KR101221498B1 - 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치 - Google Patents

지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치는, 상기 한 쌍의 수평판 중, 제1수평판과 상기 측벽이 만나는 모서리 위치에 결합되는 일단과, 상기 일단의 맞은편에 위치하는 타단을 포함하는 바(bar)형의 변위전달링크; 상기 한 쌍의 수평판 중, 상기 제1수평판에 대향하는 위치에 형성된 제1빔, 제2수평판과 대향하는 위치에 형성된 제3빔, 상기 제3빔과 상기 제1빔 사이에 형성된 제2빔 및 제4빔을 포함하고, 상기 제1빔과 제2빔이 연결된 위치에 형성된 제1절점, 상기 제2빔과 제3빔이 연결된 위치에 형성된 제2절점, 상기 제3빔과 제4빔이 연결된 위치에 형성된 제3절점, 및 상기 제4빔과 제1빔이 연결된 위치에 형성된 제4절점이 구비되는 변위증폭링크; 상기 제2수평판에 고정 설치된 것으로, 상기 변위증폭링크의 제2절점과 힌지결합된 회전절점; 및 상기 제2수평판에 고정 설치되는 몸체, 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크의 제3절점 및 제4빔 중 어느 하나에 힌지결합되는 전달빔이 구비되는 제1댐퍼;를 포함하며 본 발명에 따르면, 건축물의 어느 위치에도 적용이 가능하며, 건축물 전체에 작용하는 횡방향 변위를 효과적으로 감쇠시킬 수 있다.

Description

지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치{DAMPING DEVICE FOR THE CONTROL OF HORIZONTAL DISPLACEMENT DUE TO EARTHQUAKE LOADINGS}
본 발명은 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실제 건물의 횡방향 변형을 저감하기 위하여, 지진 등으로 인하여 발생한 건물의 횡방향 변위를 장치 내에서 증폭시켜 감쇠 효과를 높이고 건축물 내의 제반 벽체에 설치 가능한 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치에 관한 것이다.
일반적으로 제진장치는 진동에너지를 흡수하여 진동이 전달되는 매체의 변형을 저감시킨다. 종래에는 특히 건물의 제진을 위하여, 도 1a에 도시된 바와 같이, 상부에 위치한 제1수평판과 하부에 위치한 제2수평판 사이에 링크구조물과 제진기를 결합시킴으로써, 건축물의 층간변형을 방지하고자 하였다. 이와 같은 종래의 제진장치의 경우, 제진기가 제2수평판에 위치하기 때문에, 제1수평판의 양단부와 연결된 한 쌍의 연결부재가 일지점에서 만나면서 삼각형상이 되고, 건축물의 횡방향 변위가 연결부재를 통해 일지점에 변위차를 발생시키면 그 변위차가 증폭없이 제진기에서 직접 감쇠된다.
그러나 이와 같이 제진장치가 건축물의 층간에 설치될 경우, 링크가 벽체 전 영역에 가로질러 설치되기 때문에 창문 등과 같이 벽체를 천공하는 구조물이 필요한 벽체에는 적용할 수 없어 개방성을 확보할 수 없을 뿐만 아니라, 각 층마다 횡방향 변위가 미세하게 변할 경우 제진기에서 변위를 효과적으로 감쇠시킬 수 없다. 따라서 고층의 건축물은 각 층에서 발생하는 횡방향 변위가 미세한 경우에도, 도 1b에 도시된 바와 같이, 변위차가 합쳐지면 저층과 고층간의 변위차가 커지기 때문에 건물의 안전성이 보장되지 않는다는 문제점이 여전히 존재한다.
