서 그 하부는 상기 바닥에 기둥정착수단으로 고정되며, 상기 지붕보는 각각 수평재(Horizontal member)인 수평(지붕)보(Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’), 경사재(Tilted member)인 경사(지붕)보(Tilted roof beam: 약칭 ‘사보’), 그리고 복수의 상기 수평재 및/또는 경사재를 연결한 혼합지붕보(Mixed roof beam: 약칭 ‘혼보’)를 포함하며, 상기 지붕보에서 그 양단을 포함하여 내측에 최소한 하나 이상의 부위가 상기 기둥 상단부위(Top part)와 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로 고정된다.
상기 포털프레임의 지붕보는 하나 이상의 기둥으로 받쳐져 처마를 갖거나 그러하지 않은 외장골조를 형성하기도 하고, 외팔보(Cantilever)로 된 상기 포털프레임으로 오버행(Overhang) 구조의 태양공작물을 형성할 수도 있다. 상기 혼보는 (남측에) 경사재와 (북측에) 수평재로, 경사각이 다른 복수의 경사재로, (남측에) 상기 복수의 경사재와 (북측에) 수평재로, 그리고 중간에 수평재를 두고 양측에 하나 이상의 경사재를 두어 형성될 수 있다. 물론 상기 혼보는 상기 남측과 북측을 바꾸어 조성될 수도 있다.
본 발명의 실시를 위한 최선의 형태 중 하나로 상기 포털프레임은 연직의 기둥을 포함한 하나의 평면(횡단면)에서 조형되며 상기 수평재와 경사재는 하기 <주부재>연결수단으로 그 길이가 각각 확장되고 그 접합부위가 고정된다.
상기 포털프레임은 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)을 가로지르거나(Crossing the plane) 그 외곽을 따라(Along the boundary) 배열됨에 있어서, 상기 기둥은 상기 바닥의 외곽을 따라 정착되고, 상기 지붕보는 상기 외장골조 상부에 상기 다각평면이 형성되도록 배치되며, 이에 따라 상기 외피면과 이 외피면으로 둘러싸인 상기 내부공간을 갖는 상기 외장골조가 형성된다.
하나 이상의 연직재인 기둥 상단(Top part)과 수평재 또는 경사재인 지붕보의 한 끝 부위(End part)를 고정하여 상기 포털프레임(Portal frame)을 형성함에 있어서, 상기 기둥을 벗어나 외곽으로 돌출되는 지붕보 길이의 범위｛처마(Eave) 폭｝는 건축법(대한민국 법률 제17171호, 2020. 3. 31)에서 정한 ‘면적ㆍ높이 및 층수의 산정’에 따라 고려된다.
상기 포털프레임은 한 면(상기 내부공간을 가르는 한 횡단면) 위에서 지붕보와 기둥이 결합됨에 있어서, 상기 지붕보 단면의 한 변(일반적으로 장방형단면의 단변)은 상기 다각평면과 동일한 평면을 형성한다. 즉, 상기 지붕보는 상기 다각평면에 붙여서 수직(Perpendicular)으로 놓이게 되고, 그리고 기둥은 상기 횡단면 상에서 상기 유용공간의 평면 위에 연직(Vertical)으로 설치되므로 상기 지붕보 단면의 측변(일반적으로 장방형단면의 장변)과 기둥의 장방형단면의 한 장변을 포함하는 각각의 평면은 접촉선을 공유하면서 독립적으로 형성된다.
상기 태양가대의 가대보는 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 상기 포털프레임의 지붕보 위에 얹혀 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기)형식의 <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means)으로 고정되며, 이에 따라 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 다각평면의 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루고, 이에 더하여, 경사면 지붕의 가대보 위에는 직접적으로 태양패널이 부착되거나, 수평면 지붕의 가대보 위에는 ｛경사변멤버(Inclined side member)에 태양패널이 부착된｝ 경사지지재(Inclined support member)의 밑변멤버((Bottom side member)가 고정됨으로써 지붕에 걸리는 하중(Loads)에 대한 내하중구조(Load bearing structure)의 상기 태양공작물이 형성된다.
상기 <기둥-보>연결수단과 <보-보>중첩연결수단은 각각 용접(Welding), 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)에 의한 직접체결 또는 브라켓(Bracket)을 부가한 간접체결을 포함하고, 상기 기둥은 원통형기둥(Cylindrical column), 각관기둥(Square tube pillar), 트러스형기둥(Truss type column) 또는 상기 가대보나 지붕보에 적용되는 주부재(Main member)를 포함하고, 상기 주부재는 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangular section)을 갖는 장대형부재(Long span member)로 성형되고, 본 발명은 설계에 따라 사전에 공장에서 제작되어 현장에서 조립됨으로써 구현된다.
이에 따라 상기 태양패널은 결과적으로 적정한 방향의 적정한 경사각(북반구 지역의 경우 남향의 북위도 경사각 또는 남반구 지역의 경우 북향의 남위도 경사각 부근에서 정해진 값, 약칭 ‘적정한 향의 경사각’)으로 설치된다.
상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면의 상기 기준선은 수평으로 위치하고, 상기 경사면(Tilted plane)과 그 적용경사각은 하기 단계들을 포함하여 이루어지는 공정에 따라 정해진다.
(1) 적용하고자 하는 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮는 다각평면의 지붕 모서리를 형성하는 하나 이상의 기준선을 포함하는 레이아웃(Layout)을 정하는 제1차단계;
(2) 상기 제1차단계에서 정한 기준선별로 이 기준선을 지나고 상기 돌출구조물에 방해받지 않는 다수의 하방 경사면을 예상하는 제2차단계;
(3) 상기 제2차단계 각각의 하방 경사면에 대하여, 상기 경사면 연직상방의 방위각(Azimuth)에서 상기 방위각에 따라 상기 태양공작물 입지의 위도에서 지구자전축기울기(Earth's obliquity)을 감한(Subtraction) 값과 가한(Addition) 값의 검색범위 내에서 0도 이상으로 상기 경사면의 최적경사각(Optimal tilt angle)을 추정하는 제3차단계;
주어진 방위에 따른 연간 태양에너지수확량은 태양패널 경사각의 함수로 표시되며, 최대값을 얻을 수 있는 최적경사각의 검색범위는 적용지역의 위도(Latitude)에서 지구자전축기울기(Earth's obliquity)를 감한(Subtraction) 값과 가한(Addition) 값 사이이다. 상기 지구자전축기울기는 약 23.5도로서 북위 35.5도의 지역의 경우, 예를 들어서, 연간 태양에너지수확량을 기대할 수 있는 태양패널의 최적경사각은 12도와 59도 사이에 있다.
(4) 상기 제3차단계의 추정 최적경사각에서 상기 태양공작물 입지의 지리적 좌표, 태양에너지자원, 태양에너지가격, 태양에너지시스템의 사양(형상, 용량과 성능)에 따른 단위 경사면에서 연간 총 태양에너지편익(태양광발전량 및/또는 태양열집열량에 의한 수익)을 계산하는 제4차단계;
어느 특정 방향과 경사각의 태양패널에서 상기 태양에너지편익은 이를 통한 태양에너지수확량과 에너지단가의 곱(Multiplication)으로 표시되고, 상기 태양에너지수확량과 에너지단가는 연중 시간의 함수로 나타나므로 연간 총량은 연중 시간별 계산결과를 모두 적산한 값이 된다. 상기 태양에너지수확량은 태양패널의 에너지성능(Energy performance)과 기상자료(Meteorological data)에 따라 정해지며, 상기 에너지단가는 계절별 및/또는 시간별로 시장에서 정해진다. 상기 기상자료로는 전형적기상연도(TMY: Typical Meteorological Year)의 시간별 자료(Hourly data) 등이 활용된다.
(5) 상기 제3차단계의 검색범위 내에서 다른 다수의 추정 경사각을 상기 연간 총 태양에너지편익(
: Solar energy benefit, 약칭 ‘태양편익’)을 계산하는 상기 제4차단계를 수차 적용하여 얻은 결과를 상호 비교분석하여 최대 태양편익을 찾는 알고리즘(Searching algorithm)을 통하여 상기 하방 경사면 각각의 최적경사각을 최종적으로 구하여 상기 적용경사각을 확정하는 제5차단계.
에너지시장에서 결정되는 에너지단가가 연중 일정하다면 연간 최대 태양에너지수확량을 기대할 수 있는 태양패널의 최적경사각에서 연간 최대 태양에너지편익도 기대할 수 있다. 이 경우 태양패널의 최적경사각은 일반적으로 적용지역의 위도 값보다 적은 값에서 산정된다. 이는 일조시간이 동절기보다 하절기가 길기 때문이다. 그렇지만 지역에 따른 열대기후, 건조기후, 온대기후, 냉대기후, 한대기후 및 고산기후의 특성에 의하여 일조시간의 계절별 분포가 다를 수 있고, 이들 기후의 구분은 반드시 위도에 따라 정해지지 않으므로 적용지역의 실제 기상자료를 토대로 태양패널의 최적경사각을 구하여야 한다.
상기 태양패널의 최적경사각은 해당지역의 에너지시장과 기상조건을 적용하여 상기 검색범위 내에서 다수의 경사각 별로 계산된 태양에너지편익을 상호 비교분석하여 최대 태양편익을 찾는 알고리즘(Searching algorithm)을 통하여 구하게 된다. 상기 태양편익은 태양패널 경사각의 함수로 표시되지만 다른 다양한 변수를 포함하고 있고 독립변수의 최대값인 종속변수 값, 즉 종속변수에 의한 독립변수의 편미분 값이 0인 독립변수의 값을 찾는 것이므로 이는 수치해석법(Numerical methods)에서 통용되는 근찾기(Finding Roots) 해법이 적용될 수 있다.
태양공작물의 경사(지붕)면에서 태양편익함수는 
또는 단순히 
와 같은 관계식으로, 그리고 이 함수의 독립변수 
에 의한 편미분함수는 
로 표시되며, 여기서 태양공작물의 입지여건으로 
, 상기 경사면에 설정된 방위각으로 
, 수평면과 이루는 예각의 면각인 경사각으로 
를 독립변수로 한다. 상기 입지여건, 
는 태양공작물 설치장소의 지리적 좌표, 태양에너지자원, 태양에너지가격, 태양에너지시스템의 용량 및 성능 등 상기 경사면의 방위, 
와 경사각, 
를 제외한 모든 독립변수를 포함한다. 상기 태양편익함수에서 입지여건, 
와 경사면 방위, 
는 주어진 고정된 독립변수(상수)로 취급된다. 상기 편미분함수는 이산수학(Discrete mathematics)에서 
와 같이 표시될 수 있다.
상기 경사면에 적용되는 태양편익함수에서 경사각, 
에 대한 최대 태양에너지편익은 
와 같이 표시되고, 여기서 
는 최적경사각이고, 이는 
와 같은 상기 편미분함수의 영점을 근사하는 방정식으로부터 최적경사각을 구한다.
상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면은 복수의 건물 사이나 옥상 내 돌출구조물 또는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’) 내측으로 오목한(Concave) 부위를 가로질러 그 양변 또는 꼭짓점 사이를 연결하여 건물평면 밖으로 확장되고, 이에 더하여 상기 경사면의 최적경사각을 구하는 단계에서 하기 단계들을 포함한 알고리즘으로 이루어지는 공정에 따라 정해진다.
상기 태양편익함수 
에서 상기 최적경사각 
외에 임의경사각 
과 
의 독립변수를 우선 할당한다.
(1) 독립변수인 경사각 
의 초기값을 추정하는 제1차단계;
상기 최적경사각을 구하기 위하여 추정되는 임의의 초기값은 상기 검색범위 내에서 어떤 값을 취하더라도 무난하다. 예를 들어서 적용지역의 위도 값을 상기 경사각 
의 초기값으로 줄 수 있다.
(2) 상기 경사각 
으로 종속변수인 태양편익 
, 
와 
을 구하는 제2차단계;
상기 
의 초기값에 1도를 감하고 가하여 
와 
을 정하고 이들 값에 대응하는 태양편익 값 
, 
과 
을 구한다.
(3) 상기 제2차단계에서 구한 인접한 태양편익의 차이(미분)인 
와 
을 구하는 제3차단계;
주어진 경사각 
을 중심으로 양측의 1도 등간격에서 두 태양편익미분 
과 
을 구한다.
(4) 상기 제3차단계로부터 최적경사각에 근접한 값인 
을 구하는 제4차단계;
상기 태양편익미분 
과 
은 각각 경사각 
과 
에 대한 값이고 이들 두 좌표로부터 최적경사각에 근접한 값 
을 구한다.
(5) 상기 제4차단계에서 새롭게 구한 경사각의 증분조건 
을 고려하여 하기 공정을 수행하는 제5차단계:
(a) 상기 증분조건이 충족될 경우 최적경사각을 
으로 추정하여 이 공정을 마무리하는 제5.1차단계;
(b) 상기 증분조건이 충족되지 않을 경우 
와 같이 재설정하고 제2차단계부터 이 공정을 다시 수행하도록 하는 제5.2차단계.
새롭게 구한 상기 최적경사각에 근접한 값 
과 이전 추정경사각 
을 비교하여 그 차이가 1도 미만일 경우 최적경사각으로 
와 같이 추정하지만, 그러하지 않을 경우 추정경사각을 
와 같이 재설정하여 상기 제2차단계부터 반복적으로 상기 공정을 수행한다.
상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’) 위에, 그리고 하나 이상의 수평면 및/또는 경사면을 포함하는 상기 지붕 직하에 유용한 내부공간(약칭 ‘내부공간‘)이 만들어지며, 상기 경사면은 주어진 방위에 따라 상기 연간 최대 태양에너지편익 산정 알고리즘으로 정해지는 최적경사각을 갖는다.
전술한 근찾기 해법이 용이하게 적용되기 위해서는 주어진 검색범위 내 근이 존재하고 그 근의 수는 하나이면서 중복되지 않는다는 증명된 정리(Theorem)에 기초하는 것이 바람직하다. 상기 검색범위 내에서, 태양에너지가격이 일정할 경우 경험적으로, 상기 종속변수 태양편익은 독립변수 경사각의 실수함수(Real-valued function)로서 위로 볼록함수(Concave function)인 이차함수(Quadratic function)와 매우 유사하게 나타나고 최대 태양편익은 이 검색범위 내 한 점에서 하나가 존재하며, 상기 태양편익에 대한 상기 경사각의 일차 편미분함수는 0(Zero)을 지나고 일정 기울기를 갖는 일차함수(Linear function)와 거의 동일한 단조함수(Monotonic function)로서 강한 감소함수(Strictly decreasing function)로 나타난다.
본 발명은 상기 편미분함수가 강한 감소함수인 점에 기초하여 상기 제1차단계로 상기 검색범위 내에서 최적경사각으로 임의의 
을 정하고 상기 제2차단계 계산공정으로서 이에 대응되는 태양편익 
을 구하며, 상기 
에서 
의 
과 
을 설정하여 
와 
을 구하고, 이산수학의 적용으로 ｛
,
,
｝의 세 좌표값으로부터 두 편미분 값을 다시 구하여 최적값에 근접한 다음 경사각을 순차적으로 계산하는 것으로 이는 상기 실수함수의 영점을 근사하는 뉴턴법(Newton's method) 또는 할선법(Secant method)의 일환이다.
상기 제3차단계에서 상기 두 편미분 값은 
와 
이고 이 편미분함수의 두 좌표값은 ｛
,
｝이므로, 제4차단계에서 이 두 점을 지나는 직선함수가 0인 좌표의 경사각은 
와 같이 계산된다. 상기 경사각 
는 구하고자 하는 목표의 최적경사각에 접근하는 값으로서, 이 전에 정해지거나 구한 경사각 
과 비교하여 인접할 경우는 상기 목표에 근접한 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라 제4차단계에서 
과 
의 차이가 1 이하일 경우인 
조건에서 
이 
에 근사한 최적경사각으로 계산을 종료하고, 그러하지 않은 조건에서는 
을 상기 
으로 다시 책정하고 상기 제2차단계 계산공정부터 다시 수행한다.
상기 태양가대는 가대보파샤(Facia for rack beam: 약칭 ‘가대파샤’)를 더 포함하고, 상기 가대파샤는 상기 가대보와 유사한 주부재로서, 인접한 가대보 끝을 <가대보-파샤>연결수단(Rack beam-facia connection means)으로 고정하여 상기 태양가대를 평면적으로 일체화한다.
상기 외장골조는 지붕보파샤(Facia for roof beam: 약칭 ‘지붕파샤’), 보강보(Reinforcement beam), 가새(Brace) 또는 도리(Purlin)를 더 포함하고, 상기 지붕파샤는 상기 지붕보와 유사한 주부재로서, 인접한 지붕보 끝을 <지붕보-파샤>연결수단(Roof beam-facia connection means)으로 고정하며, 상기 보강보와 가새는 상기 지붕보 또는 기둥과 유사한 주부재로서, 상기 포털프레임의 지붕보와 지붕보 또는 지붕보와 기둥 사이를 플러시프레이밍(Flush framing: 접합하기) 형식으로 각각 <주부재>접합연결수단(Beam-beam junction connection means)과 <가새>연결수단(Brace-column & brace-beam connection means)으로 고정하고, 상기 도리는 상기 장대형부재인 주부재로서, 상기 포털프레임의 기둥 사이를 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기) 형식의 <기둥-도리>연결수단(Column-purlin connection means)으로 고정한다.
상기 도리는 기둥의 일정 높이에서 그 사이를 계층화프레이밍 형식으로 수평으로 연결하고, 상기 보강보는 지붕보와 같은 높이에서 지붕보 사이를 플러시프레이밍형식으로 연결하여 고정하는 것으로 한다. 물론 상기 도리 대신에 같은 높이에서 기둥 사이에 보강보를 배치하여 플러시프레이밍 형식으로 연결함으로써 상기 외장골조를 강화할 수 있다. 본 발명에서는 편의상 도리는 계층화프레이밍 형식이, 그리고 보강보는 플러시프레이밍형식이 적용된 것으로 구분한다.
상기 가대파샤와 지붕파샤가 형성하는 상기 다각평면의 꼭짓점(Vertex/conner)과 상기 혼보프레임의 혼보는 <주부재>이음연결수단(Beam-beam joint connection means)으로 고정된다.
상기 태양공작물은 상기 태양가대와 외장골조의 주자재인 가대보와 가대파샤, 지붕보와 지붕파샤, 지붕보와 가대보, 기둥과 도리, 지붕보와 기둥, 기둥과 지붕보 사이의 가새, 그리고 두 주부재의 접합이나 길이방향으로의 이음을 위한 연결수단으로 용접(Welding), 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)에 의한 직접체결 또는 브라켓(Bracket)을 부가한 간접체결로 고정되어 완성된다.
즉, 상기 <가대보-파샤>연결수단, <지붕보-파샤>연결수단, <주부재>접합연결수단, <가새>연결수단, <기둥-도리>연결수단과 <주부재>이음연결수단은 용접, 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결 또는 브라켓(Bracket)을 부가한 간접체결을 포함한다.
상기 주부재는 재료, 공정 및 형상과 관련한 하기의 특징을 포함하고, 상기 주부재의 재료는 금속, 합성수지 및 복합재료를 포함하며, 상기 주부재의 성형공정은 냉간 또는 열간 압연성형공정(Roll forming process), 압출성형공정(Extrusion process), 인발성형공정(Pultrusion process) 및 복합재료성형공정(Composite material manufacturing process)을 포함하고, 상기 주부재의 단면형상은 ㄷ형(Channels), ㅁ형, H형 및 I형을 포함하며, 상기 주부재는 단일한 상기 단면형상으로 형성되거나, 혼합된 상기 단면형상을 갖는 수평재, 경사재와 연직재를 포함하고, 상기 단면형상에 ㄱ형(Angles) 및 T형을 더 포함하고, 둘 이상의 상기 주부재를 용접(Welding)이나 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)로 병합하여 형성되는 복합적 부재를 포함한다.
상기 주부재의 끝(End)은 길이방향(Longitudinal direction)에 대하여 수직인 횡단면방향(Cross-sectional direction)으로 재단(Cutting)되고, 이는 길이방향(Longitudinal direction)으로 일정길이를 갖거나 일정한 부위에서 <주부재>이음연결수단(Main member joint connection means)으로 조립되어 하나의 장대형부재를 형성하며, 상기 일정한 부위를 기준으로 상기 주부재는 상기 다각평면 또는 상기 내부공간의 횡단면 상에서 직선(Straight line)으로 연결되거나, 반직선(Half-line)을 형성하여 일정 각도(180도 이하)의 코너(Conner)를 가진다.
상기 주부재는 장방형단면(Rectangular section)의 곡면형 단면형상을 더 포함하고, 상기 장방형단면은 한 장변과 두 단변을 포함하며, 상기 장변 측을 배면(Backside)으로 두고, 그 양측에 상기 단변이 직각으로 각각 돌출되도록 절곡되어 두 측면(Flanks)을 형성하고, 이에 따라 상기 장방형단면은 ㄷ형이 되며, 상기 두 단변 끝에는 각각 플랜지(Flange)와 마감(End)을 포함하고, 상기 플랜지는 상기 단변 끝에서 직각으로 장변과 평행되게 절곡되며, 이에 따라 상기 장방형단면은 다시 C형상(Channel)이 되고, 상기 마감은 상기 플랜지 끝에서 다시 직각으로 내측으로 절곡되어 정면(Frontal side)을 형성하며, 상기 장변, 단변, 플랜지와 마감 사이를 이루는 모서리는 일정 곡률반경을 가진 둥근 형상을 포함하고, 상기 장변은 내측으로 깊이가 다른 두 쌍의 볼록한 곡부(Convex)를 포함하며, 상기 곡부는 깊이가 작은 소곡부와 깊이가 큰 대곡부을 포함하고, 상기 소곡부와 대곡부는 일정 간격을 두고 상기 장변 끝에서 내측으로 각각 양측에 대칭적(Symmetrical)으로 형성되어 상기 장방형단면 내측으로 볼록한 곡면형 단면형상이 된다.
상기 특정한 장방형단면의 형상은 모재(Base material)인 평코일(Flat coil)로부터 상기 압연성형공정으로 성형되어 조립식 건축용 주부재(약칭 ‘롤형재: Roll formed products’)로 활용되며, 상기 롤형재는 특히 조립식 경량철골시스템(Light gauge steel framed system), LEB시스템(Lightweight pre-Engineered Building Systems) 또는 QEB시스템(Quick pre-Engineered Building systems)에 주로 적용된다.
상기 LEB시스템에 적용되는 주부재인 롤형재(약칭 ‘LEB롤형재’)는 구체적으로, 두께 1.6, 2.0, 2.3 및 3.0mm의 평코일로부터 장방형단면형상으로 성형되며, 단면형상의 장변(웹: Web)은 220, 250 및 300mm가 있고 단변(플랜지: Flange)은 65mm로 동일하며, 상기 장변 양측에 상기 단변이 직각으로 형성되며, 상기 단변의 양끝에는 18mm 높이의 리프(Lip)가 장변과 평행되게 직각으로 형성되고, 상기 리프의 일단은 다시 직각으로 내측으로 12mm 깊이의 마감(End)을 가지며, 상기 장변, 단변, 리프와 마감이 이루는 모서리는 일정한 곡률반경(외측 기준 약 6.0mm)을 가진 둥근형상이며, 상기 장변은 내측으로 높이가 다른 두 쌍의 볼록한 곡부(Convex)를 포함하며, 소곡부(깊이 약 2.3mm)는 약 22.5mm 정도, 그리고 대곡부(깊이 약 10.1mm)는 약 82.9mm 정도 상기 장변 끝에서 내측으로 각각 양측에 대칭적(Symmetrical)으로 형성되어 상기 장방형단면 내측으로 볼록한 곡면형 단면형상이 된다.
상기 <가대보-파샤>연결수단(Rack beam-facia connection means), <지붕보-파샤>연결수단(Beam-facia connection means), <주부재>접합연결수단(Beam-beam junction connection means), <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means), <기둥-도리>연결수단(Column-purlin connection means), <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means), <가새>연결수단(Brace-column & brace-beam connection means) 및 <주부재>이음연결수단(Main member joint connection means)은 각각 상응하는 두 주부재인 가대보와 가대파샤의 연결, 지붕보와 지붕파샤의 연결, 주부재와 주부재의 접합연결, 가대보와 지붕보의 중첩연결, 기둥과 도리의 연결, 기둥과 지붕보의 직접연결, 기둥과 지붕보 사이 가새연결 그리고 주부재와 주부재의 이음연결을 위한 수단으로 용접이나 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결을 포함한다.
상기 주부재의 연결에서 복수의 접합부위가 겹치거나 인접한 위치에 적용되는 연결수단은 <통합>연결수단을 포함하고, 상기 <통합>연결수단은 상기 연결수단(<가대보-파샤>, <지붕보-파샤>, <보-보>, <기둥-도리>, <기둥-보>, <가새> 및 <주부재> 관련) 가운데 적용되는 복수의 연결수단이 하나로 병합된다.
상기 <통합>연결수단은 예를 들어서, <가대보-파샤>연결수단과 <주부재>이음연결수단이 적용되는 인접한 두 연결부위, 또는 이에 <지붕보-파샤>연결수단이 더해진 세 연결부위의 병합 등에 같은 이름인 <통합>연결수단으로 불린다.
상기 연결수단을 통한 주부재 다수로 건설구조물의 평면을 형성하는 형식으로 플러시프레이밍(Flush framing: : 접합하기)과 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기)을 들 수 있으며, 상기 플러시프레이밍은 주부재로 형성되는 평면이 동일한 높이로 유지되도록 하면서 다른 주부재를 고정하는 것이고, 상기 계층화프레이밍은 한 평면상의 주부재에 다른 주부재를 덧대어 다른 평면이 형성되는 것을 허용하면서 고정하는 것이다.
또한 연결수단을 통한 주부재 다수로 골조 자체를 형성하는 형식으로 플랫폼프레이밍(Platform Framing) 및 발룬프레이밍(Balloon framing)을 포함하며, 상기 플랫폼프레이밍은 한정된 길이의 주부재로 일정 높이 또는 길이의 골조를 형성하고 그 위나 옆에 다시 일정길이의 주부재를 이어 붙여 골조를 형성하는 것이며, 상기 발룬프레이밍은 장대형부재인 주부재 하나를 길게 적용하여 수평적 또는 수직적 골조를 형성하는 것이며, 이에 따라, 상기 플랫폼프레이밍은 주로 플러시프레이밍 형식이 적용되고, 상기 발룬프레이밍은 주로 계층화프레이밍 형식이 적용된다.
상기 건축구조물은 중구조(Heavy framing)와 경구조(Light framing)를 포함하고, 상기 중구조는 적은 수의 중량물 연직재인 기둥을 두는 목재프레이밍(Timber framing), 기둥건물프레이밍(Pole building framing) 및 중철프레이밍(Heavy-steel framing)을 포함하며, 상기 경구조는 경철프레이밍(Light-steel framing)을 포함하고 보다 많은 수의 경량물 연직재인 기둥을 두는 상기 발룬프레이밍 및/또는 플랫폼프레이밍이 적용된다.
상기 <가대보-파샤>연결수단, <지붕보-파샤>연결수단, <주부재>접합연결수단 및 <주부재>이음연결수단에는 상기 플러시프레이밍형식이 적용되고, 상기 <보-보>중첩연결수단과 <기둥-도리>연결수단에는 상기 계층화프레이밍 형식이 적용되며, 또한 <기둥-보>연결수단과 <가새>연결수단에는 플랫폼프레이밍 형식이나 발룬프레이밍 형식 모두가 적용된다.
상기 <주부재>이음연결수단은 주부재를 길이방향으로 직선(Straight line) 또는 사선｛Ray 또는 반직선(Half-line)｝으로 고정하는 것으로 골조의 조립을 위한 플랫폼프레이밍 및 발룬프레이밍의 형식이 적용되며, 상기 사선의 경우 하나의 꼭짓점(Vertex)을 가지는 코너(Conner)를 형성한다.
상기 연결수단 모두는 두 주부재의 연결부위에 브라켓(Bracket)을 부가하여 용접(Welding)이나 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)에 의한 간접체결을 더 포함하고, 상기 브라켓은 상기 주부재의 연결부위에 부착되는 형상으로 형성되고, 상기 연결부위는 주부재 간 접촉 지점의 어느 한 면을 포함하고, 상기 브라켓의 형성수단은 주조(Casting processing), 프레스가공(Press processing), 판금가공(sheet metal processing) 및 복합재가공(Composite material processing)을 포함하고, 상기 판금가공은 절단(Shearing), 절곡(Bending) 및 용접(Welding)의 성형수단(Forming means)을 포함한다.
상기 브라켓은 한 장의 판으로 형성되는 판형브라켓(Plate type bracket)을 포함하고, 상기 판금가공에 의하여 단일브라켓(Single bracket), 다중브라켓(Multiple bracket) 및 병합브라켓(Combined bracket)의 형식을 포함하며, 상기 단일브라켓은 하나(One piece)로 형성되어 상기 연결부위 한 지점에 적용되고, 상기 다중브라켓은 둘 이상(More than and equal to two pieces)으로 형성되어 상기 연결부위 한 지점에 함께 적용되며, 상기 병합브라켓은 인접한 상기 연결부위가 둘 이상이거나 연결부위를 지나는 주부재가 셋 이상인 지점에 이에 상응한 브라켓의 형상을 병합하여 단일브라켓 또는 다중브라켓(Multiple bracket)의 형식을 선택하여 상기 연결부위에 일체로 적용된다.
상기 다중브라켓은 연결부위 한 지점에 다수의 판형브라켓을 겹쳐 또는 연이어 붙여 적용되는 것으로 둘(Two pieces)로 된 것은 이중브라켓(Double bracket), 그리고 셋(Three pieces)으로 된 것은 삼중브라켓(Triple bracket)이라 한다. 그 이상도 있을 수 있고, 본 발명의 실시예에서는 사중브라켓까지 보여준다. 인접한 다수의 연결부위에 적용되는 상기 병합브라켓은 특성상 다중브라켓이 되는 것이 일반적이다.
상기 판형브라켓은 상기 연결부위의 형상에 따라 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡(Bending)하여 형성하고 상기 주부재의 간접체결에 적용되며, 상기 판형브라켓은 장방형단면 형상의 주부재 측면인 배면(일반적으로 상기 장방형단면의 장변을 포함하는 평면)에 붙여 고정하는 입면브라켓과 주부재 위 또는 아래의 상면 또는 하면(일반적으로 상기 장방형단면의 단변을 포함하는 평면)에 붙여 고정하는 평면브라켓을 포함하고, 상기 입면브라켓은 상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면에 대하여 수직 또는 연직 방향으로, 그리고 상기 평면브라켓은 상기 다각평면과 평행된 방향으로 부착하여 적용된다.
상기 외장골조와 태양가대는 원칙적으로 본 발명의 실시를 위한 형태 중 최선의 형태로 수직(연직)하중에 대응되도록 주부재의 장방형단면을 세워서 그 장변은 수직방향으로, 그리고 그 단변은 수평방향으로 배치하여 설계되고 조립된다. 이에 따라 상기 입면브라켓은 주부재의 상기 장변에, 그리고 상기 평면브라켓은 상기 단변에 밀착하여 적용된다.
상기 연결수단 모두는 상기 입면브라켓을 기본적으로 포함하지만, 상기 <기둥-보>연결수단과 <기둥-도리>연결수단을 제외한 상기 다각평면과 평행된 부위에 적용되는 나머지 연결수단은 평면브라켓을 더 포함하고, 상기 입면브라켓과 평면브라켓은 두 형식을 함께 또는 둘 중에 하나를 선택적으로 적용한다.
상기 판형브라켓의 형상요소로 접촉점(Contact point), 접촉선(Contact line), 종단선(End line), 접촉각(Contact angle) 및 접촉판(Contact plate)을 포함하고, 상기 접촉판은 주부재의 접촉부위와 접하는 면과 이 면이 확장되어 하나의 평면(Plane)으로서 접촉면을 형성하고, 상기 접촉면은 삼각면(Triangular plane), 이등변삼각면(Isosceles triangular plane) 및 직사각면(Rectangular plane)의 형상요소를 포함한다.
상기 접촉면이 접하는 주부재 표면은 접촉부위의 위치에 따라 접배면(Back contact plane), 접상면(Upper contact plane)과 접하면(Lower contact plane)으로 구분되며, 상기 접배면은 주부재 배면 폭 길이의 한 변(일반적으로, 주부재 장방형단면의 장변으로 된 종단선)과 이에 상응하는 일정길이의 다른 변으로 구성되는 직사각면이 되고, 접상면(또는 접하면)은 각각 주부재 상면(또는 하면) 폭 길이의 한 변(일반적으로, 주부재 장방형단면의 단변으로 된 종단선)과 이에 상응하는 일정길이의 다른 변으로 구성되는 직사각면이 된다.
상기 접촉점은 두 주부재의 접촉면이 교차하는 점이고, 상기 접촉선은 두 주부재의 접촉면이 교차하는 직선축으로 수직접촉선(Perpendicular contact line)과 수평접촉선(Horizontal contact line)으로 구분되고, 상기 수직접촉선은 기둥의 길이방향이나 상기 다각평면과 수직방향으로, 그리고 수평접촉선은 상기 다각평면과 평행방향으로 정해지며, 상기 종단선은 주부재 일단의 상기 접촉면 끝에 형성되는 선으로서 상기 접촉점을 포함하고 상기 접촉선과 공유되기도 하며, 상기 접촉각은 두 주부재의 접촉면이 교차하는면각으로 상기 접촉선을 모서리로 하여 형성되거나, 상기 접촉점을 꼭짓점으로 하고 두 주부재 끝의 각 종단선 사이의 각도로 형성되며, 한 측의 예각(Acute contact angle)과 다른 측의 둔각(Obtuse contact angle)으로 구성된다.
상기 평면브라켓은 상기 접촉선을 중심에 두고 주부재의 상면(또는 하면)을 덮는 직사각면의 상기 접상면(또는 접하면)을 형성하며 외곽 꼭짓점을 연결하여 경사변을 갖는 삼각면(Triangular plane) 또는 직삼각면(Right angular plane)이 부가되고, 상기 입면브라켓은 상기 접촉선을 기준으로 일정길이로 주부재의 측면을 덮는 직사각면의 상기 접배면을 형성하며 돌출된 접배면 상에서 경사변을 갖는 직삼각면이 부가된다.
상기 입면브라켓에 적용되는 절곡은 곡률반경을 갖는 둥근모서리가 되는 것을 포함하고, 상기 입면브라켓은 상기 예각 또는 둔각의 접촉각을 기준으로 각각 형성한 단일브라켓의 형식으로 형성되어 그 중 하나를 적용하거나, 그 둘을 겹쳐 이중브라켓의 방식으로 적용한다.
이에 따라 주부재의 연결부위에 적용되는, 상기 <가대보-파샤>연결수단은 <가대보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for rack beam-facia connection: 통칭 ‘<가대보-파샤>브라켓)을 포함하고, 이는 <가대보-파샤>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>입면브라켓)과 <가대보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>평면브라켓)을 포함한다.
상기 <지붕보-파샤>연결수단은 <지붕보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for roof beam-facia connection: 통칭 ‘<지붕보-파샤>입면브라켓)을 포함하고, 이는 <지붕보-파샤>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>입면브라켓)과 <지붕보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>평면브라켓)을 포함한다.
상기 <주부재>접합연결수단은 <주부재>접합연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam junction connection: 통칭 ‘<주부재>접합브라켓’)을 포함하고, 이는 <주부재>접합연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합입면브라켓’)과 <주부재>접합연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합평면브라켓’)을 포함한다.
상기 <보-보>중첩연결수단은 <보-보>중첩연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam superposition connection: 통칭 ‘<보-보>입면브라켓’)을 포함하고, 이는 <보-보>중첩연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입면브라켓’)과 <보-보>중첩연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>평면브라켓’)을 포함한다.
상기 <기둥-도리>연결수단은 <기둥-도리>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-purlin connection: 약칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)을 포함하고, 상기 <기둥-보>연결수단은 <기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)을 포함한다.
상기 <가새>연결수단은 <가새>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace connection: 통칭 ‘<가새>브라켓’)을 포함하고, 이는 <가새-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-beam connection: 약칭 ‘<가새-보>브라켓’)과 <가새-기둥>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-column connection: 약칭 ‘<가새-기둥>브라켓’)을 포함한다.
상기 <주부재>이음연결수단은 <주부재>이음연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam joint connection: 통칭 ‘<주부재>이음브라켓’)을 포함하고, 이는 <주부재>이음연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음입면브라켓’)과 <주부재>이음연결판형평면브라켓(Plane bracket for Beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음평면브라켓’)을 포함한다.
상기 <통합>연결수단은 <통합>연결판형브라켓(Plate type bracket for combined connection: 통칭 ‘<통합>브라켓’)을 포함하고, 이는 <통합>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>입면브라켓’)과 <통합>연결판형평면브라켓(Plane bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>평면브라켓’)을 포함한다.
상기 <가대보-파샤>브라켓은 상기 플러시프레이밍 방식으로 일차부재인 가대파샤의 한 중간부위에 이차부재인 가대보 끝의 연결에 적용되는 것으로, 상기 <가대보-파샤>입면브라켓은 상기 접촉선을 경계로 절곡되어 붙어 있는 두 직사각면을 포함하고, 하나(약칭 ‘일차사각면’)는 일차부재 한 측 배면에, 다른 하나(약칭 ‘이차사각면’)는 이차부재의 끝 배면에 상기 종단선을 포함하여 각각 형성되고, 상기 접촉선(상기 이차사각면의 종단선과 공유)을 기준으로 상기 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되며, 상기 두 단일브라켓은 상기 일차사각면을 같은 평면에 두고 다른 상기 이차사각면을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성된다.
또한, 상기 <가대보-파샤>평면브라켓은 상기 일차부재와 이차부재의 접촉부위 접상면 내 직사각면을 포함하고, 이들 직사각면의 외곽 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 형성된다.
상기 가대파샤가 지붕파샤, 지붕보 또는 보강보 위에 겹쳐 일렬로 놓인 일체화 구조의 통합파샤에서 가대보의 연결을 위한 상기 <가대보-파샤>입면브라켓은 단일브라켓과 이중브라켓의 형식을 포함하며, 상기 단일브라켓으로서 상기 일차사각면은 상기 가대파샤의 접촉부위 상하 상기 통합파샤 두 배면을 포함하여 아래로 확장되어 형성되고, 상기 이차사각면은 상기 확장된 일차사각면의 상기 접촉선을 지나는 꼭짓점과 상기 접촉선(또는 상기 이차사각면의 종단선)에서 떨어진 쪽(Far side)의 상기 이차사각면의 한 꼭짓점이 연결된 경사변을 포함하는 직삼각면이 부가되어 형성되며, 상기 두 단일브라켓형식의 <가대보-파샤>입면브라켓은 둘 중 하나를 적용하거나 또는 둘 모두를 상기와 같은 방식으로 병합하여 상기 이중브라켓 형식으로 적용된다.
상기 두 단일브라켓 형식 중 하나로 만들어지는 <가대보-파샤>입면브라켓은 상기 일차사각면이 아래로 확장되고, 상기 접촉선을 지나 두 배 옆으로 확장되어 형성된다.
상기 <가대보-파샤>입면브라켓과 <가대보-파샤>평면브라켓은 함께 또는 두 형식 중 하나를 선택적으로 적용하여 주부재의 연결부위를 고정한다.
상기 <지붕보-파샤>브라켓은 상기 플러시프레이밍 방식으로 일차부재인 지붕파샤의 한 중간부위에 이차부재인 지붕보 끝의 연결에 적용되는 것으로, 상기 <지붕보-파샤>입면브라켓은 상기 접촉선을 경계로 절곡되어 붙어 있는 두 직사각면을 포함하고, 하나(약칭 ‘일차사각면’)는 일차부재 한 측 배면에, 다른 하나(약칭 ‘이차사각면’)는 이차부재의 끝 배면에 상기 종단선을 포함하여 각각 형성되고, 상기 접촉선(상기 이차사각면의 종단선과 공유)을 기준으로 상기 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되며, 상기 두 단일브라켓은 상기 일차사각면을 같은 평면에 두고 다른 상기 이차사각면을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성된다.
또한, 상기 <지붕보-파샤>평면브라켓은 상기 일차부재와 이차부재의 접촉부위 접하면 내 직사각면을 포함하고, 이들 직사각면의 외곽 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 형성된다.
상기 가대파샤가 지붕파샤, 지붕보 또는 보강보 위에 겹쳐 일렬로 놓인 일체화 구조의 통합파샤에서 지붕보의 연결을 위한 상기 <지붕보-파샤>입면브라켓은 단일브라켓과 이중브라켓의 형식을 포함하며, 상기 단일브라켓으로서 상기 일차사각면은 상기 지붕파샤의 접촉부위 상하 상기 통합파샤 두 배면을 포함하여 위로 확장되어 형성되고, 상기 이차사각면은 상기 확장된 일차사각면의 상기 접촉선을 지나는 꼭짓점과 상기 접촉선(또는 상기 이차사각면의 종단선)에서 떨어진 쪽(Far side)의 상기 이차사각면의 한 꼭짓점이 연결된 경사변을 포함하는 직삼각면이 부가되어 형성되며, 상기 두 단일브라켓형식의 <지붕보-파샤>입면브라켓은 둘 중 하나를 적용하거나 또는 둘 모두를 상기와 같은 방식으로 병합하여 상기 이중브라켓 형식으로 적용된다.
상기 두 단일브라켓 형식 중 하나로 만들어지는 <지붕보-파샤>입면브라켓은 상기 일차사각면이 위로 확장되고, 상기 접촉선을 지나 두 배 옆으로 확장되어 형성된다.
상기 <지붕보-파샤>입면브라켓과 <지붕보-파샤>평면브라켓은 함께 또는 두 형식 중 하나를 선택적으로 적용하여 주부재의 연결부위를 고정한다.
상기 <주부재>접합브라켓은 상기 플러시프레이밍 방식으로 일차부재인 지붕보의 한 중간부위에 이차부재인 보강보 끝의 연결에 적용되는 것으로, 상기 <주부재>접합입면브라켓은 상기 접촉선을 경계로 절곡되어 붙어 있는 두 직사각면을 포함하고, 하나(약칭 ‘일차사각면’)는 일차부재 한 측 배면에, 다른 하나(약칭 ‘이차사각면’)는 이차부재의 끝 배면에 상기 종단선을 포함하여 각각 형성되고, 상기 접촉선(상기 이차사각면의 종단선과 공유)을 기준으로 상기 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되며, 상기 두 단일브라켓은 상기 일차사각면을 같은 평면에 두고 다른 상기 이차사각면을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성된다.
또한, 상기 <주부재>접합평면브라켓은 상기 일차부재와 이차부재의 접촉부위 접상면과 접하면 내 각각의 직사각면을 포함하고, 이들 직사각면의 외곽 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 형성된다.
상기 <주부재>접합입면브라켓과 <주부재>접합평면브라켓은 함께 또는 두 형식 중 하나를 선택적으로 적용하여 주부재의 연결부위를 고정한다.
상기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓 및 <주부재>접합브라켓은 모두 입면브라켓과 평면브라켓을 함께 또는 두 형식 중 하나를 선택적으로 적용하여 주부재의 연결부위를 고정한다.
상기 <보-보>브라켓은 상기 계층화프레이밍 방식으로 지붕보 등으로 된 일차부재 위에 가대보 등으로 된 이차부재를 교차하여 얹은 어느 한 접촉부위에서의 연결에 적용되는 것으로, 상기 <보-보>입면브라켓은 상기 일차부재 배면에 상기 접촉점을 중심에 두고 양측으로 확장된 하나의 (긴)직사각면(약칭 ‘일차사각면’)을 포함하고, 상기 접촉점을 기준으로 한 측으로 확장된 상기 이차부재 한 측 배면에 다른 (짧은)직사각면(약칭 ‘이차사각면’)을 포함하며, 상기 접촉점을 지나고 일차사각면을 양분하는 접촉선에 존재하는 이차사각면의 꼭짓점부터 인근의 일차사각면의 꼭짓점까지 연결되어 경사변이 포함되는 직삼각면이 상기 일차사각면에 부가되어 다각평면이 되고, 상기 접촉선을 기준으로 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성된다.
상기 예각 및 둔각으로 절곡된 각각의 두 단일브라켓은 상기 다각평면을 이중으로 겹치고, 이차사각면을 같은 평면에 두어 이중브라켓이 형성된다.
또한, 상기 <보-보>평면브라켓은 일차부재와 이차부재가 접하는 평면에 위치하고, 이는 상기 접촉선을 기준으로 양측으로 일차부재의 상면과 이차부재의 하면에 각각 직사각면을 형성하고 인접한 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 완성된다.
상기 <보-보>입면브라켓과 <보-보>평면브라켓은 두 주부재의 한 접촉부위에서 둘 중에 하나를 선택적으로 사용하게 된다.
그리고 상기 <보-보>입체브라켓은 상기 접촉선을 중심축으로 두고 평면상에서 접촉점을 기준으로 점대칭(Point symmetry, 180도 회전)을 이루는 다중브라켓(이중브라켓)의 형식을 포함하고, 상기 일차부재와 이차부재 배면에 상기 접촉선을 중심으로 양측으로 확장된 각각의 직사각면(약칭 각각 ‘일차사각면’과 ‘이차사각면’)을 각각 두 겹으로 형성하며, 상기 일차부재의 상면(즉, 이차부재의 하면)에 상기 접촉점을 중심으로 상기 점대칭의 예각(또는 둔각)의 접촉각을 갖는 부채꼴 다각평면(약칭 ‘부채평면’)이 각각 병합되어 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 두개의 판형브라켓으로 형성되고, 상기 <보-보>평면브라켓 외형의 평면에서 상기 접촉점을 꼭짓점으로 하고 상기 접촉점에서 밖으로 확장되는 상기 일차사각면의 상변과 이차사각면의 하변으로 상기 꼭짓점을 공유하는 두 변과 상기 꼭지점에 대향하는 원호 형태의 다각변으로 상기 부채평면이 형성되며, 이 부채평면을 중앙에 두고 상기 일차사각면과 이차사각면이 한 평면으로 펼쳐 공유되는 면에서 상기 접촉점을 지나는 직선을 기준으로 양분하여 상기 일차사각면과 이차사각면은 각각 다각평면으로 변형되고 상기 일차사각면의 상변과 이차사각면의 하변을 기준으로 각각 절곡되어 이 이 완성된다.
입면브라켓의 형식으로 된 상기 <기둥-도리>브라켓은 상기 계층화프레이밍 방식으로 연직재인 기둥 등의 일차부재 옆구리(Frank: 장방형단면의 단변을 포함하는 평면)에 수평재인 도리 등의 이차부재 배면을 직각으로 붙여 어느 한 접촉부위에서의 연결에 적용되는 것으로, 상기 연직재와 수평재의 배면이 만나는 상기 접촉선을 기준으로 두 직사각면(Rectangular plane)을 포함하고, 하나는 일차부재 한 측 배면에 (약칭 ‘일차사각면’), 다른 하나는 이차부재의 한 측 배면에 (약칭 ‘이차사각면’) 각각 형성되며, 상기 일차사각면은 일차부재의 폭을 가로변으로 하고 일정길이의 세로변으로 형성되고, 상기 이차사각면은 이차부재의 폭을 세로변으로 하고 일정길이의 가로변으로 형성되며, 상기 일차사각면의 두 가로변은 일정 길이로 더 확장되고, 상기 접촉선 양측에서 인접한 일차사각면과 이차사각면의 두 꼭짓점을 연결하여 형성되는 경사변을 갖는 두 삼각면이 이차사각면에 부가되며, 상기 접촉선을 기준으로 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성된다.
두 상기 단일브라켓은 상기 일차사각면을 이중으로 겹치고 상기 이차사각면을 같은 평면에 두고 이중브라켓을 형성한다.
상기 <기둥-보>브라켓은 입면브라켓의 형식으로 형성되어 수평재 또는 경사재인 지붕보의 어느 한 부위를 연직재인 기둥으로 받쳐 연결하는 데 적용되는 것으로, 상기 기둥의 배면을 위로 연장하여 상기 지붕보 배면과 만나는 접촉점 또는 접촉선을 기준으로 기둥의 폭을 한 변(상기 판형브라켓의 형상요소인 종단선)으로 하고, 이 기둥의 끝으로부터 일정거리를 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘기둥사각면’)을 상기 기둥의 배면에 형성하고, 보의 폭을 한 변으로 하고, 상기 기둥의 배면과 상기 접촉선과 만나는 양단 또는 일단의 지점으로부터 바깥으로 일정거리 확장된 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘보사각면’)을 상기 지붕보의 배면에 형성하며, 상기 기둥사각면과 보사각면을 붙여서 상기 접촉점을 한 꼭짓점으로 하고 기둥의 배변을 위로 연장하여 생기는 직삼각면(약칭 ‘기둥삼각면’)을 부가하고, 보사각면 하단 꼭짓점으로부터 기둥의 배면 양측 또는 일측에 이등변삼각면을 더 부가하여 단일브라켓이 완성되며, 이 단일브라켓을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성되고, 상기 기둥사각면과 이에 부가되는 상기 기둥삼각면과 두 이등변삼각면은 한 평면을 형성하고, 이 평면은 상기 보사각면과 같은 평면 또는 일정한 접촉각을 형성한다.
상기 <가새>브라켓은 상기 <기둥-보>브라켓에 적용된 입면브라켓의 형식으로 형성되어 수평재 또는 경사재인 지붕보와 연직재인 기둥의 연결부위를 삼각형(Triangle)의 한 꼭짓점으로 두고 맞은편의 한 변으로 경사재인 가새(Brace)를 지지멤버로 하여 그 양단의 한 끝을 지붕보에, 그리고 다른 끝은 기둥에 붙여 고정함에 있어서 상기 삼각형의 나머지 두 꼭짓점 지지수단에 적용되는 것으로, 상기 <가새-보>브라켓(또한 <가새-기둥>브라켓)은 상기 가새와 지붕보(또한 기둥) 두 배면이 만나는 접촉점 또는 접촉선을 기준으로 가새의 폭을 한 변(상기 판형브라켓의 형상요소인 종단선)으로 하고, 상기 가새의 양단에 끝으로부터 일정거리를 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘가새사각면’)을 상기 가새의 배면에 형성하며, 그리고 보(또한 기둥)의 폭을 한 변으로 하고, 상기 가새 양단의 배면을 길이방향으로 연장하여 상기 접촉선과 만나는 두 지점으로부터 바깥으로 일정거리 확장된 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘보사각면’ 또한 약칭 ‘기둥사각면’)을 상기 지붕보(또한 기둥)의 배면에 형성하여, 상기 가새사각면과 보사각면(또한 기둥사각면)을 붙여서 상기 접촉점을 한 꼭짓점으로 하고 가새의 배변을 위(또한 아래)로 연장하여 생기는 삼각면(약칭 ‘가새삼각면’)을 부가하고, 가새와 접하는 측의 보사각면(또한 기둥사각면) 양 꼭짓점으로부터 가새의 배면에 이등변삼각면을 더 부가하여 단일브라켓이 완성되며, 이 단일브라켓을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성되고, 상기 가새사각면과 이에 부가되는 상기 가새삼각면과 두 개의 이등변삼각면은 한 평면을 형성하고, 이 평면은 상기 보사각면과 같은 평면 또는 일정한 접촉각을 형성한다.
상기 <주부재>이음브라켓은 주부재를 길이방향(Longitudinal direction)으로 직선(Straight line) 또는 사선｛Ray 또는 반직선(Half-line)｝으로 연결하여 간접체결로 고정하는 수단으로, 골조의 조립을 위한 플랫폼프레이밍 및 발룬프레이밍 등의 형식에 적용되고, 상기 사선의 경우 하나의 꼭짓점(Vertex)을 가지는 일정 각도(180도 이하)의 코너(Conner)를 형성하며, 상기 코너는 평면(약칭 ‘평면코너’), 입면(약칭 ‘입면코너’) 또는 두 평면(약칭 ‘입체코너’)에 걸쳐 형성되며, 상기 평면코너는 지붕을 형성하는 다각평면 가운데 한 평면 내 꼭짓점에서 상기 주부재의 평면적인 연결에 적용되고, 상기 입면코너는 상기 다각평면 가운데 수평면과 경사면이 만나는 모서리를 가로 지르는 연직 하방의 횡단면에서 상기 주부재의 연결에 적용되며, 상기 입체코너는 상기 다각평면 가운데 수평면과 경사면이 만나는 모서리 끝의 꼭짓점에서 상기 주부재의 입체적 연결에 적용된다.
상기 <주부재>이음입면브라켓은 상기 접촉점 또는 접촉선을 기준으로 양측에 두 직사각면(Rectangular plane)을 포함하며, 하나는 일차부재 한 측 배면에 (약칭 ‘일차사각면’), 다른 하나는 이차부재의 한 측 배면에 (약칭 ‘이차사각면’) 각각 형성되며, 상기 일차사각면과 이차사각면 각각은 주부재의 폭을 한 변(상기 판형브라켓의 형상요소인 종단선)으로 하고 일정길이의 다른 변으로 형성되고, 상기 일차사각면과 이차사각면의 사이에는 상기 접촉각이 형성되고, 상기 일차사각면과 이차사각면 양측의 변이 겹쳐 상기 접촉선이 형성되거나, 양측의 꼭짓점이 한 점에서 만나게 되어 상기 접촉점을 형성하고 이 접촉점을 기준으로 양측의 종단선과 그 끝 각각의 꼭짓점을 연결한 삼각면이 부가된다.
또한, 상기 <주부재>이음평면브라켓은 상기 평면코너를 형성하는 가대파샤의 상면 및/또는 지붕파샤의 하면에 각각 적용되고, 이는 가대파샤(또는 지붕파샤) 두 주부재 연결부위의 상면(또는 하면)을 덮고, 한 변은 상기 상면(또는 하면)의 폭이 되며 다른 변은 일정길이를 갖는 두 직사각면을 형성하여 한 평면을 형성하고 외곽 꼭짓점을 연결하여 경사변을 갖는 삼각면이 부가되어 하나의 판형브라켓으로 완성된다.
상기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓, <주부재>접합브라켓, <보-보>브라켓, <기둥-도리>브라켓, <기둥-보>브라켓 및 <주부재>이음브라켓 가운데 둘 이상의 판형브라켓이 인접하여 겹치는 입면이나 평면(약칭 ‘중첩면’)을 포함한 합집합(Union) 형상으로 재단하여 전술한 병합브라켓의 방식으로 상기 단일브라켓 또는 둘 이상의 다중브라켓으로 형성하여 상기 연결부위에 일체로 적용된다.
상기 상기 가대보, 가대파샤, 지붕보, 지붕파샤, 기둥, 보강보, 도리 및 가새는 각각 적용된 주부재와 유사하거나 동일한 주부재를 하나 더 포함하고, 상기 한 겹의 주부재(약칭 ‘단겹부재’) 둘의 배면을 맞대어 용접, 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결로 일체화 고정하여 하나의 두 겹 장대형부재(약칭 ‘두겹부재’)를 형성한다.
상기 단겹부재 또는 두겹부재로 된 가대보쌍 사이에 가대보가로대(Cross strut for rack beam: 약칭 ‘가대가로대’)를 포함하고, 상기 가대가로대는 ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture)로서 일정길이를 갖는 평판의 양단이 같은 방향으로 직각으로 절곡되어 양단의 접합부가 형성되고, 그 하나 또는 한 쌍으로 상기 가대보쌍 사이를 수직으로 상기 접합부가 체결수단으로 고정되며, 상기 한 쌍의 가대가로대는 두 가대가로대의 각각의 배면이 맞대어 고정되어 형성된다.
상기 단겹부재 또는 두겹부재를 하나 더 포함하여 평행되게 두고 쌍(Pair)으로 복합구조의 장대형부재로 된 주부재(약칭 ‘복합재쌍’: 각각 ‘단겹재쌍’과 ’두겹재쌍‘)를 형성하며, 상기 포털프레임은 상기 복합재쌍으로 된 기둥과 지붕보을 포함하고, 상기 단겹재쌍 또는 두겹재쌍 사이에 주부재가로대(Cross strut for main member: 약칭 ‘부재가로대’)를 더 포함하며, 상기 부재가로대는 ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture)로서, 그 하나 또는 한 쌍으로 상기 복합재쌍 사이를 수직으로 직결 나사 등의 체결수단으로 연결하고, 상기 한 쌍의 부재가로대는 두 부재가로대의 각각의 배면을 맞대어 고정하여 형성된다.
이에 따라, 상기 가대가로대가 포함된 가대보쌍과 상기 부재가로대가 포함된 포털프레임은 비렌딜트러스(Vierendeel Truss)로 형성됨으로써 내하중 구조물이 된다.
상기 태양공작물 덮개 상부에 통신중계기 및/또는 피뢰기를 포함하고, 상기 통신중계기와 피뢰기는 상기 덮개 상부에서 최소 그늘효과(Shadow effect) 위치(북반구의 경우 최북측과 남반구의 경우 최남측)에 설치한다.
상기 외장골조의 외피면으로 형성되는 다각평면에 판형구조체(Sheet type structure)를 부가하여 고정하고, 상기 판형구조체는 투명재, 방수재, 단열재 및 내하중재를 포함하며, 이들은 상기 지붕보와 가대보 사이, 지붕보의 내측 또는 가대보 외측에 부착되어 상기 지붕을, 그리고 기둥 사이, 내 또는 외측에 부착되어 상기 외벽을 형성하고, 이에 따라 상기 지붕과 외벽은 채광, 비가림, 방수, 보온과 보냉, 그리고 안전구조의 기능이 부가된다.
상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’) 위에, 그리고 하나 이상의 수평면 및/또는 경사면을 포함하는 상기 지붕 직하에 형성되는 상기 내부공간은 구조물공간, 시설물공간과 나머지 잔여공간을 포함하고, 상기 구조물공간은 상기 바닥에서 돌출된 공간으로서 접근통로계단과 엘리베이터 기계실을 포함하며, 상기 시설물공간은 건물의 위생시설에서 요구하는 흡출기와 공조시설에서 요구하는 실외기가 차지하는 공간을 포함하고, 상기 흡출기가 차지하는 공간을 별도로 구획하여 외기와 접하는 독립적 공간(약칭 ‘흡출기공간’)을 형성하며, 상기 흡출기공간에는 흡출기 관련 보조수단과 환기문을 포함하고, 상기 보조수단은 환풍수단을 포함하고 상기 환기문은 외기의 여과와 출입을 허용하며, 상기 실외기가 차지하는 공간을 별도로 구획하여 외기와 접하는 독립적 공간(약칭 ‘실외기공간’)을 형성하며, 상기 실외기공간에는 실외기 관련 보조수단과 환기문을 포함하고, 상기 보조수단은 배기수단을 포함하고 상기 환기문은 외기의 여과와 출입을 허용하며, 상기 실외기가 차지하는 공간을 별도로 구획하여 외기와 접하는 독립적 공간(약칭 ‘실외기공간’)을 형성하고, 상기 실외기공간에는 상기 실외기 보조수단과 환기문을 포함한다.
상기 잔여공간은 상기 내부공간에서 상기 구조물공간과 시설물공간을 제외한 나머지 공간으로 정해지며, 이 공간은 기능적으로 대피공간, 주거공간, 근린생활시설 및/또는 옥상정원을 포함하고, 용도에 따라 전체 또는 분할되어 다수의 기능을 갖는 공간으로 형성되며, 상기 대피공간은 외기와 접하여 화재 등의 경우에 피난 용도로 사용되며, 출입구나 창문을 제외한 부분은 내화구조의 벽 및 천정으로 구획되고, 배연설비 또는 완충공간이나 제연 에어커튼을 구비하고, 상기 주거공간은 주거모듈로 형성되며, 상기 모듈은 접근통로 및 계단으로 연결되고, 상기 근린생활시설은 탁구장, 당구장, 휴게음식점, 마을회관, 마을공동작업소, 독서실, 공연장(극장, 영화관, 음악당, 비디오물감상실, 비디오물소극장 등)을 포함하며, 상기 옥상정원은 화초 및 분재 등의 온실, 작물 재배사, 종묘배양시설 및 양봉·곤충사육시설을 포함한다.
상기 태양공작물은 별도비트를 더 포함하여 상기 내부공간과 연결되고, 상기 별도비트에는 상하수도, 가스관, 전력선, 통신선 및 접지선을 포함하며, 이들은 상기 대상체와 독립적인 기능을 보유한다.
상기 태양공작물의 적용대상은 건설구조물인 건축구조물과 토목구조물을 포함하고, 상기 건축구조물과 관련하여 기성 건물의 지붕 위나 옥상과 같이 건물외부에 상기 외장골조를 부가(약칭 ‘외부부가’)하거나, 상기 외장골조로 건축구조물 자체를 건설(약칭 ‘자체건설’)하여 태양에너지빌딩(약칭 ‘태양빌딩‘)을 형성하는 것으로, 상기 외부부가는 상기 기성 건물의 평면적 전체 또는 일부의 지붕 위 또는 옥상에 상기 태양공작물을 형성하는 것이고, 상기 자체건설의 대상은 주거건물, 상기 지붕의 형태로 박공지붕(Gable roof), 외쪽지붕(Shed), 멘사드(Mensard), 꺽인지붕(Gambrel), 평지붕(Flat), 버터플라이(Butterfly), 모임지붕(Hip) 및 복합지붕(Combination roof)을 포함하며, 상가, 학교, 작업장, 공장, 창고, 축사, 재배사, 사육사, 양식장, 양어장 및 (반그늘)원예시설의 건축물을 포함한다.
상기 토목구조물과 관련하여 기존 또는 신설 토목구조물에 부가하여 설치되거나 일체화하여 건설되며, 상기 토목구조물은 주차장, 공원, 하천, 교량, 철도, 도로, 교차로, 보도, 하수처리장, 정수처리장, 선착장, 계류장, (기차역)플랫폼, 도로방음터널을 포함하고, 상기 토목구조물의 내·외부 또는 경계에 상기 포털프레임을 세워 회랑(Cloister)의 형태로 상기 태양공작물이 형성된다.
상기 건설구조물 외에 지상과 수상 및 늪지를 포함하는 지표면의 일정면적에 건설되는 상기 태양공작물은 단동형(Single building type), 연동형(Consecutive building type), 다층형(Multistory building type) 및 혼합형(Other construction mixed type)의 태양빌딩을 포함하고, 상기 단동형은 상기 일정면적 외곽에 기둥을 배치하는 형식이며, 상기 연동형은 상기 단동형을 바로 옆에 하나 이상을 더 붙여 건설하는 형식으로 상기 일정면적 내부에 한 줄 이상의 기둥을 포함하고, 상기 다층형은 상기 단동형이나 연동형 위에 외장골조가 더 형성되며, 상기 혼합형은 주어진 지표면의 형상에 따라 상기 단동형, 연동형 또는 다층형을 선택적으로 병합하여 태양공작물로 형성된다.
상기 태양패널은 결과적으로 적정한 방향의 적정한 경사각(북반구 지역의 경우 남향의 북위도 경사각 또는 남반구 지역의 경우 북향의 남위도 경사각 부근에서 정해진 값, 약칭 ‘적정한 향의 경사각’)으로 설치되는 것을 특징으로 하는 상기 태양공작물로 건설되는 외장 태양에너지시스템의 건설방법은 하기의 건설기획단계, 공장제작단계, 현장이송단계, 현장조립단계 및 건설완성단계를 포함하여 이루어지는 공정에 의한다.
상기 건설기획단계는 상기 태양공작물을 건설하기 위하여 준비하는 공정에서 하기 단계를 포함하는 건설기획을 수행하는 제1차단계로서 (a) 상기 대상체의 입지방향을 고려하여 상기 태양패널이 적정한 향의 경사각이 되는 조건을 충족하도록 현장 수치지도(Digital map)와 GPS(Global Positioning System)을 활용하는 기초설계를 위한 공정으로, 1) 상기 바닥의 경계와 내부 돌출물을 측량하여 정하고, 상기 외장골조 외피면의 형태를 정하며, 상기 외피면의 형태는 상기 지붕을 형성하는 하나 이상의 수평면 또는 경사면의 다각평면을 포함하고, 상기 수평면과 경사면을 형성하는 상기 외장골조 지붕보 위에 가대보쌍이 얹혀 (계층화프레이밍 방식으로) 고정되도록 하고, 2) 상기 가대보쌍은 상기 수평면 위에서 동서방향으로, 그리고 상기 경사면 위에서 수평방향으로 배치되도록 하고, 이에 따라 상기 수평면 위 가대보쌍은 북반구에서 정남향(또는 남반구에서 정북향)으로, 그리고 상기 경사면은 입지에 따라 주어진 방향(약칭 ‘태양패널방향’)으로 정해지며, 3) 상기 수평면에 적용되는 가대보쌍 위에 설치되는 상기 경사지지재와 상기 경사면의 경사각Tilt angle)은 주어진 상기 태양패널방향에 따라 적용지역의 위도에서 지구자전축기울기(Earth's obliquity)을 감한(Subtraction) 값과 가한(Addition) 값의 검색범위 내에서 연간 총 태양에너지편익(태양광발전량 및/또는 태양열집열량에 의한 수익)이 최대가 되는 0도 이상이 되도록 청구항 3항에 의한 최적경사각을 구하는 단계를 수행하고, 4) 상기 수평면에 적용되는 상기 가대보쌍 간 정남향(또는 정북향)으로의 간격은 전후의 태양패널이 미치는 그늘의 영향이 최소화 되도록 거리를 두고, 상기 경사면에 적용되는 상기 가대보쌍은 태양패널의 폭으로 배치되며, 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 수평면 또는/및 경사면 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루도록 상기 포털프레임이 배치되고, 상기 가대보와 지붕보 간 교차각도(Angle of intersection)의 예각이 30도 이하일 경우 보강보를 부가하여 지붕보와 같은 높이에서 플러시프레이밍(Flush framing) 형식으로 상기 포털프레임 사이를 고정하여 상기 가대보와 상기 보강보가 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루도록 하여, 5) 최종적으로 상기 포털프레임의 기둥이 상기 외곽범위 내에 적정하게 배치되도록 하는 상기 태양공작물의 레이아웃을 정하는 기초설계를 위한 제1.1차단계; (b) 상기 포털프레임을 기둥정착수단으로 고정하기 위하여 대상체의 하중구조와 지표면 위 후보지점에 대한 지반상태에 대한 조사를 수행하는 제1.2차단계; (c) 상기 하중구조 또는 지반상태 조사를 통하여 상기 기둥정착수단을 결정하며, 상기 결정이 곤란하거나 비효과적일 경우 상기 설계단계에서 상기 기둥을 재배치하여 외장 태양에너지시스템의 레이아웃을 확정하는 제1.3차단계; (d) 상기 제1.3차단계에 따라 내재해 설계기준과 도로운송규정에 적합하도록 상기 태양공작물에 대한 상세설계를 완료하는 제1.4차단계가 수행된다.
상기 공장제작단계는 상기 건설기획단계에서 완료된 상세설계에 따라 상기 태양가대와 외장골조의 구성요소를 공장에서 제작하는 공정에서 하기 단계를 더 포함하는 제2차단계(약칭 ‘공장제작단계’)로서 (a) 도로교통법에서 정한 운송제한과 공장에서 현장까지의 운송여건을 조사하여 이에 따라 상기 태양가대와 외장골조의 주부재는 재단되고, 허용 규모와 모듈로 조립되도록 기획되는 제2.1차단계; (b) 현장에서 조립되고 연결수단을 고정하기 위한 주부재의 천공작업을 수행하고, 상기 외장골조의 형상에 따른 상기 포털프레임과 이에 부가되는 주부재의 연결수단에 적용되는 판형브라켓을 제작하는 제2.2차단계; (c) 상기 판형브라켓은 상기 주부재 연결부위의 형상에 따라 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡하여 형성하고 천공되는 제2.3차단계; (d) 상기 제2.1차단계에서 정해진 규모와 모듈로 공장에서 조립되는 제2.4차단계가 수행된다.
상기 현장이송단계는 상기 공장제작단계에서 제작된 외장 태양에너지시스템의 상기 구성요소를 도로교통법에서 정한 바에 따라 현장으로 이송하는 제3차단계이다.
상기 현장조립단계는 상기 현장이송단계에서 이송된 상기 외장 태양에너지시스템의 구성요소별로 현장에서 조립하는 공정에서 하기 단계를 포함하는 제4차단계로서 (a) 토지굴착작업, 기초조성작업, 골조조립작업 및 고소하중작업에서 요구되는 시공수단(약칭으로 각각 ‘토지굴착시공수단’, ‘기초조성시공수단’, ‘골조조립시공수단’ 및 ‘고소하중시공수단’)을 준비하는 제4.1차단계; (b) 상기 제1차단계에서 정해진 대상체 내 특정위치에 기둥정착수단의 고정을 위한 접합부 또는 콘크리트나 파일의 기초를 위한 상기 ‘토지굴착시공수단’ 및 ‘기초조성시공수단’으로 정착수단을 마련하는 제4.2차단계; (c) 상기 골조조립시공수단으로 지상에서 조립하는 태양공작물의 구성요소의 규모를 고소하중시공수단의 역량을 감안하여, 1) 상기 태양가대는 허용되는 규모에 따라 태양패널을 포함하거나 또는 제외하고 가대보쌍 단위로 태양패널지지대를 부착하여 조립하고, 2) 상기 외장골조를 형성하는 상기 포털프레임은 개별로 조립되는 제4.3차단계; (d) 상기 포털프레임은 상기 고소하중시공수단으로 들어서 상기 접합부 또는 기초 위에 상기 골조조립시공수단으로 정착되는 제4.4차단계; (e) 상기 외장골조의 조립은 상기 포털프레임의 사이에 주부재인 지붕파샤, 지붕보, 기둥, 가새 및 도리를 적용하여 상기 제1차단계의 상세설계에 따라, 1) 인접한 지붕보 끝을 상기 지붕파샤로 고정하거나, 2) 상기 지붕보와 같은 높이에 위치하여 플러시프레이밍 형식으로 상기 보강보로 고정하거나, 3) 상기 지붕보와 기둥 사이를 삼각형으로 가새로 연결하여 고정하거나, 4) 상기 지붕보의 아래에 위치하여 계층화프레이밍(Layered framing) 형식으로 상기 기둥에 상기 도리를 고정하는 제4.5차단계; (f) 상기 외장골조의 지붕 위에 상기 태양가대를 고소하중시공수단으로 올려서 상기 지붕보와 가대보를 고정하고, 상기 상세설계에 따라 가대파샤를 부가하여 상기 태양공작물을 조립하는 제4.6차단계; (g) 태양패널이 제외된 상기 태양가대의 경우 상기 태양공작물의 지붕으로 태양패널을 고소하중시공수단으로 올려서 상기 태양패널지지대의 경사지지재 위에 부착하여 상기 태양공작물을 현장 조립하여 구축을 완료하는 제4.7차단계가 수행된다.
