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KR101205649B1 - 빌딩프레임내에 형성되는 헤이로와 스파이더형상을 가지고 칼럼과 빔을 연결하는 풀 모멘트의 연결부 - Google Patents

빌딩프레임내에 형성되는 헤이로와 스파이더형상을 가지고 칼럼과 빔을 연결하는 풀 모멘트의 연결부 Download PDF

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KR101205649B1
KR101205649B1 KR1020097023164A KR20097023164A KR101205649B1 KR 101205649 B1 KR101205649 B1 KR 101205649B1 KR 1020097023164 A KR1020097023164 A KR 1020097023164A KR 20097023164 A KR20097023164 A KR 20097023164A KR 101205649 B1 KR101205649 B1 KR 101205649B1
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로버트 제이. 시몬스
Original Assignee
콘스테크, 아이엔씨.
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Abstract

빌딩 프레임 내의 칼럼과 빔의 연결부는 코너를 통해 결합된 면을 가진 신장된 칼럼, 단부를 가진 신장된 빔 및 상기 쌍을 이루는 코너들 사이에 배열된 칼럼 면으로부터 이격되고, 칼럼 내의 쌍을 이루는 인접한 코너를 통해 빔의 단부를 칼럼으로 연결하는 풀 모멘트의 노달 연결부를 포함한다. 이러한 연결부는 칼럼의 길이를 따라 위치된 선택된 공통 상승부에서 칼럼의 코너로부터 외측을 향하여 연장되고 이에 결합된 (a) 복수의 스탠드오프 및 칼럼의 코너 사이에 배열된 칼럼 면으로부터 스탠드오프에 의해 이격되고 이에 결합되며 스탠드오프 각각으로 중력-시트-고정 풀 모멘트의 인터페이스 연결부를 통해 결합된 헤이로 칼라를 포함한다.

Description

빌딩프레임내에 형성되는 헤이로와 스파이더형상을 가지고 칼럼과 빔을 연결하는 풀 모멘트의 연결부{HALO/SPIDER, FULL-MOMENT, COLUMN/BEAM CONNECTION IN A BUILDING FRAME}
본 발명은, 빌딩 프레임내에 형성되는 헤이로와 스파이더형상을 가지고 칼럼과 빔을 연결하는 풀 모멘트의 연결부에 관한 것이다.
미국 특허 제 6,837,016호는, 상당히 성공적이고 중요한 스틸 프레임 빌딩 구조물의 프레임내에 구성되고 칼럼과 빔사이에 형성되며 칼라형태를 가진 최대 모멘트 노달 연결부(full-moment, collar-form, nodal connection)를 기술한다. 지진 활동을 경험하는 특정의 다양한 위치에서 다수의 빌딩 구조물 내에서 이용 시 이러한 노달 연결부는 종래 기술을 따르는 칼럼과 빔의 노달 연결부에 대해 다수의 상당히 중요한 장점을 제공한다. 이러한 연결부는 정밀한 컴퓨터 제어 및 정확성을 위해 빌딩위치와 떨어진(off-building-site manner) 공장 내에서 용이하게 제조될 수 있으며, 추가적으로 종래의 노달 연결 장치에 의해 제공되거나 형성되지 않는 다수의 중요한 필드 조립 속도 및 안전성의 장점을 가진다. 예를 들어, 어떠한 연결성 용접부에서도 칼럼과 빔을 비가역적으로 고정시킬 필요가 없고, 빔들은 오직 중력의 하강작용에 의해 이 빔들이 연결되어 있는 칼럼에 대해 공간상 적절하게 배치되어 즉시 안착된 위치에 중력에 의해서 빠르게 하강될 수 있으며, 그 결과 중력에 의한 고정 및 안착이 빔의 하강 운동시 발생하는 바로 그 순간에 지진에 대해 가능한 풀 모멘트 연결부(full seismic-capable moment connection)가 존재하게 된다.
종래의 노달 연결 구조물이 상당한 성공에 부합될지라도, 특정 관점에 대한 개선점이 제공될 여지가 있으며, 본 발명에 의해 제안된 노달 연결부는 특히 개선점이 필요한 것으로 인식된다.
본 발명에 의해 제공되는 장점은 이에 따른 노달 연결부가 프라잉 하중(prying load)과 같은 특정 종류의 하중을 조절하고, 추가적으로 신규한 연결부의 변형된 부품들이 종래기술을 따르는 빔의 웹 깊이의 범위 내에서 다양한 웹의 깊이를 가진 빌딩프레임 빔으로 이러한 부품들을 용이하게 적용할 수 있는 가능성을 제공하기 위해 단지 몇몇의 상이한 부품을 제조할 수 있는 특정 품질의 구조적 보편성을 가지는 데 있다.
종래 기술의 당업자는 하기 기술된 본 발명의 상세한 설명을 읽고, 도면을 봄으로써 본 발명에 따라 구성된 구조물을 인식할 수 있으며, 본 발명의 구조물은 복수 층의 스틸 빌딩프레임(multi-story steel building frame)의 제조 및 성능에 관한 다수의 중요한 특징과 장점을 제공한다.
따라서, 본 발명은 본 명세서에서 헤이로와 스파이더 형상을 가진 연결부(halo/spider connection)로 언급되고, 칼라 형태를 가진 풀모멘트의 노달 연결부(full- moment nodal connection)를 제안한다. 이러한 "헤이로와 스파이더형상의" 조합은 칼라 형태의 장치 내에 제안된 연결부의 특정의 시각적 품질을 가지며, (a) 이는 외측 칼라를 포함하며, 상기 외측 칼라로 빔의 단부들이 부착될 수 있고, 상기 칼라는 해당 빔의 횡단면의 주변 주위에서 주변을 둘러싸고 다소 이격된 헤이로와 같이 플로팅되며(float), (b)상기 헤이로형상을 가진 칼라는 이러한 장치를 칼럼의 축을 따라 볼 때 짧은 레그를 포함한 스파이더 바디의 구조와 같이 제안된 방식으로 칼럼의 코너로부터 연장되는 외측을 향하여 연장된 스탠드오프(레그와 같이)에 의해 칼럼의 외측으로 중력에 의해 고정되고 안착(gravity-lock seating)된다.
