KR100603726B1

KR100603726B1 - 연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기

Info

Publication number: KR100603726B1
Application number: KR1020040090687A
Authority: KR
Inventors: 안상경; 오정근; 송영훈
Original assignee: 삼성물산 주식회사
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2006-07-24
Also published as: KR20060041468A

Abstract

본 발명은 제1수직부재, 상기 제1수직부재와 소정의 거리를 유지하는 제2수직부재를 포함하는 고층건물과 같은 구조물에서, 상기 제1수직부재에서 상기 제2수직부재를 향하여 수평으로 설치되는 제1연결부재와 상기 제2수직부재에서 상기 제1수직부재를 향하여 설치되는 제2연결부재 사이에 설치되어 상기 제1연결부재와 상기 제2연결부재를 일체로 결합하는 점탄성감쇠기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기에 관한 것이다.

점탄성감쇠기, 제1금속부재, 제2금속부재, 점탄성부재

Description

연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기{Vibration Controller using Relative displacement}

도1은 종래의 적층된 방진고무를 이용한 진동제어장치를 도시하고 있다.

도2는 종래의 점탄성감쇠기를 도시하고 있다.

도3은 종래의 점탄성감쇠기의 거동을 도시하고 있다.

도4는 종래의 점탄성감쇠기의 적용예를 도시하고 있다.

도5는 종래의 점탄성감쇠기의 설치방법을 도시하고 있다.

도6은 본 발명인 점탄성감쇠기의 구체적 실시예를 도시하고 있다.

도7은 본 발명인 점탄성감쇠기의 설치방법의 구체적 실시예를 도시하고 있다.

도8은 본 발명인 점탄성감쇠기의 거동을 도시하고 있다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:감쇠기

100:제1금속부재

110:제1웨브(Web) 120:제1플랜지(Flange)

130:제1웨브결합판 140:제1플랜지결합판

200:제2금속부재

210:제2웨브(Web) 220:제2플랜지

230:제2웨브결합판 240:제2플랜지결합판

300:점탄성부재

400:볼트구멍

기술분야

본 발명은 진동제어에 관한 것으로서, 특히 주거용 고층건물 등과 같이 바람이나 노면 진동에 의하여 수평진동이 발생하기 쉬운 구조물에 대한 진동을 감소시켜주는 구조물의 진동제어장치에 관한 것이다.

종래기술

일반적으로 고층건물 등과 같이 지상으로부터 높게 형성된 구조물은 바람에 의한 영향을 많이 받는다.

특히, 주거용 건물이 점차적으로 고층화, 세장화 및 경량화 됨에 따라 바람이나 노면의 진동에 의하여 발생되는 수평진동의 영향인 구조적인 불안감 조성, 거주자의 집중력 감소, 멀미증세, 불쾌감을 해소하기 위한 진동제어가 매우 중요한 기술로 대두되고 있다.

이와 같이 고층건물 등과 같은 구조물의 진동을 저감하는 수단으로서 도1에 도시된 바와 같이 적층된 방진고무(24)를 이용한 진동제어장치(20)를 건물의 옥상에 설치하기도 하였다. 도1에 도시된 진동제어장치(20)는 적층된 방진고무(24)에 놓여진 가동질량체(30)가 수평면으로 움직이며 진동을 상쇄하는 구조로서 X축 방향 댐퍼(26)와 Y축 방향 댐퍼(28)가 부가되어 감쇠력에 의한 진동저감 효과를 증가시킨다.

그러나, 이와 같이 적층된 방진고무(24)를 이용한 진동제어장치(20)는 가동질량체(30)가 움직이는 방향으로 작용하는 마찰력이 거의 없기 때문에 미소진동에는 효과가 있으나 가동질량체(30)의 회전운동에 대한 속박력이 작용하지 않기 때문에 바람직하지 못한 건물의 비틀림 진동을 유발하여 진동제어의 효과가 저하되는 문제점이 있다.

