KR102039438B1 - 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물에 발생하는 진동소음을 효율적으로 저감시키기 위한 방진구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 구조부재에 손실계수가 다른 2종 이상의 댐퍼를 동시에 매설한 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조는, 콘크리트 구조물에서 콘크리트 구조부재 내부에 댐퍼가 콘크리트에 둘러싸여 매설되되, 매설되는 댐퍼가, 관 내부에 폴리머가 채워진 폴리머댐퍼; 관 내부에 충격볼이 삽입된 충돌댐퍼; 관 내부에 점성유체가 채워진 점성댐퍼; 관 내부에 충격볼이 삽입되고 점성유체가 채워진 복합댐퍼; 중에서 2종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조{Anti-vibration System of Concrete Structure}

본 발명은 콘크리트 구조물에 발생하는 진동소음을 효율적으로 저감시키기 위한 방진구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 구조부재에 손실계수가 다른 2종 이상의 댐퍼를 동시에 매설한 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조에 관한 것이다.

구조물은 기둥, 보, 벽, 슬래브 등의 구조부재가 서로 연결되는데, 어느 부분에서 진동소음이 발생하면 구조부재를 타고 다른 부분으로 전달된다. 공동주택의 경우에는 보행이나 아이들의 뜀박질, 물체의 낙하, 가구 등의 이동으로 인한 소음과 진동이 이웃 세대로 전달되며, 일반 건축물의 경우에도 엘리베이터, 에스컬레이터 등 전동기가 부착된 기기 작동으로 인해 상시적인 진동이 유발되면서 전달된다. 또한 공동주택의 주변 도로, 주차장 진출입로 등에서 차량이 운행할 때나 에어컨, 발전기 등이 주택이나 빌딩 근처에서 동작할 때에도 발생하는 진동이 전달되기도 한다. 이에 따라 진동소음이 예상되는 구조물 바닥, 주차장 Ramp, 건물 내 기계실이나 공조실 바닥 등이나 도로 및 철도 인근에 건설되는 건물 등의 벽체 등에는 구조소음 및 진동을 줄이기 위한 방진구조가 필요하다.

구조물의 방진성능을 향상시키기 위한 방법의 하나로 골조의 규격을 키우는 방식이 있다. 차음성능을 가지는 구조부재의 두께를 키워 강성을 증대시키는 것이다. 하지만 이러한 방식은 구조부재의 중량 증가에 따른 자재비 상승, 공사기간 연장 등 전체적인 공사비 증대로 이어지는 단점이 있다. 진동문제를 해결하기 위한 다른 방식으로는 도로 등에 방음벽이나 흡음판을 설치하거나, 기계설비 등에 동흡진기나 방진마운트를 설치하는 방식도 있다. 한편 건축물에는 슬래브 등의 구조부재에 방진매트, 동조질량댐퍼 등을 추가로 적층하는 방진구조도 있는데, 도 1은 종래 방진구조의 일례로 특허 제10-1090973호를 보여준다. 이러한 방식들은 방진구조로 진동에너지를 소산시켜 결과적으로 구조물의 방진효과를 향상시키는 원리가 되는데, 방진구조를 기존 구조물에 부가하여 별도의 공정으로 완성하기 때문에 공사비 증대가 불가피하고 작업상 번거로움이 뒤따른다.

KR 10-1090973 B1

본 발명은 종래 구조물 방진구조의 단점을 개선하고자 개발된 것으로서, 구조부재의 중량을 증대시키지 않으면서 별도의 부가적인 공정 없이도 구조부재의 시공과 동시에 방진구조를 완성할 수 있는 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조를 제공하는데 기술적 과제가 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 콘크리트 구조물에서 콘크리트 구조부재 내부에 댐퍼가 콘크리트에 둘러싸여 매설되되, 매설되는 댐퍼로, 관 내부에 폴리머가 채워진 폴리머댐퍼; 관 내부에 충격볼이 삽입된 충돌댐퍼; 관 내부에 점성유체가 채워진 점성댐퍼; 관 내부에 충격볼이 삽입되고 점성유체가 채워진 복합댐퍼; 중에서 2종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조를 제공한다. 여기서 충돌댐퍼 또는 복합댐퍼는 올록볼록한 파형관의 볼록부에 충격볼이 위치하게 마련될 수 있으며, 콘크리트 구조부재의 콘크리트는 폴리머 콘크리트일 수 있다. 나아가 콘크리트 구조부재는 철근콘크리트 슬래브이면서 댐퍼가 슬래브 상·하부철근 사이에 위치하게 시공됨으로써 철근콘크리트 슬래브가 중공슬래브로 거동하도록 설계될 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 손실계수가 다른 2종 이상의 댐퍼를 동시에 콘크리트 구조부재 내부에 매설하는 방식으로 방진구조를 완성하기 때문에 별도의 공정 없이 구조부재의 시공과 동시에 방진구조를 시공할 수 있으며, 이로써 방진구조의 시공공정을 간소화할 수 있다. 특히 본 발명을 철근콘크리트 슬래브에 적용하는 경우에는 콘크리트 슬래브에 매설되는 댐퍼가 곧 중공부재가 될 수 있기 때문에 방진구조와 중공슬래브를 동시에 완성할 수 있다.

