KR101426142B1 - 지진으로부터 격리가 가능한 저류조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하 저류조를 시공함에 있어 기존의 단순한 라멘형식 구조물에서 탈피하여 지진격리 시스템에 의해 연결구조를 개선하여 구조물을 경량화하고 내부 공간을 크게 함으로써 경제적 잇점과 시공성 및 유지보수성을 크게 향상하고자 하는 기술이다.
이를 위한 핵심부재인 지진격리장치(1)는 상부보(4)와 기둥(2) 사이에 각각의 홈(21, 41)을 구비하여 그 속에 삽입되도록 하여 고정되며, 크게 두 가지의 구성, 즉 내부의 다수 층을 구성하는 금속판(12)과 그 금속판을 감싸고 있는 탄성고무(11)로 이루어져 있는데 이 두 가지 재질은 높이와 개수의 조정이 가능하므로 지진시 상부구조물의 관성력 규모에 따라 적절히 선택하여 설치 할 수 있다.
이러한 방법으로 지진격리장치(1)가 구비된 저류조 시스템은 저류조 구조물의 고유진동수를 조절함으로써 지진시 지진의 주기와 맞물렸을 때에 소멸간섭효과가 발생하게 하여 효과적으로 지진에너지를 감쇠함으로써 구조물의 단면을 적게 하거나 기둥의 경간을 넓게 설계할 수 있도록 하여 구조적 안정성 및 경제성은 물론이고 시공성 및 향후 유지보수성까지 모두 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

Description

지진으로부터 격리가 가능한 저류조 시스템{Rainwater retention facility system that can be isolated from earthquake}

본 발명은 지하 저류조를 시공함에 있어 기존의 단순한 라멘형식 구조물에서 탈피하여 지진격리 시스템에 의해 연결구조를 개선하고 이를 통해 저류조 구조물의 고유진동수를 조절함으로써 지진시 지진의 주기와 맞물렸을 때에 소멸간섭효과가 발생하게 하여 효과적으로 지진에너지를 감쇠함으로써 구조물의 단면을 적게 하거나 기둥의 경간을 넓게 설계할 수 있도록 하여 구조적 안정성 및 경제성은 물론이고 시공성 및 향후 유지보수성까지 모두 향상시킬 수 있는 기술이다.

최근, 도시발달에 따른 건축물 및 각종 구조물과 도로망의 구축이 급격히 증가하여 우수가 하수 관로를 통해 직접 하천으로 유출됨으로써 하천이 범람하고 지하수가 고갈되는 등 자연적인 물의 순환체계가 불안정하게 됨으로써 우수가 하천에 유입되기 전에 지하공간에 저류시켜 물 순환계를 안정시키는 목적으로 저류조를 만들고 있는 추세이다.

이와 같은 목적으로 만들어지는 저류조는 그 규모가 매우 크고, 지하에 매설되는 특징을 가지는 구조물로써 작용하는 하중은 상부의 연직하중과 수평방향으로의 토압 및 지진하중으로 이루어진다.

특히 수평으로 작용하는 지진하중에 대하여 구조물의 안정성을 충분히 확보하기 위하여 상부 슬래브와 하부 슬래브를 연결하는 기둥부재의 강성이 커야 하며 이를 위하여 기둥의 단면 크기가 충분히 커야 한다. 이는 결국 자중의 증가로 이어져 전체적인 연직력의 증가 및 시공성 저하, 그리고 공사비의 증대가 발생하게 되는 문제점이 있다. 또한 단면이 크고 기둥 사이의 거리가 가까이 위치하게 됨으로써 내부공간이 작게 형성되어 작업 시 시공성 저하 및 유지 관리에 필요한 장비의 운용성이 떨어지므로 유지 보수가 어려운 상황이다.

