KR102333522B1 - 건축 구조물 내진 보강장치 - Google Patents

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KR102333522B1
KR102333522B1 KR1020200109356A KR20200109356A KR102333522B1 KR 102333522 B1 KR102333522 B1 KR 102333522B1 KR 1020200109356 A KR1020200109356 A KR 1020200109356A KR 20200109356 A KR20200109356 A KR 20200109356A KR 102333522 B1 KR102333522 B1 KR 102333522B1
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    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems

Abstract

본 발명에서는 가새골조의 교차 부분 구석에 붙은 거싯 플레이트와 핀 이음으로 연결하기 위한 아이바가 길이 방향의 한쪽 끝부분에 형성된 연결대, 상기 연결대의 양쪽 측면에 일정한 간격을 두고 바깥쪽을 향하여 돌출 형성되고, 끝부분에 제1나사구멍이 각각 형성된 다수의 제1암, 상기 제1암들 중 상기 연결대의 한쪽에 형성된 상기 제1암을 커버하도록 형성되고, 상기 제1나사구멍과 볼트로 상하 양쪽에서 연결하기 위한 제1클리어런스 홀이 일정한 간격을 두고 다수 형성된 하나의 지지부재, 상기 제1암들 중 상기 연결대의 다른 한쪽에 형성된 상기 제1암을 커버하도록 형성되고, 상기 연결대를 중심으로 하여 상기 하나의 지지부재와 대칭적으로 배치되며, 상기 제1나사구멍과 볼트로 상하 양쪽에서 연결하기 위한 제1클리어런스 홀이 일정한 간격을 두고 다수 형성된 다른 하나의 지지부재, 상기 지지부재들의 상하 양면에 각각 볼트로 조여서 결합되고, 양쪽에 상기 제1클리어런스 홀과 통하는 제2클리어런스 홀이 형성된 제1연결판을 포함하는 건축 구조물 내진 보강장치를 개시한다.

Description

건축 구조물 내진 보강장치{VIBRATION CONTROL DEVICE FOR SEISMIC RETROFITTING OF RC STRUCTURES}
본 발명은 지진 또는 대풍 등 외부에서 발생한 에너지로부터 진동이나 충격을 경감시켜 건축 구조물을 안전하게 보호하기 위해 사용하는 장치(댐퍼)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축물의 벽이나 구조물에 설치된 가새골조의 좌굴을 효과적으로 방지하는 건축 구조물의 내진성능 보강장치에 관한 것이다.
최근 한반도의 지진 발생 빈도와 크기가 증가함에 따라 신축 건축물이나 내진설계 기준이 제정 및 적용되기 이전에 지어진 오래된 건축물의 내진성능을 보강하기 위해서 수동형 제진장치의 일종인 에너지 소산형 제진장치를 사용하여 지진 입력량을 저감하거나 건물의 변형 능력을 향상시키는 방법이 제시되고 있다.
이를테면 리모델링 공사 시 골조에 대한 내진보강 공사는 시공상에서 제약이 많기 때문에 에너지 소산형 제진장치의 설치를 통한 내진보강 공사가 많이 이뤄지고 있다.
수동형 타입의 에너지 소산형 제진장치는 주로 지진에 대한 안전성 및 바람에 대한 거주성을 높이기 위하여 건축 구조물의 각 층에 설치되는데, 이를 FEMA-273에서는 크게 속도 의존형(velocity-dependent device)과 변위 의존형(displacement-dependent device)으로 분류하고 있다.
속도 의존형은 감쇠력이 속도에 비례하는 점성댐퍼(viscous damper) 및 점탄성댐퍼(viscoelastic damper) 등이 있다. 변위 의존형으로는 댐퍼 자체가 소성거동에 의하여 에너지를 소산시키는 소성댐퍼(hysteretic damper)와 마찰댐퍼(friction damper) 등이 대표적이다.
점성댐퍼는 실린더 내 고점성 유체의 유동에 의하여 에너지가 흡수되는 원리를 가지는 댐퍼로, 넓은 대역의 주파수 영역에서도 안정적인 에너지 소산이 이루어지며, 댐퍼에 의해 발휘되는 제어력이 속도에 비례하기 때문에 구조설계에 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.
