KR101560975B1 - 건축구조용 하이브리드 댐퍼 - Google Patents

건축구조용 하이브리드 댐퍼 Download PDF

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KR101560975B1
KR101560975B1 KR1020140052518A KR20140052518A KR101560975B1 KR 101560975 B1 KR101560975 B1 KR 101560975B1 KR 1020140052518 A KR1020140052518 A KR 1020140052518A KR 20140052518 A KR20140052518 A KR 20140052518A KR 101560975 B1 KR101560975 B1 KR 101560975B1
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hole
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knob
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KR1020140052518A
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김진구
황성호
이준호
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성균관대학교산학협력단
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    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
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    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings

Abstract

본 발명은 건축구조용 하이브리드 댐퍼에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 건축구조용 하이브리드 댐퍼는 직사각 형태의 평판으로서 판면의 중앙에 수직방향의 슬릿이 다수 형성되는 슬릿댐퍼; 상기 슬릿댐퍼의 적어도 일측 면에 수직방향으로 배치되고, 상단과 하단이 상기 슬릿댐퍼의 상단과 하단에 각각 회동가능하게 연결되는 연결플레이트; 및, 상기 슬릿댐퍼와 연결플레이트의 상단과 하단 중 적어도 어느 하나에 배치되어 슬릿댐퍼와 연결플레이트를 회동가능하게 연결하는 것으로서, 슬릿댐퍼에 형성되는 제1관통홀과 연결플레이트에 형성되는 제2관통홀에 삽입되어 제1관통홀 및 제2관통홀과 접촉하는 면에 각각 마찰력을 제공하는 마찰댐퍼;를 포함하며, 상기 마찰댐퍼는, 일단부가 힌지축으로 회동가능하게 연결되어 외주면이 제1관통홀 및 제2관통홀의 내주면에 접촉하는 한 쌍의 반원형 패드와, 상기 한 쌍의 반원형 패드의 타단부 사이에 개재되어 한 쌍의 반원형 패드 타단부 사이의 간격을 조절하는 간격조절부를 포함하고, 상기 간격조절부는, 일단부에 헤드가 형성되고 외주면에는 나사산이 형성된 샤프트, 상기 샤프트의 나사산에 나사결합되는 노브와, 신축가능한 재질로 이루어지며 상기 샤프트 상에서 헤드와 노브의 사이에 개재되어 양측 단부가 반원형 패드의 타단부에 각각 접촉하는 클립을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 구조물에 가해지는 충격을 효과적으로 흡수하는 것과 동시에 설치공간을 최소화하여 공간이용효율을 향상시킬 수 있는 건축구조용 하이브리드 댐퍼가 제공된다.

Description

건축구조용 하이브리드 댐퍼 {HYBRID DAMPER FOR BUILDING STRUCTURE}
본 발명은 건축구조용 하이브리드 댐퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강재항복형 슬릿댐퍼와 마찰댐퍼를 하나의 장치로 구성하여 풍하중과 지진하중에 의한 진동을 저감할 수 있는 건축구조용 하이브리드 댐퍼에 관한 것이다.
일반적으로 철골구조로 이루어진 건축물의 경우에, 철골구조는 단면이 작아 지진, 바람과 같은 수평방향의 하중에 대해 철골구조의 변형이 크게 발생한다. 이런 철골구조의 횡방향에 대해 강성을 확보하기 위해서 브레이스를 설치한다.
그런데 이와 같이 브레이스를 설치하여 철골 구조물을 보강함에 있어서, 내진 성능을 향상시키기 위하여 지진 등이 발생하였을 때 지진 에너지를 소산시킬 수 있는 강재 또는 마찰 댐퍼를 구비하게 된다.
국내 등록특허공보 제10-0448441호에는 강재 판으로 이루어지고 다수개의 슬릿이 형성되어 있는 강재 댐퍼를 이용하여 보강한 철골구조가 개시되어 있다. 도 1에는 상기한 국내 등록특허공보 제10-0448441호에 개시되어 있는 것과 같은 구성의 직선 슬릿이 형성된 강재 댐퍼("직선 슬릿형 강재 댐퍼")(100)의 개략적인 정면도가 도시되어 있다. 도 1에서 실선은 변형이 가해지기 전의 상태를 나타내며, 점선은 풍하중이나 지진하중과 같은 수평방향의 하중(P)이 작용하였을 때의 변형 상태를 나타낸다.
