KR102177097B1 - 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물에 관한 것으로서, 특히 건축물의 내측 또는 외측 벽면이나 상하 보 등에 설치되는 철골구조물과; 상기 철골구조물에 다수개가 설치되어 지진 발생시 변형됨으로써 지진에너지를 흡수하는 댐퍼와; 상기 철골구조물에 설치되되 상기 댐퍼 옆에 설치되어, 댐퍼가 파단될 때까지 변형되는 것을 방지하는 스토퍼;를 포함하여 구성되어, 댐퍼가 지진 발생시 변형됨으로써 지진에너지를 흡수하여 건축물의 안전을 도모하고, 변형되는 댐퍼가 파단되는 것을 스토퍼가 방지하여 갑작스럽게 건축물이 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물{Seismic reinforcing structure that combines multiple dampers and steel structures}

본 발명은 건축물의 내측 또는 외측 벽면이나 상하 보 등에 설치되는 내진보강 구조물에 관한 것으로서, 특히 지진 발생에 의해 발생되는 지진에너지에 의한 건축물의 붕괴를 방지하여 건축물의 안정성을 향상시킬 수 있는 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물에 관한 것이다.

근래 들어 국내외에서 발생한 일련의 큰 지진으로 인하여 지진 피해에 대한 경각심과 내진설계의 필요성에 대한 인식이 확산되고 있어, 건물의 내진보강 방법에 대한 관심이 증가하고 있다.

이러한 이유로 건축물의 내측 또는 외측 벽면이나 상하 보 등에 철제구조물과 댐퍼를 설치하여 건축물을 보강하면서 동시에 지진 발생시 발생되는 지진에너지를 댐퍼가 흡수하도록 하여 건축물의 안전을 도모하는 기술들이 많이 제시되고 있지만, 지금까지 제시된 기술들은 만족할 만한 내진성능을 얻고 있지 못할 뿐만 아니라 댐퍼가 지진에너지를 흡수하다가 갑자기 파단되는 경우에 이를 제어할 수 있는 수단이 마련되지 않아서 갑작스러운 건축물의 붕괴를 일으킬 수 있는 위험성을 내포하고 있는 문제가 있다.

출원번호: 10-2011-0123330 (등록번호: 10-1150392, 발명의 명칭: 내진 보강용 철골 구조물의 접합구조 및 접합공법)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지진 발생시 변형됨으로써 지진에너지를 흡수하는 댐퍼가 지나친 변형으로 인해 파단되는 것을 방지하여 건축물이 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물은 건축물의 벽면에 설치되는 철골구조물과; 상기 철골구조물에 다수개가 설치되어 지진 발생시 변형됨으로써 지진에너지를 흡수하는 댐퍼와; 상기 철골구조물에 설치되되 상기 댐퍼 옆에 설치되어, 댐퍼가 파단될 때까지 변형되는 것을 방지하는 스토퍼;를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 댐퍼는 전후방향으로 서로 마주보게 배치되고, 상하방향으로 길게 슬릿이 형성되어 지진 발생시 변형되는 한 쌍의 변형판과; 상기 한 쌍의 변형판 사이에 설치되되, 상하방향으로 일정거리 이격되는 한 쌍의 연결판과; 상기 연결판의 상단과 하단 중 적어도 한 곳에 구비되는 체결판;으로 구성된다.

그리고, 상기 스토퍼는 전후방향으로 서로 마주보게 배치되는 한 쌍의 고정판과; 상기 한 쌍의 고정판 사이에 설치되되, 수평방향으로 일정거리 이격되게 배치되는 한 쌍의 사이드블록과; 상기 한 쌍의 사이드블록 사이의 간격보다 그 폭이 작게 형성되어 사이드블록 사이에서 수평 이동함으로써, 상기 댐퍼의 파단 직전에 사이드블록에 접촉되는 이동블록;으로 구성된다.

한편, 상기 철골구조물은 상하로 이격 설치되는 한 쌍의 수평프레임과 상기 수평프레임의 양단에 수직으로 설치된 수직프레임을 포함하여 구성될 수 있고; 상기 댐퍼는 상기 상하 한 쌍의 수평프레임 중 적어도 어느 한 곳에 설치될 수 있다.

또한, 상기 철골구조물은 사각 외형을 갖는 상부구조체와, 상기 상부구조체의 하측에 일정거리 이격되고 사각 외형을 갖는 하부구조체로 구성될 수 있으며; 상기 댐퍼와 스토퍼는 상단과 하단이 상기 상부구조체와 하부구조체에 각각 연결될 수 있다.

