KR102058652B1 - 면진블록 및 이를 이용한 내진-면진 벽체 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 허용 범위를 넘는 지진력 도달시 내부 구조 변형을 통해 건축물 구조체에 작용하는 지진력을 소산키는 면진블록 및 이를 이용한 내진-면진 벽체 구조에 관한 것이다.
본 발명은 「상·하벽과 양 측벽으로 둘러싸여 있으며 전후 방향으로 트여있고, 하벽 내측면 중앙에 전후방향으로 라인홈이 형성된 외곽 프레임; 상기 외곽 프레임의 상단 양측 인코너 라인을 따라 내부 중심을 향해 대각선으로 돌출 형성된 상방 서포트; 하단이 상기 라인홈에 삽입되어 수직으로 설치된 하방 서포트; 및 전후방향으로 길이를 갖도록 뉘여진 원기둥형 부재로서, 외주연이 상기 상방 서포트와 하방 서포트의 각 말단에 접하여 정착되는 진동전달부재; 를 포함하며, 좌우방향으로 허용값을 초과하는 외력이 가해지는 경우 상기 하방 서포트가 설치 상태에서 이탈하도록 구성된 면진블록」을 제공한다.

Description

면진블록 및 이를 이용한 내진-면진 벽체 구조{Seismic isolation block and earthquake seismic resistance-isolation wall structure using the same}
본 발명은 허용 범위를 넘는 지진력 도달시 내부 구조 변형을 통해 건축물 구조체에 작용하는 지진력을 소산키는 면진블록 및 이를 이용한 내진-면진 벽체 구조에 관한 것이다.
건축물의 내진 보강을 위해서는 보와 기둥으로 둘러싸인 영역에 보강벽을 신설하거나 증설할 수 있다(공개특허 2012-0094973, 등록특허 1089322 등). 이렇게 보강벽을 신설하거나 증설하는 것은 건축물의 허용 지진하중을 높이는 방법이지만 기존의 내력부재(기존 보, 기둥, 내력벽 등)과 보강벽을 일체화시키는 것이므로 허용 하중을 초과하는 지진력 작용시 기존 내력부재와 보강벽이 일체 거동하여 점진적 붕괴가 아닌 동시적 파괴에 이를 수 있다.
또한, 기존 벽체에 브레이스, 플레이트, 댐퍼 등으로 이루어진 프레임을 덧대는 방식을 적용할 수 있다(등록록특허 10-0983638 등). 다만, 위와 프레임을 덧대어 벽체를 보강하는 경우 보강된 벽체가 기존의 다른 구조체 보다 허용 허중이 높아져, 지진 발생시 보강된 프레임만이 건재하고 나머지 내력부재(기둥, 보 등)가 먼저 파괴될 수 있다.
또한, 지진에 특별히 취약한 비내력벽의 강성을 향상시키는 방법은 비내력벽 강화에 효과적일 뿐 건축물 내력부재에 대한 긍정적 효과를 기대하기는 어렵다(등록특허 10-1787375 등). 블록벽을 기존 구조체와 일체화시켜 하중을 분담시키는 방법도 있으나 이 역시 기존의 내력부재와 블록벽을 일체화시키는 것이므로 허용 하중을 초과하는 지진력 작용시 건축물이 전체적으로 파괴된다.(일본 공개특허공보 2016-108911, 일본 등록특허 5702169호 등)
한편, 최근에는 건축물에 전달되는 지진력을 감소시키는 면진구조가 다수 개발되어 있다. 이중 공개특허 2019-0030562는 벽체용 블록에 적용할 수 있는 기술을 제공한다. 그러나 공개특허 2019-0030562는 블록구조를 통한 채광 및 시야확보에 기여할 수는 없으며, 지진력에 의한 블록 파손시 파손된 블록을 새로 축조해야 한다.
