KR102311233B1 - 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼 - Google Patents

목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼 Download PDF

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양원직
권용현
신재웅
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 제작과 설치가 용이하고, 베이스 플레이트의 중심축을 기준으로 상,하부에 압축력과 인장력을 균등하게 분담시킬 수 있고, 면외 좌굴없이 소성 변형이 일어나도록 하여 제진성능이 향상됨으로써 목구조 건축물에 긴급 보강으로 설치되어 추가 여진시에 안전을 확보할 수 있도록 하는데 적용되도록 한 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼를 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼는, 일정 두께를 갖는 강판으로 제작되어 양단에 관통된 설치홀을 갖고 지진도래시 소성 변형으로 거동하여 지진에너지를 흡수하는 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트의 상,하단 중앙에 각기 절개되어 베이스 플레이트의 압축시 좁아지고 인장시 넓어지도록 변형을 허용하기 위해 형성된 변형허용 절개부와; 상기 베이스 플레이트에 작용하는 압축 및 인장을 베이스 플레이트의 상부 및 하부로 분담시키기 위해 베이스 플레이트의 양단에서 각기 가까운 위치에 두께 방향으로 관통되어 형성된 압축 및 인장분담용 개구부와; 압축 및 인장분담용 개구부의 사이에 중심축을 기준으로 상하 대칭적으로 제진홀과 함께 배열되어 압축 및 인장방향을 따라 소성 변형하는 지진감쇄용 스트러트와; 상기 베이스 플레이트의 일측면 중심축상에 위치되어 베이스 플레이트에 부착되고, 상기 지진감쇄용 스트러트의 소성 변형시 베이스 플레이트의 중심축 면외 변형을 억제시키는 중심축 좌굴방지대;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼{Emergency reinforced steel hysteresis damper for secondary deformation control in the event of an earthquake in a wooden structure}
본 발명은 지진에너지를 감쇄시키기 위한 강재이력댐퍼에 관한 것으로, 특히 제작과 설치가 용이하고, 베이스 플레이트의 중심축을 기준으로 상,하부에 압축력과 인장력을 균등하게 분담시킬 수 있고, 면외 좌굴없이 소성 변형이 일어나도록 하여 제진성능이 향상됨으로써 목구조 건축물에 긴급 보강으로 설치되어 추가 여진시에 안전을 확보할 수 있도록 하는데 적용되도록 한 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼에 관한 것이다.
내진보강은 지진에 저항하기 위한 건축물의 내진성능이 부족하다고 판단되었을 경우, 최소한의 비용으로 예상되는 피해를 최소화하기 위한 방법이다. 내진보강을 위해서는 붕괴 방지, 지진 후의 기능유지, 건축물의 자산가치 보전과 같은 조건을 만족시키면서 지진 시에 건축물이 어떻게 움직일 것인가를 명확히 예상한 후 이에 따라 구체적인 보강작업이 이루어져야 한다.
기존에 내진 보강에 사용되는 가새 혹은 제진 댐퍼는 이동과 설치가 용이하지 않고 이미 시공이 다 되어있는 벽체에는 적용함에 어려움이 따른다. 기존에 발명된 기술들은 지진이 발생하기 전에 각종 댐퍼나 가새를 이용하여 지진 저항력을 키우는 것에 초점을 두었기 때문에 좌굴 발생이 되고, 이로 인해 감쇄능력이 저하될 수 밖에 없다. 또한 기존에는 무분별한 수평하중이 작용하는 지진력의 특성상 인장과 압축력에 유연하게 대처할 수 있는 보강 장치가 없기 때문에 이에 대한 기술적 방안이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록실용신안 등록번호 제20-0400182호로서, '목구조 벽체의 댐퍼바인더'가 제안되어 있다. 이는 목구조 벽체로 배열되어 고정되어 있는 벽체들이 댐퍼바인더에 의해 상호 안정적으로 결합되어 풍압력, 설하중, 지진력에 의한 피해에 효과적으로 대응하고, 벽체 구조물간의 층밀림, 휨, 비틀림과 같은 영구변형을 감소시키도록 한 것이다. 그러나 이 배경기술은 구조부재를 댐퍼바인더로 구속시켜 보강하는 방식으로써 변형을 유도하여 지진에너지를 흡수할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 다른 배경기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1638556호로서, '건축물의 내진보강을 위한 하이브리드 제진 댐퍼'가 제안되어 있다. 이는 지진에 의하여 발생하는 진동에 의한 좌굴 등의 변위를 마찰감쇠장치와 비좌굴 가새를 활용하여 지진력을 감쇠시킬 수 있도록 한 것이다. 그러나 이 배경기술은 마찰댐퍼, 세로프레임, 가로프레임 및 가새를 포함하여 구성이 많아져 제작이 용이치 못하고 설치비용이 상승하는 문제가 있다.
