KR101351296B1

KR101351296B1 - 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치

Info

Publication number: KR101351296B1
Application number: KR1020120119351A
Authority: KR
Inventors: 김해남
Original assignee: 김해남
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-01-17

Abstract

본 발명은 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 구조물에 장착되어 지진에 의한 구조물의 변위를 흡수하는 건축 구조물의 내진 장치로서, 지반 위에 고정 설치되는 하부 플레이트; 수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동이 전달되면, 수평 이동이나 원 회전이 유도되어 수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동을 흡수하고 건축 구조물의 수평 변위가 발생되지 않도록 상기 하부 플레이트의 상부에 위치하여 배치되는 수평 이동 부재; 상기 수평 이동 부재의 상부에 설치되는 하부 리테이너; 상기 하부 리테이너의 상부에 기밀하게 체결되고 내부가 빈 공간을 형성하는 실린더; 상기 실린더의 상부 내경을 따라 상하로 이동할 수 있도록 체결되는 상부 리테이너; 상기 상부 리테이너 및 하부 리테이너가 결합된 상기 실린더 내부 공간에 설치되어, 지진파의 S파에 따른 수직 방향의 진동 충격을 흡수하고 감쇠시키기 위해 압축 및 탄성 복원되는 스프링 탄성 부재; 상기 상부 리테이너의 상부에 설치되어 구조물의 기둥 또는 구조물의 일부가 배치되도록 하는 탑 플레이트; 및 상기 실린더를 관통하는 스핀들과, 상기 스핀들의 중심 부위에 설치되는 편심 캠과, 상기 편심 캠을 수용하는 서클(Circle) 공간을 형성하고 상기 스프링 탄성 부재와 간섭 없이 상기 상부 리테이너에 체결 고정되는 편심 캠 하우징으로 이루어지는 메인터넌스부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치에 따르면, 수평 이동 부재와 함께 S파의 진동을 차단할 수 있는 스테이지를 단일 구조로 구성함으로써, 기둥 및 슬래브의 개수와, 철근 사용 수량 증대와, 단면 확대와, 고강도 재질 사용, 및 보강 프레임의 구조적 보강 없이도 수평 및 수직 방향에서 지진파와 동반하는 진동을 효과적으로 흡수 완화하고, 유체를 이용한 부유 공법으로 적용 시에 파괴력이 강한 S파의 영향이 방지될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 스핀들과 편심 캠의 조합으로 이루어지는 메인터넌스부를 구성함으로써, 내진 장치의 유지 보수를 위한 분리가 용이하고, 또한 수평 및 수직 방향으로 진동이 동시에 전달되더라도 효과적인 대처가 가능하며, 아울러 진동에 의한 기둥과 지면의 변위를 흡수 및 완화하여 건축 구조물의 안전성을 더욱 보장될 수 있도록 하며, 유체를 활용하여 S파의 진동을 차단할 수 있어 내진 능력을 획기적으로 개선할 수 있고, Factory made 또는 Fabricated Building Method 공법의 활용이 가능하여 비용을 대폭 절감하고 공기를 단축할 수 있도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 내진 건축물의 법적 규제 장치와 법령에 따른 리히터 규모 6.5 정도에 맞춰서 운영되고 있는 내진 건축의 경우에 일반 건축비용의 35~40% 증액되는 것이 통례인 내진설계에 따른 공사비를 절감할 수 있으며, 그와 함께 시공이 신속하고 간단하여 공사기간을 단축할 수 있도록 하며, 내진 강도를 리히터 규모 9.0까지도 증대시킬 수 있다.

Description

싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치{EARTHQUAKE-PROOF DEVICE HAVING SINGLE STAGE STRUCTURE}

본 발명은 내진 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치에 관한 것이다.

