KR101907201B1 - 제진장치(점성댐퍼)와 프레임을 이용한 내진보강공법 - Google Patents

제진장치(점성댐퍼)와 프레임을 이용한 내진보강공법 Download PDF

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    • F16F2238/00—Type of springs or dampers
    • F16F2238/04—Damper

Abstract

본 발명은 제진장치에 있어서, 상호 접하도록 세로프레임과 가로프레임으로 이루어진 프레임; 상기 세로프레임과 가로프레임이 접하는 부분 중 선택된 하나 이상에 설치되는 브라켓; 상기 브라켓 중 선택된 하나 이상의 브라켓에 일단이 회동 가능하도록 결합되는 토글; 및 상기 브라켓 중 선택된 하나의 브라켓에 일단이 회동 가능하도록 결합되며, 건축물의 변위에 대한 제진 작용을 하는 점성댐퍼;를 포함하여 구성되되, 상기 토글과 점성댐퍼 각각의 타단은 상호 회동 가능하도록 접합점으로 연결되는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제진장치를 이용한 내진보강공법에 있어서, 다수 개의 관통공이 형성된 세로프레임과 가로프레임을 준비하는 사전준비단계; 벽면을 천공하여 다수 개의 통공을 형성하는 벽면천공단계; 관통공과 통공을 통해 벽면에 세로프레임과 가로프레임을 결합하는 프레임 설치단계; 상기 세로프레임과 가로프레임이 접하는 부분 중 선택된 부분에 다수 개의 브라켓을 각각 결합하는 브라켓 설치단계; 상기 브라켓 중 선택된 한 쌍의 브라켓 각각에 일단이 회동 가능하도록 결합되며, 타단은 접합점에 의해 연결되도록 한 쌍의 토글을 결합하는 토글 설치단계; 및 상기 브라켓 중 선택된 하나의 브라켓에 일단이 회동 가능하도록 결합되며, 타단은 상기 접합점에 의해 연결되도록 점성댐퍼를 결합하는 점성댐퍼 설치단계;를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

제진장치(점성댐퍼)와 프레임을 이용한 내진보강공법{SEISMIC REINFORCEMENT METHOD USING SEISMIC DEVICE(VISCOUS DAMPER) AND FRAME}
본 발명은 지진에너지를 흡수 및 소산시키는 제진장치와 프레임을 이용한 내진보강공법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 점성댐퍼, 상기 점성댐퍼와 변형을 증폭하는 한 쌍의 토글 및 구조물에 맞춤 제작된 프레임을 포함하여 구성됨으로써, 불규칙 반복 지진에너지에 대응하여 안정된 소성변형 경로를 확보하고, 탄성강성 및 소성변형능력이 우수하여 지진에너지 흡수율이 증가하며, 구조물의 층간에 자유롭게 분산 배치할 수 있어 건물의 기초골격 및 기둥에 가해지는 하중을 저감시킴과 동시에 보강 개수를 최소화할 수 있는 제진장치와 프레임을 이용한 내진보강공법에 관한 것이다.
일반적으로, 주택, 빌딩 아파트 등과 같은 건축물은 설계 시 지진을 견딜 수 있는 내진설계가 함께 수반되어 건설된다.
그러나 시간이 경과하면서 내진설계규정에 대한 규정과 법에 대한 개정이 지속적으로 이루어지고 있음에도, 새로운 규정과 법의 도입 이전에 건설된 과거의 건축물들은 지진에 대한 영향을 고려하지 않은 채 건설됨에 따라, 내진 성능을 제대로 발휘하지 못해 안전사고에 취약한 문제점이 있다.
이에, 건축물에 예상치 못한 지진이 발생할 경우, 붕괴 및 파손으로 인한 직접적인 피해뿐만 아니라 인사사고 발생률도 크게 증가하여 안전사고 발생에 매우 취약한 문제점이 있다.
부연하면, 과거에 건설된 건축물을 신설된 규정과 법에 맞추어 재건설 하면 내진 보강에 대한 해결책을 제시할 수는 있으나, 재건설에 따른 경제적, 사회적 손실의 피해가 클 것으로 예상된다.
따라서 과거에 건설된 건축물의 재시공이 이루어지지 않도록 하는 방법 내에서 기존 건축물 및 신축 건축물에 내진보강을 통하여 지진에 의한 피해를 최소화할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.
등록특허공보 제10-1547109호(2015.08.19.) 등록특허공보 제10-1484087호(2015.01.13.) 등록특허공보 제10-1278136호(2013.06.18.) 등록특허공보 제10-1460625호(2014.11.05.)
