KR101939606B1 - 건축물의 내진보강장치 - Google Patents

건축물의 내진보강장치 Download PDF

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정원기계산업(주)
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Abstract

본 발명은 건축물의 내진보강장치에 관한 것으로, 수평방향으로 서로 이격된 한 쌍의 기둥들과 상기 한 쌍의 기둥들의 상단 및 하단을 각각 연결하는 한 쌍의 보들에 의해 정의되는 개구부에 설치되는 건축물의 내진보강장치에 있어서, 상기 개구부의 상면 및 하면에 각각 설치되는 한 쌍의 수평 부재들, 상기 한 쌍의 수평 부재들의 양단에 각각 설치되는 제1 내진 댐퍼들, 상기 제1 내진 댐퍼들 중 수직 방향으로 서로 이격된 것들 사이에 각각 설치되는 한 쌍의 수직 부재들 및 상기 개구부의 측면들과 상기 제1 내진 댐퍼들과 사이, 및 상기 개구부의 측면들과 상기 한 쌍의 수직 부재들 사이에 각각 설치되는 완충 부재들을 포함하는 건축물의 내진보강장치를 제공한다.

Description

건축물의 내진보강장치{Seismic retrofit apparatus for building}
본 발명은 건축물에 설치되는 내진보강장치에 관한 것으로, 상세하게는 건축물의 개구부에 설치되고, 건축물에 가해지는 수평 및 수직방향의 에너지를 효과적으로 흡수하여 건축물의 파괴를 방지할 수 있는 내진보강장치에 관한 것이다.
일반적으로 건축물에는 시야를 확보하고 거주자의 생활을 보다 쾌적하게 하기 위해 창문(창호), 출입문과 같은 개구부가 설치된다. 이러한 개구부는 콘크리트 건축물, 조적식 건축물을 비롯한 다양한 건축물에서 다른 부분에 비해 응력 집중이 심한 것으로 알려져 있으며, 특히, 지진, 강풍 등의 발생으로 인해 진동이 발생하는 경우, 건축물의 개구부로부터 인장균열의 발생되기 때문에 개구부가 많은 건축물은 지진이나 강풍에 매우 취약한 것으로 알려져 있다.
내진설계가 반영되지 않은 콘크리트 건축물의 경우, 내진성능이 충분치 못하여 개구부에서 기인하는 구조 손상으로 인해 지진 발생 시 큰 피해가 발생할 수 있음이 확인된 바 있다. 이러한 지진으로부터 인적 피해 및 물적 피해를 최소화하기 위해 건축물의 개구부 또는 기둥이나 보와 같은 구조부재에는 다양한 내진보강장치가 설치된다. 내진보강장치를 이용한 내진보강공법은 현재 건축물의 신축공사 및 리모델링 공사에 일반적으로 활용되고 있다.
내진보강장치가 설치된 건축물에서, 수평방향의 진동 발생 시 건축물에 가해지는 수평방향의 하중을 내진보강장치가 흡수하게 되는데, 이때 건축물 구조체와 내진보강장치의 접합부에 수평방향의 하중이 집중된다. 수평방향의 하중은 건축물을 좌우로 흔드는 하중으로서 건축물을 쉽게 붕괴시키게 된다. 지진 발생 시 붕괴되는 건축물이나 교량 등은 거의 수평방향의 하중에 의한 것이다. 특히, 노후화가 진행된 기존 건축물의 경우 장기 하중에 대한 처짐 및 강성저하가 발생할 수 있고, 내진보강장치로 구조물의 진동에너지가 원활하게 전달되지 않아 내진보강장치가 제 기능을 못하게 될 수 있으며, 구조물과 내진보강장치의 접합부에 수평방향의 하중이 집중되어 상하부 보의 전단력 증가로 균열이 발생할 수 있고, 이 때문에 건축물이 파괴될 수 있다.
