KR101323589B1 - 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조 - Google Patents

진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조 Download PDF

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Abstract

주상복합의 상부 전단벽 구조물과 하부 라멘 구조물 사이에 설치되는 전이층 구간에서 진동흡수 및 제어를 위하여 전단키, 방진패드 및 인장구속재로 구성된 진동차단을 위한 일체형 전이층 구조를 형성함으로써 진동 또는 소음이 효율적으로 차단되도록 제어할 수 있고, 또한, 전이층 구간에서 진동흡수 및 제어를 위하여 가새부재(댐퍼 또는 트러스) 및 방진패드로 구성된 진동차단을 위한 일체형 전이층 구조를 형성함으로써 진동 또는 소음이 효율적으로 차단되도록 제어할 수 있는, 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조가 제공된다.

Description

진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조 {VIBRATION ISOLATION SYSTEM IN TRANSFER STORY OF APARTMENT HOUSING}
본 발명은 주상복합 전이층 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 주상복합 전이층(Transfer Story)의 진동차단(Vibration Isolation)을 위해 전단키(Shear-Key), 방진패드(Anti-vibration Pad) 및 인장구속재(Tensile-binding element)를 이용하는 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 건축물의 용도에 따라 또는 입면의 변화를 주는 목적에서도 상부와 하부의 기둥배치가 다를 수 있는데, 이러한 경우 구조적 안정성을 위해 상부층의 축력과 수평하중을 안전하게 하부에 전달시키는 전이층(Transfer Story) 시스템을 채택하게 된다. 즉, 주상복합 건물이나 지하주차장이 설계된 아파트에서 하부의 저층부는 기둥식 라멘 구조의 사무실, 상가, 주민편의시설 또는 주차장으로 형성되고, 상부의 고층부는 벽식 구조의 아파트(주동)로 형성되게 되며, 이러한 경우 고층부의 아파트 벽체와 저층부의 기둥 주열이 대부분 맞지 않아 상부의 하중을 하부로 안정적으로 전달하기 위해 아파트가 시작되는 저층부의 상부 바닥에서 전이층을 형성하게 된다.
도 1은 일반적인 주상복합형 공동주택의 구조형식으로서, 전이층이 형성되는 것을 예시하는 도면이다.
일반적으로, 주상복합형 공동주택은, 도 1에 도시된 바와 같이, 지하주차장 및 하부의 사무공간에 적합한 보-기둥 라멘 구조물(20)과 상부의 주거공간에 적합한 전단벽식 구조물(10) 또는 모듈이 다른 보-기둥 구조물로 구성되며, 이에 따라 서로 상이한 구조물 형식 사이의 응력 전달을 위하여 전이층(30)을 설치하게 된다. 이러한 전이층(30)은 건축물에서 콘크리트 타설시 모양과 위치가 변하는 부분이기 때문에 이 부분을 빨리 시공할 경우, 전체 공기를 앞당길 수 있다.
이러한 전이층(30)은 구조 형식에 따라 트랜스퍼 거더(Transfer Girder: 전이보) 및 트랜스퍼 플레이트(Transfer plate)로 구분할 수 있다. 예를 들면, 트랜스퍼 거더는 주상복합 건물에 사용되는 것으로서, 주상복합 건물의 주차장인 지하층과 지상 1층의 상가부분은 기둥이 있는 구조인 보ㆍ기둥 구조(라멘 구조)이고, 2층(주거부분)부터는 기둥이 없이 벽만으로 된 벽식 구조로서, 상기 보ㆍ기둥 구조에서 상기 벽식 구조로 바뀌는 층이 전이층이며, 상기 전이층의 양측 기둥 위에 설치되어서 건축물의 상측으로부터의 다수개의 벽체로 전해지는 하중을 일정하게 조합하여 하부 기둥에 전달하는 것이 트랜스퍼 거더이다.
한편, 주상복합형 공동주택은 교통이 편리한 대도시의 번화가에 위치하며, 특히, 지하철 또는 철도가 통과하는 지역에 인접하여 설치될 수도 있기 때문에 차량의 진동, 지하철의 진동 및 철도의 진동으로부터 발생되는 진동 또는 소음이 상부의 주동 구간으로 전달되는 것을 차단하기 위한 기술이 필요한 실정이며, 예를 들면, 방진패드를 사용할 수 있다.
또한, 도 2는 일반적인 방진패드를 예시하는 도면으로서, 기존의 진동 또는 소음 방지기술에서는 주로 지중기초나 벽체에, 도 2의 a) 및 b)에 도시된 바와 같은, 방진패드(40a, 40b)를 설치할 수 있지만, 진동원이 가까이 있거나 또는 진동이 클 경우, 이러한 방진패드(40a, 40b)는 충분한 진동차단 효과를 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.
특히, 이러한 진동 또는 소음에 의한 문제는 주거 공간에 있어서 더 크게 나타나므로, 건물 전체에 대하여 진동 또는 소음을 차단하기 보다는 상부의 전단벽 구조인 주동 부분에 추가적으로 방진 구조를 구축하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 종래의 기술에 따르면, 기초의 측면이나 기계 기초의 하면에 방진패드(고무패드, 스프링)를 설치하여 진동을 저감하는 방법이 적용되고 있지만, 특히, 철도부지 등의 상시 진동이 존재하는 구간의 직상부에 주거용 건물을 건설할 경우, 높은 수준의 진동저감 기술이 필요하며, 현재의 기술로는 원하는 진동 또는 소음 제어가 불확실한 상황이다.
