KR101403125B1 - 단위 모듈러 지진하중 흡수장치 및 이를 이용한 철골구조물 보강방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철골구조물에 있어 기둥과 보 사이의 공간에 설치되어 단순히 실과 실을 분리하는 칸막이 벽체를 상하부와 중앙부로 단계적으로 지진하중을 흡수, 저감시키는 기능을 갖도록 한 단위 모듈러 지진하중 흡수장치 및 이를 이용한 철골구조물 보강방법을 제시한다.
본 발명의 단위 모듈러 지진하중 흡수장치의 바람직한 실시예는 기둥과 보가 강접된 라멘 골조의 보의 하면에 고정되어 지진하중을 흡수, 저감시키는 지진하중 흡수장치로서, 강재로 구성되며 규칙적인 형태로 굴곡진 파형의 형상을 갖는 파형 강판으로 구성되고, 양측단부는 중앙부가 내측으로 인입된 형상으로 구성되는 충격감쇠부가 구성되는 파형 웨브; 평행하게 상부와 하부에 각각 구성되며, 양측 단부에서 일정부분 인입되어 일정두께로 절개된 절개부가 형성된 상부 플랜지 및 하부 플랜지와, 상기 상부 플랜지 및 하부 플랜지의 폭방향 중심에서 연결하고 양단부에서 일정부분 인입되어 상하로 긴 슬릿이 다수개 통공되어 형성된 웨브와, ㄷ자형 단면을 갖고 개구부가 하부로 향하도록 하부 플랜지의 하부에 길이방향으로 결합되는 결합채널과, 상부 플랜지 및 하부 플랜지의 단부를 연결하는 엔드플레이트로 구성되어, 파형 웨브의 상단부와 하단부에 결합채널이 끼워져 결합되는 지지부재;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

단위 모듈러 지진하중 흡수장치 및 이를 이용한 철골구조물 보강방법{Seismic control device and Strengthen method for Steel frame structure using thereof}
본 발명은 철골구조물에 있어 기둥과 보 사이의 공간에 설치되어 단순히 실과 실을 분리하는 칸막이 벽체를 상하부와 중앙부로 단계적으로 지진하중을 흡수, 저감시키는 기능을 갖도록 한 단위 모듈러 지진하중 흡수장치 및 이를 이용한 철골구조물 보강방법에 관한 것이다.
최근 국내외에서 발생한 일련의 큰 지진으로 인하여 지진의 피해에 대한 경각심과 내진설계의 필요성에 대한 인식이 확산되고 있다. 특히 박물관, 원자력발전소와 같은 중요한 구조물이나 고층빌딩, 경기장 및 교량과 같은 대형 구조물의 지진피해는 막대한 인명 및 재산 피해를 동반하므로 충분한 내진성능을 확보할 필요가 있다. 또한 주거용 건물의 리모델링이 광범위하게 추진됨에 따라 내진설계기준이 적용되기 이전에 시공된 건물의 내진보강방법에 대한 관심이 점차 증가하고 있다.
일반적으로 기간시설물이나 플랜트 등에서는 철골구조물이 많이 사용되어 왔으며, 기존 구조물들을 당시 국가 설계(지진) 기준에서 요구하는 조건들에 맞도록 구조 설계가 이루어졌으나, 지속적 지진 연구를 통해 보다 강화되고 개선된 내진 설계기준은 기존 시설물에 대한 보강설계를 통한 보강구조를 설치하는 것으로 판정된다. 대부분 가새는 인장력을 받도록 설계되어 세장비가 크고, 압축력을 받을 때에는 탄성좌굴을 일으켜 가새의 역할을 하지 못하는 문제점이 있었다.
전통적으로 건물을 지진력에 저항할 수 있도록 튼튼하게 설계하는 내진설계와 더불어 최근에는 건물을 지반에서 분리하여 건물의 진동 주기를 지진의 주요 주기(Predominant period)에서 멀어지게 함으로써 건물이 지진을 피해가도록 하는 면진(Seismic Isolation) 및 지진에 의한 입력에너지를 각종 제진장치를 이용하여 효율적으로 소산함으로써 건물의 피해를 최소화하는 제진(Seismic Control) 등 다양한 설계를 동원하여 지진에 의한 인명 및 재산 피해를 최소화할 수 있도록 강구하고 있다.