다양한 빔의 깊이를 취급하기 위해 본 발명의 구조물에 의해 제공된 상황에 따라서, 본 발명의 구조물의 형상은 단순한 2개의 상이한 특정 부품 및 요소가 제공되고, 상기 부품 및 요소는 횡단 방향으로 분할되고, 이격되며 그리고 그 뒤 "익스텐더 구조물(extender structure)"을 통해 이격된 상태로 재결합되어야 하고 헤이로와 스파이더 형상을 가진 구조물 내에서 이용되고, 이에 따라 모든 노달 연결부 부품들은 다양한 크기와 형상의 빌딩에 대해 그리고 다양한 셋팅 내에서 이용되는 스틸 빌딩 프레임 구조물을 형성하는 종래의(오늘날) 허용된 범위의 빔 깊이 내에 있는 다양한 깊이를 가진 빔을 이용하여 성공적으로 사용된다.
본 발명에 따라 제공되는 상기 및 그 외의 다른 특징과 장점은 첨부된 도면에 따른 하기 상세한 설명에서 보다 명확해진다.
도 1은, 상호연결된 칼럼과 빔을 가진 복층의 스틸 빌딩 프레임의 부분도이며, 본 발명의 선호되고 최상의 실시예에 따라 구성된 칼럼 형태를 가지며 중력에 의해 안착되고 고정되는 풀 모멘트의 노달 인터페이스 연결부를 통해 상호연결이 형성된다.
도 2는, 본 발명의 노달 연결부의 상기 언급된 헤이로와 스파이더의 일반적인 시각적 형상을 도시하는, 도 1의 빌딩 프레임 내에서 단일의 칼럼의 축을 따라 하측을 향하여 본 확대된 부분도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 노달 연결부들 중 한 노달 연결부의 일부분을 도시한 확대된 부분도이며, 특정 부품 부분들이 구조를 상세히 나타내기 위해 절단된다.
도 4는, 본 명세서에 언급된 빔 단부 연결 부품과 빔 단부 사이에 형성되고 용접된 연결부와 용접부(weld preparation)를 도시하는, 도 3에서 선 4-4를 따라 절단한 확대된 횡단면도.
도 5는, 도 3에 도시된 가시 지점과 동일한 가시지점으로부터 도시한 도면이며, 특히 추가 작동이 없는 도시된 칼럼의 외측으로 고정된 스파이더 도크의 일부분과 빔 사이에 위치한 풀 모멘트의 인터페이스 연결부를 도시하고, 이를 자동으로 제조하기 위해 빔 단부 연결 부품이 중력에 의해 안착되고 고정되는 작동을 도시한다.
도 6은, 본 발명의 스파이더 도크 구조물의 일부분을 형성하기 위하여 도 5에 도시된 칼럼으로 고정되는 본 발명에 의해 제안된 스탠드오프들 중 한 스탠드오프를 부분적이고, 횡단되고 분리된 방식으로 도시하는 도 5에서보다 큰 크기로 도시된 도면.
도 7은 도 6에서 횡단면으로 도시된 스탠드오프의 세부사항을 도시하는 등축 횡방향 도면.
도 8은 I 빔에 적용하기 본 발명 내에서 쌍을 이루는 부품 및 요소내에 형성되는 크기 조절을 도시하며, 도 5의 일부분과 유사한 도면이고, 상기 I 빔의 웹 깊이는 포괄적으로 도 1 내지 도 5에 도시된 빔보다 크다.
도면에 따라서, 우선적으로 도 1 및 도 2에 관해 언급하면, 복수 층의 스틸 빌딩프레임(plural-story steel building frame)의 일부분이 도면부호(10)로 도시되며, 상기 복층 빌딩 프레임의 일부분은 본 발명의 선호되고 최상 모드의 실시예에 따라 구성되는 노달 연결부(nodal connection, 16)를 통해 신장된 I 빔(14)에 의해 상호 연결된 칼럼(column, 12)을 포함한다. 칼럼(12)은 긴 축(12a)과 같은 긴 축 및 면(12b)과 같은 평면형 측면 또는 면을 포함하며, 상기 면은 코너(12c)와 같은 4개의 다소 모서리가 둥글게 가공된 칼럼 코너를 통해 결합된다.
다양한 종류의 칼럼이 본 발명을 실시하고 이용하는 것으로 구성될 수 있을지라도, 본 명세서 내에서 칼럼(12)은 일반적으로 정사각형 횡단면을 가지며, 이에 따라 면(12b)은 코너(12c)를 통해 서로에 대해 직교 방향으로 교차한다.
프레임 구조물(10) 내에서, 빔(14)은 쌍을 이루는 인접한 칼럼들 사이에서 실질적으로 수평방향으로 연장되며, 칼럼 축(12a)을 수직 방향으로 가로지르는 축(14a)과 같은 긴 축을 가진다. 특히, 각각의 빔(14)의 마주보는 단부들은 노달 연결부(16)를 통해 다음의 인접한 쌍의 칼럼으로 연결된다.
특히 빌딩 프레임 구조물 내에서 필요시, 일반적으로 빔의 마주보는 단부들 중 한 단부 또는 이들 모두에 상대적으로 인접하게 빔의 상측 및 하측 플랜지 내에 형성될 수 있는 선택적인 퓨즈(optional fuse)는 빔(14)들 중 한 빔에 대해 프레임 부분(10) 내의 한 위치에 그리고 18에서 점선으로 도시된다. 본 명세서에서 상기 퓨즈는 단지 배경 지식을 위해 도시되며, 본 발명의 일부를 구성하지 못한다.