1. 공개특허 2012-0094973 "고인성시멘트복합체 패널을 이용한 내진보강구조" 2. 등록특허 1089322 "기설 조적 벽체의 비철거형 친환경 내진보강공법" 3. 등록특허 0983638 "기존 건축물의 내진보강 구조물 및 방법" 4. 등록특허 1787375 "비보강 비내력벽체의 내진향상 시공을 위한 내진블록과 조적벽체" 5. 일본 공개특허공보 2016-108911 "耐震壁構造" 6. 일본 등록특허 5702169호 "耐震壁" 7. 공개특허 2019-0030562 "면진구조용 내진블록과 이를 이용한 내진 구조물"
본 발명은 구조부재의 부담 하중을 분담하고, 채광과 시야 확보에 유리하며, 허용 하중을 초과하는 지진력 작용시 지진력을 일부 소산시킬 수 있고, 지진 후 쉽게 복구 가능한 면진블록 및 이를 이용한 내진-면진 벽체 구조에 관한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
전술한 과제 해결을 위해 본 발명은 「상·하벽과 양 측벽으로 둘러싸여 있으며 전후 방향으로 트여있고, 하벽 내측면 중앙에 전후방향으로 라인홈이 형성된 외곽 프레임; 상기 외곽 프레임의 상단 양측 인코너 라인을 따라 내부 중심을 향해 대각선으로 돌출 형성된 상방 서포트; 하단이 상기 라인홈에 삽입되어 수직으로 설치된 하방 서포트; 및 전후방향으로 길이를 갖도록 뉘여진 원기둥형 부재로서, 외주연이 상기 상방 서포트와 하방 서포트의 각 말단에 접하여 정착되는 진동전달부재; 를 포함하며, 좌우방향으로 허용값을 초과하는 외력이 가해지는 경우 상기 하방 서포트가 설치 상태에서 이탈하도록 구성된 면진블록」을 제공한다.
상기 상방 서포트의 말단에 형성된 끼움턱과 상기 진동전달부재 외주연 형성된 끼움홈에 의해 상기 진동전달부재의 전후방향 슬라이딩으로 홈-턱 결합이 이루어지도록 구성하되, 상기 홈-턱 결합이 이우러진 상태에서 상기 끼움턱이 상기 끼움홈에 걸려, 상기 하방 서포트의 이탈시에도 상기 진동전달부재가 상기 상방 서포트에 매달린 상태가 유지되도록 구성할 수 있다.
상기 외곽 프레임의 상·하벽 외측면과 양 측벽 외측면에는 각각 서로 대응하는 요철면을 형성시켜 다수개의 면진블록이 축조된 상태에서의 일체성을 강화할 수 있다.
또한, 상기 외곽 프레임의 각 코너부에는 각각 핀홀을 형성시킴으로써, 상기 면진블록이 축조된 상태에서 인접하는 면진블록간의 체결을 위한 연결판을 고정시킬 수 있다.
본 발명은 「건축물의 수직·수평 구조부재 사이에 축조되는 블록 벽체구조로서, 벽체 형성 예정 구간을 따라 상기 수직·수평 구조부재에 설치되는 사이딩 부재; 및 상기 사이딩 부재 내측에 밀착된 상태로 축조된 상기 면진블록; 을 포함하며, 상기 면진블록 외곽 프레임의 변형율이 상기 수직 구조부재의 변형율과 동일하게 구성된 내진-면진 벽체 구조」를 함께 제공한다.
이에 따라 건축물에 수평방향의 지진력이 작용하는 경우, 상방 서포트와 함께 상기 진동전달부재를 평형상태로 지지하던 하방 서포트가 설치 상태에서 이탈되면서 지진력이 일부 소산되며, 결과적으로 건축물의 구조부재에 가해지는 하중이 저감된다.
본 발명에 따르면 다음의 효과를 기대할 수 있다.
1. 면진블록 축조로 형성된 벽체가 건축물 구조부재의 수평, 수직 하중을 분담할 수 있다.
2. 지진에 의해 허용 범위 이상의 수평 하중 도달시 면진블록의 내부 구조 변형(기구학적 평형상태 붕괴)을 통해 건축물 구조부재에 작용하는 지진력을 소산시킬 수 있다.
3. 지진력 작용으로 면진블록의 내부 구조에 변형이 발생하더라도 재조립 방식으로 쉽게 복구할 수 있다.
5. 전후방향으로 트여 있는 면진블록의 형태적 특성에 의해, 벽체 축조 시 채광 및 시야 확보에 유리하다.
6. 지진력 전달에 대한 구조 해석을 통해 벽체 개구부를 다양하게 변형시킬 수 있다.
[도 1]은 본 발명이 제공하는 면진블록 일 실시예의 사시도이다.
[도 2]는 본 발명 면진블록의 분해 사시도이다.
[도 3]은 본 발명 면진블록의 여러 실시예 정면을 도시한 것이다.