따라서, 근래에는 모든 벽체에 적용이 가능하며, 횡방향 변위를 증폭시킴으로써 비교적 작은 변위에 대해서도 효과적으로 제진성능을 발휘할 수 있는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전면 개방성이 확보되기 때문에 모든 건물의 층간 및 벽체에 적용 가능하며, 미세 횡방향 변위를 증폭시켜서 횡방향 변위의 감쇠효과가 향상되도록 함으로써, 실제 건물의 횡방향 변형을 효과적으로 저감시킬 수 있는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 건축물의 각 층의 상하부에 위치한 한 쌍의 수평판 및 상기 한 쌍의 수평판 사이에 축조된 측벽으로 구성되는 층간에 적용되는 횡방향 변위가 감쇠되도록 설치하는 것으로,
상기 한 쌍의 수평판 중, 제1수평판과 상기 측벽이 만나는 모서리 위치에 결합되는 일단과, 상기 일단의 맞은편에 위치하는 타단을 포함하는 바(bar)형의 변위전달링크;
상기 한 쌍의 수평판 중, 상기 제1수평판에 대향하는 위치에 형성된 제1빔, 제2수평판과 대향하는 위치에 형성된 제3빔, 상기 제3빔과 상기 제1빔 사이에 형성된 제2빔 및 제4빔을 포함하고, 상기 제1빔과 제2빔이 연결된 위치에 형성된 제1절점, 상기 제2빔과 제3빔이 연결된 위치에 형성된 제2절점, 상기 제3빔과 제4빔이 연결된 위치에 형성된 제3절점, 및 상기 제4빔과 제1빔이 연결된 위치에 형성된 제4절점이 구비되는 변위증폭링크;
상기 제2수평판에 고정 설치된 것으로, 상기 변위증폭링크의 제2절점과 힌지결합된 회전절점; 및
상기 제2수평판에 고정 설치되는 몸체, 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크의 제3절점 및 제4빔 중 어느 하나에 힌지결합되는 전달빔이 구비되는 제1댐퍼;를 포함하되,
상기 변위증폭링크는 상기 제1빔 내지 제4빔이 서로 순차적으로 고정결합되어 사각형상으로 형성되는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 변위증폭링크는 직사각형상이고,
상기 제3빔이 상기 제2빔보다 길게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1수평판에 고정설치되는 몸체, 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크의 제4절점 및 제4빔 중 어느 하나에 힌지결합되는 전달빔이 구비되는 제2댐퍼를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1빔 내지 제4빔 중 어느 두 개 이상이 연결형성된 상기 변위증폭링크의 모서리 내측에는, 모서리의 강성을 보강하도록 경사지게 연결형성된 지지빔을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 건축물의 각 층에 수직하게 형성되며, 건축물의 각 층의 상하부에 위치한 한 쌍의 수평판이 각각 상부 및 하부에 결합되고 상기 상부 및 하부 사이에 형성된 한 쌍의 벽체 측면이 형성된 건축물 벽체 내에 설치되는 것으로,
상기 한 쌍의 수평판 중, 제1수평판과 상기 벽체 측면이 만나는 모서리 위치에 결합되는 일단과, 상기 일단의 맞은편에 위치하는 타단을 포함하는 바(bar)형의 횡방향 변위전달링크;
상기 한 쌍의 수평판 중, 상기 제1수평판에 대향하는 위치에 형성된 제1빔, 제2수평판과 대향하는 위치에 형성된 제3빔, 상기 제3빔과 상기 제1빔 사이에 형성된 제2빔 및 제4빔을 포함하고, 상기 제1빔과 제2빔이 연결된 위치에 형성된 제1절점, 상기 제2빔과 제3빔이 연결된 위치에 형성된 제2절점, 상기 제3빔과 제4빔이 연결된 위치에 형성된 제3절점, 및 상기 제4빔과 제1빔이 연결된 위치에 형성된 제4절점이 구비되는 변위증폭링크;
상기 제2수평판에 고정 설치된 것으로, 상기 변위증폭링크의 제2절점과 힌지결합된 회전절점; 및
상기 제2수평판에 고정 설치되는 몸체, 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크의 제3절점 및 제4빔 중 어느 하나에 힌지결합되는 전달빔이 구비되는 제1댐퍼;를 포함하되,
상기 변위증폭링크는 상기 제1빔 내지 제4빔이 서로 순차적으로 고정결합되어 사각형상으로 형성되는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 변위증폭링크는 직사각형상이고,
상기 제3빔이 상기 제2빔보다 길게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1수평판에 고정설치되는 몸체, 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크의 제4절점 및 제4빔 중 어느 하나에 힌지결합되는 전달빔이 구비되는 제2댐퍼를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1빔 내지 제4빔 중 어느 두 개 이상이 연결형성된 상기 변위증폭링크의 모서리 내측에는, 모서리의 강성을 보강하도록 경사지게 연결형성된 지지빔을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 벽체의 천공작업 여부와 상관없이 설치할 수 있기 때문에 건축물의 설계특성에 따라 모든 벽체에 적용이 가능하며, 건축물의 구조 특성에 맞춰 적절한 위치에 설치할 수 있기 때문에 내진 성능이 최적인 상태로 건축물을 축조할 수 있다. 또한, 건축물에 발생한 횡방향 변위를 장치 내에서 회전 변위로 증폭시킨 후, 그 증폭된 회전 변위에 대하여 감쇠를 진행하기 때문에, 횡방향 변위를 더욱 효과적으로 감쇠시킬 수 있고, 이로 인하여 지진피해가 발생하는 것을 예방할 수 있다. 또한, 기존의 대각가새등과 비교하여 전면 개방성이 확보되기 때문에, 벽면을 관통하는 구조물을 축조할 수 있으므로 공간의 활용 면에 있어서도 매우 유리한 점이 있다.