또한, 도2에 도시된 바와 같이 점탄성감쇠기(Visco-elastic damper)를 이용하여 진동을 제어하기도 한다. 점탄성감쇠기는 도3에 도시된 바와 같이 거동하며 변형에너지를 열에너지로 방출하여 진동을 흡수하는 장치로서 뉴욕의 세계무역센터

(World Trade Center)에 처음 사용된 바 있다.

도4에 도시된 바와 같이 종래의 점탄성감쇠기는 건물의 각층에 설치되거나, 건물 상부에 설치되거나, 건물 하부에 설치되거나, 또는 인접 건물 사이에 설치되는 것으로서, 도5에 도시된 바와 같이 PC벽, K형 브레이스, 벽면 트레스, X형 브레이스, 보트러스, 등관벽, 또는 벽기둥을 이용하여 설치된다.

그러나, 종래의 점탄성감쇠기는 모멘트 골조구조 건물의 층간변위를 이용하 는 것으로서 모든 층에서 거의 비슷한 층간 변위가 발생되는 바, 고층 건물의 경우 여러 층에 설치해야만 되는 문제점과 가세 또는 벽체를 이용하여 설치되는 바 별도의 설치공간이 필요한 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 고층건물의 1개층에만 설치하더라도 효과적인 진동제어가 가능한 수단을 제공함을 그 목적을 한다.

둘째, 설치공간을 최소화할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

셋째, 건물의 인접 수직부재들의 휨변형에 의한 연결부재의 상대변위를 이용하여 효과적인 진동제어가 가능한 수단을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 창착된 본 발명은 전단벽식 구조의 기둥(column) 또는 코어벽(core wall)과 같은 수직부재들의 휨변형에 의한 연결부재의 상대변위를 이용하여 진동을 제어하는 장치이다.

본 발명은 제1수직부재, 상기 제1수직부재와 소정의 거리를 유지하는 제2수직부재를 포함하는 고층건물과 같은 구조물에서, 상기 제1수직부재에서 상기 제2수 직부재를 향하여 수평으로 설치되는 제1연결부재와 상기 제2수직부재에서 상기 제1수직부재를 향하여 설치되는 제2연결부재 사이에 설치되어 상기 제1연결부재와 상기 제2연결부재를 일체로 결합하는 점탄성감쇠기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기에 관한 것으로서, 제1항에서, 상기 점탄성감쇠기는, 상기 제1연결부재의 단부에 결합되는 제1금속부재; 상기 제2연결부재의 단부에 결합되는 제2금속부재; 및, 상기 제1금속부재와 상기 제2금속부재를 일체로 결합하는 점탄성부재;를 포함하여 구성된다.

다시 말하면 본 발명을 구성하는 점탄성감쇠기는 인접하는 수직부재를 연결하는 연결부재와 일체로 구성되어 수직부재들의 휨변형에 의한 연결부재의 상대변위를 이용하여 진동을 제어하게 된다.

이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명인 점탄성감쇠기의 구체적 실시예를 도시하고 있는 도6 및 도7에 의하면 상기 점탄성감쇠기(10)는 상기 제1연결부재(3)의 단부에 결합되는 제1금속부재(100), 상기 제2연결부재(4)의 단부에 결합되는 제2금속부재(200) 및, 상기 제1금속부재(100)와 상기 제2금속부재(200)를 일체로 결합하는 점탄성부재(300)를 포함하여 구성된다.

상기 제1금속부재(100)는 제1웨브(110) 및 상기 제1웨브(110)의 상단부 및 하단부에 각각 일체로 형성되는 한 쌍의 제1플랜지(120)를 포함하여 구성되어 전체적으로 "I"형 빔과 같은 단면을 형성한다.

상기 제2금속부재(200)는 소정의 간격을 유지하며 나란히 배열되는 한 쌍의 제2웨브(210) 및 상기 제2웨브(210)의 상단부 및 하단부에 각각 일체로 형성되는 한 쌍의 제2플랜지(220)를 포함하여 구성되어 전체적으로 "Ⅱ"형 빔과 같은 단면을 형성한다.