일반적으로 지진이 발생하면 지진파가 발생하게 된다. 이 지진파 중 실체파인 중심파에는 P파와 S파가 있으며, P파의 전파속도는 7~8 ㎞/s로서, 속도가 빠르고, 매질의 입자가 파의 진행 방향과 같은 방향으로 전파되는 종파로서 고체, 액체, 기체를 모두 통과한다. 한편, S파는 P파보다 속도가 느리며 P파 다음에 도착하는 진동파로서, 속도는 2~4 ㎞/s이며, 매질의 입자 진동 방향이 진행 방향과 직교하는 횡파로서, 위 아래로 운동하기 때문에 P파보다 피해 규모가 크고 고체만 통과한다. 따라서 S파는 액체를 통과하지 못하기 때문에 물 등의 유체를 이용하여 부유공법으로 건축 구조물을 한다면 파괴력이 큰 S파에 의한 피해를 대폭 줄일 수 있게 된다.

건축 구조물에 대한 대부분의 내진설계 기술은, 축력과 휨 모멘트를 저항하는 기둥 및 슬래브 개수, 철근 사용 수량 증대, 단면 확대, 고강도 재질 사용, 보강 프레임을 이용한 보강 구조 등을 통해 내진설계가 이루어지고 있다. 이와 같은 방법의 내진설계는, 막대한 공사비와 함께 공사기간이 길어지게 되는 근본적인 문제를 해결하지 못하고 있다.

특히, 위와 같은 방법의 내진설계는 축력과 휨 모멘트의 변형력에 대하여 단순히 버티는 수준에 불과하다. 따라서 변형력에 버티지 못하게 되면 건축 구조물은 한 순간에 붕괴되고 만다.

다른 건축 구조물의 내진 설계를 위한 내진 보강 장치의 일례로서, 대한민국 등록특허공보 제0326972호(이하, ‘선행특허문헌’이라 함)에 개시된 기술 내용을 요약해 보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부에 외측으로 형성된 플랜지부(112) 및 오목홈(114)을 가진 하부 받침대(120)와, 하부 면에 돔 형상의 오목홈(122)이 형성된 받침대(120)와, 오목홈(122)에 감입되어 지진 발생시 상부 받침대(120)를 이동시켜 진동을 흡수하는 스틸 볼(130)과, 상부 받침대(120)를 탄성 지지하는 원기둥 형상의 탄성체(140)로 구성되어 있다. 따라서 선행특허문헌은 스틸 볼(130)을 이용한 받침대(120)의 수평 방향 이동과, 탄성체(140)에 의한 수평 및 수직 방향의 진동을 흡수 및 완화하는 기술로 요약할 수 있다.

그런데, 선행특허문헌에서 제시된 지상 구조물의 진동흡수장치는, 탄성체(140)가 지닌 탄성력을 이용하여 수평 방향에서 전달되는 진동을 흡수 완화하더라도 받침대(120)의 수평 변위가 발생하는 결합구조를 취하고 있다. 따라서 받침대(120)에 지지되는 구조물(예를 들면 기둥)이 함께 연동하게 되고, 그로 인해 구조물에 영향을 주게 된다. 또한, 선행특허문헌에서 제시된 지상 구조물의 진동흡수장치는, 수평 및 수직 방향에서 진동이 동시에 전달될 경우, 수평방향의 진동에 대해서는 상기 탄성체(140)가 수평 방향으로 탄력 지지하게 되고, 동시에 수직 방향에서 전달되는 진동에 대해서는 탄성체(140)가 수직 방향으로 탄력 지지하게 된다. 하지만, 탄성체(140)가 수평 방향으로 압축과 이완을 하고 있는 상태에서 동시에 수직 방향으로의 압축과 이완은 효과적으로 이루어지지 못하게 됨으로써 결론적으로, 수직 및 수평 방향에 대한 동시 탄력 지지는 이루어지기 어려운 취약함이 있다.

