KR102334833B1 - 제진장치 - Google Patents

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KR102334833B1
KR102334833B1 KR1020200151848A KR20200151848A KR102334833B1 KR 102334833 B1 KR102334833 B1 KR 102334833B1 KR 1020200151848 A KR1020200151848 A KR 1020200151848A KR 20200151848 A KR20200151848 A KR 20200151848A KR 102334833 B1 KR102334833 B1 KR 102334833B1
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양근혁
문주현
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경기대학교 산학협력단
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    • 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
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    • 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

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Abstract

본 제진장치는 기둥 및 보로 구성된 구조물에 설치되며, 상측 보와 하측보에 각각 고정되는 상부 연결프레임과 하부 연결프레임과, 상부 연결프레임과, 하부 연결프레임 사이에 배치되는 제진모듈을 포함한다. 제진모듈은 상부 연결프레임과 하부 연결프레임 중 어느 하나의 연결프레임과 연결되는 외부프레임과, 외부프레임의 내부에 배치되되, 다른 하나의 연결프레임과 연결되는 내부프레임과, 일단이 외부프레임에 연결되고, 타단이 내부프레임에 연결되는 복수의 탄성유닛으로서, 외부프레임과 내부프레임에 회전가능하게 배치되는 스프링을 갖는 복수의 탄성유닛을 포함한다.

Description

제진장치{Vibration Control Apparatus}
본 발명은 제진장치에 관한 것으로서, 에너지 소산능력이 우수한 스프링을 이용하여 X 및 Y방향에서 도입되는 지진하중에 저항하여 구조물의 내진성능을 향상시키는 제진장치에 관한 것이다.
내진 공법이란 지진력에 저항할 수 있도록 내구성을 향상시켜 설계하는 내진설계, 건물을 지반에서 분리하여 건물의 진동 주기를 지진의 탁월 주기에서 멀어지게 하는 면진 기술, 지진에 의한 입력에너지를 각종 제진 장치를 이용하여 효율적으로 소산시키는 제진기술 등을 포함하는 기술을 의미한다.
제진(制振, Vibration Control)이란 건물의 경우 바람이나 지진 등에 의해 발생하는 진동을 제어하는 것을 말하고, 진동 제어를 위해 특별한 장치나 기구 즉, 제진장치를 설치한 구조를 제진구조라 한다. 제진의 목적은 바람이나 지진 등에 의해 구조물에 입력되는 진동에너지를 제진장치를 설치하여 소산시킴으로써 구조물의 안전성과 거주성을 향상시키는 데 있다.
건물에 가해지는 외력은 그 방향이나 강도가 정해진 것이 아니어서, 다방향으로 진동이 가해지게 된다. 다방향으로 진동이 가해지는 경우, 이를 효과적으로 제어할 수 있는 장치가 필요하다.
본 발명의 일 측면은 구조를 개선한 제진장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면은 효과적인 하중전달을 위한 스프링의 축방향 거동 시스템을 갖는 제진장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면은 및 Y방향의 지진하중을 저항할 수 있는 양방향 거동 시스템을 갖는 제진장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면은 다축 방향에서 도입되는 지진에너지를 효과적으로 흡수하여 도입되는 지진하중의 방향에 관계없이 구조물의 내진성능을 향상시킬 수 있는 스프링 제진장치를 제시하는 것이다. 제시된 기술은 효과적인 하중전달을 위한 스프링의 축방향 거동 시스템, X 및 Y방향의 지진하중을 저항할 수 있는 양방향 거동 시스템 및 이들 상세들을 이용한 보강대상 구조물과의 연결상세 기술로 구성된다. 스프링의 축방향거동 시스템은 베어링, 연결바 및 판재로 구성되어 축방향에서 지진에너지를 흡수할 수 있는 스프링의 특성을 100% 발휘시킬 수 있다. 양방향 거동 시스템은 스프링의 축방향 거동시스템을 X 및 Y방향에 동시에 연결시킴으로서 모든 방향에서 도입되는 지진하중을 저항할 수 있다. 또한 이들 스프링 시스템과 보강대상 구조물과의 단순 연결상세는 현장에서의 시공성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 제진장치는, 기둥 및 보로 구성된 구조물에 설치되는 제진장치에 있어서, 상측 보와 하측보에 각각 고정되는 상부 연결프레임과 하부 연결프레임; 상기 상부 연결프레임과, 상기 하부 연결프레임 사이에 배치되는 제진모듈;을 포함하고, 상기 제진모듈은, 상기 상부 연결프레임과 하부 연결프레임 중 어느 하나의 연결프레임과 연결되는 외부프레임; 상기 외부프레임의 내부에 배치되되, 다른 하나의 연결프레임과 연결되는 내부프레임; 일단이 상기 외부프레임에 연결되고, 타단이 상기 내부프레임에 연결되는 복수의 탄성유닛으로서, 상기 외부프레임과 내부프레임에 회전가능하게 배치되는 스프링을 갖는 복수의 탄성유닛;을 포함한다.