도 1은 일반적인 제진장치 및 일반적인 제진장치가 장착된 건축물의 횡방향 변위가 도시된 정면도이다.
도 2는 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치가 적용된 건물의 개략도이다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
우리 나라에서는 내진 설계를 위한 시행령이 제정되면서, 1988년부터 일정 규모 이상의 건축물에는 내진 설계가 의무화되었다. 철근 콘크리트 건축물의 내진 보강방법은 건축물의 내력을 향상시키는 강도저항형과 건축물의 변형능력을 향상시키는 인성저항형 및 제진방법이 있다. 강도저항형의 내진보강방법은 내력벽을 증설하거나 기존에 설치된 벽체의 두께를 증가시키는 것 등과 같이 보강하는 방법이고, 인성저항형 내진보강방법은 기둥과 보 등의 개별 부재를 중심으로 보강하는 방법이다.
본 발명은 건축물의 흔들림을 제어하는 제진방법을 사용할 수 있는 장치로서, 이미 시공된 기존 건물의 조망권이나 사용성 등에 제약이 없고, 형상을 변경함 없이 내진보강용으로 추가 설치 가능할 뿐 아니라, 신설 건축물 축조 과정 중에 건축물의 층간 내 공간에 설치함으로써, 내진 보강을 위하여 추가로 건축물에 적용되는 콘크리트나 철근의 양을 최소화할 수 있으며 기존 시야영역을 훼손하지 않는다는 장점을 가진다. 따라서, 건축물 시공 비용을 절감하면서도 효과적으로 제진성능을 개선시킬 수 있다. 본 발명은 벽체를 보강하는 과정 및 건축물을 새로 축조하는 과정에서 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치를 벽체 내에 설치할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치의 정면도로서, 도 2a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치의 정면도가 도시되어 있고, 도 2b에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치의 정면도가 도시되어 있고, 도 2c에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치의 정면도가 도시되어 있다.
먼저, 건축물의 층간 내의 공간에 제진용 횡방향 변위 감쇠기를 설치할 경우에 본 발명의 일 실시예에 따른 제진용 횡방향 변위 감쇠기는, 건축물의 각 층의 상하부에 위치한 한 쌍의 수평판 및 상기 한 쌍의 수평판 사이에 축조된 측벽(13)으로 구성되는 층간에 적용되는 횡방향 변위가 감쇠되도록 설치하는 것으로,
상기 한 쌍의 수평판 중, 제1수평판과 상기 측벽(13)이 만나는 모서리 위치에 결합되는 일단과, 상기 일단의 맞은편에 위치하는 타단을 포함하는 바(bar)형의 변위전달링크(110);
상기 한 쌍의 수평판 중, 상기 제1수평판에 대향하는 위치에 형성된 제1빔(122), 제2수평판과 대향하는 위치에 형성된 제3빔(126), 상기 제3빔(126)과 상기 제1빔(122) 사이에 형성된 제2빔(124) 및 제4빔(128)을 포함하고, 상기 제1빔(122)과 제2빔(124)이 연결된 위치에 형성된 제1절점(129a), 상기 제2빔(124)과 제3빔(126)이 연결된 위치에 형성된 제2절점(129b), 상기 제3빔(126)과 제4빔(128)이 연결된 위치에 형성된 제3절점(129c), 및 상기 제4빔(128)과 제1빔(122)이 연결된 위치에 형성된 제4절점(129d)이 구비되는 변위증폭링크(120);
상기 제2수평판에 고정 설치된 것으로, 상기 변위증폭링크(120)의 제2절점(129b)과 힌지결합된 회전절점(130); 및
상기 제2수평판에 고정 설치되는 몸체(140a), 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체(140a)와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크(120)의 제4빔(128)에 힌지결합되는 전달빔(140b)이 구비되는 제1댐퍼(140);를 포함하되,
상기 변위증폭링크(120)는 상기 제1빔(122) 내지 제4빔(128)이 서로 순차적으로 고정결합되어 사각형상으로 형성된다.