대한민국 등록특허번호 제10-544368호(출원일: 2004년 1월 16일), 발명의 명칭: "프리캐스트 트랜스퍼 거더 및 이를 이용하여 구조물을시공하는 방법" 대한민국 등록실용신안번호 제20-275544호(출원일: 2002년 2월 28일), 발명의 명칭: "강봉을 이용한 하중전이용 보의 가설트러스 시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-585850호(출원일: 2004년 6월 1일), 발명의 명칭: "전이층을 생략할 수 있는 캔틸레버 벽식 구조를 포함하는 복합구조" 일본 공개특허번호 제2006-77414호(공개일: 2006년 3월 23일), 발명의 명칭: "구조물의 제진 방법 및 장치" 미국 공개특허번호 제2006-5477호(공개일: 2006년 1월 12일), 발명의 명칭: "빌딩의 내진 구조(Earthquake resistance structure for building)" 미국 등록특허번호 제7540117호(출원일: 2003년 8월 4일), 발명의 명칭: "빌딩의 진동차단 시스템(Vibration isolation system for building)"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 주상복합의 상부 전단벽 구조물과 하부 라멘 구조물 사이에 설치되는 전이층 구간에서 진동흡수 및 제어를 위하여 댐퍼(또는 트러스) 및 방진패드로 구성된 진동차단을 위한 일체형 전이층 구조를 형성함으로써 진동 또는 소음이 효율적으로 차단되도록 제어할 수 있는, 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조를 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조는, 주상복합 건물의 상부 전단벽 구조물과 하부 라멘 구조물 사이에 설치되는 전이층으로서, 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조에 있어서, 상기 주상복합 하부 라멘 구조물 상부에 시공되는 하부 전이층 및 상기 주상복합 상부 전단벽 구조물 하부에 시공되는 상부 전이층으로 이루어진 전이층; 상기 하부 및 상부 전이층 내부의 진동을 흡수하도록 상기 하부 및 상부 전이층 사이에 설치되는 방진패드; 및 상기 하부 및 상부 전이층을 지지하고 변위를 흡수하도록 상기 하부 및 상부 전이층의 외주부에 경사 방향으로 설치되는 가새부재를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 하부 및 상부 전이층에 발생하는 진동을 차단하도록 상기 방진패드 및 가새부재가 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가새부재는, 전단벽 구조물인 주동부의 전이층이 외부로 노출되는 형태로 시공될 경우, 상기 하부 및 상부 전이층의 외주부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가새부재는, 전단벽 구조물인 주동부의 전이층이 전체 전이층의 내부에 설치될 경우, 상기 주동부 전이층의 춤(두께)이 데크가 설치되는 구역의 전이층 춤(두께)보다 큰 것을 감안하여 상기 주동부의 경계면에 설치하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가새부재가 외부 트러스인 경우, 수직방향 미세변위는 흡수하되, 수평방향 대변위는 구속할 수 있을 정도의 작은 유격만을 갖는 구조로 시공되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가새부재가 외부 댐퍼인 경우, 수직방향 미세변위는 흡수하되, 수평방향 대변위는 급속한 변위를 구속하는 STU(Shock Transmission Unit)형 댐퍼를 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 주상복합의 상부 전단벽 구조물과 하부 라멘 구조물 사이에 설치되는 전이층 구간에서 진동흡수 및 제어를 위하여 가새구조, 방진패드 및 인장구속재로 구성된 진동차단을 위한 일체형 전이층 구조를 형성함으로써 진동 또는 소음이 효율적으로 차단되도록 제어할 수 있다.
도 1은 일반적인 주상복합형 공동주택의 구조형식으로서 주택 전이층이 형성되는 것을 예시하는 도면이다.
도 2는 일반적인 방진패드를 예시하는 도면이다.
도 3은 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조의 단면 형상을 예시하는 도면으로서, 전이층의 외주부에 가새구조(댐퍼 또는 트러스)가 설치된 것을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조에서 주동부 전이층의 경계면에 가새구조(댐퍼 또는 트러스)가 설치된 것을 예시하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
먼저, 도 3은 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 주상복합 하부의 보-기둥 라멘 구조물(120)과 상부의 전단벽 구조물(110)인 주동이 교차하는 전이층(130a, 130b) 구간에 진동 또는 소음을 차단할 수 있는 진동차단을 위한 일체형 전이구조에 대한 개념이 도입되었다.
통상적으로, 상기 전이층(130a, 130b)은 상부 전단벽 구조물(110)의 응력을 하부의 라멘 구조물(120)로 전달함에 있어서, 구조부재 모듈의 불합치로 인하여 발생하는 불균등 응력을 방지하기 위한 목적으로 설치되며, 이에 따라 상부 전단벽 구조물(110)과 하부 라멘 구조물(120)은 상기 전이층(130a, 130b)을 통하여 일체화되어야 한다.
그런데 상기 전이층(130a, 130b) 내부에 진동 흡수를 위한 방진패드(140)를 설치하는 것을 전재로 하고 있으므로, 상기 방진패드(140)로 인하여 상부 전단벽 구조물(110)과 하부 라멘 구조물(120)이 역학적으로 격리되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 이러한 역학적 격리 현상은 고정하중, 활하중 등의 수직하중 저항에는 큰 문제가 발생되지 않으나 지진하중, 풍하중과 같은 수평하중에 대해서는 문제가 발생될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 전이층 구조는, 하부 전이층(130a) 및 상부 전이층(130b) 사이에 방진패드(140)를 설치하고, 요철 형상의 전단키를 갖도록 구성하며, 또한, 상기 하부 전이층(130a) 및 상부 전이층(130b) 사이의 방진패드(140)를 인장구속재(150)로 구속하도록 설치함으로써, 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조가 제공된다.