그러나,기존의 칸막이벽체는 단순히 실과 실을 분리하는 역할을 하였으며, 이에 설치하는 종래의 제진장치에서도 강구조물로 이루어진 것이 대부분이어서 부식과 단면감소로 인하여 내하성능이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제1026106호 "제진댐퍼 설치프레임의 접합구조 및 접합방법"(특허문헌 1)이 있다.
상기 배경기술에서는 도 8에서와 같이 기존 건축물에 제진댐퍼를 설치하기 위한 설치프레임에 있어서, 기존콘크리트를 치핑한 면(710) 상에서 천공된 다수의 개구에 삽입 구비된 앵커볼트(720), 상기 치핑면에 지지되며 상기 앵커볼트가 몸체 중앙에 어레이된 다수의 개구에 관통 고정되고 굴곡이 형성된 베이스플레이트(730), 상기 치핑면과 베이스플레이트의 양 끝단 사이에 구비되어, 상기 양 부재 사이에 소정 공간을 형성하는 간격유지재, 상기 베이스플레이트와 이격 구비되고, 상기 베이스플레이트의 개구와 대응되도록 몸체에 형성된 다수의 개구에 상기 앵커볼트가 관통되며, 상기 제진댐퍼(800) 및 제진댐퍼와 연결된 브레이스(900)가 연결되는 댐퍼프레임(740), 상기 치핑면과 베이스플레이트 사이에 인입되어 일체화시키는 고정제 및, 상기 베이스플레이트와 댐퍼프레임 사이의 공간에 인입되어 일체화시키는 충진재를 포함하는 제진댐퍼 설치프레임의 접합구조를 제안하고 있다.
그러나 상기 배경기술은 기존 콘크리트 벽체를 치핑하여 제진댐퍼를 설치하였기 때문에 시공과정이 복잡할 뿐만 아니라, 실과 실을 나누는 칸막이 벽 시공이나 신축공사시에는 이용하기 어려운 문제점이 있었으며, 치핑에 의하여 내하성능이 떨어지고, 이에 설치하는 종래의 제진장치에서도 강구조물로 이루어진 것이 대부분이어서 부식과 단면감소로 인하여 내하성능이 저하되는 문제점이 있었다.
특허등록 제1026106호 "제진댐퍼 설치프레임의 접합구조 및 접합방법"
본 발명은 철골구조물에 있어서, 기둥과 보 사이의 공간에 설치되어 단순히 실과 실을 분리하는 칸막이 벽체의 단위 모듈러화 된 지진하중 흡수장치를 병렬배치하여 고정하고 전면에 합성목재 패널을 구성하는 건식구조로 시공을 완료할 수 있어 시공을 간소화할 수 있으면서도, 지진하중 발생시 상하부에 구성된 지지부재의 절개부 및 슬릿에 의하여 초기 변형을 유도하여 지진하중에 의한 주 구조부재의 손상을 방지할 수 있도록 하고, 중앙부의 파형 웨브가 아코디언과 같이 변형되면서 지진하중을 흡수함으로써 주 구조부재에 전달되는 지진하중을 단계적으로 저감시킬 수 있도록 하여 지진하중에 대한 건물의 저항능력을 효율적으로 향상시킬 수 있는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치 및 이를 이용한 철골구조물 보강방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면 기둥과 보가 강접된 라멘 골조의 보의 하면에 고정되어 지진하중을 흡수, 저감시키는 지진하중 흡수장치로서, 강재로 구성되며 규칙적인 형태로 굴곡진 파형의 형상을 갖는 파형 강판으로 구성되고, 양측단부는 중앙부가 내측으로 인입된 형상으로 구성되는 충격감쇠부가 구성되는 파형 웨브; 평행하게 상부와 하부에 각각 구성되며, 양측 단부에서 일정부분 인입되어 일정두께로 절개된 절개부가 형성된 상부 플랜지 및 하부 플랜지와, 상기 상부 플랜지 및 하부 플랜지의 폭방향 중심에서 연결하고 양단부에서 일정부분 인입되어 상하로 긴 슬릿이 다수개 통공되어 형성된 웨브와, ㄷ자형 단면을 갖고 개구부가 하부로 향하도록 하부 플랜지의 하부에 길이방향으로 결합되는 결합채널과, 상부 플랜지 및 하부 플랜지의 단부를 연결하는 엔드플레이트로 구성되어, 파형 웨브의 상단부와 하단부에 결합채널이 끼워져 결합되는 지지부재;로 구성되는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 제공하고자 한다.