즉, 선행특허문헌에서 제시된 지상 구조물의 진동흡수장치는 수평에서 전달되는 진동은 물론, 수직 및 수평 방향에서 복합적으로 동시 전달되는 진동에 대해서는 앞서 언급한 바와 같은 구조적인 문제로 인해 효과적인 대처가 어렵고, 그로 인해 건축 구조물의 내진에 대한 안전성을 보장할 수 없게 된다. 또한, 현행 건축물의 법률 규제 상 리히터 규모 6.5 정도에 대응할 수 있도록 하고 있어, 그 이상의 지진에 대해서는 대응이 사실상 불가능하고, 그에 대응하기 위해서는 경제적인 비용이 막대하게 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 수평 이동 부재와 함께 S파의 진동을 차단할 수 있는 스테이지를 단일 구조로 구성함으로써, 기둥 및 슬래브의 개수와, 철근 사용 수량 증대와, 단면 확대와, 고강도 재질 사용, 및 보강 프레임의 구조적 보강 없이도 수평 및 수직 방향에서 지진파와 동반하는 진동을 효과적으로 흡수 완화하고, 유체를 이용한 부유 공법으로 적용 시에 파괴력이 강한 S파의 영향이 방지될 수 있도록 하는, 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 스핀들과 편심 캠의 조합으로 이루어지는 메인터넌스부를 구성함으로써, 내진 장치의 유지 보수를 위한 분리가 용이하고, 또한 수평 및 수직 방향으로 진동이 동시에 전달되더라도 효과적인 대처가 가능하며, 아울러 진동에 의한 기둥과 지면의 변위를 흡수 및 완화하여 건축 구조물의 안전성을 더욱 보장될 수 있도록 하며, 유체를 활용하여 S파의 진동을 차단할 수 있어 내진 능력을 획기적으로 개선할 수 있고, Factory made 또는 Fabricated Building Method 공법의 활용이 가능하여 비용을 대폭 절감하고 공기를 단축할 수 있도록 하는, 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

뿐만 아니라, 본 발명은, 내진 건축물의 법적 규제 장치와 법령에 따른 리히터 규모 6.5 정도에 맞춰서 운영되고 있는 내진 건축의 경우에 일반 건축비용의 35~40% 증액되는 것이 통례인 내진설계에 따른 공사비를 절감할 수 있으며, 그와 함께 시공이 신속하고 간단하여 공사기간을 단축할 수 있도록 하며, 내진 강도를 리히터 규모 9.0까지도 증대시킬 수 있는, 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치는,

구조물에 장착되어 지진에 의한 구조물의 변위를 흡수하는 건축 구조물의 내진 장치로서,

지반 위에 고정 설치되는 하부 플레이트;

수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동이 전달되면, 수평 이동이나 원 회전이 유도되어 수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동을 흡수하고 건축 구조물의 수평 변위가 발생되지 않도록 상기 하부 플레이트의 상부에 위치하여 배치되는 수평 이동 부재;

상기 수평 이동 부재의 상부에 설치되는 하부 리테이너;

상기 하부 리테이너의 상부에 기밀하게 체결되고 내부가 빈 공간을 형성하는 실린더;

상기 실린더의 상부 내경을 따라 상하로 이동할 수 있도록 체결되는 상부 리테이너;

상기 상부 리테이너 및 하부 리테이너가 결합된 상기 실린더 내부 공간에 설치되어, 지진파의 S파에 따른 수직 방향의 진동 충격을 흡수하고 감쇠시키기 위해 압축 및 탄성 복원되는 스프링 탄성 부재;

상기 상부 리테이너의 상부에 설치되어 구조물의 기둥 또는 구조물의 일부가 배치되도록 하는 탑 플레이트; 및

상기 실린더를 관통하는 스핀들과, 상기 스핀들의 중심 부위에 설치되는 편심 캠과, 상기 편심 캠을 수용하는 서클(Circle) 공간을 형성하고 상기 스프링 탄성 부재와 간섭 없이 상기 상부 리테이너에 체결 고정되는 편심 캠 하우징으로 이루어지는 메인터넌스부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 수평 이동 부재는,

복수의 슬라이드 볼 베어링; 및

중공형의 환 형상으로, 상기 복수의 슬라이드 볼 베어링이 위치하여 배치되는 복수의 구멍을 형성하는 베어링 디스트리뷰터를 포함한다.