즉 한 쌍의 제2웨브(210) 사이에 공간이 형성되며, 상기 제1웨브(110)의 일측단부가 한 쌍의 상기 제2웨브(210) 사이의 공간으로 삽입된다.

상기 점탄성부재(300)는 상기 제1웨브(110)의 일측단부가 한 쌍의 상기 제2웨브(210) 사이의 공간으로 삽입된 상태에서 상기 제1웨브(110)와 한 쌍의 상기 제2웨브(210) 내측면 사이의 공간에 설치되어 제1웨브(110)와 제2웨브(210)를 일체로 결합하게 되며, 상기 점탄성부재(300)는 주로 아크릴계 고무나 이와 유사한 특성을 가지는 재료로 만들어진다.

한편, 상기 제1웨브(110)의 타측단부에는 수평방향으로 다수 개의 볼트구멍(400)이 소정의 간격으로 형성되고, 상기 제1웨브(110)의 타측단부와 맞닿는 상기 제1연결부재(3)의 단부에도 수평방향으로 다수 개의 볼트구멍(400)이 소정의 간격으로 형성된다.

제1웨브결합판(130)은 상기 제1금속부재(100)와 상기 제1연결부재(3)가 맞닿은 상태에서 상기 제1웨브(110) 및 상기 제1연결부재(3)에 수평방향으로 형성된 각각의 볼트구멍(400)에 대응하는 볼트구멍(400)이 구비되어 있다.

이와 같은 상기 제1웨브결합판(130)을 매개로 하여 상기 제1웨브(110)와 상기 제1연결부재(3)가 일체로 볼트결합된다.

아울러, 상기 제1플랜지(120)에 수직방향으로 다수 개의 볼트구멍(400)이 소정의 간격으로 형성되고, 상기 제1연결부재(3)의 단부에도 수직방향으로 다수 개의 볼트구멍(400)이 소정의 간격으로 형성된다.

제1플랜지결합판(140)은 한 쌍으로서 상기 제1금속부재(100)의 단부와 상기 제1연결부재(3)의 단부가 맞닿은 상태에서 상기 제1플랜지(120) 및 상기 제1연결부재(3)에 수직방향으로 형성된 각각의 볼트구멍(400)에 대응하는 볼트구멍(400)이 구비되어 있다.

이와 같은 제1플랜지결합판(140)을 매개로 하여 상기 제1플랜지(120)와 상기 제1연결부재(3)가 일체로 볼트결합된다.

결과적으로 제1웨브결합판(130)과 제1플랜지결합판(140)을 매개로 하여 제1금속부재(100)와 제1연결부재(3)가 일체로 결합하게 된다.

또한, 상기 제2웨브(210)의 단부 및 상기 제2연결부재(4)의 단부 각각에 수평방향으로 다수 개의 볼트구멍(400)이 소정의 간격으로 형성된다.

제2웨브결합판(230)은 한 쌍으로서, 상기 제2금속부재(200)의 단부와 상기 제2연결부재(4)의 단부가 맞닿은 상태에서 상기 제2웨브(210) 및 상기 제2연결부재(4)에 수평방향으로 형성된 각각의 볼트구멍(400)에 대응하는 볼트구멍(400)이 구비되어 있다.

이와 같은 상기 제2웨브결합판(230)을 매개로 하여 상기 제2웨브(210)와 상기 제2연결부재(4)가 일체로 볼트결합된다.

아울러, 상기 제2플랜지(220)에 수직방향으로 다수 개의 볼트구멍(400)이 소 정의 간격으로 형성되고, 상기 제2연결부재(4)의 단부에도 수직방향으로 다수 개의 볼트구멍(400)이 소정의 간격으로 형성된다.

제2플랜지결합판(240)은 한 쌍으로서, 상기 제2금속부재(200)의 단부와 상기 제2연결부재(4)의 단부가 맞닿은 상태에서 상기 제2플랜지(220) 및 상기 제2연결부재(4)에 수직방향으로 형성된 각각의 볼트구멍(400)에 대응하는 볼트구멍(400)이 구비되어 있다.