이러한 점들을 고려하여 국내 등록특허 10-1573060 호에서는 '건물의 개구부 내진보강장치 및 이를 이용한 내진보강공법'을 제시하고 있으나, 다양한 진동원 및 가해지는 외력의 크기에 따라 수평 및 수직방향의 하중을 효과적으로 흡수하지 못하는 문제가 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 지진, 강풍 등에 의해 건축물에 가해지는 수평 및 수직 방향의 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있는 내진보강장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 건축물의 내진보강장치는 수평방향으로 서로 이격된 한 쌍의 기둥들과 상기 한 쌍의 기둥들의 상단 및 하단을 각각 연결하는 한 쌍의 보들에 의해 정의되는 개구부에 설치되는 건축물의 내진보강장치에 있어서, 상기 개구부의 상면 및 하면에 각각 설치되는 한 쌍의 수평 부재들; 상기 한 쌍의 수평 부재들의 양단에 각각 설치되는 제1 내진 댐퍼들; 상기 제1 내진 댐퍼들 중 수직 방향으로 서로 이격된 것들 사이에 각각 설치되는 한 쌍의 수직 부재들; 및 상기 개구부의 측면들과 상기 제1 내진 댐퍼들과 사이, 및 상기 개구부의 측면들과 상기 한 쌍의 수직 부재들 사이에 각각 설치되는 완충 부재들을 포함하되, 상기 제1 내진 댐퍼들의 각각은: 소성 변형 수단으로 이용되는 연결판; 상기 연결판의 길이 방향의 양단에 용접 접합되고, 인접한 수평 부재의 일 측면 및 인접한 완충 부재에 각각 결합하는 제1 고정판들; 및 상기 연결판의 폭 방향의 양단에 용접 접합되고, 인접한 보 및 인접한 수직 부재의 일 측면에 각각 결합하는 제2 고정판들을 포함하고, 상기 연결판 및 상기 완충 부재들은 상기 수평 방향으로 가해지는 외력의 크기에 따라 상기 연결판이 상기 완충 부재들보다 먼저 소성 변형되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 연결판은: 제1 폭을 갖는 제1 부분들; 및 상기 제1 부분들 사이에 개재되고, 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는 제2 부분을 포함하되, 상기 제2 폭 대 상기 제1 폭의 비는 0.5 내지 0.8인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 연결판의 두께는 상기 제1 부분들에서 상기 제2 부분으로 갈수록 점점 작아지는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 완충 부재들의 각각은: 상기 수평 방향으로 서로 이격된 평판부들; 및 상기 평판부들의 양단을 각각 연결하는 곡면부들을 포함하되, 일 단면의 관점에서, 상기 곡면부들은 상기 평판부들로부터 멀어지는 수직 방향으로 볼록하되, 상기 곡면부들의 곡률 반경은 상기 평판부들 사이의 이격거리보다 크고, 상기 이격거리의 두배 값보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 연결판의 길이는 상기 이격거리보다 크고, 상기 연결판의 제1 두께는 상기 곡면부들의 제2 두께보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 수직 부재들의 각각은, 제1 서브 수직 부재, 제2 서브 수직 부재, 및 상기 제1 및 제2 서브 수직 부재들 사이의 제2 내진 댐퍼를 포함하고, 상기 제2 내진 댐퍼는 상기 제1 내진 댐퍼와 동일한 구성을 갖되, 상기 제2 내진 댐퍼의 제1 고정판들 중 하나는 상기 제1 서브 수직 부재의 일단에 연결되고, 상기 제2 내진 댐퍼의 제1 고정판들 중 다른 하나는 상기 제2 서브 수직 부재의 일단에 연결되고, 상기 제2 내진 댐퍼의 연결판은 수직 방향으로 가해지는 외력에 의한 소성 변형 수단으로 이용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 수평 부재들의 각각은, 제1 서브 수평 부재, 제2 서브 수평 부재, 및 상기 제1 및 제2 서브 수평 부재들 사이의 제3 내진 댐퍼를 포함하고, 상기 제3 내진 댐퍼는 상기 제1 내진 댐퍼와 동일한 구성을 갖되, 상기 제3 내진 댐퍼의 제1 고정판들 중 하나는 상기 제1 서브 수평 부재의 일단에 연결되고, 상기 제3 내진 댐퍼의 제1 고정판들 중 다른 하나는 상기 제2 서브 수평 부재의 일단에 연결되고, 상기 제3 내진 댐퍼의 연결판은 수평 방향으로 가해지는 외력에 의한 소성 변형 수단으로 이용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 완충 부재들과 상기 개구부의 측면들 사이에 개재되는 흡수판들을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 건축물의 내진보강장치는 지진, 강풍 등에 의한 다양한 진동원(예컨대, 수평방향의 하중 및 수직방향의 하중)에 대응 가능하고, 작은 변위(달리 얘기하면, 일정 크기 이하의 외력)에도 작용하며, 항복이 발생하기 전에는 구조물의 강성 및 내력을 증가시키고, 항복이 발생한 후에는 에너지 소산 현상이 발생하여 구조물이 부담하는 하중을 저감시켜 건축물의 파괴를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축물의 내진보강장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1의 내진보강장치의 일부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 내진 댐퍼를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 