더욱 바람직하게는,

상기 수평 이동 부재가 위치하여 배치되는 상기 하부 플레이트 및 하부 리테이너 사이에는 먼지 또는 물(Water)의 유입을 방지하기 위한 프로텍터가 체결될 수 있다.

더욱더 바람직하게는, 상기 프로텍터는,

신축성 있는 고무(flexible rubber) 재질로 구성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하부 리테이너 및 상기 실린더의 체결은,

상기 하부 리테이너의 절곡 돌기부와 상기 절곡 돌기부의 형태에 대응하여 감싸는 형태로 상기 실린더의 하부에 형성된 절곡부가 맞물리는 형태로 기밀되게 체결할 수 있다.

바람직하게는, 상기 메인터넌스부는,

외부의 구동력을 전달받아 구동 회전하는 상기 스핀들에 의해 상기 편심 캠이 회전되고, 상기 편심 캠의 회전으로 맞닿아 가압되는 편심 캠 하우징이 하부로 이동됨에 따라 상기 상부 리테이너 또한 상기 편심 캠의 길이 변위만큼 하부로 이동할 수 있다.

바람직하게는, 상기 내진 장치는,

건축 구조물의 지하 하부에 물이 유입되어 채워지는 방수층과, 방수 처리 또는 내식 처리된 철골로 구성되는 건축 구조물의 지하 하부 구조 하우징에 부유 공법으로 설치될 수 있다.

본 발명에서 제안하고 있는 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치에 따르면, 수평 이동 부재와 함께 S파의 진동을 차단할 수 있는 스테이지를 단일 구조로 구성함으로써, 기둥 및 슬래브의 개수와, 철근 사용 수량 증대와, 단면 확대와, 고강도 재질 사용, 및 보강 프레임의 구조적 보강 없이도 수평 및 수직 방향에서 지진파와 동반하는 진동을 효과적으로 흡수 완화하고, 유체를 이용한 부유 공법으로 적용 시에 파괴력이 강한 S파의 영향이 방지될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 스핀들과 편심 캠의 조합으로 이루어지는 메인터넌스부를 구성함으로써, 내진 장치의 유지 보수를 위한 분리가 용이하고, 또한 수평 및 수직 방향으로 진동이 동시에 전달되더라도 효과적인 대처가 가능하며, 아울러 진동에 의한 기둥과 지면의 변위를 흡수 및 완화하여 건축 구조물의 안전성을 더욱 보장될 수 있도록 하며, 유체를 활용하여 S파의 진동을 차단할 수 있어 내진 능력을 획기적으로 개선할 수 있고, Factory made 또는 Fabricated Building Method 공법의 활용이 가능하여 비용을 대폭 절감하고 공기를 단축할 수 있도록 할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은, 내진 건축물의 법적 규제 장치와 법령에 따른 리히터 규모 6.5 정도에 맞춰서 운영되고 있는 내진 건축의 경우에 일반 건축비용의 35~40% 증액되는 것이 통례인 내진설계에 따른 공사비를 절감할 수 있으며, 그와 함께 시공이 신속하고 간단하여 공사기간을 단축할 수 있도록 하며, 내진 강도를 리히터 규모 9.0까지도 증대시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 지상 구조물의 진동 흡수 장치를 단면도로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치의 구성을 단면도로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치의 구성을 사시도로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치에서, 수평 이동 부재의 사시도 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치에서, 메인터넌스부의 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치를 부유 공법으로 건축 구조물에 설치하는 일례를 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치의 구성을 단면도로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치의 구성을 사시도로 도시한 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치는, 하부 플레이트(10), 수평 이동 부재(20), 하부 리테이너(30), 실린더(40), 상부 리테이너(50), 스프링 탄성 부재(60), 탑 플레이트(70), 및 메인터넌스부(80)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치는, 지반 위에 설치되며 최상부에 위치한 탑 플레이트(70) 상에 구조물 또는 구조물의 일부가 축조되게 되고, 구조물의 중량에 따라 내진 장치의 수를 적절히 조절하여 배치할 수 있다. 이러한 본 발명의 내진 장치는 지반뿐만 아니라, 도 6에 도시된 바와 같이, 건축 구조물의 지하 하부에 물이 유입되어 채워지는 방수층(1)과, 방수 처리 또는 내식 처리된 철골(2)로 구성되는 건축 구조물의 지하 하부 구조 하우징(3)에 부유 공법으로 설치될 수도 있다. 특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 부유 공법에 적용 설치될 경우 지진파 중 특히 파괴력이 강한 S파를 더욱 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