기술되어질 빌딩 프레임 내에 도시된 빔은 D로 도시된 중앙 수직 웹(central upright web)에 의해 주요하게 정해진 전체 빔 깊이를 각각 가진다. 이러한 치수를 가리키는 요인은 다양한 빔 깊이(또는 높이 또는 수직 치수)에 대해 본 발명의 적용가능성에 관한 하기 설명을 더욱 명확하게 한다.
지금까지 기술된 구조적 부품에 관해, 이러한 부품들 중 특정의 한 부품에 관해 이용되는 용어의 범위가 제공된다. 예를 들어, 각각의 노달 연결부(16)는 본 명세서에서 (a)빌딩 프레임 노드(building frame node), (b) 중력에 의해 안착되고 고정되며 헤이로와 스파이더 형상을 가진 풀 모멘트의 연결부, (c) 빔과 칼럼을 가진 노달 연결부, (d) 칼럼과 빔을 가진 연결부 및 (e) 스탠드오프 칼라, 칼럼과 빔을 가진 풀 모멘트의 노달 연결부로 언급된다.
하기 본 발명의 상세한 설명에서 명확히 언급되는 것처럼, 각각의 노달 연결부(16)는 (a) 칼럼(12) 내의 코너로 용접에 의해 직접적으로 부착되는 특정 부품들 및 (b) 빔(14)의 마주보는 단부로 용접에 의해 부착되는 특정의 빔 단부 연결 부품들에 의해 형성된다. 이러한 2 종류의 연결 부품들은 프레임이 조립되는 동안 그리고 적합한 위치에서 인접한 칼럼들을 배치한 뒤 바람직하게 형성된 단부 빔들이 쌍을 이루는 다음의 인접한 칼럼들 사이의 위치로 중력에 의해 단순히 하강되도록 설계되며, 이에 따라 본 발명을 따르는 노달 연결부의 부품들은 암(female) 및 수(male)의 테이퍼구조를 가진 지지 구조물을 통해 중력(gravity)에 의해 효과적으로 맞물리며, 이러한 맞물림에 따라 빔은 하강이 지속되며, 이러한 빔은 칼럼과의 연결 영역에서 중력에 의해 고정되는 방식의 풀 모멘트 상태로 배열된다. 이때, 이러한 자동적인 풀 모멘트를 가지는 중력에 의한 안착에 의해 해당 칼럼과 빔은 빌딩 프레임의 형상에 따르는 이의 정확한 공간적 위치에 배열된다.
본 발명을 따르는 노달 연결부의 부품은 일반적으로 컴퓨터 제어식 공장에서 제조되고 정밀하게 구성된 구조물이며, 이에 따라 상기 미국 특허에 기술된 상기 풀 모멘트의 연결부에 대해 기술되는 모든 제조 및 조립 장점, 이점 및 특징들은 본 발명의 구조물 내에 구성된다.
하기에 간략히 기술된 바와 같이, 상기 구조물의 모든 장점을 제공하는 것에 추가적으로 본 발명의 노달 연결 구조물은 칼럼과 빔 사이의 개선된 풀 모멘트의 노달 연결부 카테고리 내에서 그 외의 다른 특징과 장점을 추가적으로 제공한다.
본 명세서에서, 용어 "헤이로(hale) 또는 스파이더(spider)" 및 개별 용어 "헤이로"와 "스파이더"는 각각의 노달 연결부(16)의 특정의 시각적 특징을 강조하기 위한 기술적인 의도로 선택된다. 따라서, 노달 연결부(16)의 도 2에 도시된 도면을 단순히 주목하면, 상기 노달 연결부(16)의 "스파이더" 시각적 특징은 코너(12c)에서 결합되는 2개의 교차 칼럼 면(12b)에 대해 135°의 각도로 칼럼 내에서 4개의 코너로부터 외측을 향해 각을 형성하여 연장되고, 용접에 의해 도시된 칼럼(12)으로 고정되는 4개의 스탠드오프(standoff, 20)에 의해 구현되며, 상기 코너(12c)로부터 스탠드오프가 연장된다. 이러한 스탠드오프는 칼럼(12)의 정사각형 횡단면의 코너로부터 볼 때 스파이더의 레그들을 시각적으로 지탱한다. 다음의 인접한 쌍 내에서 또한 본 명세서에서 전체적으로 스탠드오프(20)는 스탠드오프 스파이더 도크(standoff spider dock)로 언급된다.
용어 "헤이로"는 본 명세서에서 노달 연결부의 칼라(22)의 시각적 플로팅 헤이로 형상을 나타내며, 본 명세서에서 칼라는 헤이로 칼라, 스탠드오프 칼라 및 칼라가 배열되는 각각의 칼럼(12)의 횡단면의 주변을 공간적으로 둘러싸고 칼럼을 둘러싸는 칼라로 언급된다.
구체적으로, 도면에 도시된 칼럼(12)의 코너와 측면에 대해 외측을 향해 이격된 상태로 플로팅되는, 도 2에 상대적으로 명확히 도시된 각각의 헤이로 칼라는 빔 단부 연결 부품(24)으로 언급되는 4개의 빔과 관련된 커플링 부분의 구성에 기초하여 세그먼트형 구조물(segmented structure)로 형성된다. 보다 명확히 기술된 바와 같이, 각각의 빔 단부 연결 부품(24)은 빔(14)의 적합하게 형성된 단부로 용접된다. 용어 "적합하게 형성된"은 보다 더 간략히 기술된다. 추가적으로, 바로 위에 언급된 이격된 상태에 따라 본 발명에 의해 구현되는 장점에 주요하게 기여하며, 또한 이러한 기여는 간략히 기술된다.
빔의 깊이(D)에 대해 조금 더 언급하면, 본 발명의 상세한 설명에 기술되는 도면에 도시된 본 발명의 부품들은 대략 14 인치, 특히 도면에 도시된 치수(D)인 최소 빔 깊이로 고려되어지도록 통상적으로 설계된다. 종래의 스틸프레임의 I 빔 기술에서, 빔의 최소 깊이로부터 대략 18 인치의 빔 깊이까지 종래의 허용가능한 빔의 깊이는 2 인치의 간격으로 일반적으로 증가된다. 18 인치의 종래의 빔 깊이보다 크게, 일반적으로 빔의 깊이는 3 인치의 증가량으로 증가된다.