구체적으로, 본 발명의 실시예로서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조의 단면 형상을 예시하는 도면으로서, 전이층의 외주부에 가새구조(댐퍼 또는 트러스)가 설치된 것을 예시하는 도면이고, 도 5는는 본 발명의 실시예에 따른 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조에서 주동부 전이층의 경계면에 가새구조(댐퍼 또는 트러스)가 설치된 것을 예시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조는, 주상복합 건물의 상부 전단벽 구조물(110)과 하부 라멘 구조물(120) 사이에 설치되는 전이층으로서, 하부 전이층(130a), 상부 전이층(130b), 방진패드(140), 인장구속재(150) 및 가새부재(댐퍼 또는 트러스)(190)를 포함한다.
전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 콘크리트형 전단키(160) 및 전술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 강재 매설형 전단키(180)를 이용하는 방법은, 하부 전이층(130a) 및 상부 전이층(130b) 시공에 있어서 전단키에서의 수직변형은 허용하되 수평변위를 구속하는 요구사항을 만족하기 위해서는 매우 높은 시공 정밀도가 요구된다.
이에 따라 하부 전이층(130a) 및 상부 전이층(130b)의 변위를 상기 하부 전이층(130a) 및 상부 전이층(130b)의 외주부에 경사 방향으로 설치된 가새부재(댐퍼 또는 트러스)(190)를 이용하여 지지 및 흡수할 수 있다.
구체적으로, 하부 전이층(130a)은 상기 주상복합 하부 라멘 구조물(120) 상부에 시공되고, 상부 전이층(130b)은 상기 주상복합 상부 전단벽 구조물(110) 하부에 시공되고, 상기 하부 전이층(130a)과 함께 전이층을 형성한다.
방진패드(140)는 상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b) 내부의 진동을 흡수하도록 상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b) 사이에 설치된다.
가새부재(190)는 댐퍼 또는 트러스일 수 있고, 상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)을 지지하고 변위를 흡수하도록 상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)의 외주부에 경사 방향으로 설치된다.
이에 따라 상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)은 상기 방진패드(140) 및 가새부재(190)에 의해 지반 진동으로부터 발생되는 수직진동을 차단하면서 지진으로 인한 수평변위를 구속할 수 있다.
이때, 상기 가새부재(190)의 설치 위치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전단벽 구조물(110)인 주동부 쪽에서 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)이 외부로 노출되는 형태로 시공될 경우, 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)의 외주부에 설치하며, 또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 전단벽 구조물(110)인 주동부의 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)이 전체 전이층의 내부에 설치될 경우, 전단벽 구조물(110)인 주동부의 전이층 춤(두께)이 데크가 설치되는 구역의 전이층 춤(두께)보다 큰 것을 고려하여 전단벽 구조물(110)인 주동부의 경계면에 설치할 수도 있다.
이때, 상기 전이층의 외주부에 부착되는 상기 가새부재(190)가 외부 트러스인 경우, 수직방향의 미세 변위는 흡수하되, 수평방향의 대변위는 구속할 수 있을 정도의 작은 유격만을 갖는 구조로 시공될 수 있다. 또한, 상기 가새부재(190)가 외부 댐퍼인 경우, 수직방향 미세변위는 흡수하되, 수평방향 대변위는 급속한 변위를 구속하는 STU(Shock Transmission Unit)형 댐퍼를 적용할 수 있다.
이러한 가새부재(댐퍼 또는 트러스)(190)는 지진이나 풍하중에 의한 수평방향의 변위를 구속하는 기능을 포함하므로, 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 콘크리트형 전단키 또는 본 발명의 제2 실시예에 따른 강재 매설형 전단키(180)로 횡변위를 구속하는 경우에 설치되는 인장구속재(150)를 시공할 필요가 없다.
따라서 본 발명의 실시예에 따르면 주상복합의 상부 전단벽 구조물과 하부 라멘 구조물 사이에 설치되는 전이층 구간에서 진동흡수 및 제어를 위하여 가새부재(댐퍼 또는 트러스) 및 방진패드로 구성된 진동차단을 위한 일체형 전이층 구조를 형성함으로써 진동 또는 소음이 효율적으로 차단되도록 제어할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 주상복합 상부 전단벽 구조물(주동)
120: 주상복합 하부 라멘 구조물(사무실)
130: 전이층
130a: 하부 전이층
130b: 상부 전이층
140: 방진패드
150: 인장구속재
190: 가새부재(댐퍼 또는 트러스)