둘째, 손실계수가 다른 2종 이상의 댐퍼를 설치할 때 댐퍼 종류와 댐퍼의 손실계수를 쉽게 변화시킬 수 있기 때문에 본 발명은 적용할 구조부재에 작용하는 진동상황에 유연하게 대응하면서 댐퍼를 다양하게 설계하여 적용할 수 있다.

도 1은 종래 방진구조를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조의 다양한 실시예이다.
도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조에서 적용되는 충돌댐퍼 또는 복합댐퍼의 일례이다.

이하 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조의 다양한 실시예를 보여준다. 본 발명은 콘크리트 구조물의 방진구조에 관한 것으로, 콘크리트 구조물의 구조부재에 손실계수가 다른 2종 이상의 댐퍼가 동시에 매설된다는 점과, 댐퍼가 관(pipe, P) 내부에 다양한 손실계수의 매질이 채워지는 충전관구조를 가진다는 점에 특징이 있다.

구체적으로 본 발명은 콘크리트 구조물에서 콘크리트 구조부재 내부에 댐퍼가 콘크리트에 둘러싸여 매설되며, 이때 댐퍼는, 관(P) 내부에 폴리머(A)가 채워진 폴리머댐퍼(20); 관(P) 내부에 충격볼(B)이 삽입된 충돌댐퍼(30); 관(P) 내부에 점성유체(C)가 채워진 점성댐퍼(40); 관(P) 내부에 충격볼(B)이 삽입되고 점성유체(C)가 채워진 복합댐퍼(50); 중에서 2종 이상 선택된다. 본 발명에서 콘크리트 구조물은 무근콘크리트, 철근콘크리트, 철골철근콘크리트 구조물을 포함하며, 콘크리트 구조물의 구조부재는 슬래브는 물론, 벽체, 기둥, 보가 될 수 있으며, 나아가 콘크리트 구조물의 구조부재는 폴리머 콘크리트로 시공될 수 있다. 폴리머 콘크리트는 강성이 커서 진동저감에 유리하다.

충전관구조의 댐퍼에서 관(P)은 금속, 수지 등의 다양한 소재로 할 수 있으며, 다만 구조부재의 내부에 매설된다는 점과 효과적인 댐핑작용을 감안하여 구조부재의 중량을 크게 증대시키지 않는 경량성의 소재이면서 방진소재가 바람직하다. 또한 관(P)은 그 내부에 폴리머(A), 충격볼(B), 점성유체(C) 등 다양한 재료가 채워지므로 채움작업이 쉽게 진행될 수 있도록 일단부 이상이 개폐가능한 폐쇄구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 가령 일단부가 개폐뚜껑으로 나사결합하는 형태로 마련하면 적당하다.

폴리머댐퍼(20)는 관(P) 내부에 폴리머(A)가 채워지는 것인데, 여기서 폴리머(A)는 폴리머 콘크리트에 사용하는 불포화폴리에스테르수지, 에폭시수지, 비닐에스테르수지, 우레탄수지, 메틸메타크릴레이트수지 등을 바람직하게 적용할 수 있다. 폴리머댐퍼(20)의 손실계수는 대략 0.05 이하로 구현할 수 있어 1~100Hz 저주파수 대역의 구조진동을 효과적으로 제어할 수 있다.

충돌댐퍼(30)는 관(P) 내부에 충격볼(B)이 삽입되는 것인데, 충격볼(B)은 구조부재보다 단위중량이 큰 부재로 납이나 철로 된 구슬 형태로 마련하면 적당하다. 이러한 충격볼(B)은 특정 주파수 대역의 공진현상을 제어하는 역할을 한다. 충격볼(B)이 관(P) 내부에 삽입되면 충격볼(B)과 충격볼(B) 사이에 빈공간이 생기면서 공기로 채워지는데, 공기 또한 진동을 저감하는 매질이 된다. 충돌댐퍼(30)도 손실계수를 대략 0.05 이하로 구현할 수 있어 1~100Hz 저주파수 대역의 구조진동을 효과적으로 제어할 수 있다.

