KR101460258B1 - 모멘트 프레임 커넥터 - Google Patents

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바드리 히리유르
스티븐 이. 프라이어
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심슨 스트롱-타이 컴퍼니, 인크.
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Abstract

구조물에서 기둥을 빔에 부착하기 위한 횡방향 브레이싱 시스템을 개시하고 있다. 횡방향 브레이싱 시스템은 한 쌍의 좌굴 억제 블록을 구비하며, 좌굴 억제 블록이 하나씩 각각 빔의 상부와 바닥 플랜지에 부착된다. 각각의 좌굴 억제 블록은 블록의 중심을 관통하여 형성된 하나 이상의 보어를 포함한다. 횡방향 브레이싱 시스템은 각각의 좌굴 억제 블록을 위한 하나 이상의 항복 링크를 추가적으로 포함한다. 각각의 항복 링크는 기둥에 부착된 제1 단부와, 좌굴 억제 블록의 보어에 꼭 맞게 들어가고 좌굴 억제 블록의 단부에 부착된 제2 단부를 포함한다.
구조 프레임, 빔, 기둥, 좌굴 억제 블록, 항복 링크, 횡하중

Description

모멘트 프레임 커넥터{MOMENT FRAME CONNECTOR}
관련 출원의 상호 참조
본 발명은 2006년 12월 22일에 "모멘트 프레임 커넥터"란 명칭으로 출원된 미국 가특허 출원 제60/871,587호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 경량 프레임(light-framed) 구조물에서 사용되는 구조체를 위한 이력 감쇠(hysteretic damping)에 관한 것으로, 특히, 경량 프레임 구조물 내에서, 에너지가 낮은 힘 경계치(force threshold)에서 소산될 수 있도록 높은 초기 강성도(stiffness)를 제공하면서도 이력 감쇠를 통한 높은 수준의 에너지 소산이 가능하도록 시공되는 횡방향 브레이싱 시스템에 관한 것이다.
지진 활동이나 강풍과 같은 자연 현상으로 유발된 전단 응력은 경량 프레임 구조물의 구조적 일체성에 막대한 영향을 미칠 수 있다. 그러한 자연 현상 중에 발생된 횡력은 벽체의 바닥부에 대하여 상대적으로 벽체의 상부를 횡방향으로 이동시킬 수 있는데, 이와 같은 이동은 결과적으로 벽체에 손상을 가져오거나 구조적 파괴를 유발할 수 있으며, 경우에 따라서는 건축물의 붕괴를 야기할 수도 있다.
주거 시설이나 소규모 건물과 같은 구조물에서는, 경량 프레임 구조물의 구조적 일체성에 대한 전단 응력의 잠재적으로 파괴적인 효과에 대응하기 위한 횡방향 브레이싱 시스템이 개발되었다. 여러 형태가 공지되어 있지만 횡방향 브레이싱 시스템의 한 유형은 서로 간격을 두고 떨어져 있는 복수의 수직 스터드와, 상기 수직 스터드들 사이에서 연장하면서 스터드에 부착된 다수의 수평 빔을 포함한다. 빔들은 횡하중 하에서 연결부의 구조적 성능을 향상시키기 위한 방식으로 스터드에 부착된다.
기존의 많은 횡방향 브레이싱 시스템이 초기에는 횡하중에서 양호한 거동을 하지만 상당 수준의 지진 활동이나 강풍 중에 종종 발생하는 반복 횡하중 하에서는 항복과 파괴에 이르게 된다. 횡방향 브레이싱 시스템이 상당 수준 항복하거나 파괴될 때에는, 시스템 전체가 교체되어야만 한다.
구조체의 하중 작용과는 관련 없는 또 다른 고려 사항은 그와 같은 구조체를 인부들이 용이하고 효율적으로 현장에서 시공할 수 있는지 여부이다. 시공 비용, 복잡성 및 시간을 증대시키는 한 작업은 부재를 현장에서 용접해야만 한다는 것이다.용접과 관련된 장비와 인건비의 추가적 요구 없이 보다 신속하고 효율적으로 수행될 수 있다는 점에서 볼트 연결이 일반적으로 선호된다.
