KR101765108B1 - 내진보강 구조물 및 이를 이용한 건물의 내진 보강방법 - Google Patents

내진보강 구조물 및 이를 이용한 건물의 내진 보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내진보강 구조물을 개시한다. 본 발명에 따른 내진보강 구조물은 건물의 하층 슬래브에 고정되는 제1고정플레이트; 하측 단부에 제2고정플레이가 결합 고정되는 포스트; 상기 제1고정플레이트와 상기 제2고정플레이트 사이에 설치되어 지진 발생시 상기 포스트로의 진동 전달을 저감시키는 진동저감부; 상기 제1고정플레이트 또는 제2고정플레이트에 선택적으로 설치되는 센서부; 상기 진동저감부재 둘레에 형성되는 커버부를 포함하되, 상기 진동저감부는, 상기 제1고정플레이트 및 제2고정플레이트에 각각 면접하도록 형성되고 볼트 등에 의해 체결 가능하도록 다수의 제1체결홀이 형성된 제1결합부 및 제2결합부가 형성되고, 상기 제1결합부 및 제2결합부를 사이를 잇는 곡면부가 형성됨과 동시에 상기 곡면부의 중간지점에는 곡면부의 길이방향으로 타원형의 관통홀이 형성되는 'S'가 구조의 진동저감 플레이트와, 상기 진동저감 플레이트의 수분에 의한 부식을 방지함과 동시에 강성 및 탄성력이 보완되도록 하기 위해 상기 진동저감 플레이트와 대응되는 형상으로 제단되어 상기 진동저감 플레이트의 내/외 측면에 부착되는 카본 시트와, 상기 진동저감 플레이트의 관통홀에 삽입되고, 양단이 각각 제1결합부 및 제2결합부 측에 회동 가능하도록 연결됨과 동시에 유압에 의해 길이조절이 가능한 유압식 피스톤과, 상기 유압식 피스톤의 외측에 형성되어 유압식 피스톤의 수직방향의 지지력을 보완하는 스프링으로 구성되는 진동저감 댐퍼와, 상기 진동저감 댐퍼의 유압식 피스톤의 양단과 회동 가능하도록 연결되는 한쌍의 수직플레이트가 형성되고, 상기 제1체결홀들과 대응되는 제2체결홀들이 형성되어 상기 진동저감 플레이트의 제1결합부 및 제2결합부와 함께 상기 제1고정플레이트 및 제2고정플레이트에 각각 고정되는 수평플레이트로 형성됨으로써 'ㅠ(ㅛ)' 형태를 갖는 한 쌍의 연결브라켓을 포함하여 구성되며, 상기 센서부는, 상기 제1고정플레이트 상에 형성되며, 상면에 복수개의 요철이 적어도 서로 다른 높이로 형성된 제1반사부재와, 상기 제1반사부재와 대향되는 위치의 제2고정플레이트 상에 형성되는 제1거리센서로 구성되어 상기 포스트의 좌우 위치변형을 모니터링 하기 위한 제1센서부, 및 상기 제1고정플레이트 상에 형성되며, 상면이 편평하도록 형성된 제2반사부재와, 상기 제2반사부재와 대향되는 위치의 제2고정플레이트 상에 형성되는 제2거리센서로 구성되어 상기 포스트의 상하 위치변형을 모니터링 하기 위한 제1센서부를 포함하여 구성되며, 상기 커버부는, 스틸재질로 형성되며, 상기 제1고정플레이트와 제2고정플레이트 사이의 거리보다 작게 형성되어 제1고정플레이트 상에 고정됨으로써 상기 진동저감부의 둘레를 부분적으로 커버하는 제1커버, 및 연질의 재질로 형성되며, 상기 제1커버와 제2고정플레이트의 사이의 공간을 밀폐하도록 형성되어 상기 진동저감부로 이물질의 침투를 방지하는 제2커버로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

내진보강 구조물 및 이를 이용한 건물의 내진 보강방법{Seismic resistant reinforcement structures and the reinforcing method using it}
본 발명은 내진 보강구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물의 수직보에 가해지는 수직 및 수평 방향의 진동을 최소화함으로써 건물을 보호할 수 있게 하는 내진 구조물 및 이를 이용한 건물의 내진 보강방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축물에는 지진으로 인한 피해를 줄이기 위하여 설계부터 지진으로 인한 대비를 하고 있으며, 이를 내진설계(seismic design)라 하는데, 건축물의 내진설계 방식은, 크게 내진. 면진, 제진 및 차진 등의 방법을 들 수 있고, 이들 방법은 건축물의 내진력(耐震力)을 증가시켜 건축물을 지진으로 인한 피해를 줄일 수 있다.
더 구체적으로 내진은 취약한 구조물을 보강하고 유연하게 설계하여 지진에 의해 손상이 가도 건물이 붕괴되지 않도록 하여 인명피해를 최소화로 줄이는 방법이다.
면진은 건물과 지반 사이에서 지진의 피해를 줄여주는 것이다. 즉 건물 지하와 지반 사이에 적층고무와 댐퍼, 베어링 등을 이용하여 지진 발생시 충격을 어느 정도 줄여 실제 건물에는 진동수가 줄어들어 내부에 손상이 적다.
제진은 건물 내부에 건물 총 중량의 1% 정도 되는 추나 댐퍼를 설치하여 지진 발생시 건물의 진동 반대방향으로 이동시켜서 진동을 상쇄시키는 방법이다.
