KR100698608B1 - 큰 스판을 위한 그리드형 평편 하면을 갖는 이중 프리스트레스트 지붕-천장 구조물 - Google Patents

Abstract

큰 스판을 위한 그리드형 평편 하면을 갖는 이중 프리스트레스트 지붕-천장 구조물은 평편 하면을 갖는 매우 큰 스판의 건물들의 지붕들을 조립하기 위한 예비조립된 요소이다. 상기 구조물은 하면 그리드(1)와 변형된 "T"형의 또는 역 "∨"형의 단면으로 이루어진 상부 콘크리트 거더를 포함하고, 이들은 긴 철재로 이루어진 파이프 로드(3)들에 의해서 상호 연결되어 측방향 좌굴에 대해서 상부 거더(2)를 안정화시킨다. 하면 그리드(1)의 요소들내에 갖춰진 빈 개구부들은 경량 판(6)들로서 채워지고, 그것들로서 평편 하면이 이루어진다. 상기 구조물은 이중 프리스트레스에 의해서 프리스트레스를 받게 된다. 상기 하면 그리드(1)은 중심에서 프리스트레스를 받게 되고 상부 거더(2)는 중간 스판에서 쐐기(5)에 의해 프리스트레스를 받게 된다.

그리드형 평편 하면, 이중 프리스트레스, 지붕-천장 구조물, 큰 스판 건물, 상부 콘크리트 거더, 철재 파이프-로드

Description

큰 스판을 위한 그리드형 평편 하면을 갖는 이중 프리스트레스트 지붕-천장 구조물{DOUBLY PRESTRESSED ROOF-CEILING CONSTRUCTION WITH GRID FLAT-SOFFIT FOR EXTREMELY LARGE SPANS}

본 발명은 프리스트레스트(prestressed) 강화 콘크리트로 이루지며, 특히 몇몇의 철 부품들이 구조물에 일체형으로 이루어진 산업용 건물 혹은 그와 유사한 건물들의 지붕 구조물에 관한 것이다. 본 발명의 분야는 IPC 분류 E 04 B 1/00에 기재되어 있으며, 이는 일반적으로 건축물 혹은 건물 요소에 관련된 것이며, 특히 그룹 E 04 C 3/00 또는 3/294에 관련된 것이다.

본 발명은 원천적인 개념과 형상의 특정한 지붕-천장 구조물에 관련된 것이다. 본 출원에 의해서 해결하고자 하는 기술적인 문제는 매우 큰 스판(span)(50m 이상)에 걸쳐서 평편 하면(soffit)을 갖는 지붕을 구축하는 조립 방식인 것이며, 본 지붕-천장 구조물은 지붕과 마감된 평편 하면을 동시에 해결한다. 실제로 매우 큰 스판에 걸치는 지붕 구조물은 특수한 프로젝트에서 수행되어지는 대부분 독특한 구조물들이고, 통상적으로 현장에서 전체적으로 구축된다.

본 발명의 기술적인 문제는, 만일 과제로서 규정한다면, 일련의 예비조립(prefablication)에 적합하고, 독특한 구조물을 구축하는 통상적인 관행의 대체 방안으로서 매우 큰 스판에 걸치는 지붕-천장 구조물들을 구축하는 조립 방식을 찾고자 하는 것이다.

상기 해결하고자 하는 기술적인 문제는 이송및 취급에 적절치 못한 큰 구조물을 다수의 작은 조립체들, 즉 예비조립되고,이송되며,현장에서 평편 하면을 갖는 매우 큰 스판의 구조물 유닛으로 조립이 가능한 것들로 분할하는 것이다. 본 발명의 일부로서, 몇가지 부분적인 기술상의 문제들이 아래와 같은 과정을 통해 해결된다; 경량의 조립가능한 하면을 형성하고, 그 중량의 증가없이 그 측방향의 크기를 증가시킴으로서 큰 스판에 걸친 상부의 길이방향 거더의 측방향 안정화를 이루며, 상기 조립체 요소들을 길이방향 및 횡방향으로 상호 연결하여 완전한 것으로 형성하는 것이다. 본 발명의 일부분인 다른 모든 해결책들은 다른 통상의 지붕 및 천장 구조물들에 비교하여 볼 때, 구조물 그 자체의 실제적인 사용에 관련된 것이며, 이러한 구조물들이 제공하는 HR-P20000906A에 기재된 바와 같은 잇점들을 포함한다.