본 발명은 위와 같은 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 점성댐퍼, 상기 점성댐퍼와 변형을 증폭하는 한 쌍의 토글 및 구조물에 맞춤 제작된 프레임을 포함하여 구성됨으로써, 불규칙 반복 지진에너지에 대응하여 안정된 소성변형 경로를 확보하고, 탄성강성 및 소성변형능력이 우수하여 지진에너지 흡수율이 증가하며, 구조물의 층간에 자유롭게 분산 배치할 수 있어 건물의 기초골격 및 기둥에 가해지는 하중을 저감시킴과 동시에 보강 개수를 최소화할 수 있는 제진장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 점성댐퍼가 장시간 제기능 수행을 위한 스테인리스강(stainless steel) 등과 같은 내구성이 우수한 재질로 제작되며, 유체는 불활성, 불연성 및 무독성 유체가 사용되고, 장기간 사용에도 안정된 실리콘오일이 사용되며, 유체의 누출을 단속함으로써, 종래 오일댐퍼로 사용되어왔던 제진장치가 오일의 누수로 인해 제기능을 수행하지 못하는 문제점을 미연에 방지할 수 있는 제진장치를 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 제진장치는 상호 접하도록 세로프레임과 가로프레임으로 이루어진 프레임; 세로프레임과 가로프레임이 접하는 부분 중 선택된 하나 이상에 설치되는 브라켓; 브라켓 중 선택된 하나 이상의 브라켓에 일단이 회동 가능하도록 결합되는 토글; 및 브라켓 중 선택된 하나의 브라켓에 일단이 회동 가능하도록 결합되며, 건축물의 변위에 대한 제진 작용을 하는 점성댐퍼;를 포함하여 구성되되, 토글과 점성댐퍼 각각의 타단은 상호 회동 가능하도록 접합점으로 연결되는 것을 특징으로 하는 제진장치를 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
또한, 본 발명에 따른 제진장치를 이용한 내진보강공법은 다수 개의 관통공이 형성된 세로프레임과 가로프레임을 준비하는 사전준비단계; 벽면을 천공하여 다수 개의 통공을 형성하는 벽면천공단계; 관통공과 통공을 통해 벽면에 세로프레임과 가로프레임을 결합하는 프레임 설치단계; 세로프레임과 가로프레임이 접하는 부분 중 선택된 부분에 다수 개의 브라켓을 각각 결합하는 브라켓 설치단계; 브라켓 중 선택된 한 쌍의 브라켓 각각에 일단이 회동 가능하도록 결합되며, 타단은 접합점에 의해 연결되도록 한 쌍의 토글을 결합하는 토글 설치단계; 및 브라켓 중 선택된 하나의 브라켓에 일단이 회동 가능하도록 결합되며, 타단은 접합점에 의해 연결되도록 점성댐퍼를 결합하는 점성댐퍼 설치단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 제진장치를 이용한 내진보강공법을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명은 점성댐퍼, 상기 점성댐퍼와 변형을 증폭하는 한 쌍의 토글 및 구조물에 맞춤 제작된 프레임을 포함하여 구성됨으로써, 불규칙 반복 지진에너지에 대응하여 안정된 소성변형 경로를 확보하고, 탄성강성 및 소성변형능력이 우수하여 지진에너지 흡수율이 증가하며, 구조물의 층간에 자유롭게 분산 배치할 수 있어 건물의 기초골격 및 기둥에 가해지는 하중을 저감시킴과 동시에 보강 개수를 최소화할 수 있는 효과를 보유하고 있다.
또한, 점성댐퍼가 장시간 제기능 수행을 위한 스테인리스강(stainless steel) 등과 같은 내구성이 우수한 재질로 제작되며, 유체는 불활성, 불연성 및 무독성 유체가 사용되고, 장기간 사용에도 안정된 실리콘오일이 사용되며, 유체의 누출을 단속함으로써, 종래 오일댐퍼로 사용되어왔던 제진장치가 오일의 누수로 인해 제기능을 수행하지 못하는 문제점을 미연에 방지할 수 있는 효과를 보유하고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제진장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 제진장치에서 각 구성을 나탄낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 제진장치에서 점성댐퍼를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 제진장치가 설치된 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 제진장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 제진장치에서 보조보강부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 제진장치를 이용한 내진보강공법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제진장치를 이용한 내진보강공법의 시공순서를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항, 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
먼저, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 방향(예를 들어 "전", "후", "좌", "우", "위", "아래", "상", "하", "횡", "종", "정면", "배면", "일측", "타측", "내측" 및 "외측") 등과 같은 용어들에 관하여 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않으며, 이러한 방향의 기재는 첨부된 도면을 참조하여 구성간의 설명을 용이하게 하기 위함을 밝혀둔다.
본 발명에 따른 제진장치 및 이를 이용한 내진보강공법는 내진보강이 필요한 학교, 교량, 빌딩 등의 다양한 건축물에 사용되는 것으로, 점성댐퍼(400), 상기 점성댐퍼(400)와 변형을 증폭하는 한 쌍의 토글(300) 및 구조물에 맞춤 제작된 프레임(100)을 포함하여 구성됨으로써, 불규칙 반복 지진에너지에 대응하여 안정된 소성변형 경로를 확보하고, 탄성강성 및 소성변형능력이 우수하여 지진에너지 흡수율이 증가하며, 구조물의 층간에 자유롭게 분산 배치할 수 있어 건물의 기초골격 및 기둥에 가해지는 하중을 저감시킴과 동시에 보강 개수를 최소화할 수 있는 제진장치 및 이를 이용한 내진보강공법에 관한 것이다.
먼저, 본 명세서에서 건축물 및 구조물은 내진보강을 요하는 다양한 건축 구조물 등을 의미하는 것으로, 특정한 형태 및 구조를 한정하지 않으며, 본 발명에 따른 제진장치의 설치가 가능한 건축 구조물을 의미한다.
또한, 건축물이나 구조물의 기둥 및 벽면 등은 본 발명에 따른 제진장치 및 이를 이용한 내진보강공법을 용이하게 설명하기 위해 도면에 도시한 것으로, 특별한 형태나 구조 또는 재질 등을 한정하지 않았음을 밝혀둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 제진장치 및 이를 이용한 내진보강공법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제진장치를 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 제진장치에서 각 구성을 나탄낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 제진장치에서 점성댐퍼를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 제진장치가 설치된 예를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 제진장치는 다양한 건축물에 설치되어, 지진 발생시, 지진에너지를 감소시켜 구조물의 비틀림 현상을 안정적으로 흡수하여 피해를 최소화할 수 있도록 하는 것으로, 프레임(100), 브라켓(200), 토글(300) 및 점성댐퍼(400)를 포함하여 구성된다.