그리고 차진은 지진에 의한 피해를 방지하기 위한 궁극적인 방법으로 공기 베어링, 자기력, 부력 등을 이용하여 지반과 건물 사이를 완전히 분리시켜서 지진의 영향을 전혀 받지 않도록 하는 구조이다.
상기와 같이 건물을 지을 때 지진으로부터 건물을 보호할 수 있는 방법으로 다양한 내진 장치가 적용되고 있으며, 이와 관련된 종래 기술중의 하나로 한국 특허등록 제 10-1701810호(종래기술)이 제안된바 있다.
종래기술에서 제안되고 있는 내진 장치는 건축물의 하층 슬래브에 고정되는 평판 상의 제1고정플레이트와, 하측 단부가 제1고정플레이트 상면에 고정되는 하나 또는 복수 개의 완충부재와, 완충부재의 상측 단부에 고정되는 평판 상의 제2고정플레이트와, 제2고정플레이트의 상면에 고정되고 탄성을 가진 연질 재료인 방진패드와, 건축물의 층간을 수직 방향으로 지지하고 하측 단부에 형성된 제1플랜지가 상기 방진패드 상면에 고정되는 포스트가 형성되고, 이때 완충부재는 일정 폭을 가진 판스프링으로서 하단 및 상단이 각각 제1고정플레이트 및 제2고정플레이트에 면접하도록 각각 평판 형태의 제1플레이트 및 제2플레이트가 형성되고 제1플레이트 및 제2플레이트 사이를 잇는 적어도 하나의 곡면부가 형성된 것을 특징으로 하고 있다.
그러나 이와 같은 종래 기술은 다음과 같은 문제점들을 갖고 있다.
먼저, 첫째로, 종래기술의 내진 장치는 스틸 재질의 'S'자 형태의 다수의 스프링 형태의 완충부재에 의해 건물의 포스트를 지지하고 있음에 따라 지진 발생 시, 진동을 흡수할 수 있으나, 지진이 발생되지 않는 상태는 몇 년에서 몇 십년 이상까지 지속되는 기간 동안에는 포스트를 통한 건물의 하중을 지지하게 된다. 따라서, 수 십년 이상 동안 하중이 지속적으로 완충부재에 전달되게 되고 스틸재질로 형성된 완충부재에는 수직하중에 의한 변형이 발생될 수 밖에 없어 최초 건물이 건축될 때보다 변형에 따른 포스트의 하강이 초례될 수 있는 문제점이 있다.
둘째로는 건물에 지진이 발생 시 건물의 전체 하중과 관련하여 수직방향의 진동과 수평방향의 진동이 발생하게 되는데, 완충부재가 이러한 수직/수평방향의 진동을 흡수한 후, 지진이 멈추면 완충부재가 최초 탄성(복원)력을 갖는 상태로 복귀한다는 보장이 없다. 즉, 다시말해, 지진 발생시, 완충부재가 지진에 따른 진동을 흡수한다 하더라도 건물의 진동에 의해 완충부재의 변형에 의해 최초 시공된 상태로의 복원이 불가할 수 있으며, 이러한 경우, 포스트의 높이가 하강된 상태이거나, 포스트의 중심이 최초 건설 때보다 틀어질 수 있는 문제점이 발생될 수 있다.
셋째로는, 완충부재의 노후화 문제이다. 완충부재가 스틸재질로 형성됨에 따라 주변 환경에 의해 부식 등이 발생하여 노후화가 진행될 수 있으며, 노후화가 진행됨에 따라 최초 탄성력은 저하될 수 있어 지진 발생 시, 급격히 발생되는 건물의 수직/수평방향의 진동에 따른 완충부재의 파단이 발생될 수 있다. 특히 종래의 완충부재는 하나의 포스트에 다수개가 형성되고, 포스트의 하단에는 커버가 형성되어 있으나 포스트의 수직방향 하강을 고려하여 포스트와 이격되어 형성되어 있는 만큼 완벽한 밀폐는 이루어지지 않고 있어 수분의 침투가 용이하여 커버를 통한 수분침투와 같은 주변 환경으로부터의 보호는 실질적으로 어렵다.
넷째로는 앞서 첫 번째 또는 두 번째로 언급된 문제점에 기인하여 완충부재의 변형에 의해 포스트의 높이와 중심이 최초 건축 당시와 달리질 경우 이를 확인할 수 있는 방법이 전무하다는 것이다. 구체적으로, 완충부재의 노후화나, 지진발행 후의 완충부재의 변형이 발생 시, 포스트의 높이 및 수평 방향의 위치가 변동될 수 있는데, 이를 확인할 수 있는 방법이 육안검사 밖에는 없다. 이에, 포스트의 위치 변동은 건물의 건전성에 큰 비중을 차지하는 만큼 지속적인 모니터링을 통해 유지보수, 평가를 통한 향후 내구성, 건전성 예측 등이 요구되나, 인력에 의해 육안으로 검사하는 만큼 인력과 비용 및 시간이 과도하게 소요될 뿐만아니라 육안으로 쉽게 확인할 수 없는 극소 변동은 확인할 수 없는 문제점이 있다.