점탄성댐퍼는 고무, 폴리머 계열의 점탄성 소재가 가지는 전단변형에 의해 진동에너지를 열로 소산시키는 원리를 이용한 댐퍼로, 댐퍼의 양 끝단 사이에서 발생하는 상대속도와 상대변위에 비례하여 제어력이 발휘된다.
마찰댐퍼는 운동에너지를 열에너지로 변화시켜 에너지를 소산시키며, 일정 이상의 구조물 변위가 초과될 경우에만 에너지 소산이 일어나는 특성이 있다.
소성댐퍼는 재료의 비탄성영역에서의 안정적인 이력거동에 의해 에너지를 흡수하는 원리를 가진다.
특히 소성댐퍼는 온도 등 외부환경의 영향에 민감하지 않아 비용 대비 고효율의 구조성능을 발휘하고, 가새형, 간주형, 전단벽형, 인방형 등으로 다양하게 주구조체와 간섭되지 않는 위치에 배치가 가능하여 건물의 동선 및 평면 등 건축 계획에 영향을 미치지 않고, 저렴한 비용으로 짧은 공사기간 동안 설치할 수 있다.
또한, 수평강성이 낮은 주구조체에 입력되는 에너지를 재하초기에 높은 수평강성을 나타내는 소성댐퍼에 집중시켜 소산함으로써 건축물의 진동 및 주구조체의 손상을 저감시키기 때문에 기존 구조체에 변화를 주지 않는 장점이 있다.
한편, 건축 구조물의 골격을 이루도록 기둥이나 보 등을 조립하여 만든 가새골조(braced frame)에는 골조의 변형을 방지하고 내진 보강이나 에너지 소산을 목적으로 상부와 하부를 대각선으로 잇는 가새를 넣어 설치한다.
즉, 가새는 주로 좌우의 두 기둥과 상하의 보 또는 토대로 짜인 직사각형 벽체 뼈대의 한쪽 모서리에서 다른 쪽 모서리로 빗대어서 건물의 내진성 및 내풍성 등을 높여주는 보강재이다.
이러한 가새는 지진이나 바람과 같은 수평하중 및 변위에 저항하는 횡력저항요소이나 설계하중 이상의 압축하중이 작용할 경우 좌굴이 발생하고, 이로 인해 강성과 강도 등의 내력성능이 급격하게 저하되어 불안정한 이력거동을 보이며 에너지 소산량도 작아지는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 슬릿의 소성변형에 의해 지진 하중에 대한 에너지 소산 성능을 발휘하는 이른바 슬릿형 강재댐퍼를 사용하고 있으나, 이는 외력이 인가될 때 불규칙한 방향으로 급격하게 좌굴되면서 충격을 효과적으로 흡수하지 못하는 데다, 전체적으로 균등한 응력이 작용하는 것이 어렵기 때문에 풍하중이나 소규모의 지진에만 에너지 소산 능력이 발휘되는 한계가 있다.
따라서 큰 지진하중을 받을 때 비탄성 변형이 발생하도록 하여 좌굴을 방지하고 안정적인 이력거동에 의하여 많은 에너지를 소산할 수 있는 건축 구조물 내진 보강용 장치가 요구되고 있다.
여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝히며, 아울러 종래기술에서의 도면 부호는 본 발명에서의 도면 부호와 상호 무관한 것이다.
KR 10-1176374 B1(2012.08.17) KR 10-2020-0038751 A(2020.04.14) KR 10-1017730 B1(2011.02.18) KR 10-1171876 B1(2012.08.01) KR 10-1604745 B1(2016.03.14) KR 1091142802 B1(2012.04.27)
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려함과 동시에 기존의 내진 보강용 강재댐퍼 기술이 지닌 기술적 한계 및 문제점들을 해결하려는 발상에서, 큰 지진하중을 받을 때 비탄성 변형이 발생하도록 하여 좌굴을 방지하고 안정적인 이력거동에 의하여 많은 에너지를 소산함으로써 충분한 내진성능으로 지진 충격을 흡수하여 구조물의 연성을 증가시키는 효과를 도모할 수 있는 새로운 건축 구조물 내진 보강장치를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 지진 에너지를 흡수 및 소산하는 감쇠능력을 증대시킬 수 있도록 하는 건축 구조물 내진 보강장치를 제공하는 데 있는 것이다.