도면에 도시된 것처럼, 종래의 강재 댐퍼(100)는 두께를 가지는 강재 판에 수직한 직선 형상을 가지며 소정 폭을 가지는 관통공 즉, 직선 슬릿(101)이 복수개로 서로 나란하게 형성되어 있는 구조를 가지고 있다. 직선 슬릿(101)이 형성되어 있으므로, 상부(102)와 하부(103)는 직선형 스트럿(104)에 의해 일체로 연결되어 있다. 부재번호 105는 강재 댐퍼(100)를 철골 구조물에 설치하여 사용할 때, 다른 부재에 결합하기 위한 결합공(105)이다. 이러한 직선 슬릿형 강재 댐퍼(100)의 경우에도 양호한 수평하중의 에너지 소산 성능을 발휘하지만, 충격이 인가되는 경우 불규칙한 방향으로 급격하게 좌굴하므로 충격을 효과적으로 흡수하지 못하는 문제가 있다.
한편, 국내 생산되어 공동주택에 적용하는 일반적인 제진장치는 상기와 같은 슬릿댐퍼와 함께, 간재를 사용하는 탄소성댐퍼와 마찰댐퍼가 주를 이루고 있다. 이는 제작 및 설치, 시공의 용이성과 경제성이 고려된 결과라고 할 수 있다. 그러나 최근 초고층 건축물이 많이 건설되고 있으며, 세장비가 큰 구조물은 하중에 의한 진동에 큰 영향을 받으므로 풍하중과 지진하중 등 다양한 진동에 대응하는 제진장치가 요구된다. 기존의 제진장치는 진동원의 종류에 따라 제진장치를 별도로 마련하여 각각 설치하는 것이 일반적이며, 이에 따른 비용의 증가와 건축계획상의 설치위치 등의 문제점이 지적된다.
특허문헌 1. 대한민국 등록특허공보 제10-0448441호 (2003.05.09)
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강재항복형 슬릿댐퍼와 마찰댐퍼를 하나의 장치로 구성하여 풍하중과 지진하중에 의한 진동을 저감하면서, 기존의 노후화 된 소규모 주거 및 상업시설에도 적용할 수 있도록 벽체 사이에 배치할 수 있는 건축구조용 하이브리드 댐퍼를 제공함에 있다.
또한, 마찰댐퍼의 마찰력이 회전하는 부재를 연결하는 회전축과 접촉하는 면에서 발생하도록 하고, 접촉면에서 작용하는 마찰력이 조절되도록 함으로써 적용범위를 확대시킬 수 있는 건축구조용 하이브리드 댐퍼를 제공함에 있다.
또한, 기존의 내진설계가 적용되지 않았거나 미흡한 건물에 용이하게 보강 시공하거나, 신축구조물의 벽체사이에 적용하여 풍하중 및 지진하중 발생시 발생하는 에너지를 효과적으로 흡수함으로써 구조물을 안정화시킬 수 있는 건축구조용 하이브리드 댐퍼를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 직사각 형태의 평판으로서 판면의 중앙에 수직방향의 슬릿이 다수 형성되는 슬릿댐퍼; 상기 슬릿댐퍼의 적어도 일측 면에 수직방향으로 배치되고, 상단과 하단이 상기 슬릿댐퍼의 상단과 하단에 각각 회동가능하게 연결되는 연결플레이트; 및, 상기 슬릿댐퍼와 연결플레이트의 상단과 하단 중 적어도 어느 하나에 배치되어 슬릿댐퍼와 연결플레이트를 회동가능하게 연결하는 것으로서, 슬릿댐퍼에 형성되는 제1관통홀과 연결플레이트에 형성되는 제2관통홀에 삽입되어 제1관통홀 및 제2관통홀과 접촉하는 면에 각각 마찰력을 제공하는 마찰댐퍼;를 포함하며, 상기 마찰댐퍼는, 일단부가 힌지축으로 회동가능하게 연결되어 외주면이 제1관통홀 및 제2관통홀의 내주면에 접촉하는 한 쌍의 반원형 패드와, 상기 한 쌍의 반원형 패드의 타단부 사이에 개재되어 한 쌍의 반원형 패드 타단부 사이의 간격을 조절하는 간격조절부를 포함하고, 상기 간격조절부는, 일단부에 헤드가 형성되고 외주면에는 나사산이 형성된 샤프트, 상기 샤프트의 나사산에 나사결합되는 노브와, 신축가능한 재질로 이루어지며 상기 샤프트 상에서 헤드와 노브의 사이에 개재되어 양측 단부가 반원형 패드의 타단부에 각각 접촉하는 클립을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼에 의해 달성된다.