한국 등록실용신안 등록번호 제20-0400182호 한국 등록특허 등록번호 제10-1638556호
본 발명은 제작과 설치가 용이하고, 베이스 플레이트의 중심축을 기준으로 상,하부에 압축력과 인장력을 균등하게 분담시킬 수 있고, 면외 좌굴없이 소성 변형이 일어나도록 하여 제진성능이 향상됨으로써 목구조 건축물에 긴급 보강으로 설치되어 추가 여진시에 안전을 확보할 수 있도록 하는데 적용되도록 한 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼는, 일정 두께를 갖는 강판으로 제작되어 양단에 관통된 설치홀을 갖고 지진도래시 소성 변형으로 거동하여 지진에너지를 흡수하는 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트의 상,하단 중앙에 각기 절개되어 베이스 플레이트의 압축시 좁아지고 인장시 넓어지도록 변형을 허용하기 위해 형성된 변형허용 절개부와; 상기 베이스 플레이트에 작용하는 압축 및 인장을 베이스 플레이트의 상부 및 하부로 분담시키기 위해 베이스 플레이트의 양단에서 각기 가까운 위치에 두께 방향으로 관통되어 형성된 압축 및 인장분담용 개구부와; 압축 및 인장분담용 개구부의 사이에 중심축을 기준으로 상하 대칭적으로 제진홀과 함께 배열되어 압축 및 인장방향을 따라 소성 변형하는 지진감쇄용 스트러트와; 상기 베이스 플레이트의 일측면 중심축상에 위치되어 베이스 플레이트에 부착되고, 상기 지진감쇄용 스트러트의 소성 변형시 베이스 플레이트의 중심축 면외 변형을 억제시키는 중심축 좌굴방지대;를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스 플레이트의 상단부 및 하단부의 좌굴을 방지하기 위해 변형허용 절개부를 기준으로 베이스 플레이트의 좌,우 및 상,하단에 각기 설치된 엣지좌굴억지용 상부플랜지 및 엣지좌굴억지용 하부플랜지;를 더 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변형허용 절개부는 ⊥형태로 절개되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제진홀은 사각형, 원형, 타원형 중 어느 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중심축 좌굴방지대는 T자형 단면 구조를 갖는 강재로 제작되어 웨브와 웨브플랜지를 구비한 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼를 이용한 기둥-보 접합부의 긴급 보강 조치 방법에 따르면, 상부보와 하부보, 상부보와 하부보를 연결하는 기둥을 갖는 목구조 건축물을 여진으로부터 추가 변형을 막기 위한 기둥-보 접합부의 긴급 보강 조치 방법에 있어서, 기둥-보 접합부에 각기 보측 댐퍼 지지판과 기둥측 댐퍼 지지판을 갖기 설치하고, 긴급 보강 강재이력댐퍼를 구비한 후 긴급 보강 강재이력댐퍼의 베이스 플레이트의 일단을 일측 설치홀을 통해 보측 댐퍼 지지판에 보측 체결볼트로 연결하고, 베이스 플레이트의 타단을 타측 설치홀을 통해 기둥측 댐퍼 지지판에 기둥측 체결볼트로 연결한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 지진이 발생했을 때 목구조 건축물에 긴급 보강 강재이력댐퍼의 설치로 긴급 보강을 하여 안전을 확보할 수 있다. 또한 구성이 간단하여 제작과 설치가 용이하다. 또한, 베이스 플레이트의 중심축을 기준으로 상,하부에 형성된 지진감쇄용 스트러트에 압축력과 인장력을 균등하게 분담시켜 소성변형을 유도할 수 있고, 중심축 좌굴방지대의 설치로 면외 좌굴없이 소성 변형이 일어나 제진성능이 향상되며, 목구조 건축물에 긴급 보강으로 설치되어 추가 여진시에 안전을 확보할 수 있다. 따라서 한옥을 비롯하여 현대식으로 지어진 경량목구조나 중목구조와 같은 모든 목구조 건축물에 긴급 보강적용이 가능하다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼의 사시도.
도 2a는 도 1의 정면도.
도 2b는 도 2a의 A-A선 단면도.
도 3a는 도 2에 도시된 긴급 보강 강재이력댐퍼가 압축력을 받아 지진감쇄용 스트러트가 변형되는 상태를 도시한 예시도.
도 3b는 도 2에 도시된 긴급 보강 강재이력댐퍼가 인장력을 받아 지진감쇄용 스트러트가 변형되는 상태를 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 긴급 보강 강재이력댐퍼가 목구조 건축물에 설치된 예시도.
도 5는 도 4에서 긴급 보강 강재이력댐퍼가 목구조 건축물에서 설치되기 전 상태도.