본 발명은 "Doubly prestressed,composite,roof-ceiling construction"의 명칭으로 출원된 HR-P20000906A 에 개시된 구조물의 기본 개념과 프리스트레스의 원리를 포함한다. 상기 언급된 출원은 대부분 30m 까지 사용되는 큰 스판들에 걸치는 판형 하면을 갖는 구조물을 개시한다. 완전한 판형의 천장들을 갖는 이러한 구조물은 30m 보다 큰 스판들에 대해서는 적절치 않으며, 그 이유는 그 보다 큰 스판에서, 상기 완전 판형 하면은 너무 무겁게 되고, 이는 보다 작은 스판에서 상기 구조물의 작업에서 기초를 이루는 많은 가설(assumption)들을 수정하게 하여 이 구조물이 응용될 수 없도록 하기 때문이다. 예를 들면, 30m 까지의 스판에서 매우 얇은 완전 판은 전체적으로 5cm의 깊이를 갖는 것이고, 이는 상호 연결 바들을 하면판 콘크리트에 앵커고정하여 그들이 빠져 분리되는 것을 방지하기에 충분한 두께를 제공한다.

상기 전체적인 얇은 하면 판은, 만일 큰 스판에 적용되어진다면, 깊이의 증가를 필요로 할 것이고, 이는 지지대 부근에서 상부의 길이방향 구조물과의 그 연결이 너무 약하게 되어 큰 전단부하를 견디기 어렵기 때문이다. 그러나, 매우 큰 스판에서, 상기 하면 판은 그 자중을 증가시키는 증가된 깊이를 가져야만 하고, 상기 구조물의 단부의 선회에 기인하여 상부로 변형하는 경량 하면 판에 근거하는 그 작동 메카니즘의 개념을 변경시켜야만 하는 것이다. 뿐만 아니라, 전체적인 판형 하면(full-plate soffit)을 갖는 구조물과 50m를 초과하는 스판은 이송하기 너무 긴 것이고, 보다 작은 조립체들을 하면 판의 완전체로 상호 연결하는 것에 관련된 문제를 갖고 있는 것이다. 만일 가능하다 하여도, 그러한 구조물을 구축한다는 것은 현장에서 예비 장력을 부여하고 콘크리트 작업을 필요로 하며 이는 비경제적일 수 있다.

본 발명은 HR-P20000906A 에 기재된 구조물에 유사한 구조물에 관련된 것이고, 그 적용 범위를 매우 큰 스판까지 넓히며, 현장에서 완전체로 조립되어지는 보다 작은 조립체들의 예비 조립을 허용하고, 경량판들을 그리드형 하면의 개구부로 삽입함으로써 형성되어지는 조립식 하면을 제공하여 그 전체 구조물의 중량을 감소 시켜 권상(hoist)되어지도록 한다.

상기에서 언급된 것이외의 평편 하면을 갖는 다른 유사한 구조물들의 어느 것도 종래에 알려진 바는 없다.

매우 큰 스판에 사용되는 프리스트레스트 지붕-천장 구조물은 예비 조립되어지는 일방향 지지 구조물로서, 하면 그리드(1), 상부 거더(2) 및 다수의 간격을 유지하여 배치된 파이프 로드(3)들을 포함하여 매우 큰 스판을 갖는 건물을 구축하고, 지붕과 평편 하면을 갖는 천장을 동시에 해결하는 것이다.

본 발명의 목적은, 주문된 독특한 큰 스판의 구조물과는 대조적으로, 연속적인 평편 하면을 갖는 큰 지붕-천장으로 권상되어 상호 연결되어지는 구조물 유닛들의 큰 구성품들로 조립되어지는 매우 큰 스판을 갖는 건물을 구축하기 위한 예비 조립되어진 요소들의 간단하고, 보다 경제적이며, 개조가능한 스판을 갖는 조립 시스템인 것이다. 상기 조립된 경량의 그리드형 평편 하면의 구조물은 완전 판형의 하면을 대체하며, 상기 평편 하면은 다수의 경량 판들을, 상기 구조물이 조립된 후에, 그리드 구성요소 내의 개구부 내로 삽입시킴으로써 이루어진다.