또한, 결합채널은 지지부에 길이방향으로 긴 장공의 결합공이 통공되어 구성되고 볼트로 마주보는 지지부의 결합공과 파형 웨브의 상하단부를 관통하여 결합하는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 제공하고자 한다.
또한, (a) 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 사전 제작하는 단계; (b) 단위 모듈러 지진하중 흡수장치의 충격감쇠부가 서로 접하여 완충공간부가 형성되도록 병렬로 배치하고, 상하부 보에 각 단위 모듈러 지진하중 흡수장치의 지지부재의 상부 플랜지를 고정하는 단계; (c) 상부 콘크리트 및 하부 콘크리트에 각각 결합된 고정부재의 결합부에 상단부와 하단부가 끼워져 지지되도록하여 철골 기둥과 보로 이루어지는 공간의 전면부에 합성목재 패널을 다수개 설치하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (a) 단계에서, 결합채널은 마주보는 결합면에 길이방향으로 긴 장공의 결합공이 통공되어 구성되고 볼트로 마주보는 결합면의 결합공과 파형 웨브의 상하단부를 관통하여 결합하는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (b) 단계에서, 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 병렬로 배치시, 단위 모듈러 지진하중 흡수장치와 단위 모듈러 지진하중 흡수장치의 사이 완충공간부에 고감쇠 고무로 형성된 충격감쇠재가 구성되는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (b) 단계에서, 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 병렬로 배치시 양쪽의 기둥이 마주보는 기둥 면의 전체 높이에 걸쳐 완충판을 설치하여 구성되도록 할 수 있으며, 완충판은 고감쇠 고무로 구성되도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따르면 철골구조물에 있어 기둥과 보 사이의 공간에 설치되어 단순히 실과 실을 분리하는 칸막이 벽체의 단위 모듈러화 된 지진하중 흡수장치를 병렬배치하여 고정하고 전면에 합성목재 패널을 구성하는 건식구조로 시공을 완료할 수 있어 시공을 간소화할 수 있으면서도, 지진하중 발생시 상하부에 구성된 지지부재의 절개부 및 슬릿에 의하여 초기 변형을 유도하여 지진하중에 의한 주 구조부재의 손상을 방지할 수 있도록 하고, 중앙부의 파형 웨브가 아코디언과 같이 변형되면서 지진하중을 단계적으로 흡수함으로써 주 구조부재에 전달되는 지진하중을 저감시킬 수 있도록 하여 지진하중에 대한 건물의 저항능력을 효율적으로 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 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 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 철골구조물에 설치되는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 일부 분해사시도이다.
도 3은 상기 도 1의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 파형 웨브의 다른 실시 형상을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 지진하중 흡수장치의 결합상태를 도시한 도로써, 도 5a는 사시도이고, 도 5b는 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법을 순서대로 나타낸 정면도이다.
도 7은 본 발명의 단위 모듈러 지진하중 흡수장치가 설치된 철골구조물의 측단면도이다.
도 8은 종래의 제진댐퍼 설치프레임의 접합구조를 나타낸 사시도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 단위 모듈러 지진하중 흡수장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 철골구조물에 설치되는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)는 파형 강판으로 형성되는 웨브 부재(100)와 상기 웨브 부재(100)의 상, 하단에 결합되는 지지부재(200)로 구성된다.
도 2는 상기 도 1의 분해사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 파형 웨브(100)의 상단부와 하단부에 각각 지지부재(200)가 결합하되, 파형 웨브(100)의 상단부와 하단부에 지지부재(200)의 결합채널(240)이 끼워져 용접, 볼트 등의 결합수단으로 결합한다.