상기 건설완성단계는 상기 현장조립단계의 공정에서 하기 단계를 더 포함하여 외장 태양에너지시스템의 건설을 완성하는 제5차단계로서 (a) 상기 태양공작물의 완성 후 건축물의 원래 일차용도에 부합되도록 나머지 부분에 대한 작업과 그 내부에 상기 일차용도에 부합되거나 개선되도록 별도의 시설을 부가하는 제5.1차단계; (b) 현장 작업에서 사용된 상기 시공수단을 현장에서 철수하고 현장을 정리하는 제5.2차단계; (c) 전기사업법 등 관련 법규에 따른 전력거래에서 요구하는 전력선을 연결하고 소요 전기설비를 부가 설치하여 시운전하는 제5.3차단계; (d) 상기 시운전에 따른 안전과 성능 인증을 당국으로부터 획득하여 상기 외장 태양에너지시스템의 건설을 완료하는 제5.4차단계가 수행된다.
본 발명에 의한 상기와 같은 과제의 해결수단에 따르면 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 건물옥상(Rooftop)과 같은 건설구조물 상부에 부가되거나 독립적으로 일정면적의 지표면(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설되고, 태양에너지수확을 위한 덮개(Covering plane)와 이 덮개 직하에 내부공간(Interior space)을 가지는 입체적 공작물(약칭 ‘태양공작물’)로서 신축 또는 기존의 상기 대상체를 포함하므로 태양에너지시스템을 설치할 수 있는 공간을 확보하기가 용이해진다. 따라서 국가적 차원에서 장려되고 요구되는 태양에너지의 보급이 확대될 수 있다.
상기 태양공작물은 태양가대(Solar rack)와 외장골조(Sheathing framework)를 포함하고, 상기 태양가대는 다수의 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널’)을 포함하며 상기 외장골조의 외피면(Outer skin plane) 위에 고착되어 상기 덮개를 형성하고, 비가림이나 차양을 위한 구조물이 부가되어 직하의 내부공간은 다양한 용도의 유용한 공간으로의 활용이 가능하게 한다.
상기 외장골조의 외피면은 하나 이상의 다각평면(Polygon plane)을 포함하고, 상기 외피면은 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮을 수 있도록 형성됨으로써 부가되거나 신설되는 태양공작물로 인한 공기역학적 풍하중을 최소화 하고 태양에너지수확을 극대화할 수 있게 된다.
상기 외장골조의 지붕을 형성하는 수평면과 경사면의 다각평면 외피면은 대상체 내 돌출구조물을 덮는 형태로 양달을 지향하게 되므로 태양공작물 자체로 인한 그늘효과가 최소화됨에 따라 태양에너지편익이 극대화된다.
또한 상기 태양공작물의 덮개는 적정한 방향의 적정한 경사각(북반구 지역의 경우 남향의 북위도 경사각 또는 남반구 지역의 경우 북향의 남위도 경사각 부근에서 정해진 값, 약칭 ‘적정한 향의 경사각’)에 제한받지 않고 상기 대상체의 형상이나 입지에 맞추어 형성되므로 그 내부에 상기 유용한 공간을 크게 확보할 뿐만 아니라 수려한 외관을 가지게 된다.
상기 외장골조는 다수의 포털프레임(Portal frame)을 포함하며, 이 들은 공통적으로 하나 이상의 기둥(Column)과 지붕보(Roof beam)를 포함하고 장대형부재(Long span member)로 형성되어 기둥 간 넓은 간격과 기둥 자체의 높은 높이를 갖게 되므로 그 내부공간은 충분하게 확보되어 상기 대상체의 원래 일차용도나 부가되는 다른 용도로 무리 없이 활용될 수 있게 된다.
상기 내부공간에는 고층건축물의 피난안전구역과 같은 관련 법규에서 정한 대피공간이나, 주민을 위한 옥상정원 또는 편의시설이 조성되고, 상기 태양공작물은 별도비트를 더 포함하여 상기 내부공간과 연결되고, 상기 별도비트에는 상하수도, 가스관, 전력선, 통신선 및 접지선을 포함하며 이들은 상기 대상체와 독립적인 기능을 보유함으로써 상기 피난안전구역에서 요구하는 사항을 충족하게 된다.
상기 태양공작물 덮개 상부에 부가되는 통신중계기 및/또는 피뢰기는 상기 덮개 상부에서 최소 그늘효과(Shadow effect) 위치(북반구의 경우 최북측과 남반구의 경우 최남측)에 설치함으로써 태양에너지수확에 미치는 영향을 최소화하게 된다.
상기 외장골조의 외피면으로 형성되는 다각평면에 판형구조체(Sheet type structure)를 부가하여 고정하고, 상기 판형구조체는 투명재, 방수재, 단열재 및 내하중재를 포함하며, 이들은 상기 지붕보와 가대보 사이, 지붕보의 내측 또는 가대보 외측에 부착되어 상기 지붕을, 그리고 기둥 사이, 내 또는 외측에 부착되어 상기 외벽을 형성하고, 이에 따라 상기 지붕과 외벽은 채광, 비가림, 방수, 보온과 보냉, 그리고 안전구조의 기능이 부가되는 효과를 갖는다.
상기 태양공작물의 적용대상은 건설구조물인 건축구조물과 토목구조물을 포함하고, 상기 건축구조물과 관련하여 기성 건물의 지붕 위나 옥상과 같이 건물외부에 상기 태양공작물을 부가(약칭 ‘외부부가’)하거나, 상기 토목구조물과 관련하여 기존 또는 신설 토목구조물에 부가하여 설치되거나 일체화하여 건설함으로써 개방된 지표면 위에 효율적인 태양에너지시스템을 구축하게 된다.
상기 태양공작물로서 건축구조물을 신축함에 있어서 그 대상은 주거건물, 상가, 학교, 작업장, 공장, 창고, 축사, 재배사, 사육사, 양식장, 양어장 및 (반그늘)원예시설의 건축물을 포함하고, 이 들은 태양에너지빌딩(약칭 ‘태양빌딩‘)으로서 효과적으로 기능하게 된다.
상기 태양공작물이 부가되는 상기 토목구조물의 대상은 주차장, 공원, 하천, 교량, 철도, 도로, 교차로, 보도, 하수처리장, 정수처리장, 선착장, 계류장, (기차역)플랫폼, 도로방음터널을 포함하고, 이들은 본 발명의 기술사상에 따라 원래의 일차용도 외에 태양에너지수확이라는 이차용도가 부가되어 공간의 활용도가 향상된다.
상기 토목구조물의 내·외부 또는 경계에 회랑(Cloister)의 형태로 상기 태양공작물이 형성됨으로써 원래의 일차용도를 충족하면서 방풍, 방음, 차양이나 비가림과 같은 부차적인 개선효과를 기대할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 건설구조물은 물론 국토의 유휴공간이나 도시계획시설을 대상으로 태양에너지시스템의 설치를 가능케 함으로써 이를 위한 소요 부지의 공급이 확대되는 효과를 기대 할 수 있다.
상기 태양공작물이 건설되는 지표면은 지상과 수상 및 늪지를 포함하고, 상기 태양공작물은 일정면적의 범위 내 외곽 또는 내부에 기둥을 세워 건설됨으로써 태양에너지시스템 적용대상의 확장은 물론 상기 태양공작물의 내부공간을 주거 또는 레저 등의 다른 용도로의 활용을 창출함으로써 국토의 효용성을 높이게 된다.
상기 태양공작물을 형성하는 주부재(Main member)는 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangular section)을 갖는 수평, 경사 또는 수직(연직)의 장대형부재(Long span member)를 포함하고, 상기 태양공작물의 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루고 있어 지붕에 걸리는 하중(Loads)에 대한 내하중구조(Load bearing structure)가 됨으로써 내재해성 ‘외장 태양에너지시스템’이 구현될 수 있다.
한 겹의 상기 주부재(약칭 ‘단겹부재’) 배면을 겹쳐 두 겹의 장대형부재(약칭 ‘두겹부재’)를 형성하고, 상기 한 겹 또는 두 겹의 주부재를 하나 더 포함하여 평행되게 두고 쌍(Pair)으로 복합구조의 장대형부재(약칭 ‘복합재쌍’)를 형성하며, 상기 복합재쌍 사이에 주부재가로대(Cross strut for main member: 약칭 ‘부재가로대’)를 더 포함할 수 있게 되어 비렌딜트러스(Vierendeel Truss)가 형성됨으로써 상기 태양공작물은 하중에 대한 좌굴(buckling)에 대항하는 내하중구조가 된다.
상기 주부재의 연결수단은 용접, 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결 또는 브라켓(Bracket)을 부가한 간접체결을 포함하며, 상기 판형브라켓은 상기 연결부위의 형상에 따라 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡하여 형성하여 적용함으로서 시공이 용이해지고 주부재의 연결이 견고해지는 내하중구조의 효과가 발휘된다.
상기 외장골조의 수평면 및/또는 경사면으로 된 외피면은 지붕(Roof)을 형성하고, 이 지붕 외피면에 상기 태양패널을 포함하는 태양가대를 상기 #형태의 래티스구조로 고착함에 있어서, 상기 태양가대는 장대형부재인 복수의 평행 가대보를 포함하고, 상기 수평면으로 된 지붕에는 상기 가대보를 동서방향으로 배치하며 그 위에 경사지지재를 부착하고, 상기 경사재는 수평의 밑변멤버와 미리 정해진 적정한 향의 경사각을 이루는 경사변멤버로 형성되며, 상기 경사변멤버에 상기 태양패널이 이어 붙여 설치됨으로써 최적의 태양에너지수확이 가능해진다.
상기 외장골조의 지붕을 형성하는 상기 경사면은 주어진 방위각에 따른 최대 태양편익을 찾는 알고리즘(Searching algorithm)으로 구한 최적경사각으로 형성되고, 상기 경사면으로 된 지붕에는 상기 가대보를 수평방향으로 배치하고 그 위에 경사지지재를 부착하며 그 위에 태양패널을 이어 붙여 조밀하게 설치함으로써 태양에너지시스템 설비용량의 극대화를 도모할 수 있다.
상기 태양공작물은 대상체의 형상이나 방향에 따른 영향을 최소화 하여 태양에너지시스템을 효과적으로 구현할 수 있고, 평탄치 못한 지형에서도 적정한 향의 경사각으로 태양패널을 설치할 수 있게 되어 입지적 제약을 해소하면서 효율적인 태양에너지수확이 가능해진다.
상기 주부재는 상용화 규격제품으로 조달될 수 있고, 이들 규격제품은 구조적으로 검증된 제품이므로 이에 따라 고도의 품질을 유지할 수 있고, 건설시장에서 널리 사용되고 있으므로 가격 대비 성능도 최적화 되어 있으므로 결과적으로 상기 태양공작물을 비용효과적으로 건설할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 주요 구성품은 사전에 품질관리가 가능한 공장에서 내재해 설계기준을 충족하도록 제작되고 검증된 다음, 현장으로 운송되어 조립 설치되는 공정을 거치게 되므로 보다 체계적인 시공은 물론 고도의 숙련 작업자를 요구하지 않으면서도 상기 태양공작물의 내재해성 구조적 안전성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 주요 구성품은 현장에서의 건설여건과 도로운송규정을 감안하여 기획되고 설계되어 재단되고 제작되므로 현장까지 운송된 상기 구성품을 현장에서 최소한의 시공장비나 인력의 도움으로 용이하게 조립할 수 있게 되어 체계적이고 저렴한 비용으로 상기 태양공작물을 설치할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1로서 좌우 선대칭의 평면과 돌출구조물을 갖는 대상체인 건물옥상 위 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적(Conceptual) 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 2는 도 1에 도시한 실시예 1의 태양공작물 외장골조 좌측 부위를 보여 주는 개략적 사시도 [A]와 이에 적용되는 포털프레임(Portal frame)을 선별적으로 예시한 부분도 [B].
도 3은 상기 도 2의 [B] (a)의 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’) 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도.
도 4는 상기 도 2의 [B] (b)의 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)의 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도.
도 5는 상기 도 2의 [B] (c)의 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’)의 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도.
도 6은 상기 도 5의 사보프레임 일부에 적용된 가새(Brace)의 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도.
도 7은 본 발명의 기술사상에 적용되는 주부재의 전형적 형상과 각 부의 명칭 및 상세를 보여주는 사시도.
도 8은 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛I｝ 부위 확대 상세사시도.
도 9는 상기 도 8에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (i) 부위 확대 상세사시도.
도 10은 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛II｝ 부위 확대 상세사시도.
도 11은 상기 도 10에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (ii) 부위 확대 상세사시도.
도 12는 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛III｝ 부위 확대 상세사시도.
도 13은 상기 도 12에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (iii) 부위 확대 상세사시도.
도 14는 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛VI｝ 부위 확대 상세사시도.
도 15는 상기 도 14에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (iv) 부위 확대 상세사시도.
도 16은 본 발명에 따른 실시예 2로서 상기 실시예 1에서 보여준 동일한 대상체로서 입지방위가 상이한 건물옥상 위 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 17은 상기 도 16에서 점선 타원으로 표시한 ｛V｝ 부위 확대 상세사시도.
도 18은 상기 도 17에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (v1) 부위 확대 상세사시도.
도 19는 상기 도 17에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (v2) 부위 확대 상세사시도.
도 20은 전술된 도 8에서 ①로 지시된 <가대보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for rack beam-facia connection: 통칭 ‘<가대보-파샤>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 21은 전술된 도 10에서 ②로 지시된 <지붕보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for roof beam-facia connection: 통칭 ‘<지붕보-파샤>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 22는 전술된 도 13에서 ③으로 지시된 <주부재>접합연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam junction connection: 통칭 ‘<주부재>접합브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 23은 전술된 도 12에서 ④로 지시된 <보-보>중첩연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam superposition connection: 통칭 ‘<보-보>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 24는 후술될 도 32에서 ⑤로 지시된 <기둥-도리>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-purlin connection: 약칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 25는 지붕보 일단에 적용되는 것으로 전술된 도 14에서 ⑥으로 지시된 <기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 26은 지붕보 끝에 적용되는 것으로 전술된 도 25의 <기둥-보>브라켓의 또 다른 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 27은 전술된 도 6에서 ⑦로 지시된 <가새>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace connection: 통칭 ‘<가새>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 28은 전술된 도 17에서 ⑧로 지시된 <주부재>이음연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam joint connection: 통칭 ‘<주부재>이음브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 29는 전술된 도 18에서 ⑨로, 그리고 후술될 도 59에서 ⑩으로 지시된 <통합>연결판형브라켓(Plate type bracket for combined connection: 통칭 ‘<통합>브라켓’)의 적용 실시예에 대한 상세사시도.
도 30은 태양공작물의 지붕을 형성하는 다각평면의 외곽을 마감하는 가대파샤 또는 통합파샤(지붕파샤 위에 가대파샤가 일체화 된 주부재) 측면에 가대보의 고정을 위한 <가대보-파샤>브라켓과 <주부재>접합브라켓의 다양한 적용 실시예를 보여주는 사시도.
도 31은 태양가대의 가대보와 외장골조 지붕보를 고정하기 위한 <보-보>브라켓과 가대보쌍의 보강구조에 대한 다양한 적용 실시예를 보여주는 사시도.
도 32는 외장골조를 형성하는 포털프레임의 기둥과 지붕보를 고정하기 위한 <기둥-보>브라켓과 포털프레임의 보강구조에 대한 다양한 적용 실시예를 보여주는 사시도.
도 33은 본 발명에 따른 실시예 3으로서 상기 실시예 2에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 동일한 대상체인 건물옥상 위에 수평(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 34는 본 발명에 따른 실시예 4으로서 상기 실시예 1에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 동일한 대상체인 건물옥상 위에 다른 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 두 형태 레이아웃(Layout)의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 분해도 [A]와 [B].
도 35는 본 발명에 따른 실시예 5로서 비대칭적 평면과 하나의 돌출구조물을 갖는 건물옥상 위에 다른 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 세 형태 레이아웃(Layout)의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 분해도 [A], [B]와 [C].
도 36은 본 발명에 따른 실시예 6으로서 남향의 일자형 대상체인 건물 박공지붕(Gable) 위에 수평(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 37은 본 발명에 따른 실시예 7로서 상기 실시예 6에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 대상체인 건물 박공지붕 위에 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 38은은 본 발명에 따른 실시예 8로서 상기 실시예 7에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 대상체인 건물 박공지붕 위에 평면적으로 확장된 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 39는 본 발명에 따른 실시예 9로서 상기 실시예 7에서 보여준 동일한 대상체에 입지방위가 정남향에서 남동향으로 변경된 건물의 박공지붕 위에 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 40은 본 발명에 따른 실시예 10으로서 박공지붕 위 돌출구조물이 존재하는 유사한 대상체 다수가 공동주택단지 내에 다양한 규모와 방향으로 배치되어 상기 실시예 9에서 보여준 바와 같은 하나의 수평(지붕)면과 건물방위에 따른 최적경사각을 갖는 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도.
도 41은 본 발명에 따른 실시예 11로서 동일한 층고의 박공지붕과 돌출구조물을 각각 갖는 두 건물이 밀접하게 전면(정면)으로 볼록하도록 배치되어 하나로 된 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 42는 본 발명에 따른 실시예 12로서 동일한 층고의 박공지붕과 돌출구조물을 각각 갖는 두 건물이 밀접하게 전면(정면)으로 오목하도록 배치되어 하나로 된 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 43은 본 발명에 따른 실시예 13으로서 층고가 다른 두 평지붕(Flat roof)의 옥상과 두 평지붕 사이에 돌출구조물을 갖는 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 44는 박공지붕 위 돌출구조물이 있는 대상체에 동일한 수평(지붕)면과 건물방위에 따른 최적경사각을 갖는 경사(지붕)면으로 형성된 태양공작물을 건물방위가 동향(
)부터 서향(
)까지 30도 등간격으로 배치된 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도.
도 45는 상기 도 44에서 태양공작물의 건물방위와 경사각이
인 ‘외장 태양에너지시스템’을 상세히 보여주는 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 46은 본 발명에 따른 박공지붕 위 돌출구조물이 존재하거나 그러하지 않은 대상체에 건물방위에 따른 적정한 경사각을 갖는 경사(지붕)면과 수평(지붕)면으로 조성되는 다양한 형태의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도.
도 47은 대한민국 광주에서 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수인 최적경사각 사이의 함수관계를, 그리고 독립변수 방위각에 따른 최적경사각에서 구한 최대 태양광발전량의 감소율(약칭 ‘태양편익감소율’)을 나타내는 그래프.
도 48은 상기 도 47에서 나타낸 광주에 위치하고 경사면에 설치되는 태양패널로 된 태양광발전시스템의 세 방위각 별 독립변수인 경사각과 종속변수인 태양에너지수확량(태양광발전량) 사이의 함수관계와 이 들의 편미분관계를 나타내는 그래프.
도 49는 베트남 하노이에서 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수인 최적경사각 사이의 함수관계를, 그리고 독립변수 방위각에 따른 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프.
도 50은 상기 도 49에서 나타낸 하노이에 위치하고 경사면에 설치되는 태양패널로 된 태양광발전시스템의 세 방위각 별 독립변수인 경사각과 종속변수인 태양에너지수확량(태양광발전량) 사이의 함수관계와 이 들의 편미분관계를 나타내는 그래프.
도 51은 대한민국 내 강릉, 인천, 울산과 광주의 4개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수로서 최적경사각 사이의 함수관계를 나타내는 그래프.
도 52는 상기 도 51에서 나타낸 대한민국 내 4개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수 방위각과 상기 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프.
도 53은 북반구 내 울란바토르, 사포로, 베이징, 덴버, 평양, 타이페이, 하노이, 방콕과 싱가포르의 9개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수로서 최적경사각 사이의 함수관계를 나타내는 그래프.
도 54는 상기 도 53에서 나타낸 북반구 내 9개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수 방위각과 상기 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프.
도 55는 상기 도 47의 대한민국 광주 대비 상기 도 53의 북반구 내 9개 도시에서 태양광발전시스템 태양광발전량의 상대비율을 나타내는 그래프.
도 56은 본 발명에 따른 실시예 14로서 대상체인 통상적 건물의 외양 [A], 이 건물옥상에 부가되어 태양공작물이 설치된 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 형상 [B]와 그리고 이 태양공작물을 포함한 건물전체 [B]의 상하 분해도 [C].
도 57은 상기 도 56에서 보여준 건물옥상에 부가되는 태양공작물 중심의 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 58은 상기 도 57에서 점선 타원으로 표시한 ｛VI｝ 부위 확대 상세사시도.
도 59는 상기 도 58에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (vi) 부위 확대 상세사시도.
도 60은 실시예 14에 적용된 건물옥상에 부가되는 ‘외장 태양에너지시스템’에 있어서 대상체의 입지방위에 따른 외장골조 포털프레임의 지붕보와 평행된 형태로 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 61은 상기 도 60에서와 동일한 대상체의 입지방위에서 외장골조 포털프레임의 지붕보와 엇갈려 교차하는 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 62는 상기 도 60에서와 동일한 대상체의 입지방위에서 외장골조 포털프레임의 지붕보와 직교하는 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 63은 상기 도 56과 도 57에서 보여주는 건물옥상 위에 부가되는 흡출기 [A], 공조실외기 [B]와 별도비트 [C]를 위한 공간 또는 설비(시설)의 배치 형태에 관한 상세 사시도.
도 64는 상기 도 57에서의 건물옥상 위에 설치되는 태양공작물 내부공간의 구성 [A]와 그 분해 [B], 그리고 상기 내부공간에 옥상정원 [C]과 주거 또는 비주거공간을 위한 파티션공간 [D]의 적용형태를 보여주는 사시도.
도 65는 본 발명에 따른 실시예 15로서 건물지붕, 다른 실시예로서 교량과 또 다른 실시예로서 보도 위에 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도.
도 66은 본 발명에 따른 독립적인 건축구조물과 토목구조물의 형성에 적용되는 태양공작물로서 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 실시예 1의 태양공작물 외장골조 좌측 부위를 보여 주는 개략적 사시도 [A]와 이에 적용되는 포털프레임(Portal frame)을 선별적으로 예시한 부분도 [B].
도 3은 상기 도 2의 [B] (a)의 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’) 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도.
도 4는 상기 도 2의 [B] (b)의 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)의 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도.
도 5는 상기 도 2의 [B] (c)의 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’)의 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도.
도 6은 상기 도 5의 사보프레임 일부에 적용된 가새(Brace)의 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도.
도 7은 본 발명의 기술사상에 적용되는 주부재의 전형적 형상과 각 부의 명칭 및 상세를 보여주는 사시도.
도 8은 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛I｝ 부위 확대 상세사시도.
도 9는 상기 도 8에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (i) 부위 확대 상세사시도.
도 10은 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛II｝ 부위 확대 상세사시도.
도 11은 상기 도 10에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (ii) 부위 확대 상세사시도.
도 12는 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛III｝ 부위 확대 상세사시도.
도 13은 상기 도 12에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (iii) 부위 확대 상세사시도.
도 14는 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛VI｝ 부위 확대 상세사시도.
도 15는 상기 도 14에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (iv) 부위 확대 상세사시도.
도 16은 본 발명에 따른 실시예 2로서 상기 실시예 1에서 보여준 동일한 대상체로서 입지방위가 상이한 건물옥상 위 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 17은 상기 도 16에서 점선 타원으로 표시한 ｛V｝ 부위 확대 상세사시도.
도 18은 상기 도 17에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (v1) 부위 확대 상세사시도.
도 19는 상기 도 17에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (v2) 부위 확대 상세사시도.
도 20은 전술된 도 8에서 ①로 지시된 <가대보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for rack beam-facia connection: 통칭 ‘<가대보-파샤>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 21은 전술된 도 10에서 ②로 지시된 <지붕보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for roof beam-facia connection: 통칭 ‘<지붕보-파샤>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 22는 전술된 도 13에서 ③으로 지시된 <주부재>접합연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam junction connection: 통칭 ‘<주부재>접합브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 23은 전술된 도 12에서 ④로 지시된 <보-보>중첩연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam superposition connection: 통칭 ‘<보-보>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 24는 후술될 도 32에서 ⑤로 지시된 <기둥-도리>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-purlin connection: 약칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 25는 지붕보 일단에 적용되는 것으로 전술된 도 14에서 ⑥으로 지시된 <기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 26은 지붕보 끝에 적용되는 것으로 전술된 도 25의 <기둥-보>브라켓의 또 다른 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 27은 전술된 도 6에서 ⑦로 지시된 <가새>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace connection: 통칭 ‘<가새>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 28은 전술된 도 17에서 ⑧로 지시된 <주부재>이음연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam joint connection: 통칭 ‘<주부재>이음브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도.
도 29는 전술된 도 18에서 ⑨로, 그리고 후술될 도 59에서 ⑩으로 지시된 <통합>연결판형브라켓(Plate type bracket for combined connection: 통칭 ‘<통합>브라켓’)의 적용 실시예에 대한 상세사시도.
도 30은 태양공작물의 지붕을 형성하는 다각평면의 외곽을 마감하는 가대파샤 또는 통합파샤(지붕파샤 위에 가대파샤가 일체화 된 주부재) 측면에 가대보의 고정을 위한 <가대보-파샤>브라켓과 <주부재>접합브라켓의 다양한 적용 실시예를 보여주는 사시도.
도 31은 태양가대의 가대보와 외장골조 지붕보를 고정하기 위한 <보-보>브라켓과 가대보쌍의 보강구조에 대한 다양한 적용 실시예를 보여주는 사시도.
도 32는 외장골조를 형성하는 포털프레임의 기둥과 지붕보를 고정하기 위한 <기둥-보>브라켓과 포털프레임의 보강구조에 대한 다양한 적용 실시예를 보여주는 사시도.
도 33은 본 발명에 따른 실시예 3으로서 상기 실시예 2에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 동일한 대상체인 건물옥상 위에 수평(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 34는 본 발명에 따른 실시예 4으로서 상기 실시예 1에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 동일한 대상체인 건물옥상 위에 다른 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 두 형태 레이아웃(Layout)의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 분해도 [A]와 [B].
도 35는 본 발명에 따른 실시예 5로서 비대칭적 평면과 하나의 돌출구조물을 갖는 건물옥상 위에 다른 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 세 형태 레이아웃(Layout)의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 분해도 [A], [B]와 [C].
도 36은 본 발명에 따른 실시예 6으로서 남향의 일자형 대상체인 건물 박공지붕(Gable) 위에 수평(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 37은 본 발명에 따른 실시예 7로서 상기 실시예 6에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 대상체인 건물 박공지붕 위에 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 38은은 본 발명에 따른 실시예 8로서 상기 실시예 7에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 대상체인 건물 박공지붕 위에 평면적으로 확장된 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 39는 본 발명에 따른 실시예 9로서 상기 실시예 7에서 보여준 동일한 대상체에 입지방위가 정남향에서 남동향으로 변경된 건물의 박공지붕 위에 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 40은 본 발명에 따른 실시예 10으로서 박공지붕 위 돌출구조물이 존재하는 유사한 대상체 다수가 공동주택단지 내에 다양한 규모와 방향으로 배치되어 상기 실시예 9에서 보여준 바와 같은 하나의 수평(지붕)면과 건물방위에 따른 최적경사각을 갖는 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도.
도 41은 본 발명에 따른 실시예 11로서 동일한 층고의 박공지붕과 돌출구조물을 각각 갖는 두 건물이 밀접하게 전면(정면)으로 볼록하도록 배치되어 하나로 된 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 42는 본 발명에 따른 실시예 12로서 동일한 층고의 박공지붕과 돌출구조물을 각각 갖는 두 건물이 밀접하게 전면(정면)으로 오목하도록 배치되어 하나로 된 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 43은 본 발명에 따른 실시예 13으로서 층고가 다른 두 평지붕(Flat roof)의 옥상과 두 평지붕 사이에 돌출구조물을 갖는 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 44는 박공지붕 위 돌출구조물이 있는 대상체에 동일한 수평(지붕)면과 건물방위에 따른 최적경사각을 갖는 경사(지붕)면으로 형성된 태양공작물을 건물방위가 동향(
도 45는 상기 도 44에서 태양공작물의 건물방위와 경사각이
도 46은 본 발명에 따른 박공지붕 위 돌출구조물이 존재하거나 그러하지 않은 대상체에 건물방위에 따른 적정한 경사각을 갖는 경사(지붕)면과 수평(지붕)면으로 조성되는 다양한 형태의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도.
도 47은 대한민국 광주에서 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수인 최적경사각 사이의 함수관계를, 그리고 독립변수 방위각에 따른 최적경사각에서 구한 최대 태양광발전량의 감소율(약칭 ‘태양편익감소율’)을 나타내는 그래프.
도 48은 상기 도 47에서 나타낸 광주에 위치하고 경사면에 설치되는 태양패널로 된 태양광발전시스템의 세 방위각 별 독립변수인 경사각과 종속변수인 태양에너지수확량(태양광발전량) 사이의 함수관계와 이 들의 편미분관계를 나타내는 그래프.
도 49는 베트남 하노이에서 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수인 최적경사각 사이의 함수관계를, 그리고 독립변수 방위각에 따른 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프.
도 50은 상기 도 49에서 나타낸 하노이에 위치하고 경사면에 설치되는 태양패널로 된 태양광발전시스템의 세 방위각 별 독립변수인 경사각과 종속변수인 태양에너지수확량(태양광발전량) 사이의 함수관계와 이 들의 편미분관계를 나타내는 그래프.
도 51은 대한민국 내 강릉, 인천, 울산과 광주의 4개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수로서 최적경사각 사이의 함수관계를 나타내는 그래프.
도 52는 상기 도 51에서 나타낸 대한민국 내 4개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수 방위각과 상기 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프.
도 53은 북반구 내 울란바토르, 사포로, 베이징, 덴버, 평양, 타이페이, 하노이, 방콕과 싱가포르의 9개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수로서 최적경사각 사이의 함수관계를 나타내는 그래프.
도 54는 상기 도 53에서 나타낸 북반구 내 9개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수 방위각과 상기 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프.
도 55는 상기 도 47의 대한민국 광주 대비 상기 도 53의 북반구 내 9개 도시에서 태양광발전시스템 태양광발전량의 상대비율을 나타내는 그래프.
도 56은 본 발명에 따른 실시예 14로서 대상체인 통상적 건물의 외양 [A], 이 건물옥상에 부가되어 태양공작물이 설치된 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 형상 [B]와 그리고 이 태양공작물을 포함한 건물전체 [B]의 상하 분해도 [C].
도 57은 상기 도 56에서 보여준 건물옥상에 부가되는 태양공작물 중심의 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 58은 상기 도 57에서 점선 타원으로 표시한 ｛VI｝ 부위 확대 상세사시도.
도 59는 상기 도 58에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (vi) 부위 확대 상세사시도.
도 60은 실시예 14에 적용된 건물옥상에 부가되는 ‘외장 태양에너지시스템’에 있어서 대상체의 입지방위에 따른 외장골조 포털프레임의 지붕보와 평행된 형태로 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 61은 상기 도 60에서와 동일한 대상체의 입지방위에서 외장골조 포털프레임의 지붕보와 엇갈려 교차하는 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 62는 상기 도 60에서와 동일한 대상체의 입지방위에서 외장골조 포털프레임의 지붕보와 직교하는 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B].
도 63은 상기 도 56과 도 57에서 보여주는 건물옥상 위에 부가되는 흡출기 [A], 공조실외기 [B]와 별도비트 [C]를 위한 공간 또는 설비(시설)의 배치 형태에 관한 상세 사시도.
도 64는 상기 도 57에서의 건물옥상 위에 설치되는 태양공작물 내부공간의 구성 [A]와 그 분해 [B], 그리고 상기 내부공간에 옥상정원 [C]과 주거 또는 비주거공간을 위한 파티션공간 [D]의 적용형태를 보여주는 사시도.
도 65는 본 발명에 따른 실시예 15로서 건물지붕, 다른 실시예로서 교량과 또 다른 실시예로서 보도 위에 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도.
도 66은 본 발명에 따른 독립적인 건축구조물과 토목구조물의 형성에 적용되는 태양공작물로서 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도.
본 발명은 태양에너지시스템으로서 건물옥상(Rooftop)과 같은 건설구조물 상부에 부가되거나 독립적으로 일정면적의 지표면(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설되는 태양에너지수확을 위한 덮개(Covering plane)와 이 덮개 직하에 내부공간(Interior space)을 가지는 입체적 공작물(약칭 ‘태양공작물’)로 형성되며, 상기 태양공작물은 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널’)이 부착되는 태양가대(Solar rack)와 상기 내부공간을 만들고 상기 태양가대를 지지하는 외장골조(Sheathing framework)로 구성되어 본 발명인 ‘외장 태양에너지시스템’을 완성한다.
상기 대상체는 본 발명이 적용되는 대상으로서 신축 또는 기존 건설구조물에 부가되는 것으로 건축구조물의 경우 건물옥상이, 그리고 토목구조물의 경우 그 상부가 되고, 상기 태양공작물 자체로 독립적인 태양에너지빌딩(약칭 ‘태양빌딩‘) 또는 태양에너지시스템을 형성하여 건설되는 토지, 휴경지 및 유휴지의 지표면이 된다.
본 발명의 명칭으로서 ‘외장 태양에너지시스템’은 상기 대상체를 덮는(Covering 또는 sheathing) 구조의 태양공작물에 따른 것으로, 건물옥상에 적용할 경우는 ‘옥상 태양에너지시스템(Rooftop solar energy system)’이, 그리고 도로, 교량이나 하천 위에 상기 태양공작물을 구축하여 적용할 경우는 ‘다목적(Multi-purpose)’ 또는 ‘다용도(Versatile)’ ‘태양에너지시스템’이 될 수 있다.
상기 태양공작물은 상기 태양패널을 포함하는 구조물로서 본 발명인 외장 태양에너지시스템 자체 또는 그 하위 개념으로 사용되며, 상기 건축구조물로는 주거건물, 상가, 학교, 작업장, 공장, 창고, 축사, 재배사, 양식장, 양어장 및 (반그늘)원예시설 등의 건축물을 포함하고, 상기 토목구조물로는 주차장, 공원, 하천, 교량, 철도, 도로, 교차로, 보도, 하수처리장, 정수처리장, 선착장, 계류장, (기차역)플랫폼 및 도로방음터널 등의 시설물을 포함한다.
첨부된 도면을 토대로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 다양한 실시예를 들어 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명의 사상은 더욱 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예로 한정되지 않는다. 여기서 사용되는 전문용어들은 본 발명의 기능과 작동을 고려하여 정의되어 단지 여기서 보여주는 실시예를 설명하기 위한 것들이고, 본 발명의 기술적 사상을 의도적으로 한정하고자 하는 것은 아니다.
도면에 도시된 형상은 원래 대략적인 것에 불과하고 본 발명의 사상을 표현하기 위한 다양한 구성요소를 포함하지만, 이는 기술사상의 영역에 대한 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것도 아니다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시예에 관한 것이다. 그럼에도, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.
결론적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예에 대한 묘사는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 하나의 수단일 뿐이다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 가능하면 실제규모의 비율에 근접하게 묘사되었지만, 설명의 명료성과 편의상 어느 정도 과장되게 도시되기도 한다. 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 독자의 의도 또는 관례에 따라 달리 이해 될 수 있음을 고려하여 후술되는 부호의 설명에서 어느 정도 묘사되지만 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
이 명세서에서 본 발명에 따른 실시예의 구성품들이 단수 형태인 것들은 관련 문구에서 명시적으로 단수로 정의하지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
또한, 청구항 등의 서술에서 미리 정의되어 인용되는 구성품은 ‘상기’의 단어를 전관사와 같은 형식으로 사용함에 있어서, 직전에 언급된 요소에 대하여는 지시대명사인 ‘그’, ‘이’ 및 ‘이들’ 등으로 대신하거나, ‘상기 구성품 내 상기 멤버’는 ‘상기 구성품 내 멤버’ 또는 단순히 ‘상기 멤버’, ‘상기 구성품A와/및/또는 상기 구성품B’는 ‘상기 구성품 A와/및/또는 B’로 ‘상기’를 생략하여 간략하게 표시하기도 한다.
또한, 상기에 대응되는 ‘하기’는 후에 언급되는 구성품을 지칭하는 것이고, 기술된 내용에 대하여 이미 언급된 것은 ‘전술(앞에서 기술)’로, 앞으로 언급될 것은 ‘후술(뒤에서 기술)’로, 그리고 구체적인 언급되는 것은 ‘상술(상세히 기술)’로 묘사한다.
또한, 도면에 대한 설명에서 ‘전’, ‘후’, ‘좌’, ‘우’, ‘상’, ‘하’ 및 ‘중앙’의 접두어는 도면 내 상대적 위치를 나타내고, 본 발명의 구성요소에서 ‘상부~’, ‘중부~’ 및 ‘하부~’ 접두어는 도면에 도시된 육면체형 목적물이나 공간에 대한 관찰자 입장에서 상대적 상하 위치를 나타내고, ‘~상단’, ‘~하단’, ‘~좌단’ 및 ‘~우단’의 접미어는 도면에 도시된 사물의 상, 하, 좌 및 우 방향의 끝이나 그 인근 부위를 지칭하며, ‘일단’과 ‘양단’은 사물의 한 끝과 양 끝 또는 그 인근 부위를 나타내고 이들 어휘가 혼용되기도 하지만 도시된 것과 함께 이해되며, ‘가로~’ 및 ‘세로~’ 는 도시된 육면체형 공간에서 좌우방향의 길이를 가로로, 그리고 전후방향의 길이를 세로로 하였고, ‘수평~’, ‘경사~’, ‘수직~’ 및 ‘연직~’의 접두어도 도시된 육면체형 공간을 기준으로 한다. 또한, 직사각형에서 장변을 ‘가로~’로, 단변을 ‘세로~’로 보고, 지구 중력방향에 대하여 그 직각이 ‘수평~’이고, 같은 방향이 ‘연직~’이다. 주부재의 배치에 적용되는 ‘길이방향’은 장대형부재의 (반)직선으로 향하고, ‘동서방향’은 입지의 수평면에서 자오선(Meridian)과 직각이며, ‘수평방향’은 수평면과 평행인 방향이다.
또한, ‘포함하다(comprising)’와 ‘가지다(having)’의 의미는 특정한 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하는 것이지 다른 상기의 것들 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
또한, ‘구성하다(consisting of)’의 의미는 한정된 요소로 한 부품(또는 완성품)을 만들거나 형성하는 것이다.
또한, ‘형성하다(forming)’ 및 ‘되다(being resulted in)’의 의미는 어느 특정한 형상의 구조로 만들어지거나, 인과관계로 그 무엇이 되는 것이다. 이와 유사하게 ‘조성하다’는 ‘조립하여 형성하다’, 그리고 ‘완성하다’는 ‘형성을 마무리하다’와 같은 의미로 사용된다.
또한, ‘위치하다(being positioned in)’의 의미는 어느 구성품이 어느 특정 부위에 놓이거나 옆에 두는 것이다.
또한, ‘고정하다(being fixed to)’의 의미는 어느 멤버를 다른 멤버나 어느 구성품의 한 부위에 붙여 영구적인 구조로 형상화하는 것이다. 상기 ‘고정하다’의 행위는 공장이나 현장에서 용접, 직결나사 또는 볼트-너트 등과 같은 방법으로 어느 멤버 간을 거의 영구적으로 일체화하는 작업을 포함한다. 이와 거의 같은 의미로 ‘부착하다(being attached to)’는 어느 주된 구성품에 다른 부속 구성품을 굳게 들러붙어 있게 하는 것이다.
또한, ‘연결수단(by means of connection)으로 연결되다(being directly connected to, being coupled with)’의 의미는 관련 수단으로 사물과 사물이 서로 이어져 고정되는 것이다.
또한, ‘정착수단(by means of settlement)으로 정착되다(being settled in)’의 의미는 관련 수단으로 어느 구성품이 어떤 장소나 물건에 붙박이로 견고하게 붙어 있게 되는 것이다.
또한, ‘고착수단(by means of installation)으로 고착되다(being mounted on)’의 의미는 관련 수단으로 어느 구성품을 다른 구성품에 들러 붙여 반영구적으로 일체화하는 것으로, 상기 ‘고정하다’와 ‘부착하다’의 합성어인 부착하여 고정하는 것이다.
관련수단을 갖는 상기 ‘연결되다’, ‘정착되다’ 그리고 ‘고착하다’는 유사한 의미로, 본 발명 구성품의 특정부위에서 편의적으로 사용되고, 그 행위는 공장이나 현장에서 용접, 리벳, 직결나사 또는 볼트-너트 등의 수단으로 반영구적으로 일체화하는 조립작업이다.
또한, ‘설치하다(being installed to)’의 의미는 어느 구성품에 다른 완성된 제품을 제자리에 맞게 고정하여 놓는 것이다.
또한, ‘하나 또는 그 이상’의 수량은 단순하게 ‘하나 이상’으로 표기하고, ‘한 쌍’은 두 개의 구성요소가 하나로 기능하는 것이고, ‘복수’와 ‘다수’는 구성요소가 둘 이상인 것을 표시하는 것으로 복수보다 다수가 더 많은 구성요소를 나타낸다.
또한, ‘일정~’은 미리 정해지거나 설계 또는 계획되는 값이지만 임의적 상수(Constant)이고, 일정간격, 일정높이, 일정길이, 일정거리, 일정곡률반경, 일정부위, 일정공간, 일정형상과 같이 한정사 또는 전치사와 같이 사용되고, ‘각각(Respectively)’은 앞에 언급된 구성요소들 차례로 하나하나마다를 수식하는 부사로서 사용된다.
또한, ‘건축물(建築物, Architecture)’은 인간이 지어서 지면에 정착(定着)되는 공작물이고, ‘건물(建物, Building)’은 건축물의 한 형태로서 지속적인 거주를 위한 구조물로 정의되지만 여기서는 건축물이나 건물을 구분하지 않고, 상기 공작물과 구조물도 문맥에 따라 유사한 어휘로서 활용된다.
또한, 일반적으로 ‘건설구조물’은 주택, 상가 등 상기 건축물을 형성하는 구조물인 ‘건축구조물’과 상기 건축물 외 도로, 하천 등의 기반시설과 관련한 구조물인 ‘토목구조물’로 크게 구분되고, 이와 같은 건설구조물에 본 발명의 기술사상이 적용되어 신축되거나 부가되는 공작물에 태양패널이 포함되어 태양공작물을 형성함으로써 ’외장 태양에너지시스템‘이 완성된다.
‘가대’는 무엇을 얹기 위하여 밑에 받쳐 세운 구조물로서 ‘태양가대’는 태양패널이 설치되는 구조물이고, ‘외장골조’는 상기 태양가대를 받치는 공작물을 형성하는 그 구조 또는 뼈대이며, 상기 외장 태양에너지시스템으로 기능하는 상기 태양공작물은 태양가대와 외장골조로 형성된다. 즉, 태양패널이 설치된 태양공작물로서 본 발명의 기술사상에 따라 ’외장 태양에너지시스템‘이 구현되는 것이다.
상기 외장골조는 상기 건축구조물의 신축에 활용될 수 있을 뿐만 아니라 기존 건물이나 상기 토목구조물에 부가되어 상기 태양가대와 병합되어 상기 태양공작물을 형성함으로써 본 발명인 외장 태양에너지시스템이 구현될 수 있게 된다. 상기 태양공작물은 토지, 휴경지나 유휴지에 정착되는 독립적인 태양빌딩이나 태양에너지시스템으로 형성될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능과 작동 원리를 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자의 관점에서 본 발명이 해결하고자 하는 과제나 해결수단 및 그리고 그 효과까지를 포함하여 전개한다.
도면 내용의 설명을 위하여 참조하는 부호(약칭 ‘참조부호’)는 동일한 기능을 갖는 구성요소나 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 표시하고, 이어진 설명에서 그 대상이 인접하여 반복될 경우에는 그 참조부호를 생략하기도 한다. 그러나 상기 동일한 기능을 갖는 구성요소나 부품들을 구분하여 설명할 필요가 있을 경우에는 해당 도면 내에서 다른 일련의 하위 참조부호를 부여하여 독자의 이해를 돕도록 한다.
상기 참조번호는 원칙적으로 세 자리 숫자로 구성되며 첫째자리(백단위)와 둘째자리(십단위)는 본 발명의 구성품 각각을 표시하며 십배수로 표시되는 상기 십단위는 대표 참조부호로 하고, 마지막 일련의 셋째자리(일단위)는 상기 대표 참조부호의 하위 참조부호로 활용된다. 상기 하위 참조부호가 한 도면 내에서 특별한 의미가 있을 경우 해당 도면에 대한 설명과 후술될 부호의 설명에서 기술된다. 예를 들어서, 기둥에 대한 대표 참조부호 (360)의 하위 참조부호인 일련의 번호 (361,362,363,...) 각각은 동일한 기능을 갖는 기둥을 표시하고, 특별히 참조부호 (369)는 원통형기둥을 표시한다.
원래의 참조부호와 하위의 참조부호를 병기할 경우 그 사이는 콜론(Colon, ‘:’)을 첨가하고 다수의 동일한 기능의 하위 참조부호를 함께 표시할 때는 그 사이에 쉼표(Comma, ‘,’)를 넣는다. 예를 들어서 기둥에 대한 대표적 참조부호는 (360)이지만 한 도면 내에 기둥 둘을 구분할 필요가 있을 경우 기둥 하나는 (360:361) 또는 단순히 (361)로 다른 기둥은 (360:362) 또는 단순히 (362)와 같이 참조하고, 두 기둥 모두는 (360:361,362)와 같이 표시하기도 한다. 또 다른 예로, 하나의 <가대보-파샤>브라켓(710)이 다른 <지붕보-파샤>브라켓(720)과 인접하여 하나의 독립된 <통합>브라켓(790)을 형성할 경우 참조부호는 (790:710,720)으로 부여한다. 이는 <통합>브라켓(790)이 다른 두 브라켓(710,720)의 상위 구성요소로 보는 것이다. 상기 <통합>브라켓(790)은 또한 다수의 판형브라켓을 포함하므로 (790:791,792,793,...)와 같이 표기될 수 있다. 경우에 따라 브라켓의 수가 많아 도면 내에 하나로 표시하기가 곤란할 경우 별도로 각각 부여하거나 생략하기도 한다.
동일하거나 유사한 기능을 갖는 구성요소를 한 도면 안에서 분리하여 묘사하고자 할 경우 동일한 참조부호에 일련의 영문 소문자를 부가하여 구분한다. 예를 들어서, <기둥-보>연결수단의 참조부호는 (760)이고, 그 하위 참조부호 (761,762,763,...)는 <기둥-보>브라켓을 가리키므로 상기 <기둥-보>연결수단 다수를 한 도면 안에서 구분하고자 할 경우 (760a), (760b), (760c),....와 같이 참조한다.
또한, 도면 내 한 구성요소가 다른 기능이나 소재로 된 요소이기도 하여 이를 함께 표시하고자 할 경우 ‘및(And)’을 의미하는 앤드기호(Ampersand, ‘&’)를 부가하여 표시한다. 예를 들어서 보강보(370)가 단겹부재(651)로 된 경우 참조번호 (370&651)로 표시된다.
또한, 도면 내 어느 구성요소가 다른 구성요소일 수도 있을 경우 ‘또는(Or)’을 의미하는 수직선기호(Vertical slash, ‘|’)를 부가하여 표시한다. 예를 들어서 평보(340) 또는 사보(350)가 두겹부재(652)일 경우 (340|350&652)와 같이 표시된다. 또 다른 예로서, 수평(지붕)면에 적용되는 가대보(120:122,124)와 경사(지붕)면에 적용되는 가대보(120:126,127|128)를 함께 인용하고자 할 경우 가대보(120:122,124&126,127|128)와 같이 표시한다.
또한, 도면 내 어느 구성요소가 다른 구성요소와 병합되어 일체화 된 하나의 구성요소를 형성할 경우 더하기기호(Plus, ‘+’)로 부가하여 표시한다. 예를 들어서, 지붕파샤(380) 위에 상기 태양가대의 가대파샤(180)가 얹혀 병합 고정됨으로써 일체화된 하나의 주부재인 통합파샤(180+380)가 형성되는 것과 같이 표시한다.
상기 참조부호에 상기 콜론(Colon, ‘:’), 쉼표(Comma, ‘,’), 앤드기호(Ampersand, ‘&’), 수직선기호(Vertical slash, ‘|’) 및 더하기기호(Plus, ‘+’) 등이 부가될 경우 도면 내 인출 부호를 참작하여 ‘왼쪽에서 오른쪽으로’ 이해된다.
또한, 도면 내 참조부호의 인출선을 점선으로 표시하는 경우는 참조하고자 하는 구성품이 도면에서 가시적이진 않지만 인출선이 지시하는 부위에 명시적으로 존재하고 설명에서 인용할 필요가 있을 경우다.
또한, 도면 내 파선은 어떤 구성요소의 생략된 부위 또는 그 윤곽이나 범위를 표시하고, 한점쇄선은 해당 구성요소를 분해하여 전개하는 기준선으로, 그리고 두점쇄선은 도면 또는 대칭의 중심선으로 활용된다. 상기 전개된 구성요소는 원래 위치의 구성요소보다 색조를 진하게 강조하여 구별하고, 전개되지 않은 구성요소는 색조를 진하게 하여 제자리에 둔다.
또한, 도면 내 한 구성요소의 집합을 다른 구성요소의 집합과 구분하기 위하여 색조를 달리하여 구별에 도움이 되도록 한다. 예를 들어서 태양가대(100계열) 주부재는 옅게 외장골조(300계열) 주부재는 짙게 표시된다.
또한, 도면 내와 설명에서 상기 대상체나 태양공작물의 정남향 방위각은 와 같이 표시하며, 정북을 기준으로 0도로 설정하고 시계방향으로 일회전각을 360도로 하여 정동은 90도, 정남은 180도, 그리고 정서는 270도로 한다. 또한 어느 특정 평면의 정남향 방위각과 29도인 경사각은 와 같이 표시하고, 도면의 수평면 30도 회전각은 와 같이 표시한다. 도면 내 이와 같은 표시에서 편의상 도(Degree) 단위를 생략한다. 특정되지 않은 방위각과 경사각은 ‘*’로 표시한다. 예를 들어서 은 특정되지 않는 방위각에 경사각이 0도인 것을 의미하고, 는 방위각이 225도, 즉 남서향의 특정되지 않은 경사각을 표시한다. 또한 는 방위 90도(동향)의 최적경사각 -2도(서향으로 2도)이나 적용경사각 0도(수평면)로, 그리고 다른 예로서 는 남향(180도)에서 서쪽으로 15도 향한 방위에서 최적경사각 29도이나 적용경사각 20도로서 표시된다.
상기 특정 평면의 방위각은 해당 평면의 임의 상향 법선의 하방 투영 수평선이 가리키는 방위이고, 경사각은 90도에서 상기 수평선과 법선 사이의 각을 뺀 값으로 정해진다.
또한, 도면의 설명에서 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능구성을 위주로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1로서 좌우 선대칭의 평면과 돌출구조물을 갖는 대상체인 건물옥상 위 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적(Conceptual) 사시도 [A]와 분해도 [B]이고, 도 2는 도 1에 도시한 실시예 1의 태양공작물 외장골조 좌측 부위를 보여 주는 개략적 사시도 [A]와 이에 적용되는 포털프레임(Portal frame)을 선별적으로 예시한 부분도 [B]이며, 도 3은 상기 도 2의 [B] (a)의 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’) 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도이고, 도 4는 상기 도 2의 [B] (b)의 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)의 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도이며, 도 5는 상기 도 2의 [B] (c)의 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’)의 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도이고, 도 6은 상기 도 5의 사보프레임 일부에 적용된 가새(Brace)의 연결부위를 보여주는 확대 상세사시도이며, 도 7은 본 발명의 기술사상에 적용되는 주부재의 전형적 형상과 각 부의 명칭 및 상세를 보여주는 사시도이다.
도 8은 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛I｝ 부위 확대 상세사시도이고, 도 9는 상기 도 8에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (i) 부위 확대 상세사시도이며, 도 10은 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛II｝ 부위 확대 상세사시도이고, 도 11은 상기 도 10에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (ii) 부위 확대 상세사시도이며, 도 12는 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛III｝ 부위 확대 상세사시도이고, 도 13은 상기 도 12에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (iii) 부위 확대 상세사시도이며, 도 14는 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛VI｝ 부위 확대 상세사시도이고, 도 15는 상기 도 14에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (iv) 부위 확대 상세사시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 실시예 2로서 상기 실시예 1에서 보여준 동일한 대상체로서 입지방위가 상이한 건물옥상 위 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]이고, 도 17은 상기 도 16에서 점선 타원으로 표시한 ｛V｝ 부위 확대 상세사시도이며, 도 18은 상기 도 17에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (v1) 부위 확대 상세사시도이고, 도 19는 상기 도 17에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (v2) 부위 확대 상세사시도이다.
도 20은 전술된 도 8에서 ①로 지시된 <가대보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for rack beam-facia connection: 통칭 ‘<가대보-파샤>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도이고, 도 21은 전술된 도 10에서 ②로 지시된 <지붕보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for roof beam-facia connection: 통칭 ‘<지붕보-파샤>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도이며, 도 22는 전술된 도 13에서 ③으로 지시된 <주부재>접합연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam junction connection: 통칭 ‘<주부재>접합브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도이고, 도 23은 전술된 도 12에서 ④로 지시된 <보-보>중첩연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam superposition connection: 통칭 ‘<보-보>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도이며, 도 24는 후술될 도 32에서 ⑤로 지시된 <기둥-도리>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-purlin connection: 약칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도이고, 도 25는 지붕보 일단에 적용되는 것으로 전술된 도 14에서 ⑥으로 지시된 <기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도이며, 도 26은 지붕보 끝에 적용되는 것으로 전술된 도 25의 <기둥-보>브라켓의 또 다른 다양한 형태에 대한 상세사시도이고, 도 27은 전술된 도 6에서 ⑦로 지시된 <가새>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace connection: 통칭 ‘<가새>브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도이며, 도 28은 전술된 도 17에서 ⑧로 지시된 <주부재>이음연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam joint connection: 통칭 ‘<주부재>이음브라켓’)의 다양한 형태에 대한 상세사시도이고, 도 29는 전술된 도 18에서 ⑨로, 그리고 후술될 도 59에서 ⑩으로 지시된 <통합>연결판형브라켓(Plate type bracket for combined connection: 통칭 ‘<통합>브라켓’)의 적용 실시예에 대한 상세사시도이다.
도 30은 태양공작물의 지붕을 형성하는 다각평면의 외곽을 마감하는 가대파샤 또는 통합파샤(지붕파샤 위에 가대파샤가 일체화 된 주부재) 측면에 가대보의 고정을 위한 <가대보-파샤>브라켓과 <주부재>접합브라켓의 다양한 적용 실시예를 보여주는 사시도이고, 도 31은 태양가대의 가대보와 외장골조 지붕보를 고정하기 위한 <보-보>브라켓과 가대보쌍의 보강구조에 대한 다양한 적용 실시예를 보여주는 사시도이며, 도 32는 외장골조를 형성하는 포털프레임의 기둥과 지붕보를 고정하기 위한 <기둥-보>브라켓과 포털프레임의 보강구조에 대한 다양한 적용 실시예를 보여주는 사시도이다.
도 33은 본 발명에 따른 실시예 3으로서 상기 실시예 2에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 동일한 대상체인 건물옥상 위에 수평(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]이고, 도 34는 본 발명에 따른 실시예 4으로서 상기 실시예 1에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 동일한 대상체인 건물옥상 위에 다른 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 두 형태 레이아웃(Layout)의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 분해도 [A]와 [B]이며, 도 35는 본 발명에 따른 실시예 5로서 비대칭적 평면과 하나의 돌출구조물을 갖는 건물옥상 위에 다른 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 세 형태 레이아웃(Layout)의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 분해도 [A], [B]와 [C]이다.
도 36은 본 발명에 따른 실시예 6으로서 남향의 일자형 대상체인 건물 박공지붕(Gable) 위에 수평(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]이고, 도 37은 본 발명에 따른 실시예 7로서 상기 실시예 6에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 대상체인 건물 박공지붕 위에 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]이며, 도 38은은 본 발명에 따른 실시예 8로서 상기 실시예 7에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 대상체인 건물 박공지붕 위에 평면적으로 확장된 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]이고, 도 39는 본 발명에 따른 실시예 9로서 상기 실시예 7에서 보여준 동일한 대상체에 입지방위가 정남향에서 남동향으로 변경된 건물의 박공지붕 위에 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]이다.
도 40은 본 발명에 따른 실시예 10으로서 박공지붕 위 돌출구조물이 존재하는 유사한 대상체 다수가 공동주택단지 내에 다양한 규모와 방향으로 배치되어 상기 실시예 9에서 보여준 바와 같은 하나의 수평(지붕)면과 건물방위에 따른 최적경사각을 갖는 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도이다.
도 41은 본 발명에 따른 실시예 11로서 동일한 층고의 박공지붕과 돌출구조물을 각각 갖는 두 건물이 밀접하게 전면(정면)으로 볼록하도록 배치되어 하나로 된 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]이고, 도 42는 본 발명에 따른 실시예 12로서 동일한 층고의 박공지붕과 돌출구조물을 각각 갖는 두 건물이 밀접하게 전면(정면)으로 오목하도록 배치되어 하나로 된 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]이다.
도 43은 본 발명에 따른 실시예 13으로서 층고가 다른 두 평지붕(Flat roof)의 옥상과 두 평지붕 사이에 돌출구조물을 갖는 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]이다.
도 44는 박공지붕 위 돌출구조물이 있는 대상체에 동일한 수평(지붕)면과 건물방위에 따른 최적경사각을 갖는 경사(지붕)면으로 형성된 태양공작물을 건물방위가 동향()부터 서향()까지 30도 등간격으로 배치된 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도이고, 도 45는 상기 도 44에서 태양공작물의 건물방위와 경사각이 인 ‘외장 태양에너지시스템’을 상세히 보여주는 사시도 [A]와 분해도 [B]이다.
도 46은 본 발명에 따른 박공지붕 위 돌출구조물이 존재하거나 그러하지 않은 대상체에 건물방위에 따른 적정한 경사각을 갖는 경사(지붕)면과 수평(지붕)면으로 조성되는 다양한 형태의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도이다.
도 47은 대한민국 광주에서 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수인 최적경사각 사이의 함수관계를, 그리고 독립변수 방위각에 따른 최적경사각에서 구한 최대 태양광발전량의 감소율(약칭 ‘태양편익감소율’)을 나타내는 그래프이고, 도 48은 상기 도 47에서 나타낸 광주에 위치하고 경사면에 설치되는 태양패널로 된 태양광발전시스템의 세 방위각 별 독립변수인 경사각과 종속변수인 태양에너지수확량(태양광발전량) 사이의 함수관계와 이 들의 편미분관계를 나타내는 그래프이다.
도 49는 베트남 하노이에서 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수인 최적경사각 사이의 함수관계를, 그리고 독립변수 방위각에 따른 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프이고, 도 50은 상기 도 49에서 나타낸 하노이에 위치하고 경사면에 설치되는 태양패널로 된 태양광발전시스템의 세 방위각 별 독립변수인 경사각과 종속변수인 태양에너지수확량(태양광발전량) 사이의 함수관계와 이 들의 편미분관계를 나타내는 그래프이다.
도 51은 대한민국 내 강릉, 인천, 울산과 광주의 4개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수로서 최적경사각 사이의 함수관계를 나타내는 그래프이고, 도 52는 상기 도 51에서 나타낸 대한민국 내 4개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수 방위각과 상기 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프이다.
도 53은 북반구 내 울란바토르, 사포로, 베이징, 덴버, 평양, 타이페이, 하노이, 방콕과 싱가포르의 9개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수로서 최적경사각 사이의 함수관계를 나타내는 그래프이고, 도 54는 상기 도 53에서 나타낸 북반구 내 9개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수 방위각과 상기 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프이다.
도 55는 상기 도 47의 대한민국 광주 대비 상기 도 53의 북반구 내 9개 도시에서 태양광발전시스템 태양광발전량의 상대비율을 나타내는 그래프이다.
도 56은 본 발명에 따른 실시예 14로서 대상체인 통상적 건물의 외양 [A], 이 건물옥상에 부가되어 태양공작물이 설치된 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 형상 [B]와 그리고 이 태양공작물을 포함한 건물전체 [B]의 상하 분해도 [C]이고, 도 57은 상기 도 56에서 보여준 건물옥상에 부가되는 태양공작물 중심의 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]이며, 도 58은 상기 도 57에서 점선 타원으로 표시한 ｛VI｝ 부위 확대 상세사시도이고, 도 59는 상기 도 58에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (vi) 부위 확대 상세사시도이다.
도 60은 실시예 14에 적용된 건물옥상에 부가되는 ‘외장 태양에너지시스템’에 있어서 대상체의 입지방위에 따른 외장골조 포털프레임의 지붕보와 평행된 형태로 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B]이고, 도 61은 상기 도 60에서와 동일한 대상체의 입지방위에서 외장골조 포털프레임의 지붕보와 엇갈려 교차하는 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B]이며, 도 62는 상기 도 60에서와 동일한 대상체의 입지방위에서 외장골조 포털프레임의 지붕보와 직교하는 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B]이다.
도 63은 상기 도 56과 도 57에서 보여주는 건물옥상 위에 부가되는 흡출기 [A], 공조실외기 [B]와 별도비트 [C]를 위한 공간 또는 설비(시설)의 배치 형태에 관한 상세 사시도이고, 도 64는 상기 도 57에서의 건물옥상 위에 설치되는 태양공작물 내부공간의 구성 [A]와 그 분해 [B], 그리고 상기 내부공간에 옥상정원 [C]과 주거 또는 비주거공간을 위한 파티션공간 [D]의 적용형태를 보여주는 사시도이다.
도 65는 본 발명에 따른 실시예 15로서 건물지붕, 다른 실시예로서 교량과 또 다른 실시예로서 보도 위에 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도이고, 도 66은 본 발명에 따른 독립적인 건축구조물과 토목구조물의 형성에 적용되는 태양공작물로서 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도이다.
도 1에 도시된 바는, 본 발명의 실시예 1로서 좌우 선대칭의 평면과 돌출구조물을 갖는 대상체인 건물옥상 위에 정착되어 조성되는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
본 발명은 건물옥상(Rooftop)과 같은 건설구조물 상부에 부가되거나 독립적으로 일정면적의 지표면(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설되는 태양에너지시스템(Solar energy system)으로서 태양가대(Solar rack)와 외장골조(Sheathing framework)를 포함한다.
상기 태양가대와 외장골조로 태양에너지수확을 위한 덮개(Covering plane)와 이 덮개 직하에 내부공간(Interior space)을 가지는 입체적 공작물(약칭 ‘태양공작물’)이 형성되고, 상기 태양가대는 다수의 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널’)을 포함하며 상기 외장골조의 외피면(Outer skin plane) 위에 고착되어 상기 덮개를 형성한다.
이 실시예 1에 적용된 대상체는 좌측면과 우측면을 전면(정면)으로 하는 공동주택(아파트)의 옥상으로서, 도면 내 [A]는 조립된 태양공작물 전체를 보여주며, [B]는 상하로 분해된 상태를 보여준다. 좌우 선대칭의 평면을 갖는 대상체인 건물옥상(500) 위에 본 발명의 기술사상에 따라 외장골조(300)를 상기 대상체의 바닥면(570; Floor plane: 약칭 ‘바닥’)에 정착하고 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 외피면 위에 태양가대(100)를 고착하여 태양공작물을 완성한다.
도면 내 [A]에서 대상체 입지방위기준(510) 건물방향은 건물평면 좌우 선대칭 중심선인 건물중심선(511; Building centered line)의 방위각을 기준으로 정남향인 이다. 상기 건물중심선은 건물전면(정면)을 가로질러 직교하고 그 중심을 지나는 수평선이며, 건물전면(정면)이 복수인 복합건물의 경우 각각의 건물중심선이 이루는 사이각을 가중평균으로 나누는 수평선이다.
도면 내 [B]에서 (a)는 태양가대(100), (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)이 상기 건물중심선(511)과 직교하는 하나의 기준선(270)을 모서리로 두고 하나의 수평(지붕)면(210)과 다른 하나의 경사(지붕)면(250)로 구성되며, 그리고 (c)는 대상체인 건물옥상(500)의 외형을 보여 주는 것으로, 상기 건물옥상(500)은 좌우 선대칭의 평면과 돌출구조물(410)을 가지며, 건물 좌측면(520)의 방향은 (남서향)이고, 우측면(540)은 (동남향)이다. 전술한 바와 같이 각도의 단위는 도(Degree)이지만 편의상 생략한다.(이하 같음) 여기서 ‘*’는 특정되지 않는 값을 의미한다.
이 실시예 1에 적용된 대상체인 건물옥상의 평면적은 대략 600 평방미터이고, 이 건물옥상의 외곽을 따라 외곽골조(300)의 기둥이 배치되어 정착되고, 상기 외곽골조의 지붕보로서 상기 돌출구조물을(410)을 덮어 지붕을 형성하는 수평(지붕)면과 경사(지붕)면의 두 다각평면으로 외장골조(300)의 외피면(200)이 형성된다. 이 가운데 수평(지붕)면(210; Horizontal roof plane)은 로 상기 돌출구조물(410) 위에, 그리고 경사(지붕)면(250; Tilted roof plane)은 , 남향의 경사각 29도로 형성된다.
상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면은 복수의 건물 사이나 옥상 내 돌출구조물 또는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’) 내측으로 오목한(Concave) 부위를 가로질러 그 양변 또는 꼭짓점 사이를 연결하여 건물평면 밖으로 확장된다.
상기 건물중심선(511)이 지나는 건물중앙부 전면과 후면 양측에 내측으로 오목 꼭짓점을 갖는 상기 바닥(570)이 형성됨에 따라, 상기 경사(지붕)면(250)과 수평(지붕)면(210)은 각각 상기 오목 꼭짓점과 인접한 상기 바닥의 변을 연결하여 건물평면(즉, 바닥) 밖으로 확장되어 형성된다.
상기 태양가대는 복수의 가대보(Rack beam)를 포함하고, 상기 가대보가 상기 지붕을 형성하는 다각평면 위에 고착됨에 있어서, 상기 수평면에는 상기 가대보 2개로 된 한 쌍(A pair of 2 rack beams: 약칭 ‘가대보쌍‘)이 일정간격으로 평행되게 동서방향(East-west direction)으로 배치되며, 상기 가대보쌍은 남측의 남가대보(Southern rack beam)와 북측의 북가대보(Northern rack beam)를 포함하고, 상기 남가대보와 북가대보는 일정 간격으로 평행되게 놓이며, 상기 수평면 위 태양가대는 경사지지재(Inclined support member)를 더 포함하고, 상기 경사지지재는 수평의 밑변멤버와 미리 정해진 경사각을 이루는 경사변멤버를 포함하며, 상기 밑변멤버는 상기 남가대보와 북가대보 위에 평면상에서 가로질러 남북방향으로 고정되고, 상기 태양패널은 상기 경사변멤버 위에 상하좌우로 이어 붙여 설치된다.
상기 지붕을 형성하는 외피면에 태양가대(100)를 고착함에 있어서, 상기 태양가대의 주부재인 등간격의 가대보 위에 상기 수평(지붕)면(210)에는 경사지지재를 매개로, 그리고 경사(지붕)면(250)에는 직접적으로 태양패널을 부착하여 상기 태양공작물을 완성한다.
도 1에서 타원형 점선으로 표시하고 로마숫자(Roman numerals)로 ｛I｝, ｛II｝, ｛III｝ 및 ｛IV｝ 부호를 단 부분은 상기 태양공작물의 상부 결합상태에 관한 것으로 다음 도면에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 2는 도 1에 도시한 실시예 1의 태양공작물 외장골조 좌측 부위를 보여 주는 개략적 사시도 [A]와 이에 적용되는 포털프레임(Portal frame)을 선별적으로 예시한 부분도 [B]이다.
상기 외장골조의 외피면은 하나 이상의 다각평면(Polygon plane)과 기준선(Baseline)을 포함하고, 상기 외피면은 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮을 수 있도록 형성되며, 상기 다각평면은 수평면(Horizontal plane), 경사면(Tilted plane) 및 연직면(Vertical plane)을 포함하며, 상기 수평면과 경사면은 상기 외장골조의 지붕(Roof)을 형성하고, 상기 연직면은 상기 외장골조의 외벽(Exterior wall)을 형성하며, 상기 기준선은 상기 지붕 또는 외벽을 형성하는 상기 다각평면의 공유변이 되고, 입체적 상기 태양공작물의 모서리가 된다.
상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면의 상기 기준선은 수평으로 위치하고, 상기 경사면(Tilted plane)과 그 경사각은 하기 단계들을 포함하여 이루어지는 공정에 따라 정해진다.