몇가지 방식에서, HR-P20000906A 에 개시된 평편 하면을 갖는 유사 구조물의 개선사항이 있으며, 이는 매우 큰 스판(50m를 초과)에 까지 동일한 원리의 합리적인 적용을 제공한다.

본 발명의 일부분인 보조적인 기술 해결책은 이하와 같다;

즉, 본 발명은 매우 큰 스판상에 적용가능한 전체 구조물의 자중 감소를 제공하는 해결책, 그 단면의 측방 관성 모멘트(moment of inertia)를 증가시킴으로써 상기 구조물의 질량을 확대시킴없이 측방향 좌굴에 대해 상부 거더(2)를 안정화시키는 해결책, 하면 그리드(1)의 예비 조립된 그리드 구성요소(1,1)들을 간단하고 실용적으로 상호 연결하는 해결책(일실시예에서는, 상기 하면 그리드(1)는 철제 튜브로 이루어지고, 경량의 발포 충전재와 컨덕터(conductors)들을 구비하여 내부 케이블의 간격을 유지하게 됨), 그리고 다수의 경량 판(6)들을 그리드 구성요소(1.1)들 내의 개구부 내로 삽입하여 그리드형 평편 하면의 평면을 형성하는 해결책 등을 제공한다.

통상적으로, 특별하게 큰 스판상의 구조물용 정적 시스템의 해결책은 상부 거더(2)와 하면 그리드(1)사이에서의 굽힘 모멘트들을 전달하지 않고, 그렇지만 상당한 축방향 힘을 전달할 수 있어서 결과적으로는 상기 길이방향의 하면 그리드(1)들을 굽힐 수 없는 파이프 로드(3)들로서 달성되어지며, 그에 따라 상기 파이프 로드(3)들은 측방향 좌굴에 대해 상기 상부 거더(2)를 안정화시키고, 프리스트레스를 가하는 중에 그리드형 평편 하면 그 자체의 안전성을 동시에 보장하도록 활용된다.

상기 상부 거더(2)의 단면들은 버전(version) 1과 버전 2로서 도 2에 도시된 바와 같은 최초의 형상들로서 이루어지며, 이들은 그와 같은 방식으로 구축되어 경량으로 되고, 상기 언급된 기능에 적합하게 되어 실질적으로 수평면에서 견고한 하면 그리드(1) 내에 앵커 고정되는 파이프 로드(3)들에 의해서 지지되는 상부 거더(2)를 안정화시킨다.

도면의 간단한 설명:

도 1은 상부 거더의 역 "∨"형 단면을 구비한 구조물의 외관 사시도.

도 2는 역 "∨"형 단면을 구비한 구조물의 단면도.

도 3은 "T"형 단면을 갖는 변형 실시예의 구조를 도시한 단면도.

도 4는 그 조립체 부품들을 도시한 해체된 상태의 구조물을 도시한 사시도.

도 5는 해체된 구조물과 조립 방식을 도시한 설명도.

도 6은 철제 그리드가 적용되는 경우, 그리드 요소들의 연결 상세도.

도 7은 철제 그리드 요소 죠인트의 상세도.

도 8은 철제 그리드가 적용되는 경우, 그리드 요소들의 길이방향 포스트-인장(post-tensioning) 연결을 위한 케이블 이동구조를 도시한 상세도이다.

[바람직한실시예의설명]

이하에서는, 도 1에서 외관 사시도로 도시된 바와 같이, 역 "∨"형 단면의 상부 거더(2)를 구비한 바람직한 실시예가 도시되어 있다(도 2에도 도시됨). 다른 실시예에서, 상기 구조물은 T-형 단면의 상부 거더(2)(도 3에 도시됨)를 포함할 수 있다. 양자의 변형예에서, 상기 하면 그리드(1)은 상부 거더 단면의 선택과는 무관하게 철제 튜브로 혹은 프리스트레스트(prestressed) 콘크리트로 이루어질 수 있다.