프레임(100)은 기존 건축물이나 신축 건축물 등 다양한 건축물에 설치되어 내진보강을 위한 전체적인 구조의 기초(틀)를 마련하도록 설치되는 것으로, 후술되는 브라켓(200), 토글(300) 및 점성댐퍼(400)가 안정되게 설치되도록 하며, 세로프레임(110) 및 가로프레임(120)을 포함하여 구성된다.
이러한 프레임(100)은 첨부된 도면을 참조하여 설명하면, H형강(H-beam)으로 이루어지는 것이 바람직하며, 세로프레임(110)과 가로프레임(120) 각각은 건축물에 설치가 용이하도록 다수개의 관통공(132)이 형성될 수 있다.
세로프레임(110)은 프레임(100) 구조에서 상, 하측으로 길게 형성되어 건축물의 기둥에 설치되는 것으로, 건축물의 기둥을 천공하여 형성된 통공(131)에 접착식 앵커(111)에 의해 결합된다.
이러한 세로프레임(110)은 상, 하측 길이방향으로 상기 통공(131)에 대응되는 관통공(132)이 다수 개 형성되되, 다수 개 형성된 관통공(132)은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 지그재그 형태로 형성될 수 있다.
이는, 다수 개의 관통공(132)이 연단거리를 확보할 수 있도록 함으로써, 세로프레임(110)이 좌, 우 폭은 좁고 상, 하측으로 길게 형성되어 건축물에 결합되기 때문에 하중에 의한 인장응력 영향을 많이 받게 되면, 세로프레임(110) 일부분이 외측으로 휘어지는 힘에 저항하는 힘을 발생시켜 상기 세로프레임(110)이 휘어짐에 따라 발생되는 문제점을 미연에 방지하는데 목적이 있다.
즉 다수개의 관통공(132)이 세로프레임(110)의 좌, 우측 방향으로 동일한 선상에 형성되면, 인장응력 영향으로 세로프레임(110) 일부가 외측으로 휘려는 성질에 의해 동일선상에 위치한 다수개의 관통공(132)이 세로프레임(110) 단면상 동일한 면에 다수 개 형성됨에 따라, 휘어짐에 따른 파단점 역할을 하여 세로프레임(110)이 파손되거나 또는 절단되도록 하는 문제점을 미연에 방지할 수 있도록 한다.
이때, 세로프레임(110)과 건축물 기둥과의 결합은 상기 기둥에 형성된 통공(131)과 세로프레임(110)에 형성된 가로프레임(120)의 관통공(132)에 접착식 앵커(111)를 이용하여 결합되도록 할 수 있다.
이러한 접착식 앵커(111)는 콘크리트로 이루어진 벽면에 강철이나 빔 등 강철 구조물을 연결하는 기능을 수행하는 것으로, 관통공(132)과 통공(131)에 순차적으로 삽입되어, 내부에서 수지계 접착제가 경화됨으로써, 체결된 볼트가 굳게 되고, 이에, 건축물의 기둥에 세로프레임(110)이 견고하게 결합되도록 할 수 있다.
가로프레임(120)은 프레임(100) 구조에서 좌, 우측으로 길게 형성되어 건축물의 벽면에 설치되는 것으로, 건축물의 벽면을 천공하여 형성된 통공(131)에 앵커 볼트(121)에 의해 결합된다.
이러한 가로프레임(120)은 좌, 우측 길이방향으로 상기 통공(131)에 대응되는 관통공(132)이 다수 개 형성되되, 다수 개 형성된 관통공(132)은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 지그재그 형태로 형성될 수 있다.
나아가, 가로프레임(120)은 세로프레임(110)의 상측과 하측에 연결되어 상기 세로프레임(110)과 가로프레임(120)이 상호간에 접하도록 구성된다.
이때, 가로프레임(120)과 건축물의 벽면 결합은 상기 벽면에 형성된 통공(131)과 가로프레임(120)에 형성된 가로프레임(120)의 관통공(132)에 앵커 볼트(121)를 이용하여 결합되도록 할 수 있다.
이와 같이, 세로프레임(110)과 가로프레임(120)이 건축물의 기둥과 벽면에 결합되면, 상기 세로프레임(110)과 가로프레임(120)이 인접하는 부분을 용접하여 보다 견고하게 결합되도록 할 수 있다.
설계조건에 따라, 본 발명에 따른 제진장치는 세로프레임(110)과 가로프레임(120)이 한 쌍으로 구성되어 하나의 사각형 틀이 형성되고, 하나의 사각형 틀에 후술되는 브라켓(200), 토글(300) 및 점성댐퍼(400)가 설치된 예를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 세로프레임(110) 또는 가로프레임(120) 중 선택된 하나 이상의 구성을 도면이 도시한 길이보다 길게 형성하여 다수개의 틀이 형성되도록 이루어질 수 있음은 물론이다.
일예로, 건축물의 상, 하측으로 길게 본 발명에 따른 제진장치를 설치하고자 하는 경우, 상대적으로 길이가 긴 한 쌍의 세로프레임(110)을 상, 하측으로 건축물의 기둥에 결합한 후, 상기 세로프레임(110)에 3개의 가로프레임(120)을 설치함으로써, 2개의 틀이 형성되도록 하여 후술되는 브라켓(200), 토글(300) 및 점성댐퍼(400)의 구성이 2개의 틀에 각각 설치되도록 이루어질 수 있다,.