상기 내부프레임은, 상기 외부프레임의 내부에서 상기 외부프레임에 대해 이동가능하게 구성될 수 있다.
상기 복수의 탄성유닛은, 상기 외부프레임과 상기 내부프레임을 상호간에 탄성적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 탄성유닛은, 제 1 축방향으로 탄성력을 갖는 적어도 하나의 제 1 탄성유닛; 상기 제 1 축방향과 다른 제 2 축방향으로 탄성력을 갖는 적어도 하나의 제 2 탄성유닛;을 포함할 수 있다.
상기 제 1, 2 탄성유닛은 수평방향으로 배치될 수 있다.
상기 제 1, 2 탄성유닛은 상기 제 1 축방향과 상기 제 2 축방향이 수직하게 배치될 수 있다.
상기 외부프레임은 그 내부에 내부공간을 형성하며, 상기 내부프레임은 상기 내부공간을 상기 제 1, 2 탄성유닛들이 배치되는 한 쌍의 배치공간으로 구획하도록 상기 외부프레임 내측에 배치될 수 있다.
상기 제 1, 2 탄성유닛들은, 상기 내부프레임을 중심으로 상기 한 쌍의 배치공간 각각 대칭되게 배치될 수 있다.
상기 내부프레임은, 수직방향으로 형성되는 내부프레임바디; 상기 내부프레임바디로부터 수평방향으로 연장되는 복수의 날개부로서, 상기 내부프레임바디의 길이방향을 따라 교번되게 배치되는 복수의 날개부;를 포함할 수 있다.
상기 외부프레임은, 제 1 프레임바디, 상기 제 1 프레임바디와 마주하는 제 2 프레임바디, 상기 제 1, 2 프레임바디를 연결하는 제 3, 4 프레임바디;를 포함하고, 상기 제 1 탄성유닛은, 상기 내부프레임바디와, 상기 내부프레임바디와 각각 마주하는 상기 제 1 프레임바디 또는 제 2 프레임바디와 연결하도록 구성되고, 상기 제 2 탄성유닛은, 상기 복수의 날개부 중 어느 하나의 날개부와, 상기 어느 하나의 날개부와 마주하는 상기 제 3 프레임바디 또는 제 4 프레임바디를 연결하도록 구성될 수 있다.
상기 스프링은, 상기 제 1, 2 탄성유닛에서 상기 제 1, 2 축방향으로 각각 탄성을 가지는 제 1, 2 스프링;을 포함하고, 상기 제 1, 2 탄성유닛은, 상기 제 1, 2 스프링의 양단에 배치되어 각각 상기 외부프레임과 내부프레임에 결합되되, 상기 제 1, 2 스프링이 상기 외부프레임과 내부프레임에 대해 각각 회전가능하도록 구성되는 회전링크;를 포함할 수 있다.
상기 제 1, 2 스프링은, 상기 외부프레임과 상기 내부프레임간에 발생하는 변위와 연동하여 상기 회전링크로부터 회전하도록 구성될 수 있다.
상기 회전링크는, 상기 제 1, 2 스프링의 양단에 형성되는 한 쌍의 결합부; 상기 외부프레임과 상기 내부프레임에 각각 고정되는 한 쌍의 고정부재로서, 상기 한 쌍의 결합부가 회전가능하게 연결되는 회전연결부를 갖는 한 쌍의 고정부재;를 포함할 수 있다.