여기서 제1수평판 및 제2수평판은 각각 층간의 상부면에 위치한 보(11) 및 층간의 하부면에 위치한 바닥판(12) 중 어느 하나이다. 예를 들어, 제1수평판이 보(11)인 경우, 제2수평판은 바닥판(12)이 되고, 제1수평판이 바닥판(12)인 경우, 제2수평판은 보(11)가 된다. 즉, 도 2에서는 제1수평판으로 보(11)가 적용되고, 제2수평판으로 바닥판(12)이 적용되게 도시되어 있지만, 본 발명에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치는 그 반대의 경우에도 적용될 수 있다.
또한, 건축물의 벽체 내에 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치를 설치할 경우에 본 발명의 일 실시예에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치는, 건축물의 각 층에 수직하게 형성되며, 건축물의 각 층의 상하부에 위치한 한 쌍의 수평판이 각각 상부 및 하부에 결합되고 상기 상부 및 하부 사이에 형성된 한 쌍의 벽체 측면(23)이 형성된 건축물 벽체 내에 설치되는 것으로,
상기 한 쌍의 수평판 중, 제1수평판과 상기 벽체 측면(23)이 만나는 모서리 위치에 결합되는 일단과, 상기 일단의 맞은편에 위치하는 타단을 포함하는 바(bar)형의 횡방향 변위전달링크(110);
상기 한 쌍의 수평판 중, 상기 제1수평판에 대향하는 위치에 형성된 제1빔(122), 제2수평판과 대향하는 위치에 형성된 제3빔(126), 상기 제3빔(126)과 상기 제1빔(122) 사이에 형성된 제2빔(124) 및 제4빔(128)을 포함하고, 상기 제1빔(122)과 제2빔(124)이 연결된 위치에 형성된 제1절점(129a), 상기 제2빔(124)과 제3빔(126)이 연결된 위치에 형성된 제2절점(129b), 상기 제3빔(126)과 제4빔(128)이 연결된 위치에 형성된 제3절점(129c), 및 상기 제4빔(128)과 제1빔(122)이 연결된 위치에 형성된 제4절점(129d)이 구비되는 변위증폭링크(120);
상기 제2수평판에 고정 설치된 것으로, 상기 변위증폭링크(120)의 제2절점(129b)과 힌지결합된 회전절점(130); 및
상기 제2수평판에 고정 설치되는 몸체(140a), 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체(140a)와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크(120)의 제4빔(128)에 힌지결합되는 전달빔(140b)이 구비되는 제1댐퍼(140);를 포함하되,
상기 변위증폭링크(120)는 상기 제1빔(122) 내지 제4빔(128)이 서로 순차적으로 고정결합되어 사각형상으로 형성된다. 즉, 본 발명에 따른 제진용 횡방향 변위 감쇠기는 벽체 내에 적용될 때나, 건축물의 층간 내의 공간에 적용될 때 모두 동일한 구조로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제진용 횡방향 변위 감쇠기는 건축물의 각 층간에 적용되는 횡방향 변위를 증폭시키기 위해서 사각형상의 변위증폭링크(120)를 사용한다. 변위전달링크(110)와 회전절점(130)은 각각 제1수평판 및 제2수평판의 위치에 결합된다. 제2수평판에는 회전절점(130)을 고정장착하고 변위전달링크(110)는 제1수평판에 설치함으로써 한 층에서 횡방향 변위의 최대값을 변위증폭링크(120)에 전달하게 된다. 즉, 제2수평판을 기준으로 제1수평판의 횡방향 위치의 차이가 층간에서 발생하는 횡방향 변위의 최대값이기 때문에 변위전달링크(110)와 회전절점(130)을 각각 제1수평판과 제2수평판에 설치하는 것이다. 변위증폭링크(120)의 제1절점(129a)은 변위전달링크(110)에 힌지결합되고, 변위증폭링크(120)의 제2절점(129b)은 회전절점(130)에 힌지결합된다. 따라서, 횡방향 변위가 발생하게 되면, 제1수평판의 횡방향 변위에 따라 변위전달링크(110)가 이동하게 되고, 변위증폭링크(120)는 회전절점(130)에 힌지결합된 제2절점(129b)을 기준으로 회전을 하면서 변위전달링크(110)의 횡방향 변위가 제2빔(124)과 제3빔(126)의 길이비만큼 변위증폭링크(120)의 제3절점(129c) 위치에서 수직변위로 증폭되는 것이다. 따라서 제2수평판에 설치되고 제3절점(129c) 또는 제4빔(128) 상에 힌지결합되는 제1댐퍼(140)에 의해서 증폭된 횡방향 변위값이 감쇠된다. 이와 같이 제1댐퍼(140)에 의해 변위값이 감쇠되면, 제1절점(129a)에서 전달되는 횡방향 변위 역시 감쇠되면서 건축물의 각 층간에 작용하는 횡방향 변위가 감쇠되는 것이다.