본 발명의 실시예는 간략히 기술한다면 구조물에서 기둥을 빔에 부착하기 위한 횡방향 브레이싱 시스템에 관한 것이다. 실시예들에서, 횡방향 브레이싱 시스템 은 한 쌍의 좌굴 억제 블록을 구비하며, 좌굴 억제 블록이 하나씩 각각 빔의 상부와 바닥 플랜지에 용접된다. 각각의 좌굴 억제 블록은 블록의 중심을 관통하여 형성된 하나 이상의 보어를 포함한다. 횡방향 브레이싱 시스템은 각각의 좌굴 억제 블록을 위한 하나 이상의 항복 링크(yield link)를 추가적으로 포함한다. 각각의 항복 링크는 기둥에 부착된 제1 단부와, 좌굴 억제 블록의 보어(bore)에 꼭 맞게 들어가고 좌굴 억제 블록의 단부에 부착된 제2 단부를 포함한다.
횡방향 브레이싱 시스템은 인가된 횡하중 하에서 변형에 대한 높은 수준의 충분한 저항 성능을 제공하도록 충분한 강성도(stiffness)와 강성(rigidity)을 가지고 있다. 그러나 제어 가능하고 예상 가능한 수준 이상의 횡하중에서 본 발명의 구조체는 항복 링크가 안정적으로 항복하게 한다. 이와 같은 방식으로, 인가된 횡하중은 시스템으로부터 이력 감쇠되며 높은 수준의 에너지가 소산됨으로써 프레임의 손상을 방지한다. 더욱이 항복 링크의 안정적 항복과 에너지 소산은 프레임이 횡하중 하에서 파괴되지 않으면서 반복적 변형에 저항할 수 있도록 한다.
실시예들에서, 빔은 좌굴 억제 블록이 빔에 용접, 접착 또는 다른 방식으로 부착되어 현장으로 이송될 수 있다. 일단 현장에 도달하면, 항복 링크가 좌굴 억제 블록의 보어 내로 삽입되어 좌굴 억제 블록과 기둥에 부착될 수 있다. 따라서 본 발명의 횡방향 브레이싱 시스템은 현장에서의 시공이 최소화된다.
인가된 횡하중은 시스템으로부터 이력 감쇠되며 높은 수준의 에너지가 소산 됨으로써 프레임의 손상을 방지한다. 더욱이 항복 링크의 안정적 항복과 에너지 소산은 프레임이 횡하중 하에서 파괴되지 않으면서 반복적 변형에 저항할 수 있도록 한다. 본 발명의 횡방향 브레이싱 시스템은 현장에서의 시공이 최소화된다.
이하에서는 도 1 내지 도 13을 참고하여 본 발명을 기술하며, 본 발명의 실시예는 횡방향 브레이싱 시스템에 관한 것인데 이것은 높은 초기 강성도를 가지며 횡하중 하에서 횡방향 브레이싱 시스템 내에서 발생된 에너지를 효과적으로 소산할 수 있는 항복 링크를 포함한다. 본 발명은 여러 다른 형태로 구현될 수 있으며 본 발명이 본 명세서에서 개시된 실시예로 국한하여 해석되지 않는다 함은 당연하다. 오히려 본 발명의 내용을 상세하고 완전하게 개시하여 당업자가 본 발명을 충분히 수행할 수 있도록 하기 위하여 이러한 실시예들이 제공되고 있는 것이다. 사실 본 발명은 첨부된 청구항에서 규정된 것과 같은 본 발명의 범위와 사상 내에 포함되는 실시예들의 대안, 변형물 및 균등물을 포함하도록 의도되었다. 추가적으로 본 발명의 이하의 상세한 설명에서 여러 특정 세부 사항들이 본 발명의 상세한 이해를 돕기 위하여 개시된다. 그러나 본 발명이 그와 같은 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.
도 1과 도 2에는 부분적으로 수직 기둥(104)에 부착된 수평 빔(102)으로 구성된 프레임(100)이 도시되었다. 빔(102)과 기둥(104) 각각은 중심 다이어프램에 의해 연결된 대향하는 쌍의 플랜지를 포함한다. 수직 기둥과 수평 빔이라고 지칭되고 있지만, 그 수직 기둥과 수평 빔은 선택적 실시예에서는 90°이외의 각으로 서 로 부착될 수도 있다. 빔(102)은 횡방향 브레이싱 시스템을 포함하여 빔 스터브(beam stub)(110)에 의해 기둥(104)에 부착된다. 횡방향 브레이싱 시스템은 한 쌍의 좌굴 억제 브레이스 기구(buckling-restrained braced device)(112)로 구성되며, 상기 기구는 각각 하나씩 빔 스터브(110)의 상부 플랜지와 바닥 플랜지에 위치한다. 각각의 좌굴 억제 브레이스 기구(112)는 평탄한, "개뼈" 형태의 항복 링크(114)를 포함하는데 항복 링크의 제1 단부는 빔 스터브(110)의 플랜지에 용접 또는 접착되고 제2 단부는 기둥(104)의 플랜지에 용접 또는 접착된다(단부 부분보다 중앙부가 좁다는 점에서 "개뼈" 형태라 칭한다). 좌굴 억제 블록(116)이 각각의 항복 링크(114)의 중앙부를 덮고 있다. 블록(116)들은 빔 스터브(110)의 각각의 플랜지에 용접 또는 접착된다.