상기 결합부는, 상기 제 1, 2 스프링의 양단에서 상기 제 1, 2 축방향과 수직한 방향으로 각각 형성되는 한쌍의 플레이트; 상기 한 쌍의 플레이트로부터 상기 제 1, 2 축방향으로 연장되어 상기 회전연결부에 연결되는 걸림부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 스프링의 축방향 저항시스템을 이용하여 횡저항력을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 모든 방향에서 도입되는 지진하중에 대한 효과적인 저항력을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 현장설치 최소화와 단순연결 상세로 시공성을 향상시킬 수 있다.
도 1, 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치와, 제진장치가 구조물에 설치된 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치의 제진모듈의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치의 일부 분해사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치의 스프링에 관한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치의 탄성유닛에 관한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치에서, 변위가 발생한 탄성유닛에 관한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치의 제 1, 2 탄성유닛들의 배치에 관한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치에서, 변위가 발생한 제 1, 2 탄성유닛들의 배치에 관한 도면.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA (field-programmable gate array)/ ASIC (application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1, 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치와, 제진장치가 구조물에 설치된 도면이다.
제진장치(1)는 기둥(P)과, 기둥(P)들 사이의 슬래브 또는 보(B)로 구성된 건축구조물(A)에 설치될 수 있다. 제진장치(1)는 상측보(B1)와 하측보(B2)사이에 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 제진장치(1)가 상측보(B1)와 하측보(B2) 사이에 배치되는 것을 일례로 드나, 이에 한정되지 않으며, 상측보 또는 슬래브와 하측보 또는 슬래브사이에 설치될 수도 있다.
제진장치(1)는 도 1과 같이 벽식으로 형성될 수도 있으며, 도 2와 같이 창호형으로 형성될 수도 있다. 벽식 제진장치는 상측보(B1)와 하측보(B2) 사이에 구조물(A)의 벽을 형성하는 설치되는 구조를 의미할 수 있다. 창호형 제진장치는 한 쌍의 기둥(P)과 한 쌍의 기둥(P)의 상하단을 연결하는 한쌍의 보(B) 사이에 창이 배치되는 개구를 형성하도록 창호식으로 설치되는 구조를 의미할 수 있다.
제진장치(1)는 연결프레임(10)과 제진모듈(20)을 포함할 수 있다.
연결프레임(10)은 제진모듈(20)을 사이에 두고 한 쌍이 구비될 수 있다. 한 쌍의 연결프레임(10)은 상측보(B1)의 하면에 설치 및 고정되는 상부 연결프레임(12)과, 하측보(B2)의 상면에 설치 및 고정되는 하부 연결프레임(14)을 포함할 수 있다. 연결프레임(10)은 보(B)들에 복수의 앵커(n)를 통해 고정될 수 있다. 복수의 앵커는 연결프레임(10)들의 길이방향을 따라 상호 이격되게 배치되어 연결프레임(10)들이 보(B)에 고정되도록 구성될 수 있다. 연결프레임(10)은 철골강재를 포함할 수 있다.
제진모듈(20)은 지진에너지를 효과적으로 흡수하도록 구성될 수 있다. 제진모듈(20)은 구조물(A)에 전달되는 외력 또는 지진하중을 흡수 또는 감쇠시킬 수 있다. 제진모듈(20)은 한 쌍의 연결프레임(10) 사이에 배치될 수 있다. 자세하게는 한 쌍의 연결프레임(10)은 z축 방향으로 상호 이격되게 배치될 수 있으며, 제진모듈(20)은 한 쌍의 연결프레임(10) 사이에 배치될 수 있다. 제진모듈(20)은 상부 연결프레임(12)의 하단과, 하부 연결프레임(14)의 상단과 연결될 수 있다. 제진모듈(20)과 연결프레임(10)들은 체결수단에 의해 연결될 수 있다. 체결수단은 볼팅결합을 포함할 수 있다.
제진모듈(20)은 그 중심(c)이 도 1과 같이, 상부 연결프레임(12)과 하부 연결프레임(14)의 중심선(c')상에 일치하도록 배치될 수 있다. 제진모듈(20)은 구조물(A)과 상부 연결프레임(12), 하부 연결프레임(14)에 따라 적어도 하나가 마련될 수 있다. 복수의 제진모듈(20)이 배치되는 경우, 도 2와 같이 복수의 제진모듈(20)들의 중심들(c)사이의 지점이 상부 연결프레임(12)과, 하부 연결프레임(14)의 중심선(c')이 배치되도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치의 제진모듈의 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치의 일부 분해사시도이다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 외부프레임을 투명한 구성인 것으로 도시하였으나, 외부프레임과 내부프레임 모두 불투명한 재질로 구성될 수 있다.