다른 예로, 건축물의 좌, 우측으로 길게 본 발명에 따른 제진장치를 설치하고자 하는 경우, 상대적으로 긴 한 쌍의 가로프레임(120)을 좌, 우측으로 건축물의 벽면에 결합한 후, 상기 가로프레임(120)에 3개의 세로프레임(110)을 설치함으로써, 2개의 틀이 형성되도록 하여 후술되는 브라켓(200), 토글(300) 및 점성댐퍼(400)의 구성이 2개의 틀에 각각 설치되도록 이루어질 수 있다,.
브라켓(200)은 세로프레임(110)과 가로프레임(120)이 접하는 부분 중 선택된 하나 이상에 설치되는 것으로, 바람직하게는, 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 프레임(100)의 상단 양측과 하단 타측에 각각 구비될 수 있다.
이러한 브라켓(200)은 건축물에 견고하게 고정되어 결합된 프레임(100) 구조물에 후술되는 토글(300)과 점성댐퍼(400)가 회동 가능한 상태로 결합되도록 하는 기능을 수행한다.
토글(300)은 다수개의 브라켓(200) 중 선택된 하나 이상의 브라켓(200)에 일단이 회동 가능하도록 결합되며, 타단은 후술되는 토글(300)과 상호 회동 가능하도록 접합점(500)으로 연결되도록 하는 것으로, 힌지부재(310) 및 토글바(320)를 포함하여 구성된다.
바람직하게는, 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 3개의 브라켓(200) 중 프레임(100)의 상단 일측에 구비된 브라켓(200)과 하단 타측에 구비된 브라켓(200)에 각각 일단이 회동 가능하도록 결합되고, 타단은 접합점(500)에 의해 상호 회동 가능하도록 연결된다.
이러한 한 쌍의 토글(300)은 접합점(500)으로 연결되는 부분에 후술되는 점성댐퍼(400)가 연결됨으로써, 상기 점성댐퍼의 변형을 증폭하는 기능을 수행하여, 지진력에 대한 에너지를 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.
힌지부재(310)는 토글(300)의 양 끝단에 각각 구비되어, 브라켓(200)과 접합점(500)에 회동 가능하도록 결합된다.
토글바(320)는 한 쌍의 힌지부재(310) 사이에 구비된다.
이때, 토글바(320)는 한 쌍의 힌지부재(310)가 양 끝단에 탈부착 가능하도록 구성될 수 있으며, 이에, 제진장치가 설치되는 장소의 규모, 건축물의 종류와 같은 다양한 현장 여건에 따라 제진장치의 구조 또한 변형될 수 있기 때문에, 이에 유연하게 대응하여 다양한 길이의 토글(300)을 설치할 수 있도록 한다.
즉 토글바(320)의 길이를 다양하게 제작하여 설치함으로써, 제진장치의 크기가 달라지더라도 이에 대응하여 다양한 길이를 갖는 토글(300)의 설치가 가능하다.
점성댐퍼(400)는 다수개의 브라켓(200) 중 선택된 하나의 브라켓(200)에 일단이 회동 가능하도록 결합되고, 건축물의 변위에 대한 제진 작용을 하여 지진 발생시, 지진 에너지를 감쇄시키는 기능을 수행하는 것으로, 실린더의 구성으로 이루어지며, 실린더몸체(410), 실린더힌지부재(420), 어큐뮬레이터하우징(430), 리테이너(440), 피스톤로드(450), 피스톤힌지부재(460), 기밀부재(480), 제1챔버(491) 및 제2챔버(492)를 포함하여 구성된다.
이러한 점성댐퍼(400)는 일단이 브라켓(200)에 회동 가능하도록 결합되고, 토글(300)의 타단과 접합점(500)으로 연결되어 상호 회동 가능하도록 구성됨으로써, 불규칙 지진 에너지에 대응하여 소성변형 경로를 확보하고, 지진 에너지를 흡수하여 감쇄시킬 수 있다.
이때, 점성댐퍼(400)는 외부에 노출되어도 장기간 사용이 가능한 스테인리스강(stainless steel) 재질로 이루어질 수 있다.
실린더몸체(410)는 점성댐퍼(400)의 전체적인 하우징으로, 내부에 유체가 수용되는 공간을 제공한다.
실린더힌지부재(420)는 실린더몸체(410)의 일단에 구비되며, 브라켓(200)에 회동 가능하도록 결합된다.
바람직하게는, 실린더힌지부재(420)는 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 프레임(100)의 상단 타측에 구비된 브라켓(200)에 결합될 수 있다.
어큐뮬레이터하우징(430)은 실린더몸체(410) 내부의 타단에 구비되며, 유압을 축적해 두었다가 필요에 따라 방출하는 기능을 수행한다.
이때, 어큐뮬레이터하우징(430)의 일단에는 컨트롤밸브(431)가 구비될 수 있다.
이러한 컨트롤밸브(431)는 어큐뮬레이터하우징(430)에 축적된 유압이 복귀력에 의해 원래의 위치로 되돌아가는 과정에서 동작됨에 따라, 후술되는 피스톤로드(450) 및 피스톤헤드(470)의 슬라이드 이동이 가능하도록 한다.
