KR20110016365A - 케이블로 지지되는 장대 교량의 주탑과 건물의 복합 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강 또는 해상을 가로지르도록 설치되는 사장교, 현수교 등과 같은 케이블 교량에서 케이블과 상판의 하중을 지지하는 주탑을 활용하여, 건물(빌딩)을 상기 주탑과 일체로 결합함으로써 형성되는 교량 주탑과 건물의 일체화된 복합 구조물에 관한 것이다.

본 발명에서는, 케이블 교량에서 케이블(30)과 교량 상판(40)을 지지하는 주탑(10)과, 상기 주탑(10)에 접하여 주탑(10)과 일체로 연결되는 프레임 구조물(50)에 의하여 형성되는 건물(B)의 일체로 결합되어 형성된 것을 특징으로 하는 주탑과 건물의 복합 구조물이 제공된다.

Description

케이블로 지지되는 장대 교량의 주탑과 건물의 복합 구조물{Composite Structure with Long Span Cable Bridge and Building}

본 발명은 케이블로 지지되는 장대 교량의 주탑과 고층 건물의 복합 구조물에 관한 것으로서, 구체적으로는 강, 계곡 또는 해상을 가로지르도록 설치되는 사장교, 현수교 등의 같은 케이블 교량에서, 케이블과 상판의 하중을 지지하는 주탑이 위치하는 위치에서, 교량의 주탑과 건물(빌딩)의 프레임 구조가 일체로 결합되어 형성되는 교량 주탑과 건물의 복합 구조물에 관한 것이다.

교량은 강이나 하천, 바다, 호수 등의 수면 위, 또는 계곡 사이를 가로질러 교통로를 연결하는 것을 주기능으로 하는 구조물이다. 교량에는 라멘교, 아치교, 트러스교, 사장교, 현수교 등 다양한 형식이 존재하는데, 교량의 길이, 주변 환경, 교량 통과 하중의 종류, 미관 등을 감안하여 선택된다. 그동안 재료 및 시공 기술이 발달하고 경제적 수준이 높아지면서 장대 교량의 건설이 꾸준히 증가해 왔다. 특히 최근에는 교각과 교각 사이의 길이를 나타내는 경간장이 1km가 넘고, 총연장 이 10km를 상회하는 초장대 교량의 건설도 늘고 있다. 이러한 초장대 교량은 케이블로 상판을 지지하는 케이블 교량의 형식으로 건설되는데, 그 대표적인 것으로 현수교와 사장교를 들 수 있다.

현수교와 사장교는 긴 경간장과 함께 유려한 곡선미 또는 직선미를 갖추고 있기 때문에 대부분 랜드마크로서 관광 명소가 되기도 한다. 따라서 큰 강을 끼고 있는 대도시의 경우 이러한 케이블 교량에 대한 수요가 많이 존재한다. 그러나 현수교나 사장교 같은 케이블 교량으로 장대 교량을 시공하는데는 건설비용이 많이 들기 때문에 케이블 교량을 건설하는 데에 많은 경제적인 제약을 받고 있다. 따라서 고비용의 장대 케이블 교량에 대한 사회적 요구에 부응하고, 장대 케이블 교량의 활성화를 위해서는 교량의 건설비용을 절감하기 위한 노력과 함께 다른 한편으로 교량이 양측 도로의 단순한 연결 수단 이상의 부가가치를 창출할 필요가 있다.

한편, 케이블 교량은, 교량에 작용하는 수직 및 수평 하중을 주탑이 지지하는 구조이기 때문에 주탑의 강성이 교량의 주경간장을 결정하는 데에 중요한 요소이다. 주탑의 강성은 사용 재료 및 단면의 크기상 등에 따라 결정된다. 현재 대부분의 케이블 교량은 1개소의 주탑에 교량 양측에 1개씩 기둥이 배치되어 주탑 1개소에 2개의 기둥이 형성되는 방식으로 주탑이 구성되는데, 현수교는 2 주탑 방식이 거의 대부분을 차지하며, 사장교의 경우에는 1주탑부터 3개 이상의 다주탑까지 다양하다. 사장교의 경우 맨 위에 위치하는 케이블은, 편재 하중에 의해 주탑이 교량 진행 방향으로 휘는 것을 잡아주는 앵커 역할을 하게 되는데, 주탑이 2개소인 2주탑 사장교에서는 양쪽의 교각에 케이블이 앵커 고정되어 좌우 균형을 유지하게 되지만, 주탑이 3개소 이상인 다주탑 사장교에서는 가운데에 위치한 주탑이 앵커 고정을 해야 하므로 중앙부 주탑은 큰 강성이 필요하다. 다주탑 연속 사장교의 경우에는 주탑의 강성 문제로 인해 교량의 경간 길이를 늘리는 데에 많은 제약을 받고 있다.