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또한, 상기 클립은, 헤드와 노브를 조임방향으로 회전하는 것에 의해 압축되면서 반원형 패드의 타단부에 가압력을 제공하는 절곡편이 양단부에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 간격조절부는, 클립의 양측 절곡편 사이 공간에 샤프트의 축방향에 대해 탄성복원력을 제공하는 탄성체가 개재되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 클립은 샤프트와 노브 사이에 복수 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마찰댐퍼는, 일단부에 헤드가 형성되고 외주면에는 나사산이 형성된 샤프트, 상기 샤프트의 나사산에 나사결합되는 노브와, 신축가능한 재질로 이루어지며 상기 샤프트 상에서 헤드와 노브의 사이에 개재되어 외주면이 제1관통홀 및 제2관통홀의 내주면에 접촉하는 링형 패드를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 헤드와 노브의 서로 마주하는 면 중 적어도 어느 하나에는 경사면이 형성되고, 상기 링형 패드의 경사면과 마주하는 면에는 경사면에 대응하는 경사면이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 슬릿댐퍼와 연결플레이트의 회동가능하게 연결되는 상단과 하단 중 마찰댐퍼가 배치되지 않은 단부는 볼트와 너트로 구성된 체결부재에 의해 회동가능하게 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 슬릿댐퍼와 연결플레이트에는 체결부재의 볼트가 관통하는 제1장공과 제2장공이 각각 슬릿과 나란한 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마찰댐퍼는 서로 인접한 연결플레이트의 상단과 하단에 서로 엇갈리게 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결플레이트는 슬릿댐퍼의 양 측면에 각각 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결플레이트는 수평방향으로 다수 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 강재항복형 슬릿댐퍼와 마찰댐퍼를 하나의 장치로 구성하여 풍하중과 지진하중에 의한 진동을 저감하면서, 기존의 노후화 된 소규모 주거 및 상업시설에도 적용할 수 있도록 벽체 사이에 배치할 수 있는 건축구조용 하이브리드 댐퍼가 제공된다.
또한, 마찰댐퍼의 마찰력이 회전하는 부재를 연결하는 회전축과 접촉하는 면에서 발생하도록 하고, 접촉면에서 작용하는 마찰력이 조절되도록 함으로써 적용범위를 확대시킬 수 있는 건축구조용 하이브리드 댐퍼가 제공된다.
또한, 기존의 내진설계가 적용되지 않았거나 미흡한 건물에 용이하게 보강 시공하거나, 신축구조물의 벽체사이에 적용하여 풍하중 및 지진하중 발생시 발생하는 에너지를 효과적으로 흡수함으로써 구조물을 안정화시킬 수 있는 건축구조용 하이브리드 댐퍼가 제공된다.
도 1은 종래 슬릿이 형성된 강재 댐퍼의 정면도,
도 2는 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 사시도,
도 3은 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 마찰댐퍼의 분해사시도,
도 5는 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 정면도,
도 6은 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼가 외력에 의해 변형된 상태를 나타내는 정면도,
도 7 및 도 8은 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 간격조절부의 작용을 나타내는 단면도,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 분해사시도이고,
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 작용도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 건축구조용 하이브리드 댐퍼에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중 도 2는 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 사시도이고, 도 3은 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 마찰댐퍼의 분해사시도이다.
상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼는 크게 슬릿댐퍼(110), 연결플레이트(120), 마찰댐퍼(130), 체결부재(150)를 포함하여 구성된다.
상기 슬릿댐퍼(110)는 직사각 형태의 금속 평판으로서 판면의 중앙에 수직방향의 슬릿(111)이 다수 형성되며, 상단과 하단에는 제1관통홀(112)과, 슬릿(111)과 나란한 방향으로 연장된 제1장공(113)이 다수 형성된다. 이러한 슬릿댐퍼(110)는 슬릿의 길이와 폭, 슬릿의 수에 의해 강성을 조절하여 댐퍼용량을 선정하게 되며, 상단부와 하단부가 각각 상부 구조물과 하부 구조물에 볼트 등에 의해 교체가능하도록 결합된다.
