본 발명은 연성증가형 전단벽 시스템에 있어서; 전단벽(500)내로 일측이 매립되고 타측이 커플링보(600)내로 매립되도록 설치되는 매립부(200)와, 상기 매립부(200)와 연결되고 인방보(600)내에 매립 설치되고 며 I형강 또는 H형강으로 이루어진 슬릿댐퍼 본체(200)와, 상기 슬릿댐퍼 본체(200)에 양단이 각각 연결되어 설치되는 슬릿댐퍼 접합부(100)를 포함하여 구성되어, 횡하중 발생 시, 횡력을 슬릿댐퍼 접합부(100)로 유도하여 진동 및 충격 흡수 성능을 향상시키고, 구조적 안정성을 확보하도록 되어 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 의한 연성증가형 전단벽 시스템의 설치상태를 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명에 따른 전체구성을 보인 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 분해사시도를, 도 5 는 본 발명에 따른 슬릿댐퍼 접합부의 분해사시도를, 도 6 은 본 발명에 따른 매립부의 분해사시도를, 도 7 은 본 발명에 따른 슬릿댐퍼 플레이 트의 형상을 보인 예시도를, 도 8 은 연성증가형 전단벽 시스템의 제진실험장치를 보인 예시도를, 도 9 는 도 8 에 도시된 연성증가형 전단벽 시스템의 제진실험장치에 의한 실험결과를 도시하는 예시도를, 도 10 은 커플링보가 외력을 받았을 때의 변형의 예시도를 도시한 것으로,
도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 연성증가형 전단벽 시스템은 길이방향으로 배치된 두 개의 슬릿댐퍼 본체(400)와 슬릿댐퍼 접합부(100)로 구성되며, 슬릿댐퍼 접합부(100)는 슬릿댐퍼 플레이트(110)를 슬릿댐퍼 본체의 웨브(420)에 고정볼트(120)에 의해 고정시키는 방식이다.
이때 상기 슬릿댐퍼 본체(400)는 전단식 시스템의 커플링 보에 설치되어 인가되는 하중을 분산시키기 위한 수단으로, 철골 커플링 보 또는 SRC 커플링 보에 적용되며, 한 쌍의 플랜지(410)와 상기 플랜지(410)의 중단을 연결하는 웨브(420)로 이루어진 I형강 또는 H형강인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 슬릿댐퍼 접합부(100)의 구성을 살펴보면, 슬릿댐퍼 플레이트(110)와 상기 슬릿댐퍼 플레이트(110)를 슬릿댐퍼 본체(400)에 설치하기 위한 고정볼트(120) 및 너트(130)를 포함한다. 상기 슬릿댐퍼 플레이트(110)는 특정부분에서 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해 슬릿댐퍼 플레이트의 양단에서 중앙부분으로 점차 단면적이 줄어드는 형상을 구비한다.
상기 슬릿댐퍼 플레이트(110)는 소정의 두께를 가지고, 이때 상기 슬릿댐퍼 플레이트의 두께는 상기 커플링보의 전단내력에 대비하여 조절한다.
상기 슬릿댐퍼 접합부(100)는 횡력을 슬릿댐퍼 플레이트(110)로 유도하여 진동 및 충격 흡수 성능을 향상시키기 위한 것으로, 상기 슬릿댐퍼 플레이트(110)는 고정볼트(120)에 의해 웨브(420)상에 고정설치된다. 이러한 슬릿댐퍼 플레이트(110)는 횡력을 흡수하여 변형을 일으키므로 내식성과 내구성이 강한 스테인리스강(stainless steel)인 것이 바람직하다.
상기 슬릿댐퍼 플레이트(110)를 슬릿댐퍼 본체(400)에 설치하기 위한 고정볼트(120)와 너트(130)는 일반적으로 철골구조물에 사용되는 고장력 볼트와 너트로, 상기 슬릿댐퍼 플레이트(110)와 상기 슬릿댐퍼 플레이트(110)가 부착된 웨브(420)를 관통하여 결합된다. 이때, 관통되는 고정볼트(120)에 의해 슬릿댐퍼 플레이트(110)에는 다수의 제1관통공(140)과, 제1관통공에 대응되는 웨브(420)상에는 다수의 제2관통공(430)이 형성된다.
상기 매립부(200)는 제1강봉(210)과 제2강봉(211)이 대칭으로 2열씩 형성되는 매립강봉(250)과, 커플링보(600)에 위치한 제1강봉(210)의 끝단에 설치되는 제1인발 방지플레이트(220)와, 전단벽에 위치한 제1강봉(210)과 제2강봉(211)의 끝단에 설치되는 제2인발 방지플레이트(221)와, 슬릿댐퍼 본체(400)와 대면하고 제2강봉(211) 끝단에 설치되는 제3인발 방지플레이트(222)와, 상기 매립강봉(250)과 인발 방지플레이트(220,221,222)를 고정시키는 너트(230)를 포함하여 구성한다.
이때, 상기 제1인발 방지플레이트(220)는 소정의 두께를 갖는 강판으로 커플링보(600)의 상ㆍ하단에 위치한 제1강봉(210)의 단부에 설치된다. 또한 상기 제1인 발 방지플레이트(220)는 1열로 관통되는 다수의 제3관통공(240)이 형성되어 있으며, 제 3관통공(240)으로 관통한 제1강봉(210)과 제1인발 방지플레이트(220)를 고정하기 위한 너트(230)가 제1인발 방지플레이트(220)의 양측면에 위치하도록 설치된다.
상기 제2인발 방지플레이트(221)는 전단벽에 위치한 제1강봉(210)과 제2강봉(211)의 단부에 설치되고, 제1강봉(210)과 제2강봉(220)이 관통되는 2열로 형성된 다수의 제4관통공(241)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제2인발 방지플레이트(221)는 제1강봉(210)과 제2강봉(211) 및 제2인발 방지플레이트(221)를 고정하기 위한 너트(230)가 제2인발 방지플레이트(221)의 양측면에 각각 설치된다.