다섯째로는 완충부재의 제조 및 적용과 관련하여 포스트를 지지하는 제 2 고정플레이트의 하부에 완충부재가 형성되는 만큼 형성 면적과 높이는 제한되어 있고 이는 완충부재의 설치 크기 및 개수와 직결된다. 또한, 건물의 건축 층수에 따라 포스트에 전가되는 하중이 증가되거나 감소되는데 한정된 설치 면적에서 건물의 층수에 따른 하중을 지지하기 위해서는 완충부재의 형성 두께가 증가 또는 감소하여 적용되게 된다. 일 예로, 층수가 높은 건물에 완충부재의 적용시, 포스트 하부에 적용될 수 있는 완충부재의 개수 및 크기(높이)의 증가에 한계가 있는 만큼 완충부재의 두께가 증가되어야 한다. 그러나, 스틸재질로 형성된 완충부재는 두께가 증가하면 그만큼 탄성이 저하되어 지진발생 시 진동의 완화 효과는 저감될 여지가 있으며, 지진발생 후 복원 또한 완벽하지 못할 여지가 존재하게 된다. 즉, 종래 내진장치에 적용되는 완충부재는 건물의 층수 증가에 따른 완충부재의 대응 구조에 대해서는 언급되어 있지 않고 있어, 건물 층수 증가에 따른 포스트의 하중 증가에 따른 대응 구조에 대한 방안이 고려되어야 할 필요성이 있다.
(0001) 한국등록특허 제10-1701810호(공개일: 2017.02.02)
본 발명은 상기에서 언급한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 구조가 간단하면서도 지진으로부터 건축물에 가해지는 수직 및 수평 방향의 진동을 효과적으로 흡수할 수 있도록 함과 동시에, 지진발생 후 및 지진발생 이외의 기간 동안 내진 구조물의 내구성을 장기간 동안 건전성을 유지시킬 수 있는 내진 구조물 및 이를 이용한 내진 보강방법를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 건물의 하층 슬래브에 고정되는 제1고정플레이트; 하측 단부에 제2고정플레이가 결합 고정되는 포스트; 상기 제1고정플레이트와 상기 제2고정플레이트 사이에 설치되어 지진 발생시 상기 포스트로의 진동 전달을 저감시키는 진동저감부; 상기 제1고정플레이트 또는 제2고정플레이트에 선택적으로 설치되는 센서부; 상기 진동저감부재 둘레에 형성되는 커버부를 포함하되, 상기 진동저감부는, 상기 제1고정플레이트 및 제2고정플레이트에 각각 면접하도록 형성되고 볼트 등에 의해 체결 가능하도록 다수의 제1체결홀이 형성된 제1결합부 및 제2결합부가 형성되고, 상기 제1결합부 및 제2결합부를 사이를 잇는 곡면부가 형성됨과 동시에 상기 곡면부의 중간지점에는 곡면부의 길이방향으로 타원형의 관통홀이 형성되는 'S'가 구조의 진동저감 플레이트와, 상기 진동저감 플레이트의 수분에 의한 부식을 방지함과 동시에 강성 및 탄성력이 보완되도록 하기 위해 상기 진동저감 플레이트와 대응되는 형상으로 제단되어 상기 진동저감 플레이트의 내/외 측면에 부착되는 카본 시트와, 상기 진동저감 플레이트의 관통홀에 삽입되고, 양단이 각각 제1결합부 및 제2결합부 측에 회동 가능하도록 연결됨과 동시에 유압에 의해 길이조절이 가능한 유압식 피스톤과, 상기 유압식 피스톤의 외측에 형성되어 유압식 피스톤의 수직방향의 지지력을 보완하는 스프링으로 구성되는 진동저감 댐퍼와, 상기 진동저감 댐퍼의 유압식 피스톤의 양단과 회동 가능하도록 연결되는 한쌍의 수직플레이트가 형성되고, 상기 제1체결홀들과 대응되는 제2체결홀들이 형성되어 상기 진동저감 플레이트의 제1결합부 및 제2결합부와 함께 상기 제1고정플레이트 및 제2고정플레이트에 각각 고정되는 수평플레이트로 형성됨으로써 'ㅠ(ㅛ)' 형태를 갖는 한 쌍의 연결브라켓을 포함하여 구성되며, 상기 센서부는, 상기 제1고정플레이트 상에 형성되며, 상면에 복수개의 요철이 적어도 서로 다른 높이로 형성된 제1반사부재와, 상기 제1반사부재와 대향되는 위치의 제2고정플레이트 상에 형성되는 제1거리센서로 구성되어 상기 포스트의 좌우 위치변형을 모니터링 하기 위한 제1센서부, 및 상기 제1고정플레이트 상에 형성되며, 상면이 편평하도록 형성된 제2반사부재와, 상기 제2반사부재와 대향되는 위치의 제2고정플레이트 상에 형성되는 제2거리센서로 구성되어 상기 포스트의 상하 위치변형을 모니터링 하기 위한 제1센서부를 포함하여 구성되며, 상기 커버부는, 스틸재질로 형성되며, 상기 제1고정플레이트와 제2고정플레이트 사이의 거리보다 작게 형성되어 제1고정플레이트 상에 고정됨으로써 상기 진동저감부의 둘레를 부분적으로 커버하는 제1커버, 및 연질의 재질로 형성되며, 상기 제1커버와 제2고정플레이트의 사이의 공간을 밀폐하도록 형성되어 상기 진동저감부로 이물질의 침투를 방지하는 제2커버로 구성되는 것을 특징으로 하는 내진보강 구조물이 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 진동저감 댐퍼가 진동저감 플레이트와 함께 포스트로부터 전가되는 하중을 지지 분산함으로써 지진이 발생하지 않는 장시간 동안 포스트의 하중을 지지하는 진동저감 플레이트의 변형을 방지하거나 지연시킬 수 있으며, 지진 발생시 또는 지진 발생 후의 진동저감 플레이트의 최초 위치로의 복원 및 복원되지 못한 진동저감 플레이트의 위치 복원을 통해 변형된 포스트의 위치 보정이 이루어질 수 있다.