내진 댐퍼의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 완충 부재를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 곡면부의 곡률 반경을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 완충 부재의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건축물의 내진보강장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건축물의 내진보강장치를 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본원 명세서에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 본원 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때, 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축물의 내진보강장치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2는 도 1의 내진보강장치의 일부를 나타내는 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 내진 댐퍼를 나타내는 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 내진 댐퍼의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 1의 완충 부재를 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 5의 곡면부의 곡률 반경을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 도 1의 완충 부재의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3, 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 건축물의 내진보강장치(10)는 수평방향으로 서로 이격된 한 쌍의 기둥들(20)과 상기 한 쌍의 기둥들(20)의 상단 및 하단을 각각 연결하는 한 쌍의 보들(30)에 의해 정의되는 개구부(40) 내에 설치된다. 본 발명의 내진보강장치(10)는 지진, 강풍 등에 의해 건축물에 전달되는 에너지(달리 얘기하면, 수평방향의 하중 및/또는 수직방향의 하중)를 효과적으로 흡수하여 건축물이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이하 본 명세서에서, 수평방향은 한 쌍의 기둥들(20)이 서로 이격된 방향으로 정의되고, 수직방향은 한 쌍의 보들(30)이 서로 이격된 방향으로 정의될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 건축물의 내진보강장치(10)는 한 쌍의 수평 부재들(110), 한 쌍의 수직 부재들(120), 제1 내진 댐퍼들(130) 및 완충 부재들(140)을 포함할 수 있다.
한 쌍의 수평 부재들(110)은 개구부(40)의 상면 및 하면에 각각 설치될 수 있다. 예컨대, 수평 부재들(110)은 그의 상면 및 하면에 구비되는 고정홀들(110h)을 포함하며, 고정홀들(110h)을 관통하는 볼트들에 의해 보들(30)의 상면 또는 하면에 고정 설치될 수 있다. 수평 부재들(110)은 건축물의 구조적 강성을 보강할 수 있는 부재로 이루어질 수 있다. 수평 부재들(110)은 예컨대, H-빔 또는 H 형강으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 수평 부재들(110)의 측면에는 제1 내진 댐퍼들(130)과의 체결을 위한 체결홀들(110h1)이 구비될 수 있다.
제1 내진 댐퍼들(130)은 수평 부재들(110)의 길이 방향의 양단에 각각 설치될 수 있다. 제1 내진 댐퍼들(130)의 각각은 연결판(132), 제1 고정판(134) 및 제2 고정판(136)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 한 쌍의 제1 고정판들(134)이 연결판(132)의 길이 방향의 양단에 각각 용접 접합되며, 한 쌍의 제2 고정판들(136)이 연결판(132)의 폭 방향의 양단에 각각 용접 접합될 수 있다. 여기서, 연결판(132)의 길이 방향은 제1 고정판들(134)이 배치되는 방향을 의미하며, 폭 방향은 상기 길이 방향과 직교하는 방향을 의미할 수 있다. 제2 고정판들(136)은 상기 길이 방향으로 신장되어 상기 폭 방향으로 대향하는 제1 고정판들(134)의 측면들에 접할 수 있다. 연결판(132), 제1 고정판(134) 및 제2 고정판(136)의 각각은 예컨대, 강재로 이루어질 수 있다.
제1 고정판들(134) 중 하나는 인접한 수평 부재(110)의 일 측면에 결합되고, 다른 하나는 인접한 완충 부재(140)에 결합될 수 있다. 예컨대, 제1 고정판들(134)의 각각은 볼트 또는 핀의 결합을 위한 체결홀들(134h)을 구비할 수 있다. 제1 고정판들(134)은 연결판(132)의 길이 방향으로 가해지는 외력을 연결판(134)으로 전달할 수 있다. 제2 고정판들(136) 중 하나는 인접한 보(30)에 결합되고, 다른 하나는 인접한 수직 부재(110)의 일 측면에 결합될 수 있다. 제2 고정판들(136)의 각각은 볼트 또는 핀의 결합을 위한 체결홀들(136h)을 구비할 수 있다. 제2 고정판들(136)은 연결판(132)의 폭 방향으로 가해지는 외력을 연결판(132)으로 전달할 수 있다.