여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 새로운 착상을 구체화하면서 특정의 기술적 목적을 효과적으로 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 태양(aspect)에 따른 구체적인 수단은, 가새골조(braced frame)의 교차 부분 구석에 붙은 거싯 플레이트(gusset plate)와 핀 이음으로 연결하기 위한 아이바(eyebar)가 길이 방향의 한쪽 끝부분에 형성된 연결대, 상기 연결대의 양쪽 측면에 일정한 간격을 두고 바깥쪽을 향하여 돌출 형성되고, 끝부분에 제1나사구멍이 각각 형성된 다수의 제1암, 상기 제1암들 중 상기 연결대의 한쪽에 형성된 상기 제1암을 커버하도록 형성되고, 상기 제1나사구멍과 볼트로 상하 양쪽에서 연결하기 위한 제1클리어런스 홀이 일정한 간격을 두고 다수 형성되며, 가새골조에서 상부와 하부를 대각선으로 잇는 가새의 길이 방향의 한쪽 끝부분에 고정하기 위한 고정판이 한쪽에 일체로 형성된 하나의 지지부재, 상기 제1암들 중 상기 연결대의 다른 한쪽에 형성된 상기 제1암을 커버하도록 형성되고, 상기 연결대를 중심으로 하여 상기 하나의 지지부재와 대칭적으로 배치되며, 상기 제1나사구멍과 볼트로 상하 양쪽에서 연결하기 위한 제1클리어런스 홀이 일정한 간격을 두고 다수 형성되며, 상기 가새의 길이 방향의 한쪽 끝부분에 고정하기 위한 고정판이 한쪽에 일체로 형성된 다른 하나의 지지부재, 상기 지지부재들의 상하 양면에 각각 볼트로 조여서 결합되고, 양쪽에 상기 제1클리어런스 홀과 통하는 제2클리어런스 홀이 형성된 제1연결판을 포함하여 채용하는 것을 특징으로 하는 건축 구조물 내진 보강장치를 제시한다.
이로써 본 발명은 지진 에너지를 흡수 및 소산하는 감쇠능력을 증대시켜 구조물의 내진 안전성을 향상시킬 수 있다.
즉, 제1암의 변위와 소성 변형에 의해 지진 에너지를 흡수하여 소산시키므로 구조물의 내진성능 효과적으로 보강할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)으로 상기 제1암은, 상기 연결대에서 그 각각의 상기 제1나사구멍 쪽으로 갈수록 상하 폭이 점차 좁아지는 테이퍼면(taper face)을 갖는 판 형상으로 형성됨으로써 제1암의 연결대와 고정 부분에 응력 집중을 방지함과 동시에 제1암의 자유단부에서 우선적으로 변형이 일어나도록 유도하여 더욱 효과적으로 지진 에너지를 흡수 및 소산하여 감쇠능력을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시 태양(aspect)에 따른 구체적인 수단은, 가새골조(braced frame)의 교차 부분 구석에 붙은 거싯 플레이트(gusset plate)와 핀 이음으로 연결하기 위한 아이바가 길이 방향의 한쪽 끝부분에 형성된 연결대, 상기 연결대의 양쪽 측면에 일정한 간격을 두고 바깥쪽을 향하여 돌출 형성되고, 끝부분에 제1나사구멍이 각각 형성된 다수의 제1암, 상기 제1암들을 상기 연결대의 양쪽에서 커버하도록 좌우 한 쌍으로 이루어져 상기 연결대를 중심으로 하여 대칭적으로 배치되며, 상기 제1나사구멍과 볼트로 상하 양쪽에서 연결하기 위한 제1클리어런스 홀이 일정한 간격을 두고 다수 형성되며, 가새골조에서 상부와 하부를 대각선으로 잇는 가새의 길이 방향의 한쪽 끝부분에 고정하기 위한 고정판이 한쪽에 일체로 형성된 제1지지부재, 상기 연결대의 상하 양면에 일정한 간격을 두고 상방 및 하방으로 돌출 형성되고, 끝부분에 제2나사구멍이 각각 형성된 다수의 제2암 및 상기 제2암들을 상기 연결대의 상하에서 커버하도록 상하 한 쌍으로 이루어져 상기 연결대를 중심으로 하여 대칭적으로 배치되며, 상기 제2나사구멍과 볼트로 좌우 양쪽에서 연결하기 위한 제3클리어런스 홀이 일정한 간격을 두고 다수 형성된 제2지지부재를 포함하여 채용하는 것을 특징으로 하는 건축 구조물 내진 보강장치를 제시한다.