[도 4]는 본 발명 면진블록을 축조한 내진-면진 벽체 구조 일 실시예의 정면도이다.
[도 5]는 본 발명 내진-면진 벽체 구조의 조립 과정을 도시한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 [도 1] 및 [도 2]에 도시된 바와 같이, 「상·하벽(111, 112)과 양 측벽(113)으로 둘러싸여 있으며 전후 방향으로 트여있고, 상기 하벽(112) 내측면 중앙에 전후방향으로 라인홈(114)이 형성된 외곽 프레임(110); 상기 외곽 프레임(110)의 상단 양측 인코너 라인을 따라 내부 중심을 향해 대각선으로 돌출 형성된 상방 서포트(120); 하단이 상기 라인홈(114)에 삽입되어 수직으로 설치된 하방 서포트(130); 및 전후방향으로 길이를 갖도록 뉘여진 원기둥형 부재로서, 외주연이 상기 상방 서포트(120)와 하방 서포트(130)의 각 말단에 접하여 정착되는 진동전달부재(140); 를 포함하며, 좌우방향으로 허용값을 초과하는 외력이 가해지는 경우 상기 하방 서포트(130)가 설치 상태에서 이탈하도록 구성된 면진블록(100)」을 제공한다.
상기 면진블록(100)은 벽체 축조용 블록으로서, 수직·수평 내력과 함께 변형능력을 함께 확보토록 구성된 것이며, 허용치를 초과하는 수평하중 작용시 내부의 진동전달부재(140)를 지지하며 평형상태를 이루고 있던 2개의 상방 서포트(120)와 1개의 하방 서포트(130) 중 상기 하방 서포트(130)가 설치 상태에서 이탈되어 내부가 변형(기구학적 평형상태 붕괴)되도록 구성된 것이다.
이에 따라 상기 면진블록(100)은 벽체 형성 상태에서, 상기 상·하방 서포트(120, 130)가 진동전달부재(140)를 지지하며 평형상태를 유지하는 동안에는 건축물에 작용하는 하중을 분담하는 보강벽체로서의 역할을 수행할 수 있는 강성을 확보해야 함과 동시에, 상기 평형상태에서 허용되는 하중을 초과하는 하중이 작용할 때에는 내부 구조의 변형(기구학적 평형상태 붕괴)을 통해 작용 하중을 소산시킬 수 있는 연성이 확보되어야 한다.
따라서, 상기 면진블록(100)은 전체적으로 알루미늄으로 압출 성형하거나, 주조된 알루미늄 프레임에 고인성 콘크리트를 충전하는 방식으로 제작할 수 있으며, 건축물의 주요 구조재료인 콘크리트의 변형율(0.003) 등을 고려하여 변형율을 결정할 수 있다.
상기 면진블록(100)은 세부적으로 외곽 프레임(110), 상방 서포트(120), 하방 서포트(130) 및 진동전달부재(140)를 포함하여 구성된다. 상기 외곽 프레임(110)과 상방 서포트(120)는 일체(一體)로 이루어져 있으며, 상기 하방 서포트(130) 및 진동전달부재(140)는 분리, 조립이 가능하다.
상기 면진블록(100)에서, 수평방향(면진블록 기준으로 좌우방향) 지진력 작용시의 내부 변형은 상기 외곽 프레임(110). 상방 서포트(120) 및 진동전달부재(140)를 통해 전달되는 외력에 의해 상기 하방 서포트(130)의 조립 상태가 강제 해체되는 과정으로 진행된다. 이 과정에서 상기 진동전달부재(140) 역시 이탈할 수 있으나, 상기 상방 서포트(120)에 매달린 상태가 유지되도록 할 수도 있다. 이 점에 관한 상세 사항은 이하 각 구성별 세부 내용과 함께 기술하기로 한다.
상기 외곽 프레임(110)은 상·하벽(111, 112)과 양 측벽(113)으로 둘러싸여 있으며 전후 방향으로 트여있는 사각 프레임(110)이다. 상기 상·하벽(111, 112)과 양 측벽(113)으로 둘러싸인 사각형의 정면은 설계에 따라 정사각 또는 직사각으로 구성할 수 있다([도 3]의 (a) 및 (b) 참조).
상기 상방 서포트(120)는 상기 외곽 프레임(110)의 상단 양측 인코너 라인을 따라 내부 중심을 향해 대각선으로 돌출 형성된 부재이다.