하부 플레이트(10)(bottom plate)는, 건축 구조물이 위치하게 될 지반 위에 고정 설치되는 바닥 판의 구성이다. 하부 플레이트(10)는 후술하게 될 수평 이동 부재(20)의 슬라이드 볼 베어링(21)과 접촉한다.

수평 이동 부재(20)는, 수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동이 전달되면, 수평 이동이나 원 회전이 유도되어 수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동을 흡수하고 건축 구조물의 수평 변위가 발생되지 않도록 하부 플레이트(10)의 상부에 위치하여 배치되는 구성이다. 이러한 수평 이동 부재(20)는 복수의 슬라이드 볼 베어링(21)과, 중공형의 환 형상으로, 복수의 슬라이드 볼 베어링(21)이 위치하여 배치되는 복수의 구멍(22)을 형성하는 베어링 디스트리뷰터(23)(Bearing Distributer)를 포함하여 구성된다. 수평 이동 부재(20)는 수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동이 전달되면, 베어링 디스트리뷰터(23)에 체결된 슬라이드 볼 베어링(21)에 의한 수평 방향 이동 및 볼 회전이 유도되고, 지면과 연동하는 하부 플레이트(10)만이 유동되면서 수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동을 모두 흡수하게 된다. 즉, 수평 방향에 대한 진동으로 인하여 하부 플레이트(10)의 변위가 발생하더라도 하부 리테이너(50)의 상단 부위는 변위가 발생되지 않게 됨으로써 내진 성능의 안전성이 보장될 수 있다.

하부 리테이너(30)(Lower Retainer)는, 수평 이동 부재(20)의 상부에 설치되는 구성으로 후술하게 될 스프링 탄성 부재(60)를 지지한다. 하부 리테이너(30)는 후술하게 될 실린더(40)의 하부에 형성된 절곡부(41)와 맞물리는 형태로 기밀되게 체결될 수 있는 절곡 돌기부(31)를 구성한다. 수평 이동 부재(20)가 배치되는 하부 플레이트(10) 및 하부 리테이너(30) 사이에는 먼지 또는 물(Water)의 유입을 방지하기 위한 프로텍터(90)(Protector)가 체결될 수 있다. 이러한 프로텍터(90)는 신축성 있는 고무(flexible rubber) 재질로 구성함이 바람직하며, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 내진 장치가 지반 위에 설치된 경우에는 프로텍터(90)가 먼지 유입 방지 기능을 수행하고, 부유 공법으로 설치될 경우에는 프로텍터(90)가 물(Water) 유입 방지 기능을 수행하게 된다.