상기 연결플레이트(120)는 상부 구조물과 하부 구조물 사이에 하중을 전달하는 역할과 함께 슬릿댐퍼(110)의 급격한 좌굴을 방지하는 것으로서, 상기 슬릿댐퍼(110)의 양측 면에 수직한 방향으로 나란하게 다수 마련되며, 상단과 하단에는 제2관통홀(121)과, 슬릿(111)과 나란한 방향으로 연장된 제2장공(122)이 다수 형성된다. 또한, 체결부재(150)가 배치되는 측의 단부의 폭을 마찰댐퍼(130)가 배치되는 측의 단부의 폭 보다 상대적으로 좁게 설정하면서, 제1관통홀(112)과 제1장공(113), 제2관통홀(121)과 제2장공(122)을 수평방향에 대해 교대로 배치하고, 다수의 연결플레이트(120)를 교대로 뒤집어서 설치하면 슬릿댐퍼(110)에 상대적으로 많은 수의 연결플레이트(120)를 배치할 수 있다. 이러한 배치구조에 따르면 상기 마찰댐퍼(130)는 서로 인접한 연결플레이트(120)의 상단과 하단에 서로 엇갈리게 배치된다.
상기 마찰댐퍼(130)는 상기 슬릿댐퍼(110)와 연결플레이트(120)의 상단과 하단 중 적어도 어느 하나에 배치되어 슬릿댐퍼(110)와 연결플레이트(120)를 연결하는 것과 동시에, 제1관통홀(112) 및 제2관통홀(121)의 내주면에 각각 마찰력을 제공하는 것으로서, 일단부가 힌지축(132)으로 회동가능하게 연결되어 외주면이 제1관통홀(112) 및 제2관통홀(121)의 내주면에 접촉하는 한 쌍의 반원형 패드(131)와, 상기 한 쌍의 반원형 패드(131)의 타단부 사이에 개재되어 한 쌍의 반원형 패드(131) 타단부 사이의 간격을 조절하는 간격조절부(133)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 힌지축(132)은 슬릿댐퍼(110) 측에 고정되는 것으로서, 이러한 힌지축(132)에 의해 마찰댐퍼(130)가 슬릿댐퍼(110)측에 위치고정된다. 따라서, 횡하중에 의해 상부 구조물과 하부 구조물의 변위가 발생하여 연결플레이트(120)가 회동할 때, 슬릿댐퍼(110)측에 고정된 마찰댐퍼(130)의 외주면과 연결플레이트(120)의 내주면 사이에 마찰력이 작용하게 된다.
한편, 상기 반원형 패드(131)의 외주면은 비석면 유기질 마찰재(non-asbestos organic friction material)로 이루어지며, 주재료로는 케브라 섬유재질과 결합체 역할을 하는 수지, 유리섬유, 바륨 및 동분 등을 포함한다.
특히, 상기 슬릿댐퍼(110)와 마찰댐퍼(130)의 용량 설계시 슬릿댐퍼(110)의 용량을 마찰댐퍼(130)에 비해 상대적으로 크게 설정하여 풍하중과 같은 상시하중은 마찰댐퍼(130)와 슬릿댐퍼(110)의 탄성복원력에 의해 흡수되도록 하고, 지진과 같은 큰 하중은 슬릿댐퍼(110)에 의해 흡수되도록 한다.
여기서, 상기 간격조절부(133)는, 일단부에 헤드(134a)가 형성되고 외주면에는 나사산(134b)이 형성된 샤프트(134)와, 상기 샤프트(134)의 나사산(134b)에 나사결합되는 노브(135)와, 신축가능한 재질로 이루어지며 상기 샤프트(134) 상에서 헤드(134a)와 노브(135)의 사이에 개재되어 양측 단부가 반원형 패드(131)의 타단부에 각각 접촉하는 클립(136)을 포함한다. 상기 클립(136)은 나란하게 배치되어 상기 샤프트(134)가 관통하는 한 쌍의 플레이트(136a) 양단부에 헤드(134a)와 노브(135)를 조임방향으로 회전하는 것에 의해 압축되면서 반원형 패드(131)의 타단부에 가압력을 제공하는 절곡편(136b)이 형성된 것으로서, 샤프트(134)와 노브(135) 사이에 복수 마련된다. 또한, 클립(136)의 양측 절곡편(136b) 사이 공간, 즉 상기 클립(136)의 한 쌍의 플레이트(136a) 사이에는 샤프트(134)의 축방향에 대해 탄성복원력을 제공하는 탄성체(137)가 개재된다.