또한, 상기 철골구조물은 상하로 이격 설치되는 한 쌍의 수평프레임과, 상기 수평프레임의 양단에 수직으로 설치된 수직프레임과, 상기 한 쌍의 수평프레임 사이에 설치되는 내부프레임과, 상단이 상기 내부프레임에 연결되고 하부 양단이 상기 수직프레임에 연결되는 절곡프레임으로 구성될 수 있으며; 상기 댐퍼와 스토퍼는 상단과 하단이 상기 수평프레임과 내부프레임에 각각 연결될 수 있다.

또한, 상기 철골구조물은 상하로 이격 설치되는 한 쌍의 수평프레임과, 상기 수평프레임의 양단에 수직으로 설치된 수직프레임과, 상기 한 쌍의 수평프레임 사이에 설치되는 내부프레임과, 상단이 상기 내부프레임에 연결되고 하단이 상기 수직프레임에 연결되는 제1경사봉과, 상기 제1경사봉 옆에 설치되고 상단이 상기 내부프레임에 연결되고 하단이 상기 수직프레임에 연결되는 제2경사봉으로 구성될 수 있으며; 상기 댐퍼와 스토퍼는 상단과 하단이 상기 수평프레임과 내부프레임에 각각 연결될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물은 댐퍼가 지진 발생시 변형됨으로써 지진에너지를 흡수하여 건축물의 안전을 도모하고, 변형되는 댐퍼가 파단되는 것을 스토퍼가 방지하여 갑작스럽게 건축물이 붕괴되는 것을 방지함으로써 건축물의 안정성을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 다양한 구조의 댐퍼와 스토퍼를 설치함으로써 그 활용성을 높일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물의 댐퍼를 보인 도.
도 2는 본 발명에 의한 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물의 스토퍼를 보인 도.
도 3 내지 도 17은 본 발명에 의한 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물의 다양한 형태를 보인 도.

이하, 본 발명에 의한 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물의 댐퍼를 보인 도이고, 도 2는 본 발명에 의한 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물의 스토퍼를 보인 도이며, 도 3 내지 도 17은 본 발명에 의한 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물의 다양한 형태를 보인 도이다.

본 발명에 의한 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물은 철골구조물(10)과, 상기 철골구조물(10)에 설치되는 다수의 댐퍼(20)와, 상기 철골구조물(10)에 설치되는 스토퍼(30)를 포함하여 구성된다.

상기 철골구조물(10)은 건축물의 내측 또는 외측 벽면이나 상하 보 등에 설치되는 것으로서, 본 발명에서는 다양한 구조의 철골구조물(10)이 적용될 수 있는데, 그 철골구조물(10)의 다양한 구조에 대한 설명은 댐퍼(20)와 스토퍼(30)에 대해 먼저 자세히 설명한 후에 하도록 한다.

상기 댐퍼(20)는 철골구조물(10)에 다수개가 설치되어 지진 발생시 그 형태가 변형됨으로써 지진에너지를 흡수하여 건축물을 보호하는 역할을 한다.

이러한 댐퍼(20)는 한 쌍의 변형판(21)과, 상기 한 쌍의 변형판(21) 사이에 설치되는 한 쌍의 연결판(22)과, 상기 연결판(22)의 상단과 하단 중 적어도 한 곳에 구비되는 체결판(23);으로 구성된다.

상기 변형판(21)은 지진 발생시에 그 형태가 변형되면서 지진에너지를 흡수하는 부분으로서, 전후방향으로 서로 마주보게 하나씩 배치된다. 이러한 변형판(21)에는 수평방향보다는 상하방향으로 길게 다수개의 슬릿(21a)이 형성된다. 따라서 변형판(21)은 지진발생시에 슬릿(21a)에 의해 측방향으로 변형이 유도된다.

상기 한 쌍의 연결판(22)은 상하방향으로 일정거리 이격되게 배치된다. 이 상태에서 변형판(21)과 연결판(22)은 볼팅 결합되어 견고하게 밀착된다.

상기 체결판(23)은 철골구조물(10)에 볼팅 결합되는 부분으로서, 위쪽에 있는 연결판(22)의 상단이나 아래쪽에 있는 연결판(22)의 하단 중 적어도 어느 한 곳에 구비된다. 이러한 체결판(23)에 의해 댐퍼(20)가 철골구조물(10)에 고정된다. 만약 체결판(23)이 댐퍼(20)에 구비되지 않는다면 연결판(22)을 직접 철골구조물(10)에 용접하거나 볼팅시키거나 또는 그 외의 방식으로 고정시키는 것도 가능하다 할 것이다.