이로써 본 발명은 지진 에너지를 흡수 및 소산하는 감쇠능력을 증대시켜 구조물의 내진 안전성을 향상시킬 수 있다.
즉, 제1 내지 제4암의 변위와 소성 변형에 의해 지진 에너지를 흡수하여 소산시키고, 이 과정에서 안정적인 거동을 유도하므로 구조물의 내진성능 효과적으로 보강할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)으로 상기 제1암은, 상기 연결대에서 그 각각의 상기 제1나사구멍 쪽으로 갈수록 상하 폭이 점차 좁아지는 테이퍼면을 갖는 판 형상으로 형성되고, 상기 제2암은, 상기 연결대에서 그 각각의 상기 제2나사구멍 쪽으로 갈수록 상하 폭이 점차 좁아지는 테이퍼면을 갖는 판 형상으로 형성됨으로써 더욱 효과적으로 지진 에너지를 흡수 및 소산하여 감쇠능력을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)은 상기 제1지지부재들의 바깥쪽 좌우 측면에 일정한 간격을 두고 제4클리어런스 홀이 다수 형성되고, 상기 제2지지부재들의 상하 양면에 일정한 간격을 두고 제6클리어런스 홀이 다수 형성되며, 상기 제1지지부재들의 바깥쪽 좌우 양면에 각각 볼트로 조여서 결합되고, 양쪽에 일정한 간격을 두고 상기 제4클리어런스 홀과 각각 통하는 제5클리어런스 홀이 형성된 한 쌍의 제1연결판 및 상기 제2지지부재들의 상하 양면에 볼트로 조여서 결합되고, 상기 제6클리어런스 홀과 통하는 제7클리어런스 홀이 일정한 간격을 두고 다수 형성된 제2연결판을 더 포함하여 구성됨으로써 전체적으로 고른 응력이 작용하도록 하여 면외(out-of-plane) 방향으로 조기에 좌굴되는 현상을 방지하고, 변위 방향에 대한 응력 및 항복강도를 증대시킬 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하고자 특유한 해결 수단이 기초하고 있는 본 발명의 기술사상 및 실시 예(embodiment)에 따르면, 연결대와 제1 및 제2지지부재가 제1 및 제2암을 통해 연결된 구조이기 때문에 가새에 일정한 크기 이상의 외력이 가해질 경우 제1 및 제2암이 전단 변형 및 연결대가 변위되면서 지진 에너지를 흡수하여 소산시킬 수 있다.
즉, 지진 발생 시 전달되는 전단 응력으로 인해 제1 및 제2암이 전단 변형되고 연결대의 변위가 일어나는 과정을 통해 지진 에너지를 소산시키고, 이로 인해 가새의 좌굴을 방지할 수 있다.
따라서 지진 등으로 인한 충격이나 진동 감쇠능력을 증대시켜 구조물의 내진 안전성을 향상시킬 수 있다.
즉, 외력 작용에 따라 완충, 수축과 신장, 좌굴 등에 효과적으로 대응할 수 있는 장점이 있다.