점성댐퍼(40)는 관(P) 내부에 점성유체(C)가 채워지는 것인데, 점성유체(C)는 폐유 등을 재활용할 수 있다. 점성댐퍼(40)는 손실계수를 대략 0.1~0.5로 구현할 수 있어 500Hz 이상의 고주파수 대역의 구조진동을 효과적으로 제어할 수 있다.

복합댐퍼(50)는 관(P) 내부에 충격볼(B)이 삽입되고 점성유체(C)가 채워지는 것인데, 충돌댐퍼(30)와 점성댐퍼(40)를 복합화한 것이 된다.

도 2(a)는 콘크리트 슬래브(10)에 폴리머댐퍼(20)와 점성댐퍼(40)가 적용된 예가 되고, 도 2(b)는 콘크리트 슬래브(10)에 폴리머댐퍼(20)와 복합댐퍼(50)가 적용된 예가 되며, 도 2(c)는 철근콘크리트 슬래브(10)에 폴리머댐퍼(20), 충돌댐퍼(30), 점섬댐퍼가 적용된 예가 된다. 댐퍼의 종류와 규격 및 구조, 댐퍼 상호 간의 배치간격 등은 적용할 구조물의 사용목적과 주변환경, 구조물에 작용하는 진동 주파수 대역 등을 고려하면서 적절히 조절하여 적용한다. 도 2와 같이 본 발명이 콘크리트 슬래브(10)에 적용된다면 댐퍼 위치에는 콘크리트가 채워지지 아니하므로 곧 중공슬래브로 완성되는데, 철근콘크리트 슬래브라면 댐퍼는 슬래브 상·하부철근(R) 사이에 위치하게 시공되어 중공슬래브로 거동하게 된다. 본 발명에서 댐퍼는 종래 중공슬래브의 중공부재와 마찬가지 방식으로 시공하면 된다.

도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조에서 적용되는 충돌댐퍼(30) 또는 복합댐퍼(50)의 일례이다. 충돌댐퍼(30)와 복합댐퍼(50)는 관(P) 내부에 충격볼(B)이 삽입되는 구조가 되는데, 도 3은 충격볼(B)의 위치를 안정적으로 고정시키기 위해 제안된 형태가 된다. 관(P)을 올록볼록한 파형관으로 형성시키고 파형관의 볼록부(P1)에 충격볼(B)이 위치하도록 제작한 것으로, 볼록부(P1)에 충격볼(B)이 갇히어 움직임이 억제된다. 이러한 충돌댐퍼(30) 또는 복합댐퍼(50)는 원형관 내부에 충격볼(B)을 동시에 삽입한 후 충격볼(B) 사이를 가압하면서 제작하거나 충격볼(B)을 하나씩 삽입한 후 가압하는 과정을 반복하면서 제작할 수 있으며, 그외 다른 제작방법도 가능하다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

10: 슬래브
20: 폴리머댐퍼 30: 충돌댐퍼
40: 점성댐퍼 50: 복합댐퍼
P: 관 P1: 볼록부
A: 폴리머 B:충격볼
C: 점성유체 R: 철근

Claims (4)

1. 삭제
2. 콘크리트 구조물에서 콘크리트 구조부재 내부에 2종 이상의 댐퍼가 콘크리트에 둘러싸여 매설되되,
   상기 댐퍼는,
   관(pipe, P) 내부에 폴리머(A)가 채워진 폴리머댐퍼(20);와, 관(P) 내부에 충격볼(B)이 삽입된 충돌댐퍼(30); 중에서 1종 이상 선택되고, 관(P) 내부에 점성유체(C)가 채워진 점성댐퍼(40);와, 관(P) 내부에 충격볼(B)이 삽입되고 점성유체(C)가 채워진 복합댐퍼(50); 중에서 1종 이상 선택되되, 상기 충돌댐퍼(30)와 복합댐퍼(50) 중에서 1종 이상 필수적으로 선택되며,
   상기 충돌댐퍼(30) 또는 복합댐퍼(50)는, 올록볼록한 파형관의 볼록부(P1)에 충격볼(B)이 위치하는 것임을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조.
3. 제2항에서,
   상기 콘크리트 구조부재의 콘크리트는, 폴리머 콘크리트인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조.
4. 제2항 또는 제3항에서,
   상기 콘크리트 구조부재는 철근콘크리트 슬래브(10)이고 상기 댐퍼는 슬래브 상·하부철근(R) 사이에 위치하게 시공되어, 상기 철근콘크리트 슬래브(10)가 중공슬래브로 거동하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 댐퍼 매설형 복합식 방진구조.

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