상기 본 발명의 특징들 중 한 특징은 노달 연결부(16) 내에서, 특히 스탠드오프(20)와 빔 단부 연결 부품(24) 내에서 특정의 부품 및 요소의 다소 보편적인 품질을 고려하는 것을 수반한다. 이러한 거짓의 보편적인 품질(pseudo-universal quality)에 따라 하기 기술된 바와 같이 이러한 부품 및 요소의 전체 수직 높이는 신장된 인서트(insert)들의 결합에 의해 신장되며, 이에 따라 본 발명의 노달 연결부 하드웨어에 적합해지며, 본 명세서에 기술된 최소 빔의 깊이(D)보다 깊은 종래의 폭 넓게 이용가능한 빔의 깊이들 중 임의의 한 깊이를 용이하게 취급할 수 있다. 본 발명의 상세한 설명의 하기에서 "보편성"의 빔 깊이 허용 특징이 기술된다.
각각의 노달 연결부(16) 내에서 칼라(22)의 코너는, 4 쌍의 수직방향으로 이격된 4쌍의 너트와 볼트 세트(26)에 의해 스탠드오프 스파이더 도크 내의 스탠드오프(20)로 고정되며, 상기 코너는 빔 단부 연결 부품(24)의 횡방향 측면에 의해 형성된다. 특히, 각각의 칼라 코너와 연결된 너트와 볼트 세트의 4개의 쌍을 고려할 때, 이러한 쌍들 중 두 쌍은 최상측 수직방향 플랭크(flank) 또는 브래킷(bracket)이고, 상측 플랜지의 평면은 빔 단부로 각각 인접하게 부착되며, 두 쌍은 최하측 수직방향 플랭크 또는 브래킷이며, 하측 플랜지의 평면은 이러한 빔 단부로 부착된다. 이러한 구조적 너트와 볼트 세트 플랭킹(flanking) 및 브래킷팅(bracketing) 장치의 중요성이 보다 간략히 기술된다. 또한, 너트와 볼트 세트(26)는 본 명세서에서 예비인장 상태의 구조물(tension pre-stress structure)로 언급된다.
각각의 노달 연결부(16)를 구성하는 부품들의 구성의 세부사항을 추가적으로 논의하고, 도 1 및 도 2와 함께 도 3 내지 도 7을 고려하면, 스탠드오프(20)는 도 6 및 도 7에 보다 명확히 도시된 형상을 가진 신장된 요소이다. 도면에 도시된 이러한 스탠드오프들은 빔(14)의 전체 수직 치수(D)와 동일한 치수(D)인 전체 높이를 가진다. 여기서, 각각의 스탠드오프(20)는 단일의 개별 부품이며, 이의 횡단면은 칼럼의 코너로부터 외측을 향하여 상기 언급된 각도로 연장되는 부분인 평면형 바디 부분(20a)을 포함한다. 이러한 평면형 바디 부분의 외측 신장된 변부는 캡핑 구조물(capping structure, 20b)에 의해 T-캡핑되며, 상기 바디 부분의 내측 신장된 변부는 2개의 수직방향으로 교차되는 피트(20c)를 포함하는 Y-형태의 구조물 내에서 말단을 이루며, 이의 교선의 내측 영역은 칼럼(12) 내에서 코너(12c)의 외측 반경과 바람직하게 일치되는 방식으로 대략적으로 모서리가 둥글게 형성된다(radiused).
2개의 신장되고, 일반적으로 수직 방향으로 연장된 3 측면들을 가지며 각을 형성하는 벽구조이고 하측 및 내측을 향해 테이퍼 구성된 채널(20d)이 각각의 평면형 바디 부분(20a)의 마주보는 측면 상에 형성되며, 상기 채널의 치수는 스탠드오프의 하측 단부에서보다 스탠드오프(20)의 상측 단부에 인접한 위치에서 크게 형성된다. 이러한 채널들 중 각각의 한 채널로 구성되는 3개의 채널 벽 또는 측면은 20d 1, 20d 2 및 20d 3로 도시된다. 이러한 벽 내의 통상적인 테이퍼로 인해, 스탠드오프는 수직 칼럼의 코너로 제 위치에 고정되며, 벽들은 대략 5°의 각도로 수직선에 대해 각을 형성한다.
너트와 볼트 세트(26) 내에서 볼트의 생크를 수용하는 4쌍의 나란한 볼트 홀은 도 7에서 볼트 홀(28)로 도시된다. 일반적으로, 도 7에 도시된 상측 및 하측 쌍의 볼트 홀은 도 7에서 점선(30)으로 도시된 수평면에서 수직방향으로 균일하게 형성된다. 유사하게, 각각의 스탠드오프(20)의 하측 단부에 인접하게 배열되는 상측 및 하측 쌍의 볼트 홀(28)은 점선(32)으로 도 7에서 도시된 평면에 일반적으로 균일하게 수직방향으로 형성된다. 간략히 기술된 바와 같이 노달 연결부가 프레임(10) 내의 칼럼과 빔을 제 위치에 결합시킬 때, 실질적으로 해당 빔의 상측 및 하측 플랜지는 점선(30, 32)으로 도시된 평면 내에 배열된다.
스탠드오프(20)는 도 6에서 어두운 영역으로 도시된 2개의 신장된 용접점(weld)과 같은 용접점(34)을 통해 칼럼(12)의 코너로 피트(20c)를 통해 대략적으로 고정된다. 효과적으로, 피트(20c)는 칼럼 코너(12c)를 둘러싼다. 칼럼(12) 내에서 면(12b)을 가로질러 서로 비스듬히 마주보는 쌍의 채널(20d)은 스탠드오프(20)에 의해 형성된 스파이더 도크 내에서 암의 테이퍼 구조를 가진 지지 인터페이스 구조물 또는 소켓을 형성하고 구성된다. 빔이 칼럼에 대한 적합한 위치로 하강될 때 상기 암의 테이퍼 구조를 가진 지지 인터페이스 구조물은 각각의 빔 단부 연결 부품 내에 형성된 수의 테이퍼 구조를 가진 지지 인터페이스 구조물와 짝을 이루며 중력에 의해 안착되는 수용 영역(gravity-seating reception region)을 형성한다.