따라서 횡방향(교축직각 방향 및 교축 방향) 하중에 대한 주탑의 강성을 대폭 증가시켜 경간을 충분히 늘리면서도 안전성은 물론이고 미관상으로나 경제성 면에서도 불균형을 초래하지 않는 기술적 수단의 제공이 절실히 요구되고 있다.

한편, 현수교의 경우에는 거의 모든 교량이 2주탑 현수교의 형식을 가지고 있는데, 교량이 놓이는 곳의 연장이 긴 경우에는 현수교 양쪽에 접속 교량을 두거나 주경간장을 길게 만들어야 한다. 전자의 경우(접속 교량을 두는 경우)에는 교량의 경관을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있으며, 후자의 경우(주경간장을 길게 하는 경우)에는 무리하게 긴 경간장으로 인해 주(main) 케이블의 단면이 매우 커져, 경제성 및 시공성 면에서 불리할 수 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 3개의 주탑을 갖는 3주탑 방식의 현수교를 들 수 있는데, 앞서 언급한 바와 같이 중앙부 주탑의 강성이 커져야 하는 부담이 있다. 따라서 3주탑 방식의 현수교로서, 강성이 크면서도 현수교의 미려한 경관을 해치지 않고 현수교를 시공할 수 있는 기술적 수단의 제공이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

한편, 현재 통용되는 주탑의 경우, 사장교는 뒤틀림에 대한 강성이 크면서도 경제적인 단면을 갖는 역Y자형(교축 방향에서 볼 때)의 주탑이 많이 사용되며, 다 주탑 사장교에서는 교축 방향 및 교축 직각 방향에서 각각 역Y자형으로 보이는 4개의 기둥을 갖는 주탑이 많이 사용된다. 현수교에서는 2개의 기둥이 나란히 올라가는 2칼럼 주탑이 많이 사용되는데, 이는 주탑 상부에 메인 케이블이 거치되는 현수교의 특성에 기인한다. 상기와 같은 형상의 주탑들은 구조적으로 긴요한 성능을 가지면서도 경제적으로 유리한 형상의 것들이지만, 케이블 교량에서 주탑의 구조를 이용하여 건물과 같은 정주 공간을 구비하고 할 때는 그 형상으로 인하여 매우 불리한 점이 생기게 된다. 우선, 주탑이 위치하는 곳의 상판 직상부의 공간에 정주 공간을 설치하기가 어렵고 주탑 양측에 배치되는 건물의 수평 변위나 뒤틀림에 대한 구속력이 떨어진다. 따라서 케이블 교량에서 주탑을 이용하여 정주 공간을 만들고자 할 때 공간 활용에 제약이 없으면서도 충분한 강성을 확보할 수 있는 형태의 새로운 주탑 구조가 제공되어야 한다.

한편, 고층 건물의 경우, 내부 공간 활용의 편의 및 시공상의 장점 때문에, 대부분 기둥과 거더의 조합으로 구성되는 프레임 구조를 이루어진다. 이러한 프레임 구조를 갖는 고층 건물의 경우 콘크리트 벽식 구조에 비해 상대적으로 강성이 작기 때문에 수평 하중에 의한 수평 변위 및 뒤틀림에 대한 강성을 확보하는 것이 매우 중요하다. 수평하중에 대한 강성은 주로 기둥 부재의 재질 및 단면 크기에 따라 좌우되는데, 기둥 부재는 축력과 함께 수평력까지 부담해야 하므로 수평력이 크게 작용하는 고층 건물의 경우에는 기둥 부재의 단면이 커지거나 기둥 부재의 수가 많아질 수밖에 없다. 기둥 부재의 수가 너무 많아지면 공간 활용이 자유로운 프레임 구조의 장점을 적어지고 반대의 경우에는 기둥 부재의 단면이 지나치게 커 져 건물 내부에서 기둥 부재가 미관을 저해하거나 경제성이 떨어지는 요인으로 작용한다.

특히, 주탑의 높이 100m를 상회하는 경우, 건물 역시 상응하는 높이를 갖게 되는 바, 고층 건물이 수평력에 대해 큰 강성을 보유하면서도 경제적인 단면을 갖도록 하는 기술적 수단의 제공이 필요하다.

한편, 케이블 교량의 주탑 위치에 주탑에 접하여 정주 공간으로 활용되는 건물이 배치되기 위해서는 차량의 원활한 진출입이 확보되어야 하는데, 기존 케이블 교량의 경우 케이블 구간의 중앙에 위치한 주탑 기둥 쪽으로, 즉 교축 직각 방향으로 차량이 진출입하는 것을 케이블이 가로 막고 있는 구조를 취하고 있는 바, 주탑 위치에 정주 공간으로 활용되는 건물이 배치되기 위해서는 이에 대한 해결 방안이 강구되어야 한다.