여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예 1에 따른 건축 구조물 내진 보강장치를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예 1에 따른 건축 구조물 내진 보강장치를 결합하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 1에 따른 건축 구조물 내진 보강장치를 가새골조에 설치한 상태를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 2에 따른 건축 구조물 내진 보강장치를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예 2에 따른 건축 구조물 내진 보강장치를 결합하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 2에 따른 건축 구조물 내진 보강장치를 가새골조에 설치한 상태를 나타낸 정면도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.
또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과, 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.
아울러 본 명세서에서 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미이며, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
즉, 본 명세서에서 설시하는 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다.
그리고 상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부, 상측, 하측, 전후, 좌우 등의 용어는 각 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 편의상 사용한 것이다. 예를 들어, 도면상의 위쪽을 상부로 아래쪽을 하부로 명명하거나 지칭하고, 길이 방향을 전후 방향으로, 폭 방향을 좌우 방향으로 명명하거나 지칭할 수 있다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 즉, 제1, 제2 등의 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 구성요소는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한에서 제2 구성요소로 명명할 수 있고, 또 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명할 수도 있다.
<실시 예 1>
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예 1에 따른 건축 구조물 내진 보강장치(1)는, 건축 구조물의 창문 외측이나 내벽에 설치된 가새골조(braced frame)의 상부와 하부를 대각선으로 잇는 가새(2)에 설치하는 것으로, 이를 구성하는 주요 구성요소는 연결대(10), 제1암(20), 제1지지부재(30) 및 제1연결판(40)을 포함하고 있다.
연결대(10)는 그 길이 방향의 한쪽 끝부분에 가새골조(braced frame)의 교차 부분 구석에 붙은 거싯 플레이트(gusset plate) 또는 토글과 핀 이음으로 연결하기 위한 아이바(11)가 형성되어 있다.
여기서 연결대(10)는 탄소강, 스테인리스 강 등의 다양한 강재(steel)를 이용하여 형성될 수 있으며, 전체적으로 사각형 단면 형상을 갖는 막대 형태를 이루고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1암(20)은 연결대(10)의 양쪽 측면에 다수가 일정한 간격을 두고 바깥쪽을 향하여 돌출 형성되어 있고, 그 각각의 끝부분, 즉 자유단부에는 상하로 통하는 제1나사구멍(21)이 형성되어 있다.
즉, 제1암(20)은 연결대(10)를 중심으로 하여 좌우 양쪽에 대칭적으로 형성되어 있다.
그리고 제1암(20)은 연결대(10)와 고정 부분에 응력 집중을 방지함과 동시에 자유단부에서 우선적으로 변형이 일어나도록 유도하기 위하여 연결대(10)에서 그 각각의 제1나사구멍(21) 쪽으로, 즉 자유단부로 갈수록 상하 폭이 점차 좁아지는 테이퍼면(taper face)을 갖는 판 형상으로 형성되어 있다.
제1지지부재(30)는 제1암(20)들을 연결대(10)의 양쪽에서 커버하도록 좌우 한 쌍으로 이루어져 있고, 그 각각은 연결대(10)를 중심으로 하여 대칭적으로 배치되어 있다.
즉, 제1지지부재(30)는 제1암(20)들을 삽입하기 위해 그 단면이 'ㄷ' 자형으로 형성되어 있다.
그리고 제1지지부재(30)의 상하 양면에는 제1암(20)들의 제1나사구멍(21)과 볼트로 상하 양쪽에서 연결하기 위한 제1클리어런스 홀(31)이 일정한 간격을 두고 다수 배열 형성되어 있다.
또한, 제1지지부재(30)의 한쪽 끝에는 가새골조에서 상부와 하부를 대각선으로 잇는 가새(2)의 길이 방향의 한쪽 끝부분에 고정하기 위한 고정판(32)이 일체로 형성되어 있다.
즉, 고정판(32)은 사각판 모양으로 형성되어 있고, 제1지지부재(30)의 길이방향 끝에 축선과 직각으로 용접 등의 접합방법으로 고정되어 있다.
여기서 고정판(32)은 가새(2)에 볼트와 너트로 조여서 체결하기 위해 클리어런스 홀이 다수 형성되는 것이 바람직하다.