각각의 노달 연결부에 대해 기술하면, 각각의 빔 단부 연결 부품(24)은 상측 가로방향 요소(36), 유사하게 이격된 하측 가로방향 요소(38) 및 중앙에서 용접되고 개재되며 상호 연결된 브리징 요소(bridging element, 40)를 포함한 3 개의 요소가 기본적으로 구성된다. 상측 및 하측 가로방향 요소는 본 명세서에 언급된 가로방향 부품을 공동을 형성한다. 도면에서 노달 연결부에 의해 수용되는 빔의 높이 또는 수직 깊이(D)가 도시되며, 실질적으로 각각의 빔 단부 연결 부품 내의 브리징 요소(40)는 상호연결 길이가 제공되며, 이에 따라 빔 단부 연결 부품의 전체 높이는 일치되는 수직 치수(D)를 가지는 것으로 결정된다.
상기 언급된 2개의 가로방향 요소 각각은 실질적으로 동일한 구조를 가지며, 이러한 요소들 중 한 요소의 상세한 설명은 그 외의 다른 요소를 설명하는 것으로 충분하다. 따라서, 상측 가로방향 요소(36)에 따른 기술내용에 따라서, 이러한 요소는 중앙 연장부(36a)의 평면에 대해 대략 135°의 각도로 배열되는 평면 내에서 연장되고, 평면형인 2개의 각을 형성하는 단부 윙(36b)과 단부에서 결합되는 신장되고 중앙의 평면형 연장부(36a)를 포함한다. 부착된 빔의 단부를 대향하는 가로방향 요소의 측면 상에서, 적합한 용접으로 빔 단부를 빔 단부 연결 부품으로 부착할 수 있도록 빔 단부 내에 형성되고 부착된 빔의 다소 종방향으로 연장된 빔 단부 플랜지 부분을 수용하는 대략 중앙에 배열된 용접 가공부(weld preparation, 36d)를 포함하는 선반(36c)과 같은 신장된 선반이 제공된다. 빔 단부 연결 부품 내의 상측 가로방향 요소 내에서 상기 용접 가공부는 상부를 향하여 형성되며, 하측 가로방향 요소 내에서 해당 용접 가공부는 하측을 향하여 형성된다.
도 4는 상기 빔(14)의 바람직하게 형성된 단부를 도시하며, 여기서 빔의 중앙 웹(14b)은 요홈구조로 형성되도록 절단되어 상측 플랜지(14c)의 단부의 웹을 초과하는 다소 종방향의 신장부가 도시된 용접 가공부(36d) 내에 제공되는 적합한 플랫폼 또는 숄더(36e) 위에 배열된 것으로 도시된다. 도 4에서, 도면부호(42)는 가로방향 요소(36)를 도 4에 도시된 빔 단부로 결합하기 위한 용접부를 도시한다. 빔의 단부 전체는 빔 단부 부품 내의 적합한 마주보는 표면으로 용접된다.
각각의 빔 단부 연결 부품 내에서 상측 및 하측 가로방향 요소에 대한 구조적 특징의 추가 주안점에 따라서, 이러한 요소들 내의 표면들은 연결되고 인접하게 배열되며, 윙(36b)과 같은 요소의 윙은 효과적으로 상보적으로 일치되는 수직방향으로 정렬된 테이퍼를 포함하도록 형성되고, 심지어 상측 및 하측 가로방향 요소들이 수직방향으로 이격될지라도 이러한 테이퍼는 스탠드오프(20) 내의 벽(20d 1, 20d 2, 20d 3) 내에 형성된다. 가로방향 요소 내에서 이러한 테이퍼 구성된 부분들은 상기 수의 테이퍼 구조를 가진 지지 인터페이스 구조물을 포함한다.
상기 수 및 암의 테이퍼 형상에 따라 노달 연결부(16)에 의해 빔과 칼럼이 연결되는 단계동안 인접한 쌍의 스탠드오프와 빔 단부 연결 부품 사이에 정밀하게 테이퍼 구조를 가진 고정 피트가 형성되며, 이에 따라 본 발명의 구성에 따라 중력에 의해 안착되고 고정되는 풀 모멘트의 노달 연결부가 구성된다. 명확히, 이러한 기하학적 형상의 장치에 따라, 단부로 용접된 빔 단부 연결 부품을 포함하는 빔이 쌍을 이루는 칼럼들 사이에서 그리고 이러한 칼럼으로 연결을 위해 적합한 위치로 하강되고, 해당 빔 단부 연결 부품들은 마주보는 수의 테이퍼 구조를 가지며, 암의 테이퍼 구조를 가진 지지 인터페이스 표면의 연결을 통해 바닥을 이룬다(bottom out). 상기 기술된 바와 같이, 본 발명의 구조물에 따라 치수설정의 정밀한 제어가 가능함으로 인하여, 테이퍼 구조를 가진 지지 표면 바로 위에서 풀 모멘트의 연결부가 바닥을 이룰 수 있으며, 뿐만 아니라 칼럼에 대해 빔의 정확한 공간적인 위치설정이 가능하다. 본 명세서에서, 이에 따라 형성된 테이퍼 구조를 가진 지지 표면은 비용접식의 분리가능한 인터페이스로 언급된다. 이로 인해 빔을 칼럼으로 포지티브하게 고정하기 위한 비가역적 용접 연결부가 제공되지 않는다.