파형 웨브(100)는 파형강판(골형강판)으로 구성하여 좌굴 및 비틀림에 대한 저항력을 향상시키며, 지진하중 작용시 파형 웨브(100)가 아코디언과 같이 소성변형하면서 지진하중을 흡수하게 된다.
충격감쇠부(110)는 파형 웨브(100)의 양측 단부가 인입된 형상으로 구성하는데, 절단, 절곡 등의 방법으로 형성한다. 이는 지진하중 작용시 파형 웨브(100)가 아코디언과 같이 소성변형하면서 지진하중을 흡수하게 되는데, 본 발명에서는 파형 웨브(100)가 거의 보와 슬래브 사이의 공간의 높이만큼 길이로 형성되기 때문에, 다수 개의 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)가 병렬로 설치된 구조에서는 파형 웨브(100)의 변위량이 측면으로 갈수록 낮아지기 때문에, 충격감쇠부(110)를 형성하게 되며, 파형 웨브(100)는 지진 횡력에 의하여 소성변형되고, 완충공간부(120)는 어느 정도 저항하다가 변위량을 크게 하여 지지하중 작용시 충격량을 감쇠할 수 있도록 하는 것이다.
지지부재(200)는 일반적인 H형강의 형상으로 상부 플랜지(210), 하부 플랜지(220) 및 상하부 플랜지를 폭방향 중심에서 연결하는 웨브(230)로 구성되어 있으며, 추가적으로 하부 플랜지(220)의 하부에 길이방향으로 결합되는 결합채널(240)과 상하부 플랜지(210)(220)의 양측 단부를 연결하는 엔드플레이트(250)가 구성된다.
상부 플랜지(210) 및 하부 플랜지(220)는 평행하게 상부와 하부에 각각 구성되며, 양측 단부에서 일정부분 인입되어 일정두께로 절개된 절개부(211)(221)가 형성된다.
절개부(211)(221)는 상부 플랜지(210) 및 하부 플랜지(220)를 폭방향으로 절개하여 형성한다. 이는 지지부재(200)에 지진하중이 가해졌을 때, 지지부재(200)의 초기 변형을 유도하여 지진하중을 흡수하기 위해서이다.
절개부(211)(221)는 본 발명의 도면에 실시예에서는 한 개가 형성되었지만, 지지부재(200)의 길이 및 설치환경에 따라 1개 이상이 구성될 수 있음은 물론이다.
절개부(211)(221)에 의하여 상부 플랜지(210) 및 하부 플랜지(220)는 연결되지 않고 절개부(211)(221)를 중심으로 단절되지만, 웨브(230)에 의하여 완전히 분리되지 않고 결합된 형상을 하게 된다.
웨브(230)에는 절개부(211)(221)의 하부에 슬릿(231)이 길이방향을 따라 일정한 간격을 가지고 다수개 통공되어 형성된다. 슬릿(231)은 상하로 긴 장공 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 지지부재(200)에 지진하중이 가해졌을 때, 장공으로 형성된 슬릿(231)에 의해 아코디언 효과를 유발시켜 웨브(230)의 초기 변형을 유도하여 지진하중을 흡수하고, 웨브(230)의 소성변형에 따라 지지부재(200)의 절개부(211)(221)도 변형하게 된다.
지지부재(200)는 주 구조부재인 보(30)에 결합되기 때문에, 지지부재(200)의 강도가 주 구조부재의 강도보다 크게 되면 지진하중 작용시 주 구조부재에 하중이 집중되어 본 발명에 따른 지진하중 흡수장치가 작동할 수 없다. 따라서, 지지부재(200)에 절개부(211)(221) 및 슬릿(231)을 형성하여 지진하중 발생시 초기 변형을 유도하여 지진하중에 의한 주 구조부재의 손상을 방지할 수 있도록 하는 것이다.
결합채널(240)은 ㄷ자형 단면을 갖고 개구부가 하부로 향하도록 하부 플랜지(220)의 하부에 길이방향으로 결합된다.
결합채널(240)은 ㄷ자형 단면을 갖는데, 평행하게 마주보는 지지부(241)와 지지부(241)의 일측 단부를 연결하는 결합부(243)로 이루어진다.