지진, 강풍 등에 의해 건축물에 외력이 가해질 때, 연결판(132)은 소성 변형 수단으로 이용될 수 있다, 예컨대, 연결판(132)은 그의 길이 방향(예컨대, 수평방향)으로 일정 크기(즉, 항복점 또는 항복응력) 이상의 하중이 가해질 때 소성 변형될 수 있다. 나아가, 수평 부재들(110) 및 완충 부재들(140)이 연결판(132)보다 먼저 소성 변형되는 것을 방지하기 위해, 연결판(132)은 수평 부재들(110) 및 완충 부재들(140)보다 낮은 탄성 한도를 가질 수 있다. 다른 관점에서, 수평 부재들(110) 및 완충 부재들(140)의 항복점(또는 항복응력)은 연결판(132)의 항복점보다 클 수 있다.
그 결과, 건축물에 일정 크기 이상의 외력이 작용하는 경우(구체적으로, 건축물에 가해진 수평방향의 하중이 항복점 이상으로 연결판(132)에 전달된 경우), 연결판(132)의 소성 변형으로 수평방향의 하중 에너지를 효과적으로 소산시켜 건축물의 손상 또는 파손을 방지할 수 있다. 한편, 건축물에 일정 크기 미만의 외력이 작용하는 경우(구체적으로, 건축물에 가해진 수평방향의 하중이 항복점 미만으로 연결판(132)에 전달된 경우), 완충 부재들(140)의 신축 작용에 의해 수평방향의 하중 에너지(달리 얘기하면, 진동)가 흡수되어 건축물의 손상 또는 파손이 방지될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
연결판(132)의 내력 성능 및 탄성 한도는 그의 폭 및/또는 두께의 가변에 의해 조절될 수 있다. 일 예로, 연결판(132)은 제1 고정판들(134)에 연결되는 제1 부분들(P1)과 제1 부분들(P1) 사이의 제2 부분(P2)을 포함하며, 제2 부분(P2)의 제2 폭(W2)은 제1 부분들(P1)의 제1 폭(W1) 보다 작을 수 있다. 즉, 연결판(132)의 중심부분은 다른 부분보다 작은 폭을 가질 수 있다. 그 결과, 연결판(132)은 그의 길이 방향으로 강성이 저하될 수 있다. 통상적으로 강성이 저하되면, 항복점 또한 낮아져 소성 변형이 용이하게 발생될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 폭(W2) 대 제1 폭(W1)의 비(W2:W1)는 0.5 내지 0.8 일 수 있다. 상기 비(W2:W1)가 0.5 미만인 경우, 가해지는 외력의 크기에 따라 연결판(132)의 소성 변형이 완충 부재들(140)보다 먼저 발생될 수 있고, 상기 비(W2:W1)가 0.8을 초과하는 경우 연결판(132)의 소성 변형이 용이하지 않을 수 있다. 본 예에서, 연결판(132)의 제1 두께(t1)는 일정할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 연결판(132)의 두께는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 부분(P1)에서 제2 부분(P2)으로 향할수록 점점 작아질 수 있다. 여기서, 연결판(132)의 제1 두께(t1)는 제2 부분(P2)의 최소 두께로 정의될 수 있다. 이 때, 연결판(132)의 제1 부분(P1)과 제2 부분(P2)은 상술한 바와 같은 폭의 비율을 가질 수 있다. 한편, 연결판(132)의 길이(L)는 후술할 완결 부재(140)의 평판부들(142) 사이의 이격거리(d)보다 클 수 있다.