도면에서, 도 5는 수직방향의 하강 및 배치 기능과 작동을 도시한다. 또한, 도 5는 4개 미만의 빔이 칼럼으로 고정된 상태 및 보다 특히 칼럼의 단지 하나의 측면만이 칼럼에 부착된 빔을 갖지 않는 상태에 관한 본 발명의 그 외의 다른 특징을 도시한다. 이 경우, 임의의 특징의 노달 연결부(16)가 형성되는, 완전한 칼라로 구성된 헤이로형상의 칼라 구조물은 연결된 빔 단부와 직접적으로 연결된 부품 없이 완전한 또는 부분적인 빔 단부 연결 부품에 의해 실질적으로 구성된다. 도 5에 도시된 칼라의 한 부분에 대한 상태가 명확히 도시되며, 여기서 인접하고 완벽히 도시된 빔 단부 연결 부품(24)은 쌍을 이루는 스탠드오프(20)와 연결될 수 있지만 이러한 빔으로 직접적으로 연결되지 않은 것으로 도시된다.
도 5는 완전한 빔 단부 연결 부품이 빔이 없는 곳에서 이용되는 상태를 도시하며, 또한 임의의 개재 브리징 요소(40)없이 오직 간단히 상측 및 하측 빔 단부 연결 부품의 가로방향 요소들만 이용함으로써 이러한 상태에서 칼라가 구성될 수 있다. 본 도면에 특별히 도시되지 않은 이러한 장치는 부분적인 빔 단부 연결 부품으로 언급된다.
중력에 의해 안착(seating)되고 고정되는 모든 작동이 노달 연결부(16)의 형성에 따라 구현될 때, 이에 따라 칼럼을 둘러싸는 헤이로 형상의 칼라가 구성되고, 뿐만 아니라 적합한 풀 모멘트의 연결부가 구성됨에 따라, 너트와 볼트 세트(26)는 적합한 예비인장 상태에서 볼트의 생크를 배치시키기 위해 설치되고 체결된다. 상기 언급된 바와 같이, 상기 쌍을 이루는 너트와 볼트 세트의 상측 및 하측 그룹은 부착된 빔의 플랜지 평면에 수직하게 배열되며, 이러한 플랜지 평면은 도 3에 도시된 빔들 중 한 빔의 상측 및 하측 플랜지에 대하여 44 및 46으로 도시된다. 이러한 장치의 중요성은 본 명세서에 제안된 바와 같이 너트와 볼트 세트 플랜지의 배치가 빔 및 칼럼 연결의 분리 방지 오류 저항(anti-prying failure resistance)을 상당히 개선시키며, 이는 빔으로부터 노달 연결부(16)를 통해 칼럼으로 전달되는 힘이 본 발명의 헤이로형상의 구조물을 통해 힘이 가해지는 지점에서 너트와 볼트 세트에 의해 지탱되기 때문이다.
도면에 도시되고 상기 기술된 바와 같이, 본 발명의 특정의 신규한 특징은 빔과 칼럼 사이의 모멘트 하중(moment load)이 칼럼의 코너 및 칼럼 구조물의 코너를 통해 빔으로부터 칼럼까지 전달되는 데 있다. 빔으로부터 칼럼으로 하중이 전달되는 각각의 코너에 대해, 이러한 하중은 해당 스탠드오프와 연관된 모든 용접부에 의해 전달되고 적절히 조절된다. 즉, 칼럼의 코너 주위에 그리고 상기 코너로 스탠드오프를 결합하는 모든 용접부는 빔에서 칼럼으로 전달된 하중을 조절하는 기능을 한다. 이는 본 발명의 노달 연결 구조에 의해 제공되는 풀 모멘트의 하중을 조절할 때 중요한 특징 및 장점으로 구성된다.
칼럼(12) 내의 면(12b)과 각각의 빔 단부 연결 부품 내의 가로방향 요소들 사이에 형성된 상기 언급된 이격된 상태 또는 공간에 관해 주목하면, 이러한 공간은 도 2 및 도 3에서 도면부호(50)로 도시된다. 수직방향으로 신장된 공간은 예를 들어 도 3에서 도면부호(52)로 도시된 강화 플레이트와 같은 보조 칼럼 강화 플레이트를 용접함으로써 부착을 위한 간격이 형성되며, 이러한 플레이트는 보조 칼럼 강화가 요구되는 빌딩 프레임 내의 위치에서 공간(50)으로부터 이격되도록 뒤집힌 또는 상반된 수직 방향으로 연장된 것으로 도시된다. 보조 구조물의 부착이 풀 모멘트의 노달 연결부(16)의 구조 또는 일체성을 저해하지 않는 것이 특히 중요하다.
본 발명의 중요하고 신규한 특징들 중 그 외의 다른 특징은 노달 연결부 구조물 내의 특정의 부품들이 치수(D)보다 큰 통상적인 구성 범위, 빔의 깊이 또는 전체 빔의 수직 높이 내에서 허용되도록 부품들의 크기를 가변할 수 있게 설계되는 데 있다. 도 8은 본 발명의 특징을 기술하는데 도움이 되는 도면이다.
도면에서, 상기 기술된 치수(D)보다 어느 정도(+) 큰 깊이(D+)를 가진 빔(48)의 단부의 부분도가 도시된다. 본 발명에 따라서, 새로운 빔 깊이를 이용할 필요가 있으며, 상기 새로운 빔의 깊이는 마주보는 단부들 사이의 중간을 크로스 컷(cross-cut)을 위해 그리고 빔의 높이(D+)로 도시된 수직 치수에 있어서 증가량(+)에 의해 이러한 부품들의 길이를 연장하도록 제 위치에 각각 용접된 인서트(54, 56)를 갖기 위한 해당 스탠드오프 및 브리징 요소(20, 40)에 대한 것이다.
브리징 요소(40) 내에서 인서트(insert, 56)에 관해, 일반적으로 이러한 인서트는 실질적으로 브리징 요소와 동일한 횡단면 치수를 가질 것이다.