그 후, 현장에서 조립되어지는 상기 구조물의 전체적인 지지 유닛이 도 1에 도시되어 있다. 이는 매우 넓은 그리드 조립 구조물인 하면 그리드(1)과 역 "∨"형 단면을 갖는 상부 거더(2)를 포함하는데, 상기 하면 그리드(1)과 상기 상부 거더(2)는 파이프 로드(3)들에 의해서 상호 연결된다. 상기 하면 그리드(1)은 수직방향으로 가느다란 수평 그리드 구조물로서, 도 4에 도시된 바와 같이 그 구성 부품들이 현장으로 수송되기 쉽고, 전체적인 지지 유닛으로 조립되는 경우에 건물의 현장 시야의 상당부분을 덮을 수 있는 규격으로 선택된다.

도 1은 역 "∨"형 단면을 갖는 상부 거더(2)와 철제로 이루어진 하면 그리드(1)이 적용된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구조물의 사시도이며, 도 4는 상기 구조물의 해체된 상태를 나타낸다. 상기 상부 거더(2)는 2개의 강화 콘크리트 부품인 상부 거더 구성요소들(2.1)로 이루어지고, 이는 공장에서 미리 조립된 후 건설 현장으로 이송된다. 또한, 상기 하면 그리드(1)의 그리드 구성요소들(1.1)은 공장에서 제작되는 것으로 용접처리된 철제 튜브로 이루어지며, 작은 크기의 부품으로 제작되기 때문에, 이들 그리드 구성요소들(1.1)이 건설 현장으로 쉽게 이송될 수 있는 것이다. 지지대 부근에서 상기 하면 그리드(1)과 상부 거더(2)를 상호 연결하기 위해 강성이 높은 짧은 파이프 로드들(4)이 사용되는데, 이러한 짧은 파이프 로드들(4)은 상부 거더(2)의 단부에 일체형 부품으로서 내장된다.

구축 현장에서, 수평평면은 다수의 지지대들로 준비되어야 하며, 그 위에 그리드의 작은 부품(1.1)들이 기대어 지지되고 그리드 전체(1)로 조립되어지며, 그러한 폭과 길이를 갖는 유닛은 도 4및 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 조립된 상부 거더(2)의 지지 영역에 속하는 것이다. 길이방향 및 횡방향의 그리드 구성요소들은 도 6에 도시된 바와 같은 세부 구조에 의해서 상호 연결되어 전체 하면 그리드(1)을 구성하게 된다. 도 7은 상기 연결 세부 구조의 길이방향 절단면을 도시하는 것으로서, 철제 튜브(10)의 일단부에는 내부 용접처리된 보다 작은 튜브(11)가 구비되는데, 이러한 튜브(11)는 인접하는 다른 튜브(12)의 내측으로 삽입되며, 이 후 상기 튜브들(10, 12)은 그들 접촉 원주에서 용접(13)에 의해 연결된다. 이러한 방식에 의해, 전체 하면 그리드이 조립되고, 후속하여 전체 구조물이 제작되는 것이다.

중간 스판부분에는, 임시 지지 프레임(9)이 배치된다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 거더(2)의 두개의 상부 거더 구성요소(2.1)들은 상기 하면 그리드 상에 배치되는데, 그 일단들이 중간 스판부분에서 상기 지지 프레임(9) 상에 기대어 상호 연결되며, 그 타단들은 짧은 파이프 로드(4)들이 구비된 상태로 하면 그리드에 놓이게 된다. 이러한 방식으로 기대어지고 고정되는 두개의 상부 거더 구성요소(2.1)들은 파이프 로드(3)들과 짧은 파이프 로드(4)들을 그리드 구성요소들에 용접함으로써 상기 하면 그리드(1)에 연결된다. 예비조립 도중에 상기 상부 거더(2) 콘크리트에 일체화된 짧은 파이프 로드(4)들은 용접되어진 후, 하면 그리드에 연결된 상부 거더(2) 고정 단부의 트러스형 콘솔(console) 지지대를 이룬다. 따라서, 본 발명의 구조물은 상부 거더(2)의 중간 스판에서 연결되지 않은 상태이지만, 임시 지지 프레임(9)은 제거가능하다.