상기 스토퍼(30)는 철골구조물에 설치되되 댐퍼(20)의 옆에 설치되어 댐퍼(20)가 파단될 때까지 변형되는 것을 방지하는 역할을 한다.

앞서 기재한 것처럼 댐퍼(20)는 지진 발생시에 변형을 하면서 지진에너지를 흡수하는데, 이 댐퍼(20)가 너무 많이 변형되면 어느 시점에 이르렀을 때 파단이 된다. 이렇게 댐퍼(20)가 파단되면 건축물이 무너질 수 있기 때문에 이러한 현상을 막기 위하여 댐퍼(20) 옆에 스토퍼(30)를 설치함으로써 댐퍼(20)가 파단되는 것을 방지한다.

이와 같은 스토퍼(30)는 한 쌍의 고정판(31)과, 상기 한 쌍의 고정판(31) 사이에 설치되는 한 쌍의 사이드블록(32)과, 상기 한 쌍의 사이드블록(32) 사이에서 움직이는 이동블록(33)으로 구성된다.

상기 고정판(31)은 전후방향으로 서로 마주보게 하나씩 배치된다.

상기 사이드블록(32)은 수평방향으로 일정거리 이격되게 좌우 양쪽에 하나씩 배치된다. 고정판(31)과 사이드블록(32)은 양 측단부분이 볼팅에 의해 견고하게 결합된다.

상기 이동블록(33)은 한 쌍의 사이드블록(32) 사이의 간격보다 그 폭이 작게 형성되어 지진 발생시 사이드블록(32) 사이에서 수평 이동한다. 좀 더 부연하면, 이동블록(33)의 두께는 사이드블록(32)의 두께보다 얇게 형성된다. 따라서 이동블록(33)이 사이드블록(32) 사이에서 수평 이동할 때 고정판(31)과 이동블록(33) 사이에 마찰이 발생되지 않는다. 이렇게 이동블록(33)의 두께를 얇게 만드는 이유는 이동블록(33)이 움직일 때 고정판(31)과 면접촉되어 마찰이 되면 온도가 상승하면서 이동블록(33)이 연철화되어 그 강도가 약해질 수 있기 때문이다.

이와 같은 이동블록(33)은 사이드블록(32) 사이에서 수평 이동함으로써 댐퍼(20)의 파단 직전에 사이드블록(32)에 접촉되어 댐퍼(20)가 파단되는 것을 막는다.

한편, 앞서 기재한 것처럼 본 발명에서는 다양한 구조의 철골구조물(10)이 적용될 수 있는데, 도 3 내지 도 12에 도시된 철골구조물(10)은 사각의 틀 형태로 짜여진 한 쌍의 수평프레임(11)과 한 쌍의 수직프레임(12)을 포함하여 구성된다.

상기 한 쌍의 수평프레임(11)과 수직프레임(12)은 견고한 구조적 강성을 고려하여 H빔 등과 같은 강재를 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 수평프레임(11)은 상하방향으로 일정거리 이격되게 구비되고, 수직프레임(12)은 수평프레임(11)의 양단에 수직으로 설치된 다음 연결플레이트(13) 등에 의해 수평프레임(11)과 견고하게 체결될 수 있다.

그리고, H빔으로 이루어진 수평프레임(11)과 수직프레임(12)에는 다수의 보강플레이트(11a,12a)가 각각 설치될 수 있다. 보강플레이트(11a,12a)에 의해 수평프레임(11)과 수직프레임(12)의 강성이 보강되므로 지진 발생시 전달되는 에너지에 대해서도 휨이나 틀어짐 등의 변형이 최소화될 수 있다.

위와 같은 구조의 철골구조물(10)에 댐퍼(20)와 스토퍼(30)가 설치될 수 있는데, 댐퍼(20)와 스토퍼(30)는 상하 한 쌍의 수평프레임(11) 중 적어도 어느 한 곳에 설치될 수 있다.

즉, 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼 댐퍼(20)와 스토퍼(30)를 상측의 수평프레임(11) 상면과 하측의 수평프레임(11) 하면에 모두 설치하고, 댐퍼(20)와 스토퍼(30)의 끝단에 베이스 플레이트(P)를 연결하며, 이 베이스 플레이트(P)를 건축물의 창호나 문틀이 설치되는 공간의 내벽면에 설치할 수 있다.