또한, 카본 시트와 제2커버를 포함하는 커버부에 의해 부식에 따른 노후화를 방지 또는 지연시킴으로써 진동저감 부재의 내구성 및 센서부와 같은 구성의 작동 신뢰성이 유지될 수 있다.
또한, 센서부에 의해 포스트의 위치 변형의 모니터링이 용이함으로써, 현재 포스트의 변형 상태 및 향후 변형 예측이 가능하여 유지보수가 용이할 수 있다.
아울러, 진동저감 플레이트에 신축 가능한 카본 시트를 부착하여 강성 및 탄성력을 보완함으로써 포스트에 고하중이 전가되는 고층 건물의 내진보강에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내진보강 구조물을 보여주는 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 진동저감부를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 내진보강 구조물의 작동 상태를 보여주는 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명에 따른 센서부를 보여주는 상세도이다.
도 5는 본 발명에 따른 센서부에 의해 포스트의 수평 위치 변위를 모니터링 과정을 보여주는 설명도이다.
도 6은 본 발명에 따른 센서부에 의해 포스트의 수직 위치 변위를 모니터링 과정을 보여주는 설명도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 보인 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나 첨부된 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예이므로 본 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않으며, 다소 과장되게 표현될 수 있다. 또한, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 기술이거나 용이하게 도출되는 정도의 기술에 대해서는 그에 관한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 내진보강 구조물을 보여주는 구조도이다. 도 2는 본 발명에 따른 진동저감부를 보여주는 사시도이다. 도 3은 본 발명에 따른 내진보강 구조물의 작동 상태를 보여주는 작동 상태도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 내진 구조물(1000)는, 건물의 하층 슬래브(1)에 고정되는 평판 상의 제1고정플레이트(100)와, 하측 단부가 상기 제1고정플레이트(100) 상면에 고정되는 하나 또는 복수개의 진동저감부(200)와, 상기 진동저감부(200)의 상측 단부에 고정되는 평판 상의 제2고정플레이트(300)와, 상기 제2고정플레이트(300)의 상면에 고정되고 탄성을 가진 연질 재료인 방진패드(400)와, 건축물의 층간을 수직 방향으로 지지하고 하측 단부에 형성된 제1플랜지(510)가 상기 방진패드(400) 상면에 고정되는 포스트(500), 상기 제1고정플레이트(100) 또는 제2고정플레이트(300)에 형성되는 센서부(600) 및 상기 진동저감부(200)를 커버하는 커버부(700)를 포함하여 구성된다.
상기 제1고정플레이트(100) 및 제2고정플레이트(300)는 일정 두께를 가진 금속 판재일 수 있고, 제1고정플레이트(100)는 예를 들면 앵커볼트와 같은 고정부재(110)를 통해 하층 슬래브(1)에 고정될 수 있다.
상기 진동저감부(200)는 지진 발생 시, 상하 방향으로 신축 가능한 동시에 좌우로도 신축 가능하도록 하여 수직방향의 지진파를 비롯하여 수평방향의 지진파를 흡수함으로써 지면으로부터 전가되는 진동이 건물로 전달되는 것을 최소화하기 위한 구성으로, 진동저감 플레이트(210), 진동저감 댐퍼(220) 및 연결 브라켓(230)을 포함하여 구성된다.
상기 진동저감 플레이트(210)는 일정 폭을 가진 판스프링 구조로 제1고정플레이트(100)와 제2고정플레이트(300) 사이에 개재되며, 진동저감 플레이트(210)의 하단 및 상단에는 제1고정플레이트(100) 및 제2고정플레이트(300)에 면접하도록 각각 평판 형태의 제1결합부(211) 및 제2결합부(212)가 형성되고, 상기 제1결합부(211) 및 제2결합부(212) 사이를 잇는 라운드지게 절곡된 곡면부(213)가 형성된다.
이때, 상기 제1결합부(211)와 제2결합부(212)에는 상기 진동저감 플레이트(210)가 볼트 및 너트 등을 통해서 상기 제1고정플레이트(100) 및 제2고정플레이트(300)에 고정 될 수 있도록 복수의 제1체결홀(214)들이 천공된다.
또한, 진동저감 플레이트(210)의 곡면부(213)는 라운드지게 절곡되어 'S'자와 같이 형성되고, 곡면부(213)의 중간지점에는 곡면부(213)의 길이방향으로 소정면적의 관통홀(215)이 형성된다. 이러한 관통홀(215)은 후술될 상기 진동저감 댐퍼(220)가 관통 결합되고, 관통된 진동저감 댐퍼(220)가 진동저저감 플레이트(210)의 좌우이동시 함께 이동될 수 있도록 타원형 형태로 여유있게 형성된다.
그리고, 상기 진동저감 플레이트(210)의 내/외(=양측)측 면에는 카본 시트(216)가 더 형성될 수 있다. 상기 카본 시트(216)는 진동저감 플레이트(210)와 동일한 형태로 형성되어 진동저감 플레이트(210) 전체에 부착되거나, 제1 및 제2결합부를 제외한 곡면부(213)의 형태로 형성되어 곡면부(213)에만 부착될 수 있다. 그리고, 카본 시트는 시트형태로 제작되어 부착 결합되는 것 이외에도 금형을 이용한 코팅 또는 도포형태의 방식으로 진동저감 플레이트(210)에 형성될 수도 있다.