이와 같은 제2플랜지결합판(240)을 매개로 하여 상기 제2플랜지(220)와 상기 제2연결부재(4)가 일체로 볼트결합된다.

결과적으로 제2웨브결합판(230)과 제2플랜지결합판(240)을 매개로 하여 제2금속부재(200)와 제2연결부재(4)가 일체로 결합하게 된다.

상기한 바와 같이 제1수직부재(1)와 제2수직부재(2)가 제1연결부재, 점탄성감쇠기(10) 및 제2연결부재(4)에 의하여 일체로 결합된다. 즉 점탄성감쇠기(10)가 제1수직부재(1)와 제2수직부재(2)를 연결하는 연결부재의 일부가 되는 결과가 되어 제1수직부재(1) 및 제2수직부재(2)의 휨변형을 흡수하게 된다.

도8은 본 발명인 점탄성감쇠기(10)의 거동원리를 도시하고 있다.

제1수직부재(1)와 제2수직부재(2)가 풍하중 등을 받아 휨변형이 발생하게 되면 제1연결부재(3)와 제2연결부재는 도8에 도시된 바와 같이 상대변위가 발생하게 된다.

이와 같은 상대변위는 제1연결부재(3)와 제2연결부재(4)를 하나로 결합하고 있는 점탄성감쇠기(10)의 점탄성부재(300)의 변형을 유발하게 되고, 점탄성부재 (300)는 이와 같은 변형에너지를 열에너지로 방출하여 진동을 흡수하게 된다.

전단벽식 구조의 경우 고층건물의 상층으로 갈수록 횡력에 의한 영향을 많이 받게되는 바, 기둥과 내부 코어벽의 상대변위가 커지고, 결과적으로 기둥과 내부 코어벽을 연결하는 연결부재의 상대변위도 더 커지게 된다.

따라서 점탄성감쇠기(10)를 설치할 경우에는 고층건물의 상부층에 설치하는 것이 진동을 제어하는데 효율적이고 횡력저항 구조가 내부 코어벽인 경우에 더욱 효과적이다.

또한 이와 같이 점탄성감쇠기(10)를 내부 코어벽과 외부의 기둥을 트러스 또는 보 등을 이용하여 연결하는 아웃리거 시스템을 병행하게 되고, 본 발명의 점탄성감쇠기(10)는 아웃리거와 유사한 거동을 하기 때문에 고층건물의 상부 한 개의 층에 설치하는 것이 진동제어에 효과적이다.

상기한 구성의 본 발명에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.

첫째, 고층건물의 1개층에만 설치하더라도 효과적인 진동제어가 가능하여 최소한의 비용으로 최대의 진동제어 효과를 도모할 수 있다.

둘째, 본 발명은 연결부재인 보 형태로 천정마감면 안에 설치되는 바, 설치공간을 최소화할 수 있다.

셋째, 건물의 인접 수직부재들의 휨변형에 의한 연결부재의 상대변위를 이용하여 효과적인 진동제어가 가능하다.

Claims

제1수직부재, 상기 제1수직부재와 소정의 거리를 유지하는 제2수직부재를 포함하는 고층건물과 같은 구조물에서,

상기 제1수직부재에서 상기 제2수직부재를 향하여 수평으로 설치되는 제1연결부재와 상기 제2수직부재에서 상기 제1수직부재를 향하여 설치되는 제2연결부재 사이에 설치되어 상기 제1연결부재와 상기 제2연결부재를 일체로 결합하는 점탄성감쇠기;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기.
제1항에서, 상기 점탄성감쇠기는,

상기 제1연결부재의 단부에 결합되는 제1금속부재;

상기 제2연결부재의 단부에 결합되는 제2금속부재; 및,

상기 제1금속부재와 상기 제2금속부재를 일체로 결합하는 점탄성부재;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기.
제2항에서,