또한, 장대 케이블 교량의 경우 구조적 특성상 주기적인 점검 등 일상적인 유지 관리가 매우 중요한데, 교량 내에 상주 공간이 구비되어 있지 않고, 접근로 역시 열악한 사정이기 때문에 일상적인 유지 관리에 많은 제약이 있는 실정이다.

또 다른 한편으로, 소득 수준의 향상과 쾌적한 삶에 대한 욕구가 증가하면서 수변이나 수상 공간을 여가 및 레저 공간으로 활용하려는 시도가 다양하게 시도되고 있다. 고수부지에 체육 여가 시설 및 수상 부유 구조물을 설치하는 것이 바로 이러한 시도의 일환으로 이루어지는 것인데, 아직까지는 수상 공간에 건물을 축조하여 정주 공간으로 활용하는 단계에까지는 이르지 못하고 있다. 수상 공간에 건물과 같은 정주 공간을 건설할 경우, 비싼 토지 비용을 절감할 수 있다는 장점 외 에도 탁월한 조망권과 수상 공간으로의 직접적인 진출입이라는 장점 등이 있음에도 불구하고, 별도의 접근로를 확보하기 위한 건설비용이 많이 들고, 특히 도심 권역의 강에서는 홍수시 통수 단면 잠식으로 인한 하천 기능이 저하되는 문제점이 있으며, 이를 해소할 수 있는 방안이 모색되어야 한다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 단점을 극복하고, 위와 같은 현실적인 요구를 만족시키기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 교량의 주탑과 건물의 프레임 구조가 일체로 결합되고 구조적 상호 보완하는 역할을 수행하는 복합 구조를 형성함으로써 교량의 주탑과 건물이 일체화된 새로운 유형의 복합 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 케이블 교량의 주탑의 강성을 증가시키면서도 단면 증가에 따른 비용 증가를 건물 구조 부재의 절감을 통해 해소하는 한편, 단면 확대에 따른 미관상의 불리함을 복합 구조물의 조형미와 건물의 외관 디자인을 통해 해소하는 것을 목적으로 한다.

또한, 교량의 주탑이 건물의 수평하중을 부담하고 수평 변위를 적극 억제하는 슈퍼칼럼의 역할을 수행하도록 함으로써, 건물의 기둥 부재가 수직하중만을 부담하여 기둥 부재의 경제적인 설계, 시공 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다. 아울러, 고층 건물에서 흔히 발생하는 수평유동으로 인한 불안감과 구조적 불안정 성을 해소하는 것을 목적으로 한다.

또한, 케이블 교량의 주탑 주탑의 강성을 증가시킴으로써 다주탑 방식의 사장교의 경우 주경간을 늘릴 수 있도록 하고, 3주탑 방식의 현수교를 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 주탑의 강성을 증가시켜 케이블 교량의 경간을 늘려 교각수를 축소함으로써 통수단면의 잠식을 최소화하고 이를 통해 홍수 등의 수위 변동에 따른 영향을 덜 받는 구조물을 제공함으로써 강 유역의 수상 공간을 정주 공간으로 활용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 케이블 교량을 활용하여 정주 공간 형태의 수상 공간을 적극적으로 이용할 수 있는 수단을 제공함으로써, 단순한 연결로서의 기능에 머물고 있는 교량의 사회, 경제적 가치를 제고하는 것을 목적으로 한다. 아울러, 본 발명은 장대 케이블 교량의 경제적 가치를 제고함으로써 도심 권역에 미관과 조망이 뛰어난 장대 케이블 교량의 건설을 활성화하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 교량상에서 건물에 차량이 직접 진출입할 수 있는 진출입로와 주차 공간을 구비한 정주 시설로서 건물(빌딩)을 제공함으로 교량 및 수상 공간에 위치한 정주 시설을 다중이 원활히 이용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 교량과 일체를 이루고 있는 건물에 관리 인력이 상주하여 일상적인 유지 관리를 원활히 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 중앙부에 4개의 주탑 기둥과 교축 방향 및 교축 직각 방향으로 주탑 기둥을 연결하는 가로보로 구성되는 주탑이 위치하고, 교축 직각 방향으로 주탑의 양쪽에 거더와 기둥으로 구성되는 건물의 프레임 구조가 위치하며, 주탑과 프레임 구조 구조가 일체로 결합되어 주탑이 슈퍼칼럼으로서 교량 케이블을 지지하는 외에 건물에 작용하는 수평력을 부담하고 건물의 수평 변위 및 뒤틀림을 구속하는 역할을 수행하는 케이블 교량의 주탑과 건물의 복합 구조물이 제공된다.