본 발명의 구조물의 길이 방향으로 그리드 구성요소들 내에 고장력이 존재하기 때문에, 하면 그리드(1)은 도 8에 도시된 바와 같이, 그리드 구성요소들을 길이방향으로 통과하는 케이블(7)들에 의해 그 중앙에서 프리스트레스(prestress)가 가해진다. 철제 튜브들로 이루어진 상기 길이방향의 그리드 구성요소들은 튜브 내에서 단면의 무게중심 내에 상기 케이블(7)의 중심 위치를 잡아주는 내장형 컨덕터(conductor)(8)들이 구비된다. 내부에 배치된 케이블들에 의해 프리스트레스가 가해진 후, 길이방향의 중공형 그리드 구성요소들은 팽창하는 발포체 또는 초경량의 콘크리트 등으로 충전되는데, 이는 프리스트레스 정도와 프리스트레스 도중의 하면 그리드의 안정성 등에 따르게 되며, 이러한 충전 재료는 부식으로부터 케이블을 보호하고, 케이블과 튜브 사이의 결합 연속성을 보장하게 된다. 중앙의 프리스트레스 중에 그리드 구조물 자체의 안정성은 적절한 계산에 의해서 제어되어야만 하며, 그에 따라서 하면 그리드에 대해 상부측으로 좌굴하려고 하는 구조물의 동작을 구속하는 것 등을 고려하는 것이 필요하다.

그리드 구성요소들에 프리스트레스를 가하는 중에, 상부 거더(2)는 중간 스판에서 분리된 상태이고, 두개의 상부 거더 구성요소(2.1)들은 하면 그리드(1)에 용접되는 파이프 로드(3) 및 짧은 파이프 로드(4)에 의해 지지된다. 하면 그리드(1)에 프리스트레스가 가해진 후, 상부 거더(2)에는 다른 프리스트레스가 가해지게 되는데, 이는 "Doubly prestressed roof-ceiling construction with flat soffit for large spans"의 명칭으로 출원된 HR-P200006A에 개시된 방식에 의한 것으로, 상기 다른 프리스트레스는 도 4에 도시된 바와 같이 중간 스판에서 분리된 2개의 상부 거더 구성요소(2.1)들 사이의 간격에 삽입되는 쐐기(5)에 의해서 이루어진다. 상기 하면 그리드(1)에 프리스트레스를 가하는 것은 인가된 모든 부하상태에서 길이방향의 그리드 구성요소들 내에, 전체 하면 그리드(1)을 이루는 상호 연결된 그리드 구성요소(1.1)들과 마찬가지로 영구적인 압축을 확실하게 존재토록 하는 것이다.

다른 실시예에서, "T" 형 단면을 갖는 상부 거더(2)가 동일한 철재 튜브 하면 그리드을 구비하여 적용될 수 있다. 그러한 경우, 모든 실행 과정은 동일하게 된다. 만일 이러한 2가지 변형 구조에서, 철재 튜브 그리드가 콘크리트로서 대체된다면, 2가지의 부가적인 변형예가 나타나게 되는 것이다.

두번째의 실시예로서, "T" 형상 혹은 역 "∨" 단면의 상부 거더(2)를 구비한 변형예가 프리스트레스트 콘크리트 구성요소의 하면 그리드(1)를 구비하여 고려된다. 상기 하면 그리드(1)의 조립체로서 상기 그리드 구성요소(1.1)들은 조립되고 전술한 변형예에서와 같은 동일한 방식으로 현장에서 동일한 임시 연결수단에 의해서 전체로 연결된다.