횡방향 변위가 회전변위로 증폭되는 과정에서 증폭되는 변위를 최대로 하면서 변위의 증폭과정에서 링크에 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 변위증폭링크(120)를 사각형상으로 제조한다. 특히, 변위증폭링크(120)를 직사각형상으로 제조할 경우, 변위증폭링크(120)를 구성하는 제1빔(122) 내지 제4빔(128) 각각에 걸리는 하중이 원활하게 분산되도록 할 수 있고, 층간에 구조물이 설치되는 공간을 확보할 수 있다. 예를 들어, 벽체를 관통하여 형성되는 창문의 경우, 일반적으로 직사각형상으로 그 틀이 형성되어 있기 때문에, 설치하고자 하는 창문의 크기에 상관없이 벽체에 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치를 설치할 수 있는 것이다. 오히려, 변위증폭링크(120)의 크기가 클수록 횡방향 변위가 큰 값으로 증폭되기 때문에 벽체 전면이 통유리창으로 설치되는 벽체의 경우에도 본 발명에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치가 적용 가능하다. 또한 이러한 경우에는 창문의 프레임 자체를 변위증폭링크(120)로 사용할 수도 있다.
횡방향 변위에 의해 제3빔(126)이 회전구동하기 때문에 제3빔(126)의 끝단에 결합된 제4빔(128)에 회전변위의 최대값이 전달된다. 따라서, 제1댐퍼(140)가 제3빔(126) 및 제4빔(128)이 연결형성된 제3절점(129c) 또는 제4빔(128) 상의 어느 지점에 힌지결합되는 것이다. 이때, 제4빔(128)에 전달되는 회전변위를 더욱 효과적으로 제어할 수 있도록, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 제1수평판에 고정설치되는 몸체(150a), 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체(150a)와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크(120)의 제4절점(129d) 또는 제4빔(128)에 힌지결합되는 전달빔(150b)이 구비되는 제2댐퍼(150)를 더 포함할 수 있다. 제2댐퍼(150) 역시 제4절점(129d) 뿐만 아니라, 제4빔(128)의 일 위치에 힌지결합될 수 있다. 여기서 제1댐퍼(140)는 제4빔(128) 중, 제3빔(126) 측에 가까운 위치에 설치하고, 제2댐퍼(150)는 제4빔(128) 중, 제1빔(122) 측에 가까운 위치에 설치함으로써, 횡방향 변위를 효과적으로 감쇠시킬 수 있다.
여기서 상기 제1빔(122) 내지 제4빔(128) 중 어느 두 개 이상이 연결형성된 상기 변위증폭링크(120)의 모서리 내측에는 지지빔(160)이 형성될 수 있다. 즉, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1빔(122)과 제2빔(124)에 경사지게 연결형성된 지지빔(160), 제2빔(124)과 제3빔(126)에 경사지게 연결형성된 지지빔(160), 제3빔(126)과 제4빔(128)에 경사지게 연결형성된 지지빔(160), 및 제4빔(128)과 제1빔(122)에 경사지게 연결형성된 지지빔(160)을 구비함으로써, 변위가 감쇠되는 과정 중에 변위증폭링크(120)에 변형이 발생하는 것을 방지한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치의 개략도를 나타낸 것으로써, 제3절점에서 증폭되는 변위를 도시하기 위하여 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치의 변위전달링크, 회전절점, 및 변위증폭링크를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서 제1댐퍼 및 제2댐퍼는, 증폭된 변위의 크기를 나타내기 위하여 생략하였다. 또한, 도 4에는 본 발명에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치가 적용된 건물의 개략도가 도시되어 있다.