전단 탭(shear tab)(122)이 빔 스터브(110)와 기둥(104) 사이에 추가적으로 제공될 수 있다. 전단 탭(122)은 용접, 접착 또는 볼트 연결에 의하여 기둥(104)의 플랜지에 부착될 수 있으며 또한 용접, 접착 또는 볼트 연결에 의하여 빔 스터브(110)의 중심 다이어프램에 부착될 수 있다. 빔 스터브(110)는 전단 탭(122)의 반대편에 있는 빔 스터브 단부에 용접되는 단부 플레이트(124)를 추가적으로 포함한다. 단부 플레이트(124)는 유사한 단부 플레이트(126)에 볼트 연결되어 이하에서 설명하는 바와 같이 빔(102)을 빔 스터브(110)에 부착할 수 있다.
작동 시에, 좌굴 억제 브레이스 기구(112)의 쌍은 횡하중 하에서 기둥에 대한 빔의 회전(즉, 전단 탭(122)에 대한 회전)을 저지하기 위하여 나란히 작동한다. 제 1 방향으로 회전을 시도하면 제1의 상기 기구(112)를 인장 상태에 놓이게 하고 제2의 상기 기구는 압축 상태에 놓이게 한다. 반대 방향으로 회전을 시도하면 제1의 상기 기구를 압축 상태에 놓이게 하고 제2의 상기 기구는 인장 상태에 놓이게 한다.
각각의 상기 기구(112)의 항복 링크(114)는 횡하중 하에서 기둥(104)과 빔(102) 사이의 상대적 움직임에 대한 높은 초기 강성도와 인장 강도를 제공하지만 예상 가능하고 제어된 수준 이상의 횡하중 하에서 안정적인 항복과 에너지 소산 거동을 가져온다. 특히, 기둥과 빔의 휨강도는 항복 링크(114), 특히 항복 링크(114)의 얇은 중앙 부분의 모멘트 성능을 초과하도록 설계될 수 있다. 따라서 항복 링크(114)는 기둥 또는 빔이 항복하거나 파괴되기 전에 횡하중 하에서 항복하며 모든 손상이 손쉽게 제거 및 교체할 될 수 있는 항복 링크로 국한된다. 좌굴 억제 블록(116)은 압축 하중 하에서 항복 링크의 좌굴을 방지한다. 전단 탭(122)은 수직 하중 하에서 수직 전단(즉, 기둥(104)의 길이 방향을 따름)을 저지하기 위하여 제공된다.
더욱이, 상기 및 하기 실시예와 관련하여 설명한 바와 같이, 빔(102)과 기둥(104) 사이에 제공되는 횡방향 브레이싱 시스템은 빔의 일부로서 종래에 제공된 횡방향 비틀림 좌굴 억제 시스템을 생략하는 것을 가능하게 한다. 즉, 선행 기술의 시스템에서, 과도한 횡하중이 인가되는 경우에 항복하는 횡방향 비틀림 좌굴 억제 시스템이 빔의 일부로서 제공되었다. 이러한 횡방향 비틀림 좌굴 억제 시스템은 빔의 좌굴을 방지하기 위하여 항복 링크와 횡방향 브레이스를 포함한다. 본 발명에 따른 횡방향 브레이싱 시스템을 사용함으로써 선행 기술에서 빔에 설치되었던 횡방 향 비틀림 좌굴 억제 시스템이 생략될 수 있다. 빔에 대한 입력 요구를 본 발명의 횡방향 브레이싱 시스템을 통해서, 즉 빔 자체와는 별개로 유한한 최고 한도(finite cap)를 경유하여 링크 모멘트 성능까지 제어할 수 있는 능력을 갖춤으로써 브레이싱 없이 빔을 설계하는 것이 가능해지게 된다. 이것은 또한 빔과 기둥이 극한 수준의 항복 링크 연결 모멘트 성능에서 탄성을 유지하도록 설계되는 것을 가능하게 한다.