(1) 적용하고자 하는 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮는 다각평면의 지붕 모서리를 형성하는 하나 이상의 기준선을 포함하는 레이아웃(Layout)을 정하는 제1차단계;
(2) 상기 제1차단계에서 정한 기준선별로 이 기준선을 지나고 상기 돌출구조물에 방해받지 않는 다수의 하방 경사면을 예상하는 제2차단계;
(3) 상기 제2차단계 각각의 하방 경사면에 대하여, 상기 경사면 연직상방의 방위각(Azimuth)에서 상기 방위각에 따라 상기 태양공작물 입지의 위도에서 지구자전축기울기(Earth's obliquity)을 감한(Subtraction) 값과 가한(Addition) 값의 검색범위 내에서 0도 이상으로 상기 경사면의 최적경사각(Optimal tilt angle)을 추정하는 제3차단계;
(4) 상기 제3차단계의 추정 최적경사각에서 상기 태양공작물 입지의 지리적 좌표, 태양에너지자원, 태양에너지가격, 태양에너지시스템의 사양(형상, 용량과 성능)에 따른 단위 경사면에서 연간 총 태양에너지편익(태양광발전량 및/또는 태양열집열량에 의한 수익)을 계산하는 제4차단계;
이 실시예 1에서 외장골조형상(200)에서 지붕을 형성하는 복수의 다각평면은 하나의 수평(지붕)면(210)과 다른 하나의 경사(지붕)면(250)로 구성되고, 상기 수평면(210)과 경사면(250)은 입체적 상기 태양공작물의 모서리가 되는 기준선(270)을 한 변으로 공유한다.
상기 기준선(270)을 모서리(공유되는 변)로 하는 상기 수평면(210)과 경사면(250)의 결정은 태양에너지수확의 최적화, 태양공작물의 미관, 풍하중의 최소화 등의 기능적 요소를 고려하여 이루어진다. 상기 수평면(210)의 높이는 상기 대상체 내 돌출구조물을 덮도록 되고, 상기 경사면(250)의 경사각은 주어진 방향(방위)에 따른 최대 태양에너지수확이 되도록 결정된다. 이와 같이 정해진 외곽골조의 외피면 위에는 태양의 음영영향이 최소화 되고 효과적인 태양에너지수확을 기대할 수 있게 된다. 또한, 태양공작물 형상이 돌출되는 부분이 최소화 되어 이에 미치는 풍하중에 적절하게 대응할 수 있고, 이에 더하여 상기 대상체인 건물외관 전체를 고려하여 설계됨으로써 주변 경관과 조화를 이루게 된다.
상기 외장골조는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)에 정착되는 다수의 포털프레임(Portal frame)을 포함하고, 상기 포털프레임은 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’), 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’) 및 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)을 포함하며, 이 들은 공통적으로 하나 이상의 기둥(Column)과 지붕보(Roof beam)를 포함하고, 상기 기둥은 연직재(Vertical member)로서 그 하부는 상기 바닥에 기둥정착수단으로 고정되며, 상기 지붕보는 각각 수평재(Horizontal member)인 수평(지붕)보(Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’), 경사재(Tilted member)인 경사(지붕)보(Tilted roof beam: 약칭 ‘사보’), 그리고 복수의 상기 수평재 및/또는 경사재를 연결한 혼합(지붕)보(Mixed roof beam: 약칭 ‘혼보’)를 포함하며, 상기 지붕보에서 그 양단을 포함하여 내측에 최소한 하나 이상의 부위가 상기 기둥 상단부위(Top part)와 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로 고정된다.
도면 2의 [A]는 소수의 포털프레임을 적용하여 외장골조(300)를 형성하는 상태를 보여주는 것이고, [B]는 상기 포털프레임의 주요형식으로 (a)에 상기 평보프레임(310), (b)에 사보프레임(320), 그리고 (c)에 혼보프레임(330)의 구성요소와 형상을 보여주는 것이다.
상기 외장골조(300)를 형성하는 포털프레임(Portal frame)은 지붕을 형성하는 복수의 다각평면을 가로질러 배치되고, 상기 포털프레임의 기둥은 상기 다각평면의 외곽에 고착된다. 상기 포털프레임 가운데 평보프레임(310)으로 수평(지붕)면(210)을 형성하고, 사보프레임(320)으로 경사(지붕)면(250)을 형성하며, 혼보프레임(330)으로 수평(지붕)면과 경사(지붕)면으로 된 외피면(200)을 형성한다.
상기 포털프레임은 상기 다각평면을 가로지르는 연직방향의 횡단면(280) 상에 배치된다. 즉, 상기 횡단면은 상기 다각평면 위에서 하방으로 투영되는 연직방향의 임의의 평면이다.
상기 포털프레임을 형성함에 있어서, 상기 기둥은 원통형기둥(Cylindrical column), 각관기둥(Square tube pillar), 트러스형기둥(Truss type column) 또는 상기 가대보나 지붕보에 적용되는 주부재(Main member)를 포함하고, 상기 주부재는 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangular section)을 갖는 장대형부재(Long span member)로 성형된다.
상기 외장골조와 태양가대는 원칙적으로 본 발명의 실시를 위한 형태 중 최선의 형태로 수직하중에 대응되도록 주부재의 장방형단면을 세워서 그 장변은 수직방향으로, 그리고 그 단변은 수평방향으로 배치하여 설계되고 조립된다.
상기 포털프레임은 한 면(상기 내부공간을 가르는 한 횡단면: 280) 위에서 지붕보와 기둥이 결합됨에 있어서, 상기 지붕보 단면의 한 변(일반적으로 장방형단면의 단변)은 상기 다각평면과 동일한 평면을 형성한다. 즉, 상기 지붕보는 상기 다각평면에 붙여서 수직(Perpendicular)으로 놓이게 되고, 그리고 기둥은 상기 횡단면 상에서 상기 유용공간의 평면 위에 연직(Vertical)으로 설치되므로 상기 지붕보 단면의 측변(일반적으로 장방형단면의 장변)과 기둥의 장방형단면의 한 장변을 포함하는 각각의 평면은 접촉선을 공유하면서 독립적으로 형성된다.
이에 따라, 상기 횡단면(280)이 수평면(210)과 경사면(250)이 접하는 모서리인 기준선(270)을 직교하지 않을 경우, 포털프레임(사보프레임 또는 혼보프레임) 내 사보 단면의 측변이 형성하는 평면은 상기 횡단면 내에 있지 않게 된다.
상기 주부재의 끝(End)은 길이방향(Longitudinal direction)에 대하여 수직인 횡단면방향(Cross-sectional direction)으로 재단(Cutting)되고, 이는 길이방향(Longitudinal direction)으로 일정길이를 갖거나 일정한 부위에서 <주부재>이음연결수단(Main member joint connection means)으로 조립되어 하나의 장대형부재를 형성하며, 상기 일정한 부위를 기준으로 상기 주부재는 상기 다각평면 또는 상기 내부공간의 횡단면 상에서 직선(Straight line)으로 연결되거나, 반직선(Half-line)을 형성하여 일정 각도(180도 이하)의 코너(Conner)를 가진다.
도면 2의 [B] (a)에서 상기 수평(지붕)면(210)을 가로질러 배치되는 상기 평보프레임(310)은 평보(341) 양단에 두 기둥(360:361,366) 상단이 각각 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로 고정되어 형성된다.
도면 2의 [B] (b)에서 상기 수평(지붕)면(210)과 경사(지붕)면(250)의 두 다각평면을 가로질러 배치되는 상기 혼보프레임(330)은 상기 평보(342)와 사보(352)가 상기 태양공작물 덮개의 모서리인 기준선(270)에서 <주부재>이음연결수단(Main member joint connection means)으로 조립되어 하나의 장대형부재를 형성하여 이 양단에 두 기둥(360:362,367)의 상단이 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로 고정되어 형성된다.
도면 2의 [B] (c)에서 상기 경사(지붕)면(250)을 가로질러 배치되는 상기 사보프레임(320)은 사보(353) 양단에 두 기둥(360:363,368)의 상단이 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로 고정되어 형성되고, 상기 사보(353)의 끝에 평보(343)가 <주부재>이음연결수단으로 고정되어, 다시 상기 평보의 끝이 다른 지붕보의 한 부위에서 <주부재>접합연결수단(Beam-beam junction connection means)으로 부착된다.
도 2에서 타원형 점선으로 표시하고 로마숫자로 부여된 ｛I｝, ｛II｝ 및 ｛III｝ 부호는 도 1에서와 같은 위치를 특정하기 위한 것이다.
도 3은 상기 도 2의 [B] (a)의 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’)을 평면상에서 시계방향으로 회전하고 연결부위를 확대하며 일부 분해하여 보여주는 상세이다.
상기 평보프레임(310)은 평보(341) 양단에 두 기둥(361,366) 상단이 <기둥-보>연결수단(760)인 판형브라켓(761,762)으로 고정되어 형성되는 것을 보여준다.
상기 판형브라켓은 상기 연결부위의 형상에 따라 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡(Bending)하여 형성하고 상기 주부재의 간접체결에 적용되며, 상기 <기둥-보>연결수단(760)과 판형브라켓(761,762) 고착수단은 용접(Welding), 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener) 등을 포함하지만 여기서는 구체적으로 도시하지 않는다. (이상, 이하 같음)
상기 평보프레임(310)을 형성하는 상기 평보(341)와 기둥(361,366)의 배면(주부재의 측면)은 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)을 가로지르는 연직의 한 횡단면 내에 포함되어 배치된다. 장방형단면의 장대형부재인 상기 주부재의 형상 및 명칭에 대한 상세는 후술된다.
도 4는 상기 도 2의 [B] (b)의 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)을 평면상에서 시계방향으로 회전하고 연결부위를 확대하며 일부 분해하여 보여주는 상세이다.
상기 혼보프레임(330)은 사보(352)와 평보(342)를 중간에 <주부재>이음연결수단(780; Beam-beam joint connection means)으로 고정하여 하나의 지붕보를 형성하고, 그 양단에 두 기둥(362,367)의 상단을 <기둥-보>연결수단(760; Column-beam connection means)으로 고정하여 형성된다. 상기 <주부재>이음연결수단과 <기둥-보>연결수단에 상응한 판형브라켓으로 각각 <기둥-보>연결판형브라켓(781; Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)과 <기둥-보>연결판형브라켓(763,764; Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)을 적용한다.
상기 혼보프레임(330)을 형성하는 상기 평보(342)와 두 기둥(362,367)의 배면(주부재의 측면)은 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)을 가로지르는 연직의 한 횡단면 내에 포함되어 배치되지만, 상기 사보(352)의 경우 그 배면의 하변만이 상기 횡단면 내에 포함된다.
상기 사보(352)의 상면(전술한 바와 같이 주부재 장방형단면의 단변이 포함되는 평면)은 상기 외장골조 경사(지붕)면과 동일한 수준의 평면을 형성한다. 이에 따라 상기 사보(352)의 배면은 상기 평보(342)의 배면과 동일한 평면을 이루지 않고 어긋나 배치된다.
상기 <기둥-보>연결수단에 적용되는 두 <기둥-보>브라켓(763,764)는 각각 상응하는 주부재의 배면에 부착되어 고정되도록 형성된다.
도 5는 상기 도 2의 [B] (c)의 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’)의 연결부위를 확대하고 일부 분해하여 보여주는 상세이다.
상기 사보프레임(320)은 사보(353) 양단에 두 기둥(363,368)의 상단을 <기둥-보>연결수단(760; Column-beam connection means)으로 고정하여 형성되고, 사보(353) 우단에 평보(343)의 한 끝을 <주부재>이음연결수단(Beam-beam joint connection means)으로 고정하여 지붕보의 길이를 확장한 형태를 보여준다.
상기 사보프레임(320)은 상기 외장골조의 경사(지붕)면과 수평(지붕)면이 접하여 형성하는 상기 태양공작물의 모서리(상기 다각평면의 한 공유변이 되는 기준선)를 직교하지 않고 비껴 횡단면을 형성하므로 상기 사보(353)의 배면은 상기 평보(343)과는 달리 연직방향이 아닌 상태가 되므로 상기 <기둥-보>연결수단(760)에 적용되는 <기둥-보>연결판형브라켓(765,766; Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)은 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡(Bending)하여 형성된다.
또한 상기 사보(353)와 평보(343)의 <주부재>이음연결수단(780)에 적용되는 <주부재>이음연결판형브라켓(781; Plate type bracket for beam-beam joint connection: 통칭 ‘<주부재>이음브라켓’)도 두 주부재(353,343)의 측면인 배면에 붙여 고정할 수 있도록 재단되고 절곡된 금속평판시트로 형성된다.
상기 사보프레임(320)이 상기 기준선을 직교하여 상기 바닥을 가로지르는 한 횡단면을 형성할 경우, 이에 적용되는 상기 <기둥-보>브라켓과 <주부재>이음브라켓은 절곡되지 않은 금속평판시트로 형성된다.
도 6은 상기 도 5의 사보프레임 일부에 적용된 가새(Brace)의 연결부위를 확대하고 일부 분해하여 보여주는 상세이다.
상기 가새(681,682)는 지붕보(353,343) 또는 기둥(368)과 유사한 주부재로서, 상기 포털프레임의 지붕보와 기둥 사이를 <가새>연결수단(Brace-column & brace-beam connection means)으로 고정함으로써 상기 외장골조가 내하중 구조물이 되도록 한다.
상기 포털프레임에 가새의 적용예는 이 실시예 1에 명시적으로(Explicitly) 표기되지 않았지만 본 발명의 기술사상에 따라 임의의 태양공작물의 완성에 활용된다.
상기 <가새>연결수단으로 적용되는 판형브라켓은 금속평판시트를 일정형상으로 재단하고 절곡하여 형성되고, 가새(681,682)와 지붕보(353,343)의 <가새>연결수단(770a,770b)에 의한 고정은 <가새-보>연결판형브라켓(771,772; Plate type bracket for brace-beam connection: 약칭 ‘<가새-보>브라켓’에 의하고, 가새(681,682)와 기둥(368)의 <가새>연결수단(770c,770d)에 의한 고정은 <가새-기둥>연결판형브라켓(779,778; Plate type bracket for brace-column connection: 약칭 ‘<가새-기둥>브라켓’에 의한다.
도 5에서 보여 주는 바와 같이, 상기 사보(353)와 기둥(368)은 <기둥-보>연결수단(760)으로 고정되고, 상기 사보(353)과 평보(343)은 <주부재>이음연결수단(780)으로 일체화 된다.
상기 기둥(368), 가새(681,682)와 평보(343)의 배면은 상기 바닥을 가로지르는 연직의 한 횡단면 내에 포함되어 배치되지만, 상기 사보(353)의 경우 그 배면의 하변만이 상기 횡단면 내에 포함된다. 이에 따라 사보(353)에 적용되는 <가새>연결수단(770a)으로서 <가새-보>브라켓(771)은 하나의 금속평판시트를 절곡하여 형성되고, 나머지 상기 기둥(368)과 평보(343)에 적용되는 <가새>연결수단(770b,770c,770d)으로서 <가새-보>브라켓(772) <가새-기둥>브라켓(773,774)은 하나의 금속평판시트로 절곡 없이 형성된다.
도 7에 도시된 바는 본 발명의 기술사상에 적용되는 주부재(Main member)의 전형적 형상과 각 부의 명칭 및 상세를 보여주는 것이다.
상기 주부재는 재료, 공정 및 형상과 관련한 하기의 특징을 포함하고, 상기 주부재의 재료는 금속, 합성수지 및 복합재료를 포함하며, 상기 주부재의 성형공정은 냉간 또는 열간 압연성형공정(Roll forming process), 압출성형공정(Extrusion process), 인발성형공정(Pultrusion process) 및 복합재료성형공정(Composite material manufacturing process)을 포함하고, 상기 주부재의 단면형상은 ㄷ형(Channels), ㅁ형, H형 및 I형을 포함하며, 상기 주부재는 단일한 상기 단면형상으로 형성되거나, 혼합된 상기 단면형상을 갖는 수평재, 경사재와 연직재를 포함하고, 상기 단면형상에 ㄱ형(Angles) 및 T형을 더 포함하고, 둘 이상의 상기 주부재를 용접(Welding)이나 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)로 병합하여 형성되는 복합적 부재를 포함한다.
상기 주부재는 장방형단면(Rectangular section)의 곡면형 단면형상을 더 포함하고, 상기 장방형단면은 한 장변과 두 단변을 포함하며, 상기 장변 측을 배면(Backside)으로 두고, 그 양측에 상기 단변이 직각으로 각각 돌출되도록 절곡되어 두 측면(Flanks)을 형성하고, 이에 따라 상기 장방형단면은 ㄷ형이 되며, 상기 두 단변 끝에는 각각 플랜지(Flange)와 마감(End)을 포함하고, 상기 플랜지는 상기 단변 끝에서 직각으로 장변과 평행되게 절곡되며, 이에 따라 상기 장방형단면은 다시 C형상(Channel)이 되고, 상기 마감은 상기 플랜지 끝에서 다시 직각으로 내측으로 절곡되어 정면(Frontal side)을 형성하며, 상기 장변, 단변, 플랜지와 마감 사이를 이루는 모서리는 일정 곡률반경을 가진 둥근 형상을 포함하고, 상기 장변은 내측으로 깊이가 다른 두 쌍의 볼록한 곡부(Convex)를 포함하며, 상기 곡부는 깊이가 작은 소곡부와 깊이가 큰 대곡부을 포함하고, 상기 소곡부와 대곡부는 일정 간격을 두고 상기 장변 끝에서 내측으로 각각 양측에 대칭적(Symmetrical)으로 형성되어 상기 장방형단면 내측으로 볼록한 곡면형 단면형상을 갖게 된다.
상기 특정한 장방형단면의 형상은 모재(Base material)인 평코일(Flat coil)로부터 상기 압연성형공정으로 성형되어 조립식 건축용 주부재(약칭 ‘롤형재: Roll formed products’)로 활용되며, 상기 롤형재는 특히 조립식 경량철골시스템(Light gauge steel framed system), LEB시스템(Lightweight pre-Engineered Building Systems) 또는 QEB시스템(Quick pre-Engineered Building systems)에 주로 적용된다.
상기 LEB시스템에 적용되는 주부재인 롤형재(약칭 ‘LEB롤형재’)는 구체적으로, 두께 1.6, 2.0, 2.3 및 3.0mm의 평코일로부터 장방형단면형상으로 성형되며, 단면형상의 장변(웹: Web)은 220, 250 및 300mm가 있고 단변(플랜지: Flange)은 65mm로 동일하며, 상기 장변 양측에 상기 단변이 직각으로 형성되며, 상기 단변의 양끝에는 18mm 높이의 리프(Lip)가 장변과 평행되게 직각으로 형성되고, 상기 리프의 일단은 다시 직각으로 내측으로 12mm 깊이의 마감(End)을 가지며, 상기 장변, 단변, 리프와 마감이 이루는 모서리는 일정한 곡률반경(외측 기준 약 6.0mm)을 가진 둥근형상이며, 상기 장변은 내측으로 높이가 다른 두 쌍의 볼록한 곡부(Convex)를 포함하며, 소곡부(깊이 약 2.3mm)는 약 22.5mm 정도, 그리고 대곡부(깊이 약 10.1mm)는 약 82.9mm 정도 상기 장변 끝에서 내측으로 각각 양측에 대칭적(Symmetrical)으로 형성된다.
도면 내 참조부호 (a)와 (c)는 특정한 형상을 가진 상기 LEB롤형재인 주부재이며, (b)와 (d)는 각각 ㄷ형와 C형(Channels)이고, (e)는 ㅁ형으로 장방형단면(Rectangular section)을 가지는 장대형부재(Long span member)이다. 상기 장방형단면은 높이(H)의 장변(612; Long side)과 폭(B)의 단변(614; Short side)으로 형성되는 직사각면으로, 상기 장변(612)을 포함하는 면은 정면(622; Frontside face)과 배면(624; Backside face)으로 구성되고, 상기 단변(614)을 포함하는 면은 상면(626; Upper side face)과 하면(628; Bottom side face)으로 구성된다. 상기 장방형단면의 정면(622)은 열린 쪽의 면이고 배면(624)은 닫힌 쪽의 면이다.
상기 주부재의 배면(624)이 형성하는 직사각면은 상변(632; Upper side), 전변(634; Front side), 하변(636; Lower side)과 후변(638; Back side)으로 구성된다. 등변인 상기 상변(632)과 하변(636)의 길이는 주부재의 길이가 되고, 전변(634)와 후변(638)의 길이는 주부재 단면의 높이(장방형단면의 장변)이 된다. 상기 주부재의 상면(626)과 하면(628) 또한 주부재 단면의 폭(장방형단면의 단변)을 가지는 직사각면의 평면을 형성한다.
상기 장방형단면의 주부재는 한 겹으로 수평재, 경사재 또는 연직재로 활용될 수 있지만 내하중구조의 형성을 위해서 동일하거나 유사한 주부재를 한 겹 더 부가하여 각각의 배면을 맞대고 용접, 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결로 일체화 고정하여 하나의 두 겹 장대형부재를 형성할 수 있다.
상기 장방형단면 외의 주부재에 포함되는 것으로 도면 내 참조부호 (f)의 H형, (g)의 I형, (h)의 ㄱ형(Angles), (i)의 T형 단면형상을 가지는 장대형부재가 있다. 상기 주부재 외에 원통형기둥(Cylindrical column)과 각관기둥(Square tube pillar)을 더 포함하며, 둘 이상의 상기 주부재를 용접(Welding)이나 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)로 병합하여 형성되는 복합적 주부재로 장대형부재를 형성할 수 있다.
상기 장방형단면(a,b,c,d,e)의 주부재는 본 발명에 따른 태양공작물의 일반적인 수평재, 경사재와 연직재로 적용되고, 나머지 단면형상(f,g,h,i)과 원통형기둥, 각관기둥, 복합적 주부재는 상기 외장골조의 보강보, 도리나 기둥 등에 적용된다. 본 발명의 실시예에서 예시된 주부재는 주로 상기 LEB롤형재인 (a)와 (c)가 적용된다.
도 8은 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛I｝ 부분을 평면상에서 시계방향으로 회전하고 일부 분해하여 상세히 보여 주는 것이다.
본 발명의 기술사상에 따라 외장골조(300)의 수평(지붕)면에 태양가대(100)가 부착되어 태양공작물이 조립되는 상태를 보여준다. 상기 태양가대는 복수의 가대보(Rack beam)를 포함하고, 상기 가대보가 상기 지붕을 형성하는 다각평면 위에 고착됨에 있어서, 상기 수평면에는 상기 가대보 2개로 된 한 쌍(120; A pair of 2 rack beams: 약칭 ‘가대보쌍‘)이 일정간격으로 평행되게 동서방향(East-west direction)으로 배치된다.
상기 가대보쌍(120)은 남측의 남가대보(122; Southern rack beam)와 북측의 북가대보(124; Northern rack beam)를 포함하고, 상기 남가대보와 북가대보는 일정 간격으로 평행되게 놓이며, 상기 수평면 위 태양가대는 경사지지재(140; Inclined support member)를 더 포함한다.
상기 경사지지재(140)는 수평의 밑변멤버(142)와 미리 정해진 경사각을 이루는 경사변멤버(144)를 포함하며, 상기 밑변멤버는 상기 남가대보와 북가대보 위에 평면상에서 가로질러 남북방향으로 고정되고, 상기 태양패널(160)은 상기 경사변멤버(144) 위에 이어 붙여 설치된다.
여기에 도시된 외장골조(300)의 외피면 부위는 다각평면인 수평(지붕)면의 꼭짓점 부위로서, 상기 수평(지붕)면을 갖는 외장골조는 수평(지붕)보(340; Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’)의 일단과 (연직)기둥(360; Vertical column: 약칭 ‘기둥’)의 상단을 <기둥-보>연결수단(760; Column-beam connection means)으로 고정한 다수의 포털프레임으로 형성되고, 상기 외장골조는 수평(지붕)면의 외곽을 이루는 상기 수평(지붕)보(340)의 끝과 지붕파샤(380)는 <지붕보-파샤>연결수단(720; Roof beam-facia connection means)으로 고정되어 마감된다.
상기 수평(지붕)면을 형성하는 포털프레임은 상기 평보를 포함하는 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’) 또는 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)의 형식이다.
상기 태양가대의 가대보는 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 상기 포털프레임의 지붕보 위에 얹혀 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기)형식의 <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means)으로 고정되며, 이에 따라 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 다각평면의 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루고, 수평면 지붕의 가대보 위에는 ｛경사변멤버(Inclined side member)에 태양패널이 부착된｝ 경사지지재(Inclined support member)의 밑변멤버((Bottom side member)가 고정됨으로써 지붕에 걸리는 하중(Loads)에 대한 내하중구조(Load bearing structure)의 상기 태양공작물이 형성된다.
상기 가대보쌍(120)은 상기 수평(지붕)보(340) 위에 얹혀져 <보-보>중첩연결수단(740; Beam-beam superposition connection means)으로 고정되고 그 끝은 가대파샤(180)를 <가대보-파샤>연결수단(710; Roof beam-facia connection means)으로 고정하여 마감되며, 상기 외장골조(300)의 지붕을 형성하는 외피면인 상기 다각평면의 외곽을 따라 배치되는 지붕파샤(380) 위에 상기 태양가대의 가대파샤(180)가 얹혀 고정됨으로써 일체화된 하나의 주부재(약칭 ‘통합파샤‘)로 형성된다. 일체화된 상기 통합파샤(180+380)가 형성하는 상기 다각평면의 꼭짓점(Vertex/conner)은 <주부재>이음연결수단(780; Beam-beam joint connection means)으로 고정된다.
본 발명의 실시를 위한 최선의 형태 중 하나로, 상기 가대파샤(180)와 지붕파샤(380)를 일체화하여 하나의 주부재(약칭 ‘통합파샤‘)를 형성하고, 상기 태양가대는 상기 외장골조의 수평(지붕)면에 부합되도록 함으로써 전체 태양공작물을 내하중구조화 하고, 상기 기둥(360), 지붕보(340), 가대보쌍(120), 가대파샤(180)와 지붕파샤(380) 등 주부재 간의 연결은 용접(Welding), 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)에 의한 직접체결도 가능하지만 여기서는 판형브라켓(Plate type bracket)이 부가되는 간접체결을 보여준다. 이와 관련하여 이 도면에 예시된 사례는 <가대보-파샤>연결수단(710), <지붕보-파샤>연결수단(720), <보-보>중첩연결수단(740), <기둥-보>연결수단(760)과 <주부재>이음연결수단(780)이다.
상기 판형브라켓은 장방형단면 형상의 주부재 측면인 배면(일반적으로 상기 장방형단면의 장변을 포함하는 평면)에 붙여 고정하는 입면브라켓과 주부재 위 또는 아래의 상면 또는 하면(일반적으로 상기 장방형단면의 단변을 포함하는 평면)에 붙여 고정하는 평면브라켓을 포함한다.
상기 가대파샤(180)는 상기 가대보와 유사한 주부재로서, 인접한 가대보 끝을 <가대보-파샤>연결수단(710; Rack beam-facia connection means)으로 고정하여 상기 태양가대를 평면적으로 일체화하며, 상기 지붕파샤(380)는 상기 지붕보와 유사한 주부재로서, 인접한 지붕보 끝을 <지붕보-파샤>연결수단(720; Roof beam-facia connection means)으로 고정한다.
상기 <가대보-파샤>연결수단(710), <지붕보-파샤>연결수단(720), <보-보>중첩연결수단(740), <기둥-보>연결수단(760)과 <주부재>이음연결수단(780)은 주부재 간 연결부위에 브라켓을 부가하여 용접(Welding)이나 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)에 의한 간접체결을 포함한다.
상기 브라켓은 상기 주부재의 연결부위에 부착되는 형상으로 형성되고, 상기 연결부위는 주부재 간 접촉 지점의 어느 한 면을 포함하고, 상기 브라켓의 형성수단은 주조(Casting processing), 프레스가공(Press processing), 판금가공(sheet metal processing) 및 복합재가공(Composite material processing)을 포함하고, 상기 판금가공은 절단(Shearing), 절곡(Bending) 및 용접(Welding)의 성형수단(Forming means)을 포함한다.
상기 브라켓은 한 장의 판으로 형성되는 판형브라켓(Plate type bracket)을 포함하고, 상기 판금가공에 의하여 단일브라켓(Single bracket), 다중브라켓(Multiple bracket) 및 병합브라켓(Combined bracket)의 형식을 포함하며, 상기 단일브라켓은 하나(One piece)로 형성되어 상기 연결부위 한 지점에 적용되고, 상기 다중브라켓은 둘 이상(More than and equal to two pieces)으로 형성되어 상기 연결부위 한 지점에 함께 적용되며, 상기 병합브라켓은 인접한 상기 연결부위가 둘 이상이거나 연결부위를 지나는 주부재가 셋 이상인 지점에 이에 상응한 브라켓의 형상을 병합하여 단일브라켓 또는 다중브라켓(Multiple bracket)의 형식을 선택하여 상기 연결부위에 일체로 적용된다.
이 도면에서 별도로 인출하여 전개된 판형브라켓은 모두 상기 입면브라켓의 형식으로 <가대보-파샤>연결수단(710)에 적용되는 단일브라켓 형식의 <가대보-파샤>연결판형입면브라켓(711; Elevation bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>입면브라켓’), <보-보>중첩연결수단(740)에 적용되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <보-보>중첩연결판형입면브라켓(741,742; Elevation bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입면브라켓’), <기둥-보>연결수단(760)에 적용되는 단일브라켓 형식의 <기둥-보>연결판형브라켓(761; Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’), 그리고 <주부재>이음연결수단(780)에 적용되는 단일브라켓 형식의 <주부재>이음연결판형입면브라켓(781; Elevation bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음입면브라켓’이다.
상기 <가대보-파샤>연결수단(710), <지붕보-파샤>연결수단(720)과 <주부재>이음연결수단(780)은 상기 입면브라켓의 형식 외에 각각 상기 평면브라켓의 형식을 포함하지만 이는 별도로 전개하여 도시하지 않는다. 상기 평면브라켓과 입면브라켓은 주부재의 연결에 반드시 모두 적용되어야 하는 것은 아니고 본 발명의 기술사상에 따라 선택적으로 태양공작물의 설계에 반영된다.
도면 내 (원)전각기호 ①로 지시된 <가대보-파샤>입면브라켓(711)과 타원형 두 겹 점선으로 표시하고 로마숫자(Roman numerals)로 (i) 부호를 단 부분은 다음 도면에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 9는 상기 도 8에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (i) 부위를 확대하여 상세히 보여 준다.
도시된 것은 상기 태양공작물의 덮개 가운데 지붕을 형성하는 수평면에서 내측으로 오목한 다각평면의 꼭짓점 부위에서 지붕파샤(380) 위에 가대파샤(180)가 병합되어 일체화된 주부재(약칭 ‘통합파샤’)가 <주부재>이음연결수단(780; Beam-beam joint connection means)으로 코너가 형성되는 부위이고, 이에 더하여 상기 통합파샤(180+380)에 태양가대(100)의 가대보쌍(120:122,124)이 <가대보-파샤>연결수단(710a,710b; Rack beam-facia connection means)으로 고정된 형태이다.
상기 주부재의 연결에서 복수의 접합부위가 겹치거나 인접한 위치에 적용되는 복수의 연결수단은 하나로 병합되어 <통합>연결수단을 형성한다.
상기 다각평면의 꼭짓점에서 상기 통합파샤(180+380)의 연결은 <주부재>이음연결수단(780)인 하나의 <주부재>이음연결판형입면브라켓(781; Elevation bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음입면브라켓’)이 주부재 배면에, 그리고 두 <주부재>이음연결판형평면브라켓(789,788; Plane bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음평면브라켓’)이 주부재(180,380) 상면과 하면에 각각 부착되어 고정된다.
상기 가대보쌍(120)의 남가대보(122; Southern rack beam)는 도면 내 좌측의 상기 <가대보-파샤>연결수단(710a)으로 <가대보-파샤>연결판형입면브라켓(711; Elevation bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>입면브라켓)은 주부재의 배면인 측면에, 그리고 <가대보-파샤>연결판형평면브라켓(719; Plane bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>평면브라켓)은 주부재 상면에 부착되어 고정된다.
또한 상기 가대보쌍(120)의 북가대보(124; Southern rack beam)는 도면 내 우측의 상기 <가대보-파샤>연결수단(710b)으로 <가대보-파샤>입면브라켓(712)은 주부재 측면에, 그리고 <가대보-파샤>평면브라켓(718)은 주부재 상면에 부착되어 고정된다.
상기 <주부재>이음연결수단(780)과 우측의 <가대보-파샤>연결수단(710b)은 인접하여 관련 판형브라켓이 겹치게 됨으로써 이들을 병합하여 <통합>연결수단(790:710,780; Combined connection means)을 형성하여 적용한다. 상기 주부재 측면에 부착되는 <통합>연결판형입면브라켓(790:791; Elevation bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>입면브라켓’)은 <주부재>이음입면브라켓(781)과 <가대보-파샤>입면브라켓(712)이 병합되고, 그리고 상기 주부재 상면에 부착되는 <통합>연결판형평면브라켓(799; Plane bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>평면브라켓’)은 <주부재>이음평면브라켓(789)와 <가대보-파샤>평면브라켓(718)이 병합되어 각각 형성된다.
도 10은 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛II｝ 부분을 평면상에서 시계방향으로 회전하고 일부 분해하여 상세히 보여 주는 것이다.
본 발명의 기술사상에 따라 전술한 외장골조(300)의 수평(지붕)면에 부착되는 태양가대(100)의 형태와 함께, 상기 수평(지붕)면에 접하는 경사(지붕)면에 태양가대(100)가 부착되어 태양공작물이 조립된 상태를 보여준다.
여기에 도시된 외장골조(300)의 외피면 부위는 다각평면인 수평(지붕)면에 경사(지붕)면이 접하여 형성되고 상기 다각평면의 꼭짓점을 이루는 외곽 부위로서, 상기 경사(지붕)면과 수평(지붕)면을 갖는 외장골조는 수평(지붕)보(340; Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’)와 경사(지붕)보(350; Tilted roof beam: 약칭 ‘사보’)를 <주부재>이음연결수단(Beam-beam joint connection means)으로 연결하여 그 양단과 (연직)기둥(360; Vertical column: 약칭 ‘기둥’)의 상단을 <기둥-보>연결수단(760; Column-beam connection means)으로 고정한 다수의 포털프레임으로 형성되고, 상기 다각평면의 외곽을 이루는 상기 경사(지붕)보(350) 또는 수평(지붕)보(340)의 끝과 지붕파샤(380)는 <지붕보-파샤>연결수단(720; Roof beam-facia connection means)으로 고정되어 마감된다.
상기 평보(340)와 사보(350)의 두 지붕보를 연결하여 하나의 주부재를 만들고 그 양단에 기둥(360)을 부가하여 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)을 형성하여, 다수의 상기 혼보프레임으로 태양공작물의 건설을 위한 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)을 가로질러 배치함으로써 수평면과 경사면의 지붕을 갖는 외장골조가 완성된다.
장방형단면의 주부재로 된 상기 평보(340)의 상면으로 상기 외장골조(300)의 외피면인 수평(지붕)면을, 그리고 상기 사보(350)의 상면으로 경사(지붕)면을 형성함으로써 태양가대(100)의 가대보(120:122,124&126,127|128)가 상기 외피면 위에 밀착되어 고정되게 된다.
상기 경사(지붕)면에는 상기 복수의 가대보가 일정간격으로 평행되게 수평방향(Horizontal direction)으로 배치되고, 상기 가대보는 연속적인 하나 이상의 행(Row)으로 놓이며, 하나의 상기 행은 상단의 상가대보(Upper rack beam)와 하단의 하가대보(Lower rack beam)를 포함하고, 상기 태양패널의 상하단을 상기 상가대보와 하가대보 위에 각각 고정하고 수평(횡)방향으로 이어 붙여 상기 태양패널이 상기 경사면을 덮게 되는 형태로 설치된다.
상기 연속적인 복수의 행은 위행의 하가대보와 아래행의 상가대보의 동일역할을 하는 하나 이상의 중가대보를 포함하고, 상기 중가대보 위에 상기 위행의 태양패널 하단과 상기 아래행의 태양패널 상단을 각각 고정하고 상기 태양패널을 수직(종)방향으로 붙여 상기 경사면을 덮게 되는 형태로 설치된다.
상기 외장골조의 외피면인 수평(지붕)면에는 가대보쌍(120:122,124)이 동서방향으로 상기 수평(지붕)보(340) 위에 얹혀져 <보-보>중첩연결수단(740; Beam-beam superposition connection means)으로 고정되고 그 끝은 가대파샤(180)를 <가대보-파샤>연결수단(710; Roof beam-facia connection means)으로 고정하여 마감되고, 상기 경사(지붕)면에는 복수의 가대보(120:126,127|128)가 수평방향으로 상기 경사(지붕)보(350) 위에 얹혀져 <보-보>중첩연결수단(740)으로 고정되고 그 끝은 지붕파샤(380)를 <지붕보-파샤>연결수단(Roof beam-facia connection means으로 고정하여 마감된다.
상기 외장골조(300)의 수평(지붕)면에 고착되는 가대보쌍(120)의 남가대보(122)와 북가대보(124) 위에 수평의 밑변멤버(142)와 미리 정해진 경사각을 이루는 경사변멤버(144)를 가지는 경사지지재(140)가 설치되고, 상기 밑변멤버는 상기 남가대보와 북가대보 위에 평면상에서 가로질러 남북방향으로 고정되고, 상기 태양패널(160)은 상기 경사변멤버(144) 위에 이어 붙여 부착된다.
상기 복수의 가대보(120:126,127|128)의 표시는 상가대보(126; Upper rack beam) 아래에 중가대보(127; Middle rack beam) 또는 하가대보(128; Lower rack beam)를 포함하는 것을 의미하고, 부착될 태양패널(160)을 중심으로 태양패널 상단에 상응하는 요소는 상가대보, 그리고 그 하단에 해당하는 것은 하가대보로 칭한다. 상하로 복수의 열로 태양패널이 부착될 경우에는 중간부위의 가대보를 중가대보로 부르며, 이 중가대보에는 위열의 태양패널 하단과 아래열의 태양패널 상단이 함께 고정된다. 장방형단면을 갖는 장대형부재의 주부재로 된 가대보 가운데 최상단의 상가대보(126)｛또한 최하단의 하가대보(128)｝는 한 겹 주부재(약칭 ‘단겹부재’)로, 그리고 중간부위의 중가대보(127)는 두 겹 주부재(약칭 ‘두겹부재’)로 배치된 것이 도시되어 설명되지만, 이는 본 발명의 실시를 위한 최선의 형태 중 하나일 뿐으로 상기 태양패널(160)이 적절하게 설치될 수 있는 한 상기 두겹부재의 중가대보(127)는 상기 단겹부재로 본 발명의 기술사상에 따라 선택적으로 태양공작물의 설계에 반영된다.
상기 외장골조(300)의 지붕을 형성하는 외피면인 상기 다각평면의 외곽을 따라 배치되는 지붕파샤(380) 위에 상기 태양가대의 가대파샤(180)가 얹혀 병합 고정됨으로써 하나의 주부재(약칭 ‘통합파샤‘)로 형성되어 일체화된다. 이 일체화된 상기 통합파샤(180+380)가 형성하는 상기 다각평면의 꼭짓점(Vertex/conner)은 <주부재>이음연결수단(780; Beam-beam joint connection means)으로 고정된다.
상기 다각평면의 꼭짓점에서 적용되는 상기 <주부재>이음연결수단(780)으로 판형브라켓인 <주부재>이음연결판형입면브라켓(781&782; Elevation bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음입면브라켓’)이 활용되고, 또한 상기 혼보프레임의 상기 평보(340)와 사보(350)를 연결하기 위하여 <주부재>이음입면브라켓(783)이 적용된다.
상기 통합파샤(180+380)에 지붕보(340|350)를 <지붕보-파샤>연결수단(Roof beam-facia connection means)으로서 판형브라켓인 <지붕보-파샤>연결판형입면브라켓(721,722&723,724; Elevation bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>입면브라켓’)으로 고정한다. 여기에 표시된 <지붕보-파샤>입면브라켓(721,722&723,724)은 이중브라켓의 형식이다.
또한 상기 통합파샤(180+380)에 가대보(120)를 <가대보-파샤>연결수단(Rack beam-facia connection means)으로서 판형브라켓인 <가대보-파샤>연결판형입면브라켓(711; Elevation bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>입면브라켓’)으로 고정한다.
또한 지붕보(340&350) 위에 가대보(120)를 <보-보>중첩연결수단(740; Beam-beam superposition connection means)으로서 이중브라켓 형식의 판형브라켓인 <보-보>중첩연결판형입면브라켓(741,742; Elevation bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입면브라켓’)으로 고정한다.
또한 지붕보(340&350) 일단에 기둥(360) 상단을 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로서 판형브라켓인 <기둥-보>연결판형브라켓(761&762; Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)으로 고정한다.
상기 수평(지붕)보(340)에 적용되는 <기둥-보>브라켓(761)과 상기 경사(지붕)보(350)에 적용되는 <기둥-보>브라켓(761)은 두 주부재(360&340|350)의 측면인 배면에 붙여 고정할 수 있도록 재단되고 절곡되거나 그러하지 않은 금속평판시트로 형성된다.
도면 내 (원)전각기호 ②로 지시된 상기 <지붕보-파샤>입면브라켓(721,722), 그리고 ⑧로 지시된 상기 <주부재>이음입면브라켓(721,722)과 타원형 두 겹 점선으로 표시하고 로마숫자(Roman numerals)로 (ii) 부호를 단 부분은 다음 도면에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 11은 상기 도 10에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (ii) 부위를 확대하여 상세히 보여 준다.
도시된 것은 도 9에서 보여준 바와 유사하게 상기 태양공작물의 덮개 가운데 지붕을 형성하는 수평면에서 내측으로 오목한 다각평면의 꼭짓점 부위에서 지붕파샤(380:381,382) 위에 가대파샤(180:181,182)가 병합되어 일체화된 주부재(약칭 ‘통합파샤’)가 <주부재>이음연결수단(780; Beam-beam joint connection means)으로 코너가 형성되는 것이고, 이에 더하여 상기 통합파샤(180+380)에 태양가대(100)의 가대보쌍(120:122,124)이 <가대보-파샤>연결수단(710a,710b; Rack beam-facia connection means)으로, 그리고 외장골조(300)을 형성하는 평보포털프레임(310; Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’)의 수평(지붕)보(340; Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’)가 <지붕보-파샤>연결수단(720a,720b; Roof beam-facia connection means)으로 고정되는 형태이다.
상기 평보프레임(310)은 평보(340:341,342)의 일단에 상응한 기둥(360:361,362)의 상단이 각각 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로서 <기둥-보>연결판형브라켓(760; Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)으로 고정되어 형성된다.
상기 <주부재>이음연결수단(780), <가대보-파샤>연결수단(710a,710b)과 <지붕보-파샤>연결수단(720a,720b)에는 브라켓을 부가하여 용접(Welding)이나 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener) 등의 고착수단에 의한 간접체결로 고정되지만, 여기서는 상기 고착수단을 구체적으로 도시하지 않는다. (이상, 이하 같음)
전술한 바와 같이, 상기 브라켓은 한 장의 판으로 형성되는 판형브라켓(Plate type bracket)을 포함하고, 상기 판금가공에 의하여 단일브라켓(Single bracket), 다중브라켓(Multiple bracket) 및 병합브라켓(Combined bracket)의 형식을 포함하며, 상기 단일브라켓은 하나(One piece)로 형성되어 상기 연결부위 한 지점에 적용되고, 상기 다중브라켓은 둘 이상(More than and equal to two pieces)으로 형성되어 상기 연결부위 한 지점에 함께 적용되며, 상기 병합브라켓은 인접한 상기 연결부위가 둘 이상이거나 연결부위를 지나는 주부재가 셋 이상인 지점에 이에 상응한 브라켓의 형상을 병합하여 단일브라켓 또는 다중브라켓(Multiple bracket)의 형식을 선택하여 상기 연결부위에 일체로 적용된다.
상기 판형브라켓은 상기 연결부위의 형상에 따라 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡(Bending)하여 형성하고 상기 주부재의 간접체결에 적용되며, 상기 판형브라켓은 장방형단면 형상의 주부재 측면인 배면(일반적으로 상기 장방형단면의 장변을 포함하는 평면)에 붙여 고정하는 입면브라켓과 주부재 위 또는 아래의 상면 또는 하면(일반적으로 상기 장방형단면의 단변을 포함하는 평면)에 붙여 고정하는 평면브라켓을 포함하고, 상기 입면브라켓은 상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면에 대하여 수직 또는 연직 방향으로, 그리고 상기 평면브라켓은 상기 다각평면과 평행된 방향으로 부착하여 적용된다.
주부재의 인접한 연결부위에 적용되는 <주부재>이음연결수단(780), <가대보-파샤>연결수단(710a)과 <지붕보-파샤>연결수단(720a)에 있어서, 상기 <주부재>이음연결수단(780)에는 주부재의 배면에 부착되는 <주부재>이음연결판형입면브라켓(780; Elevation bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음입면브라켓’)과 주부재의 상면과 하면에 부착되는 <주부재>이음연결판형평면브라켓(789,788; Plane bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음평면브라켓’)의 판형브라켓이 적용되고, 상기 <가대보-파샤>연결수단(710a)에는 <가대보-파샤>연결판형입면브라켓(710a; Elevation bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>입면브라켓’)과 주부재의 상면에 부착되는 <가대보-파샤>연결판형평면브라켓(719; Plane bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>평면브라켓’)이 적용되며, 상기 <지붕보-파샤>연결수단(720a)에는 주부재의 배면에 부착되는 <지붕보-파샤>연결판형입면브라켓(720a; Elevation bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>입면브라켓’)과 주부재의 하면에 부착되는 <지붕보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>평면브라켓’)이 적용된다.
상기 주부재의 연결부위가 인접한 <주부재>이음연결수단(780), <가대보-파샤>연결수단(710a)과 <지붕보-파샤>연결수단(720a)에 적용되는 각각의 판형브라켓을 병합하여 하나의 <통합>연결수단(790; Combined connection means)으로서 <통합>연결판형입면브라켓(791,792,793; Elevation bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>입면브라켓’)과 <통합>연결판형평면브라켓(799,798; Plane bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>평면브라켓’)이 형성된다. 상기 <통합>입면브라켓(791,792,793)은 다중브라켓의 형식으로, 구체적으로는 삼중브라켓으로 형성되어 상기 통합파샤(180+380)의 배면에, 그리고 상기 <통합>평면브라켓은 두 단일브라켓(799&798) 형식으로 형성되어 상기 통합파샤의 상면과 하면에 각각 부착되어 가대보쌍(120)의 남가대보(122)와 평보프레임(310)의 평보(341)가 고정된다.
구체적으로 첫째의 <통합>입면브라켓(791)은 상기 통합파샤(180+380)의 코너를 형성하는 상기 <주부재>이음입면브라켓(780)과 이중브라켓 형식으로 된 <가대보-파샤>입면브라켓(710a)의 좌측 입면브라켓을 병합한 것이고, 둘째의 <통합>입면브라켓(792)는 상기 <가대보-파샤>입면브라켓(710a)의 우측 입면브라켓과 이중브라켓 형식으로 된 <지붕보-파샤>입면브라켓(720a)의 좌측 입면브라켓을 병합한 것이며, 셋째의 <통합>입면브라켓(793)는 <지붕보-파샤>입면브라켓(720a)의 우측 입면브라켓 자체이다.
그리고 주부재 상면에 부착되는 <통합>평면브라켓(799)는 <주부재>이음평면브라켓(789)와 <가대보-파샤>평면브라켓(719)가 병합되고, 주부재 하면에 부착되는 <통합>평면브라켓(798)은 <주부재>이음평면브라켓(788)과 <지붕보-파샤>평면브라켓(729)가 병합되어 형성된다.
상기 통합파샤(180+380)에 부착되는 하나의 <가대보-파샤>연결수단(710b)은 <가대보-파샤>입면브라켓과 <가대보-파샤>평면브라켓 각각이 단일브라켓 형식으로 형성되어 함께 적용된 것을 보여준다.
상기 통합파샤(180+380)에 부착되는 또 다른 <지붕보-파샤>연결수단(720b)은 이중브라켓 형식의 <지붕보-파샤>입면브라켓(723,724)과 단일브라켓 형식의 <지붕보-파샤>평면브라켓(728)이 함께 적용되고 전개된 것을 보여준다.
도 12는 상기 도 1과 2에서 점선 타원으로 표시한 ｛III｝ 부분을 평면상에서 시계방향으로 회전하고 일부 분해하여 상세히 보여 주는 것이다.
본 발명의 기술사상에 따라 오목 꼭짓점을 갖는 건물평면(즉, 바닥)에서 내측으로 오목한(Concave) 부위를 가로질러 그 양변 사이를 연결하여 건물평면 밖으로 확장된 외장골조를 보여준다.
상기 외장골조(300)의 지붕을 형성하는 상기 다각평면의 외곽을 따라 배치되는 지붕파샤(380) 위에 상기 태양가대의 가대파샤(180)가 얹혀 병합 고정됨으로써 하나의 주부재(약칭 ‘통합파샤‘)로 형성되어 일체화되고, 상기 통합파샤(180+380)의 측면(배면)에 포털프레임의 평보(340:341,344,345,346)의 끝이 <지붕보-파샤>연결수단으로, 그리고 중앙 사보프레임(320)의 사보에 연결된 평보(340:341)의 측면에 혼보프레임(330:331,332)의 평보(340:342,343)의 끝이 <주부재>접합연결수단(Beam-beam junction connection means)으로 고정된다.
상기 외장골조는 건물평면 밖으로 확장되어 기둥을 포함하지 않는 오버행 처마 형태를 보여준다.
상기 외장골조(300)의 평보(340) 상면 위에 태양가대(100)의 가대보쌍(120:122,124)이 동서방향으로 등간격으로 배치되어 <보-보>중첩연결수단으로 고정되고, 상기 가대보쌍(120) 위에 경사지지재(140:142,144)가 부착된다. 상기 경사지지재는 수평의 밑변멤버(142)와 미리 정해진 경사각을 이루는 경사변멤버(144)를 포함하며, 상기 밑변멤버는 상기 남가대보(122)와 북가대보(124) 위에 평면상에서 가로질러 남북방향으로 고정되고, 상기 태양패널(160)은 상기 경사변멤버(144) 위에 이어 붙여 설치된다.
이에 따라, 상기 태양가대의 가대보는 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 상기 포털프레임의 지붕보 위에 얹혀 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기)형식의 <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means)으로 고정되며, 이에 따라 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 다각평면의 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루고, 수평면 지붕의 가대보 위에는 ｛경사변멤버(Inclined side member)에 태양패널이 부착된｝ 경사지지재(Inclined support member)의 밑변멤버((Bottom side member)가 고정됨으로써 지붕에 걸리는 하중(Loads)에 대한 내하중구조(Load bearing structure)의 상기 태양공작물이 형성된다.
상기 통합파샤(180+380)의 측면(배면)에 평보(344,345,346)는 <지붕보-파샤>연결수단으로서 이중브라켓 형식의 판형브라켓인 <지붕보-파샤>입면브라켓(721,722)으로 고정된다.
중앙의 사보프레임(320)의 사보 끝에 연결되어 고정된 평보(340:341)의 측면에 다른 포털프레임의 평보(340:342,343)는 <주부재>접합연결수단(730)으로서 판형브라켓인 <주부재>접합연결판형입면브라켓(731; Elevation bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합입면브라켓’)으로 고정된다.
또한 지붕보(340) 위에 가대보(120)는 <보-보>중첩연결수단(740)으로서 이중브라켓 형식의 판형브라켓인 <보-보>입면브라켓(741,742)으로 고정된다.
도면 내 (원)전각기호 ④로 지시된 상기 <보-보>입면브라켓(741,742)과, 타원형 두 겹 점선으로 표시하고 로마숫자(Roman numerals)로 (iii) 부호를 단 부분은 다음 도면에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 13은 상기 도 12에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (iii) 부위를 확대하여 상세히 보여 준다.
도시된 것은 상기 외장골조가 건물평면 밖으로 확장되어 기둥을 포함하지 않는 오버행 처마 형태로서, 지붕을 형성하는 수평면 다각평면의 변(외곽선) 부위에서 태양공작물의 조립상태를 보여준다.
상기 다각평면의 변은 지붕파샤(380) 위에 가대파샤(180)가 병합되어 일체화된 주부재(약칭 ‘통합파샤’)로 형성되고, 이 통합파샤(180+380)에 사보프레임(320)의 지붕보(340:341)가 <지붕보-파샤>연결수단으로 고정되고, 이 지붕보(341)의 측면에 다른 혼보프레임(330:331&332) 각각의 평보(342&343)가 <주부재>접합연결수단(730)으로 고정된다.
또한, 상기 통합파샤(180+380)의 측면(배면)에는 다른 포털프레임의 지붕보(344)가 부착되어 <지붕보-파샤>연결수단(720)으로 고정되고, 상기 평보(340) 위에 태양가대의 가대보쌍(120:122,124)이 얹혀 <보-보>중첩연결수단(740)으로 고정됨으로써 상기 오버행 처마를 갖는 태양공작물이 완성된다.
이미 적용된 주부재와 유사하거나 동일한 주부재를 하나 더 포함하고, 상기 한 겹의 주부재(약칭 ‘단겹부재’) 둘의 배면을 맞대어 용접, 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결로 일체화 고정하여 하나의 두 겹 장대형부재(약칭 ‘두겹부재’)를 형성한다.
중앙의 상기 사보프레임(320)의 지붕보(340:341)는 두겹부재(652)로 되어 있고 나머지는 단겹부재(651)로 된 외장골조의 형태를 보여 주지만, 이는 본 발명의 기술사상에 따른 한 실시예일 뿐으로 외장골조의 주부재로서 상기 단겹부재 또는 두겹부재는 설계에 따라 선택적으로 적용된다.
상기 두겹부재인 평보(341&652) 위에 남가대보(120:122)가 얹혀 <보-보>중첩연결수단(740)으로 고착됨에 있어서, 상기 평보 두겹부재 배면 사이에 끼워 이중브라켓 형식의 판형브라켓인 <보-보>중첩연결판형입면브라켓(741,742; Elevation bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입면브라켓’)이 적용되고, 상기 평보의 하면에 부착되는 <보-보>중첩연결판형평면브라켓(739; Plane bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>평면브라켓’)이 적용된다.
상기 두겹부재인 평보(341&652)에 적용되는 상기 <주부재>접합연결수단(730)은 고정하고자 하는 평보(342&343)와 상기 두겹부재인 평보(341) 모두의 측면은 주부재의 배면이 아닌 정면으로서 그 표면에 볼록 돌기형상이 감안되어 입면브라켓(731)이 제작된다.
상기 통합파샤(180+380)의 측면(배면)에 부착되는 지붕보(344)에 적용되는 <지붕보-파샤>연결수단(720)과 상기 지붕보(344) 위에 북가대보(120:124)가 얹혀 고정되는 <보-보>중첩연결수단(740)이 인접하여 하나로 병합되어 <통합>연결수단(790)을 형성한다.
상기 <지붕보-파샤>연결수단(720)과 <보-보>중첩연결수단(740)에 적용되는 각각의 판형브라켓인 입면브라켓을 병합하여 하나의 <통합>연결수단(790)으로서 이중브라켓 형식의 <통합>입면브라켓(791,792)이 형성된다. 상기 통합파샤(180+380)의 하면에 부착되는 <지붕보-파샤>평면브라켓(729)는 상기 <통합>연결수단(790)에 포함되지 않는다.
도면 내 (원)전각기호 ③으로 지시된 상기 <주부재>접합입면브라켓(731)에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 14는 상기 도 1에서 점선 타원으로 표시한 ｛IV｝ 부분을 평면상에서 시계방향으로 회전하고 일부 분해하여 상세히 보여 주는 것이다.
이 실시예 1은 수평면과 경사면의 두 다각평면으로 형성되는 외장골조의 지붕 외피면을 갖는 태양공작물로서 상기 경사면의 한 외곽부위에 적용되는 포털프레임과 그 위에 수평방향으로 배치되는 가대보, 그리고 지붕파샤 위에 가대파샤가 얹혀 병합되는 통합파샤가 판형브라켓이 부가되어 간접체결에 의하여 조립된 상태를 보여준다.
상기 지붕의 외피면을 형성하는 수평면과 경사면의 두 다각평면이 공유하는 변(모서리)은 기준선으로 정해지며, 상기 포털프레임은 연직으로 세워지는 기둥과, 사보와 평보가 한 평면상에서 연결된 혼보로 구성되는 혼보프레임이며, 상기 사보의 상면(일반적으로, 주부재 장방형단면의 단변이 형성하는 평면)이 상기 경사면을 형성한다. 물론 상기 경사면은 사보프레임에 적용된 사보로도 형성될 수 있다.
본 발명의 기술사상에 따라 상기 포털프레임은 적용하고자 하는 대상체의 바닥면(Floor plane: 약칭 ‘바닥’)을 가로질러 연직방향의 횡단면으로 배치된다. 이에 따라 상기 기준선을 수직이 아닌 각도로 가로지르는 횡단면으로 배치되는 포털프레임을 구성하는 사보의 측면인 배면(일반적으로, 주부재 장방형단면의 장변이 형성하는 평면)은 상기 연직방향의 횡단면과 공유(일치)되지 않는다.
상기 혼보프레임(330)의 사보(350) 일단을 기둥(360)으로 받쳐 고정하는 <기둥-보>연결수단(760)에 적용되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(761)은 상기 사보(350) 배면의 하변을 기준으로 절곡되어 두 다각평면으로 형성된다.
상기 혼보프레임(330)의 사보(350) 상면에, 태양패널(160)이 이어 붙여 부착되는 상하 등간격으로 배치되는 두겹부재(652)의 가대보(120:126,128)가 얹혀 <보-보>중첩연결수단(740)으로 고정된다. 상기 태양패널(160)은 상기 경사면의 다각평면 전체를 거의 채우는 형태가 됨으로 태양에너지설비용량의 증대효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 기술사상에 따라 상기 기둥, 사보 및 가대보 등의 주부재 끝(End)은 길이방향(Longitudinal direction)에 대하여 수직인 횡단면방향(Cross-sectional direction)으로 재단(Cutting)된다. 이에 따라 상기 사보(350)과 가대보(120)의 끝에 상기 통합파샤(180+380)의 배면이 부착되어 각각 <가대보-파샤>연결수단(710)과 <지붕보-파샤>연결수단(720)으로 각각 고정된다.
상기 <가대보-파샤>연결수단(710)으로 판형브라켓인 단일브라켓 형식의 <가대보-파샤>입면브라켓(711)이, 그리고 <지붕보-파샤>연결수단(720)으로 판형브라켓인 이중브라켓 형식의 <지붕보-파샤>입면브라켓(721,722)이 관련 주부재의 간접체결에 적용된다. 이들 판형브라켓의 형식에 있어서 <가대보-파샤>입면브라켓은 이중브라켓으로, 그리고 <지붕보-파샤>입면브라켓은 단일브라켓으로 형성할 수도 있다.
상기 <보-보>중첩연결수단(740)으로 판형브라켓인 이중브라켓 형식의 <보-보>입면브라켓(741,742)이 적용된다. 이들 이중브라켓의 판형브라켓 가운데 하나만으로도 <보-보>중첩연결수단(740)으로서 관련 주부재의 고정에 무리 없이 적용될 수 있다.
상기 <가대보-파샤>연결수단(710)과 <지붕보-파샤>연결수단(720)이 인접할 경우, 이들의 간접체결을 위한 판형브라켓을 병합하여 하나의 <통합>연결수단(790)으로 다중브라켓(삼중브라켓) 형식의 <통합>입면브라켓(791,792,793)이 적용된다.
도면 내 (원)전각기호 ⑥으로 지시된 상기 <기둥-보>브라켓(761)과, 타원형 두 겹 점선으로 표시하고 로마숫자(Roman numerals)로 (iv) 부호를 단 부분은 다음 도면에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 15는 상기 도 14에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (iv) 부위를 확대하여 상세히 보여 준다.
도시된 것은 상기 외장골조(300)의 지붕을 형성하는 경사면 다각평면의 변(외곽선)에서 혼보프레임(330)과 가대보(120:126)가 인접한 부위에서 연결되는 것을 보여주는 것으로, 상기 경사면 외측으로 투시된 형태이다.
상기 다각평면의 변은 지붕파샤(380) 위에 가대파샤(180)가 병합되어 일체화된 주부재(약칭 ‘통합파샤’)로 형성되고, 이 통합파샤(180+380)와 상기 두겹부재(652)로 된 태양가대(100)의 가대보(120:126)가 <가대보-파샤>연결수단(710)으로 고정되고, 혼보프레임(330)의 사보(350)가 <지붕보-파샤>연결수단(720)으로 고정된다.
상기 사보(350)의 일단을 기둥(360)으로 받쳐 <기둥-보>연결수단(760)으로 고정되며, 이에 적용되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(761)은 사보(350)와 기둥(360) 각각의 배면에 부착되어 고착된다.
상기 <가대보-파샤>연결수단(710)｛또한 <지붕보-파샤>연결수단(720)｝에 적용되는 평면브라켓으로서 판형브라켓인 <지붕보-파샤>평면브라켓(729)｛또한 <가대보-파샤>평면브라켓(719)｝은 상기 통합파샤(180+380) 상면(또한 하면)에 부착되어 고정된다. 그리고 인접한 <가대보-파샤>연결수단(710)과 <지붕보-파샤>연결수단(720)에 각각 적용되는 입면브라켓으로서 판형브라켓인 <지붕보-파샤>평면브라켓과 <가대보-파샤>평면브라켓은 병합됨으로써 다중브라켓(삼중브라켓)의 형식으로 <통합>입면브라켓(791,792,793)이 형성되어 적용된다.
도 16에 도시된 바는, 본 발명에 따른 실시예 2로서 상기 실시예 1에서 보여준 동일한 대상체에 입지방위만을 달리하여 건물옥상 위에 정착되어 조성되는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
상기 대상체는 좌측면과 우측면을 전면(정면)으로 하는 공동주택(아파트)의 옥상으로서, 도면 내 [A]는 조립된 태양공작물 전체를 보여주며, [B]는 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로, 대상체인 건물옥상(500) 위에 본 발명의 기술사상에 따라 외장골조(300)를 상기 대상체의 바닥면(570; Floor plane: 약칭 ‘바닥’)에 정착하고 그 위에 태양가대(100)가 고착되어 태양공작물을 완성한다.
이 도면 내 [A]에서 대상체 입지방위기준(510) 건물방향은 건물평면 좌우 선대칭 중심선인 건물중심선(511)의 방위각을 기준으로 정남에서 동쪽으로 30도 방향인 이다.
이 도면 내 [B]에서 (a)는 태양가대(100), (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)이 상기 건물중심선(511)과 직교하는 하나의 기준선(270)을 모서리로 두고 하나의 수평(지붕)면(210)과 다른 하나의 경사(지붕)면(250)로 구성되며, 그리고 (c)는 대상체인 건물옥상(500)의 외형을 보여 주는 것으로, 상기 건물옥상(500)은 좌우 선대칭의 평면과 돌출구조물(410)을 가지며, 건물 좌측면(520)의 방향은 (정남에서 서쪽으로 15도인 방향)이고, 우측면(540)은 (정동에서 남쪽으로 15도인 방향)이다. 전술한 바와 같이 각도의 단위는 도(Degree)이지만 편의상 생략한다.(이하 같음) 여기서 ‘*’는 특정되지 않는 값을 의미한다.
상기 실시예 1에 적용된 대상체와 동일하게 이 실시예 2에서 건물옥상의 평면적은 대략 600 평방미터이고, 이 건물옥상의 외곽을 따라 외곽골조(300)의 기둥이 배치되어 정착되고, 상기 외곽골조의 지붕보로서 상기 돌출구조물을(410)을 덮어 지붕을 형성하는 수평(지붕)면과 경사(지붕)면의 두 다각평면으로 외장골조(300)의 외피면(200)이 형성된다. 이 가운데 수평(지붕)면(210; Horizontal roof plane)은 로 상기 돌출구조물(410) 위에, 그리고 경사(지붕)면(250; Tilted roof plane)은 , 남향의 경사각 26도로 형성된다.
상기 실시예 1의 대상체와 동일한 바닥을 갖고 있음에도 상기 건물중심선(511)이 180도에서 150도로 바뀜으로서 상기 외장골조(300)의 외피면(200) 가운데 수평(지붕)면(210)은 동일한 모양과 형상이 유지되지만, 경사(지붕)면(250)의 경사각은 29도에서 26도로 3도정도 적어진다.
본 발명의 기술사상에 따라 대상체(Object body)에 건설되는 태양에너지시스템(Solar energy system)으로서 태양가대(Solar rack)와 외장골조(Sheathing framework)를 포함하고, 상기 태양가대와 외장골조로 태양에너지수확을 위한 덮개(Covering plane)와 이 덮개 직하에 내부공간(Interior space)을 가지는 입체적 공작물(약칭 ‘태양공작물’)이 형성되고, 상기 태양가대는 다수의 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널’)을 포함하며 상기 외장골조의 외피면(Outer skin plane) 위에 고착되어 상기 덮개를 형성하며, 상기 외장골조의 외피면은 하나 이상의 다각평면(Polygon plane)과 기준선(Baseline)을 포함하고, 상기 외피면은 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮을 수 있도록 형성되며, 상기 다각평면은 수평면(Horizontal plane), 경사면(Tilted plane) 및 연직면(Vertical plane)을 포함하며, 상기 수평면과 경사면은 상기 외장골조의 지붕(Roof)을 형성하고, 상기 연직면은 상기 외장골조의 외벽(Exterior wall)을 형성하며, 상기 기준선은 상기 지붕 또는 외벽을 형성하는 상기 다각평면의 변이 되고, 입체적 상기 태양공작물의 모서리가 된다.
이에 따라 실시예 1과 2 모두 수평(지붕)면(210)과 기준선｛상기 수평(지붕)면과 경사(지붕)면이 공유하는 변｝은 동일하고 경사(지붕)면(250)의 경사각도는 3도정도 차이가 나게 된다. 동일한 형상과 모양을 갖는 상기 수평(지붕)면(210) 위에 고착되는 태양가대의 가대보쌍은 동서방향의 등간격으로 배치됨에 따라 상기 실시예 1과 2의 수평(지붕)면(210)에 고착되는 태양가대의 형태는 달라진다.
상기 경사(지붕)면(250)의 경사각도는 대상체의 입지에서 주어진 지역기상자료, 태양에너지성능 및 에너지시장가격의 독립변수를 함수로 하는 연간 총 태양에너지편익의 종속변수의 최대값을 충족하는 최적값이다. 이 최적값의 경사각에 대한 상세는 후술한다.
도면 내 타원형 점선으로 표시하고 로마숫자(Roman numerals)로 ｛V｝ 부호를 단 부분은 상기 태양공작물의 상부 결합상태에 관한 것으로 다음 도면에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 17은 상기 도 1에서 점선 타원으로 표시한 ｛V｝ 부분을 확대하고 일부 분해하여 상세히 보여 주는 것이다.
이 실시예 2는 실시예 1과 마찬가지로 수평면과 경사면의 두 다각평면으로 형성되는 외장골조의 지붕 외피면을 갖는 태양공작물로서 상기 수평면과 경사면의 지붕을 형성하는 포털프레임으로서 혼보프레임을 배치하고, 상기 혼보프레임의 수평(지붕)보에는 가대보쌍을 등간격의 동서방향으로, 그리고 경사(지붕)보에는 가대보를 상하 등간격의 수평방향으로 얹혀 <보-보>중첩연결수단으로 고정된다.
상기 혼보프레임(330)은 사보(350)와 평보(340)가 한 평면상에서 <주부재>이음연결수단(780)으로 일체화된 혼보의 양단을 연직의 기둥(360)으로 받쳐 <기둥-보>연결수단(760)으로 고정하여 형성되고, 상기 사보의 상면(일반적으로, 주부재 장방형단면의 단변이 형성하는 평면)이 상기 경사면을, 그리고 상기 평보의 상면이 상기 수평면을 각각 형성한다.
전술한 바와 같이, 상기 태양가대(100)의 가대보는 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 상기 포털프레임의 지붕보 위에 얹혀 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기)형식으로 고정되며, 이에 따라 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 다각평면의 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루고, 이에 더하여, 경사면 지붕의 가대보(120:126,127,128) 위에는 직접적으로 태양패널이 부착되거나, 수평면 지붕의 가대보(120:122,124) 위에는 ｛경사변멤버(Inclined side member)에 태양패널(160)이 부착된｝ 경사지지재(140; Inclined support member)의 밑변멤버((Bottom side member)가 고정됨으로써 지붕에 걸리는 하중(Loads)에 대한 내하중구조(Load bearing structure)의 상기 태양공작물이 형성된다.
상기 외장골조(300)의 지붕을 형성하는 외피면인 상기 다각평면의 외곽선(변)을 따라 배치되는 지붕파샤(380) 위에 상기 태양가대의 가대파샤(180)가 얹혀 병합 고정됨으로써 하나의 주부재(약칭 ‘통합파샤‘)로 형성되어 일체화 된다. 두 다각평면이 공유하는 변(모서리)을 기준선으로 하는 상기 수평면과 경사면의 경계에서 상기 수평면에는 가대파샤(180)가, 그리고 상기 경사면에는 상가대보(120:126)가 상기 기준선과 평행되게 배치되어 고정된다.
상기 다각평면의 외곽선(변) 꼭지점 부위에서 상기 통합파샤(180+380)는 <주부재>이음연결수단(780)으로 주부재의 측면에 부착되는 판형브라켓인 <주부재>이음입면브라켓(781&782)이 적용되어 간접체결에 의하여 조립된 상태를 보여준다. 상기 <주부재>이음연결수단(780)으로 또 다른 판형브라켓인 <주부재>이음평면브라켓은 상기 통합파샤(180+380)의 상면 또는 하면에 부착되어 고정된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 기술사상에 따라 상기 포털프레임은 적용하고자 하는 대상체의 바닥면(Floor plane: 약칭 ‘바닥’)을 가로질러 연직방향의 횡단면으로 배치된다. 이에 따라 상기 기준선을 수직이 아닌 각도로 가로지르는 횡단면으로 배치되는 포털프레임을 구성하는 사보의 측면인 배면(일반적으로, 주부재 장방형단면의 장변이 형성하는 평면)은 상기 연직방향의 횡단면과 공유(일치)되지 않는다.