지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치의 변위전달링크(110), 회전절점(130), 및 변위증폭링크(120)는 도 3a에 도시된 바와 같이 결합되어 있다. 여기서 변위증폭링크(120)의 제2빔(124) 및 제4빔(128)의 길이는 x이고, 제1빔(122) 및 제3빔(126)의 길이는 nx이다. 이때, n은 1보다 큰 값으로 제1빔(122)및 제3빔(126)이 제2빔(124) 및 제4빔(128)보다 긴 것을 특징으로 한다.
이렇게 형성된 변위증폭링크(120)는 제1수평판에 결합된 변위전달링크(110)가 횡방향 변위(δ1)를 전달하면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1절점(129a)의 위치가 이동하면서 제1절점(129a)의 변위(β1)값이 발생한다. 제2빔(124)의 회전각(α)만큼 제3빔(126)이 회전구동되면, 제3절점(129c)의 위치가 이동하면서 제3절점(129c)의 변위(β2)값 역시 발생한다. 여기서, 제1댐퍼(140)가 감쇠시키는 변위는 제3절점(129c)의 변위(β2)이다.
변위증폭링크(120)에 의해 횡방향 변위(δ1)가 제3절점(129c)의 변위(β2)로 증폭되는 이유는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제3빔(126)의 길이가 제2빔(124)보다 길기 때문이다. 도 3c에 도시된 삼각형은 이등변 삼각형으로, 제1절점(129a)의 변위(β1)값 및 제3절점(129c)의 변위(β2)값은 아래의 수학식과 같이 계산할 수 있다.
먼저 제1절점(129a)의 변위(β1)값은 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
Figure 112011033264352-pat00001
또한, 제3절점(129c)의 변위(β2)값은 수학식 2와 같이 구할 수 있다.
Figure 112011033264352-pat00002
따라서, 제3절점(129c)에서는 제1절점(129a)에 비해 수학식 3에서 구한 값(β2 -β1)만큼 변위값이 증가하는 것이다.
Figure 112011033264352-pat00003
이때, 제1절점(129a)의 변위(β1)값과 건축물 각 층간에서 발생하는 횡방향 변위값의 차이는 미소량이기 때문에 제1절점(129a)의 변위(β1)와 횡방향 변위(δ1)는 동일하다고 볼 수 있다. 즉, β1이 δ1이 동일하다고 볼 수 있기 때문에, 제3절점(129c)에서 횡방향 변위(δ1)에 비해 수학식 3에서 기재된 만큼의 값이 증폭되어 제1댐퍼(140)에 작용하게 된다. 따라서 제1댐퍼(140)에서는 증폭된 횡방향 변위(δ1)를 조절하게 되어 실제 제1수평판에 발생하는 횡방향 변위(δ1)를 감쇠시키게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치가 적용된 건축물은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제진용 횡방향 변위 감쇠기가 적용되지 않은 건물에 비해 각 층에 작용하는 변위(δ')의 크기가 작다. 따라서, 건물 전체에 작용하는 횡방향 변위(nδ')의 크기는 종래의 횡방향 변위(nδ)의 크기에 비해 n(δ-δ')만큼 감소하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치를 건축물에 적용할 경우, 건축물의 횡방향 변위를 용이하게 감쇠시킬 수 있고, 이로 인하여 건축물의 내진 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
110: 변위전달링크 120: 변위증폭링크
122: 제1빔 124: 제2빔
126: 제3빔 128: 제4빔
129a; 제1절점 129b: 제2절점
129c: 제3절점 129d: 제4절점
130: 회전절점 140: 제1댐퍼
140a, 150a:몸체 140b, 150b: 전달빔
150: 제2댐퍼 160: 지지빔

Claims (8)

  1. 건축물의 각 층의 상하부에 위치한 한 쌍의 수평판 및 상기 한 쌍의 수평판 사이에 축조된 측벽으로 구성되는 층간에 적용되는 횡방향 변위가 감쇠되도록 설치하는 것으로,
    상기 한 쌍의 수평판 중, 제1수평판과 상기 측벽이 만나는 모서리 위치에 결합되는 일단과, 상기 일단의 맞은편에 위치하는 타단을 포함하는 바(bar)형의 변위전달링크;