실린더(40)는, 하부 리테이너(30)의 상부에 기밀하게 체결되고 내부가 빈 공간을 형성하는 원통 기둥의 구성이다. 실린더(40)는 하부 리테이너(30)의 절곡 돌기부(31)와 절곡부(41)가 맞물리는 형태로 기밀되게 하부가 체결되고, 상부에는 후술하게 될 상부 리테이너(50)가 내경을 따라 상하로 이동할 수 있도록 체결되며, 내부 공간으로는 스프링 탄성 부재(60)가 개재하게 된다. 즉, 실린더(40)는 하부 리테이너(30)와 상부 리테이너(50)의 사이의 내부 공간으로 스프링 탄성 부재(60)가 개재되는 싱글 스테이지 구조로 구성되고, 지진파에 의한 수직 진동이 전달될 때, 상부 리테이너(50)가 실린더(40)의 내경을 따라 수직으로 이동하면서 수직 진동의 충격을 완충하면서 진동을 흡수할 수 있도록 한다.

상부 리테이너(50)는, 실린더(40)의 상부 내경을 따라 상하로 이동할 수 있도록 체결되는 구성이다. 이러한 상부 리테이너(50)의 상부에는 구조물의 기둥 또는 구조물의 일부가 배치되도록 하는 탑 플레이트(70)가 위치하게 된다.

스프링 탄성 부재(60)는, 상부 리테이너(50) 및 하부 리테이너(30)가 결합된 실린더(40) 내부 공간에 설치되어, 지진파의 S파에 따른 수직 방향의 진동 충격을 흡수하고 감쇠시키기 위해 압축 및 탄성 복원되는 구성이다. 탑 플레이트(70)는, 상부 리테이너(50)의 상부에 설치되어 구조물의 기둥 또는 구조물의 일부가 배치되도록 하는 구성이다.