상기 혼보프레임(330)의 사보(350) 일단을 기둥(360)으로 받쳐 고정하는 <기둥-보>연결수단(760)에 적용되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(761)은 상기 사보(350) 배면의 하변을 기준으로 절곡되어 두 다각평면으로 형성된다.
상기 혼보프레임(330)의 사보(350) 상면에, 단겹부재(651)로 된 상가대보(126)와 두겹부재(652)로 된 중가대보(127)와 하가대보(128)를 상하 등간격으로 배치하고 <보-보>중첩연결수단(740)으로 고정하고, 상기 가대보(126,127,128) 사이에 태양패널(160)을 이어 붙여 부착한다. 상기 태양패널(160)은 상기 경사면의 다각평면 전체를 거의 채우는 형태가 됨으로 태양에너지설비용량의 증대효과를 기대할 수 있다.
상기 가대보(126,127,128)에 단겹부재(651)와 두겹부재(652)의 선택적 적용, 그리고 태양패널(160)이 부착되는 상가대보(126), 중가대보(127)와 하가대보(128)의 선택적 지칭은 본 발명의 기술적 사상의 이해를 돕기 위하여 편의상 붙인 것이고, 본 발명의 실시를 위한 최선의 형태 중 하나로 표현된 것일 뿐이다. 즉, 가대보는 모두 단겹부재로 구성될 수 있다.
상기 <보-보>중첩연결수단(740)으로 판형브라켓인 이중브라켓 형식의 <보-보>입면브라켓(741,742)이 적용된다. 이들 이중브라켓의 판형브라켓 가운데 하나만으로도 <보-보>중첩연결수단(740)으로서 관련 주부재의 고정에 무리 없이 적용될 수 있다.
상기 <가대보-파샤>연결수단(710)과 <지붕보-파샤>연결수단(720)이 인접할 경우, 이들의 간접체결을 위한 판형브라켓을 병합하여 하나의 <통합>연결수단(790:710,720)으로 다중브라켓(삼중브라켓) 형식의 <통합>입면브라켓(791,792,793)이 적용된다.
도면 내 (원)전각기호 ⑧로 지시된 <주부재>이음입면브라켓(781)과 타원형 두 겹 점선으로 표시하고 로마숫자에 아라비아숫자를 붙여서 (v1)와 (v2) 부호를 단 부분은 다음 도면에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 18은 상기 도 17에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (v1) 부위를 확대하여 상세히 보여 준다.
도시된 것은 도 15에서와 동일하게 상기 외장골조(300)의 지붕을 형성하는 경사면 다각평면의 변(외곽선)에서 혼보프레임(330)과 가대보(120:126)가 인접한 부위에서 연결되는 것을 보여주는 것이지만, 상기 외장골조의 경사면 내측으로 투시된 형태이다.
상기 다각평면의 변은 지붕파샤(380) 위에 가대파샤(180)가 병합되어 일체화된 주부재(약칭 ‘통합파샤’)로 형성되고, 이 통합파샤(180+380)와 상기 두겹부재(652)로 된 태양가대(100)의 가대보(120:126)가 <가대보-파샤>연결수단(710)으로 고정되고, 혼보프레임(330)의 사보(350)가 <지붕보-파샤>연결수단(720)으로 고정된다.
상기 사보(350)의 일단을 기둥(360)으로 받쳐 <기둥-보>연결수단(760)으로 고정되며, 이에 적용되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(761)은 사보(350)와 기둥(360) 각각의 배면에 부착되어 고착된다.
상기 <가대보-파샤>연결수단(710)｛또한 <지붕보-파샤>연결수단(720)｝에 적용되는 평면브라켓으로서 판형브라켓인 <지붕보-파샤>평면브라켓(729)｛또한 <가대보-파샤>평면브라켓(719)｝은 상기 통합파샤(180+380) 상면(또한 하면)에 부착되어 고정된다. 그리고 인접한 <가대보-파샤>연결수단(710)과 <지붕보-파샤>연결수단(720)에 각각 적용되는 판형브라켓인 입면브라켓으로서 <지붕보-파샤>입면브라켓과 <가대보-파샤>입면브라켓은 병합됨으로써 다중브라켓(삼중브라켓)의 형식으로 <통합>입면브라켓(791,792,793)이 형성되어 적용된다.
도면 내 (원)전각기호 ⑨로 지시된 상기 <통합>연결수단(790:710,720; Combined connection means)은 다음 도면에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 19는 상기 도 17에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (v2) 부위를 확대하여 상세히 보여 준다.
도시된 것은 상기 외장골조(300)의 지붕을 형성하는 수평면과 경사면 다각평면의 경계 꼭짓점 부위에서 상기 다각평면의 변(외곽선)에 가대보(120:122&126)와 가대파샤(180:183)가 연결되는 것을 보여준다.
상기 다각평면의 변은 지붕파샤(380:381,382) 위에 가대파샤(180:181,182)가 병합되어 일체화된 주부재(약칭 ‘통합파샤’)로 형성되고, 이 통합파샤(180+380)는 상기 경계 꼭짓점 부위에서 <주부재>이음연결수단(780b)으로 고정되고, 이 부위와 인접하게 상기 수평면에서 (남)가대보(120:122)와 그리고 상기 경사면에서 (상)가대보(120:126)가 상기 통합파샤(180+380)에 각각 <가대보-파샤>연결수단(710a&710b)으로 고정된다.
또한 상기 경계 꼭짓점에서부터 수평면의 태양가대(100)의 가대보 끝을 마감하는 가대파샤(180:183)가 상기 다각평면의 경계에서 <주부재>이음연결수단(780a)과 <가대보-파샤>연결수단(710a)으로 고정된다.
상기 외장골조의 수평면 지붕에서 상기 통합파샤(180+380)에 고정되는 <가대보-파샤>연결수단(710a)과 <주부재>이음연결수단(780a)의 <통합>연결수단(710a&780a)으로서 판형브라켓인 <가대보-파샤>평면브라켓(719)가 적용된다.
또한 상기 외장골조의 경사면 지붕에서 상기 통합파샤(180+380)에 고정되는 <가대보-파샤>연결수단으로서 판형브라켓인 <가대보-파샤>평면브라켓(718)이 적용된다.
상기 다각평면의 경계 꼭짓점에서 <가대보-파샤>연결수단(710a&710b)과 <주부재>이음연결수단(780a&780b)에 각각 적용되는 판형브라켓인 입면브라켓으로서 <가대보-파샤>입면브라켓과 <주부재>이음입면브라켓은 병합됨으로써 다중브라켓(사중브라켓)의 형식으로 <통합>입면브라켓(791,792,793,794)이 형성되어 적용된다.
상기 <통합>연결수단(710a&780a)에 적용되는 판형브라켓은 <통합>입면브라켓(791&792)이고, 상기 <통합>연결수단(710b&780b)에 적용되는 판형브라켓은 <통합>입면브라켓(793&794)이다.
본 발명에 따른 태양가대(Solar rack)와 외장골조(Sheathing framework)를 포함하는 외장 태양에너지시스템은 건물옥상(Rooftop) 또는 건설구조물(Construction structure) 상부 및 지표면 위(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설되고, 상기 태양가대와 외장골조로 태양에너지수확을 위한 덮개(Covering plane)와 이 덮개 직하에 내부공간(Interior space)을 가지는 입체적 공작물(약칭 ‘태양공작물’)이 형성되고, 상기 태양가대는 다수의 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널’)을 포함하며 상기 외장골조의 외피면(Outer skin plane) 위에 고착되어 상기 덮개를 형성한다.
상기 외장골조의 외피면은 하나 이상의 다각평면(Polygon plane)과 기준선(Baseline)을 포함하고, 상기 외피면은 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮을 수 있도록 형성되며, 상기 다각평면은 수평면(Horizontal plane), 경사면(Tilted plane) 및 연직면(Vertical plane)을 포함하며, 상기 수평면과 경사면은 상기 외장골조의 지붕(Roof)을 형성하고, 상기 연직면은 상기 외장골조의 외벽(Exterior wall)을 형성하며, 상기 기준선은 상기 지붕 또는 외벽을 형성하는 상기 다각평면의 변이 되고, 입체적 상기 태양공작물의 모서리가 된다.
상기 태양가대는 복수의 가대보(Rack beam)를 포함하고, 상기 가대보가 상기 지붕을 형성하는 다각평면 위에 고착됨에 있어서, 상기 수평면에는 상기 가대보 2개로 된 한 쌍(A pair of 2 rack beams: 약칭 ‘가대보쌍‘)이 일정간격으로 평행되게 동서방향(East-west direction)으로 배치되며, 상기 경사면에는 상기 복수의 가대보가 일정간격으로 평행되게 수평방향(Horizontal direction)으로 배치된다.
상기 외장골조는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)에 정착되는 다수의 포털프레임(Portal frame)을 포함하고, 상기 포털프레임은 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’), 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’) 및 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)을 포함하며, 이 들은 공통적으로 하나 이상의 연직재(Vertical member)인 기둥(Column)과 지붕보(Roof beam)를 포함하고, 상기 지붕보는 각각 수평재(Horizontal member)인 수평(지붕)보(Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’), 경사재(Tilted member)인 경사(지붕)보(Tilted roof beam: 약칭 ‘사보’), 그리고 복수의 상기 수평재 및/또는 경사재를 연결한 혼합지붕보(Mixed roof beam: 약칭 ‘혼보’)를 포함하며, 상기 지붕보에서 그 양단을 포함하여 내측에 최소한 하나 이상의 부위가 상기 기둥 상단부위(Top part)와 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로 고정된다.
상기 태양가대의 가대보는 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 상기 포털프레임의 지붕보 위에 얹혀 <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means)으로 고정되며, 이에 따라 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 다각평면의 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루게 되어 지붕에 걸리는 하중(Loads)에 대한 내하중구조(Load bearing structure)의 상기 태양공작물이 형성된다.
상기 태양가대와 외장골조에 적용되는 장대형부재(Long span member)의 주부재는 장방형단면(Rectangular section)을 가지며, 상기 주부재의 끝(End)은 길이방향(Longitudinal direction)에 대하여 수직인 횡단면방향(Cross-sectional direction)으로 재단(Cutting)되고, 이는 길이방향(Longitudinal direction)으로 일정길이를 갖거나 일정한 부위에서 <주부재>이음연결수단(Main member joint connection means)으로 조립되어 하나의 장대형부재를 형성하며, 상기 일정한 부위를 기준으로 상기 주부재는 상기 다각평면 또는 상기 내부공간의 횡단면 상에서 직선(Straight line)으로 연결되거나, 반직선(Half-line)을 형성하여 일정 각도(180도 이하)의 코너(Conner)를 가진다.
상기 태양가대는 가대보파샤(Facia for rack beam: 약칭 ‘가대파샤’)를 더 포함하고, 상기 가대파샤는 상기 가대보와 유사한 주부재로서, 인접한 가대보 끝을 <가대보-파샤>연결수단(Rack beam-facia connection means)으로 고정하여 상기 태양가대를 평면적으로 일체화하며, 상기 외장골조는 지붕보파샤(Facia for roof beam: 약칭 ‘지붕파샤’), 보강보(Reinforcement beam), 가새(Brace) 또는 도리(Purlin)를 더 포함하고, 상기 지붕파샤는 상기 지붕보와 유사한 주부재로서, 인접한 지붕보 끝을 <지붕보-파샤>연결수단(Roof beam-facia connection means)으로 고정하며, 상기 보강보와 가새는 상기 지붕보 또는 기둥과 유사한 주부재로서, 상기 포털프레임의 지붕보와 지붕보 또는 지붕보와 기둥 사이를 각각 <주부재>접합연결수단(Beam-beam junction connection means)과 <가새>연결수단(Brace-column & brace-beam connection means)으로 고정하고, 상기 도리는 상기 장대형부재인 주부재로서, 상기 포털프레임의 기둥 사이를 <기둥-도리>연결수단(Column-purlin connection means)으로 고정한다.
상기 <가대보-파샤>연결수단, <지붕보-파샤>연결수단과 <주부재>접합연결수단은 한 주부재의 측면에 다른 주부재 끝의 고정을 위한 플러시프레이밍(Flush framing: 접합하여 골조형성) 형식에 적용되고, <보-보>중첩연결수단과 <기둥-도리>연결수단 한 주부재 중간부위의 상면이나 측면에 다른 주부재 중간부위의 고정을 위한 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대어 골조형성) 형식에 적용되며, <기둥-보>연결수단과 <가새>연결수단은 한 주부재의 상면이나 하면에 다른 주부재 끝의 고정을 위한 플랫폼프레이밍(Platform Framing: 한정된 길이의 주부재로 골조형성) 형식에 적용되고, <주부재>이음연결수단은 한 주부재의 끝에 다른 주부재 끝의 고정을 위한 발룬프레이밍(Balloon framing: 장대형부재인 주부재를 긴 상태로 골조형성) 형식에 적용된다
상기 <가대보-파샤>연결수단, <지붕보-파샤>연결수단, <주부재>접합연결수단, <보-보>중첩연결수단, <기둥-도리>연결수단, <기둥-보>연결수단, <가새>연결수단과 <주부재>이음연결수단은 용접, 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결 또는 브라켓(Bracket)을 부가한 간접체결을 포함한다.
상기 브라켓은 한 장의 판으로 형성되는 판형브라켓(Plate type bracket)을 포함하고, 상기 판금가공에 의하여 단일브라켓(Single bracket), 다중브라켓(Multiple bracket) 및 병합브라켓(Combined bracket)의 형식을 포함하며, 상기 단일브라켓은 하나(One piece)로 형성되어 상기 연결부위 한 지점에 적용되고, 상기 다중브라켓은 둘 이상(More than and equal to two pieces)으로 형성되어 상기 연결부위 한 지점에 함께 적용되며, 상기 병합브라켓은 인접한 상기 연결부위가 둘 이상이거나 연결부위를 지나는 주부재가 셋 이상인 지점에 이에 상응한 브라켓의 형상을 병합하여 단일브라켓 또는 다중브라켓(Multiple bracket)의 형식을 선택하여 상기 연결부위에 일체로 적용된다.
상기 판형브라켓은 상기 연결부위의 형상에 따라 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡(Bending)하여 형성하고 상기 주부재의 간접체결에 적용되며, 상기 판형브라켓은 장방형단면 형상의 주부재 측면인 배면(일반적으로 상기 장방형단면의 장변을 포함하는 평면)에 붙여 고정하는 입면브라켓과 주부재 위 또는 아래의 상면 또는 하면(일반적으로 상기 장방형단면의 단변을 포함하는 평면)에 붙여 고정하는 평면브라켓을 포함하고, 상기 입면브라켓은 상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면에 대하여 수직 또는 연직 방향으로, 그리고 상기 평면브라켓은 상기 다각평면과 평행된 방향으로 부착하여 적용된다.
상기 연결수단 모두는 상기 입면브라켓을 기본적으로 포함하지만, 상기 <기둥-보>연결수단과 <기둥-도리>연결수단을 제외한 상기 다각평면과 평행된 부위에 적용되는 나머지 연결수단은 평면브라켓을 더 포함하고, 상기 입면브라켓과 평면브라켓은 두 형식을 함께 또는 둘 중에 하나를 선택적으로 적용한다.
상기 판형브라켓의 형상요소로 접촉점(Contact point), 접촉선(Contact line), 종단선(End line), 접촉각(Contact angle) 및 접촉판(Contact plate)을 포함하고, 상기 접촉판은 주부재의 접촉부위와 접하는 면과 이 면이 확장되어 하나의 평면(Plane)으로서 접촉면을 형성하고, 상기 접촉면은 삼각면(Triangular plane), 이등변삼각면(Isosceles triangular plane) 및 직사각면(Rectangular plane)의 형상요소를 포함한다.
상기 접촉면이 접하는 주부재 표면은 접촉부위의 위치에 따라 접배면(Back contact plane), 접상면(Upper contact plane)과 접하면(Lower contact plane)으로 구분되며, 상기 접배면은 주부재 배면 폭 길이의 한 변(일반적으로, 주부재 장방형단면의 장변으로 된 종단선)과 이에 상응하는 일정길이의 다른 변으로 구성되는 직사각면이 되고, 접상면(또는 접하면)은 각각 주부재 상면(또는 하면) 폭 길이의 한 변(일반적으로, 주부재 장방형단면의 단변으로 된 종단선)과 이에 상응하는 일정길이의 다른 변으로 구성되는 직사각면이 된다.
상기 접촉점은 두 주부재의 접촉면이 교차하는 점이고, 상기 접촉선은 두 주부재의 접촉면이 교차하는 직선축으로 수직접촉선(Perpendicular contact line)과 수평접촉선(Horizontal contact line)으로 구분되고, 상기 수직접촉선은 기둥의 길이방향이나 상기 다각평면과 수직방향으로, 그리고 수평접촉선은 상기 다각평면과 평행방향으로 정해지며, 상기 종단선은 주부재 일단의 상기 접촉면 끝에 형성되는 선으로서 상기 접촉점을 포함하고 상기 접촉선과 공유되기도 하며, 상기 접촉각은 두 주부재의 접촉면이 교차하는 면각으로 상기 접촉선을 모서리로 하여 형성되거나, 상기 접촉점을 꼭짓점으로 하고 두 주부재 끝의 각 종단선 사이의 각도로 형성되며, 한 측의 예각(Acute contact angle)과 다른 측의 둔각(Obtuse contact angle)으로 구성된다.
상기 평면브라켓은 상기 접촉선을 중심에 두고 주부재의 상면(또는 하면)을 덮는 직사각면의 상기 접상면(또는 접하면)을 형성하며 외곽 꼭짓점을 연결하여 경사변을 갖는 삼각면(Triangular plane) 또는 직삼각면(Right angular plane)이 부가되고, 상기 입면브라켓은 상기 접촉선을 기준으로 일정길이로 주부재의 측면을 덮는 직사각면의 상기 접배면을 형성하며 돌출된 접배면 상에서 경사변을 갖는 직삼각면이 부가되며, 상기 입면브라켓에 적용되는 절곡은 곡률반경을 갖는 둥근모서리가 되는 것을 포함하고, 상기 입면브라켓은 상기 예각 또는 둔각의 접촉각을 기준으로 각각 형성한 단일브라켓의 형식으로 형성되어 그 중 하나를 적용하거나, 그 둘을 겹쳐 이중브라켓의 방식으로 적용한다.
하기 도 20부터 도 28까지의 설명에서는 상기 <가대보-파샤>연결수단, <지붕보-파샤>연결수단, <주부재>접합연결수단, <보-보>중첩연결수단, <기둥-도리>연결수단, <기둥-보>연결수단, <가새>연결수단과 <주부재>이음연결수단, 그리고 이들 연결수단의 병합에 의한 <통합>연결수단에 적용되는 판형브라켓(Plate type bracket)의 다양한 형태에 대하여 차례로 서술한다.
도 20은 전술된 도 8에서 ①로 지시된 <가대보-파샤>연결판형브라켓(710; Plate type bracket for rack beam-facia connection: 통칭 ‘<가대보-파샤>브라켓’)의 다양한 형태를 상세히 보여준다.
상기 <가대보-파샤>연결수단은 <가대보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for rack beam-facia connection: 통칭 ‘<가대보-파샤>브라켓)을 포함하고, 이는 <가대보-파샤>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>입면브라켓)과 <가대보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>평면브라켓)을 포함한다.
상기 <가대보-파샤>브라켓은 상기 플러시프레이밍 방식으로 일차부재인 가대파샤의 한 중간부위에 이차부재인 가대보 끝(End)의 연결에 적용되는 것으로, 상기 <가대보-파샤>입면브라켓은 상기 접촉선을 경계로 절곡되어 붙어 있는 두 직사각면을 포함하고, 하나(약칭 ‘일차사각면’)는 일차부재 한 측 배면에, 다른 하나(약칭 ‘이차사각면’)는 이차부재의 끝 배면에 상기 종단선을 포함하여 각각 형성되고, 상기 접촉선(상기 이차사각면의 종단선과 공유)을 기준으로 상기 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되며, 상기 두 단일브라켓은 상기 일차사각면을 같은 평면에 두고 다른 상기 이차사각면을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성된다.
또한, 상기 <가대보-파샤>평면브라켓은 상기 일차부재와 이차부재의 접촉부위 접상면 내 직사각면을 포함하고, 이들 직사각면의 외곽 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 형성된다.
상기 가대파샤가 지붕파샤, 지붕보 또는 보강보 위에 겹쳐 일렬로 놓인 일체화 구조의 통합파샤에서 가대보의 연결을 위한 상기 <가대보-파샤>입면브라켓은 단일브라켓과 이중브라켓의 형식을 포함하며, 상기 단일브라켓으로서 상기 일차사각면은 상기 가대파샤의 접촉부위 상하 상기 통합파샤 두 배면을 포함하여 아래로 확장되어 형성되고, 상기 이차사각면은 상기 확장된 일차사각면의 상기 접촉선을 지나는 꼭짓점과 상기 접촉선(또는 상기 이차사각면의 종단선)에서 떨어진 쪽(Far side)의 상기 이차사각면의 한 꼭짓점이 연결된 경사변을 포함하는 직삼각면이 부가되어 형성되며, 상기 두 단일브라켓형식의 <가대보-파샤>입면브라켓은 둘 중 하나를 적용하거나 또는 둘 모두를 상기와 같은 방식으로 병합하여 상기 이중브라켓 형식으로 적용된다.
상기 두 단일브라켓 형식 중 하나로 만들어지는 <가대보-파샤>입면브라켓은 상기 일차사각면이 아래로 확장되고, 상기 접촉선을 지나 두 배 옆으로 확장되어 형성된다.
상기 <가대보-파샤>입면브라켓과 <가대보-파샤>평면브라켓은 함께 또는 두 형식 중 하나를 선택적으로 적용하여 주부재의 연결부위를 고정한다.
상기 <가대보-파샤>브라켓(710)은 가대파샤(180) 중간부위 측면에 가대보(120) 끝을 붙여서 태양가대를 평면적으로 내하중의 구조가 되도록 하는 효과를 기대하고, 본 발명의 실시를 위한 최선의 형태 중 하나로, 상기 가대파샤(180)은 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 외피면인 상기 다각평면의 외곽을 따라 배치되는 지붕파샤(380) 위에 얹혀 병합 고정됨으로써 하나의 주부재(약칭 ‘통합파샤‘)로 형성되어 일체화된다.
이 도면 내 (a)는 상기 통합파샤(180+380)에 부착되어 고착되는 단일브라켓 형식의 <가대보-파샤>입면브라켓(711)과 <가대보-파샤>평면브라켓(719)이고, (b)는 가대파샤(180)에 한하여 부착되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <가대보-파샤>입면브라켓(712,713)이며, (c)는 상기 통합파샤(180+380)에 부착되어 고착되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <가대보-파샤>입면브라켓(715,716)의 형태이다.
도면 내 (a)에서 일차부재인 통합파샤(180+380)와 이차부재인 가대보(120) 연결부위의 측면에 부착되는 단일브라켓 형식의 판형브라켓인 <가대보-파샤>입면브라켓(710:711)은 가대파샤(180) 접배면(861)에 형성되는 상기 일차사각면인 직사각면(881)과 가대보(120) 접배면(869)에 형성되는 상기 이차사각면인 직사각면(883)이 두 주부재의 수직접촉선(824)을 기준으로 절곡되고, 지붕파샤(380)의 접배면(862)에 상기 수직접촉선(824)을 중앙에 두고 양측으로 확장된 직사각면(884)이 형성되어 상기 일차사각면(881)에 한 평면으로 부가되어 하나의 판형브라켓으로 된다.
또한 <가대보-파샤>평면브라켓(710:719)은 상기 일차부재인 가대파샤(180)와 가대보(120)의 접상면(871)에 각각 직사각면(886,887)을 정하고, 그 꼭짓점이 연결된 경사변(812)을 포함하는 삼각면(893,894)이 부가되어 하나의 판형브라켓이 된다.
상기 <가대보-파샤>브라켓(710)이 포함하는 직사각면 한 변의 크기는 주부재 단면의 폭(입면브라켓의 경우 장방형단면의 장변이고 평면브라켓의 경우 장방형단면의 단변)이고, 다른 변의 크기는 상기 수직접촉선(824)을 기준으로 상기 주부재 단면의 폭에 상응한 길이이다. 도시된 실시예에서는 가대보(120)와 가대파샤(180)의 장방형단면의 크기는 장변 220mm, 단변 65mm이고, 지붕보, 보강보, 기둥, 지붕파샤(380) 등 외장골조를 형성하는 포털프레임 주부재의 장방형단면의 크기는 장변 300mm, 단변 65mm이다. 그리고 상기 수직접촉선(824)을 기준으로 확장된 길이 200mm와 판형브라켓에 적용된 금속평판시트(Metal plate sheet)의 두께 5mm가 적용된다. 물론 이들 크기는 본 발명의 기술사상에 따른 하나의 실시적용예일 뿐으로 주어진 설계조건에 따라 엔지니어링 공정에서 달리 변경될 수 있다. (이하.이상 같음)
도면 내 (b)에서 <가대보-파샤>입면브라켓(710:712,713)은 가대보(120)가 가대파샤(180)에 한하여 적용되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식을 보여주는 것으로, 수직접촉선(824)을 기준으로 상기 접촉각 가운데 둔각(850:859)을 형성하는 입면브라켓(712)과 예각(850:851)을 형성하는 입면브라켓(713)으로 구성된 것이다.
상기 둔각 입면브라켓(712)｛또한 상기 예각 입면브라켓(713)｝은 수직접촉선(824)을 중앙에 두고 가대파샤(180) 한 측에 일차사각면인 직사각면(881)｛또한 다른 측에 일차사각면인 직사각면(882)｝과 가대보(120) 측 이차사각면인 직사각면(883)｛또한 (885)｝이 절곡되어 형성된다.
상기 예각 입면브라켓(713)의 변형된 입면브라켓(714)은 절곡형상이 일정곡률반경을 갖는 둥근모서리(811)가 되도록 한 것이다. 이와 같이 둥근모서리를 갖는 절곡형상은 예각의 절곡여건에 적합하고, 구조적으로도 안정적이다.
도면 내 (c)에서 <가대보-파샤>입면브라켓(710:715,716)은 상기 통합파샤(180+380)와 가대보(120)의 연결에 적용되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식을 보여주는 것으로, 수직접촉선(824)을 기준으로 상기 접촉각 가운데 둔각을 형성하는 입면브라켓(715)과 예각을 형성하는 입면브라켓(716)으로 구성된 것이다.
상기 둔각 입면브라켓(715)｛또한 상기 예각 입면브라켓(716)｝은 수직접촉선(824)을 중앙에 두고 통합파샤(180+180) 한 측 일차사각면인 두 직사각면(881+884)｛또한 (882+886)｝과 가대보(120) 측 이차사각면인 직사각면(883)｛또한 (885)｝이 절곡되며, 상기 가대보 접배면(869) 상에서 두 직사각면(881+884,883)｛또한 (882+886,885)｝의 인근 꼭짓점을 연결하여 경사변(812)을 갖는 직삼각면(891)｛또한 (892)｝이 부가되어 형성된다.
도 21은 전술된 도 10에서 ②로 지시된 <지붕보-파샤>연결판형브라켓(720; Plate type bracket for roof beam-facia connection: 통칭 ‘<지붕보-파샤>브라켓’)의 다양한 형태를 상세히 보여준다.
상기 <지붕보-파샤>연결수단은 <지붕보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for roof beam-facia connection: 통칭 ‘<지붕보-파샤>입면브라켓)을 포함하고, 이는 <지붕보-파샤>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>입면브라켓)과 <지붕보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>평면브라켓)을 포함한다.
상기 <가대보-파샤>브라켓은 상기 플러시프레이밍 방식으로 일차부재인 가대파샤의 한 중간부위에 이차부재인 가대보 끝의 연결에 적용되는 것으로, 상기 <가대보-파샤>입면브라켓은 상기 접촉선을 경계로 절곡되어 붙어 있는 두 직사각면을 포함하고, 하나(약칭 ‘일차사각면’)는 일차부재 한 측 배면에, 다른 하나(약칭 ‘이차사각면’)는 이차부재의 끝 배면에 상기 종단선을 포함하여 각각 형성되고, 상기 접촉선(상기 이차사각면의 종단선과 공유)을 기준으로 상기 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되며, 상기 두 단일브라켓은 상기 일차사각면을 같은 평면에 두고 다른 상기 이차사각면을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성된다.
또한, 상기 <가대보-파샤>평면브라켓은 상기 일차부재와 이차부재의 접촉부위 접상면 내 직사각면을 포함하고, 이들 직사각면의 외곽 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 형성된다.
상기 가대파샤가 지붕파샤, 지붕보 또는 보강보 위에 겹쳐 일렬로 놓인 일체화 구조의 통합파샤에서 지붕보의 연결을 위한 상기 <지붕보-파샤>입면브라켓은 단일브라켓과 이중브라켓의 형식을 포함하며, 상기 단일브라켓으로서 상기 일차사각면은 상기 지붕파샤의 접촉부위 상하 상기 통합파샤 두 배면을 포함하여 위로 확장되어 형성되고, 상기 이차사각면은 상기 확장된 일차사각면의 상기 접촉선을 지나는 꼭짓점과 상기 접촉선(또는 상기 이차사각면의 종단선)에서 떨어진 쪽(Far side)의 상기 이차사각면의 한 꼭짓점이 연결된 경사변을 포함하는 직삼각면이 부가되어 형성되며, 상기 두 단일브라켓형식의 <지붕보-파샤>입면브라켓은 둘 중 하나를 적용하거나 또는 둘 모두를 상기와 같은 방식으로 병합하여 상기 이중브라켓 형식으로 적용된다.
상기 두 단일브라켓 형식 중 하나로 만들어지는 <지붕보-파샤>입면브라켓은 상기 일차사각면이 위로 확장되고, 상기 접촉선을 지나 두 배 옆으로 확장되어 형성된다.
상기 <지붕보-파샤>입면브라켓과 <지붕보-파샤>평면브라켓은 함께 또는 두 형식 중 하나를 선택적으로 적용하여 주부재의 연결부위를 고정한다.
전술한 <가대보-파샤>브라켓(710)과 유사한 형태로서 상기 <지붕보-파샤>브라켓(720)은 지붕파샤(380) 중간부위 측면에 평보(340), 사보(350) 또는 보강보(370)｛약칭 ‘지붕보(340|350|370)’｝의 끝을 붙여서 외장골조의 지붕을 형성하는 외피면인 상기 다각평면이 내하중의 구조가 되도록 하는 효과를 기대하고, 본 발명의 실시를 위한 최선의 형태 중 하나로, 가대파샤(180)는 상기 다각평면의 외곽을 따라 배치되는 지붕파샤(380) 위에 얹혀 병합 고정됨으로써 하나의 주부재(약칭 ‘통합파샤‘)로 형성되어 일체화된다.
이 도면 내 (a)는 지붕파샤(380)에 부착되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <지붕보-파샤>입면브라켓(723,724)이고, (b)는 상기 통합파샤(180+380)에 부착되어 고착되는 <지붕보-파샤>브라켓으로서 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <지붕보-파샤>입면브라켓(721,722)과 <지붕보-파샤>평면브라켓(729)이며, (c)는 상기 통합파샤(180+380)에 부착되어 고착되는 단일브라켓 형식의 <지붕보-파샤>입면브라켓(725)의 형태이다.
도면 내 (a)에서 <지붕보-파샤>입면브라켓(720:723,724)은 지붕보(340|350|370)가 지붕파샤(380)에 한하여 적용되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식을 보여주는 것으로, 수직접촉선(824)을 기준으로 상기 접촉각 가운데 둔각(850:859)을 형성하는 입면브라켓(723)과 예각(850:851)을 형성하는 입면브라켓(724)으로 구성된 것이다.
상기 둔각 입면브라켓(723)｛또한 상기 예각 입면브라켓(724)｝은 수직접촉선(824)을 중앙에 두고 지붕파샤(380) 한 측에 일차사각면인 직사각면(881)｛또한 다른 측에 일차사각면인 직사각면(882)｝과 지붕보(340|350|370) 측 이차사각면인 직사각면(883)｛또한 (885)｝이 절곡되어 형성된다.
도면 내 (b)에서 <지붕보-파샤>브라켓(720)으로서 일차부재인 통합파샤(180+380)와 이차부재인 지붕보(120) 연결부위의 측면에 부착되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 판형브라켓인 <가대보-파샤>입면브라켓(720:721,722)은 수직접촉선(824)을 기준으로 양측에 하나는 상기 접촉각 가운데 둔각(850:859)을 형성하는 입면브라켓(721)과 다른 하나는 예각(850:851)을 형성하는 입면브라켓(722)으로 구성된 것이다.
상기 둔각 입면브라켓(721)｛또한 상기 예각 입면브라켓(722)｝은 수직접촉선(824)을 중앙에 두고 통합파샤(180+180) 한 측 일차사각면인 두 직사각면(881+884)｛또한 (882+886)｝과 지붕보(340|350|370) 측 이차사각면인 직사각면(883)｛또한 (885)｝이 절곡되며, 상기 지붕보 접배면(869) 상에서 두 직사각면(881+884,883)｛또한 (882+886,885)｝의 인근 꼭짓점을 연결하여 경사변(812)을 갖는 직삼각면(891)｛또한 (892)｝이 부가되어 형성된다.
또한 <지붕보-파샤>평면브라켓(720:729)은 일차부재인 지붕파샤(380)와 이차부재인 지붕보(340|350|370)의 접하면(879)에 두 직사각면(886,887)을 정하고 그 꼭짓점이 연결된 경사변(812)을 포함하는 삼각면(893,894)이 부가되어 하나의 판형브라켓이 된다.
도면 내 (c)에서 일차부재인 통합파샤(180+380)와 이차부재인 지붕보(340|350|370) 연결부위의 측면에 부착되는 단일브라켓 형식의 판형브라켓인 <지붕보-파샤>입면브라켓(720:725)은 지붕파샤(380) 접배면(862)에 형성되는 상기 일차사각면인 직사각면(881)과 지붕보(340|350|370) 접배면(869)에 형성되는 상기 이차사각면인 직사각면(883)이 두 주부재의 수직접촉선(824)을 기준으로 절곡되고, 가대파샤(180)의 접배면(861)에 상기 수직접촉선(824)을 중앙에 두고 양측으로 확장된 직사각면(884)이 형성되어 상기 일차사각면(881)에 한 평면으로 부가되어 하나의 판형브라켓으로 된다.
전술한 바와 같이, 상기 <가대보-파샤>브라켓(710)이 포함하는 직사각면 한 변의 크기는 주부재 단면의 폭(입면브라켓의 경우 장방형단면의 장변이고 평면브라켓의 경우 장방형단면의 단변)이고, 다른 변의 크기는 상기 수직접촉선(824)을 기준으로 상기 주부재 단면의 폭에 상응한 길이이다.
도 22는 전술된 도 13에서 ③으로 지시된 <주부재>접합연결판형브라켓(730; Plate type bracket for beam-beam junction connection: 통칭 ‘<주부재>접합브라켓’)의 다양한 형태를 상세히 보여준다.
상기 <주부재>접합연결수단은 <주부재>접합연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam junction connection: 통칭 ‘<주부재>접합브라켓’)을 포함하고, 이는 <주부재>접합연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합입면브라켓’)과 <주부재>접합연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합평면브라켓’)을 포함한다.
상기 <주부재>접합브라켓은 상기 플러시프레이밍 방식으로 일차부재인 지붕보의 한 중간부위에 이차부재인 보강보 끝의 연결에 적용되는 것으로, 상기 <주부재>접합입면브라켓은 상기 접촉선을 경계로 절곡되어 붙어 있는 두 직사각면을 포함하고, 하나(약칭 ‘일차사각면’)는 일차부재 한 측 배면에, 다른 하나(약칭 ‘이차사각면’)는 이차부재의 끝 배면에 상기 종단선을 포함하여 각각 형성되고, 상기 접촉선(상기 이차사각면의 종단선과 공유)을 기준으로 상기 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되며, 상기 두 단일브라켓은 상기 일차사각면을 같은 평면에 두고 다른 상기 이차사각면을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성된다.
또한, 상기 <주부재>접합평면브라켓은 상기 일차부재와 이차부재의 접촉부위 접상면과 접하면 내 각각의 직사각면을 포함하고, 이들 직사각면의 외곽 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 형성된다.
상기 <주부재>접합입면브라켓과 <주부재>접합평면브라켓은 함께 또는 두 형식 중 하나를 선택적으로 적용하여 주부재의 연결부위를 고정한다.
상기 <주부재>접합브라켓(730)은 지붕보, 보강보, 기둥과 같은 어느 한 일차부재 중간부위의 측면에 다른 이차부재의 끝을 붙여 고정하는데 적용되는 판형브라켓으로서 상기 일차부재의 측면은 주부재의 배면일 수 있지만 주부재의 정면일 경우가 일반적이다. 본 발명의 실시예에서 도시되고 서술된 주부재는 상기 LEB롤형재로서, 이 주부재 배면은 평면에 길이방향으로 오목한 홈이 파인 형상(약칭 ’오목홈‘)이고 이 배면의 뒷면은, 즉 이 주부재 정면은 평면에 길이방향으로 볼록한 등이 돌출된 형상(약칭 ’볼록등‘)이므로 이에 상응한 표면을 갖는 판형브라켓이 요구된다.
이 도면 내 (a)는 단겹부재(651)의 지붕보(340)로 된 일차부재(651&340)의 중간부위 측면(LEB롤형재의 정면)에 단겹부재(651)인 보강보(370)의 이차부재(651&370)의 끝을 붙여 연결되는 <주부재>접합입면브라켓(731,732)과 <주부재>접합평면브라켓(738,739이고, (b)는 두겹부재(652)의 지붕보(340)로 된 일차부재(652&340)의 중간부위 두 측면(LEB롤형재의 정면)에 단겹부재(651)인 보강보(371,372)의 이차부재(651&370)의 끝을 붙여 그 측면에 적용되는 두 <주부재>접합입면브라켓(731,732)과 그 하면에 적용되는 <주부재>접합평면브라켓(739)이며, (c)는 두겹부재(652)의 기둥(360)으로 된 일차부재(652&360)의 중간부위 측면(LEB롤형재의 정면)에 두겹부재(652)의 보강보(370)으로 된 이차부재(652&370)의 끝을 붙여 주부재의 측면(정면)에 <주부재>접합입면브라켓(731,732,733,734)과 주부재의 상면과 하면에 각각 <주부재>접합평면브라켓(736,737,738,739)의 형태이다.
도면 내 (a)에서 일차부재(651&340)의 중간부위에서 볼록등이 있는 측면(정면)에 이차부재(651&370)의 끝이 부착되어 접합함에 있어서 이차부재의 정면이 상기 일차부재를 마주보고 접촉각으로 예각을 형성하는 구조이다. 상기 이차부재의 배면 측에는 접촉각으로 둔각이 형성되고 여기에 적용되는 <주부재>접합입면브라켓(731)은 상기 일차부재(651&340)의 볼록등을 덮을 수 있는 단면형상을 가지며, 상기 접촉각의 기준이 되는 수직접촉선을 중앙에 두고 상기 일차부재의 접정면(861)과 이차부재의 접배면(869)에 각각 직사각면이 둥근모서리 형상으로 절곡되어 형성된다. 상기 <주부재>접합입면브라켓(731)의 형상은 오목홈이 있는 주부재의 배면에 접합에 유용하다.
상기 접촉각이 예각이 형성되는 부위에 적용되는 <주부재>접합입면브라켓(732)는 상기 일차부재(340)와 이차부재(350) 모두 볼록등이 있는 주부재 정면에 부착되어 고정되므로 이 볼록등을 덮을 수 있는 단면형상을 가지고, 상기 접촉각의 기준이 되는 수직접촉선을 중앙에 두고 상기 일차부재의 접정면(861)과 이차부재의 접정면(868)에 각각의 직사각면인 일차사각면(881)과 이차사각면(883)이 둥근모서리(811) 형상으로 절곡되어 형성된다.
또한 접합부위에서 두 주부재(340,350)의 접상면(871)과 접하면(879)에는 두 <주부재>접합평면브라켓(738,739)이 각각 형성됨에 있어서, 한 <주부재>접합평면브라켓(738)의 경우 두 주부재의 수직접촉선이 접상면(871)을 지나는 점(824)을 중심으로 상기 접상면(871)에 두 직사각면(885,886)을 정하고 그 꼭짓점이 연결된 경사변(812)을 포함하는 삼각면(897,898)이 부가되어 판형브라켓이 형성된다.
도면 내 (b)에서 두겹부재인 일차부재(652&340)의 중간부위에서 양측면에 단겹부재인 두 이차부재(652&371,372)가 <보-보>중첩연결수단(730; Beam-beam superposition connection means)으로 접합되고 그 상면에 가대보(120)가 가로질러 얹혀 후술되는 <보-보>중첩연결수단(740)으로 고정되는 구조에서, 상기 일차부재와 이차부재의 접하면(879)에 부착되는 <주부재>접합평면브라켓(739)은 상기 일차부재(340)와 양측면에 두 이차부재(371,372)의 두 수직접촉선이 접하면(879)을 지나는 두 점(824,825)을 중심으로 상기 접하면에 네 직사각면을 정하고 그 꼭짓점이 연결된 경사변(812)을 포함하는 삼각면이 부가되어 판형브라켓이 형성된다.
또한 상기 일차부재의 양 측면인 부착되어 고정되는 하나의 <주부재>접합입면브라켓(731)｛또한 다른 브라켓(732)｝은 해당 수직접촉선(824)｛또한 (824)｝을 중앙에 두고, 둔각의 접촉각(850:859)｛또한 (850:858)｝을 가지는 상기 일차부재의 측면인 접정면에 직사각면의 일차사각면(884)｛또한 이차사각면(883)｝과 이차부재의 측면인 접정면에 직사각면의 일차사각면(882)｛또한 이차사각면(881)｝이 정해지고 둥근모서리(811) 형상으로 절곡되어 형성된다.
도면 내 (c)에서 두겹부재(652)의 기둥(360)으로 된 일차부재(652&360)의 중간부위 한 측면(LEB롤형재의 정면)에 두겹부재(652)인 보강보(370)의 이차부재(652&370)의 끝을 붙여 그 측면에 적용되는 네 <주부재>접합입면브라켓(731,732&733,734)과 네 <주부재>접합평면브라켓(737,738&738,739)으로서, 상기 <주부재>접합평면브라켓(736,739)는 각각 수평접촉선이 지나는 점(822,823)을 중심으로 직사각면이 정해지고 꼭지점을 연결하여 경사변을 갖는 삼각면이 부가되어 판형브라켓이 형성된다.
상기 도 20부터 도 22에 묘사된 한 주부재의 중간부위 측면에 다른 주부재 끝을 붙이는 연결수단은 다수의 주부재를 한 평면에서 플러시프레이밍(Flush framing) 형식으로 고정하는 데 유용하고, 상기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓 및 <주부재>접합브라켓은 모두 입면브라켓과 평면브라켓을 함께 또는 두 형식 중 하나를 선택적으로 적용하여 주부재의 연결부위를 고정한다.
도 23은 전술된 도 12에서 ④로 지시된 <보-보>중첩연결판형브라켓(740; Plate type bracket for beam-beam superposition connection: 통칭 ‘<보-보>브라켓’)의 다양한 형태를 상세히 보여준다.
상기 <보-보>중첩연결수단은 <보-보>중첩연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam superposition connection: 통칭 ‘<보-보>입면브라켓’)을 포함하고, 이는 <보-보>중첩연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입면브라켓’), <보-보>중첩연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>평면브라켓’)과 <보-보>중첩연결판형입체브라켓(Cubical bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입체브라켓’)을 포함한다.
상기 <보-보>브라켓은 상기 계층화프레이밍 방식으로 지붕보 등으로 된 일차부재 위에 가대보 등으로 된 이차부재를 교차하여 얹은 어느 한 접촉부위에서의 연결에 적용되는 것으로, 상기 <보-보>입면브라켓은 상기 일차부재 배면에 상기 접촉점을 중심에 두고 양측으로 확장된 하나의 (긴)직사각면(약칭 ‘일차사각면’)을 포함하고, 상기 접촉점을 기준으로 한 측으로 확장된 상기 이차부재 한 측 배면에 다른 (짧은)직사각면(약칭 ‘이차사각면’)을 포함하며, 상기 접촉점을 지나고 일차사각면을 양분하는 접촉선에 존재하는 이차사각면의 꼭짓점부터 인근의 일차사각면의 꼭짓점까지 연결되어 경사변이 포함되는 직삼각면이 상기 일차사각면에 부가되어 다각평면이 되고, 상기 접촉선을 기준으로 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성된다.
상기 예각 및 둔각으로 절곡된 각각의 두 단일브라켓은 상기 다각평면을 이중으로 겹치고, 이차사각면을 같은 평면에 두어 이중브라켓이 형성된다.
또한, 상기 <보-보>평면브라켓은 일차부재와 이차부재가 접하는 평면에 위치하고, 이는 상기 접촉선을 기준으로 양측으로 일차부재의 상면과 이차부재의 하면에 각각 직사각면을 형성하고 인접한 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 완성된다.
상기 <보-보>입면브라켓과 <보-보>평면브라켓은 두 주부재의 한 접촉부위에서 둘 중에 하나를 선택적으로 사용하게 된다.
상기 <보-보>입면브라켓이 일반적으로 일차부재와 이차부재 모두가 단겹부재이거나 일차부재가 두겹부재인 경우에 적용될 수 있음에 비하여, 상기 <보-보>입체브라켓은 상기 일차부재와 이차부재 모두가 한 겹은 물론 두겹부재인 것이 허용되고, 상기 <보-보>입면브라켓과 <보-보>평면브라켓의 병합된 형태의 판형브라켓이다.
그리고 상기 <보-보>입체브라켓은 상기 접촉선을 중심축으로 두고 평면상에서 접촉점을 기준으로 점대칭(Point symmetry, 180도 회전)을 이루는 다중브라켓(이중브라켓)의 형식을 포함하고, 상기 일차부재와 이차부재 배면에 상기 접촉선을 중심으로 양측으로 확장된 각각의 직사각면(약칭 각각 ‘일차사각면’과 ‘이차사각면’)을 각각 두 겹으로 형성하며, 상기 일차부재의 상면(즉, 이차부재의 하면)에 상기 접촉점을 중심으로 상기 점대칭의 예각(또는 둔각)의 접촉각을 갖는 부채꼴 다각평면(약칭 ‘부채평면’)이 각각 병합되어 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 두개의 판형브라켓으로 형성되고, 상기 <보-보>평면브라켓 외형의 평면에서 상기 접촉점을 꼭짓점으로 하고 상기 접촉점에서 밖으로 확장되는 상기 일차사각면의 상변과 이차사각면의 하변으로 상기 꼭짓점을 공유하는 두 변과 상기 꼭지점에 대향하는 원호 형태의 다각변으로 상기 부채평면이 형성되며, 이 부채평면을 중앙에 두고 상기 일차사각면과 이차사각면이 한 평면으로 펼쳐 공유되는 면에서 상기 접촉점을 지나는 직선을 기준으로 양분하여 상기 일차사각면과 이차사각면은 각각 다각평면으로 변형되고 상기 일차사각면의 상변과 이차사각면의 하변을 기준으로 각각 절곡되어 이 이 완성된다.
평보(340)나 사보(350) 중간부위 위에 얹혀 배치되는 가대보(120)는 <보-보>중첩연결수단(740)으로 고정되며, 이는 판형브라켓으로서 <보-보>입면브라켓(741,742,743)과 <보-보>평면브라켓(746)로 구분하여 적용된다.
이 도면 내 (a)는 두겹부재(652)로 된 지붕보(340|350)의 일차부재 위에 단겹부재로 된 가대보(120)의 이차부재를 고정함에 있어서 <보-보>브라켓(740a)으로서 <보-보>평면브라켓(746)을 적용한 것이고, (b)는 (a)와 같은 조건에서 <보-보>브라켓(740b)으로서 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <보-보>입면브라켓(741,742)을 적용한 것이며, (c)는 두겹부재(651)로 된 일차부재와 이차부재의 접합을 <보-보>브라켓(740c)으로서 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <보-보>입체브라켓(747,748)을 적용한 것이다.
도면 내 (a)에서 상기 일차부재(652&340|350)과 이차부재(120)의 접합에 적용되고 상기 일차부재의 접상면(871)에 위치하는 판형브라켓인 <보-보>브라켓(740a)으로서 두 주부재의 접촉면 중심으로부터 확장된 각각의 직사각면(885,886)을 정하고 이 직사각면의 꼭짓점을 연결한 경사변(812)을 갖는 삼각면을 부가하여 <보-보>평면브라켓(746)이 완성된다.
도면 내 (b)에서 일차부재(652&340|350)와 이차부재(120)의 접합에 적용되는 판형브라켓인 <보-보>브라켓(740b)으로서 두 주부재의 측면(배면)에 부착되어 고정되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <보-보>입면브라켓(741,742)은 수직접촉선(824)을 기준으로 상기 접촉각 가운데 둔각(850:859)을 형성하는 입면브라켓(741)과 예각(850:851)을 형성하는 입면브라켓(742)으로 구성된 것이다.
상기 둔각 입면브라켓(741)｛또한 상기 예각 입면브라켓(742)｝은 일차부재의 접배면(861)에 수직접촉선(824)을 중앙에 두고 양측으로 확장된 직사각면인 일차사각면(881)｛또한 (882)｝을 형성하고, 이차부재의 접배면(869)에 수직접촉선(824)을 중앙에 두고 한 측으로 확장된 직사각면인 이차직사각면(883)｛또한 (884)｝을 형성하며, 두 직사각면(881,883)｛또한 (882,884)｝은 해당 주부재 장방형단면의 폭(장변)을 한 변으로 하고, 상기 일차부재의 접배면(861)이 속하는 평면을 주된 평면으로 하며, 여기서 인접한 상기 두 직사각면(881,883)｛또한 (882,884)｝의 꼭짓점이 연결된 경사변(812)을 포함하는 삼각면(891)｛또한 (892)｝이 일차부재의 접배면(861)에 형성되는 일차사각면(881)｛또한 (882)｝에 부가되어 각각의 판형브라켓이 완성된다. 상기 두 입면브라켓의 각 직사각면(881,882)을 겹쳐 위치하고 그 양측에 일차부재의 배면을 맞대어 고정함으로써 두겹부재인 일차부재와 단겹부재인 이차부재의 접합이 견고해진다.
본 발명의 기술사상에 따라 단겹부재인 일차부재와 두겹부재인 이차부재의 접합에는 상기 <보-보>브라켓(740b:741,742)을 입면(정면)상에서 180도 회전하여 접촉점(821)을 중심으로 점대칭의 형상으로 만들어진 판형브라켓이 적용될 수 있다.
도면 내 (c)에서 모두 두겹부재인 일차부재(652&340|350)과 이차부재(652&120)의 접합에 적용되는 판형브라켓인 <보-보>브라켓(740c)은 두겹부재의 각 접배면(861&869)사이에 삽입되는 일차사각면과 이차사각면에 더하여 상기 일차부재의 상면(871)｛(즉, 이차부재의 하면(879)｝에 예각(또는 둔각)의 접촉각(850:851)을 갖는 부채평면(895)이 각각 병합되어 형성되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <보-보>입체브라켓(747,748)이다.
상기 이중브라켓 형식의 <보-보>입체브라켓(747,748)은 상기 접촉선(824)을 중심축으로 두고 평면상에서 접촉점(821)을 기준으로 점대칭(Point symmetry, 180도 회전)으로 형성되고, 상기 이중브라켓 가운데 하나의 <보-보>입체브라켓(747)을 상술하자면, 상기 일차부재와 이차부재 접배면(861,869)에 수직접촉선(824)을 중앙에 두고 양측으로 확장된 직사각면인 일차사각면(881)과 이차사각면(883)을 각각 형성하고, 상기 일차부재의 상면(871)｛즉, 이차부재의 하면(879)｝에 상기 접촉점(821)을 꼭지점(중심)으로 양측으로 상기 일차사각면(881)의 상변과 이차사각면(883)의 하변, 그리고 상기 예각의 접촉각(850:851)을 갖는 부채꼴 다각평면(895; 약칭 ‘부채평면’)이 병합되어 하나의 판형브라켓인 <보-보>입체브라켓(747)으로 완성된다.
상기 부채평면(895)은 도면 내 (a)에 상술된 <보-보>평면브라켓(746) 외형의 평면에서 상기 접촉점(821)을 꼭짓점으로 하고 상기 접촉점에서 밖으로 확장되는 상기 일차사각면의 상변(826)과 이차사각면의 하변(827)으로 상기 꼭짓점을 공유하는 두 변(826,827)과 상기 꼭지점(821)에 대향하는 원호 형태의 다각변으로 형성되고, 상기 판형브라켓은 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡(Bending)하여 형성되므로, 상기 일차사각면(881)과 이차사각면(883)이 상기 부채평면(895)을 중앙에 두고 한 평면으로 펼친 형태의 전개도(747a)에서 공유되는 면을 상기 접촉점(821)을 지나는 직선을 기준으로 양분하여 상기 일차사각면(881)에서 공유면(816)을, 그리고 이차사각면(883)에서 공유면(815)을 절개하여 감함으로써 이들 직사각면(881&883) 각각은 다각평면으로 변형되고, 이들 다각평면은 상기 일차사각면의 상변(826)과 이차사각면의 하변(827)을 기준으로 각각 상하로 절곡되어 하나의 판형브라켓인 <보-보>입체브라켓(747)으로 완성된다.
같은 방식으로, 상기 접촉점(821)을 중심으로 평면상에서 점대칭으로 형성되는 다른 <보-보>입체브라켓(748)은 상기 예각의 접촉각(850:851)의 맞은편(평면상에서 접촉점을 중심으로 180도 회전)에 상기 부채평면과 동일한 부채평면이 부가되고, 일차부재와 이차부재의 배면에 부착되는 각각의 일차사각면(882)과 이차사각면(884)이 다각평면으로 변형되어 재단되고 절곡되어 완성된다.
상기 이중브라켓 형식의 <보-보>입체브라켓(747,748)은 모두 또는 둘 가운데 하나만으로도 충분한 기능을 가질 수 있으므로 구조설계에서 엔지니어에게 우호적인 자유도를 갖게 하는 효과를 기대한다.
도 24는 후술될 도 32에서 ⑤로 지시된 <기둥-도리>연결판형브라켓(750; Plate type bracket for column-purlin connection: 약칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)의 다양한 형태를 상세히 보여준다.
상기 <기둥-도리>연결수단은 <기둥-도리>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-purlin connection: 약칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)을 포함한다.
입면브라켓의 형식으로 된 상기 <기둥-도리>브라켓은 상기 계층화프레이밍 방식으로 연직재인 기둥 등의 일차부재 옆구리(Frank: 장방형단면의 단변을 포함하는 평면)에 수평재인 도리 등의 이차부재 배면을 직각으로 붙여 어느 한 접촉부위에서의 연결에 적용되는 것으로, 상기 연직재와 수평재의 배면이 만나는 상기 접촉선을 기준으로 두 직사각면(Rectangular plane)을 포함하고, 하나는 일차부재 한 측 배면에 (약칭 ‘일차사각면’), 다른 하나는 이차부재의 한 측 배면에 (약칭 ‘이차사각면’) 각각 형성되며, 상기 일차사각면은 일차부재의 폭을 가로변으로 하고 일정길이의 세로변으로 형성되고, 상기 이차사각면은 이차부재의 폭을 세로변으로 하고 일정길이의 가로변으로 형성되며, 상기 일차사각면의 두 가로변은 일정 길이로 더 확장되고, 상기 접촉선 양측에서 인접한 일차사각면과 이차사각면의 두 꼭짓점을 연결하여 형성되는 경사변을 갖는 두 삼각면이 이차사각면에 부가되며, 상기 접촉선을 기준으로 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성된다.
두 상기 단일브라켓은 상기 일차사각면을 이중으로 겹치고 상기 이차사각면을 같은 평면에 두고 이중브라켓을 형성한다.
도리(390)는 기둥(360) 중간부위 측면에 붙여 <기둥-도리>연결수단(750)으로 고정되며, 이에 적용되는 판형브라켓으로서 상기 <기둥-도리>브라켓(750a,750b,750c)은 전술한 <보-보>중첩연결수단으로 적용되는 <보-보>브라켓과 마찬가지로 한 주부재 중간부위에 다른 주부재를 덧대어 고정하는 것으로서 다수의 주부재를 한 평면에서 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기) 형식으로 고정하는 데 유용하다.
이 도면 내 (a)는 단겹부재(651)로 된 기둥(360)의 일차부재 옆구리(Frank: 장방형단면의 단변을 포함하는 평면)에 단겹부재로 된 도리(390)의 이차부재 배면을 맞대어 십자형으로 고정하기 위한 <기둥-도리>브라켓(750a)으로서 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 두 <기둥-도리>입면브라켓(751,752)을 적용한 것이고, (b)는 두겹부재(652)로 된 기둥(360)의 일차부재 옆구리에 단겹부재로 된 도리(390)의 이차부재 배면을 맞대어 십자형으로 고정하기 위한 <기둥-도리>브라켓(750b)으로서 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 두 <기둥-도리>입면브라켓(751,752)을 적용한 것이며, (c)는 두겹부재(652)로 된 기둥(360)의 일차부재 옆구리에 단겹부재로 된 도리(390)의 이차부재 배면을 맞대어 십자형으로 고정하기 위한 <기둥-도리>브라켓(750c)으로서 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 두 <기둥-도리>입면브라켓(751,752)을 적용한 것이다.
도면 내 (a)는 판형브라켓인 <기둥-도리>브라켓(750a)으로서 이는 단겹부재(651)의 일차부재(360)와 이차부재(390)의 접합에 적용되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <기둥-도리>입면브라켓(751,752)으로 구성되고, 이 가운데 좌측 입면브라켓(751)은, 수직접촉선(824)을 기준으로 일차부재 접배면(861)에 일차사각면인 직사각면(881)과 이차부재 접배면(869)에 이차사각면인 직사각면(882)을 형성하고, 상기 수직접촉선(824) 상에 있는 상기 일차사각면(881) 상하 꼭짓점과 인근의 상기 이차사각면(882)의 상하 꼭짓점을 각각 연결함으로써 경사변(812)을 갖는 두 삼각면(891,892)이 부가되고 상기 수직접촉선(824)에서 절곡되어 완성되며, 우측 입면브라켓(752)는 대칭적으로 좌측(751)의 형상에 두 주부재가 접촉하는 면을 더하고 좌우 직사각면과 삼각면이 부가되어 판형브라켓으로 완성된다.
도면 내 (b)는 판형브라켓인 <기둥-도리>브라켓(750b)으로서 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <기둥-도리>입면브라켓(751,752)이고, (a) 대비 차이점은 일차부재(350)가 두겹부재인(652)인 점이다. 좌측의 입면브라켓(751)에서 상기 일차부재의 접배면(861)에 형성되는 직사각면(881)은 동일하고 상기 이차부재의 접배면(869)에 형성되는 직사각면(882)에 일차부재의 좌측(360:361)이 접하는 직사각면(883)이 더해지고, 경사변(812)을 갖는 두 삼각면(891,892)이 부가되어 상기 수직접촉선(824)에서 둔각의 접촉각(850:859)으로 절곡되어 완성되고, 우측 입면브라켓(752)는 예각의 접촉각(850:859)을 가지며 좌측 입면브라켓(751)에 대칭적으로 판형브라켓이 완성된다.
도면 내 (c)는 판형브라켓인 <기둥-도리>브라켓(750c)으로서 전술한 도 23의 <보-보>브라켓 형식과 동일한 것으로 일차부재인 두겹부재 기둥(652&360)의 상기 옆구리에 이차부재인 단겹부재 도리(390)가 부착되어 고정되는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <기둥-도리>입면브라켓(751,752)에 관한 것이다. 이 가운데 한 <기둥-도리>입면브라켓(751)은 수평접촉선(822)을 기준으로 상기 일차부재의 접배면(861)에 양측으로 확장되어 형성되는 일차 직사각면(881)과 상기 이차부재의 접배면(869) 한 측에 형성되는 이차 직사각면(882)에서 수평접촉선(822)과 인접한 두 직사각면(881,889)의 꼭짓점이 연결된 경사변(812)을 갖는 삼각면(893)이 상기 일차 직사각면(881)에 부가되어 상기 수평접촉선(822)에서 절곡되어 완성된다. 다른 <기둥-도리>입면브라켓(752)는 상기 수평접촉선(822)을 중심에 두고 상기 <기둥-도리>입면브라켓(751)과 대칭적으로 동일하게 형성된다.
도 25는 지붕보 일단에 적용되는 것으로 전술된 도 14에서 ⑥으로 지시된 <기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)의 다양한 형태를 상세히 보여준다.
상기 <기둥-보>연결수단은 <기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)을 포함하고, 상기 <기둥-보>브라켓은 상기 지붕보의 부위에 따라 그 형상을 달리한다. 여기서는 판형브라켓이 기둥의 배면에 부착되는 부위가 기둥의 배면 양측으로 확장되어 지붕보를 받치는 형상으로 형성되는 것이다.
상기 <기둥-보>브라켓은 입면브라켓의 형식으로 형성되어 수평재 또는 경사재인 지붕보의 어느 한 부위를 연직재인 기둥으로 받쳐 연결하는 데 적용되는 것으로, 상기 기둥의 배면을 위로 연장하여 상기 지붕보 배면과 만나는 접촉점 또는 접촉선을 기준으로 기둥의 폭을 한 변(상기 판형브라켓의 형상요소인 종단선)으로 하고, 이 기둥의 끝으로부터 일정거리를 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘기둥사각면’)을 상기 기둥의 배면에 형성하고, 보의 폭을 한 변으로 하고, 상기 기둥의 배면과 상기 접촉선과 만나는 양단 또는 일단의 지점으로부터 바깥으로 일정거리 확장된 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘보사각면’)을 상기 지붕보의 배면에 형성하며, 상기 기둥사각면과 보사각면을 붙여서 상기 접촉점을 한 꼭짓점으로 하고 기둥의 배변을 위로 연장하여 생기는 직삼각면(약칭 ‘기둥삼각면’)을 부가하고, 보사각면 하단 꼭짓점으로부터 기둥의 배면 양측 또는 일측에 이등변삼각면을 더 부가하여 단일브라켓이 완성되며, 이 단일브라켓을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성되고, 상기 기둥사각면과 이에 부가되는 상기 기둥삼각면과 두 이등변삼각면은 한 평면을 형성하고, 이 평면은 상기 보사각면과 같은 평면 또는 일정한 접촉각을 형성한다.
평보(340)나 사보(350)의 한 부위를 연직의 기둥(360) 상단으로 받쳐 두 주부재를 <기둥-보>연결수단(760)으로 고정함에 있어서, 상기 기둥 양측으로 지붕보가 돌출되어 태양공작물의 처마(Eave)를 형성하는 포털프레임에 적용되는 판형브라켓으로서 상기 <기둥-보>브라켓(760a,760b,760c)은 판형브라켓으로서 상기 두 주부재의 배면에 접합하여 고정되는 것이다.
이 도면 내 (a)는 평보(340)에 기둥(360)을 받쳐 이 두 주부재의 배면을 같은 평면에 두고 수직으로 연결되는 <기둥-보>연결수단(760a)을 표시한 것으로 이를 위한 판형브라켓으로 <기둥-보>브라켓(761)이 적용된 것이고, (b)는 경사진 사보(350)에 연직의 기둥(360)을 받쳐 이 두 주부재의 배면을 같은 평면에 두고 경사각으로 연결되는 <기둥-보>연결수단(760b)을 표시한 것으로 이를 위한 판형브라켓으로 <기둥-보>브라켓(762)이 적용된 것이고, (c)는 (b)와 같이 사보(350)에 연직의 기둥(360)을 받쳐 경사각으로 연결되는 <기둥-보>연결수단(760c)을 표시한 것으로 이를 위한 판형브라켓으로 <기둥-보>브라켓(763)을 적용한 것이지만, 상기 두 주부재의 배면은 동일한 평면을 형성하지 않고 해당 두 평면은 일정면각을 갖는 모서리를 형성하며, 상기 모서리는 상기 사보(350) 배면의 하변과 공유된다.
도면 내 (a)는 <기둥-보>연결수단(760a)으로서 이는 평보(340)와 기둥(360)의 수직접합에 적용되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(761)은 상기 기둥의 종단선(829)과 상기 평보 배면의 하변이 수평접촉선(822)을 형성하고, 상기 종단선(829) 하부에 상기 기둥 접배면(869)에 직사각면인 기둥사각면(882)이 형성되고, 상기 평보 접배면(861)에 상기 종단선(829)의 양측으로 확장된 직사각면인 보사각면(881)이 형성되어 인접한 두 직사각면(881,882)의 꼭짓점이 연결된 경사변(812)을 갖는 두 이등변삼각면(897,898)이 부가되어 판형브라켓이 완성된다.
도면 내 (b)는 <기둥-보>연결수단(760b)으로서 이는 동일한 평면에서 사보(350)와 기둥(360)의 경사접합에 적용되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(762)을 나타낸 것으로, 상기 기둥의 종단선(829) 한 끝은 두 주부재 배면의 접촉점(821)이 되고, 상기 사보(350) 배면의 하변이 상기 접촉점(821)을 포함하는 두 주부재의 수평접촉선(822)을 형성하며, 상기 종단선(829) 하부에 상기 기둥 접배면(869)에 직사각면인 기둥사각면(882)이 형성되고, 상기 종단선(829)을 밑변으로 하는 상기 수평접촉선(822) 하부에 상기 접촉점(821)을 포함하는 기둥삼각면(899)이 부가되며 상기 사보 접배면(861)에 상기 기둥삼각면(899)의 양측으로 확장된 직사각면인 보사각면(881)이 형성되고, 상기 수평접촉선(822) 상에 있는 상기 보사각면(881)의 꼭짓점에서 상기 기둥 접배면(869) 쪽으로 경사변(812)을 갖는 두 이등변삼각면(897,898)이 부가되어 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(762)이 완성된다.
도면 내 (c)는 <기둥-보>연결수단(760c)으로서 이는 각각의 배면이 형성하는 두 평면에서 사보(350)와 기둥(360)의 경사접합에 적용되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(763)을 나타낸 것으로, 상기 기둥의 종단선(829) 한 끝은 두 주부재 배면의 접촉점(821)이 되고, 상기 사보(350) 배면의 하변이 상기 접촉점(821)을 포함하는 두 주부재의 수평접촉선(822)을 형성하며, 상기 수평접촉선(822)을 모서리로 공유하면서 두 주부재 각각의 배면을 포함하고 일정면각을 갖는 두 평면이 형성되며, 상기 종단선(829) 하부에 상기 기둥 접배면(869)에 직사각면인 기둥사각면(882)이 형성되고, 상기 종단선(829)을 밑변으로 하는 상기 수평접촉선(822) 하부에 상기 접촉점(821)을 포함하는 기둥삼각면(899)이 부가되며 상기 사보 접배면(861)에 상기 기둥삼각면(899)의 양측으로 확장된 직사각면인 보사각면(881)이 형성되고, 상기 수평접촉선(822) 상에 있는 상기 보사각면(881)의 꼭짓점에서 상기 기둥 접배면(869) 쪽으로 경사변(812)을 갖는 두 이등변삼각면(897,898)이 부가되어 상기 수평접촉선(822)을 기준으로 둔각 접촉각(850:859)의 면각으로 절곡되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(763)이 완성된다.
도 26은 지붕보 끝에 적용되는 것으로 전술된 도 25의 <기둥-보>브라켓의 또 다른 다양한 형태를 상세히 보여준다.
상기 <기둥-보>브라켓은 기둥의 배면에 부착되는 부위가 기둥의 배면 일측으로만 확장되어 지붕보를 받치는 형상으로 형성되는 것이다.
평보(340)나 사보(350)의 한 부위를 연직의 기둥(360) 상단으로 받쳐 두 주부재를 <기둥-보>연결수단(760)으로 고정함에 있어서, 상기 기둥 일측으로만 지붕보가 돌출되어 태양공작물의 처마(Eave)를 형성하지 않는 포털프레임에 적용되는 판형브라켓으로서 상기 <기둥-보>브라켓(760d,760e,760f)은 판형브라켓으로서 상기 두 주부재의 배면에 접합하여 고정되는 것이다.
이 도면 내 (d)는 평보(340)의 끝에 기둥(360)을 받쳐 이 두 주부재의 배면을 같은 평면에 두고 수직으로 연결되는 <기둥-보>연결수단(760d)을 표시한 것으로 이를 위한 판형브라켓으로 <기둥-보>브라켓(767)이 적용된 것이고, (e)는 경사진 사보(350)의 끝에 연직의 기둥(360)을 받쳐 이 두 주부재의 배면을 같은 평면에 두고 경사각으로 연결되는 <기둥-보>연결수단(760e)을 표시한 것으로 이를 위한 판형브라켓으로 <기둥-보>브라켓(768)이 적용된 것이고, (f)는 (e)와 같이 사보(350) 끝에 연직의 기둥(360)을 받쳐 경사각으로 연결되는 <기둥-보>연결수단(760f)을 표시한 것으로 이를 위한 판형브라켓으로 <기둥-보>브라켓(769)을 적용한 것이지만, 상기 두 주부재의 배면은 동일한 평면을 형성하지 않고 해당 두 평면은 일정면각을 갖는 모서리를 형성하며, 상기 모서리는 상기 사보(350) 배면의 하변과 공유된다.