수직 부재들(120)은 기둥(20)으로부터 이격되어, 수직방향으로 서로 이격된 제1 내진 댐퍼들(130) 사이에 설치될 수 있다. 수직 부재들(120)의 형상은 수평 부재들(110)의 형상과 동일, 유사할 수 있다. 예컨대, 수직 부재들(120)의 상면, 하면 및 측면들에는 복수의 고정홀들 또는 체결홀들이 구비될 수 있다. 수직 부재들(120)의 측면들은 제1 내진 댐퍼들(130)의 제2 고정판들(136)에 결합될 수 있다. 수직 부재들(120)은 H-빔 또는 H 형강으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
완충 부재들(140)은 제1 내진 댐퍼들(130)과 개구부(40)의 측면들 사이 및 수직 부재들(120)과 개구부(40)의 측면들 사이에 각각 설치될 수 있다. 예컨대, 완충 부재들(140)은 강재로 이루어질 수 있다. 완충 부재들(140)은 신축성을 갖도록 구성되어 건축물에 가해지는 수평방향의 진동을 흡수할 수 있다. 나아가, 완충 부재들(140)은 건축물에 수평방향의 하중이 가해질 때, 연결판(132)보다 늦게 소성 변형되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 완충 부재들의(140) 각각은 폐루프의 단면 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 완충 부재들(140)의 각각은 수평방향으로 서로 이격된 평판부들(142) 및 평판부들(142)의 양단들을 각각 연결하는 곡면부들(144)을 포함할 수 있다. 이 때, 곡면부들(144)은 평판부들(142)로부터 멀어지는 수직 방향으로 볼록할 수 있다. 평판부들(142)은 대체로 직육면체 형상을 가질 수 있으며, 볼트가 관통하는 체결홀들(142h)을 구비할 수 있다. 완충 부재(140)가 폐루프의 형상을 가짐에 따라 강성 저하가 방지될 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 곡면부들(144)은 완충 부재(140)가 충분한 신축성을 가지되, 외력의 크기에 따라 연결판(132)보다 늦게 소성 변형 가능한 곡률을 가질 수 있다. 예컨대, 도 6을 참조하면, 곡면부(144)의 곡률 반경(r)은 평판부들(142) 사이의 이격거리(d) 보다 클 수 있다. 바람직하게, 곡면부(144)의 곡률 반경(r)은 이격거리(d)보다 크되, 이격거리(d)의 두배 값보다 작을 수 있다. 곡면부(144)의 곡률 반경(r)이 이격거리(d)보다 작은 경우, 완충 부재(140)의 강성이 저하되어 소성 변형이 연결판(132)보다 먼저 발생될 수 있고, 곡면부(144)의 곡률 반경(r)이 이격거리(d)의 두배 값보다 큰 경우 완충 부재(140)의 신축성이 떨어질 수 있다. 한편, 완충 부재(140)가 연결판(132)보다 큰 강성을 갖도록 평판부들(142)의 사이의 이격거리(d)는 연결판(132)의 길이(L)보다 작고, 곡면부(144)의 제2 두께(t2)는 연결판(132)의 제1 두께(t1) 보다 큰 것이 바람직할 수 있다.
요컨대, 연결판(132) 및 완충 부재(140)가 상술한 바와 같은 구성을 가짐에 따라, 작은 규모의 지진 등에 의해 일정 크기 미만의 외력(예컨대, 수평방향의 하중)이 건축물에 가해지는 경우, 완충 부재(140)의 신축 작용에 의해 하중 에너지가 흡수되어 건축물이 보호될 수 있으며, 대규모의 지진 등에 의해 일정 크기 이상의 외력(예컨대, 수평방향의 하중)이 건축물에 가해지는 경우, 연결판(132)의 소성 변형에 의해 하중 에너지가 소산되어 건축물이 효과적으로 보호될 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예들에 따르면, 완충 부재(140)가 개구부(40)의 측면과 수직 부재(120) 사이에도 구비되어, 외력의 작용 시 수직 부재(120)의 뒤틀림을 방지할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 완충 부재(140)의 곡면부(144)는 복수의 곡면들을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 곡면부(144)는 'm' 자 형상을 이루어 3개의 곡면들을 가질 수 있다.