기존 종래의 기술 가운데 지진력의 제어를 위하여 고안된 방법으로는 등록특허 제 10-2012-0073860이 있다. 이는 폐합된 박스 구조물의 내부에 별도의 구조층을 두어 이 구조층이 외부 구조물과 연결되어지는 과정에서 지진의 격리시스템이 도입되어지는 것을 특징으로 하고 있는데 이를 위하여 내부 구조층을 구성하는 상하 플레이트와 기둥의 연결방식을 면진 장치를 이용하여 연결한 것이다. 이는 지진이 발생하였을 경우 외부 구조물로부터 전달되는 지진파가 내부층에 도달되는 과정에서 이른 바 지진격리장치를 통해 고유진동수의 변화로 지진에너지의 감쇠를 유도하는 원리를 지니고 있다는 점에서는 본 발명과 유사하게 볼 수 있으나 상기 등록특허는 외부에서 작용하는 지진하중에 대하여 외부의 박스구조물 자체는 면진시스템이 아니라는 점이 본 발명과 크게 다른 점이라 할 수 있다. 즉, 상기 등록특허는 박스구조물이 지진력에 대하여 격리되지 못하므로 지진력에 대하여 충분한 단면강성을 지니고 있어야 하며 이로써 매우 비대한 단면구조를 지니게 되는 것이다. 다시 말하자면, 상기 등록특허는 지하박스형 구조물 내부의 시설물을 설계함에 있어 내부층 구조물이 외부 박스와의 연결과정에서 지진과의 격리가 가능하므로 주로 지하 터널 내부에 시공되는 교통시스템의 지진격리시스템에 적절할 것으로 보이나 본 발명에서 얻고자 하는 지하 저류조 구조물 자체의 지진격리는 불가능하다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다. 즉, 수평방향의 지진력에 대하여 구조물의 강성만으로 저항하는 종래의 저류조 구조물은 수직방향 부재의 단면 크기가 비대하게 커질 수밖에 없으며이로 인하여 이에 따른 시공상의 장비의 대형화 및 시공성 저하가 우려 된다. 또한 설치되는 기둥의 단면이 두꺼워지고 기둥간의 거리도 매우 짧아 내부공간이 협소하게 되어 내부 침전물의 청소 및 유지관리에 필요한 장비의 진입 시 작업성을 크게 저하시키는 요인이 되므로 장기적으로는 유지관리에 있어 매우 불리하기도 하다. 이에, 본 발명은 수평방향의 지진에 대하여 저류조 구조물이 강성만으로 저항하는 종래의 방법을 탈피하여 구조물의 일부 핵심적인 연결부를 개선함으로써 지진력의 자연적인 감쇠를 유도하여 상기와 같은 부분을 해결하고자 한다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 수평방향으로의 지진하중을 효과적으로 제어할 수 있도록 한 것이며 이를 위하여 수직 부재인 기둥의 상단부와 상부보 간의 연결부를 콘크리트의 연속적인 강성으로 연결 하지 않고 고유진동수의 변조가 가능한 지진 격리 장치를 사용하여 연결시킨 것이다.

모든 구조물은 자체의 고유진동수를 가지고 있다. 이것이 지진의 진동특성과 동일하거나 유사한 진동수대역일 경우 그 구조물은 지진에너지를 그대로 받아들여 매우 큰 형태의 진동으로 발전할 수 있는데 이를 소위 공진이라고 한다. 지진에너지가 구조물과 공진을 일으킨다면 구조물은 지진으로 인해 매우 큰 움직임을 피할 수 없으며 결과적으로 구조물은 치명적인 손상을 얻게 될 것이다. 이와 반대로 구조물의 고유진동수대역이 지진에너지의 진동특성과 매우 상이하여 상호간 간섭에 의한 소멸이 일어난다면 구조물은 지진의 영향을 적게 받을 것이며 결과적으로 그 구조물은 안전하게 지켜질 것이다. 따라서, 본 발명은 이러한 지진의 고유진동수와 공진이 일어나지 않도록 구조물의 고유주기를 인위적으로 조절함으써 지진으로 인한 수평하중을 제어하는 기술이라 하겠다.

상기와 같은 특징을 이용하여 기둥과 상부보간의 연결 부위를 지진의 진동을 그대로 전달하는 강성 연결 방식이 아닌 지진격리장치를 매입 하여 구조물의 고유진동수의 제어가 가능하도록 하면 구조물에 전달되는 지진력을 현저하게 줄일 수 있으며 이는 또한 상부보 및 상부슬래브의 지진시 움직임을 작게 할 수 있다. 상부보 및 상부슬래브가 지진시 움직이는 변위가 작아야 이로 인한 관성에너지가 줄어들 수 있으며 이로써 기둥의 수평하중 부담이 줄어들어 결과적으로 기둥의 단면이 줄어들거나 기둥의 개수도 줄어들 수 있어 경제적 효과가 매우 크게 향상될 수 있는 것이다.

기둥의 단면이 줄어들거나 기둥의 개수도 줄어드는 것은 경제성 향상의 효과와 더불어 저류조 내부의 공간에 대한 활용도를 극대화 시킬 수 있는데 이는 시공성 및 유지보수성의 향상을 의미하는 것이다.

본 발명을 통하여, 상기 저류조의 설치 시 불필요하게 구조물이 커지는 것을 최소화 할 수 있으며 시공에 따른 장비의 대형화 및 시공성 저하를 줄일 수 있고 여러 형태로 발생할 수 있는 지진에 대하여 효과적으로 대응 할 수 있으므로 경제적인 설계가 이루어진다. 또한 수직부재인 기둥 단면의 축소 및 설치간격을 확대할 수 있으므로 내부 공간의 극대화가 가능하고 구조물 본래의 목적인 저류시설의 역할을 향상 시킬 수 있다. 더불어 유지 보수에 필요한 장비의 작업 시 충분한 공간을 확보할 수 있어 작업능률의 향상과 투입비용을 절감할 수 있으며 적절한 지진격리장치의 보수 및 교환을 통하여 최초 설계 시 의도한 내구성을 유지할 수 있다.