또한, 본 발명에서는 강성이 대폭 증강되면서도 미관상 불리할 수 있는 주탑의 확대된 단면이 복합 구조물의 조형미와 건물의 외관 디자인으로 보완되는 복합 구조물이 제공된다.

또한, 본 발명에서는 상기 복합 구조를 바탕으로 주탑에 접하여 교축 직각 방향으로 정주 공간용 건물이 주탑의 양측에 배치되고 교량에서 건물로 차량이 직접 진출입할 수 있는 진출입로를 갖춤으로써 수상 공간을 원활하면서도 적극적으로 활용할 수 있는 교량 주탑과 건물이 일체화된 복합 구조물이 제공된다.

본 발명에 따르면, 도로의 연장으로 건설되는 케이블 교량의 주탑에 접하여 주탑과 일체로 연결되는 별도의 구조물로서 정주 공간이 배치되어 수상 공간을 적극 활용할 수 있게 됨으로써 교량의 사회, 경제적 가치를 제고할 수 있고, 결과적으로 이를 통해 장대 케이블 교량의 건설 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있게 됨으로서 경관이 뛰어난 장대 케이블 교량을 더 많이 건설할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 교량에서 건물로 원활하게 진출입할 수 있는 진출입로와 건물내 주차 공간이 제공됨으로써 초장대 교량에 대한 다중의 접근성이 확보됨으로써 조망권에 대한 욕구를 충족시키는 한편, 이를 통해 관광 명소로서 부가적인 수입을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 케이블 교량이 강성이 큰 주탑을 가지면서도 주탑이 건물과 일체로 결합되기 때문에 복합 구조물의 형상 및 건물의 외관을 통해 주탑의 비대함에 따른 미관상의 불균형을 효과적으로 해소할 수 있다.

또한, 케이블 교량의 주탑이 건물의 수평 변위 및 뒤틀림을 구속하고 건물 역시 건물의 구조 부재 가운에 일부가 주탑 기둥을 묶어주는 역할을 수행함으로써 상호간에 수평 변위 및 뒤틀림을 구속함으로써 동일한 단면으로도 수평하중에 대한 강성이 증가하는 효과를 갖게 되어 교량의 경우 경간장을 경제적으로 늘릴 수 있으며 이를 통해 통수단면의 잠식을 최소화할 수 있다. 정주 공간으로 사용되는 건물의 경우에도 건물의 높이를 높일 수 있고 사용자들의 심리적 불안감을 해소할 수 있다. 특히, 주탑의 양측에 위치하여 마주보는 양쪽 건물을 상호 연결함으로써 주탑과 건물의 횡방향 강성을 더욱 증가시킬 수 있고 교량 상판의 직상부 공간을 효과적으로 활용할 수 있다.

또한, 교량의 주탑이 건물의 수평하중을 부담하고 수평 변위와 뒤틀림을 적극 구속하는 슈퍼칼럼의 역할을 수행하도록 함으로써 건물의 기둥 부재의 수평하중에 대한 부담을 완화하고 주로 수직하중을 부담하도록 함으로써 기둥 부재의 경제 적인 설계, 시공이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 건물의 라멘 구조를 이루는 수평 부재인 거더가 주탑의 주탑 기둥을 묶어주는 역할을 수행하도록 함으로써 건물의 구조 부재 교량 주탑의 강성을 증가시키는 데 기여할 수 있다.

또한, 다른 측면에서 교량과 알체로 결합된 건물에 사람이 상주할 수 있기 때문에 교량에 대한 일상적인 유지 관리가 원활해짐으로써 교량의 유지 관리 수준을 높일 수 있다.

또한, 교량 가설 공사중 건물 축조 공사가 병행될 경우, 건물의 일부 공간을 현장 사무실 및 작업자들의 숙소 및 휴식 공간으로 활용할 수 있어 작업자들의 작업 환경을 개선하고 안전 및 공사 현장 진출입에 따른 번거로움을 해소할 수 있다.

또한, 주탑 공사가 선행되기 때문에 건물 축조시 주탑을 크레인 고정 등에 활용할 수 있으며, 교량 상판 거치후 교량을 통행로로 이용하면서 교량의 부대공과 건물의 내외장 공사를 병행할 수 있어 건물의 공사 기간을 단축할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명에 따라 주탑에 건물이 일체로 결합되어 있는 복합 구조물 을 중앙부에 구비한 3주탑 사장교의 개략적인 측면도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따라 주탑에 건물이 일체로 결합되어 있는 복합 구조물이 중앙부에 위치하는 3주탑 현수교의 개략적인 측면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 복합 구조물은, 사장교, 현수교 등과 같은 케이블 교량(A)의 주탑(10)과 건물(B)이 일체로 합성되어 형성된다.