Claims (7)

  1. 주상복합 건물의 상부 전단벽 구조물(110)과 하부 라멘 구조물(120) 사이에 설치되는 전이층으로서, 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조에 있어서,
    상기 주상복합 하부 라멘 구조물(120) 상부에 시공되는 하부 전이층(130a) 및 상기 주상복합 상부 전단벽 구조물(110) 하부에 시공되는 상부 전이층(130b)으로 이루어진 전이층;
    상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b) 내부의 진동을 흡수하도록 상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b) 사이에 설치되는 방진패드(140); 및
    상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)을 지지하고 변위를 흡수하도록 상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)의 외주부에 경사 방향으로 설치되는 가새부재(190)
    를 포함하는 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)에 발생하는 진동을 차단하도록 상기 방진패드(140) 및 가새부재(190)가 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가새부재(190)는, 전단벽 구조물인 주동부의 전이층이 외부로 노출되는 형태로 시공될 경우, 상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)의 외주부에 설치되는 것을 특징으로 하는 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가새부재(190)는, 전단벽 구조물인 주동부의 전이층이 전체 전이층의 내부에 설치될 경우, 상기 주동부 전이층의 춤(두께)이 데크가 설치되는 구역의 전이층 춤(두께)보다 큰 것을 감안하여 상기 주동부의 경계면에 설치하는 것을 특징으로 하는 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가새부재(190)가 외부 트러스인 경우, 수직방향 미세변위는 흡수하되, 수평방향 대변위는 구속할 수 있을 정도의 작은 유격만을 갖는 구조로 시공되는 것을 특징으로 하는 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가새부재(190)가 외부 댐퍼인 경우, 수직방향 미세변위는 흡수하되, 수평방향 대변위는 급속한 변위를 구속하는 STU(Shock Transmission Unit)형 댐퍼를 적용하는 것을 특징으로 하는 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 전이층(130a, 130b)에 정착되고, 수직변위를 흡수하여 수직하중을 구속하는 인장구속재(150)를 더 포함하는 진동차단을 위한 일체형 주상복합 전이층 구조.
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