KR101122319B1 - 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼 및 그를 적용한 가새골조 - Google Patents

2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼 및 그를 적용한 가새골조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 브레이싱 골조에 있어서 슬릿 플레이트형 댐퍼와 상하부판 사이의 용접 결함으로 슬릿 플레이트형 댐퍼가 제기능을 발휘하지 못하더라도 주구조체인 골조에 지진에너지가 집중되는 것을 방지할 수 있고 브레이스가 단지 슬릿 플레이트형 댐퍼를 고정하기 위한 것에 머물지 않고 골조가 수평력에 저항하도록 하는 구조적인 브레이스의 역할도 겸비할 수 있도록 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼 및 그를 적용한 가새골조에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 강판에 높이방향으로 길이가 긴 슬릿을 일정간격으로 형성한 슬릿 플레이트형 댐퍼; 슬릿 플레이트형 댐퍼의 상단이 결합되고 평면상으로 대각선 위치에 장공이 형성된 상부 수평판; 슬릿 플레이트형 댐퍼의 하단이 결합되고 평면상으로 대각선 위치에 장공이 형성된 하부 수평판; 및 상하부 수평판의 장공을 관통하여 슬릿 플레이트형 댐퍼의 전후방에 각각 설치되어 X자형으로 교차하는 한 쌍의 2차 브레이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 브레이스를 구비하는 제진용 댐퍼가 제공된다.
슬릿댐퍼, 제진, 가새골조, 브레이스