횡하중 시에, 항복 링크(114)는 항복 링크가 부착되는 기둥(104)의 플랜지에 힘을 가한다. 따라서 연속 플레이트(continuity plate)(130)가 항복 링크에 의하여 가해진 힘을 저지하기 위하여 상기와 같이 힘이 가해진 기둥(104)의 플랜지에 부착되게 한 선택적 실시예도 가능하다.
배경 기술 부분에서 설명된 바와 같이, 현장 용접을 회피하는 것이 바람직하다. 따라서 실시예들에서 빔(102)과 기둥(104)의 조립과 연결은 다음과 같이 수행될 수 있다. 현장에 도달하기 전에 좌굴 억제 블록(116)과 항복 링크(104)의 제1 단부는 빔 스터브(110)에 용접 또는 접착될 수 있다. 단부 플레이트(124) 또한 빔 스터브(110)에 용접 또는 접착될 수 있다.
다음으로 빔 스터브(110)는, 항복 링크(114)의 제2 단부를 기둥(104)의 플랜지에 용접/접착하고 전단 탭을 기둥(104)의 다이어프램에 용접/접착함으로써 기둥에 용접 또는 접착될 수 있다. 다음으로 전단 탭은 빔 스터브(110)의 다이어프램에 볼트 연결될 수 있다. 다음으로 결합된 빔 스터브(110)와 기둥(104)은 현장으로 이송될 수 있다. 빔 스터브(110)를 포함함으로써 기둥이 현장에 도달하기 전에 모든 용접/접착이 행해질 수 있다. 단부 플레이트(126)는 빔(102)에 용접 또는 접착될 수 있으며 그리고 나서 빔이 현장으로 이송될 수 있다. 일단 현장에 도달하면, 빔(102)은 단부 플레이트(124, 126)를 볼트 연결함으로써 빔 스터브(110)에 부착될 수 있다.
본 발명의 선택적인 실시예를 이하에서 도 3 내지 도 12를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는 빔 스터브(110)의 생략을 가능하게 하고 단순하지만 효율적인 형태를 제공하는 횡방향 브레이싱 시스템이 제공된다. 일단 도 3 내지 도 7에서, 프레임(200)은 수직 기둥(104)에 부착된 수평 빔(102)에 의해 부분적으로 구성된다. 수직 기둥과 수평 빔이라고 지칭되고 있지만, 그 수직 기둥과 수평 빔은 선택적 실시예에서는 90° 이외의 각으로 서로 부착될 수도 있다.
빔(102)은 횡방향 브레이싱 시스템에 의하여 기둥(104)에 부착된다. 횡방향 브레이싱 시스템은 한 쌍의 좌굴 억제 브레이스 기구(212)로 구성되는데, 상기 기구 각각은 하나씩 빔(102)의 상부 플랜지와 바닥 플랜지에 구비된다. 각각의 좌굴 억제 브레이스 기구(212)는 하나 이상의 원통형 항복 링크(214)를 포함하며, 이들 각각은 이하에서 설명되는 바와 같이 그 단부에서 나사 형태를 가진다. 하나 이상의 항복 링크(214)의 각 조는 빔(102)의 상부 플랜지와 하부 플랜지에 용접, 접착 또는 다른 방식으로 부착되는 좌굴 억제 블록(216) 내에 제공될 수 있다.
추가적으로 빔(102)과 기둥(104) 사이에 전단 탭(222)이 제공될 수 있다. 전단 탭(122)은 용접, 접착 또는 볼트 연결에 의해서 기둥(104)의 플랜지에 연결될 수 있고 또한 용접, 접착 또는 볼트 연결에 의해서 빔(102)의 중앙 다이어프램에 연결될 수 있다. 선택적으로 기둥 플랜지 스티프너(230)는 항복 링크에 의하여 가해진 힘을 저지하기 위하여 기둥(104)의 플랜지에 부착될 수 있다.