메인터넌스부(80)는, 실린더(40)를 관통하는 스핀들(81)과, 스핀들(81)의 중심 부위에 설치되는 편심 캠(82)과, 편심 캠(82)을 수용하는 서클(Circle) 공간을 형성하고 스프링 탄성 부재(60)와 간섭 없이 상부 리테이너(50)에 체결 고정되는 편심 캠 하우징(83)으로 이루어지는 구성이다. 이러한 메인터넌스부(80)는 도시되지 않은 외부의 구동력을 전달받아 구동 회전하는 스핀들(81)에 의해 편심 캠(82)이 회전되고, 편심 캠(82)의 회전으로 맞닿아 가압되는 편심 캠 하우징(83)이 하부로 이동됨에 따라 상부 리테이너(50) 또한 편심 캠(82)의 길이 변위만큼 하부로 이동할 수 있다. 메인터넌스부(80)는 정상 상태에서는 편심 캠(82)이 편심 캠 하우징(83)의 서클 공간에 접촉하지 않으며, 스핀들(81)의 회전으로 편심 캠(82)이 회전 위치하는 경우에는 편심 캠(82)의 상부가 하부로 이동하여 편심 캠 하우징(83)을 하부로 가압하게 된다. 이때, 편심 캠(82)을 회전시키는 스핀들(81)에는 편심 캠 하우징(83)에 체결되는 고정부재(미도시)가 설치되며, 고정부재는 편심 캠(82)과 스핀들(81)의 회전 동작에 간섭을 일으키지 않도록 구성된다. 메인터넌스부(80)의 구동은 본 발명에 따른 내진 장치를 인출하여 유지 보수하기 위한 경우에 사용된다. 본 발명에서는 메인터넌스부(80)를 설명함에 있어 간단한 구성만을 개시하고 있지만, 메인터넌스부(80)를 구성하여 구동시키기 위한 스핀들 바디, 동력 발생부, 제어부 등이 포함되는 것으로 이해되어야 하며, 이러한 구동을 위한 구성은 자명한 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치에서, 수평 이동 부재의 사시도 구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수평 이동 부재(20)는 중공형의 환 형상으로 테두리를 따라 복수의 구멍(22)을 형성하는 베어링 디스트리뷰터(23)의 구멍(22)들에 복수의 슬라이드 볼 베어링(21)이 체결된다. 이러한 수평 이동 부재(20)는 지진으로 인한 지진파 중 수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동의 전달 시에 수평 이동이나 원 회전이 유도될 수 있도록 함으로써, 건축 구조물에 전달되는 지진파의 진동을 효과적으로 분산시키고 건축 구조물의 안정성이 유지될 수 있도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치에서, 메인터넌스부의 구성을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 메인터넌스부(80)는 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 내진 장치를 인출하여 유지 보수하기 위한 경우에 사용된다. 메인터넌스부(80)는 실린더(40)를 관통하는 스핀들(81)과, 스핀들(81)의 중심 부위에 설치되는 편심 캠(82)과, 편심 캠(82)을 수용하는 서클(Circle) 공간을 형성하고 스프링 탄성 부재(60)와 간섭 없이 상부 리테이너(50)에 체결 고정되는 편심 캠 하우징(83)으로 구성되고, 정상 상태에서는 편심 캠(82)이 편심 캠 하우징(83)의 서클 공간에 접촉하지 않으며, 내진 장치의 유지 보수를 위한 스핀들(81)의 회전으로 편심 캠(82)이 회전 위치하는 경우에는 편심 캠(82)의 상부가 하부로 이동하여 편심 캠 하우징(83)을 하부로 가압하게 되고, 편심 캠(82)의 회전으로 맞닿아 가압되는 편심 캠 하우징(83)이 하부로 이동됨에 따라 상부 리테이너(50) 또한 편심 캠(82)의 길이 변위만큼 하부로 이동하게 된다. 이를 통해 내진 장치의 인출 및 유지 보수가 가능하게 되며, 내진 장치가 인출된 위치에는 별도의 블록이나 구조물이 임시로 받쳐질 수 있다. 도 5의 (a)는 상부 리테이너(50)에 고정된 편심 캠 하우징(83)의 서클 공간에 편심 캠(82)이 수용된 구성을 나타내고, 도 5의 (b)는 스핀들(81)과 편심 캠(82)의 사시도 구성을 나타낸다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치를 부유 공법으로 건축 구조물에 설치하는 일례를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치는, 건축 구조물의 지하 하부에 물이 유입되어 채워지는 방수층(1)과, 방수 처리 또는 내식 처리된 철골(2)로 구성되는 건축 구조물의 지하 하부 구조 하우징(3)에 부유 공법으로 설치될 수 있다. 이와 같이 부유 공법으로 설치되는 내진 장치의 경우에는, 물속에서도 공기 중에서와 마찬가지로 작동될 수 있는 방수 기능과 신축 기능을 동시에 갖고 외부 압력에 동일한 내부 압력을 유지시킬 수 있는 자바라 형태의 커버(미도시)가 설치될 수 있다. 즉, 자바라 형태의 커버는 상부의 실린더(40)로부터 프로텍터(90)를 감싸는 구조로 구성할 수 있다. 부유 공법의 방식으로 설치되는 내진 장치는, 지진파의 S파의 통과를 근본적으로 차단할 수 있어 건축 구조물의 안정성을 더욱 보장할 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 지진파의 이동 중 특히 파괴력이 강한 S파를 효과적으로 차단하며, 수평 및 수직 방향의 지진파의 진동을 더욱 효과적으로 대처할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치는, 내진 장치를 보호하기 위한 케이스 하우징이 별도 설치될 수 있으며, 특히 부유 공법으로 수중에 적용되는 경우에는 그 케이스 하우징은 방수 기능이 강화되도록 적용 구성할 수 있다.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 하부 플레이트 20: 수평 이동 부재
21: 슬라이드 볼 베어링 22: 구멍
23: 베어링 디스트리뷰터 30: 하부 리테이너
31: 절곡 돌기부 40: 실린더
41: 절곡부 50: 상부 리테이너
60: 스프링 탄성 부재 70: 탑 플레이트
80: 메인터넌스부 81: 스핀들
82: 편심 캠 83: 편심 캠 하우징
90: 프로텍터