도 2의 확대도에서와 같이, 결합채널(240)은 지지부(241)에 길이방향으로 긴 장공의 결합공(242)이 통공되어 구성할 수 있다. 이와 같이, 장공의 결합공(242)을 형성하여 볼트(260)로 마주보는 지지부(241)의 결합공(242)과 파형 웨브(100)의 상하단부를 관통하여 결합한다.
이와 같이, 파형 웨브(100)와 지지부재(200)를 완전 고정하지 않고, 지진하중 발생시 결합공(242)을 따라 볼트(260)로 결합된 파형 웨브(100)가 유동이 가능하도록 하는 것이다. 이는 지지부재(200)의 변형이 파형 웨브(100)의 변형에 영향을 받지 않고, 지지부재(200)와 파형 웨브(100)의 변형을 단계적으로 이루어지도록 하여 지진하중을 흡수함으로써 주 구조부재에 전달되는 지진하중을 저감시키게 된다.
엔드플레이트(250)는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 칸막이 벽체가 시공될 위치에 병렬로 다수 개 배치할 때, 인접한 각 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)의 측면을 결합하기 위하여 구성된다.
상기 엔드플레이트(250)를 서로 용접하는 등 공지의 여러 방법으로 결합하여도 되고, 체결공(251)을 통공하고, 면접된 엔드플레이트(250)의 체결공(251)을 통하여 볼트 결합을 하여도 된다.
도 3은 상기 도 1의 A-A선을 따른 단면도이다.
결합채널(240)은 ㄷ자형 단면을 갖는데, 평행하게 마주보는 지지부(241)와 지지부(241)의 일측 단부를 연결하는 결합부(243)로 이루어진다.
결합부(243)는 하부 플랜지(220)의 중앙부에 길이방향으로 용접, 볼트 결합등 공지의 다양한 방법으로 결합된다. 상기와 같이 결합부(243)가 하부 플랜지(220)에 결합되면, 지지부(241)의 상단부는 하부 플랜지(220)에 결합되고 하부는 개구된 형상을 갖게 되며, 상기 개구부에 파형 웨브(100)의 상단부 또는 하단부가 끼워져 결합된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 파형 웨브(100)는 예컨대 냉간압연(cold-rolling)으로 만들어질 수 있으며 골의 형상은 둥근형(a), 국곡된 각형(b) 등 형상에 한정되지 않고 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 지진하중 흡수장치의 결합상태를 도시한 도로써, 도 5a는 사시도이고, 도 5b는 정면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 다수 개의 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)가 병렬로 설치된 구조에서는 파형 웨브(100)(100)의 양측 단부가 서로 접하지 아니하고, 충격감쇠부(110)(110)가 서로 만나 완충공간부(120)라는 공간부가 형성된다.
다수 개의 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)가 설치된 상태에서 지진하중 발생시에는 보(30)에 결합된 지지부재(200)에 하중이 집중되어 지지부재(200)의 절개부(211)(221) 및 슬릿(231)의 초기 변형을 유도하여 지진하중에 의한 주 구조부재의 손상을 방지한다.
또한, 단계적으로 파형 웨브(100)에 지진 하중이 전달될 때, 파형 웨브(100)의 변위량이 측면으로 갈수록 낮아지기 때문에 파형 웨브(100)는 지진 횡력에 의하여 소성변형되고, 완충공간부(120)는 어느 정도 저항하다가 변위량을 크게 하여 지지하중 작용시 충격량을 감쇠할 수 있도록 하는 것이다.
아래에서는 이상과 같이 구성된 지진하중 흡수장치를 이용하여 칸막이 벽체를 시공하는 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법을 순서대로 나타낸 정면도이다.
단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 사전 제작한다(a).
단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)는 상기의 다양한 실시예에 따라 제작될 수 있다.
단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)는 현장에서 용접하여 조립할 수 있으나, 보(30)에 설치하기 전에 미리 조립하여 현장에서 시공될 위치에 배치시키고 고정시켜서 시공과정을 단축시킬 수 있다.