Description

2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼 및 그를 적용한 가새골조{Steel Plate Slit Damper Having Secondary Brace and Braced Frame Using The Same}
본 발명은 제진용 댐퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 브레이스의 연결부위에 설치되어 주구조체인 골조에 지진에너지가 집중되는 것을 방지할 수 있도록 하는 제진용 댐퍼 및 그를 적용한 가새골조에 관한 것이다.
일본에서는 지진에 대한 대책의 일환으로 유강혼합구조에 대한 연구가 발표되었는데, 유강혼합구조란 주구조체는 탄성에 머물게 하고 지진에너지를 이력 댐퍼 등에 집중시켜 주구조체의 붕괴를 방지하는 구조를 말한다. 유강혼합구조의 복원력 특성은 도 4와 같다. 유강혼합구조의 초기강성은 강요소(댐퍼)와 유요소(골조)의 초기강성의 합으로 이루어지고 1차 항복은 댐퍼부의 항복으로, 2차 항복은 골조의 항복으로 나타나는 것으로 알려져 있다. 따라서 유강혼합구조는 재앙 이후에 댐퍼만을 교체하여 건축물의 주구조체를 다시 사용할 가능성을 증가시킨다.
도 5는 유강혼합구조의 일 예로서 발명의 명칭을 '슬릿댐퍼를 구비한 브레이싱형 철골구조'로 한 대한민국 특허 제448441호를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이 이 특허는 기둥(200)과 보(300)를 X자형으로 연결 하는 브레이스(400)들과 기둥(200)과 보(300)로 연결된 공간의 중간부에 위치하며 기둥(200) 및 보(300)에 연결된 브레이스(400)의 단부가 연결되는 격자형 구조체 및 격자형 구조체의 내부에 위치한 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)로 구성된다. 이 특허에서 지진하중, 풍하중과 같은 수평하중의 작용에 대한 골조 전체의 성능은 브레이스(400)의 교차부에 설치된 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)의 소성변형에 의존하게 된다.
그러나 상기 특허의 경우, 브레이스는 단지 슬릿 플레이트형 댐퍼를 고정하기 위한 것에 머물고 골조가 수평력에 저항하도록 하는 구조적인 브레이스의 역할을 하지 못하고 있다. 또한 슬릿 플레이트형 댐퍼의 제작상의 결합으로 인해 슬릿 플레이트의 항복 이전에 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)와 상하부판(20,30) 사이의 용접부위가 먼저 파괴되어 댐퍼로서의 기능을 충족하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 슬릿 플레이트형 댐퍼와 상하부판 사이의 용접 결함으로 슬릿 플레이트형 댐퍼가 제기능을 발휘하지 못하더라도 주구조체인 골조에 지진에너지가 집중되는 것을 방지할 수 있고 브레이스가 단지 슬릿 플레이트형 댐퍼를 고정하기 위한 것에 머물지 않고 골조가 수평력에 저항하도록 하는 구조적인 브레이스의 역할도 겸비할 수 있도록 한 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼를 제공하는 데 있다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 강판에 높이방향으로 길이가 긴 슬릿을 일정간격으로 형성한 슬릿 플레이트형 댐퍼; 슬릿 플레이트형 댐퍼의 상단이 결합되고 평면상으로 대각선 위치에 장공이 형성된 상부 수평판; 슬릿 플레이트형 댐퍼의 하단이 결합되고 평면상으로 대각선 위치에 장공이 형성된 하부 수평판; 및 상하부 수평판의 장공을 관통하여 슬릿 플레이트형 댐퍼의 전후방에 각각 설치되어 X자형으로 교차하는 한 쌍의 2차 브레이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 브레이스를 구비하는 제진용 댐퍼가 제공된다.
본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, 2차 브레이스는 양단에 나사산이 가공된 강봉과 강봉의 나사산에 결합된 한 쌍의 너트로 구성된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 너트와 상부 수평판 및 너트 와 하부 수평판 사이에는 각각 코일스프링이 더 설치된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 기둥과 보로 구성된 골조 내에 서로 교차하도록 설치된 브레이스의 교차부에 2차 브레이스를 구비하는 제진용 댐퍼가 설치된 것을 특징으로 하는 가새골조가 제공된다.
본 발명에 따르면 슬릿 플레이트형 댐퍼와 상하부판 사이의 용접 결함으로 슬릿 플레이트형 댐퍼가 제기능을 발휘하지 못하더라도 주구조체인 골조에 지진에너지가 집중되는 것을 방지할 수 있다.
또한 주브레이스가 단지 슬릿 플레이트형 댐퍼를 고정하기 위한 것에 머물지 않고 골조가 수평력에 저항하도록 하는 구조적인 브레이스의 역할도 겸비하도록 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 표기하며, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼의 일 일시 예를 나타낸 일부분해사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼는, 슬릿 플레이트형 댐퍼(10), 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)의 상하단에 결합된 상하부 수평판(20,30), 상하부 수평판(20,30)을 관통하여 슬릿 플레이트형 댐퍼(10) 의 전후방에 각각 설치되어 X자형으로 교차하는 한 쌍의 2차 브레이스(40)를 포함한다.
슬릿 플레이트형 댐퍼(10)는 강판에 높이방향으로 길이가 긴 슬릿(11)을 일정간격으로 형성한 것으로, 골조에 수평하중에 작용할 경우 소성변형하면서 항복하도록 하여 골조가 손상되는 것을 방지한다.
상하부 수평판(20,30) 사이에는 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)가 결합되고 상하부 수평판(20,30)에는 각각 브레이스가 연결된다. 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)는 상하부 수평판(20,30)의 폭방향 중앙부에 결합되며 상부 수평판(20) 및 하부 수평판(30)에는 각각 평면상으로 대각선 위치에 2차 브레이스(40)가 관통될 수 있도록 장공(21,22)이 형성된다.