상기 제3인발 방지플레이트(222)는 슬릿댐퍼 본체(400)의 끝단과 대면하는 제2강봉(211)의 끝단에 설치되고 2열의 제2강봉(211)이 되는 관통되는 다수의 제 5관통공(242)이 2열로 형성된다. 이때, 상기 제 5관통공(242)은 상기 제3인발 방지 플레이트(222)의 양 끝단에 관통되고 상기 제 3 인발 방지 플레이트(222)의 양측면으로 너트(230)가 형성된다.
또한, 상기 제3인발 방지플레이트(222)는 슬릿댐퍼 본체(400) 끝단에 용접되어 일체화된다.
즉, 상기 제3인발 방지플레이트(222)는 전단벽(500)과 커플링보(600) 사이에 위치하도록 설치되며, 제2강봉(211)의 끝단이 너트체결되고, 슬릿댐퍼 본체(400)의 끝단에 용접되어 연결된다.
또한, 상기 제3인발 방지플레이트(222)에는 슬릿댐퍼 본체(400)의 끝단이 삽입되는 끼움홈(223)이 더 형성되어 있어, 슬릿댐퍼 본체(400)의 정확한 위치 용접이 가능하도록 되어 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 슬릿댐퍼 접합부(100)는 횡력이 발생하여 진동 및 충격이 인가될 경우, 슬릿댐퍼 플레이트(110)로 횡력을 유도하며, 그 과정에서 횡력에 의해 발생되는 진동 및 충격을 흡수함으로써 건축물의 구조적 안정성을 확보하게 된다.
또한, 본 발명에 의한 슬릿댐퍼 접합부(100)는 기존의 강성이상을 확보하고 내력을 줄이는 단면축소된 형상을 가지는 슬릿댐퍼 플레이트(110)에서 횡력 발생 시, 인가되는 진동 및 충격을 효율적으로 흡수함으로써 슬릿댐퍼 플레이트(110)에 의한 제진효과를 향상시킬 수 있다.
상기 매립부(200)는 H형강을 대신하여 매립강봉을 설치함으로써 과도한 접합부의 강성을 감소시켜 접합부 이외의 부재에 불필요한 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 연성증가형 전단벽 시스템은 구조가 간단하고 제작 및 설치가 용이하며 비용 또한 저렴하여 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.
도 8 은 본 발명에 의한 연성증가형 전단벽 시스템의 제진실험장치를 도시하는 도면이고, 도 9 는 도 8 에 도시된 연성증가형 전단벽 시스템의 제진실험장치에 의한 실험결과를 도시하는 도면이다.
도 8은 실험체를 설치하고 제진실험장치를 커플링보 끝단에 연결하여 상하로 이력하는 것을 도시한 도면으로, 실험시 시험조건은 전단벽에 상하로 일정한 압축력을 가하고 실험체가 이동하지 않도록 고정한다.
상술한 바와 같은 제진실험장치를 이용하여 78000N의 힘으로 5min/Cycle로 가압하여 본 발명에 의한 연성증가형 전단벽 시스템의 제진실험을 진행한 결과, 그 결과는 도 9 와 같다.
도 9 에 도시된 이력곡선은 하중과 변위관계로 나타낸 곡선으로 상기 곡선이 차지하는 면적이 에너지 흡수면적이다. 따라서 도 9에서 도신된 이력곡선은 넓은 면적을 차지하는 곡선의 형태이므로 횡하중 작용 시 슬릿댐퍼 접합부가 에너지를 흡수하여 특정층으로의 손상 집중을 방지하고, 커플링 보와 전단벽 접합부에서의 손상을 방지할 수 있어 의도한 연성증가형 전단벽 시스템이 구조 성능을 충분히 발휘하는 것으로 판단된다.
도 10 은 커플링보가 외력을 받았을 때의 변형각(700) 발생되는 예시도를 도시한 것이다. 기존 커플링보는 0.01rad의 변형(각)(700)능력을 가지지만 본 발명에 의한 연성증가형 시스템의 커플링보는 0.04rad의 변형(각)(700)능력을 가지고 내력이 감소하지 않은 것을 도9에 도시되어 있다.
상술한 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시 예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 은 종래 전단벽 시스템을 도시하는 도면
도 2 는 본 발명에 의한 연성증가형 전단벽 시스템의 설치상태를 보인 예시도
도 3 은 본 발명에 따른 전체구성을 보인 예시도
도 4 는 본 발명에 따른 분해사시도
도 5 는 본 발명에 따른 슬릿댐퍼 접합부의 분해사시도
도 6 은 본 발명에 따른 매립부의 분해사시도
도 7 은 본 발명에 따른 슬릿댐퍼 플레이트의 형상을 보인 예시도
도 8 은 연성증가형 전단벽 시스템의 제진실험장치를 보인 예시도
도 9 는 도 8 에 도시된 연성증가형 전단벽 시스템의 제진실험장치에 의한 실험결과를 도시하는 예시도
도 10은 커플링보가 외력을 받았을 때의 변형의 예시도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 슬릿댐퍼 접합부 110 : 댐퍼플레이트
120 : 고정볼트 130 : 너트
200 : 매립부 210 : 제 1강봉
211 : 제 2강봉 220 : 제 1인발 방지 플레이트
221 : 제 2인발 방지 플레이트 222 : 제 3인발 방지 플레이트
223 : 끼움홈 250 : 매립강봉
400 : 슬릿댐퍼 본체 410 : 플랜지
420 : 웨브(Web) 700 : 웨브(Web)