도면 내 (d)는 <기둥-보>연결수단(760d)으로서 이는 평보(340)의 끝과 기둥(360)의 수직접합에 적용되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(767)은 상기 기둥의 종단선(829)과 상기 평보 배면의 하변이 수평접촉선(822)을 형성하고, 상기 종단선(829) 하부에 상기 기둥 접배면(869)에 직사각면인 기둥사각면(882)이 형성되고, 상기 평보 접배면(861)에 상기 종단선(829)의 일측으로 확장된 직사각면인 보사각면(881)이 형성되어 인접한 두 직사각면(881,882)의 꼭짓점이 연결된 경사변(812)을 갖는 하나의 이등변삼각면(897)이 부가되어 판형브라켓이 완성된다.
도면 내 (e)는 <기둥-보>연결수단(760e)으로서 이는 동일한 평면에서 사보(350)의 끝과 기둥(360)의 경사접합에 적용되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(768)을 나타낸 것으로, 상기 기둥의 종단선(829) 한 끝은 두 주부재 배면의 접촉점(821)이 되고, 상기 사보(350) 배면의 하변이 상기 접촉점(821)을 포함하는 두 주부재의 수평접촉선(822)을 형성하며, 상기 종단선(829) 하부에 상기 기둥 접배면(869)에 직사각면인 기둥사각면(882)이 형성되고, 상기 종단선(829)을 밑변으로 하는 상기 수평접촉선(822) 하부에 상기 접촉점(821)을 포함하는 기둥삼각면(899)이 부가되며 상기 사보 접배면(861)에 상기 기둥삼각면(899)의 일측으로만 확장된 직사각면인 보사각면(881)이 형성되고, 상기 수평접촉선(822) 상에 있는 상기 보사각면(881)의 꼭짓점에서 상기 기둥 접배면(869) 쪽으로 경사변(812)을 갖는 하나의 이등변삼각면(898)이 부가되어 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(768)이 완성된다.
도면 내 (f)는 <기둥-보>연결수단(760f)으로서 이는 각각의 배면이 형성하는 두 평면에서 사보(350)의 끝과 기둥(360)의 경사접합에 적용되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(769)을 나타낸 것으로, 상기 기둥의 종단선(829) 한 끝은 두 주부재 배면의 접촉점(821)이 되고, 상기 사보(350) 배면의 하변이 상기 접촉점(821)을 포함하는 두 주부재의 수평접촉선(822)을 형성하며, 상기 수평접촉선(822)을 모서리로 공유하면서 두 주부재 각각의 배면을 포함하고 일정면각을 갖는 두 평면이 형성되며, 상기 종단선(829) 하부에 상기 기둥 접배면(869)에 직사각면인 기둥사각면(882)이 형성되고, 상기 종단선(829)을 밑변으로 하는 상기 수평접촉선(822) 하부에 상기 접촉점(821)을 포함하는 기둥삼각면(899)이 부가되며 상기 사보 접배면(861)에 상기 기둥삼각면(899)의 일측으로만 확장된 직사각면인 보사각면(881)이 형성되고, 상기 수평접촉선(822) 상에 있는 상기 보사각면(881)의 꼭짓점에서 상기 기둥 접배면(869) 쪽으로 경사변(812)을 갖는 하나의 이등변삼각면(897)이 부가되어 상기 수평접촉선(822)을 기준으로 둔각 접촉각(850:859)의 면각으로 절곡되는 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(769)이 완성된다.
본 발명의 기술사상에 따라 그리고 본 발명의 실시를 위한 최선의 형태 중 하나로, 상기 주부재 끝은 길이방향에 대하여 수직인 횡단면방향으로 재단되어 기둥 상단부위에 지붕보의 일단을 얹혀 <기둥-보>연결수단으로 고정함에 있어서, 상기 지붕보 배면의 하변이 기둥의 종단선의 일단을 지나고, 그 시작은 상기 기둥의 배면 또는 그 배면을 상향으로 확장하여 형성되는 평면의 변과 만나는 점에서 이루어지는 구조이다.
도 27은 전술된 도 6에서 ⑦로 지시된 <가새>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace connection: 통칭 ‘<가새>브라켓’)의 형태를 상세히 보여준다.
상기 <가새>연결수단은 <가새>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace connection: 통칭 ‘<가새>브라켓’)을 포함하고, 이는 <가새-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-beam connection: 약칭 ‘<가새-보>브라켓’)과 <가새-기둥>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-column connection: 약칭 ‘<가새-기둥>브라켓’)을 포함한다.
상기 <가새>브라켓은 상기 <기둥-보>브라켓에 적용된 입면브라켓의 형식으로 형성되어 수평재 또는 경사재인 지붕보와 연직재인 기둥의 연결부위를 삼각형(Triangle)의 한 꼭짓점으로 두고 맞은편의 한 변으로 경사재인 가새(Brace)를 지지멤버로 하여 그 양단의 한 끝을 지붕보에, 그리고 다른 끝은 기둥에 붙여 고정함에 있어서 상기 삼각형의 나머지 두 꼭짓점 지지수단에 적용되는 것으로, 상기 <가새-보>브라켓(또한 <가새-기둥>브라켓)은 상기 가새와 지붕보(또한 기둥) 두 배면이 만나는 접촉점 또는 접촉선을 기준으로 가새의 폭을 한 변(상기 판형브라켓의 형상요소인 종단선)으로 하고, 상기 가새의 양단에 끝으로부터 일정거리를 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘가새사각면’)을 상기 가새의 배면에 형성하며, 그리고 보(또한 기둥)의 폭을 한 변으로 하고, 상기 가새 양단의 배면을 길이방향으로 연장하여 상기 접촉선과 만나는 두 지점으로부터 바깥으로 일정거리 확장된 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘보사각면’ 또한 약칭 ‘기둥사각면’)을 상기 지붕보(또한 기둥)의 배면에 형성하여, 상기 가새사각면과 보사각면(또한 기둥사각면)을 붙여서 상기 접촉점을 한 꼭짓점으로 하고 가새의 배변을 위(또한 아래)로 연장하여 생기는 삼각면(약칭 ‘가새삼각면’)을 부가하고, 가새와 접하는 측의 보사각면(또한 기둥사각면) 양 꼭짓점으로부터 가새의 배면에 이등변삼각면을 더 부가하여 단일브라켓이 완성되며, 이 단일브라켓을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성되고, 상기 가새사각면과 이에 부가되는 상기 가새삼각면과 두 개의 이등변삼각면은 한 평면을 형성하고, 이 평면은 상기 보사각면과 같은 평면 또는 일정한 접촉각을 형성한다.
전술한 도 6에서와 같이 외장골조를 형성하는 포털프레임의 구성요소인 지붕보(340:343,350:353)와 기둥(360:368) 사이를 경사재인 가새(680:681,680:682)의 고정에 적용되는 판형브라켓으로서 <가새-보>브라켓(770:770a,770b)과 <가새-기둥>브라켓(770:770c,770d)은 도 25에서 상술된 <기둥-보>브라켓과 유사한 형태로 만들어진다.
본 발명의 기술사상에 따라 상기 포털프레임은 대상체의 평면을 가로질러 연직방향의 횡단면으로 정착되어 태양공작물의 외장골조를 형성한다. 이 도면 내 (a)는 경사진 사보(350:353)에 가새(680:681)을 받쳐 이 두 주부재의 배면을 다른 평면에 두고 경사지게 연결되는 <가새>연결수단(770a)을 표시한 것으로 이를 위한 판형브라켓으로 <가새-보>브라켓(771)이 적용된 것이고, (b)는 수평의 평보(340:343)에 가새(680:682)을 받쳐 이 두 주부재의 배면을 동일한 평면에 두고 경사지게 연결되는 <가새>연결수단(770b)을 표시한 것으로 이를 위한 판형브라켓으로 <가새-보>브라켓(772)이 적용된 것이며, (c)는 기둥(360:368)의 옆구리 양측에 두 가새(680:681,682)를 경사지게 받쳐 각각 연결되는 <가새>연결수단(770c,770d)을 표시한 것으로 이를 위한 판형브라켓으로 <가새-기둥>브라켓(775,779)이 적용된다.
도면 내 (a)는 하나의 <가새>연결수단(770a)으로서, 도 25 내 (c)에서 보여주는 바와 유사하게, 이는 한 평면이 아닌 사보(350:353)와 가새(680:681) 각각의 배면이 형성하는 두 평면에서 경사접합에 적용되는 판형브라켓인 <가새-보>브라켓(771)을 나타낸 것으로, 상기 가새의 종단선(829) 한 끝은 두 주부재 배면의 접촉점(821)이 되고, 상기 사보(350:353) 배면의 하변이 상기 접촉점(821)을 포함하는 두 주부재의 수평접촉선(822)을 형성하며, 상기 수평접촉선(822)을 모서리로 공유하면서 두 주부재 각각의 배면을 포함하고 일정면각을 갖는 두 평면이 형성되며, 상기 종단선(829)에서 내측으로 상기 가새 접배면(869)에 직사각면인 가새사각면(882)이 형성되고, 상기 종단선(829)을 밑변으로 하는 상기 수평접촉선(822) 하부에 상기 접촉점(821)을 포함하는 가새삼각면(899)이 부가되며 상기 사보 접배면(861)에 상기 가새삼각면(899)의 양측으로 확장된 직사각면인 보사각면(881)이 형성되고, 상기 수평접촉선(822) 상에 있는 상기 보사각면(881)의 꼭짓점에서 상기 가새 접배면(869) 쪽으로 경사변(812)을 갖는 두 이등변삼각면(897,898)이 부가되며 상기 수평접촉선(822)을 기준으로 절곡되어 두 주부재 접배면에 밀착되는 판형브라켓인 <가새-보>브라켓(771)이 완성된다.
도면 내 (b)는 또 다른 <가새>연결수단(770b)으로서, 전술한 (a)와 도 25 내 (b)에서 보여주는 바와 유사하게, 이는 동일한 평면에서 평보(340:343)와 가새(680:682)의 경사접합에 적용되는 판형브라켓인 <가새-보>브라켓(772)을 나타낸 것으로, 상기 가새의 종단선(829) 한 끝은 두 주부재 배면의 접촉점(821)이 되고, 상기 평보(340:343) 배면의 하변이 상기 접촉점(821)을 포함하는 두 주부재의 수평접촉선(822)을 형성하며, 상기 종단선(829)에서 내측으로 상기 가새 접배면(868)에 직사각면인 가새사각면(882)이 형성되고, 상기 종단선(829)을 밑변으로 하는 상기 수평접촉선(822) 하부에 상기 접촉점(821)을 포함하는 가새삼각면(899)이 부가되며 상기 평보 접배면(861)에 상기 가새삼각면(899)의 양측으로 확장된 직사각면인 보사각면(881)이 형성되고, 상기 수평접촉선(822) 상에 있는 상기 보사각면(881)의 꼭짓점에서 상기 가새 접배면(869) 쪽으로 경사변(812)을 갖는 두 이등변삼각면(897,898)이 부가되어 판형브라켓인 <가새-보>브라켓(772)이 완성된다.
도면 내 (c)는 기둥의 옆구리에 경사지게 부착되는 두 <가새>연결수단(770c,770d)으로서 전술한 (b)의 <가새>연결수단(770b)과 거의 동일한 형상의 판형브라켓인 두 <가새-기둥>브라켓(778,779)에 관한 것이다. 상기 <가새-기둥>브라켓(778)｛또한 (779)｝은 동일한 평면에서 기둥(360:348)과 가새(680:681)｛또한 (680:682)｝의 경사접합에 적용되는 판형브라켓으로, 상기 가새의 종단선(828)｛또한 (829)｝ 한 끝은 두 주부재 배면의 접촉점(821)이 되고, 상기 기둥(360:348) 배면의 좌변(또한 우변)이 상기 접촉점(821)을 포함하는 두 주부재의 수직접촉선(824)｛또한 (825)｝을 형성하며, 상기 종단선(828)｛또한 (829)｝에서 내측으로 상기 가새 접배면(869)｛또한 (828)｝에 직사각면인 가새사각면(882)이 형성되고, 상기 종단선(828)｛또한 (829)｝을 밑변으로 하는 상기 수직접촉선(824) 좌측에｛또한 (825) 우측에｝ 상기 접촉점(821)을 포함하는 가새삼각면(899)이 부가되며 상기 기둥 접배면(862)에 상기 가새삼각면(899)의 양측으로 확장된 직사각면인 기둥사각면(883)｛또한 (884)｝이 형성되고, 상기 수직접촉선(824)｛또한 (825)｝ 상에 있는 상기 기둥사각면(883)｛또한 (884)｝의 꼭짓점에서 상기 가새 접배면(869)｛또한 (868)｝ 쪽으로 경사변(812)을 갖는 두 이등변삼각면(897,898)｛또한 한 이등변삼각면(896)｝이 부가되어 판형브라켓이 완성된다. 상기 <가새-기둥>브라켓(779)는 기둥(360:368)에 내측으로 가새(680:682)가 작은 경사각으로 접합될 경우로 내측의 이등변삼각면(896) 하나만 부가되는 것으로 족하다.
도 28은 전술된 도 17에서 ⑧로 지시된 <주부재>이음연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam joint connection: 통칭 ‘<주부재>이음브라켓’)의 다양한 형태를 상세히 보여준다.
상기 <주부재>이음연결수단은 <주부재>이음연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam joint connection: 통칭 ‘<주부재>이음브라켓’)을 포함하고, 이는 <주부재>이음연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음입면브라켓’)과 <주부재>이음연결판형평면브라켓(Plane bracket for Beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음평면브라켓’)을 포함한다.
상기 <주부재>이음브라켓은 주부재를 길이방향(Longitudinal direction)으로 직선(Straight line) 또는 사선｛Ray 또는 반직선(Half-line)｝으로 연결하여 간접체결로 고정하는 수단으로, 골조의 조립을 위한 플랫폼프레이밍 및 발룬프레이밍 등의 형식에 적용되고, 상기 사선의 경우 하나의 꼭짓점(Vertex)을 가지는 일정 각도(180도 이하)의 코너(Conner)를 형성하며, 상기 코너는 평면(약칭 ‘평면코너’), 입면(약칭 ‘입면코너’) 또는 두 평면(약칭 ‘입체코너’)에 걸쳐 형성되며, 상기 평면코너는 지붕을 형성하는 다각평면 가운데 한 평면 내 꼭짓점에서 상기 주부재의 평면적인 연결에 적용되고, 상기 입면코너는 상기 다각평면 가운데 수평면과 경사면이 만나는 모서리를 가로 지르는 연직 하방의 횡단면에서 상기 주부재의 연결에 적용되며, 상기 입체코너는 상기 다각평면 가운데 수평면과 경사면이 만나는 모서리 끝의 꼭짓점에서 상기 주부재의 입체적 연결에 적용된다.
상기 <주부재>이음입면브라켓은 상기 접촉점 또는 접촉선을 기준으로 양측에 두 직사각면(Rectangular plane)을 포함하며, 하나는 일차부재 한 측 배면에 (약칭 ‘일차사각면’), 다른 하나는 이차부재의 한 측 배면에 (약칭 ‘이차사각면’) 각각 형성되며, 상기 일차사각면과 이차사각면 각각은 주부재의 폭을 한 변(상기 판형브라켓의 형상요소인 종단선)으로 하고 일정길이의 다른 변으로 형성되고, 상기 일차사각면과 이차사각면의 사이에는 상기 접촉각이 형성되고, 상기 일차사각면과 이차사각면 양측의 변이 겹쳐 상기 접촉선이 형성되거나, 양측의 꼭짓점이 한 점에서 만나게 되어 상기 접촉점을 형성하고 이 접촉점을 기준으로 양측의 종단선과 그 끝 각각의 꼭짓점을 연결한 삼각면이 부가된다.
또한, 상기 <주부재>이음평면브라켓은 상기 평면코너를 형성하는 가대파샤의 상면 및/또는 지붕파샤의 하면에 각각 적용되고, 이는 가대파샤(또는 지붕파샤) 두 주부재 연결부위의 상면(또는 하면)을 덮고, 한 변은 상기 상면(또는 하면)의 폭이 되며 다른 변은 일정길이를 갖는 두 직사각면을 형성하여 한 평면을 형성하고 외곽 꼭짓점을 연결하여 경사변을 갖는 삼각면이 부가되어 하나의 판형브라켓으로 완성된다.
복수의 주부재는 <주부재>이음연결수단(780)으로 길이방향(Longitudinal direction)의 직선(Straight line) 또는 사선｛Ray 또는 반직선(Half-line)｝ 상태로 연결되어 일체화된 장대형부재를 형성하며, 이를 위한 판형브라켓으로서 <주부재>이음입면브라켓(781,782,783)과 <주부재>이음평면브라켓(788,789)을 보여준다.
상기 <주부재>이음입면브라켓은 주부재의 배면(장방형단면의 장변)에, 그리고 상기 <주부재>이음평면브라켓은 주부재의 상면 또는 하면(장방형단면의 단변)에 적용된다.
이 도면 내 (a)는 상기 입면코너의 형성에서 사보(350)와 평보(340)의 연결을 위한 <주부재>이음브라켓(780a)으로서 하나의 <주부재>입면브라켓(781)을 적용한 것이고, (b)는 상기 평면코너의 형성에서 지붕파샤(380) 위에 가대파샤(180)가 얹혀 병합 고정됨으로써 일체화된 통합파샤(180+380)로 한 평면에서 꼭지점을 형성하기 위한 <주부재>이음브라켓(780b)으로서 하나의 <주부재>입면브라켓(782)와 상기 통합파샤(180+380) 상면과 하면에 각각 <주부재>평면브라켓(788,789)을 적용한 것이며, (c)는 두 평면의 모서리 꼭짓점에서 상기 통합파샤(180+380)로 상기 입체코너를 형성하기 위한 <주부재>이음브라켓(780c)으로서 하나의 <주부재>입면브라켓(783)을 적용한 것이다.
도면 내 (a)에서 상기 입면코너의 형성을 위한 일차부재인 사보(350)와 이차부재인 평보(340) 연결부위의 측면에 부착되는 단일브라켓 형식의 판형브라켓인 <주부재>입면브라켓(781)은 상기 사보(350)와 평보(340) 각각의 접배면(861,869)에 각각의 종단선(828,829)으로부터 내측으로 각각 일차사각면(881)과 이차사각면(882)을 형성하고, 상기 두 사각면(881,882) 사이에 두 주부재의 배면이 공유하는 접촉점(821)을 꼭지점으로 하고 상기 종단선(828,829)을 변으로 하고 그 내각 접촉각(850a)의 이등변삼각면이 부가되어 형성된다.
도면 내 (b)에서 상기 평면코너의 형성을 위한 지붕파샤(380:381,382) 위에 가대파샤(180:181,182)가 얹혀 일체화된 통합파샤(180+380)의 모서리가 <주부재>이음연결수단(780b)으로 고정되는 구조에서, 상기 통합파샤(180+380)의 상면과 하면에 각각 부착되는 <주부재>이음평면브라켓(788,789)은 해당 주부재 접상면(871)과 접하면(879)에 각각 직사각면(885,886&887,888)을 정하고, 그 꼭짓점이 연결된 경사변(812)을 포함하는 각 삼각면(891,892)이 부가되어 판형브라켓이 된다.
또한 상기 통합파샤(180+380)의 배면에 부착되는 <주부재>이음입면브라켓(782)은 수직접촉선(824)을 중앙에 두고 양측 주부재 접배면(861,862&868,869)에 각각 일차사각면(881,883)과 이차사각면(882,884)이 각각 형성되고 상하 통합된 두 직사각면이 상기 수직접촉선(824)을 기준으로 둔각 접촉각(850b)으로 절곡되어 형성된다.
도면 내 (c)에서 상기 입체코너의 형성을 위한 태양공작물의 지붕 외피면을 형성하는 수평면과 경사면이 접하는 모서리 끝의 꼭짓점에 적용되는 <주부재>이음입면브라켓(783)은 상기 통합파샤(180+380) 각각의 접배면(861,862&829,868)에 각각의 종단선(828,829)으로부터 내측으로 각각 일차사각면(881,883)과 이차사각면(882,884)을 형성하고, 두 사각면(881,882|883,884) 사이에 두 주부재의 배면이 공유하는 접촉점(821)을 꼭지점으로 하고 가대파샤(180:181,182)의 종단선(828,829)을 변으로 하고 그 내각 접촉각(850c)의 이등변삼각면이 부가되어 형성된다.
도 29는 전술된 도 18에서 ⑨로, 그리고 후술될 도 59에서 ⑩으로 지시된 <통합>연결판형브라켓(Plate type bracket for combined connection: 통칭 ‘<통합>브라켓’)의 적용 실시예를 상세히 보여준다.
상기 <통합>연결수단은 <통합>연결판형브라켓(Plate type bracket for combined connection: 통칭 ‘<통합>브라켓’)을 포함하고, 이는 <통합>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>입면브라켓’)과 <통합>연결판형평면브라켓(Plane bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>평면브라켓’)을 포함한다.
상기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓, <주부재>접합브라켓, <보-보>브라켓, <기둥-도리>브라켓, <기둥-보>브라켓 및 <주부재>이음브라켓 가운데 둘 이상의 판형브라켓이 인접하여 겹치는 입면이나 평면(약칭 ‘중첩면’)을 포함한 합집합(Union) 형상으로 재단하여 전술한 병합브라켓의 방식으로 상기 단일브라켓 또는 둘 이상의 다중브라켓으로 형성하여 상기 연결부위에 일체로 적용된다.
상기 <통합>브라켓(790)은 주부재의 인접한 다수의 연결부위에 적용되는 전술한 주부재 연결수단으로서 접합부위에 따라 관련 판형브라켓이 병합되어 <통합>입면브라켓과 <통합>평면브라켓으로 구성되고, 이와 관련한 실시예로서, (a)로 지시된 <통합>연결수단(790a)은 인접한 <가대보-파샤>연결수단(710)과 <지붕보-파샤>연결수단(720), 그리고 (b)로 지시된 <통합>연결수단(790b)은 인접한 <보-보>중첩연결수단(740)과 <기둥-보>연결수단(760)의 병합에 관한 것이다.
이 도면 내 (a)는 가대파샤(180)가 지붕파샤(380) 위에 얹혀 일체화된 통합파샤(180+380)의 중간부위 측면(배면)에 두겹부재(652)의 가대보(120)와 단겹부재(651)의 지붕보(평보 340|사보 350)의 끝이 인접한 위치에서 판형브라켓인 각각의 <가대보-파샤>브라켓(710)과 <지붕보-파샤>브라켓(720)이 병합된 <통합>브라켓(790a:710,720)이고, (b)는 평보(340)의 한 부위 위에 가대보(120)가 얹혀 고정되는 <보-보>브라켓(740)과, 그리고 인접한 위치에서 상기 평보(340)의 하부가 연직의 기둥(360) 상단이 지지되도록 적용되는 <기둥-보>브라켓(760)이 병합된 <통합>브라켓(790b:740,760)이다.
도면 내 (a)에서 <가대보-파샤>브라켓(710)은 일차부재인 통합파샤(180+380)의 우측 두 접배면(861,862)과 이차부재인 두겹부재 가대보(652&120)의 사이 접배면(868)에 부착되는 다각면판이 상기 일차부재와 이차부재의 수직접촉선을 기준으로 예각 접촉각(850a:851)으로 절곡되어 첫째 입면브라켓(791)이 형성되고, 이차부재인 가대보(652&120)와 지붕보(651&340|350) 사이에 통합파샤(180+380)의 중간 두 접배면(861,862)에 형성되는 직사각면과 상기 두겹부재 가대보(652&120)의 접배면(868)과 단겹부재 지붕보(651&340|350)의 접배면(869)에 각각 부착되는 두 다각면판이 상기 일차부재와 이차부재의 두 수직접촉선을 기준으로 접촉각(850a:851&850b:859)으로 각각 절곡되어 둘째 입면브라켓(792)이 형성되며, 일차부재인 통합파샤(180+380)의 좌측 두 접배면(861,862)과 이차부재인 지붕보(651&340|350)의 접배면(869)에 부착되는 다각면판이 상기 일차부재와 이차부재의 수직접촉선을 기준으로 둔각 접촉각(850b:859)으로 절곡되어 셋째 입면브라켓(793)이 형성됨으로써 다중브라켓(삼중브라켓) 형식의 <통합>입면브라켓(790a)으로 완성된다.
상기 둘째 입면브라켓(792)은 인접한 <가대보-파샤>입면브라켓과 <지붕보-파샤>입면브라켓의 다각면판의 합집합(Union)으로 형성되며 교집합(Intersection) 부위인 중첩면(814)이 한 평면으로 병합된다.
또한 상기 통합파샤(180+380)의 상면에 <가대보-파샤>브라켓(710)으로서 <가대보-파샤>평면브라켓(719)가 전술한 도 20에서와 같이 형성되고, 상기 통합파샤(180+380)의 하면에 <지붕보-파샤>브라켓(720)으로서 <지붕보-파샤>평면브라켓(729)가 전술한 도 21에서와 같이 형성된다.
도면 내 (b)에서 일차부재인 평보(340)와 이차부재인 연직의 기둥(360)에 적용되는 <기둥-보>브라켓(760)에서 평보(340)의 접배면(861)에 형성되는 직사각면(881)과, 그리고 일차부재인 평보(340)와 이차부재인 가대보(120)에 적용되는 <보-보>브라켓(740)에서 평보(340)의 접배면(861)에 형성되는 직사각면(882)의 교집합 부위인 중첩면(814)을 병합하여 합집합으로 다각면판을 형성하고, 상기 가대보(120)의 접배면(868)에 형성되는 두 직사각면이 지붕보(340)와의 수직접촉선을 중앙에 두고 둔각 접촉각(850:859)으로 절곡되어 첫째 입면브라켓(794)이 형성되고, 예각 접촉각(850:852)으로 절곡되어 둘째 입면브라켓(795)이 형성됨으로써 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <통합>입면브라켓(790b)으로 완성된다.
상기 <통합>입면브라켓(790b:794,795)은 이중브라켓 형식이지만 둘 가운데 어느 하나를 적용하여도 상기 일차부재와 두 이차부재의 고정에는 무리가 없으며, 둘 모두를 적용함으로써 태양공작물의 조립구조가 내하중화 되는 효과를 기대할 수 있다. 또한 도시하지 않았지만 이 <통합>입면브라켓(790b)은 단겹부재인 지붕보(340)와 기둥(360)가 두겹부재로의 전환이 허용되는 형태로서 구조설계 등과 같은 관련 엔지니어링에 다양한 선택권이 부여되는 효과도 있다.
도 30은 태양공작물의 지붕을 형성하는 다각평면의 외곽을 마감하는 가대파샤 또는 통합파샤(지붕파샤 위에 가대파샤가 일체화 된 주부재) 측면에 가대보의 고정을 위한 <가대보-파샤>브라켓과 <주부재>접합브라켓의 다양한 적용 실시예를 보여 준다.
상기 상기 가대보, 가대파샤, 지붕보, 지붕파샤, 기둥, 보강보, 도리 및 가새는 각각 적용된 주부재와 유사하거나 동일한 주부재를 하나 더 포함하고, 상기 한 겹의 주부재(약칭 ‘단겹부재’) 둘의 배면을 맞대어 용접, 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결로 일체화 고정하여 하나의 두 겹 장대형부재(약칭 ‘두겹부재’)를 형성한다.
상기 가대보(120)의 끝은 단일 가대파샤(180), 또는 지붕파샤(380) 위에 얹혀 일체화 병합된 가대파샤(180) 중간부위 측면에 <가대보-파샤>연결수단(710) 또는 <주부재>접합연결수단(730)으로 접합 고정된다.
상기 <가대보-파샤>연결수단(710)으로서 판형브라켓인 <가대보-파샤>브라켓(710)은 도 20의 설명에서, 그리고 상기 <주부재>접합연결수단(730)으로서 판형브라켓인 <주부재>접합브라켓(730)은 도 22의 설명에서 상술한 바와 같이 접합하고자 하는 주부재의 종류와 형상에 따라 다양한 형태로 제작되어 적용된다.
이 도면 내 (a)는 단겹부재의 가대파샤(180) 중간부위 측면(배면)에 가대보(120) 끝의 접합에 관한 것이고, (b)는 두겹부재의 가대파샤(180) 중간부위 측면(정면)에 가대보(120) 끝의 접합에 관한 것이며, (c)는 단겹부재의 지붕파샤(380) 위에 얹혀 일체화 된 단겹부재의 가대파샤(180) 측면(배면)에 가대보(120) 끝의 접합에 관한 것이고, (d)는 두겹부재의 지붕파샤(380) 위에 얹혀 일체화 된 단겹부재의 가대파샤(180) 중간부위 측면(배면)에 두겹부재 가대보(120) 끝의 접합에 관한 것으로 <가대보-파샤>브라켓(710)과 <주부재>접합브라켓(730)이 적용되는 것을 보여준다.
도면 내 (a)에서 일차부재인 가대파샤(180) 중간부위 측면(배면)에 이차부재인 가대보쌍(120) 남가대보(122) 끝의 접합에는 <가대보-파샤>브라켓(710)으로서 주부재 배면에 부착되는 입면브라켓인 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <가대보-파샤>입면브라켓(711,712)이, 그리고 주부재 상면과 하면에 부착되는 평면브라켓인 <가대보-파샤>평면브라켓(719&718)이 적용되고, 북가대보(120:124|124a)의 접합에는 상기 이중브라켓 가운데 하나를 선택하여 단일브라켓 형식으로 <가대보-파샤>입면브라켓(711|712)이, 그리고 주부재 접합부위의 상면과 하면에 <가대보-파샤>평면브라켓(718a&719a)이 적용되는 것을 보여준다.
도면 내 (b)에서 일차부재인 두겹부재의 가대파샤(652&180) 중간부위 측면(정면)에 이차부재인 단겹부재 가대보(651&122) 끝의 접합에는 <주부재>접합브라켓(730)으로서 주부재 정면에 부착되는 입면브라켓인 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <주부재>접합입면브라켓(731,732)이, 그리고 주부재 상면과 하면에 부착되는 평면브라켓인 <주부재>접합평면브라켓(739&738)이 적용되고, 그리고 두겹부재 가대보(652&124) 끝의 접합에는 단일브라켓 형식의 <주부재>접합입면브라켓(732)과 <주부재>접합평면브라켓(739a&738a)이 적용되는 것을 보여준다. 이들 <주부재>접합입면브라켓(731,732)는 관련 주부재의 접촉각으로 절곡되고 그 부위는 일정 (최소)곡률반경으로 곡면이 형성된다.
도면 내 (c)에서 가대파샤(180)가 지붕파샤(380) 위에 얹혀 일체화 된 일차부재(약칭 ‘통합파샤’)에서 단겹부재의 가대파샤(180) 측면(배면)에 이차부재인 가대보(120:122) 끝의 접합에는 <가대보-파샤>브라켓(710)으로서 주부재 배면에 부착되는 입면브라켓인 단일브라켓 형식의 <가대보-파샤>입면브라켓(713)과 주부재 상면에 부착되는 평면브라켓인 <가대보-파샤>평면브라켓(719)이 적용되고, 북가대보(120:124|124a)의 접합에는 단일브라켓 형식으로 <가대보-파샤>입면브라켓(714) 또는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <가대보-파샤>입면브라켓(715,716)이, 그리고 주부재 접합부위의 상면에 <가대보-파샤>평면브라켓(719a)이 적용되는 것을 보여준다. 여기에 적용되는 모든 <가대보-파샤>입면브라켓(713,714,715,716)은 일차부재인 통합파샤(180+380) 전체 배면에 부착되도록 형성되고 단일브라켓 형식의 두 <가대보-파샤>입면브라켓(713&714)은 상호 교환되어 적용될 수 있다.
도면 내 (d)에서 (c)의 일차부재인 통합파샤(180+380)가 두겹부재의 지붕파샤(652:380)로 형성되고 이차부재인 두겹부재의 가대보(652&120:122,124)의 접합에 있어서, 단겹부재의 가대파샤(651&180) 측면(배면)에 두겹부재의 가대보(652&120:122) 끝의 접합에는 <가대보-파샤>브라켓(710)으로서 주부재 배면에 부착되는 입면브라켓인 단일브라켓 형식의 <가대보-파샤>입면브라켓(713)과 주부재 상면에 부착되는 평면브라켓인 <가대보-파샤>평면브라켓(719)이 적용되고, 북가대보(120:124)의 접합에는 다중브라켓(이중브라켓) 형식으로 <가대보-파샤>입면브라켓(715a,716a)이, 그리고 주부재 접합부위의 상면에 <가대보-파샤>평면브라켓(719)이 적용되는 것을 보여준다. 상기 <가대보-파샤>입면브라켓(713)은 상기 두겹부재의 가대보(652&120:122) 사이에, 그리고 상기 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <가대보-파샤>입면브라켓(715a,716a)은 둘 다 또는 둘 중에 하나가 상기 가대보(652&120:124) 사이에 삽입되어 고정된다. 이에 따라 <가대보-파샤>입면브라켓(715a,716a)은 (c)에 적용된 상기 <가대보-파샤>입면브라켓(715,716)와는 달리 가대보의 배면 측에 부가되는 삼각면이 없다.
상기 일차부재 배면을 기준으로 한 측면에는 상기 <가대보-파샤>브라켓이, 그리고 일차부재 정면을 기준으로 한 측면에는 <주부재>접합브라켓이 적용되는 접합은 동일한 기능과 작용을 가지며, 단지 적용처와 입면브라켓의 단면(접착면)형상에 따라 달리 명명한다. 즉, 가대보와 가대파샤의 접합은 주로 <가대보-파샤>브라켓이 적용되지만, 접합부위의 접착면이 밖으로 볼록할 경우에는 <주부재>접합브라켓이 적용된다.
상기 <가대보-파샤>브라켓과 동일한 기능과 작용을 가지는 판형브라켓인 <지붕보-파샤>브라켓은 태양공작물의 지붕을 형성하는 다각평면의 외곽을 마감하는 지붕파샤 또는 통합파샤(지붕파샤 위에 가대파샤가 일체화 된 주부재) 측면에 지붕보의 연결에 적용되는 것으로 지붕보의 끝은 단일 지붕파샤, 또는 가대파샤가 얹혀 일체화 병합된 지붕파샤 중간부위 측면에 <지붕보-파샤>연결수단으로 접합 고정된다. 상기 <지붕보-파샤>브라켓은 도21에서 전술한 바와 같이 상기 <가대보-파샤>브라켓과 대비하여 상하 대칭적으로 형성되어 적용된다. 물론 주부재의 접합부위의 접착면이 밖으로 볼록할 경우에는 상기 <지붕보-파샤>브라켓 대신에 <주부재>접합브라켓이 적용될 수 있다. 상기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓과 <주부재>접합브라켓은 기능과 작용 관점에서 동일한 유형의 판형브라켓으로 간주된다.
도 31은 태양가대의 가대보와 외장골조 지붕보를 고정하기 위한 <보-보>브라켓과 가대보쌍의 보강구조에 대한 다양한 적용 실시예를 보여 준다.
상기 단겹부재 또는 두겹부재로 된 가대보쌍 사이에 가대보가로대(Cross strut for rack beam: 약칭 ‘가대가로대’)를 포함하고, 상기 가대가로대는 ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture)로서 일정길이를 갖는 평판의 양단이 같은 방향으로 직각으로 절곡되어 양단의 접합부가 형성되고, 그 하나 또는 한 쌍으로 상기 가대보쌍 사이를 수직으로 상기 접합부가 체결수단으로 고정되며, 상기 한 쌍의 가대가로대는 두 가대가로대의 각각의 배면이 맞대어 고정되어 형성된다.
본 발명의 기술사상에 따라 외장골조는 수평재 및/또는 경사재의 지붕보와 연직재 기둥을 포함하는 포털프레임의 다수로 형성되고, 이에 따라 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 다각평면은 수평면 및/또는 경사면을 포함하며, 수평(지붕)면에는 동서방향으로 배치되는 가대보쌍이, 그리고 경사(지붕)면에는 수평방향으로 복수의 가대보가 배치되어 상기 지붕보 위에 가대보를 얹혀 <보-보>중첩연결수단으로 고정되어 #형태의 래티스구조(Lattice structure)로 됨으로써 내하중구조가 된다.
상기 <보-보>중첩연결수단은 상기 지붕보와 가대보의 고정뿐만 아니라, 다른 수평재인 지붕파샤, 보강보와 도리를 포함하여 한 수평재 위에 다른 수평재를 고정하는 데 적용되고, 판형브라켓인 <보-보>브라켓을 부가한 간접체결을 포함한다.
상기 <보-보>중첩연결수단(740)으로서 판형브라켓인 <보-보>브라켓은 도 23의 설명에서 상술한 바와 같이 접합하고자 하는 주부재의 종류와 형상에 따라 다양한 형태로 제작되어 적용된다.
이 도면 내 (a)는 단겹부재의 지붕파샤(380) 중간부위 상면에 가대보(120)가 얹혀 접합되는 것이고, (b)는 두겹부재의 평보(652&340) 중간부위 상면에 가대보쌍(120:122,124)이 얹혀 접합되며, 이 가대보쌍(120) 사이에 한 겹으로 된 가대가로대(130:131; Cross strut for rack beam: 약칭 ‘가대가로대’)가 부착된 것이고, (c)는 두겹부재의 평보(652&340) 중간부위 상면에 두겹부재의 가대보쌍(652&120:122,124)이 얹혀 접합되며, 이 가대보쌍(120) 사이에 두 겹으로 된 가대가로대(130:132,133)이 부착되어 고정되는 것을 보여준다.
상기 가대가로대(130:131)는 ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture)로서 일정길이를 갖는 평판(152)의 양단이 같은 방향으로 직각으로 절곡되어 양단의 접합부(151&153)가 형성된 것으로 상기 가대보쌍(120) 사이에 일정간격의 직교상태로 부착되어 비렌딜트러스(Vierendeel Truss)가 형성됨으로써 평면의 횡방향 하중에 대한 상기 다각평면의 좌굴 (buckling)에 대항하는 내하중구조가 되는 효과를 기대한다.
도면 내 (a)에서 <보-보>중첩연결수단(740)으로 일차부재인 한 겹의 주부재로 된 지붕보 또는 지붕파샤(380)의 상면과 이차부재인 가대보(120)의 하면 사이에 부가되는 <보-보>평면브라켓(749) 및/또는 관통되는 직결나사(694; Self drilling screw)가 적용되는 것을 확대하여 보여준다. 이와 같은 직결나사(694)에 의한 <보-보>중첩연결수단(740)은 두 겹의 주부재에는 물론, 상하 수평재 중간부위에서도 적용 가능하다.
도면 내 (b)에서 <보-보>중첩연결수단(740)으로 입면브라켓(740:741&742,743)과 평면브라켓(745&746)은 둘 중 하나가 선택되어 적용되고, 상기 입면브라켓은 일차부재인 두겹부재의 평보(652&340) 배면 사이에 삽입되고 이차부재인 가대보쌍(120:122,124)의 배면에 부착되어 고정되며, 상기 평면브라켓은 일차부재(652&340) 상면과 이차부재(120:122,124) 하면 사이에 위치되어 관련 주부재가 접합되는 것을 보여 준다. 여기서 일차부재(652&340) 위에 남가대보(120:122)의 끝이, 그리고 북가대보(120:124)의 중간부위가 얹혀 접합되는 것으로, 이에 따라 남가대보(120:122) 측에는 단일브라켓 형식의 <보-보>입면브라켓(740:741)이, 그리고 북가대보(120:124) 측에는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <보-보>입면브라켓(740:742,743)이 적용되고, 상기 평면브라켓(745,746)은 주부재 접합부위의 형상에 따라 달리 그 형상이 형성되어 적용된다. 상기 이중브라켓(742,743) 가운데 하나를 택하여 단일브라켓으로서 적용하여도 상기 주부재의 접합에는 무리가 없다.
또한 상기 이차부재인 가대보쌍(120:122,124)의 사이에는 한 겹으로 된 가대가로대(130:131; 약칭 ‘단겹 가대가로대’)를 위치시켜 고정하고, 상기 단겹 가대가로대는 가대보쌍 사이에 일정간격으로 배치되고 고정되어 비렌딜트러스(Vierendeel Truss)가 형성됨으로써 평면방향의 하중에 대한 좌굴 (buckling)에 대항하는 내하중구조가 되고, 이에 따라 태양가대의 평면구조를 강화하는 효과를 기대한다. 상기 단겹 가대가로대(131)는 가대보쌍(120)이 수직으로 맞대어 고정되도록 양단 접합부위가 가대보쌍의 길이방향으로 절곡되어 ㄷ형상의 판형 고정쇠(Plate fixture)로 기능하도록 형성되고, 상기 접합부위가 가대보쌍 측면(배면)에 부착되어 직결 나사 등의 체결수단으로 고정된다.
도면 내 (c)에서는 (b)에서와 달리 이차부재인 두겹부재의 가대보쌍(652&120:122,124)이 적용되고, 이를 위한 <보-보>중첩연결수단(740)으로 상기 입면브라켓(741&742,743)과 평면브라켓(745&746)이 병합된 형태의 입체브라켓(740:747,748&749)이 적용되며, 여기서 일차부재(652&340) 위에 남가대보(120:122)의 중간부위가, 그리고 북가대보(120:124)의 끝이 얹혀 접합되는 것으로, 남가대보(652&122) 측에는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <보-보>입체브라켓(740:747,748)이 적용되고, 북가대보(652&124) 측에는 단일브라켓 형식의 <보-보>입체브라켓(740:749)이 적용되는 것을 보여준다. 상기 <보-보>입체브라켓(740:747,748&749)은 하나의 평판을 재단하고 절곡하여 각각 형성되며, 이중브라켓 형식의 판형브라켓은 그 가운데 하나만을 선택적으로 적용할 수도 있다.
또한 상기 이차부재인 두겹부재의 가대보쌍(652&120:122,124)의 사이에는 두 겹으로 된 가대가로대(130:132,133; 약칭 ‘두겹 가대가로대’)를 위치시켜 고정하고, 상기 두겹 가대가로대는 가대보쌍 사이에 일정간격으로 배치되어 고정됨으로써 태양가대의 평면구조를 강화하는 효과를 기대한다. 상기 두겹 가대가로대(130)는 ㄷ형상의 판형 고정쇠의 등(배면)을 맞대어 한 겹의 가대가로대(132,133) 둘이 접합되어 형성되고, 상기 접합부위가 가대보쌍(120) 사이 주부재 측면(정면)에 부착되어 고정된다. 상기 주부재 측면(정면)은 볼록한 곡면이므로 이에 부착되는 상기 가대가로대(130:132,133)의 접합부위 또한 상응한 곡면이 형성된다.
상기 가대가로대는 평판으로 평면형 또는 곡면형으로 절곡되어 형성되며, 상기 곡면형은 주부재 접합부위가 밖으로 볼록할 경우에 접촉면에 밀착하여 부착되는 형상이지만, 당연히 접합부위가 안으로 볼록하거나 평평하더라도 이에 적용될 수 있다.
도 32는 외장골조를 형성하는 포털프레임의 기둥과 지붕보를 고정하기 위한 <기둥-보>브라켓과 포털프레임의 보강구조에 대한 다양한 적용 실시예를 보여 준다.
상기 단겹부재 또는 두겹부재를 하나 더 포함하여 평행되게 두고 쌍(Pair)으로 복합구조의 장대형부재로 된 주부재(약칭 ‘복합재쌍’: 각각 ‘단겹재쌍’과 ’두겹재쌍‘)를 형성하며, 상기 포털프레임은 상기 복합재쌍으로 된 기둥과 지붕보을 포함하고, 상기 단겹재쌍 또는 두겹재쌍 사이에 주부재가로대(Cross strut for main member: 약칭 ‘부재가로대’)를 더 포함하며, 상기 부재가로대는 ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture)로서, 그 하나 또는 한 쌍으로 상기 복합재쌍 사이를 수직으로 직결 나사 등의 체결수단으로 연결하고, 상기 한 쌍의 부재가로대는 두 부재가로대의 각각의 배면을 맞대어 고정하여 형성된다.
상기 포털프레임은 하나 이상의 기둥의 상단과 지붕보의 일단을 <기둥-보>연결수단으로 고정하여 형성되며, 상기 기둥은 원통형기둥(Cylindrical column), 각관기둥(Square tube pillar), 트러스형기둥(Truss type column) 또는 상기 가대보나 지붕보에 적용되는 주부재(Main member)를 포함하고, 상기 주부재는 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangular section)을 갖는 장대형부재(Long span member)로 성형되며, 상기 주부재는 상기 단겹부재, 두겹부재, 단겹재쌍과 두겹재쌍을 포함한다. 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 적용된 주부재는 압연성형공정에 의하여 곡면형 단면형상으로 성형되는 LEB롤형재(Roll formed products)이다.
이 도면 내 (a)와 (b)는 곡면형 장방형단면을 갖는 상기 LEB롤형재의 주부재로 된 평보(340) 일단을 기둥(360) 상단으로 받쳐 <기둥-보>연결수단(760)으로 고정한 포털프레임의 형성에 관한 것으로, (a)는 단겹부재인 평보(651&340) 일단과 단겹부재인 기둥(651&360) 상단의 고정에 단일브라켓 형식의 <기둥-보>브라켓(760:761)이 적용되는 것을 보여주고, (b)는 (a)의 주부재에 각각 한 겹의 주부재를 더하여 두겹부재의 평보(652&340)와 기둥(652&360)의 고정에 단일브라켓 또는 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 <기둥-보>브라켓(760)이 적용되는 것을 보여준다.
도면 내 (c)와 (d)는 주부재를 인접하게 쌍(Pair)으로 평행되게 부가하여 조합되는 복합구조의 장대형부재로서 상기 단겹부재로 된 단겹재쌍과 두겹부재로 된 두겹재쌍으로 포털프레임의 형성을 보여주는 것으로, (c)는 단겹부재의 두 평보와 두 기둥을 인접하게 위치하여 각각 단겹재쌍 평보(662&340)와 단겹재쌍 기둥(662&360)을 형성하고, 상기 단겹재쌍 사이를 상기 부재가로대(670:671,672&676)로, 그리고 각각의 평보와 기둥을 <기둥-보>브라켓(760:761&762)으로 고정한 것이고, (d)는 두겹부재의 두 평보와 두 기둥을 인접하게 위치하여 각각 두겹재쌍 평보(664&340)와 두겹재쌍 기둥(664&360)을 형성하고, 상기 두겹재쌍 사이를 상기 부재가로대(670:673&674,675&677)로, 그리고 각각의 평보와 기둥을 <기둥-보>브라켓(760)으로 고정한 것이다. 상기 단겹재쌍으로 구성되는 포털프레임은 주부재 배면이, 그리고 상기 두겹재쌍의 경우는 주부재 정면이 맞대어 배치되고, 이에 따라 부재가로대는 주부재 접촉부위의 표면형상에 부응되도록 평면형과 곡면형으로 형성되어 적용된다. 상기 부재가로대는 상기 가대가로대와 같이 평면형 또는 곡면형으로 형성되어 단겹 또는 두겹으로 적용된다.
전술한 도 31의 가대가로대와 동일한 방식으로 ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture)로 형성된 상기 부재가로대로 단겹재쌍 또는 두겹재쌍의 주부재 사이를 고정함으로써 상기 주부재로 조합되는 포털프레임은 좌굴(buckling)에 대항하는 내하중구조로 변환되는 효과가 기대된다.
도면 내 (e), (f)와 (g)는 곡면형 장방형단면을 갖는 주부재로 된 평보(340)의 한 부위를 원통형기둥(360:367), 각관기둥(360:368)과 트러스형기둥(360:369)으로 받쳐 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(760:761)으로 고정되는 형식을 보여 주는 것으로, (e)는 단겹부재인 평보(651&340)에 직사각면의 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(760)이 단일브라켓(761) 형식으로 부착되어 원통형기둥(360:367)으로 받쳐 고정되고, (f)는 (e)의 직사각면 판형브라켓의 하부가 돌출되는 육각면의 <기둥-보>브라켓(760)을 형성하여 단겹부재인 평보(651&340)에 부착되고 그 하부가 각관기둥(360:368)에 삽입되어 지지되며, (g)는 역 T 형 판형브라켓 <기둥-보>브라켓(760)이 두겹부재인 평보(652&340) 사이에 끼워 고정되고 트러스형기둥(360:369) 위에 고착되는 것이다. 본 발명의 기술사상에 따라, 물론 이 (g)의 경우에는 단겹부재가, 그리고 (e)와 (f)의 경우에는 두겹부재의 주부재가 적용될 수 있고, 적용된 각 <기둥-보>브라켓(760) 다른 형상이지만 적용대상인 주부재 접촉부위의 형태에 부합되도록 구조적 안정성과 비용효과적 측면을 고려하여 엔지니어링 과정에서 적정한 판형브라켓이 선정된다.
도면 내 (h)는 포털프레임의 기둥에 도리가 부착되어 형성된 내하중구조의 외장골조 일부를 보여주는 것으로, 곡면형 장방형단면을 갖는 주부재로 된 단겹부재의 평보(651&341)와 두겹부재의 평보(652&340:341) 각각의 한 부위를 단겹부재의 기둥(651&360:361)과 두겹부재의 기둥(652&360:362)으로 받치고 상기 두 기둥과 평보의 접착부위에 단겹부재의 도리(390:391)를 부착하여 판형브라켓인 <기둥-도리>브라켓과 <기둥-보>브라켓이 병합된 통합브라켓(790:750,760)으로, 그리고 상기 두 기둥의 중간부위에 단겹부재의 도리(390:393)를 더 부착하여 <기둥-도리>브라켓(750)으로 고정한 것이다. 상기 통합브라켓(790:791,792)과 <기둥-도리>브라켓(750:751,752)은 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 판형브라켓이고, 이들 판형브라켓을 적용함으로써, 상기 단겹부재의 평보와 기둥은 동일한 단겹부재를 더 부가하여 두겹부재로의 전환이 가능하며, 상기 단겹부재의 도리(390:391)는 동일한 종류의 단겹부재(392)를 기둥(360:361)과 기둥(360:362) 사이에 해당되는 길이로 배면을 맞대어 관련 상기 통합브라켓(790:791,792)으로 고정함으로써 두겹부재의 구조가 될 수 있다.
상기 연결수단을 통한 주부재 다수로 건설구조물의 평면을 형성하는 형식으로 플러시프레이밍(Flush framing: : 접합하기)과 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기)을 들 수 있으며, 상기 플러시프레이밍은 주부재로 형성되는 평면이 동일한 높이로 유지되도록 하면서 다른 주부재를 고정하는 것이고, 상기 계층화프레이밍은 한 평면상의 주부재에 다른 주부재를 덧대어 다른 평면이 형성되는 것을 허용하면서 고정하는 것이다.
또한 연결수단을 통한 주부재 다수로 골조 자체를 형성하는 형식으로 플랫폼프레이밍(Platform Framing) 및 발룬프레이밍(Balloon framing)을 포함하며, 상기 플랫폼프레이밍은 한정된 길이의 주부재로 일정 높이 또는 길이의 골조를 형성하고 그 위나 옆에 다시 일정길이의 주부재를 이어 붙여 골조를 형성하는 것이며, 상기 발룬프레이밍은 장대형부재인 주부재 하나를 길게 적용하여 수평적 또는 수직적 골조를 형성하는 것이며, 이에 따라, 상기 플랫폼프레이밍은 주로 플러시프레이밍 형식이 적용되고, 상기 발룬프레이밍은 주로 계층화프레이밍 형식이 적용된다.
이에 따라, 도면 내 (h)에서 상기 기둥(360)에 단겹부재 도리(390:391)가 부착되는 형식은 계층화프레이밍과 발룬프레이밍이고, 두 기둥(361&362) 사이에 단겹부재(392)를 끼워 붙여 고정되는 형식은 플러시프레이밍과 플랫폼프레이밍이라 할 수 있다.
여기에 도시된 지붕보 모두는 포털프레임의 구성요소인 평보(340)이고 이들 지붕보 모두는 처마(Eave)를 가지는 태양공작물을 위한 포털프레임의 구성요소로 적용되지만, 사보프레임 또는 혼보프레임의 구성요소로서 경사진 사보의 적용은 물론, 상기 지붕보의 일단이 연직의 기둥(360) 상단에 얹혀 처마가 없는 태양공작물을 위한 포털프레임의 형성도 관련 주부재의 접촉부위에 상응한 판형브라켓인 <기둥-보>브라켓(760)을 도 25와 도 26에 상술한 바와 같이 제작하여 조립함으로써 용이하게 구현될 수 있다.
도면 내 (원)전각기호 ⑤로 지시된 <기둥-도리>브라켓(750)은 도 24에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 전술된 바 있다.
도 33는 본 발명에 따른 실시예 3으로서 상기 실시예 2에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 동일한 대상체인 건물옥상 위에 수평(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
상기 대상체는 좌측면과 우측면 모두가 전면(정면)인 공동주택(아파트)의 옥상으로서, 도면 내 [A]는 상기 대상체에 적용된 태양공작물 전체를 보여주며, [B]는 이 태양공작물이 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로, 좌우 선대칭의 평면을 갖는 대상체인 건물옥상(500) 위에 본 발명의 기술사상에 따라 외장골조(300)를 상기 대상체의 바닥면(570; Floor plane: 약칭 ‘바닥’)에 정착하고 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 외피면 위에 태양가대(100)를 고착하여 태양공작물을 완성한다.
도면 내 [A]에서 대상체 입지방위기준(510) 건물방향은 건물평면 좌우 선대칭 중심선인 건물중심선(511)의 방위각을 기준으로 정남에서 동쪽으로 30도 방향인 이다.
도면 내 [B]에서 (a)는 태양가대(100), (b)는 외장골조(300), 그리고 (c)는 대상체인 건물옥상(500)의 외형을 보여 주는 것으로, 상기 건물옥상(500)은 좌우 선대칭의 평면과 돌출구조물(410)을 가지며, 건물 좌측면(520)의 방향은 (정남에서 서쪽으로 15도인 방향)이고, 우측면(540)은 (정동에서 남쪽으로 15도인 방향)이다. 전술한 바와 같이 각도의 단위는 도(Degree)이지만 편의상 생략한다.(이하 같음) 여기서 ‘*’는 특정되지 않는 값을 의미한다.
상기 실시예 1과 실시예 2에 적용된 대상체와 동일하게 이 실시예 3에서 건물옥상의 평면적은 대략 600 평방미터이고, 이 건물옥상의 외곽을 따라 외곽골조(300)의 기둥이 배치되어 정착되고, 상기 외곽골조의 수평(지붕)보로서 상기 돌출구조물을(410)을 덮어 지붕을 형성하는 하나의 수평(지붕)면 다각평면으로 외장골조(300)의 외피면(200)이 형성된다. 상기 수평(지붕)면(210)의 방위와 경사각은 와 같이 표시된다. 이에 따라 태양가대(100)의 가대보는 동서방향으로 배치되므로 건물중심선(511)과 60도의 예각을 형성한다.
이 실시예 3은 전술한 실시예 1과 실시예 2와는 달리 태양공작물과 대상체인 건물의 평면을 동일한 면적으로 한 것이다. 건축법(대한민국 법률 제17171호, 2020. 3. 31)에 따른 건축법 시행령(대한민국 대통령령 제31668호, 2021. 5. 4)에서 정한 건물의 면적은 “건축물의 외벽(외벽이 없는 경우에는 외곽 부분의 기둥)의 중심선으로 둘러싸인 부분의 수평투영면적”이고 “처마, 차양, 부연(附椽), 그 밖에 이와 비슷한 것으로서 그 외벽의 중심선으로부터 수평거리 1미터 이상 돌출된 부분이 있는 건축물의 건축면적은 그 돌출된 끝부분으로부터 다음의 구분에 따른 수평거리를 후퇴한 선으로 둘러싸인 부분의 수평투영면적”이라 하며, 관련 구분으로 “「신에너지 및 재생에너지 개발ㆍ이용ㆍ보급 촉진법」 제2조제3호에 따른 신ㆍ재생에너지 설비(신ㆍ재생에너지를 생산하거나 이용하기 위한 것만 해당한다)를 설치하기 위하여 처마, 차양, 부연, 그 밖에 이와 비슷한 것이 설치된 건축물로서 「녹색건축물 조성 지원법」 제17조에 따른 제로에너지건축물 인증을 받은 건축물: 2미터 이하의 범위에서 외벽의 중심선까지의 거리”와 “그 밖의 건축물: 1미터”이다. 이 법령에 따라 태양공작물은 통상적으로 건물의 평면 밖으로 1m 또는 2m까지 확장 가능하다.
상기 실시예 1과 실시예 2에 적용된 태양공작물의 평면은 본 발명에 따른 기술사상에 따라 대상체인 건물의 평면 밖으로 확장된 것으로 상기 법령에 따른 건축면적의 변경이 발생할 수 있음에 유념할 필요가 있다.
도 34는 본 발명에 따른 실시예 4으로서 상기 실시예 1에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 동일한 대상체인 건물옥상 위에 다른 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 두 형태 레이아웃(Layout)의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
이 실시예 4에 적용된 대상체 입지방위기준(510) 건물방향은 건물평면 좌우 선대칭 중심선인 건물중심선(511)의 방위각을 기준으로 정남향인 이다.
상기 대상체는 좌측면과 우측면 모두가 전면(정면)인 공동주택(아파트)의 옥상으로서, 도면 내 [A]는 태양공작물과 건물옥상이 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로 (a)는 태양공작물의 지붕을 형성하는 태양가대(100)이고, (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)이 상기 건물중심선(511)과 직교하는 하나의 기준선(270)을 모서리로 두고 두 수평(지붕)면(210&230)과 다른 하나의 경사(지붕)면(250)로 구성되며, (c)는 대상체인 건물옥상(500)으로서 건물 좌측면(520)의 방향은 (남서향)이고, 우측면(540)은 (동남향)이다.
상기 태양공작물의 평면을 상기 법령에서 정한 건축면적과 동일하게 하여, 상기 실시예 1에서와 같이, 이 건물옥상의 외곽을 따라 외곽골조(300)의 기둥이 배치되어 정착되고, 상기 돌출구조물을(410)을 덮어 지붕을 형성하는 두 수평(지붕)면과 하나의 경사(지붕)면의 다각평면으로 외장골조(300)의 외피면(200)이 형성된다. 이 가운데 두 수평(지붕)면(210&230)은 로 상기 돌출구조물(410) 위에, 그리고 하나의 경사(지붕)면(250)은 , 남향의 경사각 29도로 형성된다.
이에 따라 상기 실시예 1에서와 달리 태양가대(100)에 설치되는 태양패널의 수는 적어지게 되지만 상기 법령에 따른 건축면적의 증가로 인한 법적 및 이에 따른 경제적 부담이 없게 된다.
도면 내 [B]는 [A]와 동일한 건물옥상 위에 건축면적의 변화 없이 다른 형상으로 형성된 태양공작물이 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로 (a)는 태양공작물의 지붕을 형성하는 태양가대(100)이고, (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)이 건물 좌측면(520)과 우측면(540)의 전면(정면)방향과 직교하는 각각의 기준선(270:272&274)을 모서리로 두고 두 경사(지붕)면(220&240)과 하나로 병합되는 두 수평(지붕)면(210&230)으로 구성되며, 상기 수평(지붕)면의 좌측(210)은 (남서향)이고 우측(230)은 (동남향)이며, 상기 경사(지붕)면의 좌측(220)은 (남서향 23도 경사각)이고 우측(240)은 (동남향 22도 경사각)이다.
상기 경사(지붕)면들은 [A]의 경우 이고, [B]의 경우 와 로서 경사면의 방위는 설계자에 의해서 일차적으로 정해지는 값이고, 경사각은 미리 책정된 방위에서 최적의 태양에너지수확이 가능한 값으로 산정된 값으로 적용된다. 주어진 방위에서 최적의 태양에너지수확을 기대할 수 있는 경사면의 경사각의 산정에 대한 상세는 후술된다.
이와 같이 법령에서 정한 건축면적의 변화 없이 건물옥상 위 돌출구조물을 덮는 태양공작물을 형성함으로써 대상체 원래의 풍하중 또는 외관의 변화를 최소화하거나 또는 이로 인한 태양공작물의 문제점이 개선되는 효과를 기대할 수 있다.
도 35는 본 발명에 따른 실시예 5로서 비대칭적 평면과 하나의 돌출구조물을 갖는 건물옥상 위에 다른 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 세 형태 레이아웃(Layout)의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
이 실시예 5에 적용된 대상체는 비대칭적 바닥을 갖고 좌측면(520)과 우측면(540)을 전면(정면)으로 하며 돌출구조물(410)을 갖는 공동주택(아파트)의 옥상(500)으로서, 이 대상체에 태양가대(100)가 부착된 태양공작물이 설치된 형태와 외장골조(300)의 지붕을 이루는 외피면(200)의 형상을 상하로 분해하여 보여준다.
본 발명의 기술사상에 따라 상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면은 복수의 건물 사이나 옥상 내 돌출구조물 또는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’) 내측으로 오목한(Concave) 부위를 가로질러 그 양변 또는 꼭짓점 사이를 연결하여 건물평면 밖으로 확장된다.
상기 세 형태 레이아웃으로 된 태양공작물은 대상체 바닥의 전면(정면)이 굴곡진 좌측면(520)과 우측면(540)을 일직선으로 하고, 내부로 오목한 대상체의 후면(배면) 사이를 연결하여 태양공작물의 바닥이 건축면적보다 확장된 형태이다.
이 도면 내 [A]에서 (a)는 태양가대(100)가 부착된 태양공작물이 대상체 입지방위기준(510)에 따른 건물중심선(511)이 정남에서 동쪽으로 15도 방향인 의 상기 대상체에 설치된 것이고, (b)는 외장골조(300)의 외피면(200)으로서 하나의 수평면(210)과 건물 좌측면(520)과 우측면(540)의 전면(정면)방향과 직교하는 각각의 기준선(272&274)을 모서리로 둔 두 경사면(220&240)으로 구성되며, (c)는 상기 대상체인 돌출구조물(410)을 갖는 건물옥상(500)이다. 상기 건물옥상은 의 좌측면(520)과 의 우측면(540)의 전면(정면)을 갖고, 이들 전면 방향으로 각각의 경사(지붕)면으로서 좌측경사면(220)은 이고, 우측경사면(240)은 이며, 수평면(210)은 이다.
상기 건물중심선(511)은 평면에서 건물옥상(500)의 좌측면(520)과 우측면(540) 사이각을 반으로 가르는 직선으로 정해지고, 180도의 방위(정남향) 및 29도의 경사각은 와 같이 표시되고, 임의(특정되지 않는)의 방위나 경사각 값은 ‘*’로 표기한다.(이상, 이하 같음)
도면 내 [B]에서 (a)는 태양가대(100)가 부착된 태양공작물이 상기 대상체에 다른 형식으로 설치된 것이고, (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)이 상기 건물중심선(511)과 직교하는 하나의 기준선(275)을 모서리로 두고 인 하나의 수평(지붕)면(220)과 인 다른 하나의 경사(지붕)면(250)으로 구성된 것이다.
도면 내 [C]에서 (a)는 태양가대(100)가 부착된 태양공작물이 상기 대상체에 또 다른 형식으로 설치된 것이고, (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)이 상기 건물중심선(511)과 직교하는 하나의 기준선(275)을 모서리로 두고 인 하나의 경사면(250:251) 위에 다른 하나의 인 경사면(252)가 부가된 것이다. 이와 같이 외장골조의 지붕을 형성하는 외피면을 두 경사면으로 할 경우 주어진 건물옥상에 설치될 수 있는 태양에너지시스템의 설비용량이 크게 되는 효과를 기대할 수 있다.
상기 수평(지붕)면(210)과 경사(지붕)면(220,240,250:251,252) 모두는 상기 대상체 돌출구조물의 상단을 덮을 수 있도록 형성되고, 상기 경사(지붕)면은 주어진 각각의 방위에 대한 수직선에서 상기 수평면과 만나서 상기 기준선인 모서리로 하여 형성된다. 예를 들어서 남향의 경사면(250)은 동서방향의 직선을 모서리로 하고 그 경사각이 산정되거나 임의의 경사각을 갖는 경사면이 상기 대상체 돌출구조물의 상단을 지나도록 형성된다.
이와 같이 다양한 형태의 경사(지붕)면은 대상체인 건물옥상의 형태와 태양공작물로 인한 풍하중과 외관은 물론 최대의 태양에너지수확을 고려하여 본 발명의 기술사상에 따라 배치되고 그 면적이 정해진다. 일반적으로 경사(지붕)면은 태양에너지시스템의 설비용량을 확대하고, 그리고 수평(지중)면은 태양에너지수확의 비용효과를 증대할 수 있다. 물론 남향의 최적경사각을 가진 경사면은 태양에너지시스템의 설비용량과 비용효과 두 측면의 기대를 모두 충족한다.
도 36은 본 발명에 따른 실시예 6으로서 남향의 일자형 대상체인 건물 박공지붕 위에 수평(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
상기 대상체는 전면을 정면으로 하는 공동주택(아파트)의 박공지붕으로서, 도면 내 [A]는 상기 대상체에 적용된 태양공작물 전체를 보여주며, [B]는 이 태양공작물이 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로, 대상체인 박공지붕(500) 위에 본 발명의 기술사상에 따라 외장골조(300)가 상기 박공지붕의 외곽에 정착되고 수평(지붕)면을 건물평면에 따라 다각평면으로 하여 그 위에 태양가대(100)가 고착되어 태양공작물이 완성된다.
도면 내 [A]에서 상기 대상체인 박공지붕(500)의 입지방위기준(510)으로 건물정면이 향하는 건물중심선(511)은 정남향인 이고, 태양가대(100)는 외장골조(300)의 수평(지붕)면 위에 설치된다.
도면 내 [B]에서 (a)는 태양가대(100)의 가대보가 동서방향으로 배치되어 조성되는 것이고, (b)는 외장골조(300)의 외피면(200)으로 형성되는 하나의 다각평면의 수평(지붕)면(210)이고, (c)는 박공지붕(500)과 그 지붕 위 두 돌출구조물(410)의 형상을 나타낸다. 상기 돌출구조물(410)은 박공지붕(500)의 후면(배면)에 입면(건물높이증대)에서나 평면(건축면적확대)에서 밖으로 나란히 확장된 형상이고, 상기 수평(지붕)면(210)은 건축면적과 동일하게 형성되며, 상기 돌출구조물(410)을 덮는 구조로 이며, 박공지붕(500)의 전면(520; 정면)은 이다.
도 37은 본 발명에 따른 실시예 7로서 상기 실시예 6에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 대상체인 건물 박공지붕 위에 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
이 도면 내 [A]는 상기 대상체에 적용된 태양공작물 전체를 보여주며, [B]는 이 태양공작물이 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로, 대상체인 박공지붕(500) 위에 본 발명의 기술사상에 따라 외장골조(300)가 상기 박공지붕의 외곽에 정착되고, 경사(지붕)면은 건물 전면에 맞추어 직사각면으로 하고, 수평(지붕)면은 건물평면에 따라 다각평면으로 하여 그 위에 태양가대(100)가 고착되어 태양공작물이 완성된다.
도면 내 [A]에서 상기 대상체인 박공지붕(500)의 입지방위기준(510)으로 건물정면이 향하는 건물중심선(511)은 정남향인 이고, 태양가대(100)는 외장골조(300)의 외피면인 수평(지붕)면과 경사(지붕)면 위에 설치되는 형태이다.
도면 내 [B]에서 (a)는 태양가대(100)가 상기 수평(지붕)면과 경사(지붕)면 위에 가대보가 동서방향으로 배치되어 조성된 것이고, (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)이 상기 건물중심선(511)과 직교하는 하나의 기준선(270)을 모서리로 두고 인 하나의 수평(지붕)면(210)과 인 다른 하나의 경사(지붕)면(220)으로 구성된 것이며, (c)는 박공지붕(500)과 그 지붕 위 두 돌출구조물(410)의 형상을 나타낸다. 상기 외장골조 외피면(200)의 직하 투영면적은 당초 건물의 건축면적과 거의 동일한 상태에서 상기 태양공작물의 수평(지붕)면(210)과 경사(지붕)면(220)이 형성됨에 있어서, 상기 수평(지붕)면(210)은 상기 돌출구조물(410)을 덮는 으로 먼저 정해지고, 상기 경사(지붕)면(220)은 주어진 건물 전면(520)의 방향(위) 에 따라 태양에너지수확을 극대화하는 최적의 남향 경사각 인 상태에서 그 면적이 최대가 되도록 한다.
도 38은 본 발명에 따른 실시예 8로서 상기 실시예 7에서 보여준 동일한 입지방위를 갖는 대상체인 건물 박공지붕 위에 평면적으로 확장된 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
이 도면 내 [A]는 상기 대상체에 적용된 태양공작물 전체를 보여주며, [B]는 이 태양공작물이 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로, 대상체인 박공지붕(500) 위에 본 발명의 기술사상에 따라 외장골조(300)가 상기 박공지붕의 외곽에 정착되고, 외장골조(200)의 외피면인 수평(지붕)면(210)이 돌출구조물(410)의 후단까지 확대되며 경사(지붕)면(220)은 건물 전면에 맞추어 각각 직사각면으로 하고 그 위에 태양가대(100)가 고착되어 태양공작물이 완성된다.
상기 도 37의 실시예 7과 같이, 도면 내 [A]에서 상기 대상체인 박공지붕(500)의 입지방위기준(510)으로 건물정면이 향하는 건물중심선(511)은 정남향인 이고, 태양가대(100)는 외장골조(300)의 외피면인 수평(지붕)면과 경사(지붕)면 위에 설치되는 형태이다.