콘크리트 변형예에서의 그리드 구성요소들은 중앙에 내장된 컨덕터(8)을 구비하고, 그들 단부에서 상기 하면 그리드을 임시적으로 조립하기 위한 동일한 튜브 연결기들이 제공되는 솔리드(solid) 형태이다. 상기 그리드의 콘크리트와 철제 변형예들의 죠인트들 사이의 차이는 단지 세부적으로는 연결되어야 할 요소들의 단부들에서 내장된 튜브들을 콘크리트에 적응되도록 하는 점이다. 상기 콘크리트 변형예는 더 이상 강조되거나 상술하지는 않을 것이며, 그 이유는 그것이 그 자체로 새로운 것을 내포하지 않기 때문이다.

모든 변형예에서, 큰 크기의 지붕-천장 구조물 유닛이 현장에서 완성되고 프리스트레스가 가해진 후, 상기 구조물은 권상되어 인접한 구조물에 연결되어 연속적인 하면 그리드을 형성한다. 이러한 큰 크기의 구조물 유닛들의 그리드들은, 보다 작은 부품들이 큰 그리드 유닛으로 상호 연결되어지는 것과 동일한 방식으로 또 다른 그러한 유닛들에 대해 상호 연결된다.

최종적으로, 하면 그리드의 평면은 경량 판(6)들을 그리드 구성요소들 내에 형성된 개구부에 삽입함으로써 밀폐되어 큰 연속적인 평편 하면 그리드이 얻어지는 것이다.

Claims (6)

1. 하면 그리드(soffit grid)(1);

   상부 거더(2); 및

   상기 하면 그리드(1)와 상기 상부 거더(2)를 상호 연결시키는 파이프 로드(3)들;을 포함함을 특징으로 하는 큰 스판(large spans)을 위한 그리드형 평편 하면(grid flat-soffit)을 갖는 이중 프리스트레스트(prestressed) 지붕-천장 구조물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하면 그리드(1)는, 철제 튜브 또는 프리스트레스트 콘크리트로 이루어진 보다 작은 예비조립된 부품인 그리드 구성요소(1.1)들로 현장에서 조립되고,

   조립후에 상기 그리드형 평편 하면은 경량 판(6)들을 그리드 구성요소(1.1)들 사이의 개구부로 삽입함으로써 형성되어짐을 특징으로 하는 큰 스판을 위한 그리드형 평편 하면을 갖는 이중 프리스트레스트 지붕-천장 구조물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 그리드 구성요소(1.1)들의 횡방향 및 길이방향 연결은 용접이 이루어지기 전에 상기 그리드 구성요소(1.1)들의 인접하는 단부를 서로 끼워 넣음으로써 임시적으로 고정되고, 상기 길이방향 연결은 프리스트레스를 가함에 의해서 강화되는 것임을 특징으로 하는 큰 스판을 위한 그리드형 평편 하면을 갖는 이중 프리스트레스트 지붕-천장 구조물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 그리드 구성요소(1.1)들의 길이방향 상호연결은 튜브 내에 배치된 컨덕터(8)들을 통하여 내뻗는 케이블(7)들에 의해 상기 하면 그리드(1)에 프리스트레스를 가함으로써 이루어지고, 상기 튜브는 부식방지를 위해 강하게 팽창하는 발포체 또는 경량 콘크리트로 충전되는 것을 특징으로 하는 큰 스판을 위한 그리드형 평편 하면을 갖는 이중 프리스트레스트 지붕-천장 구조물.
5. 제1항에 있어서,

   상기 상부 거더(2)와 상기 하면 그리드(1)는 전체 구조물의 길이방향을 따라 파이프 로드(3)들을 용접시킴으로써 상호 연결되고, 상기 상부 거더(2) 부근은 상부 거더(2)에 내장된 짧은 파이프 로드(4)들을 통하여 상기 하면 그리드(1)에 의해서 지지됨을 특징으로 하는 큰 스판을 위한 그리드형 평편 하면을 갖는 이중 프리스트레스트 지붕-천장 구조물.
6. 제1항에 있어서,

   수평한 상기 하면 그리드(1)에 의해서 측방향으로 지지되는 파이프 로드(3)들은 좌굴에 대해서 상기 상부 거더(2)를 안정화시키는 것임을 특징으로 하는 큰 스판을 위한 그리드형 평편 하면을 갖는 이중 프리스트레스트 지붕-천장 구조물.

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