그리고, 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼 댐퍼(20)와 스토퍼(30)를 상측의 수평프레임(11) 상면과 하측의 수평프레임(11) 하면 중 어느 한 곳에만 설치하고, 댐퍼(20)와 스토퍼(30)의 끝단에 베이스 플레이트(P)를 연결하며, 이 베이스 플레이트(P)를 건축물의 창호나 문틀이 설치되는 공간의 내벽면에 설치할 수도 있다. 이때 건축물의 창호나 문틀이 설치되는 공간의 내벽면에 설치되는 베이스 플레이트(P)를 댐퍼(20)와 스토퍼(30)가 설치되지 않은 수평프레임(11)의 하면에 연결하는 것도 가능하다.

또한, 도 9 및 도 10에 도시된 것처럼 댐퍼(20)와 스토퍼(30)를 상측의 수평프레임(11)과 하측의 수평프레임(11)에 모두 설치하되 수평프레임(11)의 측면에 설치하고, 댐퍼(20)와 스토퍼(30)의 끝단에 베이스 플레이트(P)를 연결하며, 이 베이스 플레이트(P)를 건축물의 창호나 문틀이 설치되는 공간의 바깥쪽 벽면에 설치할 수도 있다.

더불어, 도 11 및 도 12에 도시된 것처럼 댐퍼(20)와 스토퍼(30)를 상측의 수평프레임(11)과 하측의 수평프레임(11) 중 어느 한 곳에만 설치하되 수평프레임(11)의 측면에 설치하고, 댐퍼(20)와 스토퍼(30)의 끝단에 베이스 플레이트(P)를 건축물의 창호나 문틀이 설치되는 공간의 바깥쪽 벽면에 설치할 수도 있다. 이때 댐퍼(20)와 스토퍼(30)가 설치되지 않은 수평프레임(11) 쪽에는 채움블록(B)을 설치하여 댐퍼(20)와 스토퍼(30)에 의해 발생되는 높이차를 상쇄할 수 있도록 한다.

한편, 본 발명에 적용되는 철골구조물(10)은 도 13에 도시된 것과 같이 사각 외형을 갖는 상부구조체(14)와, 상기 상부구조체(14)의 하측에 일정거리 이격되게 배치되고 사각 외형을 갖는 하부구조체(15)로 구성될 수도 있다.

이렇게 상하방향으로 일정거리 이격되게 설치된 상부구조체(14)와 하부구조체(15) 사이에 댐퍼(20)와 스토퍼(30)를 설치한다. 즉 댐퍼(20)와 스토퍼(30)의 상단을 상부구조체(14)에 연결하고 댐퍼(20)와 스토퍼(30)의 하단을 하부구조체(15)에 연결한다.

그리고, 본 발명에 의한 철골구조물(10)은 도 14에 도시된 것과 같이 상하로 이격 설치되는 한 쌍의 수평프레임(11)과, 상기 수평프레임(11)의 양단에 수직으로 설치된 한 쌍의 수직프레임(12)과, 상기 한 쌍의 수평프레임(11) 사이에 설치되는 내부프레임(16)과, 상단이 상기 내부프레임(16)에 연결되고 하부 양단이 상기 수직프레임(12)에 연결되는 절곡프레임(17)으로 구성될 수도 있다.

이러한 구조의 철골구조물(10)에 댐퍼(20)와 스토퍼(30)를 설치하는데, 댐퍼(20)와 스토퍼(30)의 상단을 수평프레임(11)에 연결하고, 댐퍼(20)와 스토퍼(30)의 하단을 내부프레임(16)에 연결한다.

또한, 본 발명에 의한 철골구조물(10)은 도 15 내지 도 17에 도시된 것과 같이 상하로 이격 설치되는 한 쌍의 수평프레임(11)과, 상기 수평프레임(11)의 양단에 수직으로 설치된 수직프레임(12)과, 상기 한 쌍의 수평프레임(11) 사이에 설치되는 내부프레임(16)과, 상단이 상기 내부프레임(16)에 연결되고 하단이 상기 수직프레임(12)에 연결되는 제1경사봉(18)과, 상기 제1경사봉(18) 옆에 설치되고 상단이 상기 내부프레임(16)에 연결되고 하단이 상기 수직프레임(12)에 연결되는 제2경사봉(19)으로 구성될 수도 있다.

여기서, 상기 제1경사봉(18)과 상기 제2경사봉(19)은 각각 상단과 하단 중 적어도 한 곳이 회동가능하게 구성될 수 있다.