이러한 카본 시트(216)는 진동저감 플레이트(210)의 강성 및 탄성력 보완과, 수분으로부터의 부식을 방지하기 위한 목적으로 플랙서블 수지에 카본 나노튜브를 혼합하여 제조되는 카본 나노튜브 시트가 적용될 수 있다. 이러한 카본 나노튜브 시트로 제작된 카본 시트(216)는 신축성을 갖음과 동시에 강성을 보유하고 있음에 따라, 진동저감 플레이트(210)의 강성을 및 탄성력을 보완할 수 있다. 특히, 카본 시트는 고층 건물의 포스트에 적용되는 진동저감 플레이트에 적용될 수 있다.
보다 구체적으로, 카본 시트(216)의 기능에 대해 설명하면 고층 건물일수록 포스트(500)에 적용되는 하중이 증대한다. 그리고, 포스트(500) 하부면적인 제2고정플레이트(300)의 면적 및 높이(슬래브와의 이격 거리)가 제한되어 있는 상태에서, 고하중 포스트(500)에 적용되는 진동저감 플레이트(210)는 포스트(500)를 통해 전달되는 하중을 지지해야 하기 때문에 진동저감 플레이트(210)의 강성을 확보하기 위해 두께를 증가시킬 수 밖에 없게 된다. 이때, 설치 높이가 제한된 상태에서 진동저감 플레이트(210)의 두께를 증가시키면 두께 증가에 의해 강성은 증가하나 탄성력은 비교적 저하되고, 탄성력이 저하된 만큼 변형에 따른 파단 가능성은 높아지게 된다. 또한, 설치 면적이 제한된 상태에서 복수개가 배치되는 진동저감 플레이트(210)의 간섭을 회피하기 위해 일정 간격 이격시켜 배치되어야 하는데, 진동저감 플레이트(210)의 두께가 커진 만큼 진동저감 플레이트(210) 사이의 간격 또한 커지게 되고, 이러한 경우, 진동저감 플레이트(210)의 개수가 감소될 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 고층건물의 포스트(500)에 적용되는 진동저감 플레이트(210)에 카본 시트(216)를 형성함으로써 진동저감 플레이트(210)의 강성은 증가시키되 두께를 감소시켜 탄성력을 향상시킬 수 있다. 또한, 카본 시트 자체가 찢어짐 등에 대한 내성을 갖고 있기 진동저감 플레이트(210)에 순간적인 하중이 발생하여 급격한 변형 발생 시, 진동저감 플레이트(210)에 하중이 집중되는 부분의 파단(파손)을 방지할 수 있음과 동시에 파단될 경우에도 진동저감 플레이트(210)가 조각나 비산되는 것이 방지될 수 있음으로써, 진동저감 플레이트(210)의 파손 시, 파손된 진동저감 플레이트(210)의 회수 및 보수가 용이할 수 있다.
상기 진동저감 댐퍼(220)는 상기 진동저감 플레이트(210)에 관통되어 형성되는 것으로, 유압식 피스톤(221) 및 스프링(222)으로 구성된다.
유압식 피스톤(221)은 유압의 입력량 및 배출량에 따라 감쇠력 및 신축 길이가 조절 가능하며, 유압식 피스톤에 유압 공급을 제어하는 유압공급부(미도시)가 통합 또는 개별적으로 구성 및 연결될 수 있다. 이에, 각 유압식 피스톤(221)의 길이조절 또는 감쇠력 조절시, 유압의 일괄적인 공급에 의해 이루어질 수 있으며, 각각 개별적으로도 이루어질 수 있어 진동저감 플레이트의 적용 규격, 갯수 건물의 구조, 형상, 중량, 설정 간격, 설정 면적, 기타 조건 변화에 유연한 대응이 가능할 수 있다. 이러한 유압식 피스톤(221)의 실린더(221a) 외측 둘레에는 나사산(221b)이 형성되어 있다. 그리고 유압식 피스톤(221)의 양단에는 힌지결합부(223)가 형성되어 있다.
스프링(222)은 상기 유압식 피스톤(221)의 외측에 형성되는 것으로 유압식 피스톤(221)의 수직방향의 지지력을 추가적으로 보완하는 역할을 함과 동시에 압축된 피스톤(221)의 빠른 복귀를 서포트 한다. 이러한 스프링(222)은 일단이 유압식 피스톤(221)의 상단에 접하여 지지되고, 하단은 유압식 피스톤(221)의 실린더의 나사산(221b)에 나사 결합되는 스프링 지지링(221c)에 의해 지지된다. 이에, 유압식 피스톤(221)의 최초 설치 또는 보수작업 시, 유압식 피스톤(221)의 길이조절이 행해지면 피스톤 지지링(221c)을 이동시켜 스프링(222)의 위치를 이동(압축 정도를 조절)시킬 수 있다.
이러한 진동저감 댐퍼(220)는 유압식 피스톤(221)의 상단측에 형성된 힌지결합부(223)가 제2결합부(212)에 연결 브라켓(230)을 통해 회동 가능하도록 결합되고, 하단측에 형성된 힌지결합부(223)는 제1결합부(211)에 연결 브라켓(230)을 통해 회동 가능하게 연결되어 수직으로 기립된 상태로 진동저감 플레이트(210)와 함께 포스트(500)를 지지한다. 이에 따라, 지진이 발생되지 않은 기간동안 진동저감 플레이트(210)에 가해지는 수직하중을 진동저감 댐퍼(220)가 분산 지지함에 따라 진동저감 플레이트(210)의 변형이 최소화될 수 있다.