도면 내 [B]에서 (a)는 태양가대(100)가 상기 수평(지붕)면과 경사(지붕)면 위에 가대보가 동서방향으로 배치되어 조성된 것으로 태양패널은 가대보 위에 횡방향이나 종방향으로 선택적으로 설치되고, (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)이 상기 건물중심선(511)과 직교하는 하나의 기준선(270)을 모서리로 두고 인 하나의 수평(지붕)면(210)과 인 다른 하나의 경사(지붕)면(220)의 두 직사각면으로 확장된 것이며, (c)는 전술한 바와 같이, 박공지붕(500)과 그 지붕 위 두 돌출구조물(410)의 형상을 나타낸다. 상기 외장골조 외피면(200)의 직하 투영면적은 당초 건물의 건축면적에 비하여 크게 확대됨에 따라 태양에너지시스템의 설비용량과 태양에너지수확도 증대된다.
이 실시예 8에서는 외장골조의 외피면인 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 대상체인 건물의 전면(정면)과 후면(배면)에서 돌출된 부위까지 확장하여 각각 직사각면으로 형성하였지만 법령에서 정한 태양에너지설비에 허용하는 건축면적까지 상기 외장골조의 외피면을 건물의 전후면으로 더 확장함으로써 보다 많은 태양에너지수확을 기대할 수 있다.
도 39는 본 발명에 따른 실시예 9로서 상기 실시예 7에서 보여준 동일한 대상체에 입지방위가 정남향에서 남동향으로 변경된 건물의 박공지붕 위에 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
도 37에서 전술한 바와 같이, 이 도면 내 [A]는 상기 대상체에 적용된 태양공작물 전체를 보여주며, [B]는 이 태양공작물이 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로, 대상체인 박공지붕(500) 위에 본 발명의 기술사상에 따라 외장골조(300)가 상기 박공지붕의 외곽에 정착되고, 경사(지붕)면은 건물 전면에 맞추어 직사각면으로 하고, 수평(지붕)면은 건물평면에 따라 다각평면으로 하여 그 위에 태양가대(100)가 고착되어 태양공작물이 완성된다.
도면 내 [A]에서 상기 대상체인 박공지붕(500)의 입지방위기준(510)으로 건물정면이 향하는 건물중심선(511)은 동남향인 이고, 태양가대(100)는 외장골조(300)의 외피면인 수평(지붕)면과 경사(지붕)면 위에 설치되는 형태이다.
도면 내 [B]에서 (a)는 태양가대(100)가 상기 수평(지붕)면과 경사(지붕)면 위에 가대보가 동서방향으로 배치되어 조성된 것이고, (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)이 상기 건물중심선(511)과 직교하는 하나의 기준선(270)을 모서리로 두고 인 하나의 수평(지붕)면(210)과 인 다른 하나의 경사(지붕)면(220)의 두 다각평면으로 형성된 것이며, (c)는 박공지붕(500)과 그 지붕 위 두 돌출구조물(410)의 형상을 나타낸다. 상기 외장골조 외피면(200)의 직하 투영면적은 당초 건물의 건축면적과 거의 동일한 상태에서 상기 태양공작물의 수평(지붕)면(210)과 경사(지붕)면(220)이 형성됨에 있어서, 상기 수평(지붕)면(210)은 상기 돌출구조물(410)을 덮는 으로 먼저 정해지고, 상기 경사(지붕)면(220)은 주어진 건물 전면(520)의 방향(위) 에 따라 주어진 동남향의 경사(지붕)면(220)에서 태양에너지수확을 극대화하는 최적경사각 인 상태에서 그 면적이 최대가 되도록 한다.
상기 태양가대(100)는 수평(지붕)면(210)에는 동서방향으로, 그리고 경사(지붕)면(220)에는 수평방향으로 가대보를 배치하고, 상기 수평(지붕)면의 가대보에 고착되는 경사지지재 위에, 그리고 상기 경사(지붕)면의 가대보에는 직접적으로 태양패널이 설치된다.
경사(지붕)면을 포함하는 외장 태양에너지시스템의 적용에 있어서 동일한 대상체에 입지방위가 정남향에서 동향이나 서향으로 변경되면 상기 경사(지붕)면의 최적경사각은 적어지게 되어 그 면적이 줄어들게 되고 수평(지붕)면에 설치되는 태양패널도 그 수가 감소하게 됨에 따라 전체적으로 태양에너지시스템 설비용량과 태양에너지수확도 감소하게 된다.
도 40은 본 발명에 따른 실시예 10으로서 박공지붕 위 돌출구조물이 존재하는 유사한 대상체 다수가 공동주택단지 내에 다양한 규모와 방향으로 배치되어 상기 실시예 9에서 보여준 바와 유사하게 하나의 수평(지붕)면과 건물방위에 따른 최적경사각을 갖는 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
상기 태양공작물은 대상체의 입지방위기준(510)으로 공동주택(아파트)단지 내에 배치되어 네 종의 입지방위인,, 와 가운데 하나로 건설된다.
정동향에서 남쪽으로 10도 향한 의 태양공작물은 외장골조 경사(지붕)면의 최적경사각이 6도가 되는 비교적 적은 값이다. 이와 같이 적은 경사각에서는 태양패널의 에너지수집효율은 크지 않으므로 외장골조의 지붕을 이루는 외피면 전체를 수평(지붕)면으로 하여 경사지지재를 부가한 태양가대를 설치하는 것이 바람직하다. 상기 경사지지재는 정남향으로 향하고 최적의 경사각인 로 설치될 수 있기 때문이다.
동남향인 의 태양공작물은 외장골조 경사(지붕)면의 최적경사각이 22도가 되어 정남향의 최적경사각인 에 비하여 태양패널의 에너지수집효율이 그렇게 저하되지 않으므로 상기 경사(지붕)면을 활용하여 태양에너지시스템의 설비용량이 증대되는 효과를 기대할 수 있다.
정남향에서 서쪽으로 10도 향한 의 태양공작물은 정남향의 최적경사각인 에 비하여 차이가 거의 나지 않으므로 정해진 수평(지붕)면과 경사(지붕)면으로 외장골조를 형성하여 적정한 태양에너지수집 효과를 기대할 수 있는 태양공작물이 완성된다.
남서향인 의 태양공작물은 상기 동남향의 경우와 매우 유사하므로 태양에너지시스템의 설비용량을 증대하기 위하여 경사(지붕)면을 적극적으로 활용한다.
여기에 도시된 태양공작물은 외장골조의 지붕을 이루는 외피면인 수평(지붕)면을 일정한 다각평면으로 고정하고 주어진 방위에 따라 최적경사각을 갖는 직사각면의 경사(지붕)면으로 조성된다. 물론 상기 태양공작물은 하나의 수평(지붕)면 또는 경사(지붕)면으로 된 외장골조로 형성될 수 있지만 후술될 태양에너지시스템의 설비용량과 태양에너지수확의 비용효과가 고려되어 결정된다. 대상체의 입지방위가 일반적으로 동남향인 과 남서향인 사이에서는 경사(지붕)면을, 그리고 그 외의 입지방위에서는 수평(경사)면을 주로 고려하여 본 발명의 기술사상에 따라 적정한 태양공작물이 완성된다.
도 41은 본 발명에 따른 실시예 11로서 동일한 층고의 박공지붕과 돌출구조물을 각각 갖는 두 건물이 밀접하게 전면(정면)으로 볼록하도록 배치되어 하나로 된 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
본 발명의 기술사상에 따라 상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면은 복수의 건물 사이나 옥상 내 돌출구조물 또는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’) 내측으로 오목한(Concave) 부위를 가로질러 그 양변 또는 꼭짓점 사이를 연결하여 건물평면 밖으로 확장된다.
이 도면 내 [A]는 밀접한 두 공동주택(아파트)의 지붕이 하나로 된 대상체(500)로 하여 이에 적용된 태양공작물 전체를 보여주며, 상기 대상체의 입지방위기준(510)으로 좌측(건물)전면(520) 건물중심선(512)의 방위각이 이고 우측(건물)전면(541) 건물중심선(514)의 방위각이 이며, 각 건물평면의 전단과 후단까지를 폭으로 하는 수평면과 경사면으로 구성되는 직사각면을 병합하여 지붕을 형성하는 외장골조의 외피면이 되도록 한 것이다.
도면 내 [B]는 상기 태양공작물이 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로, (a)는 태양패널이 배치되어 설치된 태양가대(100)이고, (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)은 좌측 건물중심선(512)과 우측 건물중심선(514)과 직교하는 각각의 기준선(272&274)을 모서리로 두고 두 경사(지붕)면(220&241)과 하나로 병합되는 두 수평(지붕)면(210&230)으로 구성되며, (c)는 상기 대상체(500)인 두 건물(520&541)의 박공지붕과 돌출구조물(410:412&414)의 형상이다.
상기 두 건물 각각의 박공지붕과 돌출구조물의 평면적 배치와 외곽 굴곡형상은 상이하지만, 상기 돌출구조물은 박공지붕의 후면(배면)에 입면(건물높이증대)에서나 평면(건축면적확대)에서 밖으로 나란히 확장된 형상이고, 건물의 평면은 대체적으로 일자형이고 동일한 층고(건물높이)에 한 모퉁이가 거의 붙어 있게 되어 본 발명의 기술사상에 따라 여기서는 태양공작물을 위한 하나의 건축물인 대상체로 취급된다.
상기 돌출구조물(410:412,414)을 덮는 하나의 수평(지붕)면(210)을 우선 정하고, 인 좌측(건물)전면(520)과 인 우측(건물)전면(520)이 향하는 방위를 갖는 각각 의 좌측 경사(지붕)면(220)과 의 우측 경사(지붕)면(240)을 부가하여 외장골조(300)의 지붕을 이루는 외피면(200)이 형성된다.
상기 수평(지붕)면(210)은 각 돌출구조물 전단부터 두 건물 후단까지의 길이와 건물의 가로폭으로 된 두 직사각면을 형성하고 이들 직사각면이 두 건물의 밀착부위로 확장되고 병합(합집합)되어 이루어지고, 좌측 경사(지붕)면(220)과 우측 경사(지붕)면(240)의 직사각면 각각은 돌출구조물 전단을 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 다각평면의 외피면 모서리로 하여 해당 건물의 전단 방향으로 배치되고 이들 직사각면 또한 두 건물의 밀착부위로 확장되고 병합(합집합)되어 형성된다.
상기 수평(지붕)면(210)과 두 경사(지붕)면(220&240)은 두 건물의 전단과 후단을 지나는 직선을 한 변으로 하는 상기 직사각면이 적용되므로 법령에서 정한 건축면적 외의 평면을 내측에 포함한다. 물론 주어진 여건을 고려하여 상기 외피면은 건물평면의 굴곡진 외곽선을 따라 형성될 수 있다.
도 42는 본 발명에 따른 실시예 12로서 동일한 층고의 박공지붕과 돌출구조물을 각각 갖는 두 건물이 밀접하게 전면(정면)으로 오목하도록 배치되어 하나로 된 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
상기 실시예 11에 적용된 동일한 두 공동주택(아파트)을 밀착하여 다르게 배치하고 하나로 된 대상체에 형성된 태양공작물로서, 이 도면 내 [A]는 상기 대상체(500)에 적용된 태양공작물 전체를 보여주며, 상기 대상체의 입지방위기준(510)으로 좌측(건물)전면(520) 건물중심선(512)의 방위각이 이고 우측(건물)전면(541) 건물중심선(514)의 방위각이 이며, 각 건물평면의 전단과 후단까지를 폭으로 하는 수평면과 경사면으로 구성되는 직사각면을 병합하여 지붕을 형성하는 외장골조의 외피면이 되도록 한 것이다.
도면 내 [B]는 상기 태양공작물이 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로, (a)는 태양패널이 배치되어 설치된 태양가대(100)이고, (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)은 좌측 건물중심선(512)과 우측 건물중심선(514)과 직교하는 각각의 기준선(272&274)을 모서리로 두고 두 경사(지붕)면(220&241)과 하나로 병합되는 두 수평(지붕)면(210&230)으로 구성되며, (c)는 상기 대상체(500)인 두 건물(520&541)의 박공지붕과 돌출구조물(410:412&414)의 형상이다.
상기 돌출구조물(410:412,414)을 덮는 하나의 수평(지붕)면(210)을 우선 정하고, 인 좌측(건물)전면(520)과 인 우측(건물)전면(520)이 향하는 방위를 갖는 각각 의 좌측 경사(지붕)면(220)과 의 우측 경사(지붕)면(240)을 부가하여 외장골조(300)의 지붕을 이루는 외피면(200)이 형성된다.
상기 수평(지붕)면(210)과 경사(지붕)면(220,240) 각각은 상기 실시예 11과 동일한 방식으로 배치되고 형성되며, 이에 따라 법령에서 정한 건축면적 외의 평면이 더 부가된다. 이 또한 주어진 여건을 고려하여 상기 외피면은 건물평면의 굴곡진 외곽선을 따라 형성될 수 있다.
도 43은 본 발명에 따른 실시예 13으로서 층고가 다른 두 평지붕(Flat roof)의 옥상과 두 평지붕 사이에 돌출구조물을 갖는 대상체에 하나의 수평(지붕)면과 두 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
이 도면 내 [A]는 상기 대상체인 공동주택(아파트)의 옥상(500)에 적용된 태양공작물 전체를 보여주며, [B]는 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로, 본 발명의 기술사상에 따라 상기 대상체(500)인 옥상과 돌출구조물 전체를 덮는 외장골조(300)가 정착되고, 두 경사(지붕)면은 건물 전면에 맞추어 각각 다각면으로 하고, 수평(지붕)면은 건물평면에 따라 다각평면으로 하여 그 위에 태양가대(100)가 고착되어 태양공작물이 완성된다.
도면 내 [A]는 태양가대(100)가 부착된 태양공작물이 대상체 입지방위기준(510)에 따른 건물중심선(511)이 정남에서 서쪽으로 15도 방향인 을 기준으로 상기 대상체에 설치된 형태이다.
도면 내 [B]에서 (a)는 태양패널이 부착된 태양가대(100)이고, b)는 외장골조(300)의 외피면(200)으로서 건물 좌측면(520)과 우측면(540)의 전면(정면)방향과 직교하는 각각의 기준선(272&274)을 모서리로 두고 좌측 과 우측 의 두 경사면(230&240)과 하나로 병합되는 의 두 수평(지붕)면(210&230)으로 구성되며, (c)는 상기 대상체인 공동주택(아파트)의 옥상(500)으로서 인 좌측면(520)과 인 우측면(540)의 두 전면(정면)을 갖고, 층고가 다른 두 평지붕(502&504)의 옥상과 두 평지붕 사이에 돌출구조물(410)을 포함한다.
상기 건물중심선(511)은 건물의 두 전면(정면)인 좌측면(520)의 와 우측면(540)의 을 반분한 의 방위각을 갖는 직선으로 상기 좌측면과 우측면의 교차점을 지난다. 상기 좌측 경사(지붕)면(220)과 우측 경사(지붕)면(240)은 상기 대상체(500)의 돌출구조물(410)을 덮는 수평(지붕)면(210)을 건축평면에 맞추어 먼저 형성하고 각각 주어진 방위에 따라 정해진 최적의 경사각으로 그 면적 또한 상기 건축평면에 따라 최대가 되도록 설정함으로써 효과적인 태양에너지시스템이 완성된다.
도 44는 박공지붕 위 돌출구조물이 있는 대상체에 동일한 수평(지붕)면과 건물방위에 따른 최적경사각을 갖는 경사(지붕)면으로 형성된 태양공작물을 건물방위가 동향()부터 서향()까지 30도 등간격으로 배치된 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
본 발명의 기술사상에 따라 상기 실시예 10에 적용된 일자형 대상체인 건물 박공지붕과 돌출구조물을 덮는 일정면적의 수평(지붕)면과 다수의 방위에 따른 최적경사각을 갖는 경사(지붕)면의 조합을 보여준다.
상기 대상체가 입지방위기준(510)에 따른 건물중심선(511 내지 517)이 정동에서 정서까지 30도 등간격의 방위각( 내지 )으로 배치될 경우 해당 태양공작물 각각의 경사(지붕)면은 차례로 , , , , , 과 와 같은 최적경사각( 내지 )을 갖는다.
정남향에서 동쪽이나 서쪽으로 30도 정도의 방향이 변경될 경우 최적경사각은 2도 내지 3도 정도만 감소된다. 이는 태양에너지수확의 비용효과가 정남향 부근에서는 그 민감도가 그렇게 크지 않음을 의미한다.
도 45는 상기 도 44에서 태양공작물의 건물방위와 경사각이 인 ‘외장 태양에너지시스템’을 상세하게 보여주는 것이다.
이 도면 내 [A]는 태양공작물 전체를 보여주며, [B]는 이 태양공작물이 상하로 분해된 상태를 보여주는 것으로, 대상체인 박공지붕(500)과 돌출구조물(410)을 덮는 외장골조(300)의 형성과 그 위에 태양가대(100)가 고착되어 태양공작물이 완성된다.
상기 박공지붕의 외곽에 정착되고, 경사(지붕)면은 건물 전면에 맞추어 직사각면으로 하고, 수평(지붕)면은 건물평면에 따라 다각평면으로 하여 그 위에 태양가대
도면 내 [A]에서 상기 대상체인 박공지붕(500)의 입지방위기준(510)으로 건물정면이 향하는 건물중심선(513)은 정남향에서 동쪽으로 30도 향한 이고, 태양가대(100)는 외장골조(300)의 외피면인 수평(지붕)면과 인 최적경사각()의 경사(지붕)면 위에 설치되는 형태이다.
도면 내 [B]에서 (a)는 태양가대(100)가 상기 수평(지붕)면 위에 동서방향으로, 그리고 경사(지붕)면 위에 수평방향으로 각각 가대보가 배치되어 조성된 것이고, (b)는 외장골조(300)로서 그 지붕을 형성하는 외피면(200)이 상기 건물중심선(513)과 직교하는 하나의 기준선(270)을 모서리로 두고 인 수평(지붕)면(210)과 인 최적경사각()의 경사(지붕)면(220)의 두 다각평면으로 구성된 것이며, (c)는 박공지붕(500) 전면(정면)(520)의 인 방위와 그 지붕 위 돌출구조물(410)의 형상을 나타낸다.
도 46은 본 발명에 따른 박공지붕 위 돌출구조물이 존재하거나 그러하지 않은 대상체에 건물방위에 따른 적정한 경사각을 갖는 경사(지붕)면과 수평(지붕)면으로 조성되는 다양한 형태의 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여주는 것이다.
이 도면 내 대상체의 입지방위기준(510)으로 돌출구조물이 없는 박공지붕의 대상체(500)에 대한 태양공작물의 적용에 있어서 (a)는 외장골조의 외피면이 단일의 인 수평(지붕)면(210)이고, (b)는 외장골조의 외피면이 단일의 인 경사(지붕)면(220)이며, (c)는 외장골조의 외피면이 건물 전면(정면)과 평행된 하나의 기준선(272)을 모서리로 둔 하나는 인 수평(지붕)면(210)이고 다른 하나는 인 경사(지붕)면(220)인 형태를 보여준다.
상기 박공지붕의 대상체(500)에 적용되는 태양공작물은 그 하부공간의 활용 없이 태양에너지시스템의 설비용량과 태양에너지수확의 비용효과만이 고려되는 경우이므로 건물의 전면(정면)방향에 따라 수평(지붕)면과 경사(지붕)면의 적정한 배분 또는 조합이 요구된다. 건물의 전면방향이 일 경우 적정한 경사(지붕)면이 부가되는 것이, 그러하지 않은 경우는 수평(지붕)면으로 외장골조를 형성하여 태양공작물을 조성한다.
또한, 도면 내 정남향 박공지붕과 이에 부가된 돌출구조물(410:411,412,413)의 형상에 따라 대상체(500)에 대한 태양공작물의 적용에 있어서 (d)는 외장골조의 외피면이 건물 전면(정면)과 평행된 하나의 기준선(272)을 모서리로 둔 인 수평(지붕)면(210)과 인 경사(지붕)면(220)으로 된 두 다각평면이고, (e)는 외장골조의 외피면이 주된 하나의 경사(지붕)면(220)이며, (f)는 외장골조의 외피면이 하나는 인 수평(지붕)면(210)이고 다른 둘은 두 기준선(272&274)의 과 인 경사(지붕)면(220&240)을 보여준다.
이 가운데 (d)와 (e)에서의 경사(지붕)면에 적용된 은 태양에너지수확을 위한 최적경사각임에 비하여 (f)에서의 두 경사(지붕)면에 적용된 과 은 그러하지 않은 형태로, 이는 태양공작물의 내부공간과 태양에너지시스템의 설비용량이 증대되는 효과가 생긴다.
또한, 도면 내 돌출구조물(410)이 부가된 남서향의 박공지붕의 대상체(500)에 대한 태양공작물의 적용에 있어서 (g)는 외장골조의 외피면이 인 수평(지붕)면(210)과 건물의 우측면방향으로 하나의 기준선(274)을 모서리로 둔 인 경사(지붕)면(240)으로 된 두 다각평면이고, (h)는 외장골조의 외피면이 인 수평(지붕)면(210)과 건물의 전면(정면)방향으로 하나의 기준선(272)을 모서리로 둔 인 경사(지붕)면(220)으로 된 두 다각평면이며, 그리고 (i)는 외장골조의 외피면이 인 수평(지붕)면(210), 건물의 전면(정면)방향으로 하나의 기준선(272)을 모서리로 둔 인 경사(지붕)면(220)과 건물의 우측면방향으로 다른 하나의 기준선(274)을 모서리로 둔 인 경사(지붕)면(240)로 된 세 다각평면이다.
상기 건물의 전면(정면)방향이 남서향인 대상체(500)는 경사(지붕)면(220|240)을 또는 으로 형성하여 하나 또는 둘 모두를 포함한다.
상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면의 상기 기준선은 수평으로 위치하고, 상기 경사면(Tilted plane)과 그 경사각은 하기 단계들을 포함하여 이루어지는 공정에 따라 정해진다.
(1) 적용하고자 하는 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮는 다각평면의 지붕 모서리를 형성하는 하나 이상의 기준선을 포함하는 레이아웃(Layout)을 정하는 제1차단계;
(2) 상기 제1차단계에서 정한 기준선별로 이 기준선을 지나고 상기 돌출구조물에 방해받지 않는 다수의 하방 경사면을 예상하는 제2차단계;
(3) 상기 제2차단계 각각의 하방 경사면에 대하여, 상기 경사면 연직상방의 방위각(Azimuth)에서 상기 방위각에 따라 상기 태양공작물 입지의 위도에서 지구자전축기울기(Earth's obliquity)을 감한(Subtraction) 값과 가한(Addition) 값의 검색범위 내에서 0도 이상으로 상기 경사면의 최적경사각(Optimal tilt angle)을 추정하는 제3차단계;
주어진 방위에 따른 연간 태양에너지수확량은 태양패널 경사각의 함수로 표시되며, 최대값을 얻을 수 있는 최적경사각의 검색범위는 적용지역의 위도(Latitude)에서 지구자전축기울기(Earth's obliquity)를 감한(Subtraction) 값과 가한(Addition) 값 사이이다. 상기 지구자전축기울기는 약 23.5도로서 북위 35.5도의 지역의 경우, 예를 들어서, 연간 태양에너지수확량을 기대할 수 있는 태양패널의 최적경사각은 12도와 59도 사이에 있다.
(4) 상기 제3차단계의 추정 최적경사각에서 상기 태양공작물 입지의 지리적 좌표, 태양에너지자원, 태양에너지가격, 태양에너지시스템의 사양(형상, 용량과 성능)에 따른 단위 경사면에서 연간 총 태양에너지편익(태양광발전량 및/또는 태양열집열량에 의한 수익)을 계산하는 제4차단계;
어느 특정 방향과 경사각의 태양패널에서 상기 태양에너지편익은 이를 통한 태양에너지수확량과 에너지단가의 곱(Multiplication)으로 표시되고, 상기 태양에너지수확량과 에너지단가는 연중 시간의 함수로 나타나므로 연간 총량은 연중 시간별 계산결과를 모두 적산한 값이 된다. 상기 태양에너지수확량은 태양패널의 에너지성능(Energy performance)과 기상자료(Meteorological data)에 따라 정해지며, 상기 에너지단가는 계절별 및/또는 시간별로 시장에서 정해진다. 상기 기상자료로는 전형적기상연도(TMY: Typical Meteorological Year)의 시간별 자료(Hourly data) 등이 활용된다.
(5) 상기 제3차단계의 검색범위 내에서 다른 다수의 추정 경사각을 상기 연간 총 태양에너지편익(: Solar energy benefit, 약칭 ‘태양편익’)을 계산하는 상기 제4차단계를 수차 적용하여 얻은 결과를 상호 비교분석하여 최대 태양편익을 찾는 알고리즘(Searching algorithm)을 통하여 상기 하방 경사면 각각의 최적경사각을 최종적으로 구하는 제5차단계.
에너지시장에서 결정되는 에너지단가가 연중 일정하다면 연간 최대 태양에너지수확량을 기대할 수 있는 태양패널의 최적경사각에서 연간 최대 태양에너지편익도 기대할 수 있다. 이 경우 태양패널의 최적경사각은 일반적으로 적용지역의 위도 값보다 적은 값에서 산정된다. 이는 일조시간이 동절기보다 하절기가 길기 때문이다. 그렇지만 지역에 따른 열대기후, 건조기후, 온대기후, 냉대기후, 한대기후 및 고산기후의 특성에 의하여 일조시간의 계절별 분포가 다를 수 있고, 이들 기후의 구분은 반드시 위도에 따라 정해지지 않으므로 적용지역의 실제 기상자료를 토대로 태양패널의 최적경사각을 구하여야 한다.
상기 태양패널의 최적경사각은 해당지역의 에너지시장과 기상조건을 적용하여 상기 검색범위 내에서 다수의 경사각 별로 계산된 태양에너지편익을 상호 비교분석하여 최대 태양편익을 찾는 알고리즘(Searching algorithm)을 통하여 구하게 된다. 상기 태양편익은 태양패널 경사각의 함수로 표시되지만 다른 다양한 변수를 포함하고 있고 독립변수의 최대값인 종속변수 값, 즉 종속변수에 의한 독립변수의 편미분 값이 0인 독립변수의 값을 찾는 것이므로 이는 수치해석법(Numerical methods)에서 통용되는 근찾기(Finding Roots) 해법이 적용될 수 있다.
태양공작물의 경사(지붕)면에서 태양편익함수는 또는 단순히 와 같은 관계식으로, 그리고 이 함수의 독립변수 에 의한 편미분함수는 로 표시되며, 여기서 태양공작물의 입지여건으로 , 상기 경사면에 설정된 방위각으로 , 수평면과 이루는 예각의 면각인 경사각으로 를 독립변수로 한다. 상기 입지여건, 는 태양공작물 설치장소의 지리적 좌표, 태양에너지자원, 태양에너지가격, 태양에너지시스템의 용량 및 성능 등 상기 경사면의 방위, 와 경사각, 를 제외한 모든 독립변수를 포함한다. 상기 태양편익함수에서 입지여건, 와 경사면 방위, 는 주어진 고정된 독립변수(상수)로 취급된다. 상기 편미분함수는 이산수학(Discrete mathematics)에서 와 같이 표시될 수 있다.
상기 경사면에 적용되는 태양편익함수에서 경사각, 에 대한 최대 태양에너지편익은 와 같이 표시되고, 여기서 는 최적경사각이고, 이는 와 같은 상기 편미분함수의 영점을 근사하는 방정식으로부터 최적경사각을 구한다.
상기 경사면의 주어진 방위에 따른 최적경사각은 하기 단계들을 포함하여 이루어지는 연간 최대 태양에너지편익 산정 알고리즘으로 정해진다. 상기 태양편익함수 에서 상기 최적경사각 외에 임의경사각 과 의 독립변수를 우선 할당한다.
(1) 독립변수인 경사각 의 초기값을 추정하는 제1차단계;
상기 최적경사각을 구하기 위하여 추정되는 임의의 초기값은 상기 검색범위 내에서 어떤 값을 취하더라도 무난하다. 예를 들어서 적용지역의 위도 값을 상기 경사각 의 초기값으로 줄 수 있다.
(2) 상기 경사각 으로 종속변수인 태양편익 , 와 을 구하는 제2차단계;
상기 의 초기값에 1도를 감하고 가하여 와 을 정하고 이들 값에 대응하는 태양편익 값 , 과 을 구한다.
(3) 상기 제2차단계에서 구한 인접한 태양편익의 차이(미분)인 와 을 구하는 제3차단계;
주어진 경사각 을 중심으로 양측의 1도 등간격에서 두 태양편익미분 과 을 구한다.
(4) 상기 제3차단계로부터 최적경사각에 근접한 값인 을 구하는 제4차단계;
상기 태양편익미분 과 은 각각 경사각 과 에 대한 값이고 이들 두 좌표로부터 최적경사각에 근접한 값 을 구한다.
(5) 상기 제4차단계에서 새롭게 구한 경사각의 증분조건 을 고려하여 하기 공정을 수행하는 제5차단계:
(a) 상기 증분조건이 충족될 경우 상기 최적경사각을 으로 추정하여 이 공정을 마무리하는 제5.1차단계;
(b) 상기 증분조건이 충족되지 않을 경우 와 같이 재설정하고 제2차단계부터 이 공정을 다시 수행하도록 하는 제5.2차단계.
새롭게 구한 상기 최적경사각에 근접한 값 과 이전 추정경사각 을 비교하여 그 차이가 1도 미만일 경우 최적경사각으로 와 같이 추정하지만, 그러하지 않을 경우 추정경사각을 와 같이 재설정하여 상기 제2차단계부터 반복적으로 상기 공정을 수행한다.
이와 같은 알고리즘에는 상기 태양편익 (편)미분함수의 근찾기(Root finding)문제에 대한 뉴턴법(Newton’s method) 또는 할선법(Secant method)의 근사(접근)해가 적용된 것이다.
전술한 근찾기 해법이 용이하게 적용되기 위해서는 주어진 검색범위 내 근이 존재하고 그 근의 수는 하나이면서 중복되지 않는다는 증명된 정리(Theorem)에 기초하는 것이 바람직하다. 상기 검색범위 내에서, 태양에너지가격이 일정할 경우 경험적으로, 상기 종속변수 태양편익은 독립변수 경사각의 실수함수(Real-valued function)로서 위로 볼록함수(Concave function)인 이차함수(Quadratic function)와 매우 유사하게 나타나고 최대 태양편익은 이 검색범위 내 한 점에서 하나가 존재하며, 상기 태양편익에 대한 상기 경사각의 일차 편미분함수는 0(Zero)을 지나고 일정 기울기를 갖는 일차함수(Linear function)와 거의 동일한 단조함수(Monotonic function)로서 강한 감소함수(Strictly decreasing function)로 나타난다.
상기 태양공작물의 태양편익에서 태양에너지가격을 고려하지 않을 경우 이는 곧 태양에너지수확량, 즉 태양광발전시스템에서는 태양광발전량이 된다. 본 발명의 기술사상에 따른 작동과 효과를 상술하기 위하여 후술되는 도 47부터 도 54까지의 분석에 적용된 태양광발전량은 ‘NREL's PVWatts® Calculator’(https://pvwatts.nrel.gov/)에 의한 것으로 태양에너지시스템의 설비용량(DC system size)은 DC 100kW이고 시스템손실(System loss)은 14.08%이다.
도 47은 대한민국 광주에서 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수인 최적경사각 사이의 함수관계를, 그리고 독립변수 방위각에 따른 최적경사각에서 구한 최대 태양광발전량의 감소율(약칭 ‘태양편익감소율’)을 나타내는 그래프이다.
북위 35.13도 동경 126.92도의 광주에서 방위각 별 최적경사각과, 정남향 최적경사각 대비 다른 방위각의 최적경사각에서 태양편익감소율을 나타낸 것으로 종속변수인 최적경사각은 좌축(Left axis)에 Tilt(degree)로, 태양편익감소율은 우축(Right axis)에 Decrement(%)로, 그리고 독립변수인 방위각은 하축(Lower axis)에 Orientation(degree)로 표시된다.
상기 태양편익감소율은 정남향에서 29도의 최적경사각인 의 최대 태양광발전량을 기준으로 다른 방위각의 최적경사각에서의 최대 태양광발전량의 감소율이다. 정남향에서 동쪽이나 서쪽으로 15도 방위가 변하여도 최적경사각은 각각 과 로 변함이 없지만 태양편익감소율은 각각 0.7%와 0.4%이다. 동남향과 남서향의 방위각에서 최적경사각은 각각 과 이고, 이 경우 태양편익감소율은 각각 4.9%와 4.3%이다.
광주에서 태양광공작물은 그 외피면인 경사(지붕)면의 방위각이 동남향부터 남서향까지 범위 내라면 태양편익감소율 5% 미만으로 조성된다.
도 48은 상기 도 47에서 나타낸 광주에 위치하고 경사면에 설치되는 태양패널로 된 태양광발전시스템의 세 방위각 별 독립변수인 경사각과 종속변수인 태양에너지수확량(태양광발전량) 사이의 함수관계와 이 들의 편미분관계를 나타내는 그래프이다.
북위 35.1도의 광주에서 선정된 상기 태양광발전시스템의 세 방위각은 135, 180과 210도로서 135도는 정남향에서 45도 동쪽인 동남향이고, 180도는 정남향이며, 210도는 정남향에서 서쪽으로 30도 향한 방위이다. 상기 그래프에서 각각의 방위별 종속변수인 태양광발전량은 좌축(Left axis)에 Generation으로, 이 들에 대한 편미분 값은 우축(Right axis)에 Derivative로, 그리고 독립변수인 경사각은 하축(Lower axis)에 Tilt angle로 표시된다.
상기 경사각에 따른 태양광발전량은 방위각과 관계없이 일정한 크기가 되도록 와 같이 정규화(Normalization)된다. 즉 세 방위각(Azimuth) 별 135, 180과 210로 표시되는 태양광발전량의 최대값은 10,000으로서, 는 주어진 검색범위 내에서 각 방위각 별 최대 태양광발전량(태양편익)이다. 그리고 세 방위각(Azimuth) 별 편미분함수의 값은 135D, 180D와 210D로 표시된다.
세 방위각 별 최대 태양광발전량(태양편익)을 기대할 수 있는 최적경사각은 , 와 로서, 각각 135도 방위각에 22도 경사각, 180도 방위각에 29도 경사각, 그리고 210도의 방위각에 27도 경사각이다.
여기서 보는 바대로 방위각에 따른 경사각을 독립변수로 하는 경사면에서의 태양광발전량(태양편익)은 위로 볼록함수(Concave function)인 이차함수(Quadratic function)와 매우 유사하게 나타나고 상기 경사각에 대한 일차 편미분함수는 일차함수(Linear function)와 거의 같은 강한 감소함수(Strictly decreasing function)로 나타나므로 상기 일차 편미분함수의 0(Zero)는 검색범위 내 임의경사각에서 일차 편미분 값과 이차 편미분 값을 적용하여 뉴턴법으로 용이하게 근사(접근)된다.
도 49는 베트남 하노이에서 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수인 최적경사각 사이의 함수관계를, 그리고 독립변수 방위각에 따른 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프이다.
북위 21.03도 동경 105.85도의 하노이에서 방위각 별 최적경사각과, 정남향 최적경사각 대비 다른 방위각의 최적경사각에서 태양편익감소율을 나타낸 것으로 종속변수인 최적경사각은 좌축(Left axis)에 Tilt(degree)로, 태양편익감소율은 우축(Right axis)에 Decrement(%)로, 그리고 독립변수인 방위각은 하축(Lower axis)에 Orientation(degree)로 표시된다.
상기 태양편익감소율은 남서향에서 16도의 최적경사각인 의 최대 태양광발전량을 기준으로 다른 방위각의 최적경사각에서의 최대 태양광발전량의 감소율이다. 일반적으로 북반구에서 태양공작물의 외피면인 경사(지붕)면에서의 최대 태양편익은 정남향의 방위각의 최적경사각에서 발생한다. 그럼에도 하노이의 경우는 방위각 을 중심으로 부터 까지 범위 내 태양편익감소율은 1.7% 미만이다.
하노이 위도가 북위 21.0도임을 감안할 때 남서향의 경사각 에서 최대 태양편익이 발생되는 것은 지역적 기후특성에 의한 것으로 해석된다. 지역적으로 연중 일조시간이 하절기에, 그리고 일중 일조시간은 오후에 편중된 것으로 보인다.
도 50은 상기 도 49에서 나타낸 하노이에 위치하고 경사면에 설치되는 태양패널로 된 태양광발전시스템의 세 방위각 별 독립변수인 경사각과 종속변수인 태양에너지수확량(태양광발전량) 사이의 함수관계와 이 들의 편미분관계를 나타내는 그래프이다.
북위 21.0도의 하노이에서 선정된 상기 태양광발전시스템의 세 방위각은 150, 180과 225도로서 150도는 정남향에서 30도 동쪽으로 30도 향한 방위이고, 180도는 정남향이며, 225도는 정남향에서 45도 서쪽인 남서향이다. 상기 그래프에서 각각의 방위별 종속변수인 태양광발전량은 좌축(Left axis)에 Generation으로, 이 들에 대한 편미분 값은 우축(Right axis)에 Derivative로, 그리고 독립변수인 경사각은 하축(Lower axis)에 Tilt angle로 표시된다.
상기 도 47에 적용된 바와 같이, 상기 경사각에 따른 태양광발전량은 방위각과 관계없이 일정한 크기가 되도록 와 같이 정규화(Normalization)된다. 즉 세 방위각(Azimuth) 별 150, 180과 225로 표시되는 태양광발전량의 최대값은 10,000으로서, 는 주어진 검색범위 내에서 각 방위각 별 최대 태양광발전량(태양편익)이다. 그리고 세 방위각(Azimuth) 별 편미분함수의 값은 150D, 180D와 225D로 표시된다.
세 방위각 별 최대 태양광발전량을 기대할 수 있는 최적경사각은 , 과 로서, 각각 135도 방위각에 22도 경사각, 180도 방위각에 29도 경사각, 그리고 210도의 방위각에 27도 경사각이다.
전술한 광주에 비하여 하노이에서 도출되는 태양편익함수는 독립변수인 경사각에 덜 민감하고, 이에 따라 상기 태양편익함수에 대한 상기 경사각의 일차 편미분함수의 기울기는 보다 적게 나타난다. 일반적으로 태양광발전시스템에서 태양편익함수의 최대값인 태양광발전량은 위치하는 지역의 위도보다 적은 경사각에서 존재한다. 이는 태양광발전량은 연중태양고도가 아닌 연중일조시간에 비례하기 때문이다.
본 발명에 따라 상기 태양공작물 입지의 위도에서 지구자전축기울기(Earth's obliquity)을 감한(Subtraction) 값과 가한(Addition) 값의 검색범위 내에서 0도 이상으로 상기 경사면의 최적경사각(Optimal tilt angle)을 추정하고, 이 추정 최적경사각에서 상기 태양공작물 입지의 지리적 좌표, 태양에너지자원, 태양에너지가격, 태양에너지시스템의 사양(형상, 용량과 성능)에 따른 단위 경사면에서 총 태양에너지편익(태양광발전량 및/또는 태양열집열량에 의한 수익)을 계산하는 공정을 다수의 경사각을 대상으로 수차 적용하여 얻은 결과를 상호 비교분석하여 최대 태양편익을 찾는 알고리즘(Searching algorithm)을 통하여 상기 하방 경사면 각각의 최적경사각을 최종적으로 구한다.
상기 경사각에 따른 태양광발전량은 위로 볼록한 이차함수의 형태이고, 그 미분함수는 음의 기울기를 갖는 일차함수의 형태와 흡사하다. 이와 같은 조건에서 상기 적정 경사사각은 주어진 검색범위 내에서 효과적으로 상기 최적경사각을 구할 수 있다.
도 51은 대한민국 내 강릉, 인천, 울산과 광주의 4개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수로서 최적경사각 사이의 함수관계를 나타내는 그래프이다.
상기 4개 도시의 위도는 북위 37.8도의 강릉, 북위 37.5도의 인천, 북위 35.6도의 울산과 북위 35.1도의 광주이고, 이들 도시에 대한 방위각 별 최적경사각을 나타낸 것으로 종속변수인 최적경사각은 좌축(Left axis)에 Tilt(degree)로, 그리고 독립변수인 방위각은 하축(Lower axis)에 Orientation(degree)로 표시된다.
상기 4개 도시의 최적경사각은 각각 의 강릉, 의 인천, 의 울산 의 광주이다.
일반적으로 태양공작물의 외피면인 정남향 경사(지붕)면의 최적경사각은 적용지역의 위도에 비례하지만 지역적 기후에 따라 어느 정도 변화가 있음에 유의할 필요가 있다.
도 52은 상기 도 51에서 나타낸 대한민국 내 4개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수 방위각과 상기 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프이다.
상기 4개 도시인 북위 37.8도의 강릉, 북위 37.5도의 인천, 북위 35.6도의 울산과 북위 35.1도의 광주에 대한 방위각 별 태양편익감소율을 나타낸 것으로 종속변수인 태양편익감소율은 좌축(Left axis)에 Decrement(%)로, 그리고 독립변수인 방위각은 하축(Lower axis)에 Orientation(degree)로 표시된다.
상기 태양편익감소율의 민감도는 정남향 방위각을 중심으로 동향과 서향이 대칭적으로 나타나지만, 다른 도시에 비하여 강릉의 방위각에 대한 민감도가 큼을 알 수 있다.
도 53은 북반구 내 울란바토르, 사포로, 베이징, 덴버, 평양, 타이페이, 하노이, 방콕과 싱가포르의 9개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수인 방위각과 종속변수로서 최적경사각 사이의 함수관계를 나타내는 그래프이다.
상기 9개 도시의 위도는 북위 47.9도의 울란바토르(Ulaanbataar), 북위 43.1도의 사포로(Sapporo), 북위 39.9도의 베이징(Beijing), 북위 39.7도의 덴버(Denver), 북위 39.0도의 평양(Pyongyang), 북위 25.1도의 타이페이(Taipei), 북위 21.0도의 하노이(Hanoi), 북위 13.9도의 방콕(Bangkok)과 북위 1.4도의 싱가포르(Singapore)이고, 이들 도시에 대한 방위각 별 최적경사각을 나타낸 것으로 종속변수인 최적경사각은 좌축(Left axis)에 Tilt(degree)로, 그리고 독립변수인 방위각은 하축(Lower axis)에 Orientation(degree)로 표시된다.
상기 9개 도시의 최적경사각은 각각 의 울란바토르, 의 사포로, 의 베이징, 의 덴버, 의 평양, 북위 의 타이페이, 의 하노이, 의 방콕과 의 싱가포르이다
상기 9개 도시 가운데 하노이와 싱가포르를 제외한 나머지 도시들의 최적경사각은 대체적으로 위도와 방위각에 따라 비례적으로 최적경사각이 정해지지만, 위도가 클수록 그 민감도도 커진다.
상기 싱가포르의 경우는 적도 지역으로 최적경사각은 거의 수평이지만, 하노이의 경우는 상당한 위도를 갖고 있음에도 다른 지역에 비하여 방위각에 따른 최적경사각이 매우 다른 양태를 보여준다. 이와 같은 하노이에서의 최적경사각과 태양편익감소율에 대한 상세는 후술된다.
도 54는 상기 도 53에서 나타낸 북반구 내 9개 도시 별 태양광발전시스템의 독립변수 방위각과 상기 최적경사각에서 구한 태양편익감소율을 나타내는 그래프이다.
상기 9개 도시인 북위 1.4도의 싱가포르, 북위 13.9도의 방콕, 북위 21.0도의 하노이, 북위 25.1도의 타이페이, 북위 39.0도의 평양, 북위 39.7도의 덴버, 북위 39.9도의 베이징, 북위 43.1도의 삿포로와 북위 47.9도의 울란바토르에 대한 방위각 별 태양편익감소율을 나타낸 것으로 종속변수인 태양편익감소율은 좌축(Left axis)에 Decrement(%)로, 그리고 독립변수인 방위각은 하축(Lower axis)에 Orientation(degree)로 표시된다.
상기 태양편익감소율의 민감도는 정남향 방위각을 중심으로 동향과 서향이 대칭적으로 나타나지만, 하노이의 경우는 매우 다르게 나타나며, 다른 도시들은 일반적으로 위도에 비례하여 방위각에 대한 민감도가 커짐을 알 수 있다.
도 55는 상기 도 47의 대한민국 광주 대비 상기 도 53의 북반구 내 9개 도시에서 태양광발전시스템 태양광발전량의 상대비율을 나타내는 그래프이다.
상기 북반구 9개 도시를 위도순으로 좌축(Left axis)에 두고, 광주의 최대 태양광발전량 대비 증감률(%)을 상축(Upper axis)에 표시한다. 도시명 옆 괄호안에는 위도를 표시한다.
상기 9개 도시 가운데 광주에 비하여 최대 태양광발전량은 싱가포르(2.4%), 방콕(11.1%), 베이징(14.8%), 울란바토르(15.4%)와 덴버(36.0%) 순으로 크고 평양(-1.7%), 하노이(-9.0%), 타이페이(-9.1%)와 삿포로(-14.2%) 순으로 적다. 이 가운데 광주 대비 덴버의 경우 +36%로 가장 크고 삿포로의 경우 -14.2%로 가장 적다.
도 56은 본 발명에 따른 실시예 14로서 대상체인 통상적 건물의 외양 [A], 이 건물옥상에 부가되어 태양공작물이 설치된 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 형상 [B]와 그리고 이 태양공작물을 포함한 건물전체 [B]의 상하 분해도 [C]를 보여주는 것이다.
상기 대상체는 일자형의 통상적인 아파트, 주상복합 또는 상업용 건물의 옥상으로서 다양한 돌출구조물과 시설물이 있는 이 건물옥상(500)에 적용되는 태양공작물과 그 내부공간을 보여준다.
이 도면 내 [A]는 상기 대상체인 건물의 외양과 건물옥상(500)의 돌출구조물(410)과 기타시설물(480)을 보여주고, [B]는 상기 건물옥상(500)에 설치되는 태양가대와 외장골조(100&300)로 형성되는 태양공작물이 설치된 개념적 형상이며, 그리고 [C]는 상기 태양공작물과 그 내부공간을 상하로 분해하여 보여준다.
상기 태양공작물 덮개 상부에 통신중계기 및/또는 피뢰기를 포함하고, 상기 통신중계기와 피뢰기는 상기 덮개 상부에서 최소 그늘효과(Shadow effect)의 위치(북반구의 경우 최북측과 남반구의 경우 최남측)에 설치하며, 상기 외장골조의 외피면으로 형성되는 다각평면에 판형구조체(Sheet type structure)를 부가하여 고정하고, 상기 판형구조체는 투명재, 방수재, 단열재 및 내하중재를 포함하며, 이들은 상기 지붕보와 가대보 사이, 지붕보의 내측 또는 가대보 외측에 부착되어 상기 지붕을, 그리고 기둥 사이, 내 또는 외측에 부착되어 상기 외벽을 형성하고, 이에 따라 상기 지붕과 외벽은 채광, 비가림, 방수, 보온과 보냉, 그리고 안전구조의 기능이 부가된다.
도면 내 [A]에서 건물옥상(500)에는 두 돌출구조물(410:411&412), 다수의 흡출기(431)와 공조실외기(441), 기타시설물로서 통신중계기(480:481)와 피뢰기(482)가 부착되어 있고, 건물전면(정면)(520) 또는 건물후면(배면)은 편의상 일자형 건물평면의 장변을 포함하는 측면으로 정한다.
도면 내 [B]에서 상기 건물전면(520)은 입지방위기준(510)에 의한 건물중심선(511)의 방위각은 로서 동향에서 북쪽으로 30도 향한 값이고, 이에 따라 건물후면의 방위각은 으로서 정남향에서 서쪽으로 60도 향한 값이다. 이 건물옥상(500)에 태양가대와 옥상골조(100&300)로 형성되는 평지붕의 태양공작물이 부가되고, 그 상부 북측의 한 부위에 기타시설물(480)로서 상기 통신중계기(480:481)와 피뢰기(482)는 상기 평지붕에서 태양패널에 미치는 최소 그늘효과(Shadow effect)의 위치(북반구의 경우 최북측과 남반구의 경우 최남측)에 다시 설치되고 건물측면 한 부위에 별도비트(490)가 부착된다.
도면 내 [C]에서 (a)는 태양가대(100)이고, (b)는 외장골조(300)의 지붕을 형성하는 외피면(200&260)으로서 이 부위에 채광, 비가림, 방수, 보온과 보냉, 그리고 안전구조의 기능이 부가되는 판형구조체가 설치될 수 있으며, (c)는 포털프레임으로 된 외장골조(300)이고, (d)는 상기 외장골조의 내부공간으로서 건물옥상 내 돌출구조물이나 시설물을 제외한 유용 가능한 공간(440)이며, (e)는 건물옥상(500) 내 흡출기공간(420)과 공조실외기공간(430)이고, (f)는 상기 돌출구조물이나 시설물을 포함하는 건물옥상(500)과 건물전면(520) 한 부위에 별도비트(490)가 부착된 대상체인 건물의 외형이다. 언급되지 않은 이 들 구성요소의 기능과 작동은 다음 도면들에서 다시 상술한다.
도 57은 상기 도 56에서 보여준 건물옥상에 부가되는 태양공작물 중심의 ‘외장 태양에너지시스템’의 개념적 사시도 [A]와 분해도 [B]를 보여주는 것이다.
이 도면 내 [A]는 건물옥상(500)에 적용된 태양공작물 전체를 보여주는 것으로, 상기 대상체인 건물옥상(500)의 건물전면(520)은 입지방위기준(510)에 의한 건물중심선(511)의 방위각은 이고, 상기 건물옥상(500) 위에 돌출구조물 전체를 덮는 평지붕의 외장골조에 태양가대(100&300)가 정착되고 통신중계기와 피뢰기와 같은 기타시설물(480)이 상기 평지붕의 북측의 한 부위에 고착되며, 이 태양공작물과 관련한 상하수도, 에너지와 통신 등의 독립적 네트워크를 위한 별도비트(490)가 건물측면 한 부위에 부착되어 설치된다.
상기 태양공작물은 별도비트를 더 포함하여 상기 내부공간과 연결되고, 상기 별도비트에는 상하수도, 가스관, 전력선, 통신선 및 접지선을 포함하며, 이들은 상기 대상체와 독립적인 기능을 보유한다.
도면 내 [B]는 상기 태양공작물을 상하로 분해하여 보여주는 것으로 (a)는 평지붕의 북측 부위에 상기 기타시설물(480)이 설치된 대양가대와 외장골조(100&300)이고, (d)는 태양공작물의 내부공간에서 돌출구조물과 시설물이 차지하는 공간을 제외한 잔여공간(440)으로 세 부분(441,442,443)으로 구분되고, (e)는 건물옥상(500) 내 흡출기공간(420)과 공조실외기공간(430)이고, (f)는 상기 건물옥상 내 두 돌출구조물(411&412), 흡출기(421)와 공조실외기(431)를 포함하는 건물옥상(500)과 건물전면(520) 한 부위에 별도비트(490)가 부착된 건물옥상의 외양이다.
도면 내 타원형 점선으로 표시하고 로마숫자(Roman numerals)로 ｛VI｝ 부호를 단 부분은 상기 태양공작물의 상부 결합상태에 관한 것으로 다음 도면에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 58은 상기 도 57에서 점선 타원으로 표시한 ｛VI｝ 부위를 확대하고 일부 분해하여 상세히 보여 주는 것이다.
본 발명의 기술사상에 따라 전술한 외장골조(300) 평보프레임(310)의 수평(지붕)면에 부착되는 태양가대(100)가 부착되어 태양공작물의 조립된 상태의 한 부위를 보여주는 것으로, 그 지붕을 형성하는 외피면이 수평면의 다각평면(약칭 ‘평지붕’)은 기둥(360)과 평보(340)로 결합되는 포털프레임인 평보프레임(310)으로 형성되고, 상기 평보(340)의 끝은 지붕파샤(380)로 마감되는 외장골조(300) 위에 가대보(120:122,124)가 얹혀 <보-보>브라켓(740)으로 고정되며, 상기 가대보(120) 위에 경사지지재(140)의 밑변멤버(142)가 직교되어 부착되고, 상기 경사지지재(140)의 경사변멤버(144)에 태양패널(160)이 설치된다.
상기 가대보(120)의 끝은 가대파샤(180)로 마감되며 상기 가대파샤는 지붕파샤 위에 얹혀 일체화 되어 통합파샤(180+380)로 형성되고, 이 통합파샤에 지붕보의 끝은 <지붕보-파샤>브라켓(720)으로, 그리고 가대보의 끝은 <가대보-파샤>브라켓(710)으로 고정된다.
상기 경사재(140)은 가대보(120) 위에 직교하여 부착되고, 상기 가대보(120)는 지붕보(평보)(340) 위에 얹혀, 그리고 그 끝은 통합파샤(180+380)에 고정됨으로써 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 다각평면의 평지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루게 되어 내하중구조의 태양공작물이 되는 효과가 생긴다.
상기 <보-보>브라켓(740)은 이중브라켓 형식의 판형브라켓인 <보-보>입면브라켓(741,742)이, 상기 <가대보-파샤>브라켓(710)은 <가대보-파샤>입면브라켓(711&712)와 <가대보-파샤>평면브라켓(719)이 적용된 것을 보여준다.
도면 내 타원형 두 겹 점선으로 표시되어 로마숫자(Roman numerals)로 (vi) 부호를 단 부분은 다음 도면에서 확대되고 그에 대한 설명은 상세히 후술된다.
도 59는 상기 도 58에서 두 겹 점선 타원으로 표시한 (vi) 부위를 확대하여 평면상에서 반시계방향으로 회전하고 일부 분해하여 상세히 보여 주는 것이다.
도시된 것은 외장골조(300)의 지붕을 형성하는 수평면 다각평면 변(외곽선)의 한 부위를 외측으로 투시한 형태이고, 이 부위에서 평보프레임(310)의 평보(340) 위에 태양가대(100)의 가대보(120)가 얹혀 <보-보>브라켓(740)으로 고정되고, 상기 다각평면의 변은 지붕파샤(380) 위에 가대파샤(180)가 병합되어 일체화된 주부재(약칭 ‘통합파샤’)로 형성되고, 이 통합파샤(180+380)에 상기 가대보(120)는 <가대보-파샤>브라켓(710)으로, 그리고 지붕보인 평보(340)는 <지붕보-파샤>브라켓(720)으로 고정된다.
상기 통합파샤(180+380)에 부착되는 <가대보-파샤>브라켓(710)은 단일브라켓 형식으로 <가대보-파샤>입면브라켓(711)과 <가대보-파샤>평면브라켓(719)으로 적용되고, <지붕보-파샤>브라켓(720)은 다중브라켓(이중브라켓) 형식으로 <지붕보-파샤>입면브라켓(720:721,722)과 <지붕보-파샤>평면브라켓(729)으로 적용된다.
상기 평보(340)의 일단은 기둥(360)으로 받쳐 <기둥-보>브라켓(760)으로 고정되며, 이 판형브라켓에 인접하여 상기 평보(340) 위에 가대보(120)가 얹혀 고정되는 상기 <보-보>브라켓(740)이 위치하므로, 이 들 두 판형브라켓은 하나로 병합되어 하나의 <통합>브라켓(790)으로 형성된다. 도면 내 (원)전각기호 ⑩으로 지시된 이 <통합>브라켓(790)에 대하여 상기 도 29에서 상술된 바 있다.
상기 <통합>브라켓(790)은 다중브라켓(이중브라켓)의 형식으로 <통합>입면브라켓(791,792)이 형성되어 적용된다.
도 60은 실시예 14에 적용된 건물옥상에 부가되는 ‘외장 태양에너지시스템’에 있어서 대상체의 입지방위에 따른 외장골조 포털프레임의 지붕보와 평행된 형태로 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B]를 보여주는 것이다.
상기 태양가대는 복수의 가대보(Rack beam)를 포함하고, 상기 가대보가 상기 지붕을 형성하는 다각평면 위에 고착됨에 있어서, 상기 수평면에는 상기 가대보 2개로 된 한 쌍(A pair of 2 rack beams: 약칭 ‘가대보쌍‘)이 일정간격으로 평행되게 동서방향(East-west direction)으로 배치되며, 상기 가대보쌍은 남측의 남가대보(Southern rack beam)와 북측의 북가대보(Northern rack beam)를 포함하고, 상기 남가대보와 북가대보는 일정 간격으로 평행되게 놓이며, 상기 수평면 위 태양가대는 경사지지재(Inclined support member)를 더 포함하고, 상기 경사지지재는 수평의 밑변멤버와 미리 정해진 경사각을 이루는 경사변멤버를 포함하며, 상기 밑변멤버는 상기 남가대보와 북가대보 위에 평면상에서 가로질러 남북방향으로 고정되고, 상기 태양패널은 상기 경사변멤버 위에 상하좌우로 이어 붙여 설치된다.
이 도면 내 [A]는 건물옥상(500)에 적용된 태양공작물 전체를 보여주는 것으로, 상기 대상체인 건물옥상(500)의 건물전면(정면)(520)은 입지방위기준(510)에 의한 건물중심선(511)의 방위각은 의 (정)동향이고, 이에 따라 건물(좌)측면은 의 정남향이며, 건물후면(배면)은 의 (정)서향이다. 상기 건물옥상(500)의 외곽에 외장골조(300)의 포털프레임인 평보프레임(310)이 건물전면(520)에 직교하고 건물중심선(511)에 평행되게 동서방향으로 정착됨에 따라 상기 평보프레임(310)의 지붕보와 그 위에 고착되는 태양가대(100)의 가대보가 평행되게 배치되어 태양패널이 설치되는 형태의 태양공작물이다.
도면 내 [B]는 상기 태양공작물을 상하로 분해하여 보여주는 것으로 (a)는 평지붕의 외장골조 위에 고착되는 태양가대(100)로서 가대보(쌍)(120)이 동서방향으로 배치되고 그 위에 경사지지재(140)가 고정되며, 이 경사지지재(140)의 경사변멤버에 태양패널(160)이 가로방향(161)으로, 세로방향(162)으로, 세로2단(163)으로, 그리고 세로3단(164)으로 부착되고, 상기 가대보(120) 양단은 가대파샤(180:181,182)로 마감되며, (c)는 건물옥상(500) 외곽을 따라 정착된 외장골조(300)로서 포털프레임인 평보프레임(310:311,312,313)의 기둥(360:361&362)이 건물전면(정면)(520)과 건물후면(배면)에 정착되어 지붕보(340)는 동서방향으로 배치되고 그 양단은 두 지붕파샤(380:381&382)으로 마감되어 상기 태양가대(100)의 가대보(120)와 평행되게 놓이게 됨에 따라 상기 지붕보(340)에 직교하여 플러시프레이밍(Flush framing: 접합하기) 형식의 <주부재>접합연결수단으로 고정되는 두 보강보(370:371&372)를 부가함으로써 상기 가대보(120)가 그 위에 얹혀 용이하게 고착되도록 한 것이다.
상기 태양패널(160) 직사각면의 장변이 좌우로 놓인 방향을 가로방향으로, 그리고 상하로 놓인 방향을 세로방향으로 하고, 외장공조(300)의 수평(지붕)면에서 남북방향으로 높이가 높은 태양패널(160)을 북측으로 배치함으로써 태양의 그늘효과를 고려하여 태양에너지수확의 증대효과를 기대하며, 상기 가대파샤(180)가 지붕파샤(380) 위에 얹혀 일체화 된 통합파샤(180+380)로 형성되고 가대보(120)는 <가대보-파샤>연결수단으로, 그리고 지붕보(340)는 <지붕보-파샤>연결수단으로 각각의 양단이 상기 통합파샤에 고정됨으로써 내하중구조의 태양공작물이 완성된다.
도 61은 상기 도 60에서와 동일한 대상체의 입지방위에서 외장골조 포털프레임의 지붕보와 엇갈려 교차하는 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B]를 보여주는 것이다.
이 도면 내 [A]는 상기 도 60에서와 같이 건물옥상(500)에 적용된 태양공작물 전체를 보여주는 것으로, 상기 대상체인 건물옥상(500)의 건물전면(정면)(520)은 입지방위기준(510)에 의한 건물중심선(511)의 방위각은 의 (정)동향이고, 이에 따라 건물(좌)측면은 의 정남향이며, 건물후면(배면)은 의 (정)서향이다. 상기 건물옥상(500)의 외곽에 외장골조(300)의 포털프레임인 평보프레임(310)이 건물전면(520)과 직각이 아닌 사각으로 교차하여 정착됨에 따라 상기 평보프레임(310)의 지붕보와 그 위에 고착되는 태양가대(100)의 가대보가 엇갈려 배치되어 태양패널이 설치되는 형태의 태양공작물이다.
도면 내 [B]는 상기 태양공작물을 상하로 분해하여 보여주는 것으로 (a)는 평지붕의 외장골조 위에 고착되는 태양가대(100)로서 가대보(쌍)(120)이 동서방향으로 배치되고 그 위에 경사지지재(140)가 고정되며, 이 경사지지재(140)의 경사변멤버에 태양패널(160)이 가로방향(161)으로, 세로방향(162)으로, 세로2단(163)으로, 그리고 세로3단(164)으로 부착되고, 상기 가대보(120) 양단은 가대파샤(180:181,182)로 마감되며, (c)는 건물옥상(500) 외곽을 따라 정착된 외장골조(300)로서 포털프레임인 평보프레임(310:311,312,313)의 기둥(360:361&362)이 건물전면(정면)(520)과 건물후면(배면)에 정착되지만 지붕보인 평보(340)가 상기 건물전면(520)에 대하여 직각이 아닌 예각 또는 둔각의 사각()이 되도록 상기 평보프레이임(310:311,312,313)이 배치되어 정착되고, 건물측면 양측에 평보프레임(318&319)을 두며, 지붕보 양단은 지붕파샤(380:381&382)로 마감된다.
상기 건물중심선(511)과 평행인 동서방향으로 배치되는 상기 태양가대(100)의 가대보(120)는 건물전면(520)에 대하여 사각()으로 배치되는 외장골조(300)를 구성하는 평보프레임(310)의 평보(340)와 엇갈려 <보-보>중첩연결수단으로 고착됨으로 평면적으로 #형태의 래티스구조를 이루는 계층화프레이밍 형식(Layered framing type)으로 결합되어 상기 태양공작물이 내하중구조가 되는 효과가 생긴다. 또한 상기 가대파샤(180)가 지붕파샤(380) 위에 얹혀 일체화 된 통합파샤(180+380)로 형성되고 가대보(120)는 <가대보-파샤>연결수단으로, 그리고 지붕보(340)는 <지붕보-파샤>연결수단으로 각각의 양단이 상기 통합파샤에 고정되지만, 이에 더하여 상기 태양가대(100)와 외장골조(300)의 결합에 있어서 평행으로 배치될 경우 지붕보(340) 위에 가대보(120)의 고정을 위한 도 60에 적용된 보강보의 부가를 피할 수 있게 된다.
도 62는 상기 도 60에서와 동일한 대상체의 입지방위에서 외장골조 포털프레임의 지붕보와 직교하는 태양가대 가대보의 결합에 의한 태양공작물의 사시도 [A]와 분해도 [B]를 보여주는 것이다.
이 도면 내 [A]는 상기 도 60에서와 같이 건물옥상(500)에 적용된 태양공작물 전체를 보여주는 것으로, 상기 대상체인 건물옥상(500)의 건물전면(정면)(520)은 입지방위기준(510)에 의한 건물중심선(511)의 방위각은 의 정남향이고, 이에 따라 건물우측면은 의 동향이며, 건물좌측면은 의 서향이다. 상기 건물옥상(500)의 외곽에 외장골조(300)의 포털프레임인 평보프레임(310)이 건물전면(520)과 직각으로, 즉 건물중심선(511)과 평행되게 남북방향으로 정착됨에 따라 상기 평보프레임(310)의 지붕보와 그 위에 고착되는 태양가대(100)의 가대보가 직교하여 배치되어 태양패널이 설치되는 형태의 태양공작물이다.
도면 내 [B]는 상기 태양공작물을 상하로 분해하여 보여주는 것으로 (a)는 평지붕의 외장골조 위에 고착되는 태양가대(100)로서 가대보(쌍)(120)이 동서방향으로 배치되고 그 위에 경사지지재(140)가 고정되며, 이 경사지지재(140)의 경사변멤버에 태양패널(160)이 가로방향(161)으로, 세로방향(162)으로, 그리고 세로2단(163)으로 부착되고, 상기 가대보(120) 양단은 가대파샤(180:181,182)로 마감되며, (c)는 건물옥상(500) 외곽을 따라 정착된 외장골조(300)로서 포털프레임인 평보프레임(310:311,312,313)의 기둥(360:361&362)이 건물전면(정면)(520)과 건물후면(배면)에 정착되지만 지붕보인 평보(340)가 상기 건물전면(520)에 대하여 직각이 되도록 상기 평보프레이임(310:311,312,313)이 배치되어 정착되고 지붕보 양단은 지붕파샤(380:381&382)로 마감된다. 또한 상기 평보프레임(310:311,312,313)의 기둥(360:361&362) 중간부위에 도리(390:391&392)를 부착하여 고정함으로써 외장골조(300)가 강화는 것을 보여준다.
상기 외장골조(300)의 수평(지붕)면에 설치되는 상기 태양가대(100)의 가대보(120)는 동서방향으로 배치되므로 상기 건물중심선(511)과 나란히 남북방향으로 위치하는 외장골조(300)를 구성하는 평보프레임(310)의 평보(340)와 직교하여 <보-보>중첩연결수단으로 고착됨으로 평면적으로 #형태의 래티스구조를 이루는 계층화프레이밍 형식(Layered framing type)으로 결합되어 상기 태양공작물이 내하중구조가 되는 효과가 생긴다. 또한 상기 가대파샤(180)가 지붕파샤(380) 위에 얹혀 일체화 된 통합파샤(180+380)로 형성되고 가대보(120)는 <가대보-파샤>연결수단으로, 그리고 지붕보(340)는 <지붕보-파샤>연결수단으로 각각의 양단이 상기 통합파샤에 고정됨으로써 내하중구조의 태양공작물이 용이하게 완성된다.
도 63은 상기 도 56과 도 57에서 보여주는 건물옥상 위에 부가되는 흡출기 [A], 공조실외기 [B]와 별도비트 [C]를 위한 공간 또는 설비(시설)의 배치 형태에 관한 상세이다.
상기 바닥 위에, 그리고 하나 이상의 수평면 및/또는 경사면을 포함하는 상기 지붕 직하에 형성되는 상기 내부공간은 구조물공간, 시설물공간과 나머지 잔여공간을 포함하고, 상기 구조물공간은 상기 대상체 내부에 돌출된 공간으로서 접근통로계단과 엘리베이터 기계실을 포함하며, 상기 시설물공간은 건물의 위생시설에서 요구하는 흡출기와 공조시설에서 요구하는 실외기가 차지하는 공간을 포함한다.
상기 흡출기가 차지하는 공간을 별도로 구획하여 외기와 접하는 독립적 공간(약칭 ‘흡출기공간’)을 형성하며, 상기 흡출기공간에는 흡출기 관련 보조수단과 환기문을 포함하고, 상기 보조수단은 환풍수단을 포함하고 상기 환기문은 외기의 여과와 출입을 허용한다.
상기 실외기가 차지하는 공간을 별도로 구획하여 외기와 접하는 독립적 공간(약칭 ‘실외기공간’)을 형성하며, 상기 실외기공간에는 실외기 관련 보조수단과 환기문을 포함하고, 상기 보조수단은 배기수단을 포함하고 상기 환기문은 외기의 여과와 출입을 허용하며, 상기 실외기가 차지하는 공간을 별도로 구획하여 외기와 접하는 독립적 공간(약칭 ‘실외기공간’)을 형성하고, 상기 실외기공간에는 상기 실외기 보조수단과 환기문을 포함한다.
상기 태양공작물은 별도비트를 더 포함하여 상기 내부공간과 연결되고, 상기 별도비트에는 상하수도, 가스관, 전력선, 통신선 및 접지선을 포함하며, 이들은 상기 대상체와 독립적인 기능을 보유한다.
이 실시예 14에서 건물옥상(500)에 각각 적용되는 도면 내 [A]는 내 흡출기(421)를 위한 공간(420)이고, [B]는 공조실외기(431)를 위한 공간(430)이며, [C]는 건물옥상의 독립적 기능이 부가되는 네트워크(491)를 위한 별도비트(490)이다.
본 발명의 기술사상에 따라 건물옥상에 정착되는 태양공작물에서 유용한 내부공간의 확보와 고유기능의 개선을 위한 분할(Partition)을 위한 것으로, 도면 내 [A]에서 건물옥상(500)에 통상적으로 설치되는 건물 내 위생공간과 취사공간에서 요구되는 환기 또는 배기를 위한 다수의 흡출기(421)를 하나 또는 복수의 공간(420)으로 구분하여, 상기 공간(420)이 외기와 접하는 벽면에 관련 설비나 기기를 포함하는 흡입구(427)와 배출구(426)를 둔다.
도면 내 [B]에서 건물의 공조를 위하여 건물옥상(500)에 통상적으로 설치되는 다수의 공조실외기(431)를 하나 또는 복수의 공간(430)으로 구분하여, 상기 공간(430)이 외기와 접하는 벽면에 관련 설비나 기기를 포함하는 흡입구(437)와 배출구(436)를 둔다.
도면 내 [C]에서 건물옥상(500)에 부가되는 별도비트(490)는 건물측면 한 부위에 설치되어 태양공작물에서 요구되거나 그 내부공간에서 요구되는 전력선, 통신선, 접지선 또는 상하수도가 포함되는 별도의 네트워크(491)를 두고 대상건물과 독립적 기능이 부여되도록 한다.
도 64는 상기 도 57에서의 건물옥상 위에 설치되는 태양공작물 내부공간의 구성 [A]와 그 분해 [B], 그리고 상기 내부공간에 옥상정원 [C]과 주거 또는 비주거공간을 위한 파티션공간 [D]의 적용형태를 보여준다.