리테이너(440)는 실린더몸체(410)의 타단에 구비되는 것으로, 실린더몸체(410)의 타단을 기밀 시키도록 결합되며, 후술되는 피스톤로드(450) 일부분이 상기 리테이너(440)를 관통하여 실린더몸체(410) 내부에서 이동 가능한 상태로 구비되도록 한다.
피스톤로드(450)는 리테이너(440)를 관통하여 실린더몸체(410)로부터 길이방향으로 슬라이드 이동되는 것으로, 지진 발생시, 압축력에 의해 상기 실린더몸체(410) 측으로 슬라이드 이동되고, 인장력에 의해 실린더몸체(410) 반대측으로 슬라이드 이동된다.
이때, 피스톤로드(450)가 실린더몸체(410) 측으로 슬라이드 이동되면, 실린더몸체(410)에 수용된 유체가 가압된다.
피스톤힌지부재(460)는 피스톤로드(450)의 타단에 연결되며, 토글(300)의 타단에 회동 가능하도록 접합점(500)과 연결된다.
피스톤헤드(470)는 피스톤로드(450)의 타단에 구비되며, 실린더몸체(410) 내부에 구비된다.
이때, 피스톤헤드(470)는 첨부된 도면을 참조하여 설명하면, 외주면이 실린더몸체(410) 내주면에 대응되는 형태로 이루어지되, 상기 피스톤헤드(470)의 외주면과 실린더몸체(410)의 내주면은 상호 이격되도록 구비되어 고리 형태의 오리피스(471)가 형성되도록 한다.
이러한 오리피스(471)는 피스톤헤드(470)를 중심으로 일측과 타측으로 구획되는 제1챔버(491)와 제2챔버(492)에 수용된 유체가 상기 오리피스(471)를 통해 유체가 이송되도록 하는 기능을 수행한다.
기밀부재(480)는 실린더몸체(410)와 실린더몸체(410) 내부의 일단에 구비되며, 실린더몸체(410)와 리테이너(440)가 인접한 부분을 밀폐시키는 기능을 수행한다.
제1챔버(491)는 첨부된 도면을 참조하여 설명하면, 피스톤헤드(470)와 기밀부재(480) 사이에 형성되는 공간으로, 내부에 유체가 수용된다.
제2챔버(492)는 첨부된 도면을 참조하여 설명하면, 어큐뮬레이터하우징(430)과 피스톤헤드(470) 사이에 형성되는 공간으로, 내부에 유체가 수용된다.
이때, 제1챔버(491)와 제2챔버(492)에 수용된 유체는 실리콘 오일로 이루어질 수 있다.
여기에서, 실리콘 오일은 불활성, 불연성 및 무독성 성질을 가지며, 장기간 사용에도 안정된 기능을 수행하는 이점이 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 점성댐퍼(400)는 지진 발생시, 압축력이 작용하면 피스톤로드(450)와 피스톤헤드(470)가 제2챔버(492) 측으로 슬라이드 이동됨에 따라, 제2챔버(492)에 수용된 유체는 오리피스(471)를 통해 제1챔버(491) 측으로 이송된다.
반대로, 인장력이 작용하면 피스톤로드(450)와 피스톤헤드(470)는 제1챔버(491) 측으로 슬라이드 이동됨에 따라, 제1챔버(491)에 수용된 유체가 제2챔버(492)로 이송되는 과정에서 고리형태의 오리피스(471)를 통과함으로써, 높은 압력을 가하는 피스톤헤드(470)가 감쇠력을 생성하게 된다.
이에, 지진 발생시, 지진 에너지에 의해 발생되는 건축물의 변위를 증폭시켜 점성댐퍼(400)가 흡수하고 감쇄시킬 수 있도록 함으로써, 건축물의 손상을 방지하고, 내진성을 강화시킬 수 있다.
즉 점성댐퍼(400), 상기 점성댐퍼(400)와 변형을 증폭하는 한 쌍의 토글(300) 및 구조물에 맞춤 제작된 프레임(100)을 포함하여 구성됨으로써, 불규칙 반복 지진에너지에 대응하여 안정된 소성변형 경로를 확보하고, 탄성강성 및 소성변형능력이 우수하여 지진에너지 흡수율이 증가하며, 구조물의 층간에 자유롭게 분산 배치할 수 있어 건물의 기초골격 및 기둥에 가해지는 하중을 저감시킴과 동시에 보강 개수를 최소화할 수 있는 효과를 보유하고 있다.
또한, 점성댐퍼(400)가 장시간 제기능 수행을 위한 스테인리스강(stainless steel) 등과 같은 내구성이 우수한 재질로 제작되며, 유체는 불활성, 불연성 및 무독성 유체가 사용되고, 장기간 사용에도 안정된 실리콘오일이 사용되며, 유체의 누출을 단속함으로써, 종래 오일댐퍼로 사용되어왔던 제진장치가 오일의 누수로 인해 제기능을 수행하지 못하는 문제점을 미연에 방지할 수 있는 효과를 보유하고 있다.
이하, 제진장치에 보조보강부(600)가 구비된 예를 도 5 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4에서 이미 설명한 구성 중 동일한 구성에 대해서는 언급하지 않거나 구체적인 설명을 생략하였음을 밝힌다.