또한, 지진에 의해 수직 및 수평진동 발생 시, 진동저감 플레이트(210)가 상하좌우 신축되면 진동저감 댐퍼(220) 또한 연결 브라켓(230)을 통해 진동저감 플레이트(210)와 회동 가능하도록 결합되어 있는 만큼 관통홀(215) 내에서 진동저감 플레이트(210)와 함께 상하좌우 유동이 가능할 수 있다. 따라서, 종래에는 진동저감 플레이트(210)에 순간적인 집중하중이 전달되는 경우, 진동저감 플레이트(210)에 모든 하중이 전가되어 복원이 불가한 심각한 변형이 발생되거나, 파손될 여지가 있었으나, 진동저감 댐퍼(220)가 진동저감 플레이트(210)의 급격한 변형을 최소화하고, 하중을 분산함에 따라 진동저감 플레이트(210)의 급격한 변형에 따른 파손 및 복원이 어려울 수 있는 가능성을 방지하거나 최소될 수 있다.
아울러, 지진이 발생된 이후, 진동저감 플레이트(210) 및 진동저감 댐퍼(220)의 복원 시, 진동저감 플레이트(210)의 일부가 변형되어 원래 위치로 복원되지 않은 경우나, 전반적으로 진동저감 플레이트(210)의 복원력 저하에 의해 포스트(500)가 하강(제2고정플레이트(300)의 위치가 하강)되어진 경우, 복원되지 않은 진동저감 플레이트(210) 또는 전반적인 모든 진동저감 플레이트(210)의 진동저감 댐퍼(220)의 유압을 조절하여 길이를 조절함으로써 포스트(500)의 위치를 복원시킬 수 있다.
상기 연결 브라켓(230)은 앞서 설명한 바와 같이 진동저감 댐퍼(220)를 진동저감 플레이트(210)와, 제1 및 제2 고정 플레이트(100, 300)에 회동 가능하도록 고정하기 위한 것으로, 'ㅠ(ㅛ)' 형태로 형성된다. 이러한 연결 브라켓(230)은 수평한 수평플레이트(231)와 수평플레이트와 수직한 한 쌍의 수직플레이트(232)로 형성되며, 수평플레이트(231)에는 진동저감 플레이트(210)의 제1 및 제2 결합부(211, 212)에 형성된 제1체결홀(214)들에 대응되는 제2체결홀(233)들이 천공 형성되고, 수직플레이트(232)에는 진동저감 댐퍼(220)의 양단에 형성되는 힌지결합부(223) 힌지 결합하기 위한 제3체결홀(234)들이 천공형성되어 있다. 이러한 연결 브라켓(230)은 볼트와 같은 고정부재에 의해 진동저감 댐퍼(220), 진동저감 플레이트(210)가 일괄적으로 제1 및 제2고정플레이트(100, 300)에 고정될 수 있도록 한다.
상기 방진패드(400)는 진동을 흡수할 수 있는 소재로서 연질이면서도 탄성을 가질 수 있으며, 그 예로 발포우레탄이나 고무, 실리콘 또는 부직포와 같은 섬유소재질 수 있다.
상기 포스트(500)는 예를 들면 H빔 구조일 수 있고, 이는 하층 슬래브(1)와 상층 슬래브(2) 사이를 지지하는 일종의 기둥 기능을 하기 위한 것이다.
상기 제2고정플레이트(300)와 방진패드(400) 및 제1플랜지(510)는 볼트 및 너트 구조의 고정부재를 통해 상호 적층된 상태에서 고정될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 센서부를 보여주는 상세도이다. 도 5는 본 발명에 따른 센서부에 의해 포스트의 수평 위치 변위 모니터링 과정을 보여주는 설명도이다. 도 6은 본 발명에 따른 센서부에 의해 포스트의 수직 위치 변위 모니터링 과정을 보여주는 설명도이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 상기 센서부(600)는 포스트(500)의 위치 변형을 지속적으로 모니터링 하기 위한 것으로 포스트(500)의 좌우 위치변형을 모니터링하는 제1센서부(610)와, 포스트(500)의 상하 위치(처짐)변형을 모니터링하는 제2센서부(620)로 구성될 수 있다.
상기 제1센서부(610)는 포스트(500)의 좌우 변형을 측정하기 위한 제1거리센서(611)와, 제1반사부재(612)로 구성될 수 있다.
상기 제1거리센서(610)는 통상적으로 상용화되는 거리센서로 적외선, 초음파, 레이져를 이용한 거리센서 중 어느 하나로 구성될 수 있으며, 반사부재를 적용하여 거리측정이 가능한 것이면 특별한 종류에 국한되지 않는다.
상기 제1반사부재(620)는 상기 제1거리센서(610)와 연동되어 제1거리센서(610)로부터 조사되는 신호를 반사하는 구성으로, 상호 높이가 상이하도록 형성되는 요철이 다수개가 형성되며, 보다 상세하게는 총 3개의 서로 다른 높이를 갖도록 형성된다. 구체적으로 도 4로 도시된 것을 바탕으로 설명하면 제1반사부재(612)는 도면상 좌측으로부터 A, B, C의 총 3개의 요철이 형성되며 각각 A=t1, B=t2, C=t3의 높이로 형성된다. 이때, 각 요철의 높이는 도면상 B(t2) > A(t1) > C(t3)로 형성되어 있다. 또한 이들 요철(A, B, C)들의 폭은 각각 동일하게 형성될 수 있으며, 수평 위치 이동 한계(허용)범위보다는 다소 크게 형성(ex: 수평이동 한계범위가 6mm인 경우 A, B, C의 폭의 합은 12mm 미만으로 형성)될 수 있다. 이러한 제1반사부재(612)는 제1거리센서(611)의 형성지점과 대향되는 반대지점에 형성된다.