이후, 도 6a에 도시된 바와 같이, 기존 건물은 칸막이 벽체에 의해 지진하중 저항시스템을 부가하는 경우 기존의 조적, 경량 콘크리트조 칸막이 벽체를 제거하고, 신축 건물인 경우에는 철골 골조 시공이 완료한 후 철골 기둥(20)과 보(30)로 이루어지는 공간을 형성하도록 한다.
이후, 이웃하는 2개의 기둥(20)(20)과 상하부 보(30)(30)의 사이에 상기 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 상하부 보(30)(30)에 각각 지지부재(200)를 결합하여 설치한다.
먼저, 도 6b에서와 같이 시공될 위치에, 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 설치하는데, 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 병렬로 배치하고, 상하부 보(30)(30)에 각각 지지부재(200)를 결합하여 설치한다. 이는 외력의 작용시에 지지부재(200)와 파형 웨브(100)에 단계적으로 변위가 집중되도록 하기 위해서 지지부재(200)를 보(30)에 고정하여 구속하는 것이다.
상부 보(30)의 하면과 하부 보의 상면에 설치하는 방법은 지지부재(200)를 각각 고정하도록 하는 방법으로 서로 동일하므로 아래에서는 주로 상부 보(30)의 하면에 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 설치하는 방법을 예로 들어 설명한다.
먼저 지지부재(200)를 보(30)에 고정하기 위하여, 보(30)의 하면에 지지부재(200)의 상부 플랜지(210)를 고정한다. 상부 플랜지(210)는 지진하중이 작용할 때 보(30)와 일체로 거동할 수 있도록 보(30)에 견고하게 고정시킬 수 있는 이 분야에서 주지된 다양한 방법으로 고정될 수 있다.
하나의 예로서 보의 하면에 앵커홀을 천공하고 앵커볼트를 삽입한 다음 무수축 모르타르를 앵커홀에 충전하여 앵커볼트를 고정하고 상부 플랜지(210)에 앵커볼트 삽입공을 천공한 다음 앵커볼트를 앵커볼트 삽입공으로 관통시키고 너트를 체결하는 방법으로 고정될 수 있다.
단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)의 병렬 배치시는 충격감쇠부(110)가 서로 접하여 완충공간부(120)가 형성되도록 배치한다.
도 5b를 참고하면 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 병렬 배치시에, 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)와 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10) 사이의 완충공간부(120)에 고감쇠 고무로 이루어진 충격감쇠재(40)를 구성할 수 있다.
충격감쇠재(40)는 완충공간부(120)에 각기 개재된다. 충격감쇠재(40)는 판형으로서 그 높이는 완충공간부(120)의 높이 또는 상부 콘크리트 및 하부 콘크리트의 측단면과 파형 웨브(100)의 측단면의 높이를 합한 높이와 동일하게 구성할 수 있다.
따라서 이는 지진하중 작용시 파형 웨브(100)가 아코디언과 같이 소성변형하면서 지진하중을 받을 경우 충격감쇠재(40)는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)들 사이에서 점탄성 저항 및 변형을 하면서 에너지를 흡수한다. 충격감쇠재(40)는 이 분야에서 공지된 임의의 고감쇠 고무가 사용될 수 있으며, 일반적으로 천연고무 또는/및 카본블랙에 충전제, 가황제, 노화방지제 및 가소제 등과 같은 첨가제를 첨가한 후 일정한 온도와 압력을 가하는 가황과정을 거쳐 제작된다. 고감쇠 고무의 탄성은 첨가제의 비율에 따라 조절될 수 있고 탄성에 의해 에너지 소산 능력이 좌우된다. 충격감쇠재(40)는 설치 위치에서의 고정력을 확보하기 위해 접착제가 사용되거나 충격감쇠부(110)와의 접촉면에 추가적으로 요철이나 돌기 형상이 더 구성되어 고정력을 확보할 수 있다.
지진하중 작용시 파형 웨브(100)가 아코디언과 같이 소성변형하면서 지진하중을 흡수하게 되는데, 본 발명에서와 같이 다수 개의 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)가 병렬로 설치된 구조에서는 파형 웨브(100)의 변위량이 측면으로 갈수록 낮아지기 때문에, 충격감쇠재(40) 또는 충격감쇠부(110)라는 공간부를 구성하여 지진하중이 작용할 경우 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)의 파형 웨브(100) 끼리 직접 부딪히는 것을 방지하는 완충기능과 함께 지진하중 흡수장치(10)의 수평변위를 흡수할 수 있는 재료가 사용된다.