도 5는 본 발명에 따른 제진장치의 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 제진장치에서 보조보강부를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 제진장치는 프레임(100), 브라켓(200), 토글(300) 및 점성댐퍼(400)를 포함하여 구성되되, 접합점(500)에서 토글(300) 및 점성댐퍼(400) 회동시, 지진에 따른 충격을 2차적으로 한번 더 흡수하여 지진 에너지를 감쇄시키는 보조보강부(600)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
보조보강부(600)는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 도 1 내지 도 5에서 한 쌍의 토글(300)과 점성댐퍼(400)가 상호간에 회동 가능하도록 연결하는 기능을 수행하는 하나의 접합점(500)을 분산시키되, 토글(300)과 점성댐퍼(400)가 상기 보조보강부(600)로부터 회동되는 과정에서 회동되는 방향으로 탄성지지하여 지진 에너지를 2차적으로 감쇄시키는 기능을 수행하는 것으로, 보조브라켓(610), 안내홈(620), 회동축(640) 및 탄성부재(630)를 포함하여 구성된다.
보조브라켓(610)은 도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 토글(300)과 점성댐퍼(400)가 회동 가능하도록 결합되는 것으로, 3개의 접합점(도면부호 미표시)에 의해 연결되도록 한다.
이러한 보조브라켓(610)은 전체적인 삼각형 형태로 이루어질 수 있다.
안내홈(620)은 상기 보조브라켓(610)의 정면과 배면측을 관통하는 형태로 이루어져, 토글(300)의 일단에 구비되는 회동축(640)이 삽입되어 상기 안내홈(620)을 따라 이동되도록 하는 공간을 제공한다.
이러한 안내홈(620)은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 곡선 형태로 이루어질 수 있으며, 곡선 형태의 안내홈(620)을 따라 토글(300)의 일단이 회동되도록 함으로써, 보조브라켓(610)과 토글(300) 및 점성댐퍼(400)가 상호 고정되어 결합됨에 따라 충격을 흡수하는 정도가 저하되는 것을 방지하고, 유연한 움직임에 의해 충격을 보다 효과적으로 흡수하여 감쇄시킬 수 있다.
이때, 안내홈(620)의 곡선 형태는 하나의 원에서 호(弧)를 이루는 부분으로, 원의 중심점은 보조브라켓(610)의 중심점과 동일하게 이루어질 수 있다.
탄성부재(630)는 안내홈(620)의 내부 공간에 양 끝단에 각각 구비되는 것으로, 후술되는 회동축이 상기 안내홈(620)을 따라 이동되면 동시에 회동되는 과정에서 상기 회동축(640)을 탄성 지지하는 기능을 수행한다.
이때, 첨부된 도면에는 탄성부재(630)를 스프링 형태로 도시하였으나, 판 스프링, 토션 스프링 또는 이형 스프링 등 다양한 형태로 이루어질 수 있음은 물론이다.
회동축(640)은 토글(300)의 피스톤힌지부재(460)에 형성되는 것으로, 안내홈(620)에 삽입되어 상기 안내홈(620)을 접합점으로 하여 회동되는 동시에, 안내홈(620)을 따라 이동되도록 한다.
이러한 구성에 따라, 회동축(640)이 안내홈(620)을 따라 이동되는 과정에서 상기 안내홈(620) 내부 공간에 구비된 탄성부재(630)에 탄성지지됨으로써, 탄성력에 의해 점성댐퍼(400) 회동시 충격을 2차적으로 흡수하고 감쇄시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 제진장치를 이용한 내진보강공법에 대해 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 6에서 이미 서술한 내용 중 중복되는 부분은 서술하지 않았음을 밝혀둔다.
도 7은 본 발명에 따른 제진장치를 이용한 내진보강공법을 나타낸 흐름도이며, 도 8은 본 발명에 따른 제진장치를 이용한 내진보강공법의 시공순서를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 제진장치를 이용한 내진보강공법은 사전준비단계(S10), 벽면천공단계(S20), 프레임 설치단계(S30), 브라켓 설치단계(S40), 토글 설치단계(S50) 및 점성댐퍼 설치단계(S60)를 포함하여 구성된다.
사전준비단계(S10)는 제진장치의 설치를 위한 건축물의 설치 위치를 검토하고, 다수 개의 관통공(132)이 형성된 세로프레임(110)과 가로프레임(120)을 준비하는 단계이다.
즉 사전준비단계(S10)는 제진장치의 설치를 위한 제반 사항을 준비하는 사전 작업 단계이다.
벽면천공단계(S20)는 건축물의 기둥과 벽면에 세로프레임(110)과 가로프레임(120)에 각각 형성된 관통공(132)에 대응되는 통공(131)을 천공하는 단계이다.
이때, 통공(131)은 접착식 앵커(111) 또는 앵커 볼트(121)가 견고하게 설치될 수 있도록 천공하여 형성되되, 연단거리를 확보하여 지그재그 형태로 천공되어 형성될 수 있다.
바람직하게는, 벽면천공단계(S20)에서 통공(131)의 천공이 이루어지면, 천공된 공간에 물이나 에어(air)와 같은 유체를 삽입시키거나 솔 등을 삽입시켜 천공시 발생된 잔여물이 배출되도록 한다.
이에, 접착식 앵커(111) 또는 앵커 볼트(121)와의 체결력을 향상시켜 건축물에 프레임(100)이 보다 견고하게 결합되도록 할 수 있다.
프레임 설치단계(S30)는 세로프레임(110)과 가로프레임(120)에 형성된 관통공(132)과 건축물에 천공하여 형성된 통공(131)이 프레임(100)을 결합하는 단계이다.
이러한 프레임 설치단계(S30)는 건축물의 기둥에 형성된 통공(131)과 세로프레임(110)에 형성된 관통공(132)에 접착식 앵커(111)를 이용하여 상기 세로프레임(110)을 결합하고, 벽면에 형성된 통공(131)과 가로프레임(120)에 형성된 관통공(132)에 앵커 볼트(121)를 이용하여 상기 가로프레임(120)을 결합함으로써, 건축물에 프레임(100)을 견고하게 결합할 수 있다.