아울러 고정판(32)은 그 강도와 강성을 증대시키기 위하여 수평 스티프너를 배치하는 것이 바람직하다.
한편, 제1지지부재(30)는 탄소강, 스테인리스 강 등의 다양한 강재(steel)를 이용하여 형성될 수 있다.
제1연결판(40)은 제1지지부재(30)들의 상하 양면에 각각 볼트로 조여서 결합하기 위해 상하 한 쌍으로 구성되어 있다.
그리고 제1연결판(40)의 양쪽 가장자리에는 제1클리어런스 홀(31)과 각각 통하는 제2클리어런스 홀(41)이 일정한 간격을 두고 다수 배열 형성되어 있다.
즉, 제1연결판(40)은 전체적으로 고른 응력이 작용하도록 하여 면외(out-of-plane) 방향으로 조기에 좌굴되는 현상을 방지하고, 변위 방향에 대한 응력 및 항복강도를 증대시키기 위해 탄소강, 스테인리스 강 등의 다양한 강재(steel)를 이용하여 사각형 판 형상으로 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예 1에 따른 건축 구조물 내진 보강장치(1)의 주요 작용 및 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 지진 에너지의 충격에 의한 일정 크기 이상의 압축 하중이 가새(2)에 가해지는 경우 제1암(20)의 전단 변형 및 연결대(10)의 변위가 일어나고, 그에 비례하는 응력으로 감쇠가 일어나면서 충격 에너지를 흡수하여 소산시키므로 압축 충격의 감쇠가 일어나게 된다.
이후, 압축 하중 감쇠 작용이 종료되고 압축 하중이 가해지는 상태가 해제되면, 변형되었던 제1암(20)과 연결대(10)의 위치가 원래대로 복원되어 다시 충격이나 진동을 대비하는 상태를 이루게 된다.
이처럼 본 발명의 실시 예 1에 따른 건축 구조물 내진 보강장치(1)는 가새(2)에 작용하는 압축 하중에 대하여 점진적으로 충격력을 감소시키면서 이력거동하고 인장 하중에 대하여 긴장완화(relaxation) 및 응력을 이완시키는 등 변위 및 전단 변형을 통해서 에너지를 흡수하여 소산시킬 수 있다.
즉, 지진 발생 시 전달되는 전단 응력으로 인해 제1암(20)이 전단 변형되고 연결대(20)의 변위가 일어나는 과정을 통해 지진 에너지를 소산시킴으로써 가새(2)의 좌굴을 방지할 수 있다.
<실시 예 2>
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예 2에 따른 건축 구조물 내진 보강장치(1')는, 건축 구조물의 창문 외측이나 내벽에 설치된 가새골조(braced frame)의 상부와 하부를 대각선으로 잇는 가새(2)에 설치하는 것으로, 이를 구성하는 주요 구성요소는 연결대(10), 제1암(20), 제1지지부재(30), 제1연결판(40), 제2암(50), 제2지지부재(60) 및 제2연결판(70)을 포함하고 있다.
이 중에서 제1연결판(40)은 제1지지부재(30)들의 바깥쪽 좌우 양면에 각각 볼트로 조여서 결합하기 위해 상하 한 쌍으로 구성되어 있다.
그리고 제1연결판(40)의 양쪽 가장자리에는 제4클리어런스 홀(33)과 각각 통하는 제5클리어런스 홀(42)이 일정한 간격을 두고 다수 배열 형성되어 있다.
즉, 제1연결판(40)은 전체적으로 고른 응력이 작용하도록 하여 면외(out-of-plane) 방향으로 조기에 좌굴되는 현상을 방지하고, 변위 방향에 대한 응력 및 항복강도를 증대시키기 위해 탄소강, 스테인리스 강 등의 다양한 강재(steel)를 이용하여 사각형 판 형상으로 형성되어 있다.
제2암(50)은 연결대(10)의 상하 양면에 일정한 간격을 두고 상방 및 하방으로 돌출 형성되어 있고, 그 각각의 끝부분, 즉 자유단부에는 좌우로 통하는 제2나사구멍(51)이 형성되어 있다.