흡수판(150)이 완충 부재(140)와 개구부(40)의 측면들 사이에 구비될 수 있다. 흡수판(150)은 진동을 흡수할 수 있는 소재로서 연질이면서도 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 흡수판(150)은 발포탄이나 고무, 실리콘 또는 부직포와 같은 섬유소재질 수 있다. 선택적으로, 흡수판(150)은 생략될 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 건축물의 내진보강장치(10)는 지진, 강풍 등에 의한 다양한 진동원(예컨대, 수평방향의 하중 및 수직방향의 하중)에 대응 가능하고, 작은 변위(달리 얘기하면, 일정 크기 이하의 외력)에도 작용하며, 항복이 발생하기 전에는 구조물의 강성 및 내력을 증가시키고, 항복이 발생한 후에는 에너지 소산 현상이 발생하여 구조물이 부담하는 하중을 저감시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건축물의 내진보강장치를 설명하기 위한 단면도이다. 설명의 간소화를 위해, 도 1의 건축물의 내진보강장치와 중복되는 구성의 상세한 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 수직 부재들(120)의 각각은 제1 서브 수직 부재(122), 제2 서브 수직 부재(124) 및 제1 및 제2 서브 수직 부재들(122, 124) 사이의 제2 내진 댐퍼(130a)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 서브 수직 부재들(122, 124)은 H-빔 또는 H 형강으로 이루어질 수 있으며, 도 1 및 도 2의 수평 부재(110)와 동일, 유사한 형상을 가질 수 있다. 제2 내진 댐퍼(130a)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내진 댐퍼(130)와 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제1 서브 수직 부재(122)의 일단은 인접한 제1 내진 댐퍼(130)의 제2 고정판(136)에 연결되고, 타단은 제2 내진 댐퍼(130a)의 제1 고정판들(134) 중 하나에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 서브 수직 부재(124)의 일단은 인접한 제1 내진 댐퍼(130)의 제2 고정판(136)에 연결되고, 타단은 제2 내진 댐퍼(130a)의 제1 고정판들(134) 중 다른 하나에 연결될 수 있다. 개구부(40)의 측면과 인접한 제2 내진 댐퍼(130a)의 제2 고정판(136)에는 완충 부재(140)의 평면부(142)가 연결될 수 있다. 그 외 구성은 도 1 내지 7을 참조하여 설명한 바와 동일, 유사할 수 있다.
지진, 강풍 등에 의해 건축물에 외력이 가해질 때, 제2 내진 댐퍼(130a)의 연결판(132)은 소성 변형 수단으로 이용될 수 있다, 예컨대, 제2 내진 댐퍼(130a)의 연결판(132)은 그의 길이 방향(예컨대, 수직방향)으로 일정 크기(즉, 항복응력 또는 항복점) 이상의 하중이 가해질 때 소성 변형될 수 있다. 그 결과, 일정 크기 이상의 외력(예컨대, 수직방향의 하중)의 작용하는 경우, 제2 내진 댐퍼(130a)의 연결판(132)의 소성 변형으로 수직방향의 하중 에너지를 효과적으로 소산시켜 건축물의 손상 또는 파손을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건축물의 내진보강장치를 설명하기 위한 단면도이다. 설명의 간소화를 위해, 도 1의 건축물의 내진보강장치 및 도 8의 건축물의 내진보강장치와 중복되는 구성의 상세한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 수평 부재들(110)의 각각은 제1 서브 수평 부재(112), 제2 서브 수평 부재(114) 및 제1 및 제2 서브 수평 부재들(112, 114) 사이의 제3 내진 댐퍼(130b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 서브 수평 부재들(112, 114)은 H-빔 또는 H 형강으로 이루어질 수 있으며, 도 1 및 도 2의 수평 부재(110)와 동일, 유사한 형상을 가질 수 있다. 제3 내진 댐퍼(130b)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내진 댐퍼(130)와 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제1 서브 수평 부재(112)의 일단은 인접한 제1 내진 댐퍼(130)의 제1 고정판(134)에 연결되고, 타단은 제3 내진 댐퍼(130b)의 제1 고정판들(134) 중 하나에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 서브 수평 부재(114)의 일단은 인접한 제1 내진 댐퍼(130)의 제1 고정판(134)에 연결되고, 타단은 제3 내진 댐퍼(130b)의 제1 고정판들(134) 중 다른 하나에 연결될 수 있다.
수직 부재들(120)의 각각은 제1 서브 수직 부재(122), 제2 서브 수직 부재(124) 및 제1 및 제2 서브 수직 부재들(122, 124) 사이의 제2 내진 댐퍼(130a)를 포함할 수 있다. 제1 서브 수직 부재(122), 제2 서브 수직 부재(124), 및 제2 내진 댐퍼(130a)에 대해서는 도 8을 참조하여 설명하였으므로 생략한다. 그 외 구성은 도 1 내지 7을 참조하여 설명한 바와 동일, 유사할 수 있다.