또한, 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 병렬로 배치시, 양측의 기둥(20)이 마주보는 기둥 면의 전체 높이에 걸쳐 완충판(70)을 설치하도록 할 수 있다.
양쪽의 기둥(20)이 마주보는 기둥 면에 전체 높이에 걸쳐 완충판(70)을 설치한다. 따라서 양쪽의 기둥(20)과 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)의 양쪽 끝단 사이에는 각각 완충판(70)이 개재된다. 완충판(70)은 지진하중이 작용할 경우 기둥(20)과 지진하중 흡수장치(10)가 직접 부딪히는 것을 방지하는 완충기능과 함께 지진하중 흡수장치(10)의 수평변위를 흡수할 수 있는 재료가 사용된다. 이러한 기능을 수행하는 이 분야에서 공지된 다양한 재료가 사용될 수 있으며 예를 들어 고무 또는 고무 발포체가 사용될 수 있으며, 완충판(70)은 상기의 충격감쇠재(40)와 동일한 고감쇠 고무로 형성될 수 있다.
마지막으로 도 6c에 도시된 바와 같이, 철골 기둥(20)(20)과 보(30)(30)로 이루어지는 공간의 전면부에 합성목재 패널(50)을 다수개 설치한다(c).
이때, 합성목재 패널(50)의 상단과 하단의 중앙부에 앵글(51)을 고정하고 상기 앵글(51)을 상하부 보(30)(30)의 플랜지에 결합하여 설치하도록 한다. 앵글(51)은 L형 클립 앵글 등 다양한 형상의 앵글을 사용할 수 있다.
이와 같이, 합성목재 패널(50)의 상단과 하단을 각각 볼트로 핀접합하여, 지진변위 발생시 합성목재 패널(50)이 한장마다 회전하여 1/100rad까지의 층간 변형각에 추종하도록 하여 변위추종성능을 향상시켜 제진성능을 향상시키는 역할을 하는 것이다.
이상에서 상세하게 설명한 것처럼 본 발명에 따르면 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)는 기둥(20)과 보(30)의 강도보다 낮은 파형 웨브(100)가 소성변형을 유도하여 지진하중은 지진하중 흡수장치(10)로 집중된다.
이후 주 구조부재인 보(30)에 결합된 지지부재(200)의 강도가 주 구조부재의 강도보다 작기 때문에, 지지부재(200)에 하중이 집중된다.
따라서, 지지부재(200)에 절개부(211)(221) 및 슬릿(231)에 의하여 초기 변형을 유도하여 지진하중에 의한 주 구조부재의 손상을 방지할 수 있도록 하고, 단계적으로 파형 웨브(100)가 아코디언과 같이 변형되면서 지진하중을 흡수함으로써 주 구조부재에 전달되는 지진하중을 저감시키게 된다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 단위 모듈러 지진하중 흡수장치
20: 기둥 30: 보
40 : 충격감쇠재 50 : 합성목재 패널
51 : 앵글 70: 완충판
100 : 파형 웨브 110 : 충격감쇠부
120 : 완충공간부 200 : 지지부재
210 : 상부 플랜지 211 : 절개부
220 : 하부 플랜지 221 : 절개부
230 : 웨브 231 : 슬릿
240 : 결합채널 241 : 지지부
242 : 결합공 243 : 결합부
250 : 엔드플레이트 251 : 체결공
260 : 볼트 710 : 치핑면
720 : 앵커볼트 730 : 베이스플레이트
740 : 댐퍼프레임 770 : 너트부재
800 : 제진댐퍼 900 : 브레이스

Claims (7)

  1. 기둥과 보가 강접된 라멘 골조의 보의 하면에 고정되어 지진하중을 흡수, 저감시키는 지진하중 흡수장치로서,
    강재로 구성되며 규칙적인 형태로 굴곡진 파형의 형상을 갖는 파형 강판으로 구성되고, 양측단부는 중앙부가 내측으로 인입된 형상으로 구성되는 충격감쇠부(110)가 구성되는 파형 웨브(100);