즉, 제2암(50)은 연결대(10)를 중심으로 하여 상하 양쪽에 대칭적으로 형성되어 있다.
그리고 제2암(50)은 연결대(10)와 고정 부분에 응력 집중을 방지함과 동시에 자유단부에서 우선적으로 변형이 일어나도록 유도하기 위하여 연결대(10)에서 그 각각의 제2나사구멍(51) 쪽으로, 즉 자유단부로 갈수록 상하 폭이 점차 좁아지는 테이퍼면(taper face)을 갖는 판 형상으로 형성되어 있다.
제1지지부재들(30)의 바깥쪽 좌우 측면에는 제1연결판(40)들을 각각 볼트로 조여서 결합하기 위해 제1연결판(40)의 제5클리어런스 홀(42)과 통하는 제4클리어런스 홀(33)이 일정한 간격을 두고 다수 배열 형성되어 있다.
제2지지부재(60)는 제2암(50)들을 연결대(10)의 상하 양쪽에서 커버하도록 상하 한 쌍으로 이루어져 있고, 그 각각은 연결대(10)를 중심으로 하여 대칭적으로 배치되어 있다.
즉, 제2지지부재(60)는 제2암(50)들을 삽입하기 위해 그 단면이 'ㄷ' 자형으로 형성되어 있다.
그리고 제2지지부재(60)의 좌우 양면에는 제2나사구멍(51)과 볼트로 좌우 양쪽에서 연결하기 위한 제3클리어런스 홀(61)이 일정한 간격을 두고 다수 배열 형성되어 있다.
또한, 제2지지부재(60)들의 상하 양면에는 제2연결판(70)의 제7클리어런스 홀(71)과 통하는 제6클리어런스 홀(62)이 일정한 간격을 두고 다수 배열 형성되어 있다.
제2연결판(70)은 제2지지부재(60)들의 상하 양면에 볼트로 조여서 결합하기 위해 상하 한 쌍으로 구성되어 있다.
그리고 제2연결판(70)의 안쪽에는 제2지지부재(60)들의 제6클리어런스 홀(62)과 통하는 제7클리어런스 홀(71)이 일정한 간격을 두고 다수 배열 형성되어 있다.
즉, 제2연결판(70)은 전체적으로 고른 응력이 작용하도록 하여 면외(out-of-plane) 방향으로 조기에 좌굴되는 현상을 방지하고, 변위 방향에 대한 응력 및 항복강도를 증대시키기 위해 탄소강, 스테인리스 강 등의 다양한 강재(steel)를 이용하여 사각형 판 형상으로 형성되어 있다.
여기서 본 발명의 실시 예 2에 따른 건축 구조물 내진 보강장치(1')와 관련한 구성요소 중 상술한 실시 예 1과 동일 또는 유사한 작용효과를 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하며, 그에 대한 반복적이고 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예 2에 따른 건축 구조물 내진 보강장치(1')의 주요 작용 및 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 지진 에너지의 충격에 의한 일정 크기 이상의 압축 하중이 가새(2)에 가해지는 경우 제1암(20) 및 제2암(50)의 전단 변형 및 연결대(10)의 변위가 일어나고, 그에 비례하는 응력으로 감쇠가 일어나면서 충격 에너지를 순차적으로 흡수하여 소산시키므로 압축 충격의 감쇠가 일어나게 된다.
이후, 압축 하중 감쇠 작용이 종료되고 압축 하중이 가해지는 상태가 해제되면, 변형되었던 제1암(20) 및 제2암(50)과 연결대(10)의 위치가 원래대로 순차적으로 복원되어 다시 충격이나 진동을 대비하는 상태를 이루게 된다.
이처럼 본 발명의 실시 예 2에 따른 건축 구조물 내진 보강장치(1')는 가새(2)에 작용하는 압축 하중에 대하여 점진적으로 충격력을 감소시키면서 이력거동하고 인장 하중에 대하여 긴장완화(relaxation) 및 응력을 이완시키는 등 변위 및 전단 변형을 통해서 에너지를 흡수하여 소산시킬 수 있다.