상기 체결부재(150)는 볼트와 너트로 구성되어 마찰댐퍼(130)의 반대편 단부에 위치하는 연결플레이트(120)의 제1장공(113)과 상기 제1장공(113)에 대응하는 슬릿댐퍼(110)의 제2장공(122)에 설치되어 연결플레이트(120)의 단부를 슬릿댐퍼(110)상에 회동가능하게 연결한다.
즉, 상기 연결플레이트(120)의 일단부는 마찰댐퍼(130)에 의해 슬릿댐퍼(110)에 회동가능하게 연결되고, 타단부는 볼트와 너트로 구성된 체결부재(150)에 의해 슬릿댐퍼(110)에 회동가능하게 연결된다.
한편, 본 실시예에 따른 건축구조용 하이브리드 댐퍼는, 철골구조 또는 철근 콘크리트 건축물의 내진보강을 위해서 사각의 틀을 이루는 한 구획의 중앙부에 설치되는 것으로, 구체적으로는 슬릿댐퍼(110)와 마찰댐퍼(130)의 강성보다 큰 강재 플레이트를 사각의 틀을 이루는 한 구획의 상, 하부 구조물(보)에 각각 횡방향으로 고정하고, 하이브리드 댐퍼를 상부와 하부의 강재 플레이트 사이에 고정설치할 수 있다.
지금부터는 상술한 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
첨부도면 중, 도 5는 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 정면도이고, 도 6은 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼가 외력에 의해 변형된 상태를 나타내는 정면도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 간격조절부의 작용을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 판면에 다수의 슬릿(111)이 형성된 슬릿댐퍼(110)의 전면과 후면에는 각각 연결플레이트(120)가 밀착 배치되고, 연결플레이트(120)의 양단부는 마찰댐퍼(130)와 체결부재(150)에 의해 각각 슬릿댐퍼(110)에 연결된다.
체결부재(150)는 볼트와 너트로 구성되는 것으로서, 이러한 체결부재(150)가 장공 형태로 이루어진 슬릿댐퍼(110)의 제1장공(113)과 연결플레이트(120)의 제2장공(122)에 설치됨에 따라 연결플레이트(120)의 일측 단부가 슬릿댐퍼(110)에 회동가능한 상태로 연결된다.
마찰댐퍼(130)는 일단부가 힌지축(132)으로 연결된 한 쌍의 반원형 패드(131)가 슬릿댐퍼(110)의 제1관통홀(112)과 연결플레이트(120)의 제2관통홀(121)에 삽입되고, 한 쌍의 반원형 패드(131)의 타단부 사이공간에는 간격조절부(133)가 삽입되어 반원형 패드(131)의 타단부에 선택적으로 가압력을 제공함에 따라, 상기 한 쌍의 반원형 패드(131)의 외주면이 제1관통홀(112)과 제2관통홀(121)의 내주면에 강한 압력으로 밀착된다.
여기서, 상기 슬릿댐퍼는 마찰댐퍼의 용량보다 크게 설계한다. 따라서, 풍하중과 같은 상시진동에 대해서는 마찰댐퍼의 저항력과 함께 슬릿댐퍼의 탄성복원력이 작용하여 에너지를 흡수하게 된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 슬릿댐퍼(110)는 지진 발생에 의한 지진 수평하중이 구조체에 작용하여 층간 변위가 발생하는 경우 하부 구조물과 상부 구조물의 상대변위에 의하여 슬릿댐퍼(110)가 변형하면서 지진 수평하중을 흡수한다.
또한, 상기 마찰댐퍼(130)는 제1관통홀(112) 및 제2관통홀(121)의 내주면과의 마찰로 지진 발생에 의한 충격 에너지를 흡수하는데, 마찰댐퍼(130)의 경우 연결플레이트(120)를 슬릿댐퍼(110)에 회전가능하게 연결하는 역할도 함께 수행하므로, 지진에 의한 상부 구조물과 하부 구조물의 상대 변위가 발생하는 경우 슬릿댐퍼(110)의 급격한 좌굴을 방지하는 것과 동시에 규칙적인 형태로 변형이 발생되도록 유도한다.