도 8은 원통형 항복 링크(214)의 실시예의 측면도이며 도 9 및 도 10은 각기 좌굴 억제 블록(216)의 실시예의 단부를 나타낸 도면과 측면도이다. 원통형 항복 링크(214)는 강재로 형성될 수 있으며 제1 나사산 단부(240)와 제2 나사산 단부(242) 및 상기 두 단부(240, 242) 사이의 중앙부(244)를 포함한다. 중앙부(244)는 바람직하게는, 이하에서 설명되는 바와 같이 항복 시에 항복 링크(214)가 중앙부(244)에서 항복하도록 두 단부(240, 242)보다 작은 직경을 가진다. 단부(240, 242)로부터 중앙부(244)로 직경이 부드럽게 변화도록 테이퍼형 부분(246, 248)이 제공될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 단부(240, 242)는 좌굴 억제 블록(216) 내부로의 삽입이 용이해지도록 모따기 될 수 있다. 중앙부(244)는 리브(250)를 포함할 수 있는데, 리브를 포함하는 목적은 이하에서 설명된다. 중앙부를 단부(240, 242)와는 다른 재료로 형성하는 것도 가능한데, 이 때 중앙부는 더 낮은 탄성 계수를 가지게 된다. 이러한 실시예에서, 중앙부는 단부(240)와 동일한 직경을 가지도록 할 수 있으며, 이 경우에도 여전히 중앙부는 중앙부 항복점을 초과한 인장 응력에서 맨 먼저 항복하는 부분이 된다.
도 8의 실시예에서 단부(242)는 또 다른 단부(240)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 일례로서 단부(242) 직경은 1.30 인치 일 수 있으며 또 다른 단부(240)의 직경은 1.25 인치 일 수 있으며 1.25 인치의 직경을 가질 수 있는 리브(250)를 제외하고 중앙부(244)의 직경은 1.00 인치일 수 있다. 각각의 상기의 치수는 선택적인 실시예에서 개시된 것보다 크거나 작은 값으로 변할 수 있으며, 서로 비례하거나 또는 비례하지 않게 변할 수도 있음은 당연하다.
좌굴 억제 블록(216)은 하나 이상의 보어(260)가 하나 이상의 항복 링크(214)를 수용하기 위하여 관통 형성된 알루미늄 또는 강재와 같은 금속으로 된 블록일 수 있다. 보어(260)는 리브(250) 및/또는 단부(240)의 직경과 대략 동일한 직경을 가질 수 있으며, 또 다른 단부(264)는 항복 링크(214)의 나사산 단부(242)를 수용하기 위하여 약간 더 크게 형성된다. 블록(216)의 (빔(102)의 길이 방향을 따른) 길이는 예를 들어 6.50 인치 일 수 있으며, (빔의 플랜지 폭을 가로지르는) 폭은 예를 들어 7.00 인치와 같이 빔(102)의 플랜지 폭과 거의 동일하거나 또는 약간 작은 값을 가질 수 있으며, 블록(216)의 높이는 2.50 인치가 될 수 있다. 블록(216)이 한 쌍의 보어(260)를 포함하는 경우, 보어는 중심선과 중심선이 서로 4.00 인치 떨어져서 배치될 수 있다. 이와 같은 치수 각각은 선택적인 실시예에서 서로 비례하거나 또는 비례하지 않고서 변화될 수 있음은 당연하다.
블록(216)은 단부(262)와 단부(262)와 대향하는 또 다른 단부(264)를 포함할 수 있는데 항복 링크(214)의 단부(240)는, 상기 기구(112)가 이하에서 설명되는 바와 같이 조립되는 경우 단부(262)를 통해 돌출한다. 보어(260) 일부에는 이하에서 설명되는 바와 같이 항복 링크의 나사산형 단부(242)를 수용하기 위하여 단부(264) 부근에 나사산이 형성될 수 있다.
빔(102)은 빔에 블록(216)이 용접, 접착 또는 다른 방식으로 부착되어 현장으로 이송될 수 있다. 기둥은 기둥에 전단 탭(222)이 용접, 접착 또는 다른 방식으 로 부착되어 현장으로 이송될 수 있다. 도 6 내지 도 10을 참고하면, 일단 현장에 도달하면, 항복 링크(214)는 보어(260) 내로 삽입될 수 있으며, 이 때 항복 링크(214)의 단부(240)가 먼저 블록(216)의 단부(264)로 (즉, 도 6과 도 7의 사시도에서 우측에서 좌측으로) 삽입된다. 항복 링크의 소직경부(240, 244 및 250)는 나사산형 항복 링크 단부(242)가 보어의 나사산형 단부와 결합할 때까지 대직경 보어(260)를 통과한다. 이 지점에서, 단부(242)는 블록 단부(264)로 나사 체결되어서 항복 링크(214)가 좌굴 억제 블록(216)에 부착될 수 있다. 항복 링크(214)의 단부(242)는 항복 링크를 블록 안으로 집어넣기 위한 헤드(head)를 포함할 수 있으나 상기 헤드는 선택적 실시예서는 생략될 수 있다.