도 3에는 본 발명의 일예로서, 케이블 교량의 여러 종류 중에서 사장교의 주탑(10)과 건물(B)이 일체화되어 본 발명의 복합 구조물(1)을 이루고 있는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는 도 3의 실시예에서 복합 구조물을 이루는 주탑(10)의 구조를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 4에서는 주탑(10)의 구조를 보이기 위하여, 편의상 주탑(10) 가운데를 지나가는 교량의 상판(30)의 일부와 케이블(20) 일부, 그리고 건물(B)의 도시를 생략하였다. 도 5에는 도 3에 도시된 실시예의 변형예로서, 건물로의 차량 진입을 위하여 교량 주탑 설치 부근에서 교량 상판(30)의 일부가 확폭되어 차량의 진출입차로를 형성한 실시예에 대한 사시도가 도시되어 있다.

도 6에는 본 발명에 따른 복합 구조물의 일예로서, 건물(B)이 프레임 구조물(50)에 의해 형성되어 있는 실시예에 대한 교축방향의 개략적인 정면도가 도시되어 있다. 도 7a에는 도 6에 도시된 실시예의 주탑과 건물(B)의 평면도로서, 도 6의 선 A-A에 따른 평면도가 도시되어 있다. 도 7b에는 도 7a에 대응되는 도면으로서 프레임 구조물(50)의 외곽 기둥의 단면이 확대되어 있는 실시예에 대한 평면도가 도시되어 있다. 도 7c에는 도 7a에 대응되는 도면으로서 프레임 구조물(50)의 주탑(10) 방면으로 대단면의 교축방향 거더(51a)가 구비되어 주탑(10)과 결합되어 있는 실시예에 대한 평면도가 도시되어 있으며, 도 7d에는 도 7c에 도시된 실시예의 교축 방향의 개략적인 정면도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 실시예에서는 건물(B)을 이루는 건물 유닛의 교축직각 방향 폭이 위로 갈수록 좁아지도록 도시하였지만, 편의상 도 6, 도 7a 내지 도 7d에서는 건물(B)을 이루는 건물 유닛의 교축직각 방향 폭이 수직 높이와 무관하게 동일한 상태로 도시하였다.

도 8에는 현수교의 경우 주탑 상부에 메인 케이블을 받치는 받침블록이 형성되어 있는 구조를 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있다.

우선 도 1 내지 도 7d에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 복합 구조물의 구성을 살펴보면, 도면에 도시된 것처럼 본 발명의 복합 구조물은, 케이블 교량(A)의 주탑(10)과 건물(B)의 합성 구조물로 이루어져 있다. 케이블 교량(A)은, 교량 상판(30)을 매달고 있어 상판(30)의 하중을 지지하는 케이블(20)과, 상기 케이블(20)의 하중을 지지하는 주탑(10)과, 상기 주탑(10)의 하부에서 주탑(10)을 지지하는 기초(40)를 포함하여 구성된다.

본 발명에서 주탑(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 수직하게 배치되는 복수개의 주탑 기둥(11)과, 상기 주탑 기둥(11)을 교축직각방향으로 연결하는 복수개의 교축직각방향 가로보(12)와, 상기 주탑 기둥(11)을 교축방향으로 연결하는 복수개의 교축방향 가로보(13)를 포함하는 구조를 가지고 있다. 도면에 예시된 것처럼 주탑 기둥(11)은 4개의 기둥 부재로 이루어져, 각각 2개의 기둥 부재가 한 쌍을 이 루고 각 기둥 부재의 쌍이 상판(30)을 사이에 두고 교축직각 방향으로 배치되어 상기 기둥 부재가 평면에서 볼 때 좌우 대칭을 이루고, 한 쌍을 이루는 2개의 기둥 부재는 각각 교축 방향으로 간격을 두고 배치되는 것이 구조적으로 바람직하다.

사장교의 경우, 교축방향 가로보(13)는 주탑 기둥(11)에 고정되는 케이블(20)의 수평 분력 때문에 주탑 기둥(11) 사이가 교축 방향으로 벌어지는 것을 구속하는 역할을 하며, 그와 동시에 주탑 기둥(11)의 좌굴을 구속하는 역할도 수행한다. 또한 교축방향 가로보(13)는 주탑(10)의 양측에 위치하는 건물(B)의 프레임 구조물(50)의 외곽에 위치하는 거더(51) 또는 건물 기둥(52)의 일부와 연결되어, 주탑(10)과 건물(B)을 구조적으로 연결하는 기능을 수행하며, 교축직각방향 가로보(12)와 함께 주탑 기둥(11)의 뒤틀림을 구속하는 역할도 수행한다.