또한, 연결플레이트(120)는 슬릿댐퍼(110)의 판면에 설치된 상태에서 상부 구조물과 하부 구조물 사이에 수직방향으로 하중을 전달하는 역할과 함께 슬릿댐퍼(110)가 급격하게 좌굴하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 구조물에 가해지는 슬릿댐퍼(110)와 마찰댐퍼(130)를 하나의 장치내에 병렬로 연결하여, 구조물에 가해지는 풍하중과 같은 상시진동에 대해서는 마찰댐퍼(130)의 마찰력과 슬릿댐퍼(110)의 탄성복원력으로 에너지를 흡수하고, 지진하중과 같은 큰 횡 하중에 대해서는 슬릿댐퍼(110)가 저항하도록 함으로써 외부로부터 가해지는 충격을 보다 효과적으로 흡수하여 구조물의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 설치가 용이하므로 기존의 내진설계가 적용되지 않았거나 미흡한 건물에 용이하게 보강 시공하거나, 신축구조물의 벽체사이에 적용하여 풍하중 및 지진하중 발생시 발생하는 에너지를 효과적으로 흡수함으로써 구조물을 안정화시킬 수 있다.
또한, 연결플레이트(120)는 슬릿댐퍼(110)의 판면에 설치된 상태에서 상부 구조물과 하부 구조물 사이에 수직방향으로 하중을 전달하는 역할과 함께 슬릿댐퍼(110)가 급격하게 좌굴하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 이러한 연결플레이트(120)가 슬릿댐퍼(110)의 판면에 설치됨에 따라 설치공간이 최소화되므로 공간의 이용효율을 향상시킬 수 있다.
간격조절부(133)는 마찰댐퍼(130)를 구성하는 한 쌍의 반원형 패드(131)의 사이에 배치되어 반원형 패드(131)의 외주면이 제1관통홀(112)과 제2관통홀(121)의 내주면에 밀착되도록 가압력을 제공하는 것으로서, 이하에서는 이러한 간격조절부(133)의 작용에 대해 구체적으로 설명한다.
도 7은 도 5의 A-A'선 단면을 나타낸 것으로서, 도면에 도시된 바와 같이 간격조절부(133)는 한 쌍의 반원형 패드(131)의 타단부 사이공간에 배치되는 것으로, 샤프트(134)에 다수의 클립(136)이 삽입되고, 샤프트(134)의 단부에는 노브(135)가 나사결합된다. 클립(136)을 구성하는 한 쌍의 플레이트(136a) 사이에는 각각 샤프트(134)의 축방향으로 탄성복원력을 제공하는 탄성체(137)가 삽입된다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이 클립(136)은 샤프트(134)의 헤드(134a)와 노브(135) 사이에 개재된 상태에서, 샤프트(134) 또는 노브(135)를 조임방향으로 회전시키면 헤드(134a)와 노브(135)의 사이간격이 줄어들면서 클립(136)을 압축시키므로, 클립(136)의 양 단부에 위치한 "<" 및 ">" 형태의 절곡부가 돌출방향으로 변형되면서 반원형 패드(131)의 타단부에 가압력을 제공하게 된다.
이때, 클립(136)을 구성하는 한 쌍의 플레이트(136a)에 압축력이 인가됨에 따라 사이간격이 좁아지면서 한 쌍의 플레이트(136a) 사이에 개재된 탄성체(137)가 압축된다. 이러한 탄성체(137)는 샤프트(134) 또는 노브(135)를 조임해제방향으로 회전시켰을 때 클립(136)을 구성하는 한 쌍의 플레이트(136a)의 사이간격을 원래의 상태로 벌림으로써 절곡부가 반원형 패드(131)의 타단부로부터 이격되는 방향으로 복원되도록 할 수 있다.
상기와 같이 간격조절부(133)를 이용해 반원형 패드(131)의 타단부 사이간격을 벌리면 한 쌍의 반원형 패드(131)가 힌지축(132)을 중심으로 바깥쪽으로 회동하면서 외경이 확장되며, 이로 인해 마찰댐퍼(130)의 외주면이 슬릿댐퍼(110)의 제1관통홀(112)과 연결플레이트(120)의 제2관통홀(121)에 각각 밀착되는 방향으로 가압력을 제공할 수 있다. 특히, 나사결합에 의한 압축력을 이용해 클립(136)을 확장시켜 가압력을 제공하는 것이므로, 강한 압력을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 설치환경에 따라 간격조절부(133)를 이용해 마찰댐퍼(130)의 마찰력을 조절할 수 있으므로 다양한 구조물에 적용할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 건축구조용 하이브리드 댐퍼에 대하여 설명한다.