상기 제2센서부(620)는 포스트(500)의 상하 높이 변형을 측정하기 위한 제2거리센서(621)와 제2반사부재(622)로 형성될 수 있다. 상기 제2거리센서(621)는 앞서 설명한 제1거리센서(611)와 유사 동일할 수 있음에 따라 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제2반사부재(622)는 평판형의 부재로 일정 면적을 갖으며, 제1반사부재(512)와는 달리 별다른 요철이 형성되지 않은 편평한 구조로 형성된다.
이하에서는 도 5 및 도 6을 참고하여 상기와 같은 구성에 따른 센서부(600)에 의한 포스트의 위치변위 모니터링 방법을 설명하기로 한다.
먼저 제1거리센서(611)와 제2거리센서(621)를 제2고정플레이트(300)에 진동저감 플레이트(210)와 간섭이 발생되지 않는 위치에 설치되어 있고, 제1반사부재(612)와 제2반사부재(622)를 제1거리센서(611)와 제2거리센서(621)에 각각 대향되도록 제1고정플레이트(100)에 설치되어있다. 물론 거리센서들과 반사부재들을 반대 위치로 설치하여도 무방하다.
이때, 제1 및 제2반사부재(612, 622)의 설치에 있어서, 제1반사부재(612)는 제1거리센서(611)로부터 조사되는 조사점이 제1반사부재(612)의 중앙의 B 요철에 맞춰지도록 설치하고, 제2반사부재(622) 역시 제2거리센서(621)의 조사점이 중앙에 맞춰지도록 설치되어있다.
이와 같이 센서부(600)의 설치가 이루어진 상태에서 제1 및 제2거리센서(611, 621)에 의한 거리 데이터('데이터 값'으로 약칭) 값이 일정하게 모니터링 된다.
이후, 포스트(500)의 하강만이 발생하면 제1 및 제2거리센서(611, 621)의 데이터값이 변하게 되나, 제1거리센서(611) 데이터 값을 배제하고, 제2거리센서(621)의 데이터 변화 값을 바탕(기준)으로 포스트(500)의 하강 정도를 파악 또는 예측한다.
한편, 포스트(500)의 좌우 이동이 발생하면, 제2거리센서(621)에 의한 데이터 값은 변화되지 않는 반면에, 제1거리센서(611)에 의한 조사점이 중앙 B 요철부를 벗어나 높이다 다른 A 또는 C 요철로 이동되어 제1거리센서(611)의 데이터 값이 변화된다. 이때, A 및 C 요철의 높이가 다르기 때문에 변화된 제1거리센서(611)의 데이터값을 바탕으로 포스트(500)가 좌측으로 이동되었는지 또는 우측으로 이동되었는지 파악할 수 있게 된다. 그리고, 제 1 거리센서에 의한 데이터 값이 C 요철 위치에서의 값보다 크게 도출되면 수평이동 한계범위를 초과한 것으로 판단될 수 있다.
아울러, 포스트(500)의 하강과, 좌우이동이 동시에 발생하면, 제1거리센서(611)에 의해 포스트(500)의 좌우이동의 변화를 파악할 수 있으며, 제2거리센서(611)에 의해 하강 정도를 파악할 수 있게 된다.
따라서, 포스트에 설치된 진동저감부(200)가 지진이 발생되지 않는 기간 동안의 포스트(500)의 변화와, 지진발생 또는 지진발생 후의 포스트(500)의 변화를 모니터링 할 수 있게 됨으로써, 포스트(500) 및 진동저감부(200)의 건전성 및 내구성을 파악 및 예측할 수 있고, 경우에 따라 적절한 보수를 수행할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따른 실시예에서는 제1 및 제2센서부(610, 620)가 각각 하나씩 설치된 것을 일 예로 설명하였으나, 경우에 따라 제1 및 제2센서부(610, 620)가 포스트(500)의 중앙 및 외측 둘레 등 다수개가 설치되어 포스트(500)의 세부적인 변화를 모터터링 할 수 도 있다.
상기 커버부(700)는, 진동저감부(200)가 외부로 노출되는 것을 방지하기 위해 상기 진동저감부(200)의 둘레를 커버하는 구성으로, 상기 커버부(700)는 강성(스틸)재질로 형성된 제1커버(710)와 연질(고무 또는 수지)재질로 이루어진 제2커버(720)로 형성될 수 있다.
이때, 제1커버(710)는 일측 단부가 90도 꺽인 상태에서 제1고정플레이트(100) 상에 고정되며, 상기 진동저감부(200)의 신축 작용을 고려하여 높이는 상기 제1고정플레이트(100)와 제2고정플레이트(300) 사이의 거리보다 작게 형성된다.
또한, 제2커버(720)는 제1커버(710)의 상단과 제2고정플레이트(300)를 포함한 포스트(500)의 하단을 연결하도록 연결되어 제1 및 제2고정플레이트(100, 300) 사이의 공간이 완벽히 밀폐되도록 한다. 이러한 제2커버(720)는 연질재질로 형성됨에 따라 포스트(500)의 이동에 장애가 되지 않음과 동시에 진동저감부(200)가 설치되는 포스트(500)의 하부가 밀폐되도록 함으로써 수분의 침투를 방지하여 주변 외부 환경요인으로부터 진동저감부(200)의 내구성이 유지되도록 할 수 있다. 아울러, 쥐, 고양이와 같은 주변 생물의 침투 시 발생할 수 있는 센서부(600)의 파손 및 오작동 등과 같은 문제를 미연에 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 내진보강 구조물은 H 빔과 같은 포스트가 적용되는 다양한 형태의 건물에 적용될 수 있으며, 건물의 층수와 관련한 규모에 대응되도록 적절히 설계될 수 있어 건물의 내진 설계가 용이할 수 있다.