즉, 지진 발생 시 전달되는 외력으로 인해 사방의 제1암(20) 및 제2암(50)이 변형되고 연결대(20)의 변위가 일어나는 과정을 통해 지진 에너지를 소산시킴으로써 가새(2)의 좌굴을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예(embodiment) 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지로 다양하게 변형하고 응용할 수 있음은 물론이고 각 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다.
그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.
10: 연결대 11: 아이바
20: 제1암 21: 제1나사구멍
30: 제1지지부재 31: 제1클리어런스 홀
32: 고정판 33: 제4클리어런스 홀
40: 제1연결판 41: 제2클리어런스 홀
42: 제5클리어런스 홀 50: 제2암
51: 제2나사구멍 60: 제2지지부재
61: 제3클리어런스 홀 62: 제6클리어런스 홀
70: 제2연결판 71: 제7클리어런스 홀

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 가새골조(braced frame)의 교차 부분 구석에 붙은 거싯 플레이트(gusset plate)와 핀 이음으로 연결하기 위한 아이바(11)가 길이 방향의 한쪽 끝부분에 형성된 연결대(10);
    상기 연결대(10)의 양쪽 측면에 일정한 간격을 두고 바깥쪽을 향하여 돌출 형성되고, 끝부분에 제1나사구멍(21)이 각각 형성된 다수의 제1암(20);
    상기 제1암(20)들을 상기 연결대(10)의 양쪽에서 커버하도록 좌우 한 쌍으로 이루어져 상기 연결대(10)를 중심으로 하여 대칭적으로 배치되며, 상기 제1나사구멍(21)과 볼트로 상하 양쪽에서 연결하기 위한 제1클리어런스 홀(31)이 일정한 간격을 두고 다수 형성되며, 가새골조에서 상부와 하부를 대각선으로 잇는 가새(2)의 길이 방향의 한쪽 끝부분에 고정하기 위한 고정판(32)이 한쪽에 일체로 형성된 제1지지부재(30);
    상기 연결대(10)의 상하 양면에 일정한 간격을 두고 상방 및 하방으로 돌출 형성되고, 끝부분에 제2나사구멍(51)이 각각 형성된 다수의 제2암(50); 및
    상기 제2암(50)들을 상기 연결대(10)의 상하에서 커버하도록 상하 한 쌍으로 이루어져 상기 연결대(10)를 중심으로 하여 대칭적으로 배치되며, 상기 제2나사구멍(51)과 볼트로 좌우 양쪽에서 연결하기 위한 제3클리어런스 홀(61)이 일정한 간격을 두고 다수 형성된 제2지지부재(60);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 구조물 내진 보강장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1암(20)은, 상기 연결대(10)에서 그 각각의 상기 제1나사구멍(21) 쪽으로 갈수록 상하 폭이 점차 좁아지는 테이퍼면(taper face)을 갖는 판 형상으로 형성되고,
    상기 제2암(50)은, 상기 연결대(10)에서 그 각각의 상기 제2나사구멍(51) 쪽으로 갈수록 상하 폭이 점차 좁아지는 테이퍼면을 갖는 판 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 건축 구조물 내진 보강장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1지지부재들(30)의 바깥쪽 좌우 측면에 일정한 간격을 두고 제4클리어런스 홀(33)이 다수 형성되고,
    상기 제2지지부재(60)들의 상하 양면에 일정한 간격을 두고 제6클리어런스 홀(62)이 다수 형성되며,
    상기 제1지지부재(30)들의 바깥쪽 좌우 양면에 각각 볼트로 조여서 결합되고, 양쪽에 일정한 간격을 두고 상기 제4클리어런스 홀(33)과 각각 통하는 제5클리어런스 홀(42)이 형성된 한 쌍의 제1연결판(40); 및
    상기 제2지지부재(60)들의 상하 양면에 볼트로 조여서 결합되고, 상기 제6클리어런스 홀(62)과 통하는 제7클리어런스 홀(71)이 일정한 간격을 두고 다수 형성된 제2연결판(70);
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 구조물 내진 보강장치.
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