지진, 강풍 등에 의해 건축물에 외력이 가해질 때, 제3 내진 댐퍼(130b)의 연결판(132)은 소성 변형 수단으로 이용될 수 있다, 예컨대, 제3 내진 댐퍼(130b)의 연결판(132)은 그의 길이 방향(예컨대, 수평방향)으로 일정 크기(즉, 항복응력 또는 항복점) 이상의 하중이 가해질 때 소성 변형될 수 있다. 그 결과, 일정 크기 이상의 외력(예컨대, 수평방향의 하중)의 작용하는 경우, 제1 내진 댐퍼(130)의 연결판(132) 및 제3 내진 댐퍼(130b)의 연결판(132)의 소성 변형으로 수평방향의 하중 에너지를 더욱 효과적으로 소산시켜 건축물의 손상 또는 파손을 방지할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 내진보강장치 20: 기둥
30: 보 40: 개구부
110: 수평 부재 120: 수직 부재
130, 130a, 130b: 제 1 내지 제3 내진 댐퍼
140: 완충 부재 150: 흡수판

Claims (8)

  1. 수평방향으로 서로 이격된 한 쌍의 기둥들과 상기 한 쌍의 기둥들의 상단 및 하단을 각각 연결하는 한 쌍의 보들에 의해 정의되는 개구부에 설치되는 건축물의 내진보강장치에 있어서,
    상기 개구부의 상면 및 하면에 각각 설치되는 한 쌍의 수평 부재들;
    상기 한 쌍의 수평 부재들의 양단에 각각 설치되는 제1 내진 댐퍼들;
    상기 제1 내진 댐퍼들 중 수직 방향으로 서로 이격된 것들 사이에 각각 설치되는 한 쌍의 수직 부재들; 및
    상기 개구부의 측면들과 상기 제1 내진 댐퍼들과 사이, 및 상기 개구부의 측면들과 상기 한 쌍의 수직 부재들 사이에 각각 설치되는 완충 부재들을 포함하되,
    상기 제1 내진 댐퍼들의 각각은:
    소성 변형 수단으로 이용되는 연결판;
    상기 연결판의 길이 방향의 양단에 용접 접합되고, 인접한 수평 부재의 일 측면 및 인접한 완충 부재에 각각 결합하는 제1 고정판들; 및
    상기 연결판의 폭 방향의 양단에 용접 접합되고, 인접한 보 및 인접한 수직 부재의 일 측면에 각각 결합하는 제2 고정판들을 포함하고,
    상기 연결판 및 상기 완충 부재들은 상기 수평 방향으로 가해지는 외력의 크기에 따라 상기 연결판이 상기 완충 부재들보다 먼저 소성 변형되도록 구성되고,
    상기 연결판은:
    제1 폭을 갖는 제1 부분들; 및
    상기 제1 부분들 사이에 개재되고, 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는 제2 부분을 포함하되,
    상기 제2 폭 대 상기 제1 폭의 비는 0.5 내지 0.8이고,
    상기 연결판의 두께는 상기 제1 부분들에서 상기 제2 부분으로 갈수록 점점 작아지는 것을 특징으로 하는 건축물의 내진보강장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 수평방향으로 서로 이격된 한 쌍의 기둥들과 상기 한 쌍의 기둥들의 상단 및 하단을 각각 연결하는 한 쌍의 보들에 의해 정의되는 개구부에 설치되는 건축물의 내진보강장치에 있어서,
    상기 개구부의 상면 및 하면에 각각 설치되는 한 쌍의 수평 부재들;
    상기 한 쌍의 수평 부재들의 양단에 각각 설치되는 제1 내진 댐퍼들;
    상기 제1 내진 댐퍼들 중 수직 방향으로 서로 이격된 것들 사이에 각각 설치되는 한 쌍의 수직 부재들; 및
    상기 개구부의 측면들과 상기 제1 내진 댐퍼들과 사이, 및 상기 개구부의 측면들과 상기 한 쌍의 수직 부재들 사이에 각각 설치되는 완충 부재들을 포함하되,
    상기 제1 내진 댐퍼들의 각각은:
    소성 변형 수단으로 이용되는 연결판;
    상기 연결판의 길이 방향의 양단에 용접 접합되고, 인접한 수평 부재의 일 측면 및 인접한 완충 부재에 각각 결합하는 제1 고정판들; 및
    상기 연결판의 폭 방향의 양단에 용접 접합되고, 인접한 보 및 인접한 수직 부재의 일 측면에 각각 결합하는 제2 고정판들을 포함하고,
    상기 연결판 및 상기 완충 부재들은 상기 수평 방향으로 가해지는 외력의 크기에 따라 상기 연결판이 상기 완충 부재들보다 먼저 소성 변형되도록 구성되고,
    상기 완충 부재들의 각각은:
    상기 수평 방향으로 서로 이격된 평판부들; 및
    상기 평판부들의 양단을 각각 연결하는 곡면부들을 포함하되,
    일 단면의 관점에서, 상기 곡면부들은 상기 평판부들로부터 멀어지는 수직 방향으로 볼록하되,
    상기 곡면부들 각각의 곡률 반경은 상기 평판부들 사이의 이격거리보다 크고, 상기 이격거리의 두배 값보다 작은 것을 특징으로 하는 건축물의 내진보강장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연결판의 길이는 상기 이격거리보다 크고,
    상기 연결판의 제1 두께는 상기 곡면부들의 제2 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 건축물의 내진보강장치.