각각의 항복 링크(214)의 경우에, 항복 링크는 링크 단부(24)가 블록 단부(262)로부터 돌출할 때까지 나사 박힘된다. 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 너트(270)가 링크 단부(240)로 끼워지고, 단부(240)는 기둥(104)의 플랜지에 형성된 구멍을 통과하며, 제2 너트(272)는 단부(240)에 끼워진다. 일단 너트(270, 272)들이 기둥 플랜지의 대향하는 부분들에 체결되면, 좌굴 억제 브레이스 기구(212)는 빔(102)과 기둥(104) 사이의 움직임을 저지하기 위하여 소정의 위치에 고정된다.
특히, 좌굴 억제 브레이스 기구(212)의 쌍은 횡하중 하에서 빔(102)이 기둥(104)에 대하여 회전하는 것을 저지하기 위하여 나란히 작동한다. 각각의 기구(212)의 항복 링크(214)는 횡하중 하에서의 기둥(104)과 빔(102) 사이의 상대적 움직임에 대한 높은 초기 강성도와 인장 강도를 제공하지만 예상 가능하고 제어된 수준 이상의 횡하중 하에서 중앙부(244)가 안정적으로 항복하고 에너지 소산이 되 도록 한다. 특히, 기둥과 빔의 휨 강도는 항복 링크(214)의 일부(244)의 모멘트 성능을 초과하도록 설계될 수 있다. 따라서 항복 링크(214)는 기둥 또는 빔이 항복하거나 파괴되기 전에 횡하중 하에서 항복하며, 모든 손상이 손쉽게 제거 및 교체될 수 있는 항복 링크로 국한된다.
좌굴 억제 블록(216)은 압축 하중 하에서 항복 링크의 좌굴을 방지한다. 특히, 항복 링크(214)의 중앙부(244)의 직경에 대한 보어(260)의 상대적 직경은 항복 링크가 좌굴할 수 있는 정도를 제한한다. 위에서 개시된 바와 같이, 중앙부(244)는 리브(250)를 포함할 수 있다. 리브(250)의 직경이 확장되면 항복 링크(214)가 좌굴 억제 블록(216)의 보어(260) 내에서 좌굴할 수 있는 정도를 추가적으로 제한한다. 실시예들에서 리브(250)가 세 개 있을 수도 있지만 선택적인 실시예에서 하나 일 수도 있고 두 개 또는 세 개 이상일 수도 있다. 또 다른 실시예서는 리브(250) 전체가 생략될 수도 있다.
도 8 내지 도 10과 관련하여 기술된 실시예들에서, 링크 단부(242)는 또 다른 링크 단부(240)보다 직경이 클 수 있으며, 이에 의해서 링크 단부(242)와 블록 단부(264)의 나사산이 결합할 때까지 항복 링크가 자유롭게 좌굴 억제 블록(216)을 통과할 수 있게 한다. 도 11의 선택적인 실시예에서, 항복 링크(214)는 동일한 직경, 예를 들어 1.25 인치인 단부(240, 242)들을 가진다. 그와 같은 실시예에서, 블록(216)은 도 12에 도시된 바와 같이 길이 전체에 걸쳐서 나사산이 형성된 보어(260)를 가질 수 있다. 도 11 및 도 12의 실시예는 더 작은 직경의 중앙부에 리브를 구비하거나 구비하지 않고서 작동될 수 있다.
도 1 내지 도 12에 기술된 본 발명의 실시예에 따르면, 횡방향 브레이싱 시스템은 인가된 횡하중 하에서 변형에 대한 높은 수준의 저항 성능을 제공하기 위하여 충분한 강성도와 강성을 가지고 있다. 그러나 제어 가능하고 예상 가능한 수준 이상의 횡하중에서 본 발명의 구조체는 항복 링크가 안정적으로 항복하게 한다. 이와 같은 방식으로, 인가된 횡하중은 시스템으로부터 이력 감쇠되며 높은 수준의 에너지가 소산됨으로써 프레임의 손상을 방지한다. 더욱이 항복 링크의 안정적 항복과 에너지 소산은 프레임(100)이 횡하중 하에서 파괴되지 않으면서 반복적 변형에 저항할 수 있도록 한다.