교축직각방향 가로보(12)는 주탑 기둥(11)의 좌굴 및 뒤틀림을 구속하는 역할을 수행한다. 또한, 주탑 기둥(11)의 외측 양측에 설치되는 건물 유닛 사이에 연결부(55)가 설치될 경우, 교축방향 가로보(13)와 함께 연결부(55)의 하중을 지지하는 들보의 역할도 수행한다. 상기 가로보(12, 13)의 설치 위치 및 개소는 필요에 따라 적절히 선택할 수 있다.

건물(B)은 도 3에 도시된 바와 같이, 교축직각 방향으로 주탑 기둥(11)의 외측에 접하여 주탑 기둥(11)과 일체화되어 존재하는데, 도면에 도시된 것처럼 2개의 건물 유닛으로 구분되어 주탑 기둥(11)의 양측에 각각의 건물 유닛이 구축될 수 있다. 이러한 2개의 건물 유닛의 사이에는 연결부(55)가 설치될 수 있으며, 상기 연결부(55)는 복수개소로 설치될 수 있다. 즉, 도면에 도시된 것처럼 상판(30)의 직 상부에 연결부(55)가 설치되고, 주탑 기둥(11)의 최상부에도 추가적인 연결부(55)가 설치될 수 있다. 이 때, 2개의 연결부(55) 사이에는 간격이 존재하여 이러한 간격에 의해 연결부(55) 사이에는 개구부가 형성될 수도 있다. 물론 도면에 도시된 것처럼 상판(30)의 하부에도 연결부(55)가 설치될 수 있는데, 이 경우 상판(30)의 하부에 형성된 연결부(55)는 주차 공간으로 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 상판(30)의 하부에 형성된 연결부(55) 내에 주차 설비를 구비하여 건물(B)을 이용하는 사람들의 주차 공간으로 이용할 수 있는 것이다. 상판(30)의 위쪽에 설치되는 연결부(55)는 양측 건물 유닛 사이의 통행로로서 이용될 수 있다.

연결부(55)의 수직 하중은 주탑 기둥(11)을 통해 기초(40)로 전달되는데, 연결부(55)의 자중이 커서 주탑 기둥(11)의 단면에 부담을 줄 우려가 있을 때는 하중의 일부 또는 전부를 건물(B)의 건물 기둥(52)이 부담할 수도 있다.

도 3에 예시된 것처럼 교량 상판(30)에는 건물(B)로 차량의 진출입을 위한 전용차로(31)가 설치될 수 있으며, 건물(B)에는 전용차로(31)를 이용한 차량들이 출입할 수 있는 별도의 출입구(56)가 설치될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서 전용차로(31)는 상판(30)에서 케이블이 고정되는 위치 밖에 설치되는데, 도 5에 도시된 또다른 실시예와 같이, 건물(B)이 설치된 위치에서 교축 방향으로 소정 구간의 교량 상판(30)을 확폭시킨 확폭부(32)를 두어 건물(B)로의 차량 진출입 전용차로를 확보할 수도 있다. 이 때, 케이블(20)은 확폭된 교량 상판(30)의 가장 자리에 연결될 수 있으며, 이와 같이 확폭된 부분의 가장 자리에 케이블(20)이 연결되는 경우, 케이블(20)이 차량 진출입을 방해하지 않게 된다.

현수교의 경우에는 도 3에 도시된 실시예와 같은 방식이 유리하며, 사장교의 경우에는 도 5에 도시된 실시예와 같은 방식이 유리할 것이다. 이와 같이 진출입 전용차로(31)를 형성함으로써, 이용자는 교량 통행을 방해하지 않고 진출입 전용차로(31)를 통해서 건물(B)에 용이하게 진출입할 수 있게 된다.

통행량이 많지 않을 경우에는 상기한 진출입 전용차로를 구비하지 않고 주탑 위치에서 건물(B)의 마주보는 부분에 출입구를 두어 차량이 진출입하도록 할 수도 있다. 또 다른 실시예로서, 교량의 상판(30)이 복층으로 이루어지는 복층 교량의 경우에는 상부 또는 하부 상판의 바깥 차선을 진출입 전용차로로 사용할 수도 있다. 보행자의 통행을 위한 보도는 상판(30)의 최외곽에 구비되는 것이 일반적이며, 이에 대해서는 별도의 도시 및 설명은 생략한다.

도 6, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 것처럼, 주탑(10)의 양측에 배치되어 주탑(10)에 결합된 건물(B)을 이루는 각각의 건물 유닛은, 교축직각 방향 및 교축방향의 복수개의 거더(51)와 수직한 건물 기둥(52)으로 이루어진 프레임 구조물(50)에 의해 골조가 구축된다. 이와 같은 프레임 구조물(50)이 설치된 후 통상의 건물처럼 창문 등을 포함한 외벽이 설치되어 도 3에 도시된 것과 같은 외관을 가지게 된다. 도 6, 도 7a 내지 도 7d에서는 편의상 연결부(55) 내부의 골조는 도시를 생략하였다.