각각의 스탠드오프의 경우, 길이 증가 인서트를 수용하기 위해 컷이 없을 때 상기 스탠드오프는 채널(20d) 내에 통상적으로 일정한 테이퍼(taper)를 가지며, 이에 따라 제공된 인서트는 이의 내부에 테이퍼구성된 표면을 갖지 않지만 인서트를 수용하기 위한 크로스 컷이 형성되는 스탠드오프의 횡단면과 정확히 일치되는 횡단면 형상을 가질 것이다.
상대적으로 긴 길이의 스탠드오프와 상대적으로 큰 높이의 빔 단부 연결 부품을 형성하기 위한 이러한 인서팅에 따라, 변형된 노달 연결부(16)는 빔과 칼럼 사이에 중력에 의해 안착되고 고정되는 풀 모멘트의 정밀한 연결부를 제공하는 상기 방식과 동일한 방식으로 정밀하게 기능을 한다. 이는 이러한 이용을 위해 노달 연결부가 변형되는 것이 필요할 뿐이며, 이러한 이용은 노달 연결부(16)에 대해 기술되어진 그 외의 다른 중요한 성능 및 작동상 특징들 모두에 영향을 미치지 않는다.
따라서, 본 발명은 상기 미국 특허에 기술된 구조물과 같이 종래 기술을 따르는 풀 모멘트의 연결 구조물에 비해 작동상의 유용한 개선점을 제공한다. 이에 따라 본 명세서에 기술된 헤이로형상의 칼라가 제공되고 제안되며, 하나이상의 많은 빔이 빔 단부 연결 부품으로 언급된 칼라 내의 개별 세그먼트를 통해 세그먼트형 구조물로 고정된다. 빔 단부 특정 부품인 상기 언급된 세그먼트 부품을 포함하도록 형성된 상기 헤이로형상의 칼라는 사용중 세그먼트 대 세그먼트 방식(segment-by-segment) 및 중력에 의해 가압되고 고정되는 방식으로 본 명세서의 수용 스탠드오프 도크로 하강되며, 소위 스파이더 도크는 통상의 스틸 빌딩 프레임 칼럼 내의 일반적인 4개의 코너로부터 외측을 향해 각을 형성하여 연장되는 외측을 향해 돌출된 스탠드오프에 의해 형성된다. 빔 단부 연결 부품과 협력하는 이러한 도크는 칼럼으로 연결된 풀 모멘트의 하중을 조절하는 상태에서 헤이로형상의 칼라와 부착된 빔을 지지하기 위해 수 및 암의 테이퍼 구조를 가진 지지 표면 방식으로 상보적으로 형성된다.
스탠드오프 스파이더 도크에 의해 제 위치에 수용될 때 헤이로형상의 칼라는 해당 칼럼의 외측 측면으로부터 이격되고 이를 둘러싸며, 빔 단부 연결 부품과 해당 칼럼의 면 사이에 형성된 공간은 빌딩 프레임 내의 특정 위치에서 칼럼에 대해 상대적으로 큰 강성을 제공하기 위해 이용될 수 있는 신장된 보조 칼럼 부속품을 장착하기 위한 자유 여유 공간을 완벽히 형성한다.
바로 위에 기술된 바와 같이, 헤이로형상의 칼라 및 스파이더형상의 도크를 형성하는 부품들 또는 이러한 부품들 중 한 부품은 빔과 칼럼을 제조하고 사전 구성하는 동안 특정 부품의 수직 형상 위치재설정이 다양한 빔 웹 깊이를 가진 빔의 부착(칼럼으로)을 허용하도록 설계된다. 즉, 헤이로형상의 칼라와 스탠드오프 스파이더를 구성하는 부품들은 수직 방향으로 이격된 요소들을 특징으로 하고, 이러한 요소들은 다양한 웹 깊이를 가진 빔을 수용하기 위하여 칼럼의 매우 편리하고, 효과적이며 상대적으로 낮은 비용으로 제조되도록 제조시 상대적인 수직 위치가 형성된다. 칼럼과 빔 사이에서 중력에 의해 형성되는 풀 모멘트의 연결부에서 피벗 역할을 수행하고 중력에 의해 고정되는 암 및 수의 테이퍼구조를 재설계하고 빔과 칼럼의 상대 위치를 완전하고 정확하게 배열하기 위한 조건 없이도, 서로 다른 빔의 깊이를 취급하는 데 있어서 위와 같이 부착이 가능하다.
빔으로부터 칼럼으로 전달되는 모멘트 하중은 칼럼의 면으로 직접적으로 전달되기보다는 스탠드오프 그리고 헤이로형상의 칼라 내의 코너를 통해 칼럼으로 전달되고, 칼럼의 코너로 전달된다. 빔 내의 상측 및 하측 플랜지의 평면을 수직 방향으로 지지되는(bracket) 방식으로 상기 언급된 인장 너트와 볼트 세트가 제공됨에 따라 본 발명의 모멘트 연결은 큰 모멘트 하중에 응답하여 이동되는 잠재적인 손상 상태를 방지한다.
따라서, 신규한 헤이로 및 스파이더형상을 가진 노달 연결부의 특정 개조물과 변형물이 본 명세서에 기술될지라도, 그 외의 다른 변형물과 개조물이 본 발명의 범위내에서 구성될 수 있다.

Claims (14)

  1. 빌딩프레임내에 구성된 칼럼과 빔의 노달 연결부에 있어서, 상기 노달 연결부는
    이격된 면들 및 쌍을 이루는 인접한 코너들을 가진 수직의 신장된 칼럼,
    상기 칼럼의 길이를 따라 위치된 선택된 공통의 상부에서 상기 코너로부터 외측을 향해 각각 연장되고 코너와 연결된 복수의 신장된 스탠드오프,
    중력에 의해 안착되고 고정되는 풀 모멘트의 인터페이스 연결부를 통해 각각의 스탠드오프와 연결되고 스탠드오프에 의해 상기 칼럼으로부터 이격되는 헤이로(halo)형상의 칼라, 및
    상기 칼럼으로부터 외측을 향해 멀어지는 방향으로 상기 칼라로부터 연장되며 쌍을 이루는 코너들의 중간에서 상기 면들 중 한 개와 근접한 위치에 상기 칼라와 연결되는 빔단부를 가진 신장딘 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 빌딩프레임내에 구성된 칼럼과 빔의 노달 연결부.