  6. 수평방향으로 서로 이격된 한 쌍의 기둥들과 상기 한 쌍의 기둥들의 상단 및 하단을 각각 연결하는 한 쌍의 보들에 의해 정의되는 개구부에 설치되는 건축물의 내진보강장치에 있어서,
    상기 개구부의 상면 및 하면에 각각 설치되는 한 쌍의 수평 부재들;
    상기 한 쌍의 수평 부재들의 양단에 각각 설치되는 제1 내진 댐퍼들;
    상기 제1 내진 댐퍼들 중 수직 방향으로 서로 이격된 것들 사이에 각각 설치되는 한 쌍의 수직 부재들; 및
    상기 개구부의 측면들과 상기 제1 내진 댐퍼들과 사이, 및 상기 개구부의 측면들과 상기 한 쌍의 수직 부재들 사이에 각각 설치되는 완충 부재들을 포함하되,
    상기 제1 내진 댐퍼들의 각각은:
    소성 변형 수단으로 이용되는 연결판;
    상기 연결판의 길이 방향의 양단에 용접 접합되고, 인접한 수평 부재의 일 측면 및 인접한 완충 부재에 각각 결합하는 제1 고정판들; 및
    상기 연결판의 폭 방향의 양단에 용접 접합되고, 인접한 보 및 인접한 수직 부재의 일 측면에 각각 결합하는 제2 고정판들을 포함하고,
    상기 연결판 및 상기 완충 부재들은 상기 수평 방향으로 가해지는 외력의 크기에 따라 상기 연결판이 상기 완충 부재들보다 먼저 소성 변형되도록 구성되고,
    상기 한 쌍의 수직 부재들의 각각은, 제1 서브 수직 부재, 제2 서브 수직 부재 및 상기 제1 및 제2 서브 수직 부재들 사이의 제2 내진 댐퍼를 포함하고,
    상기 제2 내진 댐퍼는 상기 제1 내진 댐퍼와 동일한 구성을 갖되,
    상기 제2 내진 댐퍼의 제1 고정판들 중 하나는 상기 제1 서브 수직 부재의 일단에 연결되고, 상기 제2 내진 댐퍼의 제1 고정판들 중 다른 하나는 상기 제2 서브 수직 부재의 일단에 연결되고,
    상기 제2 내진 댐퍼의 연결판은 수직 방향으로 가해지는 외력에 의한 소성 변형 수단으로 이용되는 것을 특징으로 하는 건축물의 내진보강장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 수평 부재들의 각각은, 제1 서브 수평 부재, 제2 서브 수평 부재 및 상기 제1 및 제2 서브 수평 부재들 사이의 제3 내진 댐퍼를 포함하고,
    상기 제3 내진 댐퍼는 상기 제1 내진 댐퍼와 동일한 구성을 갖되,
    상기 제3 내진 댐퍼의 제1 고정판들 중 하나는 상기 제1 서브 수평 부재의 일단에 연결되고, 상기 제3 내진 댐퍼의 제1 고정판들 중 다른 하나는 상기 제2 서브 수평 부재의 일단에 연결되고,
    상기 제3 내진 댐퍼의 연결판은 수평 방향으로 가해지는 외력에 의한 소성 변형 수단으로 이용되는 것을 특징으로 하는 건축물의 내진보강장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 완충 부재들과 상기 개구부의 측면들 사이에 개재되는 흡수판들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물의 내진보강장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101278613B1 (ko) * 2012-11-29 2013-06-25 비코비엔주식회사 핀접합파단 철골프레임에 의한 구조물 개구부의 내진보강구조
KR101654772B1 (ko) * 2016-01-22 2016-09-06 주식회사 비씨피 패널존 보강과 탄성력을 이용한 내진보강장치 및, 이를 이용한 내진보강공법
KR101785877B1 (ko) * 2016-12-08 2017-11-15 (주)한국방재기술 H형 강재 댐퍼

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