설계조건에 따라, 프레임 설치단계(S30)는 세로프레임(110)과 가로프레임(120)이 인접하는 부분을 용접하여 결합력이 보다 향상되도록 할 수 있다.
이때, 프레임(100)을 구성하기 위한 용접은 용접 길이 12mm 이상으로 실시하는 것이 바람직하다.
브라켓 설치단계(S40)는 세로프레임(110)과 가로프레임(120)이 접하는 부분 중 선택된 부분에 다수 개의 브라켓(200)을 각각 결합시키는 단계이다.
이때, 프레임(100)과 브라켓(200)의 결합은 각각의 구성에 대응되는 홀을 형성하고, 상기 홀을 이용하여 볼트 결합을 통해 결합되도록 하거나, 또는 용접 등에 의해 고정 결합되도록 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 브라켓(200)은 프레임(100)의 상단 양측과 하단 타측에 각각 결합되어 구성될 수 있다.
토글 설치단계(S50)는 브라켓(200) 중 선택된 한 쌍의 브라켓(200) 각각에 토글(300)의 일단이 회동 가능하도록 결합하고, 한 쌍의 토글(300) 타단을 접합점(500)에 연결되도록 하는 단계이다.
즉 토글 설치단계(S50)는 한 쌍의 토글(300)은 일단이 브라켓(200)에 각각 회동 가능한 상태로 결합하고, 타단은 접합점(500)에 의해 상호간에 회동 가능한 상태로 연결되도록 한다.
점성댐퍼 설치단계(S60)는 브라켓(200) 중 하나의 브라켓(200)에 점성댐퍼(400)의 일단이 회동 가능하도록 결합하고, 타단이 한 쌍의 토글(300)과 접합점(500)을 통해 회동 가능하도록 연결하는 단계이다.
설계조건에 따라, 주변정리 및 청소단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 주변정리 및 청소단계는 제진장치의 설치가 완료되면 주변을 정리하고 청소를 실시하는 단계이다.
이러한 공법에 따라, 본 발명에 따른 제진장치를 이용한 내진보강공법은 지진 발생시, 프레임(100)의 상부 양 끝단 모서리 부분이 좌, 우 방향으로 이동하게 되며, 프레임(100)의 운동에너지를 점성댐퍼(400)의 스트로크 변화로 에너지가 이동하게 됨으로써, 점성댐퍼(400)의 스트로크 변화로 에너지가 이동하게 됨에 따라, 지진에너지를 흡수하고 감쇄시킴으로써, 점성댐퍼(400)의 스트로크로 인하여 건축물의 비틀림 현상을 안정화시켜줄 수 있다.
또한, 프레임(100), 브라켓(200), 토글(300) 및 점성댐퍼(400)로 이루어진 제진장치의 구조가 간단하여 설치 및 유지관리에 용이한 이점이 있으며, 지진 발생 후에는 점성댐퍼(400)만 교체하여 사용이 가능함으로써, 효율성이 우수한 이점이 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 알 수 있다.
100 : 프레임 110 : 세로프레임
111 : 접착식 앵커 120 : 가로프레임
121 : 앵커 볼트 131 : 통공
132 : 관통공 200 : 브라켓
300 : 토글 310 : 힌지부재
320 : 토글바 400 : 점성댐퍼
410 : 실린더몸체 420 : 실린더힌지부재
430 : 어큐뮬레이터하우징 431 : 컨트롤밸브
440 : 리테이너 450 : 피스톤로드
460 : 피스톤힌지부재 470 : 피스톤헤드
471 : 오리피스 480 : 기밀부재
491 : 제1챔버 492 : 제2챔버
500 : 접합점 600 : 보조보강부
610 : 보조브라켓 620 : 안내홈
630 : 탄성부재 640 : 회동축

Claims (7)

  1. 제진장치에 있어서,
    상호 접하도록 세로프레임(110)과 가로프레임(120)으로 이루어진 프레임(100);
    상기 세로프레임(110)과 가로프레임(120)이 접하는 부분 중 선택된 하나 이상에 설치되는 브라켓(200);
    상기 브라켓(200) 중 선택된 하나 이상의 브라켓(200)에 일단이 회동 가능하도록 결합되는 토글(300);
    상기 브라켓(200) 중 선택된 하나의 브라켓(200)에 일단이 회동 가능하도록 결합되며, 건축물의 변위에 대한 제진 작용을 하는 점성댐퍼(400); 및
    상기 토글(300) 및 점성댐퍼(400)가 회동 가능하도록 접합점으로 연결되는 보조보강부(600);를 포함하여 구성되되,
    상기 세로프레임(110) 및 가로프레임(120)은 길이방향으로 다수개의 관통공(132)이 형성되되, 다수개 형성된 관통공(132)은 지그재그 형태로 형성되고,
    지그재그 형태의 다수개의 관통공(132)이 연단거리를 확보함으로써, 세로프레임(110) 및 가로프레임(120)이 하중에 의해 외측으로 휘어지면서 발생하는 세로프레임(110) 및 가로프레임(120)의 파손 및 절단을 방지할 수 있으며,
    건축물의 기둥에 형성된 통공(131)과 세로프레임(110)에 형성된 관통공(132)에 접착식 앵커(111)를 이용하여 상기 세로프레임(110)을 기둥에 결합하고,
    건축물의 벽면에 형성된 통공(131)과 가로프레임(120)에 형성된 관통공(132)에 앵커 볼트(121)를 이용하여 상기 가로프레임(120)을 벽면에 결합하며,
    상기 토글(300)은
    한 쌍으로 이루어져, 각각의 토글(300) 일단은 서로 다른 브라켓(200)에 회동 가능하도록 결합되고, 타단은 상기 보조보강부(600)와 접합점으로 연결되되,