항복 시에 링크가 손상되는 경우에는 항복 링크를 단순히 제거 및 교체함으로써 횡방향 브레이싱 시스템을 원래의 일체성과 하중 저항 성능을 가지도록 복구할 수 있다. 구조적 프레임은 본래대로 유지되며 교체될 필요가 없다.
도 13은 인가된 횡하중에 대한 도 1 내지 도 2의 좌굴 억제 브레이스 기구(112)의 실시예와 도 3 내지 도 10의 좌굴 억제 브레이스 기구(212)의 실시예의 응답 곡선이다. 도시된 바와 같이, 양 실시예 모두 약 22,000 lbs의 횡하중의 항복점까지 탄성적으로 거동한다.
본 명세서에서 본 발명을 상세히 기술하였지만 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예로 국한되지는 않는다는 점이 이해되어야 한다. 청구항에 규정되고 기술된 본 발명의 사상 또는 범위 내에 있다면 당업자에 의하여 다양한 변경, 대체 및 수정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 횡방향 브레이싱 시스템에 의하여 기둥에 연결된 빔의 사시도.
도 2는 도 1에 따른 횡방향 브레이싱 시스템의 정면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 횡방향 브레이싱 시스템에 의하여 기둥에 연결된 빔의 사시도.
도 6은 도 3 내지 도 5에 도시된 횡방향 브레이싱 시스템의 정면도.
도 7은 도 3 내지 도 5에 도시된 횡방향 브레이싱 시스템의 상부 평면도.
도 8은 도 3 내지 도 5에 도시된 횡방향 브레이싱 시스템의 항복 링크의 측면도.
도 9는 도 3 내지 도 5에 도시된 횡방향 브레이싱 시스템의 좌굴 억제 블록의 단부를 도시한 도면.
도 10은 도 3 내지 도 5에 도시된 횡방향 브레이싱 시스템의 좌굴 억제 블록의 측면도.
도 11은 본 발명의 선택적 실시예에 따른 항복 링크의 측면도.
도 12는 본 발명의 선택적 실시예에 따른 좌굴 억제 블록의 측면도.
도 13은 본 발명의 실시예의 경우에 있어 프레임의 횡하중과 횡변위와의 관계를 나타내는 그래프.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
102: 빔
104: 기둥
110: 빔 스터브
112: 좌굴 억제 브레이스 기구
114: 항복 링크
116: 좌굴 억제 블록
122: 전단 탭
124: 단부 플레이트
240, 242: (항복 링크의) 단부
244: (항복 링크의) 중앙부
250: 리브
260: 보어
270, 272: 너트

Claims (23)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 빔과 기둥을 포함하는 구조물에 있어서,
    좌굴 억제 블록으로서, 빔의 단부에 부착될 수 있고, 상기 블록이 빔에 부착되는 경우 빔의 단부에 가장 근접한 제1 단부와 제1 단부에 대향하는 제2 단부와 제1 단부와 제2 단부 사이의 보어(bore)를 포함하는 좌굴 억제 블록과,
    기둥에 부착될 수 있는 제1 단부와, 좌굴 억제 블록의 보어에 꼭 맞게 들어가고 좌굴 억제 블록의 제2 단부에 부착될 수 있는 제2 단부를 포함하며, 빔 및/또는 기둥에 횡하중이 인가될 때 프레임 내의 응력을 소산시키기 위하여 인장 및 압축에서 항복할 수 있는 항복 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  4. 제3항에 있어서,
    항복 링크의 제2 단부는 좌굴 억제 블록의 제2 단부의 나사산과 짝을 이루도록 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 구조물.
  5. 제3항에 있어서,
    항복 링크는 제1 단부 및 제2 단부보다 작은 강도를 가지는 중앙부를 포함하며,
    항복 링크는 주어진 인장력이 가해질 때 중앙부에서 항복하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중앙부의 직경은 제1 단부 및 제2 단부보다 작은 것을 특징으로 하는 구조물.
  7. 제3항에 있어서,
    항복 링크의 중앙부에 보다 큰 직경을 가지는 하나 이상의 리브(rib)를 추가적으로 포함하며,
    상기 하나 이상의 리브는 보어를 형성하는 좌굴 억제 블록의 벽체와 접촉함으로써 항복 링크의 좌굴을 억제하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  8. 제7항에 있어서,
    하나 이상의 리브는 세 개의 리브로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조물.
  9. 제3항에 있어서,
    항복 링크의 제2 단부의 직경은 항복 링크의 제1 단부보다 큰 것을 특징으로 하는 구조물.