위와 같이 주탑(10)에 건물(B)이 일체로 결합되어 있는 본 발명에서, 상기 주탑(10)은 4개의 주탑 기둥(11)과 가로보(12, 13)로 구성되어 있고, 복합 구조물의 중앙부에 위치하므로, 교량 및 건물의 횡방향(교축방향 및 교축직각 방향) 하중 을 부담하고 수평 하중에 의한 건물의 횡방향 변위 및 뒤틀림을 구속하는 역할을 수행한다.

특히, 교량의 관점에서 불 때, 주탑 기둥(11)은 케이블(20)을 지지하는 역할을 수행하게 되는데, 대단면을 갖고 있어 강성이 매우 크기 때문에 건물의 관점에서 볼 때 상기 주탑 기둥(11)은 건물(B)에 작용하는 수평력을 부담하고 수평력에 의한 횡변위를 구속하는 슈퍼 칼럼의 역할도 수행한다.

그러므로 건물(B)의 골조를 이루는 프레임 구조물(50)의 건물 기둥(52)은 대부분 수직 하중만을 부담하게 되고, 그에 따라 건물 기둥(52)의 설치 개소 및 단면을 축소할 수 있게 되고, 따라서 건물(B)의 시공에 소요되는 비용을 절감할 수 있게 된다.

주탑 기둥(11)을 일체로 묶어주는 교축직각방향 가로보(12)와 교축방향 가로보(13) 역시 대단면의 강성이 매우 큰 슈퍼거더로서 기능을 하게 되며 주탑 기둥(11)의 수평 변위 및 뒤틀림 등을 구속하고 있으므로, 주탑(10)과 프레임 구조물(50)의 복합 구조계의 수평 변위 및 뒤틀림을 구속하는 역할도 수행하게 된다. 도면에는 도시되지 아니하였지만, 필요에 따라서는 주탑의 가로보(12, 13) 상부에 슬래브를 구비하여 주탑(10)의 강성을 증가시킬 수도 있다.

주탑(10)과 프레임 구조물(50)을 결합함에 있어서는, 도 7a에 도시된 것처럼 프레임 구조물(50)의 교축방향의 거더 중에서 프레임 구조물(50)의 주탑 방면에 위치하는 교축방향 거더를 주탑(10)과 일체로 연결한다. 또한, 경우에 따라서는 건물 기둥(52) 가운데 일부를 주탑(10)의 교축방향 가로보(13)와 결합할 수도 있으 며, 도 7c 및 도 7d에 도시된 것처럼, 프레임 구조물(50)에는 주탑 방면의 측면에 대단면의 교축방향 거더(51a)를 설치하여, 상기 대단면의 교축방향 거더(51a)를 주탑(10)과 일체로 연할 수도 있다. 이와 같이 프레임 구조물(50)의 거더(51, 51a) 또는 건물 기둥(52)을 주탑(10)의 주탑 기둥(11)이나 가로보(12, 13)에 다양한 방법으로 일체로 결합함으로써, 프레임 구조물(50)이 주탑(10)과 일체화되도록 할 수 있다.

한편, 도 7b에 도시된 바와 같이, 프레임 구조물(50)을 구성하는 건물 기둥(52) 가운데 외곽부에 위치하는 건물 기둥(52a)의 단면을 키워 슈퍼칼럼의 기능을 수행하도록 함으로써 수평력에 대한 건물의 강성을 증가시킬 수도 있다. 또한, 연결부(55)의 위치에서 양측 건물(B)의 프레임 구조물(50)을 구성하는 거더(51)의 일부 또는 전부가 주탑을 가로지르도록 설치함으로써 주탑(10)과 프레임 구조물(50) 간의 결합도를 높일 수 있다.

주탑(10)과 프레임 구조물(50) 간의 결합 방법에는, 결합 부위에 구속 모멘트가 발생하는 강결합, 구속 모멘트가 발생하지 않는 힌지 결합, 수직 이동을 허용하는 롤러 결합 등이 모두 가능한 방법인데, 통상의 공지 공용 기술이므로 별도의 도시는 생략한다.

한편, 건물의 자중은 건물 기둥(52)을 통해 기초(40)로 전달되는데, 별도의 기초를 가질 수도 있지만, 교량의 수직 하중을 지지하는 교량 기초와 일체로 형성될 수도 있다. 교량 기초와 건물 기둥의 기초가 일체를 이루고 있는 것이 시공상 유리하다.