도 1은 종래 방식의 대표적인 저류조 단면 구성도 및 연결부 상세도
도 2는 본 발명인 저류조의 단면 구성도
도 3은 본 발명인 저류조의 기둥 및 상부보 단면도
도 4는 본 발명인 저류조의 지진격리장치 단면 상세도
도 5는 종래의 저류조와 본 발명인 저류조가 지진시 위치별 수평변위의 변화과정을 비교한 설명도

본 발명의 상세한 구성 및 작용을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 방식의 대표적인 저류조 구조물의 단면 구성도 및 연결부 상세도를 나타내는 것으로써 상부보와 기둥부재의 연결 방식은 콘크리트의 연속으로 이루어져 있으며 따라서 기둥은 그 단면의 크기로 강성을 조절하여 지진시 수평력에 저항하도록 구성되어져 있다. 이는 기둥의 비대함으로 인해 경제적 손실이 매우 크며 내부의 전체적인 공간 또한 작게 되어 시공성 및 유지보수성이 크게 저하되는 결과를 초래하게 된다.

본 발명이 적용된 도 2의 단면도를 보면 상부보(4)와 기둥(2) 사이에 하중의 분산이 가능할 수 있도록 고유진동수를 조절할 수 있는 지진격리장치(1)가 설치되어 있다. 도 3은 지진격리장치가 원할하게 정착되어 고정될 수 있도록 기둥(2) 및 상부보(4)에 각각 홈(21, 41)이 배치되는 것을 보여주고 있으며, 도 4는 지진격리장치의 설치 상세도를 보여주고 있다. 지진격리장치는 크게 두 가지의 구성, 즉 내부의 다수 층을 구성하는 금속판(12)과 그 금속판을 감싸고 있는 탄성고무(11)로 이루어져 있는데 이 두가지 재질은 높이와 개수의 조정이 가능하므로 지진시 상부구조물의 관성력 규모에 따라 적절히 선택하여 설치 할 수 있다. 상기 금속판(12)은 상부보(4)로부터 전달되는 상부의 자중에 대하여 탄성고무(11)가 수평방향으로 팽창하는 것을 인장저항으로 막아주는 역할을 하게 되며 탄성고무(11)는 지진시 구조물의 고유진동수를 바꿔주는 역할과 동시에 다소간에 발생하는 수평방향의 전단변위를 수용하는 역할과 최종적으로는 수평변위를 원위치로 탄성복원하는 역할을 하게 된다.

상기 지진격리장치(1)와 함께 부가적으로 차수제(13)를 사용할 수도 있는데 이는 지진격리장치(1)의 외부에 상부보(4)와 기둥(2)이 맞대응하는 면의 내측변을 따라 도 4에서의 단면에서 보여주는 바와 같이 어느 정도의 탄성 및 소성이 있는 재질로 수밀마감을 하여 구조물의 움직임에도 외부의 물에 대한 수밀성을 갖도록 할 수 있다.

1 : 본 발명인 저류조의 지진격리장치
11 : 본 발명인 저류조의 지진격리장치의 탄성고무
12 : 본 발명인 저류조의 지진격리장치의 금속판
13 : 본 발명인 저류조의 지진격리장치의 차수제
2 : 본 발명인 저류조의 기둥
21 : 본 발명인 저류조의 기둥의 단부 홈
22 : 본 발명인 저류조의 기둥의 하단부
23 : 본 발명인 저류조의 기둥의 몸통부
3 : 본 발명인 저류조의 벽체
4 : 본 발명인 저류조의 상부보
41 : 본 발명인 저류조의 상부보의 단부 홈
42 : 본 발명인 저류조의 상부보의 몸통부
5 : 본 발명인 저류조의 바닥판 슬래브

Claims (2)

1. 지하에 물을 저장하는 역할을 하는 저류조 구조물에 있어서, 아래로부터 바닥판 슬래브(5), 기둥(2), 상부보(4), 상부슬래브(6)의 순서로 적층하고 측면을 벽체(3)로 마감하여 구성하되, 기둥(2)의 상단부와 상부보(4)의 하단부에 각각 소정의 삽입홈(21, 41)을 구비하도록 하여 상기 삽입홈들이 상하방향으로 서로 대응하여 적층하되 그 사이에 탄성고무(11)와 금속판(12)이 교차되어 적층된 형상을 지닌 지진격리장치(1)를 구비하도록 하는 것을 특징으로 하는 지진으로부터 격리가 가능한 저류조 시스템
   
2. 청구항 1에 있어서 지진격리장치(1)의 외부에 상부보(4)와 기둥(2)이 맞대응하는 면의 최 외측의 일부 면을 따라 탄성 및 소성을 갖는 재질로 이루어진 차수재(13)로 수밀마감을 함으로써 구조물의 움직임에도 외부의 물에 대한 수밀성을 갖도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 지진으로부터 격리가 가능한 저류조 시스템

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