첨부도면 중 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 마찰댐퍼를 발췌한 사시도이고, 도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 건축구조용 하이브리드 댐퍼의 작용도이다.
상기 도 9에서 도시하는 바와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 건축구조용 하이브리드 댐퍼는 다른 형태의 마찰댐퍼(140)가 적용되는 점에서 상술한 실시예와 차이를 갖는다.
이러한 제2실시예에서의 마찰댐퍼(140)는 슬릿댐퍼(110)의 제1관통홀(112)과 연결플레이트(120)의 제2관통홀(121)에 삽입되어 연결플레이트(120)의 단부를 슬릿댐퍼(110)로부터 회전가능하게 연결하는 것과 동시에 연결플레이트(120)의 회전에 대한 마찰력을 제공하는 것으로서, 일단부에 헤드(141a)가 형성되고 외주면에는 나사산(141b)이 형성된 샤프트(141)와, 상기 샤프트(141)의 나사산(141b)에 나사결합되는 노브(142)와, 신축가능한 재질로 이루어지며 상기 샤프트(141) 상에서 헤드(141a)와 노브(142)의 사이에 개재되어 외주면이 제1관통홀(112) 및 제2관통홀(121)의 내주면에 접촉하는 링형 패드(143) 및, 상기 헤드(141a)와 노브(142)의 링형 패드(143)와 마주하는 면에 각각 마련되는 경사부재(144)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 경사부재(144)는 선단부의 직경이 후단부보다 상대적으로 작은 콘의 형태로 구성되어 외주면이 경사면(144a)으로 이루어지고, 상기 링형 패드(143)의 양 단부에는 각각 상기 경사부재(144)의 경사면(144a)에 대응하는 경사면(143a)이 형성된다.
또한, 제2실시예에서는 상기 마찰부재(140)의 링형 패드(143)가 슬릿강판(110) 측에 회전하지 않는 상태로 고정될 수 있도록, 슬릿강판(110)의 제1관통홀(112)과, 상기 제1관통홀(112)에 삽입되는 링형패드(143)의 제1관통홀(112)에 대응하는 외주면의 접촉면을 각각 다각형으로 구성한다.
따라서, 도 10에 도시된 바와 같이 마찰댐퍼(130)를 슬릿댐퍼(110)의 제1관통홀(112)과 슬릿댐퍼(110)의 양측 면에 각각 배치된 연결플레이트(120)의 제2관통홀(121)에 삽입하여 링형 패드(143)의 외주면이 상기 제1관통홀(112)과 제2관통홀(121)의 내주면에 밀착되도록 하면, 연결플레이트(120)의 단부가 슬릿댐퍼(110)로부터 회전 가능한 상태로 연결된다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이 샤프트(141)와 노브(142) 중 적어도 어느 하나를 조임방향으로 회전시키면, 샤프트(141)의 헤드(141a)와 노브(142)의 사이간격이 줄어들면서 링형 패드(143)의 양단부에 각각 배치된 경사부재(144)가 링형 패드(143)의 양단부를 압축하는 방향으로 가압력을 제공하게 된다.
이때, 링형 패드(143)의 양단부에 배치된 경사부재(144)의 경사면(144a)이 링형 패드(143)의 경사면(143a)에 밀착한 상태에서 가압하므로, 상기 링형 패드(143)의 팽창에 의해 링형 패드(143)의 외주면이 확장하면서 제1관통홀(112)과 제2관통홀(121)의 내주면에 강한 압력으로 밀착된다.
즉, 상기 마찰댐퍼(130)는 상기 슬릿댐퍼(110)와 연결플레이트(120)의 상단과 하단 중 적어도 어느 하나에 배치되어 슬릿댐퍼(110)와 연결플레이트(120)를 연결하는 것과 동시에, 제1관통홀(112) 및 제2관통홀(121)의 내주면에 각각 마찰력을 제공하여 지진 발생에 의한 충격 에너지를 흡수한다. 따라서, 지진에 의한 상부 구조물과 하부 구조물의 상대 변위가 발생하는 경우 슬릿댐퍼(110)의 급격한 좌굴을 방지하는 것과 동시에 규칙적인 형태로 변형이 발생되도록 유도한다.