도 8에는 본 발명에 따른 복합 구조물이 형성되어 있는 현수교의 측면 구조가 도시되어 있는데, 건물 부분의 도시는 생략되었다. 주탑(10) 상부에 메인 케이블(21)을 지지하는 받침블록(15)이 구비되어 있다. 상기 메인블록(15)은 케이블 곡률의 급변에 따른 응력 집중을 완화시키는 역할을 한다.

도 1은 본 발명에 따라 주탑에 건물이 일체로 결합되어 있는 복합 구조물을 중앙부에 구비한 3주탑 사장교의 개략적인 측면도이다.

도 2는 본 발명에 따라 주탑에 건물이 일체로 결합되어 있는 복합 구조물이 중앙부에 위치하는 3주탑 현수교의 개략적인 측면도이다.

도 3은 본 발명의 일예로서, 케이블 교량의 여러 종류 중에서 사장교의 주탑과 건물이 일체화되어 본 발명의 복합 구조물을 이루고 있는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.

도 4는 도 3의 실시예에서 복합 구조물을 이루는 주탑의 구조를 보여주는 개략적인 사시도이다.

도 5에는 도 3에 도시된 실시예의 변형예로서, 건물로의 차량 진입을 위하여 교량 주탑 설치 부근에서 교량 상판의 일부가 확폭되어 차량의 진출입차로를 형성한 실시예에 대한 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 복합 구조물의 일예로서, 건물이 프레임 구조물에 의해 형성되어 있는 실시예에 대한 교축방향의 개략적인 정면도이다.

도 7a는 도 6에 도시된 실시예의 주탑과 건물의 평면도로서, 도 6의 선 A-A에 따른 평면도이다.

도 7b는 도 7a에 대응되는 도면으로서 프레임 구조물의 외곽 기둥의 단면이 확대되어 있는 실시예에 대한 평면도이다.

도 7c는 도 7a에 대응되는 도면으로서 프레임 구조물의 주탑 방면으로 대단 면의 교축방향 거더가 구비되어 주탑과 결합되어 있는 실시예에 대한 평면도이다.

도 7d는 도 7c에 도시된 실시예의 교축 방향의 개략적인 정면도이다.

도 8은 현수교의 경우 주탑 상부에 메인 케이블을 받치는 받침블록이 형성되어 있는 구조를 보여주는 개략적인 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 복합 구조물 10 : 주탑

B : 건물 20 : 케이블

30 : 교량 상판 40 : 기초

Claims (6)

1. 케이블(20)과 교량 상판(30)을 지지하는 케이블 교량의 주탑(10)과, 상기 주탑(10)에 접하여 교축직각 방향으로 주탑(10)의 양측에 배치되어 주탑(10)과 일체화되는 건물 유닛에 의해 주탑(10)과 일체로 건물(B)이 구축되며;

   상기 주탑(10)은 복수개의 주탑 기둥(11)과 교축 직각 방향 가로보(12)와 교축방향 가로보(13)로 이루어지며;

   상기 건물(B)은, 거더(51, 51a)와 건물 기둥(52)으로 구성되는 프레임 구조물(50)로 이루어지며;

   상기 주탑(10)이 중앙부에 위치하고 양측 프레임 구조물(50)의 일측이 주탑(10)에 각각 결합 고정되어 주탑(10)과 건물의 프레임 구조물(50)이 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 케이블 교량의 주탑과 건물의 복합 구조물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 주탑(10)의 교축직각 방향 외측에 배치되는 양측 건물 유닛 사이에는, 건물 유닛 사이를 연결하는 연결부(55)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 케이블 교량의 주탑과 건물의 복합 구조물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 건물 유닛으로 차량이 진출입할 수 있는 차량 진출입 차로(31)가, 교량 상판(30)에서 케이블(20)이 고정되는 위치 밖에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 케이블 교량의 주탑과 건물의 복합 구조물.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   건물(B)의 전후면에 접하여 교량 상판(30)의 일부 구간이 확폭되어, 상기 건물 유닛으로 차량이 진출입할 수 있는 차량 진출입 차로(31)가 교량 상판(30)에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 케이블 교량의 주탑과 건물의 복합 구조물.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   주탑(10) 상단에 현수교의 메인 케이블(21)의 받침 블록(15)이 설치되는 것을 특징으로 하는 케이블 교량의 주탑과 건물의 복합 구조물.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   건물(B)의 프레임 구조물(50)의 강성 증가를 위하여, 상기 프레임 구조물(50)에서 중앙부에 위치하는 건물 기둥(52)보다 강성이 더 큰 기둥(52a)이 상기 프레임 구조물(50)의 외곽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 케이블 교량의 주탑과 건물의 복합 구조물.

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