  2. 빌딩 프레임 내에서 신장된 빔의 단부 및 이격된 면과 코너를 가진 신장된 칼럼 사이의 노드에 형성되고 중력에 의해 안착되고 고정되는 풀 모멘트의 연결부에 있어서,
    하나 이상의 빔의 빔단부에 고정되고 상기 칼럼을 둘러싸는 헤이로형상의 칼라,
    상기 칼럼의 길이를 따라 배열된 정해진 위치에서 상기 이격된 코너에 고정된 스파이더 형상의 스탠드오프 도크 및
    각각의 칼라와 스탠드오프 도크에 분포되어 서로 연결되고 중력에 의해 안착되고 고정되는 풀 모멘트의 지지 인터페이스 구조물을 포함하고, 상기 칼라는 상기 스탠드오프 도크를 공간적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 연결부.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 칼라는 빔 단부 연결 부품을 포함하도록 분할되고, 상기 스탠드오프 도크는 상기 칼럼의 코너에 각각 고정된 복수의 스탠드오프들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 연결부.
  4. 제 3 항에 있어서, 각각의 스탠드오프는, 칼럼의 코너 주위를 둘러싸고 상기 코너를 통해 서로 연결되는 한쌍의 면들에 고정되는 피트를 가지는 것을 특징으로 하는 연결부.
  5. 빌딩 프레임내부의 칼럼이 횡방향으로 이격된 복수 개의 코너들에서 연결된 평평한 면들을 가지고, 상기 칼럼과 한 개이상의 빔들사이에서 칼라, 칼럼 및 빔을 연결하는 풀 모멘트의 노달 연결부에 있어서,
    코너를 가지며 한 개이상의 빔의 빔단부와 연결되고 인접한 복수 개의 가로방향 부품들에 의해 형성되는 칼라를 포함하고, 각각의 상기 가로방향 부품은 상기 칼럼의 면을 향하고 떨어져 배열되며 상기 면과 평행한 평면구조를 가지고, 각각의 가로방향 부품은 인접한 칼럼의 면과 연결되고 이격된 한 쌍의 가로방향 부품들과 함께 칼라내에서 한 쌍의 코너의 일부분을 형성하며, 상기 칼라의 코너는 칼럼의 코너들과 인접한 위치에 떨어져 배열되고,
    칼럼의 면과 상기 평행한 평면구조에 대해 비직교방향으로 형성된 신장선을 따라 칼럼의 코너에 연결되고 칼럼의 코너로부터 외측을 향해 연장되는 복수의 스탠드오프 구조물을 포함하고, 상기 스탠드오프 구조물은 상기 칼라의 코너와 칼럼의 코너를 통해 상기 칼라를 칼럼에 연결시키는 것을 특징으로 하는 연결부.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 스탠드오프 구조물과 상기 칼라를 서로 연결시키는 예비인장 구조물을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연결부.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 하나 이상의 빔은, 이격된 평면의 플랜지들을 가진 I 빔의 형태를 가지며, 상기 예비인장 구조물은 상기 칼라의 코너와 인접한 위치에서 쌍을 이루는 너트 및 볼트 내에 배열된 너트와 볼트의 세트들을 포함하고, 각 쌍의 너트 및 볼트는 상기 빔의 플랜지 평면들을 가로질러 배열되고 플랜지 평면의 마주보는 측면들에 배열되는 것을 특징으로 하는 연결부.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 칼라 내에서 각각의 상기 가로방향 부품은 하측을 향해 수의 테이퍼구조를 가진 지지 인터페이스 구조물을 포함하고, 각각의 가로방향 부품에 대해 스탠드오프 구조물은 서로 짝을 이루고 중력에 의해 안착되는 풀 모멘트의 고정상태로 가로방향 부품 내에서 수의 테이퍼구조를 가진 지지 인터페이스 구조물을 수용하기 위한 크기를 가지며 하측을 향해 암의 테이퍼구조를 가진 소켓을 형성하는 것을 특징으로 하는 연결부.
  9. 제 8 항에 있어서, 각각의 가로방향 부품은 횡방향으로 신장된 상측 및 하측의 가로방향 요소들을 포함하고, 상기 상측 및 하측의 가로방향 요소를 서로 연결시키는 신장된 브리징 요소를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연결부.
  10. 제 9 항에 있어서, 서로 연결된 각 쌍의 상측 및 하측 가로방향 요소와, 상기 브리징 요소는 단일의 빔 단부 연결 부품을 형성하는 것을 특징으로 하는 연결부.
  11. 빌딩프레임 내에 구성된 칼럼과 빔의 연결부에 있어서,
    코너를 통해 연결되는 면을 가지고 신장된 칼럼,
    빔 단부를 가진 신장된 빔, 및
    칼럼의 쌍을 이루는 인접한 코너들을 통해 빔 단부를 상기 칼럼에 연결하는 풀 모멘트의 노달 연결부를 포함하고, 상기 빔단부는 상기 칼럼의 코너들사이에 위치한 칼럼의 면들로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 빌딩프레임 내에 구성된 칼럼과 빔의 연결부.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 노달 연결부는 비용접식의 분리가능한 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 빌딩프레임 내에 구성된 칼럼과 빔의 연결부.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 인터페이스는 중력에 의해 안착되고 고정되는 인터페이스인 것을 특징으로 하는 빌딩프레임 내에 구성된 칼럼과 빔의 연결부.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 빔 단부와 상기 칼럼의 면사이에 형성된 공간이, 칼럼의 긴 축방향으로 신장되고, 공간의 마주보는 종방향 측면 상에서 이를 통해 상반된 방향으로 연장되는 신장되고 보조의 칼럼 부속품의 면으로 선택적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 빌딩프레임 내에 구성된 칼럼과 빔의 연결부.
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