    평행하게 상부와 하부에 각각 구성되며, 양측 단부에서 일정부분 인입되어 일정두께로 절개된 절개부(211)(221)가 형성된 상부 플랜지(210) 및 하부 플랜지(220)와, 상기 상부 플랜지(210) 및 하부 플랜지(220)의 폭방향 중심에서 연결하고 양단부에서 일정부분 인입되어 상하로 긴 슬릿(231)이 다수개 통공되어 형성된 웨브(230)와, ㄷ자형 단면을 갖고 개구부가 하부로 향하도록 하부 플랜지(220)의 하부에 길이방향으로 결합되는 결합채널(240)과, 상부 플랜지(210) 및 하부 플랜지(220)의 단부를 연결하는 엔드플레이트(250)로 구성되어, 파형 웨브(100)의 상단부와 하단부에 결합채널(240)이 끼워져 결합되는 지지부재(200);로 구성되는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    결합채널(240)은 지지부(241)에 길이방향으로 긴 장공의 결합공(242)이 통공되어 구성되고 볼트(260)로 마주보는 지지부(241)의 결합공(242)과 파형 웨브(100)의 상하단부를 관통하여 결합하는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치.
  3. (a) 강재로 구성되며 규칙적인 형태로 굴곡진 파형의 형상을 갖는 파형 강판으로 구성되고, 양측단부는 중앙부가 내측으로 인입된 형상으로 구성되는 충격감쇠부(110)가 구성되는 파형 웨브(100); 평행하게 상부와 하부에 각각 구성되며, 양측 단부에서 일정부분 인입되어 일정두께로 절개된 절개부(211)(221)가 형성된 상부 플랜지(210) 및 하부 플랜지(220)와, 상기 상부 플랜지(210) 및 하부 플랜지(220)의 폭방향 중심에서 연결하고 양단부에서 일정부분 인입되어 상하로 긴 슬릿(231)이 다수개 통공되어 형성된 웨브(230)와, ㄷ자형 단면을 갖고 개구부가 하부로 향하도록 하부 플랜지(220)의 하부에 길이방향으로 결합되는 결합채널(240)과, 상부 플랜지(210) 및 하부 플랜지(220)의 단부를 연결하는 엔드플레이트(250)로 구성되어, 파형 웨브(100)의 상단부와 하단부에 결합채널(240)이 끼워져 결합되는 지지부재(200)로 구성된 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 사전 제작하는 단계;
    (b) 철골 기둥(20)(20)과 보(30)(30)로 이루어지는 공간에, 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)의 충격감쇠부(110)가 서로 접하여 완충공간부(120)가 형성되도록 병렬로 배치하고, 상하부 보(30)(30)에 각 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)의 지지부재(200)의 상부 플랜지(210)를 고정하는 단계;
    (c) 철골 기둥(20)(20)과 보(30)(30)로 이루어지는 공간의 전면부에 합성목재 패널(50)을 다수개 설치하되, 합성목재 패널(50)의 중앙부에 앵글(51)을 고정하고 상기 앵글(51)을 상하부 보(30)(30)의 플랜지에 결합하여 설치하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    (a) 단계에서, 결합채널(240)은 마주보는 지지부(241)에 길이방향으로 긴 장공의 결합공(242)이 통공되어 구성되고 볼트(260)로 마주보는 지지부(241)의 결합공(242)과 파형 웨브(100)의 상하단부를 관통하여 결합하는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    (b) 단계에서, 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 병렬로 배치시 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)와 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10) 사이 완충공간부(120)에 고감쇠 고무로 형성된 충격감쇠재(40)가 구성되는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법.
  6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    (b) 단계에서, 단위 모듈러 지진하중 흡수장치(10)를 병렬로 배치시 양쪽의 기둥(20)이 마주보는 기둥 면의 전체 높이에 걸쳐 완충판(70)을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    (b) 단계에서, 상기 완충판(70)은 고감쇠 고무로 구성되는 것을 특징으로 하는 단위 모듈러 지진하중 흡수장치를 이용한 철골구조물 보강방법.
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