상기 제1금속부재는,

제1웨브(Web); 및,

상기 제1웨브의 상단부 및 하단부에 각각 일체로 형성되는 한 쌍의 제1플랜지(Flange);

를 포함하여 구성되고,

상기 제2금속부재는,

소정의 간격을 유지하며 나란히 배열되는 한 쌍의 제2웨브; 및,

상기 제2웨브의 상단부 및 하단부에 각각 일체로 형성되는 한 쌍의 제2플랜지;

를 포함하여 구성되고,

상기 제1웨브의 일측단부가 한 쌍의 상기 제2웨브 사이의 공간으로 삽입되고, 상기 점탄성부재가 상기 제1웨브의 일측단부와 한 쌍의 상기 제2웨브 내측면을 일체로 결합하는 것을 특징으로 하는 연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기.
제3항에서, 상기 제1웨브의 타측단부에 수평방향으로 다수 개의 볼트구멍이 소정의 간격으로 형성되고, 상기 제1웨브의 타측단부와 맞닿는 상기 제1연결부재의 단부에도 수평방향으로 다수 개의 볼트구멍이 소정의 간격으로 형성되고,

상기 제1금속부재와 상기 제1연결부재가 맞닿은 상태에서 상기 제1웨브 및 상기 제1연결부재에 수평방향으로 형성된 각각의 볼트구멍에 대응하는 볼트구멍이 구비된 제1웨브결합판;

이 더 포함되어, 상기 제1웨브결합판을 매개로 하여 상기 제1웨브와 상기 제1연결부재가 일체로 볼트결합되는 것을 특징으로 하는 연결부재의 상대변위를 이용 한 진동제어기.
제3항에서, 상기 제2웨브의 단부 및 상기 제2연결부재의 단부 각각에 수평방향으로 다수 개의 볼트구멍이 소정의 간격으로 형성되고,

상기 제2금속부재의 단부와 상기 제2연결부재의 단부가 맞닿은 상태에서 상기 제2웨부 및 상기 제2연결부재에 수평방향으로 형성된 각각의 볼트구멍에 대응하는 볼트구멍이 구비된 한 쌍의 제2웨브결합판;

이 더 포함되어, 상기 제2웨브결합판을 매개로 하여 상기 제2웨브와 상기 제2연결부재가 일체로 볼트결합되는 것을 특징으로 하는 연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기.
제3항에서, 상기 제1플랜지에 수직방향으로 다수 개의 볼트구멍이 소정의 간격으로 형성되고, 상기 제1연결부재의 단부에도 수직방향으로 다수 개의 볼트구멍이 소정의 간격으로 형성되고, 상기 제1금속부재의 단부와 상기 제1연결부재의 단부가 맞닿은 상태에서 상기 제1플랜지 및 상기 제1연결부재에 수직방향으로 형성된 각각의 볼트구멍에 대응하는 볼트구멍이 구비된 한 쌍의 제1플랜지결합판;

이 더 포함되어, 상기 제1플랜지결합판을 매개로 하여 상기 제1플랜지와 상기 제1연결부재가 일체로 볼트결합되는 것을 특징으로 하는 연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기.
제3항에서, 상기 제2플랜지에 수직방향으로 다수 개의 볼트구멍이 소정의 간격으로 형성되고, 상기 제2연결부재의 단부에도 수직방향으로 다수 개의 볼트구멍이 소정의 간격으로 형성되고, 상기 제2금속부재의 단부와 상기 제2연결부재의 단부가 맞닿은 상태에서 상기 제2플랜지 및 상기 제2연결부재에 수직방향으로 형성된 각각의 볼트구멍에 대응하는 볼트구멍이 구비된 한 쌍의 제2플랜지결합판;

이 더 포함되어, 상기 제2플랜지결합판을 매개로 하여 상기 제2플랜지와 상기 제2연결부재가 일체로 볼트결합되는 것을 특징으로 하는 연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기.
제3항에서, 상기 점탄성부재는 아크릴계 고무로 구성되는 것을 특징으로 하는 연결부재의 상대변위를 이용한 진동제어기.