상기 잔여공간은 상기 내부공간에서 상기 구조물공간과 시설물공간을 제외한 나머지 공간으로 정해지며, 이 공간은 기능적으로 대피공간, 주거공간, 근린생활시설 및/또는 옥상정원을 포함하고, 용도에 따라 전체 또는 분할되어 다수의 기능을 갖는 공간으로 형성되며, 상기 대피공간은 외기와 접하여 화재 등의 경우에 피난 용도로 사용되며, 출입구나 창문을 제외한 부분은 내화구조의 벽 및 천정으로 구획되고, 배연설비 또는 완충공간이나 제연 에어커튼을 구비하고, 상기 주거공간은 주거모듈로 형성되며, 상기 모듈은 접근통로 및 계단으로 연결되고, 상기 근린생활시설은 탁구장, 당구장, 휴게음식점, 마을회관, 마을공동작업소, 독서실, 공연장(극장, 영화관, 음악당, 비디오물감상실, 비디오물소극장 등)을 포함하며, 상기 옥상정원은 화초 및 분재 등의 온실, 작물 재배사, 종묘배양시설 및 양봉·곤충사육시설을 포함한다.
이 도면 내 [A]에서 이 실시예 14에 대하여 도 63에서 상술된 흡출기와 공조실외기를 위한 공간을 제외한 건물옥상(500) 내 두 돌출구조물(410:411&412)과 잔여공간(440)의 배치를, 그리고 도면 내 [B]에서 상기 잔여공간을 상하 전개하여 그 상세를 보여준다. 또한 도면 내 [C]에서 상기 잔여공간(440)에 식생(471)으로 옥상정원(470)을 조성하거나, 도면 내 [D]에서 상기 잔여공간에 주거 또는 비주거공간을 위한 파티션공간(460)의 적용한 형태를 보여준다.
건물옥상과 같은 건설구조물 상부에 부가되는 옥상구조물은 건축법(대한민국 법률 제17171호, 2020. 3. 31)에서 규정한 ‘고층건축물의 피난 및 안전관리’에 따라 피난안전구역 또는 대피공간을 확보하여야 하므로, 본 발명의 기술사상에 따라 도면 내 [B]의 (f)에서 건물옥상에 정착되는 태양공작물에서 유용한 잔여공간(440)은 (d)에서 대피공간(450)과 그 양측에 배연설비(451&452)를 갖춘 (g)의 완충공간(441&442)을 갖는다. 상기 잔여공간(440)은 출입구에 제연 에어커튼(459)이 설치되고, 그 내부는 주거 또는 비주거공간을 위한 모듈(461)과 이 모듈에 접근을 위한 통로와 계단(465)을 포함한다.
도 65는 본 발명에 따른 실시예 15로서 건물지붕, 다른 실시예로서 보도와 또 다른 실시예로서 교량 위에 태양공작물로 형성되는 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여준다.
상기 태양공작물의 적용대상은 건설구조물인 건축구조물과 토목구조물을 포함하고, 상기 건축구조물과 관련하여 기성 건물의 지붕 위나 옥상과 같이 건물외부에 상기 외장골조를 부가(약칭 ‘외부부가’)하거나, 상기 외장골조로 건축구조물 자체를 건설(약칭 ‘자체건설’)하여 태양에너지빌딩(약칭 ‘태양빌딩‘)을 형성하는 것으로, 상기 외부부가는 상기 기성 건물의 평면적 전체 또는 일부의 지붕 위 또는 옥상에 상기 태양공작물을 형성하는 것이고, 상기 지붕의 형태로 박공지붕(Gable roof), 외쪽지붕(Shed), 멘사드(Mensard), 꺽인지붕(Gambrel), 평지붕(Flat), 버터플라이(Butterfly), 모임지붕(Hip) 및 복합지붕(Combination roof)을 포함하며, 상기 자체건설의 대상은 주거건물, 상가, 학교, 작업장, 공장, 창고, 축사, 재배사, 사육사, 양식장, 양어장 및 (반그늘)원예시설의 건축물을 포함한다.
이 도면에서 세 실시예 모두 편의상 동일하게 적용되는 입지방위기준(510)으로 대상체중심선(511)의 방위는 으로 정남향에서 동쪽으로 60도 향하고, 이에 따라 외장골조 경사(지붕)면의 방위와 경사각이 가 되는 태양공작물로서 [A]는 창고나 공장, 작업장 등 건물의 박공지붕(Gable roof)｛물론, 다른 형태의 외쪽지붕, 멘사드, 꺽인지붕, 평지붕, 버터플라이, 모임지붕 및 복합지붕을 포함하여｝ 위에 형성되는 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을, [B]는 보도 위에 경사(지붕)면을, 그리고 [C]는 교량 위 수평(지붕)면과 경사(지붕)면을 갖는 태양공작물이 부가된 것이다.
이들 사례는 건물지붕, 보도 나 교량 위에 태양공작물을 부가하여 하부 공간의 원래 용도에 지장을 주지 않는 상태에서 태양에너지수확의 기능을 부가한 외장 태양에너지시스템의 적용에 관한 것이다.
도면 내 [A]에서 건물전면(정면)(520)이 향하는 건물중심선(511)과 평행되게 외장골조(300)을 형성하는 처마(Eave)를 갖거나 그렇지 않은 포털프레임인 혼보프레임(330)을 배치하여 건물지붕(500)을 덮는 태양공작물이 형성됨에 있어서, 상기 혼보프레임(330)의 기둥은 건물전면과 건물후면 밖 지표면 또는 건물지붕(500)의 외곽에 정착되고 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 외피면인 수평(지붕)면과 경사(지붕)면에 태양가대(100)가 설치되어 태양공작물이 완성된다. 상기 지표면에 정착되거나 지붕 위에 고착되는 포털프레임은 상기 건물지붕의 내하중 상태나 다른 여건에 따라 선택적으로 적용되고, 상기 혼보프레임의 지붕보 중간 부위를 지지하는 하나 이상의 기둥을 부가함으로써 지붕보의 하중을 분산하는 효과를 기대할 수 있다.
도면 내 [B]에서 차도 옆 보도에 포털프레임인 사보프레임(320)으로 외장골조(300)가 조성되어 그 경사(지붕)면에 태양가대(100)가 설치되어 태양공작물이 완성된다.
도면 내 [C]에서 교량 위에 평보프레임(310)으로 수평(지붕)면을 갖는 외장골조(300)가 조성되고 대상체중심선(511)의 방향으로 경사(지붕)면이 오버행(Overhang) 형태가 포함되도록 상기 평보프레임(310)의 일단과 연결된 사보(350)를 가새(680)로 받쳐 고정하고 상기 수평(지붕)면과 경사(지붕)면에 태양가대(100)가 설치되어 태양공작물이 완성된다.
상기 실시예 모두에서 경사(지붕)면이 포함되고 있지만, 본 발명의 기술사상에 따라 수평(지붕)면을 두고 대상체의 방위에 따라 경사(지붕)면이 부가될 경우 최적경사각을 갖는 형태가 되어 효과적인 태양공작물이 완성되도록 한다. 상기 태양가대(100)는 상기 외장골조(300)의 수평(지붕)면에는 동서방향으로 배치되는 가대보 위에 최적경사각을 갖는 경사지지재에 태양패널이 부착되고, 경사(지붕)면에는 가대보 위에 태양패널이 부착되어 태양공작물이 완성된다.
도 66은 본 발명에 따른 독립적인 건축구조물과 토목구조물의 형성에 적용되는 태양공작물로서의 ‘외장 태양에너지시스템’을 개념적으로 보여준다.
상기 토목구조물과 관련하여 기존 또는 신설 토목구조물에 부가하여 설치되거나 일체화하여 건설되며, 상기 토목구조물은 주차장, 공원, 하천, 교량, 철도, 도로, 교차로, 보도, 하수처리장, 정수처리장, 선착장, 계류장, (기차역)플랫폼, 도로방음터널을 포함하고, 상기 토목구조물의 내·외부 또는 경계에 상기 포털프레임을 세워 회랑(Cloister)의 형태로 상기 태양공작물이 형성된다.
상기 건설구조물 외에 지상과 수상 및 늪지를 포함하는 지표면의 일정면적에 건설되는 상기 태양공작물은 단동형(Single building type), 연동형(Consecutive building type), 다층형(Multistory building type) 및 혼합형(Other construction mixed type)의 태양빌딩을 포함하고, 상기 단동형은 상기 일정면적 외곽에 기둥을 배치하는 형식이며, 상기 연동형은 상기 단동형을 바로 옆에 하나 이상을 더 붙여 건설하는 형식으로 상기 일정면적 내부에 한 줄 이상의 기둥을 포함하고, 상기 다층형은 상기 단동형이나 연동형 위에 외장골조가 더 형성되며, 상기 혼합형은 주어진 지표면의 형상에 따라 상기 단동형, 연동형 또는 다층형을 선택적으로 병합하여 태양공작물로 형성된다.
이 도면 내 [A]는 입지방위기준(510)으로 건물전면(520)(또는 대상체전면)이 향하는 건물중심선(511)(또는 대상체중심선)의 방위각이 인 태양공작물로 형성되는 독립적인 건축구조물이고, [B]는 단동형인 [A]와 동일한 입지조건에서의 연동형 태양공작물로 형성되는 독립적인 건축구조물이며, [C]는 동향의 건축구조물로서 다층형 태양공작물이고, [D]는 방음터널과 같은 연속적인 토목구조물을 곡선의 도로에 설치되어 태양공작물이 조성되는 형태이고, [E]는 다수의 경사(지붕)면을 가지는 독립적인 건축구조물의 태양공작물이다.
도면 내 [A]에 도시된 단동형 건축구조물은 혼보프레임(330)을 등간격으로 일렬로 배치하여 외장골조(300)를 형성하고 그 수평(지붕)면(210)과 의 경사(지붕)면(220)에 태양가대(100)가 고착되어 태양공작물로서 기능하고, [B]의 연동형 건축구조물은 [A]와 동일한 입지조건에서 높이가 다른 두 혼보프레임(330:331&332)을 병합하여 연동부위에 하나(또는 둘)의 기둥을 두어 각각 수평(지붕)면(210&230)과 의 경사(지붕)면(220&240)이 포함되는 태양공작물이다. 이와 같은 단동형 또는 연동형 태양공작물은 주거건물, 상가, 학교, 작업장, 공장, 창고, 축사, 재배사, 양식장, 양어장 및 (반그늘)원예시설 등의 건축구조물로의 활용 또는 전환 가능하다.
도면 내 [C]에서 단층과 다층(이층)의 태양공작물은 그 방위와 경사(지붕)면의 최적경사각이 각각 와 인 것으로 인식된다. 여기서 입지조건이 건물전면(정면)의 방위에 따라 경사(지붕)면의 최적경사각이 각각 8도와 -2도(즉 서향으로 2도)이나 이와 같이 낮은 경사각을 갖는 경사(지붕)면에서는 태양패널의 비용효과가 저조하므로 수평(지붕)면이 적용되는 것으로 고려된다. 상기 단층의 건축구조물은 로서 90도(동향)에서 남쪽으로 15도 향하는 방위에서 수평(지붕)면(210)만을 갖는 평보프레임(310)으로 단층의 외장골조(300)로 형성되고, 인접하여 입지조건이 인 다층(이층)의 건축구조물은 90도(동향)인 방위에서 평보프레임(310:311)으로 아래층을 형성한 다음, 그 위에 평보프레임(312)으로 수평(지붕)면(230)에 인 남향의 경사(지붕)면(240)을 갖는 태양공작물로 형성된다.
도면 내 [D]에서 입지조건이 인 태양공작물은 평보프레임(310)으로 형성되어 수평(지붕)면(210)만을 포함하는 외장골조(300)가 적용됨에 비하여, 나머지 혼보프레임(330:333,334,335,336)은 수평(지붕)면(230)과 함께 입지조건에 따라 각각 , , 및 의 경사(지붕)면(240)을 포함하는 태양공작물이 조성된다. 곡선도로에 적용되는 방음터널과 같은 토목구조물에는 짧은 일정구간을 직선으로 하여 하나의 수평(지붕)면 및/또는 경사(지붕)면을 갖는 외장골조를 형성하여 태양공작물로 조성된다. 이와 같은 태양공작물은 토목구조물인 주차장, 공원, 하천, 교량, 철도, 도로, 교차로, 보도, 하수처리장, 정수처리장, 선착장, 계류장, (기차역)플랫폼 및 도로방음터널 등의 시설물에 적용 가능하다.
도면 내 [E]는 하나의 수평(지붕)면(210) 외에 두 경사(지붕)면(220&240)을 붙여서 각각 과 으로 형성하는 혼보프레임(330:337)으로 외장골조(300)가 형성되고, 그 후면에 사보(350)을 이어 붙이고 가새(680)로 받쳐서 최적경사각을 갖는 오버행구조의 인 경사(지붕)면(250)이 하나 더 부가되는 태양공작물이다. 이에 따라 혼보프레임(335)은 연이은 사보 둘과 하나의 평보, 그리고 사보가 하나 더 부가되어 전면에는 처마가 없고 후면에는 긴 처마가 있는 구조의 태양공작물이 된다. 상기 두 경사(지붕)면(220&240)에 각각 부여된 경사각인 20도와 40도는 최적경사각인 29도를 기준으로 10도 정도 가감되었지만 이로 인한 태양광발전량 기준 태양편익감소율은 1.5% 미만이다.
전술한 본 발명에 따른 실시예를 포함하여 상기 경사(지붕)면은 주어진 방위에서 태양에너지수확이 최대가 되는 최적경사각으로 형성되며, 여기에 적용된 최적경사각의 사례는 도 47에 상술된 대한민국 광주에 적용된 태양광발전량 분석에 기초한 것이다.
전술한 본 발명의 적용 사례 대부분은 외장골조의 지붕을 형성하는 외피면(약칭 ‘지붕면’)에 태양가대의 가대보를 고착하여 상기 외피면과 동일한 외곽을 형성하여 내하중구조로 만들거나 상기 가대보를 상기 외피면의 외곽을 벗어나 확장할 수도 있다. 본 발명의 기술사상에 따라 태양공작물 지붕의 형성에서 동일한 또는 상이한 외곽을 둘 것인가에 대한 선택은 구조적 하중이나 경관 등을 고려하여 정해진다.
본 발명의 기술사상에 따라 건물지붕을 덮거나 보도 위에 설치되는 상기 외장골조의 지붕면과 태양가대의 가대보 사이에 불투수차양층(Impermeable & shade layer)을 포함하는 태양공작물을 형성함으로써 방수나 차양 등 보행자의 안락함을 도모하는 효과를 추가적으로 기대할 수 있다.
상기 포털프레임의 지붕보 끝은 지붕파샤로 마감되어 외장골조의 지붕면 외곽이 형성되고, 그 위에 태양가대를 고착함에 있어서 가대보 끝을 지붕면 외곽에 맞추어 가대파샤로 마감하고 이 가대파샤를 상기 지붕파샤와 일체화함으로써 내하중구조의 태양공작물이 형성되는 효과가 생긴다.
건물옥상(Rooftop) 위 또는 건설구조물 상부에 부가되거나 독립적으로 일정면적의 지표면(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설되는 태양에너지시스템(Solar energy system)으로서 태양가대(Solar rack)와 외장골조(Sheathing framework)를 포함하고, 상기 태양가대와 외장골조로 태양에너지수확을 위한 덮개(Covering plane)와 이 덮개 직하에 내부공간(Interior space)을 가지는 입체적 공작물(약칭 ‘태양공작물’)이 형성되고, 상기 태양가대는 다수의 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널’)을 포함하며 상기 외장골조의 외피면(Outer skin plane) 위에 고착되어 상기 덮개를 형성한다.
상기 외장골조의 외피면은 하나 이상의 다각평면(Polygon plane)과 기준선(Baseline)을 포함하고, 상기 외피면은 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮을 수 있도록 형성되며, 상기 다각평면은 수평면(Horizontal plane), 경사면(Tilted plane) 및 연직면(Vertical plane)을 포함하며, 상기 수평면과 경사면은 상기 외장골조의 지붕(Roof)을 형성하고, 상기 연직면은 상기 외장골조의 외벽(Exterior wall)을 형성하며, 상기 기준선은 상기 지붕 또는 외벽을 형성하는 상기 다각평면의 변이 되고, 입체적 상기 태양공작물의 모서리가 된다.
상기 태양가대는 복수의 가대보(Rack beam)를 포함하고, 상기 가대보가 상기 지붕을 형성하는 다각평면 위에 고착됨에 있어서, 상기 수평면에는 상기 가대보 2개로 된 한 쌍(A pair of 2 rack beams: 약칭 ‘가대보쌍‘)이 일정간격으로 평행되게 동서방향(East-west direction)으로 배치되며, 상기 가대보쌍은 남측의 남가대보(Southern rack beam)와 북측의 북가대보(Northern rack beam)를 포함하고, 상기 남가대보와 북가대보는 일정 간격으로 평행되게 놓이며, 상기 수평면 위 태양가대는 경사지지재(Inclined support member)를 더 포함하고, 상기 경사지지재는 수평의 밑변멤버와 미리 정해진 경사각을 이루는 경사변멤버를 포함하며, 상기 밑변멤버는 상기 남가대보와 북가대보 위에 평면상에서 가로질러 남북방향으로 고정되고, 상기 태양패널은 상기 경사변멤버 위에 상하좌우로 이어 붙여 설치된다.
상기 경사면에는 상기 복수의 가대보가 일정간격으로 평행되게 수평방향(Horizontal direction)으로 배치되고, 상기 가대보는 연속적인 하나 이상의 행(Row)으로 놓이며, 하나의 상기 행은 상단의 상가대보(Upper rack beam)와 하단의 하가대보(Lower rack beam)를 포함하고, 연속적인 복수의 행은 위행의 하가대보와 아래행의 상가대보의 동일역할을 하는 하나 이상의 중가대보(Middle rack beam)를 포함하며, 상기 상가대보와 하가대보 위에 상기 태양패널의 상하단을 각각 고정하고 수평(횡)방향으로 이어 붙이고, 상기 중가대보 위에 상기 위행의 태양패널 하단과 상기 아래행의 태양패널 상단을 각각 고정하고 상기 태양패널을 수직(종)방향으로 붙여 상기 경사면을 상하좌우로 덮게 되는 형태로 설치된다.
상기 외장골조는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)에 정착되는 다수의 포털프레임(Portal frame)을 포함하고, 상기 포털프레임은 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’), 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’) 및 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)을 포함하며, 이 들은 공통적으로 하나 이상의 기둥(Column)과 지붕보(Roof beam)를 포함하고, 상기 기둥은 연직재(Vertical member)로서 그 하부는 상기 바닥에 기둥정착수단으로 고정되며, 상기 지붕보는 각각 수평재(Horizontal member)인 수평(지붕)보(Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’), 경사재(Tilted member)인 경사(지붕)보(Tilted roof beam: 약칭 ‘사보’), 그리고 복수의 상기 수평재 및/또는 경사재를 연결한 혼합지붕보(Mixed roof beam: 약칭 ‘혼보’)를 포함하며, 상기 지붕보에서 그 양단을 포함하여 내측에 최소한 하나 이상의 부위가 상기 기둥 상단부위(Top part)와 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로 고정된다.
상기 포털프레임은 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’) 가로지르거나(Crossing the plane) 그 외곽을 따라(Along the boundary) 배열됨에 있어서, 상기 기둥은 상기 바닥의 외곽을 따라 정착되고, 상기 지붕보는 상기 외장골조 상부에 상기 다각평면이 형성되도록 배치되며, 이에 따라 상기 외피면과 이 외피면으로 둘러싸인 상기 내부공간(Interior space)을 갖는 상기 외장골조가 형성된다.
상기 태양가대의 가대보는 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 상기 포털프레임의 지붕보 위에 얹혀 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기)형식의 <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means)으로 고정되며, 이에 따라 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 다각평면의 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루고, 이에 더하여, 경사면 지붕의 가대보 위에는 직접적으로 태양패널이 부착되거나, 수평면 지붕의 가대보 위에는 ｛경사변멤버(Inclined side member)에 태양패널이 부착된｝ 경사지지재(Inclined support member)의 밑변멤버((Bottom side member)가 고정됨으로써 지붕에 걸리는 하중(Loads)에 대한 내하중구조(Load bearing structure)의 상기 태양공작물이 형성된다.
상기 <기둥-보>연결수단과 <보-보>중첩연결수단은 각각 용접(Welding), 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)에 의한 직접체결 또는 판형브라켓(Plate type bracket)을 부가한 간접체결을 포함하고, 상기 기둥은 원통형기둥(Cylindrical column), 각관기둥(Square tube pillar), 트러스형기둥(Truss type column) 또는 상기 가대보나 지붕보에 적용되는 주부재(Main member)를 포함하고, 상기 주부재는 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangular section)을 갖는 장대형부재(Long span member)로 성형된다.
본 발명은 상기 태양패널은 결과적으로 적정한 방향의 적정한 경사각(북반구 지역의 경우 남향의 북위도 경사각 또는 남반구 지역의 경우 북향의 남위도 경사각 부근에서 정해진 값, 약칭 ‘적정한 향의 경사각’)으로 설치되는 것을 특징으로 하며, 하기 단계들을 포함하여 이루어지는 공정에 따라 건설되는 외장 태양에너지시스템의 건설방법에 관한 것이다.
(1) 상기 태양공작물을 건설하기 위하여 준비하는 공정에서 하기 단계를 포함하는 건설기획을 수행하는 제1차단계(약칭 ‘건설기획단계’):
(a) 상기 대상체의 입지방향을 고려하여 상기 태양패널이 적정한 향의 경사각이 되는 조건을 충족하도록 현장 수치지도(Digital map)와 GPS(Global Positioning System)을 활용하는 기초설계를 위한 공정으로,
1) 상기 바닥의 경계와 내부 돌출물을 측량하여 정하고, 상기 외장골조 외피면의 형태를 정하며, 상기 외피면의 형태는 상기 지붕을 형성하는 하나 이상의 수평면 또는 경사면의 다각평면을 포함하고, 상기 수평면과 경사면을 형성하는 상기 외장골조 지붕보 위에 가대보쌍이 얹혀 (계층화프레이밍 방식으로) 고정되도록 하고,
2) 상기 가대보쌍은 상기 수평면 위에서 동서방향으로, 그리고 상기 경사면 위에서 수평방향으로 배치되도록 하고, 이에 따라 상기 수평면 위 가대보쌍은 북반구에서 정남향(또는 남반구에서 정북향)으로, 그리고 상기 경사면은 입지에 따라 주어진 방향(약칭 ‘태양패널방향’)으로 정해지며,
3) 상기 수평면에 적용되는 가대보쌍 위에 설치되는 상기 경사지지재와 상기 경사면의 경사각(Tilt angle)은 주어진 상기 태양패널방향에 따라 적용지역의 위도에서 지구자전축기울기(Earth's obliquity)을 감한(Subtraction) 값과 가한(Addition) 값의 검색범위 내에서 연간 총 태양에너지편익(태양광발전량 및/또는 태양열집열량에 의한 수익)이 최대가 되는 0도 이상이 되도록 청구항 3항에 의한 최적경사각을 구하는 단계를 수행하고,
4) 상기 수평면에 적용되는 상기 가대보쌍 간 정남향(또는 정북향)으로의 간격은 전후의 태양패널이 미치는 그늘의 영향이 최소화 되도록 거리를 두고, 상기 경사면에 적용되는 상기 가대보쌍은 태양패널의 폭으로 배치되며, 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 수평면 또는/및 경사면 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루도록 상기 포털프레임이 배치되고, 상기 가대보와 지붕보 간 교차각도(Angle of intersection)의 예각이 30도 이하일 경우 보강보를 부가하여 지붕보와 같은 높이에서 플러시프레이밍(Flush framing) 형식으로 상기 포털프레임 사이를 고정하여 상기 가대보와 상기 보강보가 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루도록 하여,
5) 최종적으로 상기 포털프레임의 기둥이 상기 외곽범위 내에 적정하게 배치되도록 하는 상기 태양공작물의 레이아웃을 정하는 기초설계를 위한 제1.1차단계;
(b) 상기 포털프레임을 기둥정착수단으로 고정하기 위하여 대상체의 하중구조와 지표면 위 후보지점에 대한 지반상태에 대한 조사를 수행하는 제1.2차단계;
(c) 상기 하중구조 또는 지반상태 조사를 통하여 상기 기둥정착수단을 결정하며, 상기 결정이 곤란하거나 비효과적일 경우 상기 설계단계에서 상기 기둥을 재배치하여 외장 태양에너지시스템의 레이아웃을 확정하는 제1.3차단계;
(d) 상기 제1.3차단계에 따라 내재해 설계기준과 도로운송규정에 적합하도록 상기 태양공작물에 대한 상세설계를 완료하는 제1.4차단계;
(2) 상기 건설기획단계에서 완료된 상세설계에 따라 상기 태양가대와 외장골조의 구성요소를 공장에서 제작하는 공정에서 하기 단계를 더 포함하는 제2차단계(약칭 ‘공장제작단계’):
(a) 도로교통법에서 정한 운송제한과 공장에서 현장까지의 운송여건을 조사하여 이에 따라 상기 태양가대와 외장골조의 주부재는 재단되고, 허용 규모와 모듈로 조립되도록 기획되는 제2.1차단계;
(b) 현장에서 조립되고 연결수단을 고정하기 위한 주부재의 천공작업을 수행하고, 상기 외장골조의 형상에 따른 상기 포털프레임과 이에 부가되는 주부재의 연결수단에 적용되는 판형브라켓을 제작하는 제2.2차단계;
(c) 상기 판형브라켓은 상기 주부재 연결부위의 형상에 따라 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡하여 형성하고 천공되는 제2.3차단계;
(d) 상기 제2.1차단계에서 정해진 규모와 모듈로 공장에서 조립되는 제2.4차단계;
(3) 상기 공장제작단계에서 제작된 외장 태양에너지시스템의 상기 구성요소를 도로교통법에서 정한 바에 따라 현장으로 이송하는 제3차단계(약칭 ‘현장이송단계’);
(4) 상기 현장이송단계에서 이송된 상기 외장 태양에너지시스템의 구성요소별로 현장에서 조립하는 공정에서 하기 단계를 포함하는 제4차단계(약칭 ‘현장조립단계’):
(a) 토지굴착작업, 기초조성작업, 골조조립작업 및 고소하중작업에서 요구되는 시공수단(약칭으로 각각 ‘토지굴착시공수단’, ‘기초조성시공수단’, ‘골조조립시공수단’ 및 ‘고소하중시공수단’)을 준비하는 제4.1차단계;
(b) 상기 제1차단계에서 정해진 대상체 내 특정위치에 기둥정착수단의 고정을 위한 접합부 또는 콘크리트나 파일의 기초를 위한 상기 ‘토지굴착시공수단’ 및 ‘기초조성시공수단’으로 정착수단을 마련하는 제4.2차단계;
(c) 상기 골조조립시공수단으로 지상에서 조립하는 태양공작물의 구성요소의 규모를 고소하중시공수단의 역량을 감안하여,
1) 상기 태양가대는 허용되는 규모에 따라 태양패널을 포함하거나 또는 제외하고 가대보쌍 단위로 태양패널지지대를 부착하여 조립하고,
2) 상기 외장골조를 형성하는 상기 포털프레임은 개별로 조립되는 제4.3차단계;
(d) 상기 포털프레임은 상기 고소하중시공수단으로 들어서 상기 접합부 또는 기초 위에 상기 골조조립시공수단으로 정착되는 제4.4차단계;
(e) 상기 외장골조의 조립은 상기 포털프레임의 사이에 주부재인 지붕파샤, 지붕보, 기둥, 가새 및 도리를 적용하여 상기 제1차단계의 상세설계에 따라,
1) 인접한 지붕보 끝을 상기 지붕파샤로 고정하거나,
2) 상기 지붕보와 같은 높이에 위치하여 플러시프레이밍 형식으로 상기 보강보로 고정하거나,
3) 상기 지붕보와 기둥 사이를 삼각형으로 가새로 연결하여 고정하거나,
4) 상기 지붕보의 아래에 위치하여 계층화프레이밍(Layered framing) 형식으로 상기 기둥에 상기 도리를 고정하는 제4.5차단계;
(f) 상기 외장골조의 지붕 위에 상기 태양가대를 고소하중시공수단으로 올려서 상기 지붕보와 가대보를 고정하고, 상기 상세설계에 따라 가대파샤를 부가하여 상기 태양공작물을 조립하는 제4.6차단계;
(g) 태양패널이 제외된 상기 태양가대의 경우 상기 태양공작물의 지붕으로 태양패널을 고소하중시공수단으로 올려서 상기 태양패널지지대의 경사지지재 위에 부착하여 상기 태양공작물을 현장 조립하여 구축을 완료하는 제4.7차단계;
(5) 상기 현장조립단계의 공정에서 하기 단계를 더 포함하여 외장 태양에너지시스템의 건설을 완성하는 제5차단계(약칭 ‘건설완성단계’):
(a) 상기 태양공작물의 완성 후 건축물의 원래 일차용도에 부합되도록 나머지 부분에 대한 작업과 그 내부에 상기 일차용도에 부합되거나 개선되도록 별도의 시설을 부가하는 제5.1차단계;
(b) 현장 작업에서 사용된 상기 시공수단을 현장에서 철수하고 현장을 정리하는 제5.2차단계;
(c) 전기사업법 등 관련 법규에 따른 전력거래에서 요구하는 전력선을 연결하고 소요 전기설비를 부가 설치하여 시운전하는 제5.3차단계;
(d) 상기 시운전에 따른 안전과 성능 인증을 당국으로부터 획득하여 상기 외장 태양에너지시스템의 건설을 완료하는 제5.4차단계.
이미 도시하고 전술한 본 발명의 실시예는 형태적 건설구조물에 관한 것으로 그 외에 다양한 변형된 모양과 형태나 용도에 따른 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 본 발명의 청구범위에서 묘사된 기술사상이 자명한 것은 구체적으로 도시되지 않고 보다 상세한 설명도 부가되지 않았다.
상기 ‘외장 태양에너지시스템의 건설방법’은 본 발명에 따른 관련 구성품을 공장에서 제작하여 현장까지 운송한 다음, 현장에서 조립하여 건설되는 공정에 관한 것이다.
현장에서의 시공은 단순 조립과정이므로 결과적으로 고도의 건설 숙련공이 요구되지 않아 건축비용의 저감은 물론, 견고한 고품질 태양에너지건축물이 제공될 수 있다.
상기 바람직한 다양한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였지만, 발명의 요지와 기술사상 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하고, 이러한 수정 및 변형은 제안된 청구의 범위에 속함은 자명하다.
본 발명의 기술적 사상이 적용되는 산업은 한국표준산업분류 체계(10차, 통계분류포털, https://kssc.kostat.go.kr:8443/, 2021)에 의하면 대분류 코드 D의 전기, 가스, 증기 및 공기 조절 공급업(35)>전기업(351)>발전업(3511)>태양력발전업(35114), 전기업(351)>전기 판매업(3513)>전기 판매업(35130)과 증기, 냉ㆍ온수 및 공기 조절 공급업(353)>증기, 냉ㆍ온수 및 공기 조절 공급업(3530)>증기, 냉ㆍ온수 및 공기 조절 공급업(35300)이고, 이의 구현은 대분류 코드 F의 종합건설업(41)에서 건물건설업(411)>주거용 건물건설업(4111) & 비주거용 건물건설업(4112)과 토목건설업(412)>토목시설물 건설업(4122)을 포함하고, 상기 대분류 코드 F의 전문직별 공사업(42)에서 기반조성 및 시설물 축조관련 전문공사업(421)>시설물 축조 관련 전문공사업(4213)>철골 및 관련 구조물 공사업(42131)을 포함한다.
상기 태양력발전업(Solar and sunlight power generation)은 태양빛 또는 태양열을 에너지원으로 하여 전기를 직접 생산하는 산업활동이고, 전기 판매업(Trade of electricity)은 가정, 산업 및 상업 이용자에게 전기를 공급 및 판매하거나 전기 판매를 중개하는 산업활동이며, 증기, 냉ㆍ온수 및 공기 조절 공급업(Steam, chilled or hot water and air conditioning supply)은 냉ㆍ난방, 동력 또는 기타 목적의 열, 증기, 냉ㆍ온수, 냉방 공기를 생산하는 활동과 배관시설에 의하여 사용자에게 공급하는 산업활동이고, 건물건설업(Building construction)은 종합적인 계획에 따라 관리되고 조성되며, 도급 또는 자영 종합 건설업자에 의하여 건물을 신축ㆍ증축ㆍ재축ㆍ개축하는 산업활동이며, 토목시설물 건설업(Construction of civil engineering projects)은 각종 도로, 교량, 고가 도로 및 지하철, 항만 및 수로, 산업 생산설비 등의 토목 시설물을 건설하는 산업활동이고, 철골 및 관련 구조물 공사업(Steel frame works)은 전문직별 건설업자가 건축물의 철골조 및 뼈대 등 관련 구조물을 설치하는 산업활동이다.
본 발명은 신축 또는 기존의 건물옥상 또는 건설구조물 상부 및 지표면 위에 원래의 일차용도를 저해하지 않고 돌출구조물을 덮는 외장골조가 부가되어 태양에너지를 활용할 수 있는 이차용도인 전력 또는 열을 생산하는 체계를 갖춘 외장 태양에너지시스템의 구현에 관한 것이다.
본 발명의 적용대상은 건물옥상 또는 건설구조물 상부 및 지표면 위(약칭 ‘대상체’)로서 상기 건설구조물은 건축구조물과 토목구조물로 구분되며 전술한 바와 같다. 지상에 설치되는 태양공작물은 태양에너지시스템의 조성을 위한 구조물 및 시설물 또는 그 자체로 이해된다.
[대상체(Object body)] = ｛[건물옥상(Rooftop)], [건설구조물 상부], [지표면 위],...｝
[태양에너지시스템(Solar energy system)]⊇[태양공작물(Solar structure set on land)]
[건설구조물(Construction structure)]=｛[건축구조물(Building structure)], [토목구조물(Civil structures)]｝
본 발명의 명칭으로 인용된 ‘외장 태양에너지시스템’ 상기 대상체 내 돌출구조물을 덮어 형성되는 태양공작물의 특징을 표현한 것으로, 이는 내부공간과 덮개를 가지고, 태양가대와 외장골조로 조성된다.
[태양공작물] = ｛[내부공간(Interior space)], [덮개(Covering plane)]｝
[외장 태양에너지시스템(Sheathing solar energy system)] = ｛[태양가대(Solar rack)], [외장골조(Sheathing framework)]｝
본 발명의 구성요소에 부여된 하기 참조부호 가운데 직접적으로 인용되지 않았지만 언급되거나 명료한 항목의 구분을 위하여 번호 앞에 X를 붙여 놓는다. 예를 들어서, ‘X400: 옥상 내 돌출 시설 및 구조물(Rooftop facilities & structures)’은 참조부호 400 계열로, ‘X600: 주부재 형상과 구성(Main member forms and composition)’은 참조부호 600 계열로 각각 그 구성요소나 형상을 묘사하기 위한 것이지만, 도면이나 설명에서 표시되지 않은 참조부호임을 의미한다.
100: 태양가대(Solar rack)
상기 외장 태양에너지시스템의 한 요소인 태양가대는 가대보와 태양패널을 포함하고 경사지지재는 적용부위에 따라 부가되고 가대보파샤는 선택적(‘+’ 부호 첨가)으로 포함된다.
[태양가대(Solar rack)] = ｛[가대보(Rack beam)], [+경사지지재(Inclined support member)], [태양패널(Solar panel)], [+가대보파샤(Facia for rack beam)],...｝
120: 가대보(Rack beam) 2개로 된 쌍(Pair: 약칭 ‘가대보쌍‘)(A pair of two rack beams)
122: 남가대보(Southern rack beam); 124: 북가대보(Northern rack beam)
126: 상가대보(Upper rack beam); 127: 중가대보(Middle rack beam); 128: 하가대보(Lower rack beam)
상기 가대보는 적용부위가 지붕을 형성하는 외장골조의 외피면이 수평(지붕)면일 경우 동서방향으로 가대보 2개로 된 쌍(남가대보와 북가대보)이 전후 등간격으로 배치되고, 경사(지붕)면일 경우 복수의 가대보(상가대보, 중가대보와 하가대보)가 수평방향으로 상하 등간격으로 배치된다.
130: 가대보가로대(Cross strut for rack beam: 약칭 ‘가대가로대’): ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture) 단겹 또는 두겹, 그리고 평면형 또는 곡면형으로 분류
131~: 일련의 단겹 가대가로대
상기 가대가로대(130)은 상기 가대보쌍(120)의 남가대보(122)와 북가대보(124) 사이에 일정간격의 직교형태로 상기 가대가로대(130)의 단겹 또는 두겹을 부착하여 비렌딜트러스(Vierendeel Truss)가 형성된다. 상기 가대가로대(130)는 부착되는 주부재 측면이 밖으로 볼록할 경우 곡면형으로 형성된다.
140: 경사지지재(Inclined support member) - 적정한 향과 경사각
142: 밑변멤버(Bottom side member); 144: 경사변멤버(Inclined side member)
X150: 상기 가대가로대와 하기 부재가로대의 ㄷ 형상의 판형 고정쇠 부위 명칭
151: (좌)접합부; 152: 중앙판; 153: (우)접합부
160: 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널: Solar panel’)
180: 가대보파샤(Facia for rack beam: 약칭 ‘가대파샤’)
180+380: 가대파샤+지붕파샤(통칭 ‘통합파샤’)
상기 경사지지재는 그 밑변멤버(142)가 외장골조의 수평(지붕)면 위에 고착되는 상기 가대보쌍(120:122,124)에 부착되고, 이 경사지지재의 경사변멤버(144)에 태양패널이 좌우상하로 배치되어 설치된다. 외장골조의 경사(지붕)면 위에 고착되는 복수의 가대보(120:126,127,128)에 직접적으로 태양패널이 좌우상하로 배치되어 설치된다.
200: 외장골조의 외피면(Outer skin plane of sheathing framework)
다각평면으로 이루어지는 외장골조의 외피면은 수평면과 경사면으로 된 지붕｛수평(지붕)면과 경사(지붕)면｝과 연직면의 외벽｛연직(외벽)면(Vertical side plane)｝으로 구성되고 지붕을 형성하는 외피면은 지붕면으로 통칭되며 하기 수평(지붕)면과 경사(지붕)면은 단순하게 각각 수평면과 경사면으로 약칭되기도 한다.
210,230: 수평(지붕)면(Horizontal roof plane)
220,240,250: 경사(지붕)면(Tilted roof plane); 251~: 추가 경사(지붕)면
260: 방수층(태양가대와 외장골조 지붕면의 사이)
270: 기준선(Baseline) 지붕을 형성하는 다각평면의 공유변으로 입체적 태양공작물의 외피면 모서리; 271~: 추가 기준선
280: 횡단면(Cross sectional plane); 대상체의 평면을 가로지르는 연직의 평면
300: 외장골조(Sheathing framework)
상기 외장 태양에너지시스템의 다른 한 요소인 외장골조는 외피면과 내부공간으로 구성되고 이 내부공간은 유용한 공간(Useful space)으로 활용되며, 상기 외장골조는 다수의 포털프레임으로 형성되고, 구보보강재인 보강보, 도리와 지붕보파샤는 선택적(‘+’ 부호 첨가)으로 포함된다.
상기 외장골조는 다수의 포털프레임을 적정하게 배치하고 상기 구조보강재로 상호 연결하여 그 기둥을 지표면 또는 건설구조물 상부인 상기 대상체에 정착하여 조성된다.
[외장골조(Sheathing framework)] = ｛[외피면(Outer skin plane)],[내부공간(Interior space)]｝
[외장골조(Sheathing framework)] = ｛[포털프레임(Elevation portal frame)], [+보강보], [+도리], [+지붕보파샤(Facia for roof beam)],...｝
상기 포털프레임은 하나의 보와 하나 이상의 기둥을 포함하고, 상기 보는 수평재, 경사재, 또는 수평재와 경사재의 혼합재에의 적용에 따라 상기 포털프레임의 형식(Portal frame type)이 구분되며, 상기 기둥은 연직재가 적용된다.
[포털프레임(Portal frame)] = [보(Beam), 기둥(Column)]
310: 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’);
320: 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’);
330: 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)
상기 포털프레임을 포함하여 외장골조를 형성하는 장대형부재(Long span member)의 주부재(Main members)는 수평재, 경사재, 혼합재와 연직재, 그리고 일차부재와 이차부재 등으로 편의에 따라 구분되며, 지붕에 적용되는 보는 지붕보로 통칭되기도 한다. 상기 혼합재는 복수의 수평재와 경사재가 연결수단에 의하여 하나로 일체화 된 주부재이다.
340: 수평(지붕)보(Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’)
350: 경사(지붕)보(Tilted roof beam: 약칭 ‘사보’)
360: (연직)기둥(Vertical column: 약칭 ‘기둥’)
367: 원통형기둥(Cylindrical column); 368:각관기둥(Square tube pillar); 369: 트러스형기둥(Truss type column)
370: 보강보(Reinforcement beam)
380: 지붕보파샤(Facia for roof beam: 약칭 ‘지붕파샤’)
390: 도리(Purlin)
상기 지붕파샤(380)는 지붕보(340|350)의 끝을 같은 높이에서 마감하는 수평재(또는 경사재)이고, 도리(390)는 수평재로서 연직재인 기둥(360)의 중간 부위에 부가되는 주부재이고, 보강보(370)는 수평재(또는 경사재)로서 지붕보(340|350)와 같은 높이에서 기존 기둥(360)이나 지붕보(340|350) 사이를 연결하는 주부재이며, 상기 보강보(370)에 기둥을 부가하면 지붕보로 불리고 기능하게 된다.
본 발명의 기술사상에 따라 상기 외장골조의 지붕보(340|350) 위에 태양가대(100)의 가대보(120)로 형성되는 상기 외장구조물의 다각평면 외피면은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)의 내하중구조가 된다.
X400: 옥상 내 돌출 시설 및 구조물(Rooftop facilities & structures)
410: 돌출구조물(계단/엘리베이터); 411~
420: 흡출기공간; 421: 흡출기; 426: 흡출기 보조수단; 427: 흡출기공간 환기문
430: 공조실외기공간; 431: 공조실외기; 436: 공조실외기 보조수단; 437: 공조실외기공간 환기문
440: (돌출구조물+시설물 외) 잔여공간; 441,442: 완충공간
450: 대피공간(구조공간/피난안전구역); 451,452: 배연설비; 459: 제연 에어커튼
460: 파티션공간: 주거공간(/비주거공간)을 위한; 461: 모듈; 465: 접근계단 및 통로
470: 옥상정원/화초 및 분재 등의 온실; 471: 식생
480: 기타시설물 통신중계기/피뢰기; 481: 안테나; 482: 피뢰침
490: 별도비트; 491:네트워크: 상하수도/전력선/통신선/접지선
500: 건물옥상(Building Rooftop), 지붕 및 건설구조물의 상부인 대상체
상기 외장 태양에너지시스템의 적용대상인 대상체의 입지와 외형에서 하기 건물중심선(또는 대상체중심선)은 건물전면(정면) 방향의 중심선으로 정해지고, 건물전면이 복수인 대상체일 경우 복수의 건물중심선을 둘 수도 있고, 하나로 정하여 태양공작물이 완성된다.
502,504: 옥상바닥(Rooftop floor)
510: 입지방위기준(Location & orientation criteria) 대상체(Object body)인 건설구조물(건물)의 방향(Building orientation)
511: 건물중심선(Building centered line)(별칭 ‘대상체중심선’)
520,540: 건물전면(정면)(Building front side)
570: 건물(옥상)평면 또는 대상체의 바닥면(Floor plane: 약칭 ‘바닥’)
X600: 주부재 형상과 구성(Main member forms and composition)
상기 태양공작물의 외장골조를 형성하는 포털프레임의 지붕보와 기둥, 지붕파샤, 보강보나 도리, 그리고 태양가대를 형성하는 가대보와 가대파샤에 적용되는 장대형부재인 주부재의 외형에 관한 것으로, 주부재로서 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangle section)의 부재가 선호되고, ㅁ각관, ㄷ형강, C형강(C-Channel) 외 곡면형 단면형상을 갖는 LEB롤형재의 적용이 예시되며, 이 LEB롤형재 배면은 평면에 길이방향으로 오목한 홈이 파인 형상이고 이주부재 정면은 평면에 길이방향으로 볼록한 등이 돌출한 형상이다. 상기 주부재는 놓인 방향에 따라 수평의 요소는 수평재로, 경사의 요소는 경사재로, 그리고 연직의 요소는 연직재로 불린다.
상기 주부재에는 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangular section)의 부재가 선호되지만, 이에 한정하지 않고 장방형향단면이 아닌 다양한 단면형상과 그 조합도 주부재 간 연결의 편의성, 구조의 견고성 또는 비용의 효율성에 따라 차용된다.
X610: 장방형단면(Rectangular section)의 단면형상(Cross-sectional shape/profile)
612: 장변(Long side); 614: 단변(Short side)
X620: 직육면체형상(Rectangular prism shape)
622: 정면(Frontside face); 624: 배면(Backside face); 626: 상면(Upper side face); 628: 하면(Bottom side face)
X630: 배면을 이루는 직사각면의 형상(Backside face rectangular shape)
632: 상변(Upper side); 634: 전변(Front side); 636: 하변(Lower side); 638: 후변(Back side)
650: 주부재의 조합 및 형상
651: 한 겹 주부재(약칭 ‘단겹부재’); 652: 두 겹 주부재(약칭 ‘두겹부재’);
X660: 복합재쌍
662: 한 겹 복합재쌍(약칭 ‘단겹재쌍’); 664: 두 겹 복합재쌍(약칭 ‘두겹재쌍’)
670: 주부재가로대(Cross strut for main member: 약칭 ‘부재가로대’): ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture) 단겹 또는 두겹 부재가로대 평면형 또는 곡면형
671~675: 보가로대(Cross strut for roof beam); 676~679: 기둥가로대(Cross strut for column)
이 부재가로대와 상기 가대가로대는 유사한 형상으로 적용부위에 따라 그 크기를 달리하고 명칭이 부여된다.
680: 가새(Brace)
X690: 주부재 연결 고정수단
X692: 용접(Welding); 694: 직결나사(Self drilling screw); X696: 볼트-너트(Bolt nut fastener)
X700: (주부재)연결수단(Main member connection means)
상기 태양공작물에 적용되는 장대형부재인 상기 (주부재)연결수단과 이에 적용되는 간접체결수단인 판형브라켓에 관한 것으로 이는 입면브라켓, 평면브라켓 및 입체브라켓의 종류와 단일브라켓 또는 다중브라켓 형식으로 구분된다. 상기 입면브라켓은 주부재 배면에 밀착하여 고정되고 상기 입면브라켓은 주부재 상면 또는 하면에 밀착하여 고정되며, 상기 입체브라켓은 이들 입면브라켓과 평면브라켓이 병합되어 형성된다.
하기 <가대보-파샤>연결수단, <지붕보-파샤>연결수단, <주부재>접합연결수단, <보-보>중첩연결수단, <기둥-도리>연결수단, <기둥-보>연결수단, <가새>연결수단 및 <주부재>이음연결수단에 적용되는 각각의 판형브라켓으로서 하기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓, <주부재>접합브라켓, <보-보>브라켓, <기둥-도리>브라켓, <기둥-보>브라켓, <가새>브라켓 및 <주부재>이음브라켓은 동일한 참조부호를 사용한다. 예를 들어서 <보-보>중첩연결수단과 판형브라켓인 <보-보>브라켓은 동일한 참조부호 (740)으로 표시되고, 이 <보-보>브라켓을 구성하는 일련의 단일 또는 이중브라켓 형식의 요소에 참조번호 (741,742,743,...)으로 적용부위에 따라 구분하여 표시된다.
710: <가대보-파샤>연결수단(Rack beam-facia connection means)/<가대보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for rack beam-facia connection: 통칭 ‘<가대보-파샤>브라켓’)
711~: <가대보-파샤>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>입면브라켓’)
~719: <가대보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>평면브라켓’)
720: <지붕보-파샤>연결수단(Roof beam-facia connection means)/<지붕보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for roof beam-facia connection: 통칭 ‘<지붕보-파샤>브라켓’)
721~: <지붕보-파샤>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>입면브라켓’)
~729: <지붕보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>평면브라켓’)
730: <주부재>접합연결수단(Beam-beam junction connection means)/<주부재>접합연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam junction connection: 통칭 ‘<주부재>접합브라켓’)
731~: <주부재>접합연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합입면브라켓’)
~739: <주부재>접합연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합평면브라켓’)
상기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓과 <주부재>접합브라켓은 유사한 종류의 판형브라켓으로서 일차부재(가대파샤, 지붕파샤와 지붕보)의 중간부위 측면에 이차부재(가대보, 지붕보와 보강보) 일단을 붙여 간접체결하는 동일한 기능을 갖는다.
740: <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means)/<보-보>중첩연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam superposition connection: 통칭 ‘<보-보>브라켓’)
741~: <보-보>중첩연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입면브라켓’)
745,746: <보-보>중첩연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>평면브라켓’)
~749: <보-보>중첩연결판형입체브라켓(Cubical bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입체브라켓’)
750: <기둥-도리>연결수단(Column-purlin connection means)/<기둥-도리>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-purlin connection: 통칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)
751~: <기둥-도리>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-purlin connection: 약칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)
상기 <보-보>브라켓과 <기둥-도리>브라켓은 유사한 종류의 판형브라켓으로서 일차부재(지붕보와 기둥)의 중간부위 상면(또는 측면)에 이차부재(가대보와 도리)의 중간부위를 붙여 간접체결하는 동일한 기능을 갖는다.
760: <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)/<기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 통칭 ‘<기둥-보>브라켓’)
761~: <기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)
~769: <기둥-보>반브라켓(Plate type half bracket)
770: <가새>연결수단(Brace-column & brace-beam connection means)/<가새>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-column & brace-beam connection: 통칭 ‘<가새>브라켓’)
771~: <가새-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-beam connection: 약칭 ‘<가새-보>브라켓’)
~779: <가새-기둥>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-column connection: 약칭 ‘<가새-기둥>브라켓’)
상기 <기둥-보>브라켓과 <가새>브라켓은 유사한 종류의 판형브라켓으로서 일차부재(지붕보와 기둥)의 중간부위 하면(또는 측면)에 이차부재(기둥과 가새)의 일단을 붙여 간접체결하는 동일한 기능을 갖는다.
780: <주부재>이음연결수단(Beam-beam joint connection means)/<주부재>이음연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam joint connection: 통칭 ‘<주부재>이음브라켓’)
781~785: <주부재>이음연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음입면브라켓’)
~789: <주부재>이음연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음평면브라켓’)
상기 <주부재>이음브라켓은 길이방향으로 주부재의 길이를 확장하거나 수평재와 경사재를 연결하여 혼합재를 형성하고, 주부재 장방형단면의 장변 또는 단변을 축으로 반직선 형태로 두 주부재를 연결하는 데 적용된다.
790: <통합>연결수단(Combined connection means)/<통합>연결판형브라켓(Plate type bracket for combined connection: 통칭 ‘<통합>브라켓’)
791~795: <통합>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>입면브라켓’)
~799: <통합>연결판형평면브라켓(Plane bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>평면브라켓’)
다수의 상기 (주부재)연결수단이 인접하여 위치할 경우 관련 연결수단을 하기 <통합>연결수단(790)으로 병합하고, 판형브라켓을 적용하여 <통합>브라켓(790)와 같이 동일한 참조부호를 부여하여 표시된다.
X800: 판형브라켓 형상(Feature of plate brackets)
X810: (판형브라켓) 외양(Shape)
811: 둥근모서리; 812: 경사변(Hypotenuse)
814~: 중첩면(겹친면); 815: 차용면
820: 접촉점, 접촉선(Contact line) 및 종단선(End line)
821~: 접촉점(Contact point 또는 기준점)
822~: 수평접촉선(Horizontal contact line)
824~: 수직접촉선(Perpendicular contact line)
826~: 입면과 평면의 접촉선
~829: 종단선(End line)
850: 접촉각(Contact angle)/면각(Facial angle)
851~: 예각(Acute contact angle); ~859: 둔각(Obtuse contact angle)
[판형브라켓의 주부재 부착부위]
X860: 주부재 접배면(Back contact plane)
861~: 일차부재 접배면; ~869: 이차부재 접배면
X870: 주부재 접평면(Contact plane)
871~: 접상면(Upper contact plane); ~879: 접하면(Lower contact plane)
[판형브라켓 다각면판의 형상]
X880: (주된)직사각면; 881~: 직사각면(Rectangular plane)
X890: (부가되는)삼각면(Additional triangular plane); 891~: 삼각면(Angular plane)/직삼각면(Right angular plane)/이등변삼각면/부채꼴(circular sector)
[대상체(Object body)] = ｛[건물옥상(Rooftop)], [건설구조물 상부], [지표면 위],...｝
[태양에너지시스템(Solar energy system)]⊇[태양공작물(Solar structure set on land)]
[건설구조물(Construction structure)]=｛[건축구조물(Building structure)], [토목구조물(Civil structures)]｝
본 발명의 명칭으로 인용된 ‘외장 태양에너지시스템’ 상기 대상체 내 돌출구조물을 덮어 형성되는 태양공작물의 특징을 표현한 것으로, 이는 내부공간과 덮개를 가지고, 태양가대와 외장골조로 조성된다.
[태양공작물] = ｛[내부공간(Interior space)], [덮개(Covering plane)]｝
[외장 태양에너지시스템(Sheathing solar energy system)] = ｛[태양가대(Solar rack)], [외장골조(Sheathing framework)]｝
본 발명의 구성요소에 부여된 하기 참조부호 가운데 직접적으로 인용되지 않았지만 언급되거나 명료한 항목의 구분을 위하여 번호 앞에 X를 붙여 놓는다. 예를 들어서, ‘X400: 옥상 내 돌출 시설 및 구조물(Rooftop facilities & structures)’은 참조부호 400 계열로, ‘X600: 주부재 형상과 구성(Main member forms and composition)’은 참조부호 600 계열로 각각 그 구성요소나 형상을 묘사하기 위한 것이지만, 도면이나 설명에서 표시되지 않은 참조부호임을 의미한다.
100: 태양가대(Solar rack)
상기 외장 태양에너지시스템의 한 요소인 태양가대는 가대보와 태양패널을 포함하고 경사지지재는 적용부위에 따라 부가되고 가대보파샤는 선택적(‘+’ 부호 첨가)으로 포함된다.
[태양가대(Solar rack)] = ｛[가대보(Rack beam)], [+경사지지재(Inclined support member)], [태양패널(Solar panel)], [+가대보파샤(Facia for rack beam)],...｝
120: 가대보(Rack beam) 2개로 된 쌍(Pair: 약칭 ‘가대보쌍‘)(A pair of two rack beams)
122: 남가대보(Southern rack beam); 124: 북가대보(Northern rack beam)
126: 상가대보(Upper rack beam); 127: 중가대보(Middle rack beam); 128: 하가대보(Lower rack beam)
상기 가대보는 적용부위가 지붕을 형성하는 외장골조의 외피면이 수평(지붕)면일 경우 동서방향으로 가대보 2개로 된 쌍(남가대보와 북가대보)이 전후 등간격으로 배치되고, 경사(지붕)면일 경우 복수의 가대보(상가대보, 중가대보와 하가대보)가 수평방향으로 상하 등간격으로 배치된다.
130: 가대보가로대(Cross strut for rack beam: 약칭 ‘가대가로대’): ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture) 단겹 또는 두겹, 그리고 평면형 또는 곡면형으로 분류
131~: 일련의 단겹 가대가로대
상기 가대가로대(130)은 상기 가대보쌍(120)의 남가대보(122)와 북가대보(124) 사이에 일정간격의 직교형태로 상기 가대가로대(130)의 단겹 또는 두겹을 부착하여 비렌딜트러스(Vierendeel Truss)가 형성된다. 상기 가대가로대(130)는 부착되는 주부재 측면이 밖으로 볼록할 경우 곡면형으로 형성된다.
140: 경사지지재(Inclined support member) - 적정한 향과 경사각
142: 밑변멤버(Bottom side member); 144: 경사변멤버(Inclined side member)
X150: 상기 가대가로대와 하기 부재가로대의 ㄷ 형상의 판형 고정쇠 부위 명칭
151: (좌)접합부; 152: 중앙판; 153: (우)접합부
160: 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널: Solar panel’)
180: 가대보파샤(Facia for rack beam: 약칭 ‘가대파샤’)
180+380: 가대파샤+지붕파샤(통칭 ‘통합파샤’)
상기 경사지지재는 그 밑변멤버(142)가 외장골조의 수평(지붕)면 위에 고착되는 상기 가대보쌍(120:122,124)에 부착되고, 이 경사지지재의 경사변멤버(144)에 태양패널이 좌우상하로 배치되어 설치된다. 외장골조의 경사(지붕)면 위에 고착되는 복수의 가대보(120:126,127,128)에 직접적으로 태양패널이 좌우상하로 배치되어 설치된다.
200: 외장골조의 외피면(Outer skin plane of sheathing framework)
다각평면으로 이루어지는 외장골조의 외피면은 수평면과 경사면으로 된 지붕｛수평(지붕)면과 경사(지붕)면｝과 연직면의 외벽｛연직(외벽)면(Vertical side plane)｝으로 구성되고 지붕을 형성하는 외피면은 지붕면으로 통칭되며 하기 수평(지붕)면과 경사(지붕)면은 단순하게 각각 수평면과 경사면으로 약칭되기도 한다.
210,230: 수평(지붕)면(Horizontal roof plane)
220,240,250: 경사(지붕)면(Tilted roof plane); 251~: 추가 경사(지붕)면
260: 방수층(태양가대와 외장골조 지붕면의 사이)
270: 기준선(Baseline) 지붕을 형성하는 다각평면의 공유변으로 입체적 태양공작물의 외피면 모서리; 271~: 추가 기준선
280: 횡단면(Cross sectional plane); 대상체의 평면을 가로지르는 연직의 평면
300: 외장골조(Sheathing framework)
상기 외장 태양에너지시스템의 다른 한 요소인 외장골조는 외피면과 내부공간으로 구성되고 이 내부공간은 유용한 공간(Useful space)으로 활용되며, 상기 외장골조는 다수의 포털프레임으로 형성되고, 구보보강재인 보강보, 도리와 지붕보파샤는 선택적(‘+’ 부호 첨가)으로 포함된다.
상기 외장골조는 다수의 포털프레임을 적정하게 배치하고 상기 구조보강재로 상호 연결하여 그 기둥을 지표면 또는 건설구조물 상부인 상기 대상체에 정착하여 조성된다.
[외장골조(Sheathing framework)] = ｛[외피면(Outer skin plane)],[내부공간(Interior space)]｝
[외장골조(Sheathing framework)] = ｛[포털프레임(Elevation portal frame)], [+보강보], [+도리], [+지붕보파샤(Facia for roof beam)],...｝
상기 포털프레임은 하나의 보와 하나 이상의 기둥을 포함하고, 상기 보는 수평재, 경사재, 또는 수평재와 경사재의 혼합재에의 적용에 따라 상기 포털프레임의 형식(Portal frame type)이 구분되며, 상기 기둥은 연직재가 적용된다.
[포털프레임(Portal frame)] = [보(Beam), 기둥(Column)]
310: 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’);
320: 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’);
330: 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)
상기 포털프레임을 포함하여 외장골조를 형성하는 장대형부재(Long span member)의 주부재(Main members)는 수평재, 경사재, 혼합재와 연직재, 그리고 일차부재와 이차부재 등으로 편의에 따라 구분되며, 지붕에 적용되는 보는 지붕보로 통칭되기도 한다. 상기 혼합재는 복수의 수평재와 경사재가 연결수단에 의하여 하나로 일체화 된 주부재이다.
340: 수평(지붕)보(Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’)
350: 경사(지붕)보(Tilted roof beam: 약칭 ‘사보’)
360: (연직)기둥(Vertical column: 약칭 ‘기둥’)
367: 원통형기둥(Cylindrical column); 368:각관기둥(Square tube pillar); 369: 트러스형기둥(Truss type column)
370: 보강보(Reinforcement beam)
380: 지붕보파샤(Facia for roof beam: 약칭 ‘지붕파샤’)
390: 도리(Purlin)
상기 지붕파샤(380)는 지붕보(340|350)의 끝을 같은 높이에서 마감하는 수평재(또는 경사재)이고, 도리(390)는 수평재로서 연직재인 기둥(360)의 중간 부위에 부가되는 주부재이고, 보강보(370)는 수평재(또는 경사재)로서 지붕보(340|350)와 같은 높이에서 기존 기둥(360)이나 지붕보(340|350) 사이를 연결하는 주부재이며, 상기 보강보(370)에 기둥을 부가하면 지붕보로 불리고 기능하게 된다.
본 발명의 기술사상에 따라 상기 외장골조의 지붕보(340|350) 위에 태양가대(100)의 가대보(120)로 형성되는 상기 외장구조물의 다각평면 외피면은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)의 내하중구조가 된다.
X400: 옥상 내 돌출 시설 및 구조물(Rooftop facilities & structures)
410: 돌출구조물(계단/엘리베이터); 411~
420: 흡출기공간; 421: 흡출기; 426: 흡출기 보조수단; 427: 흡출기공간 환기문
430: 공조실외기공간; 431: 공조실외기; 436: 공조실외기 보조수단; 437: 공조실외기공간 환기문
440: (돌출구조물+시설물 외) 잔여공간; 441,442: 완충공간
450: 대피공간(구조공간/피난안전구역); 451,452: 배연설비; 459: 제연 에어커튼
460: 파티션공간: 주거공간(/비주거공간)을 위한; 461: 모듈; 465: 접근계단 및 통로
470: 옥상정원/화초 및 분재 등의 온실; 471: 식생
480: 기타시설물 통신중계기/피뢰기; 481: 안테나; 482: 피뢰침
490: 별도비트; 491:네트워크: 상하수도/전력선/통신선/접지선
500: 건물옥상(Building Rooftop), 지붕 및 건설구조물의 상부인 대상체
상기 외장 태양에너지시스템의 적용대상인 대상체의 입지와 외형에서 하기 건물중심선(또는 대상체중심선)은 건물전면(정면) 방향의 중심선으로 정해지고, 건물전면이 복수인 대상체일 경우 복수의 건물중심선을 둘 수도 있고, 하나로 정하여 태양공작물이 완성된다.
502,504: 옥상바닥(Rooftop floor)
510: 입지방위기준(Location & orientation criteria) 대상체(Object body)인 건설구조물(건물)의 방향(Building orientation)
511: 건물중심선(Building centered line)(별칭 ‘대상체중심선’)
520,540: 건물전면(정면)(Building front side)
570: 건물(옥상)평면 또는 대상체의 바닥면(Floor plane: 약칭 ‘바닥’)
X600: 주부재 형상과 구성(Main member forms and composition)
상기 태양공작물의 외장골조를 형성하는 포털프레임의 지붕보와 기둥, 지붕파샤, 보강보나 도리, 그리고 태양가대를 형성하는 가대보와 가대파샤에 적용되는 장대형부재인 주부재의 외형에 관한 것으로, 주부재로서 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangle section)의 부재가 선호되고, ㅁ각관, ㄷ형강, C형강(C-Channel) 외 곡면형 단면형상을 갖는 LEB롤형재의 적용이 예시되며, 이 LEB롤형재 배면은 평면에 길이방향으로 오목한 홈이 파인 형상이고 이주부재 정면은 평면에 길이방향으로 볼록한 등이 돌출한 형상이다. 상기 주부재는 놓인 방향에 따라 수평의 요소는 수평재로, 경사의 요소는 경사재로, 그리고 연직의 요소는 연직재로 불린다.
상기 주부재에는 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangular section)의 부재가 선호되지만, 이에 한정하지 않고 장방형향단면이 아닌 다양한 단면형상과 그 조합도 주부재 간 연결의 편의성, 구조의 견고성 또는 비용의 효율성에 따라 차용된다.
X610: 장방형단면(Rectangular section)의 단면형상(Cross-sectional shape/profile)
612: 장변(Long side); 614: 단변(Short side)
X620: 직육면체형상(Rectangular prism shape)
622: 정면(Frontside face); 624: 배면(Backside face); 626: 상면(Upper side face); 628: 하면(Bottom side face)
X630: 배면을 이루는 직사각면의 형상(Backside face rectangular shape)
632: 상변(Upper side); 634: 전변(Front side); 636: 하변(Lower side); 638: 후변(Back side)
650: 주부재의 조합 및 형상
651: 한 겹 주부재(약칭 ‘단겹부재’); 652: 두 겹 주부재(약칭 ‘두겹부재’);
X660: 복합재쌍
662: 한 겹 복합재쌍(약칭 ‘단겹재쌍’); 664: 두 겹 복합재쌍(약칭 ‘두겹재쌍’)
670: 주부재가로대(Cross strut for main member: 약칭 ‘부재가로대’): ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture) 단겹 또는 두겹 부재가로대 평면형 또는 곡면형
671~675: 보가로대(Cross strut for roof beam); 676~679: 기둥가로대(Cross strut for column)
이 부재가로대와 상기 가대가로대는 유사한 형상으로 적용부위에 따라 그 크기를 달리하고 명칭이 부여된다.
680: 가새(Brace)
X690: 주부재 연결 고정수단
X692: 용접(Welding); 694: 직결나사(Self drilling screw); X696: 볼트-너트(Bolt nut fastener)
X700: (주부재)연결수단(Main member connection means)
상기 태양공작물에 적용되는 장대형부재인 상기 (주부재)연결수단과 이에 적용되는 간접체결수단인 판형브라켓에 관한 것으로 이는 입면브라켓, 평면브라켓 및 입체브라켓의 종류와 단일브라켓 또는 다중브라켓 형식으로 구분된다. 상기 입면브라켓은 주부재 배면에 밀착하여 고정되고 상기 입면브라켓은 주부재 상면 또는 하면에 밀착하여 고정되며, 상기 입체브라켓은 이들 입면브라켓과 평면브라켓이 병합되어 형성된다.
하기 <가대보-파샤>연결수단, <지붕보-파샤>연결수단, <주부재>접합연결수단, <보-보>중첩연결수단, <기둥-도리>연결수단, <기둥-보>연결수단, <가새>연결수단 및 <주부재>이음연결수단에 적용되는 각각의 판형브라켓으로서 하기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓, <주부재>접합브라켓, <보-보>브라켓, <기둥-도리>브라켓, <기둥-보>브라켓, <가새>브라켓 및 <주부재>이음브라켓은 동일한 참조부호를 사용한다. 예를 들어서 <보-보>중첩연결수단과 판형브라켓인 <보-보>브라켓은 동일한 참조부호 (740)으로 표시되고, 이 <보-보>브라켓을 구성하는 일련의 단일 또는 이중브라켓 형식의 요소에 참조번호 (741,742,743,...)으로 적용부위에 따라 구분하여 표시된다.
710: <가대보-파샤>연결수단(Rack beam-facia connection means)/<가대보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for rack beam-facia connection: 통칭 ‘<가대보-파샤>브라켓’)
711~: <가대보-파샤>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>입면브라켓’)
~719: <가대보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>평면브라켓’)
720: <지붕보-파샤>연결수단(Roof beam-facia connection means)/<지붕보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for roof beam-facia connection: 통칭 ‘<지붕보-파샤>브라켓’)
721~: <지붕보-파샤>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>입면브라켓’)
~729: <지붕보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>평면브라켓’)
730: <주부재>접합연결수단(Beam-beam junction connection means)/<주부재>접합연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam junction connection: 통칭 ‘<주부재>접합브라켓’)
731~: <주부재>접합연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합입면브라켓’)
~739: <주부재>접합연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합평면브라켓’)
상기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓과 <주부재>접합브라켓은 유사한 종류의 판형브라켓으로서 일차부재(가대파샤, 지붕파샤와 지붕보)의 중간부위 측면에 이차부재(가대보, 지붕보와 보강보) 일단을 붙여 간접체결하는 동일한 기능을 갖는다.
740: <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means)/<보-보>중첩연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam superposition connection: 통칭 ‘<보-보>브라켓’)
741~: <보-보>중첩연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입면브라켓’)
745,746: <보-보>중첩연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>평면브라켓’)
~749: <보-보>중첩연결판형입체브라켓(Cubical bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입체브라켓’)
750: <기둥-도리>연결수단(Column-purlin connection means)/<기둥-도리>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-purlin connection: 통칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)
751~: <기둥-도리>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-purlin connection: 약칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)
상기 <보-보>브라켓과 <기둥-도리>브라켓은 유사한 종류의 판형브라켓으로서 일차부재(지붕보와 기둥)의 중간부위 상면(또는 측면)에 이차부재(가대보와 도리)의 중간부위를 붙여 간접체결하는 동일한 기능을 갖는다.
760: <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)/<기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 통칭 ‘<기둥-보>브라켓’)
761~: <기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)
~769: <기둥-보>반브라켓(Plate type half bracket)
770: <가새>연결수단(Brace-column & brace-beam connection means)/<가새>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-column & brace-beam connection: 통칭 ‘<가새>브라켓’)
771~: <가새-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-beam connection: 약칭 ‘<가새-보>브라켓’)
~779: <가새-기둥>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-column connection: 약칭 ‘<가새-기둥>브라켓’)
상기 <기둥-보>브라켓과 <가새>브라켓은 유사한 종류의 판형브라켓으로서 일차부재(지붕보와 기둥)의 중간부위 하면(또는 측면)에 이차부재(기둥과 가새)의 일단을 붙여 간접체결하는 동일한 기능을 갖는다.
780: <주부재>이음연결수단(Beam-beam joint connection means)/<주부재>이음연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam joint connection: 통칭 ‘<주부재>이음브라켓’)
781~785: <주부재>이음연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음입면브라켓’)
~789: <주부재>이음연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음평면브라켓’)
상기 <주부재>이음브라켓은 길이방향으로 주부재의 길이를 확장하거나 수평재와 경사재를 연결하여 혼합재를 형성하고, 주부재 장방형단면의 장변 또는 단변을 축으로 반직선 형태로 두 주부재를 연결하는 데 적용된다.