    상기 한 쌍의 수평판 중, 상기 제1수평판에 대향하는 위치에 형성된 제1빔, 제2수평판과 대향하는 위치에 형성된 제3빔, 상기 제3빔과 상기 제1빔 사이에 형성된 제2빔 및 제4빔을 포함하고, 상기 제1빔과 제2빔이 연결된 위치에 형성된 제1절점, 상기 제2빔과 제3빔이 연결된 위치에 형성된 제2절점, 상기 제3빔과 제4빔이 연결된 위치에 형성된 제3절점, 및 상기 제4빔과 제1빔이 연결된 위치에 형성된 제4절점이 구비되는 변위증폭링크;
    상기 제2수평판에 고정 설치된 것으로, 상기 변위증폭링크의 제2절점과 힌지결합된 회전절점; 및
    상기 제2수평판에 고정 설치되는 몸체, 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크의 제3절점 및 제4빔 중 어느 하나에 힌지결합되는 전달빔이 구비되는 제1댐퍼;를 포함하되,
    상기 변위증폭링크는 상기 제1빔 내지 제4빔이 서로 순차적으로 고정결합되어 사각형상으로 형성되는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변위증폭링크는 직사각형상이고,
    상기 제3빔이 상기 제2빔보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1수평판에 고정설치되는 몸체, 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크의 제4절점 및 제4빔 중 어느 하나에 힌지결합되는 전달빔이 구비되는 제2댐퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1빔 내지 제4빔 중 어느 두 개 이상이 연결형성된 상기 변위증폭링크의 모서리 내측에는, 모서리의 강성을 보강하도록 경사지게 연결형성된 지지빔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치.
  5. 건축물의 각 층에 수직하게 형성되며, 건축물의 각 층의 상하부에 위치한 한 쌍의 수평판이 각각 상부 및 하부에 결합되고 상기 상부 및 하부 사이에 형성된 한 쌍의 벽체 측면이 형성된 건축물 벽체 내에 설치되는 것으로,
    상기 한 쌍의 수평판 중, 제1수평판과 상기 벽체 측면이 만나는 모서리 위치에 결합되는 일단과, 상기 일단의 맞은편에 위치하는 타단을 포함하는 바(bar)형의 횡방향 변위전달링크;
    상기 한 쌍의 수평판 중, 상기 제1수평판에 대향하는 위치에 형성된 제1빔, 제2수평판과 대향하는 위치에 형성된 제3빔, 상기 제3빔과 상기 제1빔 사이에 형성된 제2빔 및 제4빔을 포함하고, 상기 제1빔과 제2빔이 연결된 위치에 형성된 제1절점, 상기 제2빔과 제3빔이 연결된 위치에 형성된 제2절점, 상기 제3빔과 제4빔이 연결된 위치에 형성된 제3절점, 및 상기 제4빔과 제1빔이 연결된 위치에 형성된 제4절점이 구비되는 변위증폭링크;
    상기 제2수평판에 고정 설치된 것으로, 상기 변위증폭링크의 제2절점과 힌지결합된 회전절점; 및
    상기 제2수평판에 고정 설치되는 몸체, 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크의 제3절점 및 제4빔 중 어느 하나에 힌지결합되는 전달빔이 구비되는 제1댐퍼;를 포함하되,
    상기 변위증폭링크는 상기 제1빔 내지 제4빔이 서로 순차적으로 고정결합되어 사각형상으로 형성되는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변위증폭링크는 직사각형상이고,
    상기 제3빔이 상기 제2빔보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1수평판에 고정설치되는 몸체, 및 횡방향 변위가 감쇠되도록 상기 몸체와 결합되며 끝단이 상기 변위증폭링크의 제4절점 및 제4빔 중 어느 하나에 힌지결합되는 전달빔이 구비되는 제2댐퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1빔 내지 제4빔 중 어느 두 개 이상이 연결형성된 상기 변위증폭링크의 모서리 내측에는, 모서리의 강성을 보강하도록 경사지게 연결형성된 지지빔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지진하중에 의한 횡방향 진동변위저감을 위한 감쇠장치.
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