상기 하방 서포트(130)는 하단이 상기 외곽 프레임(110)의 하벽 내측면 중앙에 전후방향으로 형성된 라인홈(114)에 삽입되어 수직으로 설치된다. 상기 하방 서포트(130)의 하단에는 끼움턱(131)을 형성시켜 상기 라인홈(114)에 삽입되도록 할 수 있다.
상기 진동전달부재(140)는 전후방향으로 길이를 갖도록 뉘여진 원기둥형 부재로서, 상기 상방 서포트(120)와 하방 서포트(130) 사이에 배치되며, 외주연이 상기 상방 서포트(120)와 하방 서포트(130)의 각 말단에 접하여 정착된다.
상기 상방 서포트(120)와 하방 서포트(130)의 각 말단에 상기 진동전달부재(140)의 외주연에 대응하는 곡면 지지단(121a, 131a)을 형성시키고, 상기 진동전달부재(140)는 전후방향의 슬라이딩으로 상기 곡면 지지단(121a, 131a) 사이에 삽입, 정착되도록 구성할 수 있다. 이 경우 상기 하방 서포트(130)가 지진력에 의해 설치 상태에서 강제 해체될 때 상기 진동전달부재(140)도 함께 해체된다([도 3]의 (c) 참조).
상기 상방 서포트(120)와 하방 서포트(130)의 각 말단에 끼움턱(121, 131)을 형성시키고, 상기 진동전달부재(140)의 외주연에는 상기 끼움턱(121, 131)에 대응하는 끼움홈(141)을 형성시킴으로써, 상기 상방 서포트(120)와 하방 서포트(130) 사이에 상기 진동전달부재(140)를 정착시킬 수 있으며, 이 경우에도 상기 진동전달부재(140)는 전후방향의 슬라이딩으로 상기 끼움턱(121, 131)과 끼움홈 간의 홈-턱 결합을 이루며 정착되도록 할 수 있다.
이 경우 상기 홈-턱 결합이 이우러진 상태에서 상기 상방 서포트의 끼움턱(121)이 상기 끼움홈(141)에 걸려, 상기 하방 서포트(130)의 이탈시에도 상기 진동전달부재(140)가 상기 상방 서포트(120)에 매달린 상태가 유지되도록 구성할 수 있다.
한편, 상기 외곽 프레임(110)의 상·하벽(111, 112) 외측면과 양 측벽(113) 외측면에는 각각 서로 대응하는 요철면(115)을 형성시킬 수 있다. 상기 요철면(115)은 상기 면진블록(100) 축조시 축조 위치를 쉽게 파악하고, 인접하는 면진블록 간의 마찰력을 증대시키며, 상하, 좌우 방향 작용 하중에 대한 내력을 강화하기 위한 것이다.
또한, 상기 외곽 프레임(110)의 각 코너부에는 각각 핀홀(116)을 형성시킬 수 있다. 상기 핀홀(116)은 핀볼트(20) 삽입 및 너트(30) 조임에 의해 연결판(10, 10a)을 결합시켜, 축조된 면진블록(100)을 전체적으로 일체화시키고, 전후방향 작용 하중에 대한 내력을 강화하기 위한 것이다.
본 발명은 「건축물의 수직·수평 구조부재 사이에 축조되는 블록 벽체구조로서, 벽체 형성 예정 구간을 따라 상기 수직·수평 구조부재에 설치되는 사이딩 부재(200); 및 상기 사이딩 내측(200)에 밀착된 상태로 축조된 상기 면진블록(100); 을 포함하며, 상기 면진블록 외곽 프레임(110)의 변형율이 상기 수직 구조부재의 변형율과 동일하게 구성된 내진-면진 벽체 구조」를 함께 제공한다.
상기 내진-면진 벽체 구조는 전술한 면진블록의 축조 구조로서, 건축물의 수직·수평 구조부재에 작용하는 하중을 분담하는 측면에서는 내진 보강벽의 역할을 수행하고, 지진 등에 의해 허용값을 초과하는 외력이 가해지는 경우에는 블록 단위에서 내부 변형(기구학적 평형상태 붕괴)이 발생하여 상기 외력이 소산되도록 하는 측면에서는 면진 구조체의 역할을 수행한다.