Claims

구조물에 장착되어 지진에 의한 구조물의 변위를 흡수하는 건축 구조물의 내진 장치로서,
지반 위에 고정 설치되는 하부 플레이트(10);
수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동이 전달되면, 수평 이동이나 원 회전이 유도되어 수평 방향에서 지진파와 동반하는 진동을 흡수하고 건축 구조물의 수평 변위가 발생되지 않도록 상기 하부 플레이트(10)의 상부에 위치하여 배치되는 수평 이동 부재(20);
상기 수평 이동 부재(20)의 상부에 설치되는 하부 리테이너(30);
상기 하부 리테이너(30)의 상부에 기밀하게 체결되고 내부가 빈 공간을 형성하는 실린더(40);
상기 실린더(40)의 상부 내경을 따라 상하로 이동할 수 있도록 체결되는 상부 리테이너(50);
상기 상부 리테이너(50) 및 하부 리테이너(30)가 결합된 상기 실린더(40) 내부 공간에 설치되어, 지진파의 S파에 따른 수직 방향의 진동 충격을 흡수하고 감쇠시키기 위해 압축 및 탄성 복원되는 스프링 탄성 부재(60);
상기 상부 리테이너(50)의 상부에 설치되어 구조물의 기둥 또는 구조물의 일부가 배치되도록 하는 탑 플레이트(70); 및
상기 실린더(40)를 관통하는 스핀들(81)과, 상기 스핀들(81)의 중심 부위에 설치되는 편심 캠(82)과, 상기 편심 캠(82)을 수용하는 서클(Circle) 공간을 형성하고 상기 스프링 탄성 부재(60)와 간섭 없이 상기 상부 리테이너(50)에 체결 고정되는 편심 캠 하우징(83)으로 이루어지는 메인터넌스부(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치.
제1항에 있어서, 상기 수평 이동 부재(20)는,
복수의 슬라이드 볼 베어링(21); 및
중공형의 환 형상으로, 상기 복수의 슬라이드 볼 베어링(21)이 위치하여 배치되는 복수의 구멍(22)을 형성하는 베어링 디스트리뷰터(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치.
제2항에 있어서,
상기 수평 이동 부재(20)가 위치하여 배치되는 상기 하부 플레이트(10) 및 하부 리테이너(30) 사이에는 먼지 또는 물(Water)의 유입을 방지하기 위한 프로텍터(90)가 체결되는 것을 특징으로 하는, 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치.
제3항에 있어서, 상기 프로텍터(90)는,
신축성 있는 고무(flexible rubber) 재질로 구성하는 것을 특징으로 하는, 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치.
제1항에 있어서, 상기 하부 리테이너(30) 및 상기 실린더(40)의 체결은,
상기 하부 리테이너(30)의 절곡 돌기부(31)와 상기 절곡 돌기부(31)의 형태에 대응하여 감싸는 형태로 상기 실린더(40)의 하부에 형성된 절곡부(41)가 맞물리는 형태로 기밀되게 체결되는 것을 특징으로 하는, 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메인터넌스부(80)는,
외부의 구동력을 전달받아 구동 회전하는 상기 스핀들(81)에 의해 상기 편심 캠(82)이 회전되고, 상기 편심 캠(82)의 회전으로 맞닿아 가압되는 편심 캠 하우징(83)이 하부로 이동됨에 따라 상기 상부 리테이너(50) 또한 상기 편심 캠(82)의 길이 변위만큼 하부로 이동하는 것을 특징으로 하는, 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치.
제6항에 있어서, 상기 내진 장치는,
건축 구조물의 지하 하부에 물이 유입되어 채워지는 방수층(1)과, 방수 처리 또는 내식 처리된 철골(2)로 구성되는 건축 구조물의 지하 하부 구조 하우징(3)에 부유 공법으로 설치되는 것을 특징으로 하는, 싱글 스테이지 구조를 갖는 내진 장치.