이러한 구조의 철골구조물(10)에 댐퍼(20)와 스토퍼(30)를 설치하는데, 댐퍼(20)와 스토퍼(30)의 상단을 수평프레임(11)에 연결하고, 댐퍼(20)와 스토퍼(30)의 하단을 내부프레임(16)에 연결한다.

10: 철골구조물 11: 수평프레임
11a: 보강플레이트 12: 수직프레임
12a: 보강플레이트 13: 연결플레이트
14: 상부구조체 15: 하부구조체
16: 내부프레임 17: 절곡프레임
18: 제1경사봉 19: 제2경사봉
20: 댐퍼 21: 변형판
21a: 슬릿 22: 연결판
23: 체결판 30: 스토퍼
31: 고정판 32: 사이드블록
33: 이동블록 B: 채움블록
P: 베이스 플레이트

Claims (7)

1. 건축물의 벽면에 설치되는 철골구조물(10)과; 상기 철골구조물(10)에 다수개가 설치되어 지진 발생시 변형됨으로써 지진에너지를 흡수하는 댐퍼(20)와; 상기 철골구조물(10)에 설치되되 상기 댐퍼(20) 옆에 설치되어, 댐퍼(20)가 파단될 때까지 변형되는 것을 방지하는 스토퍼(30);를 포함하여 구성되되,
   상기 스토퍼(30)는 전후방향으로 서로 마주보게 배치되는 한 쌍의 고정판(31)과;
   상기 한 쌍의 고정판(31) 사이에 설치되되, 수평방향으로 일정거리 이격되게 배치되는 한 쌍의 사이드블록(32)과;
   상기 한 쌍의 사이드블록(32) 사이의 간격보다 그 폭이 작게 형성되어 사이드블록(32) 사이에서 수평 이동함으로써, 상기 댐퍼(20)의 파단 직전에 사이드블록(32)에 접촉되는 이동블록(33);으로 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 댐퍼(20)는 전후방향으로 서로 마주보게 배치되고, 상하방향으로 길게 슬릿(21a)이 형성되어 지진 발생시 변형되는 한 쌍의 변형판(21)과;
   상기 한 쌍의 변형판(21) 사이에 설치되되, 상하방향으로 일정거리 이격되는 한 쌍의 연결판(22)과;
   상기 연결판(22)의 상단과 하단 중 적어도 한 곳에 구비되는 체결판(23);으로 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 철골구조물(10)은 상하로 이격 설치되는 한 쌍의 수평프레임(11)과 상기 수평프레임(11)의 양단에 수직으로 설치된 수직프레임(12)을 포함하여 구성되고,
   상기 댐퍼(20)는 상기 상하 한 쌍의 수평프레임(11) 중 적어도 어느 한 곳에 설치되는 것을 특징으로 하는 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 철골구조물(10)은 사각 외형을 갖는 상부구조체(14)와, 상기 상부구조체(14)의 하측에 일정거리 이격되고 사각 외형을 갖는 하부구조체(15)로 구성되며,
   상기 댐퍼(20)와 스토퍼(30)는 상단과 하단이 상기 상부구조체(14)와 하부구조체(15)에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 철골구조물(10)은 상하로 이격 설치되는 한 쌍의 수평프레임(11)과, 상기 수평프레임(11)의 양단에 수직으로 설치된 수직프레임(12)과, 상기 한 쌍의 수평프레임(11) 사이에 설치되는 내부프레임(16)과, 상단이 상기 내부프레임(16)에 연결되고 하부 양단이 상기 수직프레임(12)에 연결되는 절곡프레임(17)으로 구성되며,
   상기 댐퍼(20)와 스토퍼(30)는 상단과 하단이 상기 수평프레임(11)과 내부프레임(16)에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 철골구조물(10)은 상하로 이격 설치되는 한 쌍의 수평프레임(11)과, 상기 수평프레임(11)의 양단에 수직으로 설치된 수직프레임(12)과, 상기 한 쌍의 수평프레임(11) 사이에 설치되는 내부프레임(16)과, 상단이 상기 내부프레임(16)에 연결되고 하단이 상기 수직프레임(12)에 연결되는 제1경사봉(18)과, 상기 제1경사봉(18) 옆에 설치되고 상단이 상기 내부프레임(16)에 연결되며 하단이 상기 수직프레임(12)에 연결되는 제2경사봉(19)으로 구성되며,
   상기 댐퍼(20)와 스토퍼(30)는 상단과 하단이 상기 수평프레임(11)과 내부프레임(16)에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 다수의 댐퍼와 철골구조물이 결합된 내진보강 구조물.

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