상하부 수평판(20,30)을 관통하여 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)의 전후방에는 각각 브레이스의 교차방향과 일치하도록 한 쌍의 2차 브레이스(40)가 X자형으로 교차되도록 설치된다. 2차 브레이스(40)는 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)와 상하부 수평판(20,30) 사이의 용접 결함으로 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)가 제기능을 발휘하지 못하더라도 주구조체인 골조에 지진에너지가 집중되는 것을 방지할 수 있고 브레이스가 단지 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)를 고정하기 위한 것에 머물지 않고 골조가 수평력에 저항하도록 하는 구조적인 브레이스의 역할도 겸비할 수 있도록 한다.
2차 브레이스(40)는 강봉(41)의 양단에 나사산을 가공하고 각각 너트(42)를 결합한 형태의 것이 사용된다. 2차 브레이스(40)를 이와 같은 구조로 구성함으로써 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)의 높이에 대응하여 길이를 조절하기 용이하며 초기 설치 및 파손 후 교체설치가 용이해지는 장점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼의 다른 일시 예를 나타낸 일부분해사시도이다.
한편, 2차 브레이스(40)는 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)가 수평하중에 의해 변형되면서 파손되기 전까지는 그 변형을 제한하지 않도록 자유롭게 이동할 수 있어야 하는데 그 경우 양단에 결합된 너트(42)에 의해 최초로 결정된 자유이동길이가 너트의 풀림에 의해 변동될 수 있다. 따라서 너트(42)와 상하부 수평판(20,30) 사이에 코일스프링(50)을 설치하여 너트(42)의 풀림으로 인한 2차 브레이스(40)의 자유이동길이를 고정시키는 것이 바람직하다.
도 3은 이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼를 설치한 상태를 나타낸 사시도이다.
본 발명에 따른 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼(100)는 기둥(200)과 보(300)로 구성된 골조 내에 브레이스(400, 가새부재, 주브레이스)를 설치하여 횡하중에 저항할 수 있도록 강성 및 연성을 크게 한 가새골조(Braced Frames)의 브레이스(400) 교차부에 설치된다. 서로 X자형으로 교차하는 각 브레이스(400)의 일단은 거싯 플레이트(150)를 통해 기둥-보 접합부에 연결되고 타단은 상부 수평판(20)과 하부 수평판(30)에 연결된다. 그리고 상하부 수평판(20,30)에 의해 끊어진 브레이스(400)를 연장하는 것과 같은 형상으로 한 쌍의 2차 브레이스(40)를 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)의 전후방에 각각 설치한다. 이때 2차 브레이스(40)를 구성하는 너트(42)와 상하부 수평판(20,30) 사이에 코일스프링(50)을 더 설치할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼(100)가 설치된 가새골조에 지진과 같은 수평하중이 작용할 경우 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)가 소성변형하면서 지진에너지를 흡수하고 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)의 변형능력을 초과하는 큰 하중이 가해질 경우 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)가 파단되면서 2차 브레이스(40)가 끊어진 브레이스(400)를 연결하면서 하중에 저항하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 제진용 댐퍼가 적용된 가새골조에서는 1차 항복은 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)의 항복으로, 2차 항복은 2차 브레이스(40)의 항복으로, 그리고 마지막으로 골조의 항복으로 나타나게 된다. 따라서 재앙 이후에 슬릿 플레이트형 댐퍼와 2차 브레이스를 교체하여 건축물의 주구조체를 다시 사용할 수 있다. 또한 2차 브레이스(40)는 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)와 상하부 수평판(20,30) 사이의 용접 결함으로 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)가 제기능을 발휘하지 못하더라도 즉, 슬릿 플레이트형 댐퍼(10)와 상하부 수평판(20,30) 사이의 용접부가 파단되더라도 주구조체인 골조에 지진에너지가 집중되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼의 일 일시 예를 나타낸 일부분해사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼의 다른 일시 예를 나타낸 일부분해사시도이다.
도 3은 이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 2차 브레이스를 구비한 제진용 댐퍼를 설치한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 유강혼합구조의 복원력 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 유강혼합구조의 일 예로서 발명의 명칭을 '슬릿댐퍼를 구비한 브레이싱형 철골구조'로 한 대한민국 특허 제448441호를 나타낸 것이다.

Claims (4)

  1. 강판에 높이방향으로 길이가 긴 슬릿을 일정간격으로 형성한 슬릿 플레이트형 댐퍼;
    슬릿 플레이트형 댐퍼의 상단이 결합되고 평면상으로 대각선 위치에 장공이 형성된 상부 수평판;
    슬릿 플레이트형 댐퍼의 하단이 결합되고 평면상으로 대각선 위치에 장공이 형성된 하부 수평판; 및
    상하부 수평판의 장공을 관통하여 슬릿 플레이트형 댐퍼의 전후방에 각각 설치되어 X자형으로 교차하는 한 쌍의 2차 브레이스를 포함하며,
    2차 브레이스는 양단에 나사산이 가공된 강봉과 강봉의 나사산에 결합된 한 쌍의 너트로 구성되고, 너트와 상부 수평판 및 너트와 하부 수평판 사이에는 각각 코일스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 2차 브레이스를 구비하는 제진용 댐퍼.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 기둥과 보로 구성된 골조 내에 서로 교차하도록 설치된 브레이스의 교차부에 청구항 1에 기재된 2차 브레이스를 구비하는 제진용 댐퍼가 설치된 것을 특징으로 하는 가새골조.
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