    양 끝단에 각각 브라켓(200)과 접합점에 연결되는 힌지부재(310); 및
    상기 힌지부재(310) 사이를 연결하는 토글바(320);를 포함하여 구성되고,
    상기 점성댐퍼(400)는
    실린더몸체(410);
    상기 실린더몸체(410)의 일단에 구비되며, 상기 브라켓(200)에 회동 가능하도록 결합되는 실린더힌지부재(420);
    상기 실린더몸체(410) 내부의 타단에 구비되며, 유압을 축적하는 어큐뮬레이터하우징(430);
    상기 실린더몸체(410)의 타단에 구비되는 리테이너(440);
    상기 리테이너(440)를 관통하여 실린더몸체(410)로부터 길이방향으로 슬라이드 이동되는 피스톤로드(450);
    상기 피스톤로드(450)의 타단에 구비되며, 상기 보조보강부(600)에 회동 가능하도록 접합점으로 연결되는 피스톤힌지부재(460);
    상기 피스톤로드(450)의 일단에 구비되며, 실린더몸체(410) 내부에 구비되는 피스톤헤드(470);
    상기 실린더몸체(410) 내부의 일단에 구비되며, 실린더몸체(410)와 리테이너(440)가 인접한 부분을 밀폐시키는 기밀부재(480);
    상기 피스톤헤드(470)와 기밀부재(480) 사이에 형성되는 제1챔버(491); 및
    상기 어큐뮬레이터하우징(430)과 피스톤헤드(470) 사이에 형성되는 제2챔버(492);를 포함하며,
    상기 보조보강부(600)는
    상기 토글(300)과 점성댐퍼(400)가 회동 가능하도록 3개의 접합점을 포함하는 보조브라켓(610); 상기 보조브라켓(610)의 정면과 배면측을 관통하는 형태로 이루어져 회동축(640)이 삽입되어 이동되도록 하는 공간을 제공하는 안내홈(620); 상기 안내홈(620)의 내부 공간의 양 끝단에 각각 구비되어, 상기 회동축(640)이 상기 안내홈(620)을 따라 이동되면서 회동되는 과정에서 상기 회동축(640)을 탄성 지지하는 탄성부재(630); 및 상기 안내홈(620)에 삽입되어 상기 안내홈(620)을 접합점으로 하여 회동되는 동시에 안내홈(620)을 따라 이동되는 회동축(640)을 포함하고,
    상기 보조보강부(600)는 상기 토글(300) 및 점성댐퍼(400)가 안내홈(620)을 따라 이동되면서 회동되는 과정에서 상기 안내홈(620) 내부 공간에 구비된 탄성부재(630)에 탄성 지지됨으로써, 가해지는 지진에너지를 2차적으로 흡수하고 감쇄시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 제진장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1챔버(491) 및 제2챔버(492)는
    내부에 압축 실리콘 오일이 수용되는 것을 특징으로 하는 제진장치.
  6. 제진장치를 이용한 내진보강공법에 있어서,
    다수개의 관통공(132)이 형성된 세로프레임(110)과 가로프레임(120)을 준비하는 사전준비단계(S10);
    벽면을 천공하여 다수개의 통공(131)을 형성하는 벽면천공단계(S20);
    관통공(132)과 통공(131)을 통해 벽면에 세로프레임(110)과 가로프레임(120)을 결합하는 프레임 설치단계(S30);
    상기 세로프레임(110)과 가로프레임(120)이 접하는 부분 중 선택된 부분에 다수개의 브라켓(200)을 각각 결합하는 브라켓 설치단계(S40);
    상기 브라켓(200) 중 선택된 한 쌍의 브라켓(200) 각각에 일단이 회동 가능하도록 결합되며, 타단은 보조보강부(600)의 접합점에 의해 연결되도록 한 쌍의 토글(300)을 결합하는 토글 설치단계(S50); 및
    상기 브라켓(200) 중 선택된 하나의 브라켓(200)에 일단이 회동 가능하도록 결합되며, 타단은 상기 보조보강부(600)의 접합점에 의해 연결되도록 점성댐퍼(400)를 결합하는 점성댐퍼 설치단계(S60);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 제1항의 제진장치를 이용한 내진보강공법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 프레임 설치단계(S30)는
    건축물의 기둥에 형성된 통공(131)과 세로프레임(110)에 형성된 관통공(132)에 접착식 앵커(111)를 이용하여 상기 세로프레임(110)을 결합하고,
    건축물의 벽면에 형성된 통공(131)과 가로프레임(120)에 형성된 관통공(132)에 앵커 볼트(121)를 이용하여 상기 가로프레임(120)을 결합하는 것을 특징으로 하는 제진장치를 이용한 내진보강공법.
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KR20220055404A (ko) 2020-10-26 2022-05-03 (주)테크스퀘어 제진장치의 변형 흡수형 접합시스템

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KR101648149B1 (ko) * 2015-12-18 2016-08-12 주식회사 비씨피 보강프레임과 방진패드를 이용한 내진보강구조

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