이상의 설명은 비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구범위에 속함은 자명하다.
1000: 내진보강 구조물
100: 제1고정플레이트 200:진동저감부
210: 진동저감 플레이트 220: 진동저감 댐퍼
230: 연결 브라켓
300: 제2고정부 400: 방진패드
500: 포스트 600: 센서부
610: 제1센서부 620: 제2센서부
700: 커버부
710: 제1커버부 720: 제2커버부

Claims (5)

  1. 건물의 하층 슬래브에 고정되는 제1고정플레이트;
    하측 단부에 제2고정플레이트가 결합 고정되는 포스트;
    상기 제1고정플레이트와 상기 제2고정플레이트 사이에 설치되어 지진 발생시 상기 포스트로의 진동 전달을 저감시키는 진동저감부;
    상기 제1고정플레이트 또는 제2고정플레이트에 선택적으로 설치되는 센서부;
    상기 진동저감부재 둘레에 형성되는 커버부를 포함하되,
    상기 진동저감부는,
    상기 제1고정플레이트 및 제2고정플레이트에 각각 면접하도록 형성되고 볼트 등에 의해 체결 가능하도록 다수의 제1체결홀이 형성된 제1결합부 및 제2결합부가 형성되고, 상기 제1결합부 및 제2결합부를 사이를 잇는 곡면부가 형성됨과 동시에 상기 곡면부의 중간지점에는 곡면부의 길이방향으로 타원형의 관통홀이 형성되는 'S'가 구조의 진동저감 플레이트와,
    상기 진동저감 플레이트의 수분에 의한 부식을 방지함과 동시에 강성 및 탄성력이 보완되도록 하기 위해 상기 진동저감 플레이트와 대응되는 형상으로 제단되어 상기 진동저감 플레이트의 내/외 측면에 부착되는 카본 시트와,
    상기 진동저감 플레이트의 관통홀에 삽입되고, 양단이 각각 제1결합부 및 제2결합부 측에 회동 가능하도록 연결됨과 동시에 유압에 의해 길이조절이 가능한 유압식 피스톤과, 상기 유압식 피스톤의 외측에 형성되어 유압식 피스톤의 수직방향의 지지력을 보완하는 스프링으로 구성되는 진동저감 댐퍼와,
    상기 진동저감 댐퍼의 유압식 피스톤의 양단과 회동 가능하도록 연결되는 한쌍의 수직플레이트가 형성되고, 상기 제1체결홀들과 대응되는 제2체결홀들이 형성되어 상기 진동저감 플레이트의 제1결합부 및 제2결합부와 함께 상기 제1고정플레이트 및 제2고정플레이트에 각각 고정되는 수평플레이트로 형성됨으로써 'ㅠ(ㅛ)' 형태를 갖는 한 쌍의 연결브라켓을 포함하여 구성되며,
    상기 센서부는,
    상기 제1고정플레이트 상에 형성되며, 상면에 복수개의 요철이 적어도 서로 다른 높이로 형성된 제1반사부재와, 상기 제1반사부재와 대향되는 위치의 제2고정플레이트 상에 형성되는 제1거리센서로 구성되어 상기 포스트의 좌우 위치변형을 모니터링 하기 위한 제1센서부, 및
    상기 제1고정플레이트 상에 형성되며, 상면이 편평하도록 형성된 제2반사부재와, 상기 제2반사부재와 대향되는 위치의 제2고정플레이트 상에 형성되는 제2거리센서로 구성되어 상기 포스트의 상하 위치변형을 모니터링 하기 위한 제1센서부를 포함하여 구성되며,
    상기 커버부는,
    스틸재질로 형성되며, 상기 제1고정플레이트와 제2고정플레이트 사이의 거리보다 작게 형성되어 제1고정플레이트 상에 고정됨으로써 상기 진동저감부의 둘레를 부분적으로 커버하는 제1커버, 및
    연질의 재질로 형성되며, 상기 제1커버와 제2고정플레이트의 사이의 공간을 밀폐하도록 형성되어 상기 진동저감부로 이물질의 침투를 방지하는 제2커버로 구성되는 것을 특징으로 하는 내진보강 구조물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 카본 시트는 플랙서블한 수지와 카본 나노튜브를 혼합하여 제조되는 플랙시블한 카본 나노튜브 시트인 것을 특징으로 하는 내진보강 구조물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1센서부는
    상기 제1거리센서의 조사점이 제1반사부재의 중앙지점의 요철과 일치되도록 형성된 상태에서 포스트의 좌우 변형시 서로 다른 높이로 형성된 인접한 요철로 조사점이 변경됨에 따라 제1거리센서에 의한 데이터 값이 변화됨으로써 포스트의 좌우 변형이 모니터링 되는 것을 특징으로 하는 내진보강 구조물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 제1고정플레이트와 상기 제2고정플레이트 사이에 복수개가 형성되어 포스트의 세부 위치변형의 모니터링이 이루어지는 특징으로 하는 내진보강 구조물.
  5. 청구항 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 따른 내진보강 구조물을 이용하여 건물의 내진성을 보강하는 건물의 내진보강 방법.

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