이러한 구조에 따르면, 구조물에 가해지는 충격을 슬릿댐퍼(110)의 변형 및 마찰댐퍼(130)의 마찰로 흡수하여 구조물의 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 연결플레이트(120)가 슬릿댐퍼(110)의 판면에 설치되므로, 댐퍼의 설치공간을 최소화하여 공간의 이용효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 설치환경에 따라 마찰댐퍼(140)의 마찰력을 조절할 수 있으므로 다양한 구조물에 적용할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110:슬릿댐퍼, 111:슬릿, 112:제1관통홀,
113:제1장공, 120:연결플레이트, 121:제2관통홀,
122:제2장공, 130:마찰댐퍼, 131:반원형 패드,
132:힌지축, 133:간격조절부, 134:샤프트,
134a:헤드, 134b:나사산, 135:노브, 136:클립,
136a:플레이트, 136b:절곡편, 137:탄성체,
140:마찰댐퍼, 141:샤프트, 141a:헤드,
141b:나사산, 142:노브, 143:링형 패드,
143a:경사면, 144:경사부재 144a:경사면,
150:체결부재,

Claims (13)

  1. 직사각 형태의 평판으로서 판면의 중앙에 수직방향의 슬릿이 다수 형성되는 슬릿댐퍼;
    상기 슬릿댐퍼의 적어도 일측 면에 수직방향으로 배치되고, 상단과 하단이 상기 슬릿댐퍼의 상단과 하단에 각각 회동가능하게 연결되는 연결플레이트; 및,
    상기 슬릿댐퍼와 연결플레이트의 상단과 하단 중 적어도 어느 하나에 배치되어 슬릿댐퍼와 연결플레이트를 회동가능하게 연결하는 것으로서, 슬릿댐퍼에 형성되는 제1관통홀과 연결플레이트에 형성되는 제2관통홀에 삽입되어 제1관통홀 및 제2관통홀과 접촉하는 면에 각각 마찰력을 제공하는 마찰댐퍼;를 포함하며,
    상기 마찰댐퍼는, 일단부가 힌지축으로 회동가능하게 연결되어 외주면이 제1관통홀 및 제2관통홀의 내주면에 접촉하는 한 쌍의 반원형 패드와, 상기 한 쌍의 반원형 패드의 타단부 사이에 개재되어 한 쌍의 반원형 패드 타단부 사이의 간격을 조절하는 간격조절부를 포함하고,
    상기 간격조절부는, 일단부에 헤드가 형성되고 외주면에는 나사산이 형성된 샤프트, 상기 샤프트의 나사산에 나사결합되는 노브와, 신축가능한 재질로 이루어지며 상기 샤프트 상에서 헤드와 노브의 사이에 개재되어 양측 단부가 반원형 패드의 타단부에 각각 접촉하는 클립을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 클립은, 헤드와 노브를 조임방향으로 회전하는 것에 의해 압축되면서 반원형 패드의 타단부에 가압력을 제공하는 절곡편이 양단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 간격조절부는, 클립의 양측 절곡편 사이 공간에 샤프트의 축방향에 대해 탄성복원력을 제공하는 탄성체가 개재되는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 클립은 샤프트와 노브 사이에 복수 마련되는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 마찰댐퍼는, 일단부에 헤드가 형성되고 외주면에는 나사산이 형성된 샤프트, 상기 샤프트의 나사산에 나사결합되는 노브와, 신축가능한 재질로 이루어지며 상기 샤프트 상에서 헤드와 노브의 사이에 개재되어 외주면이 제1관통홀 및 제2관통홀의 내주면에 접촉하는 링형 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 헤드와 노브의 서로 마주하는 면 중 적어도 어느 하나에는 경사면이 형성되고, 상기 링형 패드의 경사면과 마주하는 면에는 경사면에 대응하는 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
  9. 제 1항 및 제 4항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬릿댐퍼와 연결플레이트의 회동가능하게 연결되는 상단과 하단 중 마찰댐퍼가 배치되지 않은 단부는 볼트와 너트로 구성된 체결부재에 의해 회동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 슬릿댐퍼와 연결플레이트에는 체결부재의 볼트가 관통하는 제1장공과 제2장공이 각각 슬릿과 나란한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 마찰댐퍼는 서로 인접한 연결플레이트의 상단과 하단에 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 연결플레이트는 슬릿댐퍼의 양 측면에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 연결플레이트는 수평방향으로 다수 배치되는 것을 특징으로 하는 건축구조용 하이브리드 댐퍼.
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