도 6은 지진에너지로 인해 본 발명의 긴급 보강 강재이력댐퍼가 목구조 건축물에서 지진 감쇄 동작하고 있는 상태도.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 실시 예에 따른 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)는 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위해 설치된다. 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)는 도 1 내지 도 3과 같이 일정 두께를 갖는 강판으로 제작되어 양단에 관통된 설치홀(121)을 갖고 지진도래시 소성 변형으로 거동하여 지진에너지를 흡수하는 베이스 플레이트(12)가 구비된다.
또한, 베이스 플레이트(12)에는 상,하단 중앙에 각기 절개되어 베이스 플레이트(12)의 압축시 도 3a와 같이 좁아지고 인장시 도 3b와 같이 넓어지도록 변형을 허용하기 위해 형성된 변형허용 절개부(14)가 형성된다. 따라서 베이스 플레이트(12)는 길이방향으로 압축시 변형허용 절개부(14)의 절개폭은 G1로 좁아지고, 인장시 변형허용 절개부(14)의 절개폭은 G2로 넓어진다. 본 실시 예에서 변형허용 절개부(14)는 ⊥형태로 절개되어 있으나 이러한 절개 형태에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
베이스 플레이트(12)에는 제진시 작용하는 압축 및 인장을 베이스 플레이트(12)의 상부 및 하부로 분담시키기 위해 베이스 플레이트(12)의 양단에서 각기 가까운 위치에 두께 방향으로 관통되어 형성된 압축 및 인장분담용 개구부(16)가 형성되어 있다.
따라서 제진시 베이스 플레이트(12)에 작용하는 압축 및 인장은 압축 및 인장분담용 개구부(16)가 없는 단면을 통해 분담되어 후술할 지진감쇄용 스트러트(18)를 소성 변형시키게 된다.
또한, 베이스 플레이트(12)에는 압축 및 인장분담용 개구부(16)의 사이에 중심축(X)을 기준으로 상하 대칭적으로 제진홀(17)과 함께 배열되어 압축 및 인장방향을 따라 소성 변형하는 지진감쇄용 스트러트(18)가 구비되어 있다. 여기서, 제진홀(17)은 사각형으로 구성하였으나 그외 원형, 타원형 중 어느 하나의 형태를 가질 수도 있다.
따라서 도 3a와 같이 베이스 플레이트(12)에 압축력이 작용하면 지진감쇄용 스트러트(18)는 압축방향을 추종하여 변형되고, 이와 반대로 도 3b와 같이 베이스 플레이트(12)에 인장력이 작용하면 지진감쇄용 스트러트(18)는 인장방향을 추종하여 변형된다.
이같이 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)는 베이스 플레이트(12)에 작용하는 압축력 및 인장력의 방향에 상관없이 지진감쇄용 스트러트(18)가 소성변형하면서 지진에너지를 감쇄시키게 된다.
한편, 베이스 플레이트(12)의 일측면 중심축상에 위치되어 베이스 플레이트(12)에 중심축 좌굴방지대(20)가 부착되어 설치된다. 중심축 좌굴방지대(20)는 지진감쇄용 스트러트(18)의 소성 변형시 베이스 플레이트(12)의 중심축 면외 변형을 억제시킨다. 중심축 좌굴방지대(20)는 용접 또는 볼트 결합으로 베이스 플레이트(12)에 접합될 수 있다. 중심축 좌굴방지대(20)는 T자형 단면 구조를 갖는 강재로 제작되어 웨브(201)와 웨브플랜지(202)를 구비한다.
따라서 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)는 중심축 좌굴방지대(20)에 의해 베이스 플레이트(12)의 좌굴을 억제시켜 지진에너지가 지진감쇄용 스트러트(18)에 효율적으로 전달되도록 한다. 이같이 중심축 좌굴방지대(20)는 베이스 플레이트(12)에 직접 부착 설치되는 구조이기 때문에 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)의 구조가 더욱 간단해진다.
또한, 베이스 플레이트(12)의 상단부 및 하단부의 좌굴을 방지하기 위해 변형허용 절개부(14)를 기준으로 베이스 플레이트(12)의 좌,우 및 상,하단에 엣지좌굴억지용 상부플랜지(15) 및 엣지좌굴억지용 하부플랜지(15a)가 더 설치될 수 있다.
이와 같이 구성된 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)를 목구조 건축물(100)의 기둥-보 접합부에 설치하여 여진으로부터 추가 변형을 막을 수 있다.
즉, 도 4 및 도 5와 같이 상부보(102)와 하부보(104), 상부보(102)와 하부보(14)를 연결하는 기둥(106)을 갖는 목구조 건축물(100)에 있어서 기둥-보 접합부마다 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)가 설치될 수 있다.