  10. 기둥과,
    빔과,
    기둥과 빔 사이에 부착된 전단 탭과,
    기둥과 빔 사이에 부착된 횡방향 브레이싱 시스템을 포함하며;
    상기 횡방향 브레이싱 시스템은,
    한 쌍의 좌굴 억제 블록으로서 각각이 하나씩 빔의 상부 플랜지 및 하부 플랜지에 위치하고 각각이 빔의 단부에 부착된 제1 단부와 제1 단부와 대향하는 제2 단부와 제1 단부와 제2 단부 사이의 하나 이상의 보어를 포함하는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 좌굴 억제 블록과,
    한 쌍의 항복 링크로서, 각각의 항복 링크가 기둥에 부착된 제1 단부와 좌굴 억제 블록 중 한 좌굴 억제 블록의 보어에 꼭 맞게 들어가고 좌굴 억제 블록 중 한 좌굴 억제 블록의 제2 단부에 부착된 제2 단부를 포함하고, 한 쌍의 항복 링크 중 하나의 항복 링크가 빔 및/또는 기둥에 횡하중이 인가될 때 프레임 내의 응력을 소산시키기 위하여 인장 및 압축에서 항복하는 구성으로 된 한 쌍의 항복 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  11. 제10항에 있어서,
    각각의 좌굴 억제 블록은 한 쌍의 평행한 보어를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  12. 제11항에 있어서,
    좌굴 억제 블록의 각각의 보어는 이를 관통하는 항복 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  13. 제10항에 있어서,
    각각의 항복 링크의 제2 단부는 각각의 좌굴 억제 블록의 제2 단부의 나사산과 짝을 형성하도록 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 구조물.
  14. 제10항에 있어서,
    각각의 항복 링크는 제1 및 제2 단부보다 직경이 작은 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  15. 제10항에 있어서,
    각각의 항복 링크의 중앙부에 보다 큰 직경을 가지는 하나 이상의 리브(rib)도 또한 포함하고,
    상기 하나 이상의 리브는 보어를 형성하는 좌굴 억제 블록의 벽체와 접촉함으로써 항복 링크의 좌굴을 억제하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  16. 제15항에 있어서,
    하나 이상의 리브는 세 개의 리브로 구성되는 것을 특징으로 구조물.
  17. 빔, 기둥, 및 이들 사이의 횡방향 브레이싱 시스템을 포함하는 프레임을 조립하는 프레임 조립 방법에 있어서,
    좌굴 억제 블록을 빔과 기둥의 첫 번째 것에 부착하는 단계(a)와,
    항복 링크를 좌굴 억제 블록에 부착하는 단계(b)와,
    항복 링크를 빔과 기둥의 두 번째 것에 볼트 연결하는 단계(c)를 포함하고,
    항복 링크를 좌굴 억제 블록에 부착하는 상기 단계(b)는 항복 링크의 나사산형 단부를 좌굴 억제 블록의 나사산형 부분 안으로 끼워 넣는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 조립 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    좌굴 억제 블록을 빔과 기둥의 첫 번째 것에 부착하는 상기 단계(a)는 접착 또는 용접 중 하나에 의하여 좌굴 억제 블록을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 조립 방법.
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서,
    좌굴 억제 블록을 빔과 기둥의 첫 번째 것에 부착하는 상기 단계(a)는 빔과 기둥이 현장에 도달하기 전에 빔과 기둥 중 하나에 좌굴 억제 블록을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 조립 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 단계(a)에서 부착되는 좌굴 억제 블록과 상기 단계(b)에서 부착되는 항복 링크는 기둥에 대한 빔의 횡방향 변형을 함께 저지하지만 한계 수준(threshold level) 이상의 하중이 인가될 때 항복 링크의 중앙부에서 항복하는 것을 특징으로 하는 프레임 조립 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 단계(a)에서 부착된 좌굴 억제 블록과 상기 단계(b)에서 부착된 항복 링크는 항복 링크에 인장력을 가하는 기둥에 대한 빔의 횡방향 변형을 항복 링크의 항복 강도에 의하여 함께 저지하는 것을 특징으로 하는 프레임 조립 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 단계(a)에서 부착된 좌굴 억제 블록과 상기 단계(b)에서 부착된 항복 링크는 좌굴 억제 블록의 보어의 벽체가 항복 링크의 좌굴을 억제함으로써 항복 링크에 압축력을 가하는 기둥에 대한 빔의 횡방향 변형을 함께 저지하는 것을 특징으로 하는 프레임 조립 방법.
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