상기 사이딩 부재(200)는 기존의 구조부재와 면진블록(100) 축조에 의한 벽체의 일체성 확보를 위한 매개부재로서, 상기 면진블록(100) 축조에 의한 벽체 형성 예정 구간을 따라 상기 수직·수평 구조부재에 설치되는데, 공지된 건식공법, 습식공법 또는 건습식 공법에 의해 기존의 구조부재와 일체화시킬 수 있다.
상기 면진블록(100)의 상·하벽(111, 112)과 양 측벽(113)에 요철부(115)가 형성된 경우, 상기 사이딩 부재(200)에도 상기 면진블록(100)의 요철부(115)에 대응하는 요철부가 형성되도록 하여 부재간 맞물림 끼움이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 면진블록 외곽 프레임(110)의 변형율을 상기 수직 구조부재의 변형율과 동일하게 구성함으로써, 수평방향의 외력(지진력) 작용시 상기 수직 구조부재의 변형을 그대로 상기 면진블록 외곽 프레임(110)이 받아 결과적으로 상기 하부 서포트(130)의 조립상태가 해체되도록 할 수 있다. 수직 구조부재를 통해 전달되는 수평방향의 외력은 상기 수직 구조부재 주변의 면진블록(100)에서 소산되므로 벽체 중간부는 다양한 크기와 형태의 개구부를 형성시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 살펴보았다. 그러나 본 발명은 위의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 수정 및 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이와 같은 수정 및 변형을 포함한다.
100 : 면진블록 110 : 외곽 프레임
111 : 상벽 112 : 하벽
113 : 측벽 114 : 라인홈
115 : 요철부 116 : 핀홀
120 : 상방 서포트 121 : 끼움턱(상방 서포트 말단)
121a : 곡면 지지단(상방 서포트) 130 : 하방 서포트
131 : 끼움턱(하방 서포트) 131a : 곡면 지지단(하방 서포트)
140 : 진동전달부재 141 : 끼움홈

Claims (5)

  1. 상·하벽(111, 112)과 양 측벽(113)으로 둘러싸여 있으며 전후 방향으로 트여있고, 상기 하벽(112) 내측면 중앙에 전후방향으로 라인홈(114)이 형성된 외곽 프레임(110);
    상기 외곽 프레임(110)의 상단 양측 인코너 라인을 따라 내부 중심을 향해 대각선으로 돌출 형성된 상방 서포트(120);
    하단이 상기 라인홈(114)에 삽입되어 수직으로 설치된 하방 서포트(130); 및
    전후방향으로 길이를 갖도록 뉘여진 원기둥형 부재로서, 외주연이 상기 상방 서포트(120)와 하방 서포트(130)의 각 말단에 접하여 정착되는 진동전달부재(140); 를 포함하며,
    좌우방향으로 허용값을 초과하는 외력이 가해지는 경우 상기 하방 서포트(130)가 설치 상태에서 이탈하도록 구성되고,
    상기 상방 서포트(120)의 말단에 형성된 끼움턱(121)과 상기 진동전달부재(140)의 외주연에 형성된 끼움홈(141)에 의해 상기 진동전달부재(140)의 전후방향 슬라이딩으로 홈-턱 결합이 이루어지도록 구성하되, 상기 홈-턱 결합이 이우러진 상태에서 상기 상방 서포트(120) 말단의 끼움턱(121)이 상기 끼움홈(141)에 걸려, 상기 하방 서포트(130)의 이탈시에도 상기 진동전달부재(140)가 상기 상방 서포트(120)에 매달린 상태가 유지되도록 구성된 것을 특징으로 하는 면진블록(100).
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 외곽 프레임(110)의 상·하벽(111, 112) 외측면과 양 측벽(113) 외측면에는 각각 서로 대응하는 요철면(115)이 형성된 것을 특징으로 하는 면진블록(100).
  4. 제1항에서,
    상기 외곽 프레임(110)의 각 코너부에는 각각 핀홀(116)이 형성된 것을 특징으로 하는 면진블록(100).
  5. 건축물의 수직·수평 구조부재 사이에 축조되는 블록 벽체구조로서,
    벽체 형성 예정 구간을 따라 상기 수직·수평 구조부재에 설치되는 사이딩 부재(200); 및
    상기 사이딩 부재(200) 내측에 밀착된 상태로 축조된 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항의 면진블록(100); 을 포함하며,
    상기 면진블록 외곽 프레임(110)의 변형율이 상기 수직 구조부재의 변형율과 동일하게 구성된 내진-면진 벽체 구조.
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