이때 기둥-보 접합부에 각기 보측 댐퍼 지지판(51)과 기둥측 댐퍼 지지판(52)을 갖기 체결구(53)로 고정 설치하고, 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)의 베이스 플레이트(12)의 일단을 일측 설치홀(121)을 통해 보측 댐퍼 지지판(51)에 보측 체결볼트(61)로 연결하고, 베이스 플레이트(12)의 타단을 타측 설치홀(121)을 통해 기둥측 댐퍼 지지판(52)에 기둥측 체결볼트(62)로 연결하여 설치될 수 있다.
이와 같이 목구조 건축물(100)의 기둥-보 접합부마다 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)가 설치된 후, 지진력이 작용하면 구조 부재가 변형하는 것을 대신해 구조 부재보다 약한 저항력으로 설계한 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)의 지진감쇄용 스트러트(18)가 변형하면서 충격을 흡수하여 목구조 건축물의 추가 붕괴를 막아 피해를 최소화시킬 수 있다. 이때 도 6과 같이 목구조 건축물(100)의 상부 좌측에는 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)에 인장력이 발생하고 그의 상부 우측에는 압축력이 발생하면서 지진 감쇄가 일어난다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 긴급 보강 강재이력댐퍼
12: 베이스 플레이트
14: 변형허용 절개부
15: 엣지좌굴억지용 상부플랜지
15a: 엣지좌굴억지용 하부플랜지
16: 압축 및 인장분담용 개구부
18: 지진감쇄용 스트러트
20: 중심축 좌굴방지대

Claims (6)

  1. 일정 두께를 갖는 강판으로 제작되어 양단에 관통된 설치홀(121)을 갖고 지진도래시 소성 변형으로 거동하여 지진에너지를 흡수하는 베이스 플레이트(12)와;
    상기 베이스 플레이트(12)의 상,하단 중앙에 각기 절개되어 베이스 플레이트(12)의 압축시 좁아지고 인장시 넓어지도록 변형을 허용하기 위해 형성된 변형허용 절개부(14)와;
    상기 베이스 플레이트(12)에 작용하는 압축 및 인장을 베이스 플레이트(12)의 상부 및 하부로 분담시키기 위해 베이스 플레이트(12)의 양단에서 각기 가까운 위치에 두께 방향으로 관통되어 형성된 압축 및 인장분담용 개구부(16)와;
    압축 및 인장분담용 개구부(16)의 사이에 중심축을 기준으로 상하 대칭적으로 제진홀(17)과 함께 배열되어 압축 및 인장방향을 따라 소성 변형하는 지진감쇄용 스트러트(18)와;
    상기 베이스 플레이트(12)의 일측면 중심축상에 위치되어 베이스 플레이트(12)에 부착되고, 상기 지진감쇄용 스트러트(18)의 소성 변형시 베이스 플레이트(12)의 중심축 면외 변형을 억제시키는 중심축 좌굴방지대(20);를 포함한 것을 특징으로 하는 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트(12)의 상단부 및 하단부의 좌굴을 방지하기 위해 변형허용 절개부(14)를 기준으로 베이스 플레이트(12)의 좌,우 및 상,하단에 각기 설치된 엣지좌굴억지용 상부플랜지(15) 및 엣지좌굴억지용 하부플랜지(15a);를 더 포함한 것을 특징으로 하는 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 변형허용 절개부(14)는 ⊥형태로 절개되어 있는 것을 특징으로 하는 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제진홀(17)은 사각형, 원형, 타원형 중 어느 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 중심축 좌굴방지대(20)는 T자형 단면 구조를 갖는 강재로 제작되어 웨브(201)와 웨브플랜지(202)를 구비한 것을 특징으로 하는 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼.
  6. 상부보(102)와 하부보(104), 상부보(102)와 하부보(14)를 연결하는 기둥(106)을 갖는 목구조 건축물(100)을 여진으로부터 추가 변형을 막기 위한 기둥-보 접합부의 긴급 보강 조치 방법에 있어서,
    기둥-보 접합부에 각기 보측 댐퍼 지지판(51)과 기둥측 댐퍼 지지판(52)을 갖기 설치하고, 청구항 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)를 구비한 후 긴급 보강 강재이력댐퍼(10)의 베이스 플레이트(12)의 일단을 일측 설치홀(121)을 통해 보측 댐퍼 지지판(51)에 보측 체결볼트(61)로 연결하고, 베이스 플레이트(12)의 타단을 타측 설치홀(121)을 통해 기둥측 댐퍼 지지판(52)에 기둥측 체결볼트(62)로 연결한 것을 특징으로 하는 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼를 이용한 기둥-보 접합부의 긴급 보강 조치 방법.
KR1020200163211A 2020-11-27 2020-11-27 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼 KR102311233B1 (ko)

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KR1020200163211A KR102311233B1 (ko) 2020-11-27 2020-11-27 목구조 건축물 지진 발생 시 2차 변형 제어를 위한 긴급 보강 강재이력댐퍼

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