790: <통합>연결수단(Combined connection means)/<통합>연결판형브라켓(Plate type bracket for combined connection: 통칭 ‘<통합>브라켓’)
791~795: <통합>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>입면브라켓’)
~799: <통합>연결판형평면브라켓(Plane bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>평면브라켓’)
다수의 상기 (주부재)연결수단이 인접하여 위치할 경우 관련 연결수단을 하기 <통합>연결수단(790)으로 병합하고, 판형브라켓을 적용하여 <통합>브라켓(790)와 같이 동일한 참조부호를 부여하여 표시된다.
X800: 판형브라켓 형상(Feature of plate brackets)
X810: (판형브라켓) 외양(Shape)
811: 둥근모서리; 812: 경사변(Hypotenuse)
814~: 중첩면(겹친면); 815: 차용면
820: 접촉점, 접촉선(Contact line) 및 종단선(End line)
821~: 접촉점(Contact point 또는 기준점)
822~: 수평접촉선(Horizontal contact line)
824~: 수직접촉선(Perpendicular contact line)
826~: 입면과 평면의 접촉선
~829: 종단선(End line)
850: 접촉각(Contact angle)/면각(Facial angle)
851~: 예각(Acute contact angle); ~859: 둔각(Obtuse contact angle)
[판형브라켓의 주부재 부착부위]
X860: 주부재 접배면(Back contact plane)
861~: 일차부재 접배면; ~869: 이차부재 접배면
X870: 주부재 접평면(Contact plane)
871~: 접상면(Upper contact plane); ~879: 접하면(Lower contact plane)
[판형브라켓 다각면판의 형상]
X880: (주된)직사각면; 881~: 직사각면(Rectangular plane)
X890: (부가되는)삼각면(Additional triangular plane); 891~: 삼각면(Angular plane)/직삼각면(Right angular plane)/이등변삼각면/부채꼴(circular sector)
Claims (10)
- 건물옥상(Rooftop)과 같은 건설구조물 상부에 부가되거나 독립적으로 일정면적의 지표면(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설되는 태양에너지시스템(Solar energy system)으로서 태양가대(Solar rack)와 외장골조(Sheathing framework)를 포함하고,
상기 태양가대와 외장골조로 태양에너지수확을 위한 덮개(Covering plane)와 이 덮개 직하에 내부공간(Interior space)을 가지는 입체적 공작물(약칭 ‘태양공작물’)이 형성되고,
상기 태양가대는 다수의 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널’)을 포함하며 상기 외장골조의 외피면(Outer skin plane) 위에 고착되어 상기 덮개를 형성하며,
상기 외장골조의 외피면은 하나 이상의 다각평면(Polygon plane)과 기준선(Baseline)을 포함하고,
상기 외피면은 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮을 수 있도록 형성되며,
상기 다각평면은 수평면(Horizontal plane), 경사면(Tilted plane) 및 연직면(Vertical plane)을 포함하며,
상기 수평면과 경사면은 상기 외장골조의 지붕(Roof)을 형성하고,
상기 연직면은 상기 외장골조의 외벽(Exterior wall)을 형성하며,
상기 기준선은 상기 지붕 또는 외벽을 형성하는 상기 다각평면의 변이 되고, 입체적 상기 태양공작물의 모서리가 되며,
상기 태양가대는 복수의 가대보(Rack beam)를 포함하고,
상기 가대보가 상기 지붕을 형성하는 다각평면 위에 고착됨에 있어서,
상기 수평면에는 상기 가대보 2개로 된 한 쌍(A pair of 2 rack beams: 약칭 ‘가대보쌍‘)이 일정간격으로 평행되게 동서방향(East-west direction)으로 배치되며,
상기 가대보쌍은 남측의 남가대보(Southern rack beam)와 북측의 북가대보(Northern rack beam)를 포함하고,
상기 남가대보와 북가대보는 일정 간격으로 평행되게 놓이며,
상기 수평면 위 태양가대는 경사지지재(Inclined support member)를 더 포함하고,
상기 경사지지재는 수평의 밑변멤버와 미리 정해진 경사각을 이루는 경사변멤버를 포함하며,
상기 밑변멤버는 상기 남가대보와 북가대보 위에 평면상에서 가로질러 남북방향으로 고정되고,
상기 태양패널은 상기 경사변멤버 위에 상하좌우로 이어 붙여 설치되며,
상기 경사면에는 상기 복수의 가대보가 일정간격으로 평행되게 수평방향(Horizontal direction)으로 배치되고,
상기 가대보는 연속적인 하나 이상의 행(Row)으로 놓이며,
하나의 상기 행은 상단의 상가대보(Upper rack beam)와 하단의 하가대보(Lower rack beam)를 포함하고, 연속적인 복수의 행은 위행의 하가대보와 아래행의 상가대보의 동일역할을 하는 하나 이상의 중가대보(Middle rack beam)를 포함하며,
상기 상가대보와 하가대보 위에 상기 태양패널의 상하단을 각각 고정하고 수평(횡)방향으로 이어 붙이고, 상기 중가대보 위에 상기 위행의 태양패널 하단과 상기 아래행의 태양패널 상단을 각각 고정하고 상기 태양패널을 수직(종)방향으로 붙여 상기 경사면을 상하좌우로 덮게 되는 형태로 설치되며,
상기 외장골조는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)에 정착되는 다수의 포털프레임(Portal frame)을 포함하고,
상기 포털프레임은 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’), 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’) 및 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)을 포함하며,
이 들은 공통적으로 하나 이상의 기둥(Column)과 지붕보(Roof beam)를 포함하고,
상기 기둥은 연직재(Vertical member)로서 그 하부는 상기 바닥에 기둥정착수단으로 고정되며,
상기 지붕보는 각각 수평재(Horizontal member)인 수평(지붕)보(Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’), 경사재(Tilted member)인 경사(지붕)보(Tilted roof beam: 약칭 ‘사보’), 그리고 복수의 상기 수평재 및/또는 경사재를 연결한 혼합지붕보(Mixed roof beam: 약칭 ‘혼보’)를 포함하며,
상기 지붕보에서 그 양단을 포함하여 내측에 최소한 하나 이상의 부위가 상기 기둥 상단부위(Top part)와 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로 고정되고,
상기 포털프레임은 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)을 가로지르거나(Crossing the plane) 그 외곽을 따라(Along the boundary) 배열됨에 있어서,
상기 기둥은 상기 바닥의 외곽을 따라 정착되고,
상기 지붕보는 상기 외장골조 상부에 상기 다각평면이 형성되도록 배치되며,
이에 따라 상기 외피면과 이 외피면으로 둘러싸인 상기 내부공간을 갖는 상기 외장골조가 형성되고,
상기 태양가대의 가대보는 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 상기 포털프레임의 지붕보 위에 얹혀 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기)형식의 <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means)으로 고정되며,
이에 따라 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 다각평면의 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루고,
이에 더하여, 경사면 지붕의 가대보 위에는 직접적으로 태양패널이 부착되거나, 수평면 지붕의 가대보 위에는 ｛경사변멤버(Inclined side member)에 태양패널이 부착된｝ 경사지지재(Inclined support member)의 밑변멤버((Bottom side member)가 고정됨으로써 지붕에 걸리는 하중(Loads)에 대한 내하중구조(Load bearing structure)의 상기 태양공작물이 형성되며,
상기 <기둥-보>연결수단과 <보-보>중첩연결수단은 각각 용접(Welding), 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)에 의한 직접체결 또는 브라켓(Bracket)을 부가한 간접체결을 포함하고,
상기 기둥은 원통형기둥(Cylindrical column), 각관기둥(Square tube pillar), 트러스형기둥(Truss type column) 또는 상기 가대보나 지붕보에 적용되는 주부재(Main member)를 포함하고,
상기 주부재는 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangular section)을 갖는 장대형부재(Long span member)로 성형되며,
상기 태양패널은 결과적으로 적정한 방향의 적정한 경사각(북반구 지역의 경우 남향의 북위도 경사각 또는 남반구 지역의 경우 북향의 남위도 경사각 부근에서 정해진 값, 약칭 ‘적정한 향의 경사각’)으로 설치되는 것을 특징으로 하는 ‘외장 태양에너지시스템’. - 청구항 1에 있어서, 상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면의 상기 기준선은 수평으로 위치하고, 상기 경사면(Tilted plane)과 그 적용경사각은 하기 단계들을 포함하여 이루어지는 공정에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 ‘외장 태양에너지시스템’:
(1) 상기 돌출구조물(Protruding structure)을 덮는 다각평면의 지붕 모서리를 형성하는 하나 이상의 기준선을 포함하는 레이아웃(Layout)을 정하는 제1차단계;
(2) 상기 제1차단계에서 정한 기준선별로 이 기준선을 지나고 상기 돌출구조물에 방해받지 않는 다수의 하방 경사면을 예상하는 제2차단계;
(3) 상기 제2차단계 각각의 하방 경사면에 대하여, 상기 경사면 연직상방의 방위각(Azimuth)에서 상기 방위각에 따라 상기 태양공작물 입지의 위도에서 지구자전축기울기(Earth's obliquity)을 감한(Subtraction) 값과 가한(Addition) 값의 검색범위 내에서 0도 이상으로 상기 경사면의 최적경사각(Optimal tilt angle)을 추정하는 제3차단계;
(4) 상기 제3차단계의 추정 최적경사각에서 상기 태양공작물 입지의 지리적 좌표, 태양에너지자원, 태양에너지가격, 태양에너지시스템의 사양(형상, 용량과 성능)에 따른 단위 경사면에서 연간 총 태양에너지편익(태양광발전량 및/또는 태양열집열량에 의한 수익)을 계산하는 제4차단계;
(5) 상기 제3차단계의 검색범위 내에서 다른 다수의 추정 최적경사각을 상기 연간 총 태양에너지편익(: Solar energy benefit, 약칭 ‘태양편익’)을 계산하는 상기 제4차단계를 수차 적용하여 얻은 결과를 상호 비교분석하여 최대 태양편익을 찾는 알고리즘(Searching algorithm)을 통하여 상기 하방 경사면 각각의 최적경사각을 최종적으로 구하여 상기 적용경사각을 확정하는 제5차단계.
- 청구항 2에 있어서, 상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면은 복수의 건물 사이나 옥상 내 돌출구조물 또는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’) 내측으로 오목한(Concave) 부위를 가로질러 그 양변 또는 꼭짓점 사이를 연결하여 건물평면 밖으로 확장되고, 이에 더하여 상기 경사면의 최적경사각을 구하는 단계에서 하기 단계들을 포함한 알고리즘으로 이루어지는 공정에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 ‘외장 태양에너지시스템’:
(1) 독립변수인 경사각의 초기값을 추정하는 제1차단계;
(2) 상기 경사각으로 종속변수인 태양편익
,
와
을 구하는 제2차단계;
(3) 상기 제2차단계에서 구한 인접한 태양편익의 차이(미분)인와
을 구하는 제3차단계;
(4) 상기 제3차단계로부터 최적경사각에 근접한 값인을 구하는 제4차단계;
(5) 상기 제4차단계에서 새롭게 구한 경사각의 증분조건을 고려하여 하기 공정을 수행하는 제5차단계:
(a) 상기 증분조건이 충족될 경우 상기 최적경사각을으로 추정하여 이 공정을 마무리하는 제5.1차단계;
(b) 상기 증분조건이 충족되지 않을 경우와 같이 재설정하고 제2차단계부터 이 공정을 다시 수행하도록 하는 제5.2차단계.
- 청구항 1에 있어서, 상기 태양가대는 가대보파샤(Facia for rack beam: 약칭 ‘가대파샤’)를 더 포함하고,
상기 가대파샤는 상기 가대보와 유사한 주부재로서, 인접한 가대보 끝을 <가대보-파샤>연결수단(Rack beam-facia connection means)으로 고정하여 상기 태양가대를 평면적으로 일체화하며,
상기 외장골조는 지붕보파샤(Facia for roof beam: 약칭 ‘지붕파샤’), 보강보(Reinforcement beam), 가새(Brace) 또는 도리(Purlin)를 더 포함하고,
상기 지붕파샤는 상기 지붕보와 유사한 주부재로서, 인접한 지붕보 끝을 <지붕보-파샤>연결수단(Roof beam-facia connection means)으로 고정하며,
상기 보강보와 가새는 상기 지붕보 또는 기둥과 유사한 주부재로서, 상기 포털프레임의 지붕보와 지붕보 또는 지붕보와 기둥 사이를 플러시프레이밍(Flush framing: 접합하기) 형식으로 각각 <주부재>접합연결수단(Beam-beam junction connection means)과 <가새>연결수단(Brace-column & brace-beam connection means)으로 고정하고,
상기 도리는 상기 장대형부재인 주부재로서, 상기 포털프레임의 기둥 사이를 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기) 형식의 <기둥-도리>연결수단(Column-purlin connection means)으로 고정하며,
상기 가대파샤와 지붕파샤가 형성하는 상기 다각평면의 꼭짓점(Vertex/conner)과 상기 혼보프레임의 혼보는 <주부재>이음연결수단(Beam-beam joint connection means)으로 고정되며,
상기 <가대보-파샤>연결수단, <지붕보-파샤>연결수단, <주부재>접합연결수단, <가새>연결수단, <기둥-도리>연결수단과 <주부재>이음연결수단은 용접, 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결 또는 브라켓(Bracket)을 부가한 간접체결을 포함하는 것을 특징으로 하는 ‘외장 태양에너지시스템’. - 청구항 4에 있어서, 상기 주부재는 재료, 공정 및 형상과 관련한 하기의 특징을 포함하고,
상기 주부재의 재료는 금속, 합성수지 및 복합재료를 포함하며,
상기 주부재의 성형공정은 냉간 또는 열간 압연성형공정(Roll forming process), 압출성형공정(Extrusion process), 인발성형공정(Pultrusion process) 및 복합재료성형공정(Composite material manufacturing process)을 포함하고,
상기 주부재의 단면형상은 ㄷ형(Channels), ㅁ형, H형 및 I형을 포함하며,
상기 주부재는 단일한 상기 단면형상으로 형성되거나, 혼합된 상기 단면형상을 갖는 수평재, 경사재와 연직재를 포함하고,
상기 단면형상에 ㄱ형(Angles) 및 T형을 더 포함하고, 둘 이상의 상기 주부재를 용접(Welding)이나 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)로 병합하여 형성되는 복합적 부재를 포함하며,
상기 주부재의 끝(End)은 길이방향(Longitudinal direction)에 대하여 수직인 횡단면방향(Cross-sectional direction)으로 재단(Cutting)되고, 이는 길이방향(Longitudinal direction)으로 일정길이를 갖거나 일정한 부위에서 <주부재>이음연결수단(Main member joint connection means)으로 조립되어 하나의 장대형부재를 형성하며,
상기 일정한 부위를 기준으로 상기 주부재는 상기 다각평면 또는 상기 내부공간의 횡단면 상에서 직선(Straight line)으로 연결되거나, 반직선(Half-line)을 형성하여 일정 각도(180도 이하)의 코너(Conner)를 가지며,
상기 주부재는 장방형단면(Rectangular section)의 곡면형 단면형상을 더 포함하고,
상기 장방형단면은 한 장변과 두 단변을 포함하며,
상기 장변 측을 배면(Backside)으로 두고, 그 양측에 상기 단변이 직각으로 각각 돌출되도록 절곡되어 두 측면(Flanks)을 형성하고,
이에 따라 상기 장방형단면은 ㄷ형이 되며,
상기 두 단변 끝에는 각각 플랜지(Flange)와 마감(End)을 포함하고,
상기 플랜지는 상기 단변 끝에서 직각으로 장변과 평행되게 절곡되며,
이에 따라 상기 장방형단면은 다시 C형상(Channel)이 되고,
상기 마감은 상기 플랜지 끝에서 다시 직각으로 내측으로 절곡되어 정면(Frontal side)을 형성하며,
상기 장변, 단변, 플랜지와 마감 사이를 이루는 모서리는 일정 곡률반경을 가진 둥근 형상을 포함하고,
상기 장변은 내측으로 깊이가 다른 두 쌍의 볼록한 곡부(Convex)를 포함하며,
상기 곡부는 깊이가 작은 소곡부와 깊이가 큰 대곡부을 포함하고,
상기 소곡부와 대곡부는 일정 간격을 두고 상기 장변 끝에서 내측으로 각각 양측에 대칭적(Symmetrical)으로 형성되어 상기 장방형단면 내측으로 볼록한 곡면형 단면형상이 되는 것을 특징으로 하는 ‘외장 태양에너지시스템’. - 청구항 5에 있어서, 상기 <가대보-파샤>연결수단(Rack beam-facia connection means), <지붕보-파샤>연결수단(Beam-facia connection means), <주부재>접합연결수단(Beam-beam junction connection means), <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means), <기둥-도리>연결수단(Column-purlin connection means), <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means), <가새>연결수단(Brace-column & brace-beam connection means) 및 <주부재>이음연결수단(Main member joint connection means)은 각각 상응하는 두 주부재인 가대보와 가대파샤의 연결, 지붕보와 지붕파샤의 연결, 주부재와 주부재의 접합연결, 가대보와 지붕보의 중첩연결, 기둥과 도리의 연결, 기둥과 지붕보의 직접연결, 기둥과 지붕보 사이 가새연결 그리고 주부재와 주부재의 이음연결을 위한 수단으로 용접이나 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결을 포함하고,
상기 주부재의 연결에서 복수의 접합부위가 겹치거나 인접한 위치에 적용되는 연결수단은 <통합>연결수단을 포함하고,
상기 <통합>연결수단은 상기 연결수단(<가대보-파샤>, <지붕보-파샤>, <보-보>, <기둥-도리>, <기둥-보>, <가새> 및 <주부재> 관련) 가운데 적용되는 복수의 연결수단이 하나로 병합되며,
상기 연결수단을 통한 주부재 다수로 건설구조물의 평면을 형성하는 형식으로 플러시프레이밍(Flush framing: 접합하기)과 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기)을 들 수 있으며,
상기 플러시프레이밍은 주부재로 형성되는 평면이 동일한 높이로 유지되도록 하면서 다른 주부재를 고정하는 것이고,
상기 계층화프레이밍은 한 평면상의 주부재에 다른 주부재를 덧대어 다른 평면이 형성되는 것을 허용하면서 고정하는 것이며,
또한 연결수단을 통한 주부재 다수로 골조 자체를 형성하는 형식으로 플랫폼프레이밍(Platform Framing) 및 발룬프레이밍(Balloon framing)을 포함하며,
상기 플랫폼프레이밍은 한정된 길이의 주부재로 일정 높이 또는 길이의 골조를 형성하고 그 위나 옆에 다시 일정길이의 주부재를 이어 붙여 골조를 형성하는 것이며,
상기 발룬프레이밍은 장대형부재인 주부재 하나를 길게 적용하여 수평적 또는 수직적 골조를 형성하는 것이며,
이에 따라, 상기 플랫폼프레이밍은 주로 플러시프레이밍 형식이 적용되고, 상기 발룬프레이밍은 주로 계층화프레이밍 형식이 적용되며,
상기 건축구조물은 중구조(Heavy framing)와 경구조(Light framing)를 포함하고,
상기 중구조는 적은 수의 중량물 연직재인 기둥을 두는 목재프레이밍(Timber framing), 기둥건물프레이밍(Pole building framing) 및 중철프레이밍(Heavy-steel framing)을 포함하며,
상기 경구조는 경철프레이밍(Light-steel framing)을 포함하고 보다 많은 수의 경량물 연직재인 기둥을 두는 상기 발룬프레이밍 및/또는 플랫폼프레이밍이 적용되고,
상기 <가대보-파샤>연결수단, <지붕보-파샤>연결수단, <주부재>접합연결수단 및 <주부재>이음연결수단에는 상기 플러시프레이밍형식이 적용되고,
상기 <보-보>중첩연결수단과 <기둥-도리>연결수단에는 상기 계층화프레이밍 형식이 적용되며,
또한 <기둥-보>연결수단과 <가새>연결수단에는 플랫폼프레이밍 형식이나 발룬프레이밍 형식 모두가 적용되고,
상기 <주부재>이음연결수단은 주부재를 길이방향으로 직선(Straight line) 또는 사선｛Ray 또는 반직선(Half-line)｝으로 고정하는 것으로 골조의 조립을 위한 플랫폼프레이밍 및 발룬프레이밍의 형식이 적용되며,
상기 사선의 경우 하나의 꼭짓점(Vertex)을 가지는 코너(Conner)를 형성하고,
상기 연결수단 모두는 두 주부재의 연결부위에 브라켓을 부가하여 용접(Welding)이나 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)에 의한 간접체결을 더 포함하고,
상기 브라켓은 상기 주부재의 연결부위에 부착되는 형상으로 형성되고,
상기 연결부위는 주부재 간 접촉 지점의 어느 한 면을 포함하고,
상기 브라켓의 형성수단은 주조(Casting processing), 프레스가공(Press processing), 판금가공(sheet metal processing) 및 복합재가공(Composite material processing)을 포함하고,
상기 판금가공은 절단(Shearing), 절곡(Bending) 및 용접(Welding)의 성형수단(Forming means)을 포함하고
상기 브라켓은 한 장의 판으로 형성되는 판형브라켓(Plate type bracket)을 포함하고, 상기 판금가공에 의하여 단일브라켓(Single bracket), 다중브라켓(Multiple bracket) 및 병합브라켓(Combined bracket)의 형식을 포함하며,
상기 단일브라켓은 하나(One piece)로 형성되어 상기 연결부위 한 지점에 적용되고,
상기 다중브라켓은 둘 이상(More than and equal to two pieces)으로 형성되어 상기 연결부위 한 지점에 함께 적용되며,
상기 병합브라켓은 인접한 상기 연결부위가 둘 이상이거나 연결부위를 지나는 주부재가 셋 이상인 지점에 이에 상응한 브라켓의 형상을 병합하여 단일브라켓 또는 다중브라켓(Multiple bracket)의 형식을 선택하여 상기 연결부위에 일체로 적용되고,
상기 판형브라켓은 상기 연결부위의 형상에 따라 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡(Bending)하여 형성하고 상기 주부재의 간접체결에 적용되며,
상기 판형브라켓은 장방형단면 형상의 주부재 측면인 배면(일반적으로 상기 장방형단면의 장변을 포함하는 평면)에 붙여 고정하는 입면브라켓과 주부재 위 또는 아래의 상면 또는 하면(일반적으로 상기 장방형단면의 단변을 포함하는 평면)에 붙여 고정하는 평면브라켓을 포함하고,
상기 입면브라켓은 상기 외장골조의 외피면을 형성하는 다각평면에 대하여 수직 또는 연직 방향으로, 그리고 상기 평면브라켓은 상기 다각평면과 평행된 방향으로 부착하여 적용되며,
상기 연결수단 모두는 상기 입면브라켓을 기본적으로 포함하지만, 상기 <기둥-보>연결수단과 <기둥-도리>연결수단을 제외한 상기 다각평면과 평행된 부위에 적용되는 나머지 연결수단은 평면브라켓을 더 포함하고,
상기 입면브라켓과 평면브라켓은 두 형식을 함께 또는 둘 중에 하나를 선택적으로 적용하며,
상기 판형브라켓의 형상요소로 접촉점(Contact point), 접촉선(Contact line), 종단선(End line), 접촉각(Contact angle) 및 접촉판(Contact plate)을 포함하고,
상기 접촉판은 주부재의 접촉부위와 접하는 면과 이 면이 확장되어 하나의 평면(Plane)으로서 접촉면을 형성하고,
상기 접촉면은 삼각면(Triangular plane), 이등변삼각면(Isosceles triangular plane) 및 직사각면(Rectangular plane)의 형상요소를 포함하며,
상기 접촉면이 접하는 주부재 표면은 접촉부위의 위치에 따라 접배면(Back contact plane), 접상면(Upper contact plane)과 접하면(Lower contact plane)으로 구분되며,
상기 접배면은 주부재 배면 폭 길이의 한 변(일반적으로, 주부재 장방형단면의 장변으로 된 종단선)과 이에 상응하는 일정길이의 다른 변으로 구성되는 직사각면이 되고, 접상면(또는 접하면)은 각각 주부재 상면(또는 하면) 폭 길이의 한 변(일반적으로, 주부재 장방형단면의 단변으로 된 종단선)과 이에 상응하는 일정길이의 다른 변으로 구성되는 직사각면이 되며,
상기 접촉점은 두 주부재의 접촉면이 교차하는 점이고,
상기 접촉선은 두 주부재의 접촉면이 교차하는 직선축으로 수직접촉선(Perpendicular contact line)과 수평접촉선(Horizontal contact line)으로 구분되고,
상기 수직접촉선은 기둥의 길이방향이나 상기 다각평면과 수직방향으로, 그리고 수평접촉선은 상기 다각평면과 평행방향으로 정해지며,
상기 종단선은 주부재 일단의 상기 접촉면 끝에 형성되는 선으로서 상기 접촉점을 포함하고 상기 접촉선과 공유되기도 하며,
상기 접촉각은 두 주부재의 접촉면이 교차하는면각으로 상기 접촉선을 모서리로 하여 형성되거나, 상기 접촉점을 꼭짓점으로 하고 두 주부재 끝의 각 종단선 사이의 각도로 형성되며, 한 측의 예각(Acute contact angle)과 다른 측의 둔각(Obtuse contact angle)으로 구성되며,
상기 평면브라켓은 상기 접촉선을 중심에 두고 주부재의 상면(또는 하면)을 덮는 직사각면의 상기 접상면(또는 접하면)을 형성하며 외곽 꼭짓점을 연결하여 경사변을 갖는 삼각면(Triangular plane) 또는 직삼각면(Right angular plane)이 부가되고,
상기 입면브라켓은 상기 접촉선을 기준으로 일정길이로 주부재의 측면을 덮는 직사각면의 상기 접배면을 형성하며 돌출된 접배면 상에서 경사변을 갖는 직삼각면이 부가되며,
상기 입면브라켓에 적용되는 절곡은 곡률반경을 갖는 둥근모서리가 되는 것을 포함하고,
상기 입면브라켓은 상기 예각 또는 둔각의 접촉각을 기준으로 각각 형성한 단일브라켓의 형식으로 형성되어 그 중 하나를 적용하거나, 그 둘을 겹쳐 이중브라켓의 방식으로 적용하며,
이에 따라 주부재의 연결부위에 적용되는, 상기 <가대보-파샤>연결수단은 <가대보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for rack beam-facia connection: 통칭 ‘<가대보-파샤>브라켓)을 포함하고, 이는 <가대보-파샤>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>입면브라켓)과 <가대보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for rack beam-facia connection: 약칭 ‘<가대보-파샤>평면브라켓)을 포함하며,
상기 <지붕보-파샤>연결수단은 <지붕보-파샤>연결판형브라켓(Plate type bracket for roof beam-facia connection: 통칭 ‘<지붕보-파샤>입면브라켓)을 포함하고, 이는 <지붕보-파샤>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>입면브라켓)과 <지붕보-파샤>연결판형평면브라켓(Plane bracket for roof beam-facia connection: 약칭 ‘<지붕보-파샤>평면브라켓)을 포함하며,
상기 <주부재>접합연결수단은 <주부재>접합연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam junction connection: 통칭 ‘<주부재>접합브라켓’)을 포함하고, 이는 <주부재>접합연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합입면브라켓’)과 <주부재>접합연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam junction connection: 약칭 ‘<주부재>접합평면브라켓’)을 포함하며,
상기 <보-보>중첩연결수단은 <보-보>중첩연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam superposition connection: 통칭 ‘<보-보>입면브라켓’)을 포함하고, 이는 <보-보>중첩연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>입면브라켓’)과 <보-보>중첩연결판형평면브라켓(Plane bracket for beam-beam superposition connection: 약칭 ‘<보-보>평면브라켓’)을 포함하고,
상기 <기둥-도리>연결수단은 <기둥-도리>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-purlin connection: 약칭 ‘<기둥-도리>브라켓’)을 포함하고,
상기 <기둥-보>연결수단은 <기둥-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for column-beam connection: 약칭 ‘<기둥-보>브라켓’)을 포함하며,
상기 <가새>연결수단은 <가새>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace connection: 통칭 ‘<가새>브라켓’)을 포함하고, 이는 <가새-보>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-beam connection: 약칭 ‘<가새-보>브라켓’)과 <가새-기둥>연결판형브라켓(Plate type bracket for brace-column connection: 약칭 ‘<가새-기둥>브라켓’)을 포함하며,
상기 <주부재>이음연결수단은 <주부재>이음연결판형브라켓(Plate type bracket for beam-beam joint connection: 통칭 ‘<주부재>이음브라켓’)을 포함하고, 이는 <주부재>이음연결판형입면브라켓(Elevation bracket for beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음입면브라켓’)과 <주부재>이음연결판형평면브라켓(Plane bracket for Beam-beam joint connection: 약칭 ‘<주부재>이음평면브라켓’)을 포함하며,
상기 <통합>연결수단은 <통합>연결판형브라켓(Plate type bracket for combined connection: 통칭 ‘<통합>브라켓’)을 포함하고, 이는 <통합>연결판형입면브라켓(Elevation bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>입면브라켓’)과 <통합>연결판형평면브라켓(Plane bracket for combined connection: 약칭 ‘<통합>평면브라켓’)을 포함하고,
상기 <가대보-파샤>브라켓은 상기 플러시프레이밍 방식으로 일차부재인 가대파샤의 한 중간부위에 이차부재인 가대보 끝(End)의 연결에 적용되는 것으로,
상기 <가대보-파샤>입면브라켓은 상기 접촉선을 경계로 절곡되어 붙어 있는 두 직사각면을 포함하고, 하나(약칭 ‘일차사각면’)는 일차부재 한 측 배면에, 다른 하나(약칭 ‘이차사각면’)는 이차부재의 끝 배면에 상기 종단선을 포함하여 각각 형성되고,
상기 접촉선(상기 이차사각면의 종단선과 공유)을 기준으로 상기 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되며,
상기 두 단일브라켓은 상기 일차사각면을 같은 평면에 두고 다른 상기 이차사각면을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성되고,
또한, 상기 <가대보-파샤>평면브라켓은 상기 일차부재와 이차부재의 접촉부위 접상면 내 직사각면을 포함하고, 이들 직사각면의 외곽 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 형성되고,
상기 <지붕보-파샤>브라켓은 상기 플러시프레이밍 방식으로 일차부재인 지붕파샤의 한 중간부위에 이차부재인 지붕보 끝의 연결에 적용되는 것으로,
상기 <지붕보-파샤>입면브라켓은 상기 접촉선을 경계로 절곡되어 붙어 있는 두 직사각면을 포함하고, 하나(약칭 ‘일차사각면’)는 일차부재 한 측 배면에, 다른 하나(약칭 ‘이차사각면’)는 이차부재의 끝 배면에 상기 종단선을 포함하여 각각 형성되고,
상기 접촉선(상기 이차사각면의 종단선과 공유)을 기준으로 상기 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되며,
상기 두 단일브라켓은 상기 일차사각면을 같은 평면에 두고 다른 상기 이차사각면을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성되고,
또한, 상기 <지붕보-파샤>평면브라켓은 상기 일차부재와 이차부재의 접촉부위 접하면 내 직사각면을 포함하고, 이들 직사각면의 외곽 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 형성되고,
상기 <주부재>접합브라켓은 상기 플러시프레이밍 방식으로 일차부재인 지붕보의 한 중간부위에 이차부재인 보강보 끝의 연결에 적용되는 것으로,
상기 <주부재>접합입면브라켓은 상기 접촉선을 경계로 절곡되어 붙어 있는 두 직사각면을 포함하고, 하나(약칭 ‘일차사각면’)는 일차부재 한 측 배면에, 다른 하나(약칭 ‘이차사각면’)는 이차부재의 끝 배면에 상기 종단선을 포함하여 각각 형성되고,
상기 접촉선(상기 이차사각면의 종단선과 공유)을 기준으로 상기 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되며,
상기 두 단일브라켓은 상기 일차사각면을 같은 평면에 두고 다른 상기 이차사각면을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성된다.
또한, 상기 <주부재>접합평면브라켓은 상기 일차부재와 이차부재의 접촉부위 접상면과 접하면 내 각각의 직사각면을 포함하고, 이들 직사각면의 외곽 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 형성되고,
상기 가대파샤가 지붕파샤, 지붕보 또는 보강보 위에 겹쳐 일렬로 놓인 일체화 구조의 통합파샤에서 가대보(또는 지붕보)의 연결을 위한 상기 <가대보-파샤>입면브라켓(또는 <지붕보-파샤>입면브라켓)은 단일브라켓과 이중브라켓의 형식을 포함하며,
상기 단일브라켓으로서 상기 일차사각면은 상기 가대파샤(또한 지붕파샤)의 접촉부위 상하 상기 통합파샤 두 배면을 포함하여 가대보의 경우 아래로(또한 지붕보의 경우 위로) 확장되어 형성되고,
상기 이차사각면은 상기 확장된 일차사각면의 상기 접촉선을 지나는 꼭짓점과 상기 접촉선(또는 상기 이차사각면의 종단선)에서 떨어진 쪽(Far side)의 상기 이차사각면의 한 꼭짓점이 연결된 경사변을 포함하는 직삼각면이 부가되어 형성되며,
상기 두 단일브라켓형식의 <가대보-파샤>입면브라켓(또는 <지붕보-파샤>입면브라켓)은 둘 중 하나를 적용하거나 또는 둘 모두를 상기와 같은 방식으로 병합하여 상기 이중브라켓 형식으로 적용되고,
상기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓 및 <주부재>접합브라켓은 모두 입면브라켓과 평면브라켓을 함께 또는 두 형식 중 하나를 선택적으로 적용하여 주부재의 연결부위를 고정하며,
상기 <보-보>브라켓은 상기 계층화프레이밍 방식으로 지붕보 등으로 된 일차부재 위에 가대보 등으로 된 이차부재를 교차하여 얹은 어느 한 접촉부위에서의 연결에 적용되는 것으로,
상기 <보-보>입면브라켓은 상기 일차부재 배면에 상기 접촉점을 중심에 두고 양측으로 확장된 하나의 (긴)직사각면(약칭 ‘일차사각면’)을 포함하고,
상기 접촉점을 기준으로 한 측으로 확장된 상기 이차부재 한 측 배면에 다른 (짧은)직사각면(약칭 ‘이차사각면’)을 포함하며,
상기 접촉점을 지나고 일차사각면을 양분하는 접촉선에 존재하는 이차사각면의 꼭짓점부터 인근의 일차사각면의 꼭짓점까지 연결되어 경사변이 포함되는 직삼각면이 상기 일차사각면에 부가되어 다각평면이 되고,
상기 접촉선을 기준으로 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되며,
상기 예각 및 둔각으로 절곡된 각각의 두 단일브라켓은 상기 다각평면을 이중으로 겹치고, 이차사각면을 같은 평면에 두어 이중브라켓이 형성되며,
또한, 상기 <보-보>평면브라켓은 일차부재와 이차부재가 접하는 평면에 위치하고,
이는 상기 접촉선을 기준으로 양측으로 일차부재의 상면과 이차부재의 하면에 각각 직사각면을 형성하고 인접한 꼭짓점을 연결한 경사변을 포함하는 삼각면이 부가되어 완성되며,
상기 <보-보>입면브라켓과 <보-보>평면브라켓은 두 주부재의 한 접촉부위에서 둘 중에 하나를 선택적으로 사용하게 되고,
그리고 상기 <보-보>입체브라켓은 상기 접촉선을 중심축으로 두고 평면상에서 접촉점을 기준으로 점대칭(Point symmetry, 180도 회전)을 이루는 다중브라켓(이중브라켓)의 형식을 포함하고,
상기 일차부재와 이차부재 배면에 상기 접촉선을 중심으로 양측으로 확장된 각각의 직사각면(약칭 각각 ‘일차사각면’과 ‘이차사각면’)을 각각 두 겹으로 형성하며,
상기 일차부재의 상면(즉, 이차부재의 하면)에 상기 접촉점을 중심으로 상기 점대칭의 예각(또는 둔각)의 접촉각을 갖는 부채꼴 다각평면(약칭 ‘부채평면’)이 각각 병합되어 다중브라켓(이중브라켓) 형식의 두개의 판형브라켓으로 형성되고,
상기 <보-보>평면브라켓 외형의 평면에서 상기 접촉점을 꼭짓점으로 하고 상기 접촉점에서 밖으로 확장되는 상기 일차사각면의 상변과 이차사각면의 하변으로 상기 꼭짓점을 공유하는 두 변과 상기 꼭지점에 대향하는 원호 형태의 다각변으로 상기 부채평면이 형성되며,
이 부채평면을 중앙에 두고 상기 일차사각면과 이차사각면이 한 평면으로 펼쳐 공유되는 면에서 상기 접촉점을 지나는 직선을 기준으로 양분하여 상기 일차사각면과 이차사각면은 각각 다각평면으로 변형되고 상기 일차사각면의 상변과 이차사각면의 하변을 기준으로 각각 절곡되어 이 <보-보>입체브라켓이 완성되며,
입면브라켓의 형식으로 된 상기 <기둥-도리>브라켓은 상기 계층화프레이밍 방식으로 연직재인 기둥 등의 일차부재 옆구리(Frank: 장방형단면의 단변을 포함하는 평면)에 수평재인 도리 등의 이차부재 배면을 직각으로 붙여 어느 한 접촉부위에서의 연결에 적용되는 것으로,
상기 연직재와 수평재의 배면이 만나는 상기 접촉선을 기준으로 두 직사각면(Rectangular plane)을 포함하고, 하나는 일차부재 한 측 배면에 (약칭 ‘일차사각면’), 다른 하나는 이차부재의 한 측 배면에 (약칭 ‘이차사각면’) 각각 형성되며,
상기 일차사각면은 일차부재의 폭을 가로변으로 하고 일정길이의 세로변으로 형성되고,
상기 이차사각면은 이차부재의 폭을 세로변으로 하고 일정길이의 가로변으로 형성되며,
상기 일차사각면의 두 가로변은 일정 길이로 더 확장되고, 상기 접촉선 양측에서 인접한 일차사각면과 이차사각면의 두 꼭짓점을 연결하여 형성되는 경사변을 갖는 두 삼각면이 이차사각면에 부가되며,
상기 접촉선을 기준으로 일차사각면과 이차사각면이 상기 접촉각 가운데 예각 또는 둔각으로 절곡되어 단일브라켓이 형성되고,
두 상기 단일브라켓은 상기 일차사각면을 이중으로 겹치고 상기 이차사각면을 같은 평면에 두고 이중브라켓을 형성하며,
상기 <기둥-보>브라켓은 입면브라켓의 형식으로 형성되어 수평재 또는 경사재인 지붕보의 어느 한 부위를 연직재인 기둥으로 받쳐 연결하는 데 적용되는 것으로,
상기 기둥의 배면을 위로 연장하여 상기 지붕보 배면과 만나는 접촉점 또는 접촉선을 기준으로 기둥의 폭을 한 변(상기 판형브라켓의 형상요소인 종단선)으로 하고, 이 기둥의 끝으로부터 일정거리를 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘기둥사각면’)을 상기 기둥의 배면에 형성하고, 보의 폭을 한 변으로 하고, 상기 기둥의 배면과 상기 접촉선과 만나는 양단 또는 일단의 지점으로부터 바깥으로 일정거리 확장된 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘보사각면’)을 상기 지붕보의 배면에 형성하며,
상기 기둥사각면과 보사각면을 붙여서 상기 접촉점을 한 꼭짓점으로 하고 기둥의 배변을 위로 연장하여 생기는 직삼각면(약칭 ‘기둥삼각면’)을 부가하고, 보사각면 하단 꼭짓점으로부터 기둥의 배면 양측 또는 일측에 이등변삼각면을 더 부가하여 단일브라켓이 완성되며, 이 단일브라켓을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성되고,
상기 기둥사각면과 이에 부가되는 상기 기둥삼각면과 두 이등변삼각면은 한 평면을 형성하고, 이 평면은 상기 보사각면과 같은 평면 또는 일정한 접촉각을 형성하며,
상기 <가새>브라켓은 상기 <기둥-보>브라켓에 적용된 입면브라켓의 형식으로 형성되어 수평재 또는 경사재인 지붕보와 연직재인 기둥의 연결부위를 삼각형(Triangle)의 한 꼭짓점으로 두고 맞은편의 한 변으로 경사재인 가새(Brace)를 지지멤버로 하여 그 양단의 한 끝을 지붕보에, 그리고 다른 끝은 기둥에 붙여 고정함에 있어서 상기 삼각형의 나머지 두 꼭짓점 지지수단에 적용되는 것으로,
상기 <가새-보>브라켓(또한 <가새-기둥>브라켓)은 상기 가새와 지붕보(또한 기둥) 두 배면이 만나는 접촉점 또는 접촉선을 기준으로 가새의 폭을 한 변(상기 판형브라켓의 형상요소인 종단선)으로 하고, 상기 가새의 양단에 끝으로부터 일정거리를 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘가새사각면’)을 상기 가새의 배면에 형성하며, 그리고 보(또한 기둥)의 폭을 한 변으로 하고, 상기 가새 양단의 배면을 길이방향으로 연장하여 상기 접촉선과 만나는 두 지점으로부터 바깥으로 일정거리 확장된 다른 한 변으로 하는 직사각면(약칭 ‘보사각면’ 또한 약칭 ‘기둥사각면’)을 상기 지붕보(또한 기둥)의 배면에 형성하여,
상기 가새사각면과 보사각면(또한 기둥사각면)을 붙여서 상기 접촉점을 한 꼭짓점으로 하고 가새의 배변을 위(또한 아래)로 연장하여 생기는 삼각면(약칭 ‘가새삼각면’)을 부가하고, 가새와 접하는 측의 보사각면(또한 기둥사각면) 양 꼭짓점으로부터 가새의 배면에 이등변삼각면을 더 부가하여 단일브라켓이 완성되며, 이 단일브라켓을 이중으로 겹쳐 이중브라켓이 형성되고,
상기 가새사각면과 이에 부가되는 상기 가새삼각면과 두 개의 이등변삼각면은 한 평면을 형성하고, 이 평면은 상기 보사각면과 같은 평면 또는 일정한 접촉각을 형성하며,
상기 <주부재>이음브라켓은 주부재를 길이방향(Longitudinal direction)으로 직선(Straight line) 또는 사선｛Ray 또는 반직선(Half-line)｝으로 연결하여 간접체결로 고정하는 수단으로, 골조의 조립을 위한 플랫폼프레이밍 및 발룬프레이밍 등의 형식에 적용되고, 상기 사선의 경우 하나의 꼭짓점(Vertex)을 가지는 일정 각도(180도 이하)의 코너(Conner)를 형성하며, 상기 코너는 평면(약칭 ‘평면코너’), 입면(약칭 ‘입면코너’) 또는 두 평면(약칭 ‘입체코너’)에 걸쳐 형성되며,
상기 평면코너는 지붕을 형성하는 다각평면 가운데 한 평면 내 꼭짓점에서 상기 주부재의 평면적인 연결에 적용되고,
상기 입면코너는 상기 다각평면 가운데 수평면과 경사면이 만나는 모서리를 가로 지르는 연직 하방의 횡단면에서 상기 주부재의 연결에 적용되며,
상기 입체코너는 상기 다각평면 가운데 수평면과 경사면이 만나는 모서리 끝의 꼭짓점에서 상기 주부재의 입체적 연결에 적용되며,
상기 <주부재>이음입면브라켓은 상기 접촉점 또는 접촉선을 기준으로 양측에 두 직사각면(Rectangular plane)을 포함하며, 하나는 일차부재 한 측 배면에 (약칭 ‘일차사각면’), 다른 하나는 이차부재의 한 측 배면에 (약칭 ‘이차사각면’) 각각 형성되며,
상기 일차사각면과 이차사각면 각각은 주부재의 폭을 한 변(상기 판형브라켓의 형상요소인 종단선)으로 하고 일정길이의 다른 변으로 형성되고,
상기 일차사각면과 이차사각면의 사이에는 상기 접촉각이 형성되고, 상기 일차사각면과 이차사각면 양측의 변이 겹쳐 상기 접촉선이 형성되거나,
양측의 꼭짓점이 한 점에서 만나게 되어 상기 접촉점을 형성하고 이 접촉점을 기준으로 양측의 종단선과 그 끝 각각의 꼭짓점을 연결한 삼각면이 부가되며,
또한, 상기 <주부재>이음평면브라켓은 상기 평면코너를 형성하는 가대파샤의 상면 및/또는 지붕파샤의 하면에 각각 적용되고, 이는 가대파샤(또는 지붕파샤) 두 주부재 연결부위의 상면(또는 하면)을 덮고, 한 변은 상기 상면(또는 하면)의 폭이 되며 다른 변은 일정길이를 갖는 두 직사각면을 형성하여 한 평면을 형성하고 외곽 꼭짓점을 연결하여 경사변을 갖는 삼각면이 부가되어 하나의 판형브라켓으로 완성되고,
상기 <가대보-파샤>브라켓, <지붕보-파샤>브라켓, <주부재>접합브라켓, <보-보>브라켓, <기둥-도리>브라켓, <기둥-보>브라켓 및 <주부재>이음브라켓 가운데 둘 이상의 판형브라켓이 인접하여 겹치는 입면이나 평면(약칭 ‘중첩면’)을 포함한 합집합(Union) 형상으로 재단하여 전술한 병합브라켓의 방식으로 상기 단일브라켓 또는 둘 이상의 다중브라켓으로 형성하여 상기 연결부위에 일체로 적용되는 것을 특징으로 하는 ‘외장 태양에너지시스템’. - 청구항 6에 있어서, 상기 가대보, 가대파샤, 지붕보, 지붕파샤, 기둥, 보강보, 도리 및 가새는 각각 적용된 주부재와 유사하거나 동일한 주부재를 하나 더 포함하고,
상기 한 겹의 주부재(약칭 ‘단겹부재’) 둘의 배면을 맞대어 용접, 직결나사 또는 볼트-너트에 의한 직접체결로 일체화 고정하여 하나의 두 겹 장대형부재(약칭 ‘두겹부재’)를 형성하며,
상기 단겹부재 또는 두겹부재로 된 가대보쌍 사이에 가대보가로대(Cross strut for rack beam: 약칭 ‘가대가로대’)를 포함하고,
상기 가대가로대는 ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture)로서 일정길이를 갖는 평판의 양단이 같은 방향으로 직각으로 절곡되어 양단의 접합부가 형성되고, 그 하나 또는 한 쌍으로 상기 가대보쌍 사이를 수직으로 상기 접합부가 체결수단으로 고정되며,
상기 한 쌍의 가대가로대는 두 가대가로대의 각각의 배면이 맞대어 고정되어 형성되고,
상기 단겹부재 또는 두겹부재를 하나 더 포함하여 평행되게 두고 쌍(Pair)으로 복합구조의 장대형부재로 된 주부재(약칭 ‘복합재쌍’: 각각 ‘단겹재쌍’과 ’두겹재쌍‘)를 형성하며,
상기 포털프레임은 상기 복합재쌍으로 된 기둥과 지붕보을 포함하고,
상기 단겹재쌍 또는 두겹재쌍 사이에 주부재가로대(Cross strut for main member: 약칭 ‘부재가로대’)를 더 포함하며,
상기 부재가로대는 ㄷ 형상의 판형 고정쇠(Plate fixture)로서, 그 하나 또는 한 쌍으로 상기 복합재쌍 사이를 수직으로 직결 나사 등의 체결수단으로 연결하고,
상기 한 쌍의 부재가로대는 두 부재가로대의 각각의 배면을 맞대어 고정하여 형성되며,
이에 따라, 상기 가대가로대가 포함된 가대보쌍과 상기 부재가로대가 포함된 포털프레임은 비렌딜트러스(Vierendeel Truss)로 형성됨으로써 내하중 구조물이 되는 것을 특징으로 하는 ‘외장 태양에너지시스템’. - 청구항 7에 있어서, 상기 태양공작물 덮개 상부에 통신중계기 및/또는 피뢰기를 포함하고,
상기 통신중계기와 피뢰기는 상기 덮개 상부에서 최소 그늘효과(Shadow effect)의 위치(북반구의 경우 최북측과 남반구의 경우 최남측)에 설치하며,
상기 외장골조의 외피면으로 형성되는 다각평면에 판형구조체(Sheet type structure)를 부가하여 고정하고,
상기 판형구조체는 투명재, 방수재, 단열재 및 내하중재를 포함하며, 이들은 상기 지붕보와 가대보 사이, 지붕보의 내측 또는 가대보 외측에 부착되어 상기 지붕을, 그리고 기둥 사이, 내 또는 외측에 부착되어 상기 외벽을 형성하고,
이에 따라 상기 지붕과 외벽은 채광, 비가림, 방수, 보온과 보냉, 그리고 안전구조의 기능이 부가되며,
상기 바닥 위에, 그리고 하나 이상의 수평면 및/또는 경사면을 포함하는 상기 지붕 직하에 형성되는 상기 내부공간은 구조물공간, 시설물공간과 나머지 잔여공간을 포함하고,
상기 구조물공간은 상기 대상체 내부에 돌출된 공간으로서 접근통로계단과 엘리베이터 기계실을 포함하며,
상기 시설물공간은 건물의 위생시설에서 요구하는 흡출기와 공조시설에서 요구하는 실외기가 차지하는 공간을 포함하고,
상기 흡출기가 차지하는 공간을 별도로 구획하여 외기와 접하는 독립적 공간(약칭 ‘흡출기공간’)을 형성하며,
상기 흡출기공간에는 흡출기 관련 보조수단과 환기문을 포함하고,
상기 보조수단은 환풍수단을 포함하고 상기 환기문은 외기의 여과와 출입을 허용하며,
상기 실외기가 차지하는 공간을 별도로 구획하여 외기와 접하는 독립적 공간(약칭 ‘실외기공간’)을 형성하며,
상기 실외기공간에는 실외기 관련 보조수단과 환기문을 포함하고,
상기 보조수단은 배기수단을 포함하고 상기 환기문은 외기의 여과와 출입을 허용하며,
상기 실외기가 차지하는 공간을 별도로 구획하여 외기와 접하는 독립적 공간(약칭 ‘실외기공간’)을 형성하고,
상기 실외기공간에는 상기 실외기 보조수단과 환기문을 포함하며,
상기 잔여공간은 상기 내부공간에서 상기 구조물공간과 시설물공간을 제외한 나머지 공간으로 정해지며, 이 공간은 기능적으로 대피공간, 주거공간, 근린생활시설 및/또는 옥상정원을 포함하고, 용도에 따라 전체 또는 분할되어 다수의 기능을 갖는 공간으로 형성되며,
상기 대피공간은 외기와 접하여 화재 등의 경우에 피난 용도로 사용되며, 출입구나 창문을 제외한 부분은 내화구조의 벽 및 천정으로 구획되고, 배연설비 또는 완충공간이나 제연 에어커튼을 구비하고,
상기 주거공간은 주거모듈로 형성되며, 상기 모듈은 접근통로 및 계단으로 연결되고,
상기 근린생활시설은 탁구장, 당구장, 휴게음식점, 마을회관, 마을공동작업소, 독서실, 공연장(극장, 영화관, 음악당, 비디오물감상실, 비디오물소극장 등)을 포함하며,
상기 옥상정원은 화초 및 분재 등의 온실, 작물 재배사, 종묘배양시설 및 양봉·곤충사육시설을 포함하고,
상기 태양공작물은 별도비트를 더 포함하여 상기 내부공간과 연결되고,
상기 별도비트에는 상하수도, 가스관, 전력선, 통신선 및 접지선을 포함하며, 이들은 상기 대상체와 독립적인 기능을 보유하는 것을 특징으로 하는 ‘외장 태양에너지시스템’. - 청구항 8에 있어서, 상기 태양공작물의 적용대상은 건설구조물인 건축구조물과 토목구조물을 포함하고,
상기 건축구조물과 관련하여 기성 건물의 지붕 위나 옥상과 같이 건물외부에 상기 태양공작물을 부가(약칭 ‘외부부가’)하거나, 상기 태양공작물로 건축구조물 자체를 건설(약칭 ‘자체건설’)하여 태양에너지빌딩(약칭 ‘태양빌딩‘)을 형성하는 것으로,
상기 외부부가는 상기 기성 건물의 평면적 전체 또는 일부의 지붕 위 또는 옥상에 상기 태양공작물을 형성하는 것이고,
상기 지붕의 형태로 박공지붕(Gable roof), 외쪽지붕(Shed), 멘사드(Mensard), 꺽인지붕(Gambrel), 평지붕(Flat), 버터플라이(Butterfly), 모임지붕(Hip) 및 복합지붕(Combination roof)을 포함하며,
상기 자체건설의 대상은 주거건물, 상가, 학교, 작업장, 공장, 창고, 축사, 재배사, 사육사, 양식장, 양어장 및 (반그늘)원예시설의 건축물을 포함하고,
상기 토목구조물과 관련하여 기존 또는 신설 토목구조물에 부가하여 설치되거나 일체화하여 건설되며,
상기 토목구조물은 주차장, 공원, 하천, 교량, 철도, 도로, 교차로, 보도, 하수처리장, 정수처리장, 선착장, 계류장, (기차역)플랫폼, 도로방음터널을 포함하고,
상기 토목구조물의 내·외부 또는 경계에 상기 포털프레임을 세워 회랑(Cloister)의 형태로 상기 태양공작물이 형성되며,
상기 건설구조물 외에 지상과 수상 및 늪지를 포함하는 지표면의 일정면적에 건설되는 상기 태양공작물은 단동형(Single building type), 연동형(Consecutive building type), 다층형(Multistory building type) 및 혼합형(Other construction mixed type)의 태양빌딩을 포함하고,
상기 단동형은 상기 일정면적 외곽에 기둥을 배치하는 형식이며,
상기 연동형은 상기 단동형을 바로 옆에 하나 이상을 더 붙여 건설하는 형식으로 상기 일정면적 내부에 한 줄 이상의 기둥을 포함하고,
상기 다층형은 상기 단동형이나 연동형 위에 외장골조가 더 형성되며,
상기 혼합형은 주어진 지표면의 형상에 따라 상기 단동형, 연동형 또는 다층형을 선택적으로 병합하여 태양공작물로 형성되는 것을 특징으로 하는 ‘외장 태양에너지시스템’. - 건물옥상(Rooftop) 위 또는 건설구조물 상부에 부가되거나 독립적으로 일정면적의 지표면(약칭 ‘대상체: Object body’)에 건설되는 태양에너지시스템(Solar energy system)으로서 태양가대(Solar rack)와 외장골조(Sheathing framework)를 포함하고,
상기 태양가대와 외장골조로 태양에너지수확을 위한 덮개(Covering plane)와 이 덮개 직하에 내부공간을 가지는 입체적 공작물(약칭 ‘태양공작물’)이 형성되고,
상기 태양가대는 다수의 태양에너지패널(Solar energy panel: 약칭 ‘태양패널’)을 포함하며 상기 외장골조의 외피면(Outer skin plane) 위에 고착되어 상기 덮개를 형성하며,
상기 외장골조의 외피면은 하나 이상의 다각평면(Polygon plane)과 기준선(Baseline)을 포함하고,
상기 외피면은 상기 대상체 내 돌출구조물(Protruding structure)을 덮을 수 있도록 형성되고,
상기 다각평면은 수평면(Horizontal plane), 경사면(Tilted plane) 및 연직면(Vertical plane)을 포함하며,
상기 수평면과 경사면은 상기 외장골조의 지붕(Roof)을 형성하고, 상기 연직면은 상기 외장골조의 외벽(Exterior wall)을 형성하며,
상기 기준선은 상기 지붕 또는 외벽을 형성하는 상기 다각평면의 변이 되고, 입체적 상기 태양공작물의 모서리가 되고,
상기 태양가대는 복수의 가대보(Rack beam)를 포함하며,
상기 가대보가 상기 지붕을 형성하는 다각평면 위에 고착됨에 있어서,
상기 수평면에는 상기 가대보 2개로 된 한 쌍(A pair of 2 rack beams: 약칭 ‘가대보쌍‘)이 일정간격으로 평행되게 동서방향(East-west direction)으로 배치되며,
상기 가대보쌍은 남측의 남가대보(Southern rack beam)와 북측의 북가대보(Northern rack beam)를 포함하고,
상기 남가대보와 북가대보는 일정 간격으로 평행되게 놓이며,
상기 수평면 위 태양가대는 경사지지재(Inclined support member)를 더 포함하고,
상기 경사지지재는 수평의 밑변멤버와 미리 정해진 경사각을 이루는 경사변멤버를 포함하며,
상기 밑변멤버는 상기 남가대보와 북가대보 위에 평면상에서 가로질러 남북방향으로 고정되고, 상기 태양패널은 상기 경사변멤버 위에 상하좌우로 이어 붙여 설치되며,
상기 경사면에는 상기 복수의 가대보가 일정간격으로 평행되게 수평방향(Horizontal direction)으로 배치되고,
상기 가대보는 연속적인 하나 이상의 행(Row)으로 놓이며,
하나의 상기 행은 상단의 상가대보(Upper rack beam)와 하단의 하가대보(Lower rack beam)를 포함하고, 연속적인 복수의 행은 위행의 하가대보와 아래행의 상가대보의 동일역할을 하는 하나 이상의 중가대보(Middle rack beam)를 포함하며,
상기 상가대보와 하가대보 위에 상기 태양패널의 상하단을 각각 고정하고 수평(횡)방향으로 이어 붙이고, 상기 중가대보 위에 상기 위행의 태양패널 하단과 상기 아래행의 태양패널 상단을 각각 고정하고 상기 태양패널을 수직(종)방향으로 붙여 상기 경사면을 상하좌우로 덮게 되는 형태로 설치되며,
상기 외장골조는 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’)에 정착되는 다수의 포털프레임(Portal frame)을 포함하고,
상기 포털프레임은 평보포털프레임(Portal frame of horizontal beam: 약칭 ‘평보프레임’), 사보포털프레임(Portal frame of tilted beam: 약칭 ‘사보프레임’) 및 혼보포털프레임(Portal frame of mixed beam: 약칭 ‘혼보프레임’)을 포함하며,
이 들은 공통적으로 하나 이상의 기둥(Column)과 지붕보(Roof beam)를 포함하고,
상기 기둥은 연직재(Vertical member)로서 그 하부는 상기 바닥에 기둥정착수단으로 고정되며,
상기 지붕보는 각각 수평재(Horizontal member)인 수평(지붕)보(Horizontal roof beam: 약칭 ‘평보’), 경사재(Tilted member)인 경사(지붕)보(Tilted roof beam: 약칭 ‘사보’), 그리고 복수의 상기 수평재 및/또는 경사재를 연결한 혼합지붕보(Mixed roof beam: 약칭 ‘혼보’)를 포함하며,
상기 지붕보에서 그 양단을 포함하여 내측에 최소한 하나 이상의 부위가 상기 기둥 상단부위(Top part)와 <기둥-보>연결수단(Column-beam connection means)으로 고정되고,
상기 포털프레임은 상기 대상체의 바닥면(약칭 ‘바닥’) 가로지르거나(Crossing the plane) 그 외곽을 따라(Along the boundary) 배열됨에 있어서,
상기 기둥은 상기 바닥의 외곽을 따라 정착되고,
상기 지붕보는 상기 외장골조 상부에 상기 다각평면이 형성되도록 배치되며,
이에 따라 상기 외피면과 이 외피면으로 둘러싸인 상기 내부공간을 갖는 상기 외장골조가 형성되고,
상기 태양가대의 가대보는 상기 외장골조의 지붕을 형성하는 상기 포털프레임의 지붕보 위에 얹혀 계층화프레이밍(Layered framing: 덧대기)형식의 <보-보>중첩연결수단(Beam-beam superposition connection means)으로 고정되며,
이에 따라 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 다각평면의 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루고,
이에 더하여, 경사면 지붕의 가대보 위에는 직접적으로 태양패널이 부착되거나, 수평면 지붕의 가대보 위에는 ｛경사변멤버(Inclined side member)에 태양패널이 부착된｝ 경사지지재(Inclined support member)의 밑변멤버((Bottom side member)가 고정됨으로써 지붕에 걸리는 하중(Loads)에 대한 내하중구조(Load bearing structure)의 상기 태양공작물이 형성되며,
상기 <기둥-보>연결수단과 <보-보>중첩연결수단은 각각 용접(Welding), 직결나사(self drilling screw) 또는 볼트-너트(Bolt nut fastener)에 의한 직접체결 또는 판형브라켓(Plate type bracket)을 부가한 간접체결을 포함하고,
상기 기둥은 원통형기둥(Cylindrical column), 각관기둥(Square tube pillar), 트러스형기둥(Truss type column) 또는 상기 가대보나 지붕보에 적용되는 주부재(Main member)를 포함하고,
상기 주부재는 압연성형공정(Roll forming process)에 의한 장방형단면(Rectangular section)을 갖는 장대형부재(Long span member)로 성형되며,
상기 태양패널은 결과적으로 적정한 방향의 적정한 경사각(북반구 지역의 경우 남향의 북위도 경사각 또는 남반구 지역의 경우 북향의 남위도 경사각 부근에서 정해진 값, 약칭 ‘적정한 향의 경사각’)으로 설치되는 것을 특징으로 하며, 하기 단계들을 포함하여 이루어지는 공정에 따라 건설되는 외장 태양에너지시스템의 건설방법:
(1) 상기 태양공작물을 건설하기 위하여 준비하는 공정에서 하기 단계를 포함하는 건설기획을 수행하는 제1차단계(약칭 ‘건설기획단계’):
(a) 상기 대상체의 입지방향을 고려하여 상기 태양패널이 적정한 향의 경사각이 되는 조건을 충족하도록 현장 수치지도(Digital map)와 GPS(Global Positioning System)을 활용하는 기초설계를 위한 공정으로,
1) 상기 바닥의 경계와 내부 돌출물을 측량하여 정하고, 상기 외장골조 외피면의 형태를 정하며, 상기 외피면의 형태는 상기 지붕을 형성하는 하나 이상의 수평면 또는 경사면의 다각평면을 포함하고, 상기 수평면과 경사면을 형성하는 상기 외장골조 지붕보 위에 가대보쌍이 얹혀 (계층화프레이밍 방식으로) 고정되도록 하고,
2) 상기 가대보쌍은 상기 수평면 위에서 동서방향으로, 그리고 상기 경사면 위에서 수평방향으로 배치되도록 하고, 이에 따라 상기 수평면 위 가대보쌍은 북반구에서 정남향(또는 남반구에서 정북향)으로, 그리고 상기 경사면은 입지에 따라 주어진 방향(약칭 ‘태양패널방향’)으로 정해지며,
3) 상기 수평면에 적용되는 가대보쌍 위에 설치되는 상기 경사지지재와 상기 경사면의 경사각(Tilt angle)은 주어진 상기 태양패널방향에 따라 적용지역의 위도에서 지구자전축기울기(Earth's obliquity)을 감한(Subtraction) 값과 가한(Addition) 값의 검색범위 내에서 연간 총 태양에너지편익(태양광발전량 및/또는 태양열집열량에 의한 수익)이 최대가 되는 0도 이상이 되도록 청구항 3항에 의한 최적경사각을 구하는 단계를 수행하고,
4) 상기 수평면에 적용되는 상기 가대보쌍 간 정남향(또는 정북향)으로의 간격은 전후의 태양패널이 미치는 그늘의 영향이 최소화 되도록 거리를 두고, 상기 경사면에 적용되는 상기 가대보쌍은 태양패널의 폭으로 배치되며, 상기 가대보와 지붕보로 형성되는 수평면 또는/및 경사면 지붕은 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루도록 상기 포털프레임이 배치되고, 상기 가대보와 지붕보 간 교차각도(Angle of intersection)의 예각이 30도 이하일 경우 보강보를 부가하여 지붕보와 같은 높이에서 플러시프레이밍(Flush framing) 형식으로 상기 포털프레임 사이를 고정하여 상기 가대보와 상기 보강보가 #형태의 래티스구조(Lattice structure)를 이루도록 하여,
5) 최종적으로 상기 포털프레임의 기둥이 상기 외곽범위 내에 적정하게 배치되도록 하는 상기 태양공작물의 레이아웃을 정하는 기초설계를 위한 제1.1차단계;
(b) 상기 포털프레임을 기둥정착수단으로 고정하기 위하여 대상체의 하중구조와 지표면 위 후보지점에 대한 지반상태에 대한 조사를 수행하는 제1.2차단계;
(c) 상기 하중구조 또는 지반상태 조사를 통하여 상기 기둥정착수단을 결정하며, 상기 결정이 곤란하거나 비효과적일 경우 상기 설계단계에서 상기 기둥을 재배치하여 외장 태양에너지시스템의 레이아웃을 확정하는 제1.3차단계;
(d) 상기 제1.3차단계에 따라 내재해 설계기준과 도로운송규정에 적합하도록 상기 태양공작물에 대한 상세설계를 완료하는 제1.4차단계;
(2) 상기 건설기획단계에서 완료된 상세설계에 따라 상기 태양가대와 외장골조의 구성요소를 공장에서 제작하는 공정에서 하기 단계를 더 포함하는 제2차단계(약칭 ‘공장제작단계’):
(a) 도로교통법에서 정한 운송제한과 공장에서 현장까지의 운송여건을 조사하여 이에 따라 상기 태양가대와 외장골조의 주부재는 재단되고, 허용 규모와 모듈로 조립되도록 기획되는 제2.1차단계;
(b) 현장에서 조립되고 연결수단을 고정하기 위한 주부재의 천공작업을 수행하고, 상기 외장골조의 형상에 따른 상기 포털프레임과 이에 부가되는 주부재의 연결수단에 적용되는 판형브라켓을 제작하는 제2.2차단계;
(c) 상기 판형브라켓은 상기 주부재 연결부위의 형상에 따라 하나의 금속평판시트(Metal plate sheet)를 재단(Cutting)하고 절곡하여 형성하고 천공되는 제2.3차단계;
(d) 상기 제2.1차단계에서 정해진 규모와 모듈로 공장에서 조립되는 제2.4차단계;
(3) 상기 공장제작단계에서 제작된 외장 태양에너지시스템의 상기 구성요소를 도로교통법에서 정한 바에 따라 현장으로 이송하는 제3차단계(약칭 ‘현장이송단계’);
(4) 상기 현장이송단계에서 이송된 상기 외장 태양에너지시스템의 구성요소별로 현장에서 조립하는 공정에서 하기 단계를 포함하는 제4차단계(약칭 ‘현장조립단계’):
(a)토지굴착작업, 기초조성작업, 골조조립작업 및 고소하중작업에서 요구되는 시공수단(약칭으로 각각 ‘토지굴착시공수단’, ‘기초조성시공수단’, ‘골조조립시공수단’ 및 ‘고소하중시공수단’)을 준비하는 제4.1차단계;
(b)상기 제1차단계에서 정해진 대상체 내 특정위치에 기둥정착수단의 고정을 위한 접합부 또는 콘크리트나 파일의 기초를 위한 상기 ‘토지굴착시공수단’ 및 ‘기초조성시공수단’으로 정착수단을 마련하는 제4.2차단계;
(c) 상기 골조조립시공수단으로 지상에서 조립하는 태양공작물의 구성요소의 규모를 고소하중시공수단의 역량을 감안하여,
1) 상기 태양가대는 허용되는 규모에 따라 태양패널을 포함하거나 또는 제외하고 가대보쌍 단위로 태양패널지지대를 부착하여 조립하고,
2) 상기 외장골조를 형성하는 상기 포털프레임은 개별로 조립되는 제4.3차단계;
(d) 상기 포털프레임은 상기 고소하중시공수단으로 들어서 상기 접합부 또는 기초 위에 상기 골조조립시공수단으로 정착되는 제4.4차단계;
(e) 상기 외장골조의 조립은 상기 포털프레임의 사이에 주부재인 지붕파샤, 지붕보, 기둥, 가새 및 도리를 적용하여 상기 제1차단계의 상세설계에 따라,
1) 인접한 지붕보 끝을 상기 지붕파샤로 고정하거나,
2) 상기 지붕보와 같은 높이에 위치하여 플러시프레이밍 형식으로 상기 보강보로 고정하거나,
3) 상기 지붕보와 기둥 사이를 삼각형으로 가새로 연결하여 고정하거나,
4) 상기 지붕보의 아래에 위치하여 계층화프레이밍(Layered framing) 형식으로 상기 기둥에 상기 도리를 고정하는 제4.5차단계;
(f) 상기 외장골조의 지붕 위에 상기 태양가대를 고소하중시공수단으로 올려서 상기 지붕보와 가대보를 고정하고, 상기 상세설계에 따라 가대파샤를 부가하여 상기 태양공작물을 조립하는 제4.6차단계;
(g) 태양패널이 제외된 상기 태양가대의 경우 상기 태양공작물의 지붕으로 태양패널을 고소하중시공수단으로 올려서 상기 태양패널지지대의 경사지지재 위에 부착하여 상기 태양공작물을 현장 조립하여 구축을 완료하는 제4.7차단계;
(5) 상기 현장조립단계의 공정에서 하기 단계를 더 포함하여 외장 태양에너지시스템의 건설을 완성하는 제5차단계(약칭 ‘건설완성단계’):
(a) 상기 태양공작물의 완성 후 건축물의 원래 일차용도에 부합되도록 나머지 부분에 대한 작업과 그 내부에 상기 일차용도에 부합되거나 개선되도록 별도의 시설을 부가하는 제5.1차단계;
(b) 현장 작업에서 사용된 상기 시공수단을 현장에서 철수하고 현장을 정리하는 제5.2차단계;
(c) 전기사업법 등 관련 법규에 따른 전력거래에서 요구하는 전력선을 연결하고 소요 전기설비를 부가 설치하여 시운전하는 제5.3차단계;
(d) 상기 시운전에 따른 안전과 성능 인증을 당국으로부터 획득하여 상기 외장 태양에너지시스템의 건설을 완료하는 제5.4차단계.
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