제진모듈(20)은 모듈프레임(30)과 복수의 탄성유닛(50)을 포함할 수 있다.
모듈프레임(30, 도 4 참고)은 제진모듈(20)의 틀을 형성할 수 있다. 모듈프레임(30)은 상부 연결프레임(12)과, 하부 연결프레임(14) 사이에 배치될 수 있다.
모듈프레임(30)은 외부프레임(32)과 내부프레임(34)을 포함할 수 있다. 내부프레임(34)은 외부프레임(32)의 내부에 배치될 수 있다. 외부프레임(32)은 상부 연결프레임(12)과 하부 연결프레임(14) 중 어느 하나의 연결프레임과 연결되며, 내부프레임(34)은 다른 하나의 연결프레임에 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 외부프레임(32)은 상부 연결프레임(12)에 결합 및 고정되며, 내부프레임(34)은 하부 연결프레임(14)에 결합 및 고정되도록 도시하였다. 이를 위해 외부프레임(32)은 상부 연결프레임(12)과 결합되도록 그 상단에 수평방향으로 형성되는 상부 결합플랜지(32a)를 포함하고, 내부프레임(34)은 하부 연결프레임(14)과 결합되도록 그 하단에 수평방향으로 형성되는 하부 결합플랜지(34a)를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 외부프레임(32)이 하부 연결프레임(14)에, 내부프레임(34)이 상부 연결프레임(12)에 각각 결합 및 고정될 수도 있다.
외부프레임(32)은 그 내부에 내부공간(32b, 도 4 참고)을 형성할 수 있다. 외부프레임(32)은 그 내부에 내부공간(32b)을 형성하도록, 제 1 프레임바디(33a)와, 제 1 프레임바디(33a)와 마주하는 제 2 프레임바디(33b), 제 1, 2 프레임바디(33a, 33b)를 연결하는 제 3, 4 프레임바디(33c, 33d)를 포함할 수 있다.
내부프레임(34)은 외부프레임(32)의 내측에 배치될 수 있다. 외부프레임(32)과 내부프레임(34)은 상하방향으로 분리가능하게 배치될 수 있다. 내부프레임(34)은 외부프레임(32)의 내부공간(32b)을 이동가능하게 구성될 수 있다. 이를 위해 외부프레임(32)의 내부에 위치한 내부프레임(34)은 외부프레임(32)의 내면으로부터 이격되게 배치될 수 있다. 즉, 외부프레임(32)과 내부프레임(34)은 상호간에 결합되지 않고, 상호간에 상대이동이 가능하도록 구성될 수 있다. 자세하게는 내부프레임(34)은 외부프레임(32)의 내부공간(32b)에서 x축방향, y축방향 또는 x축방향과 y축방향사이의 대각선방향으로 이동할 수 있다. 또한 내부프레임(34)은 외부프레임(32)에 대해 z축방향으로도 이동할 수 있으며, x축, y축, z축방향 사이의 대각선방향으로도 이동할 수 있다.
내부프레임(34)은 외부프레임(32)의 내부공간(32b)을 복수의 탄성유닛(50)이 배치되는 한 쌍의 배치공간(37)으로 구획할 수 있다. 내부프레임(34)은 외부프레임(32)의 내부공간(32b)을 이동가능하게 구성되므로, 외력에 의한 내부프레임(34)의 이동으로 인해 한 쌍의 배치공간(37)은 상호간에 크기가 달라질 수 있다. 복수의 탄성유닛(50)은 내부프레임(34)을 중심으로 한 쌍의 배치공간(37)에 각각 대칭되게 배치될 수 있다.
내부프레임(34)은 내부프레임바디(36)와, 복수의 날개부(38)를 포함할 수 있다.
내부프레임바디(36)는 한 쌍의 배치공간(37) 사이에서 수직방향으로 길게 배치될 수 있다. 내부프레임바디(36)는 사각형의 단면을 가지되, 내부가 비어있는 각관을 포함할 수 있다. 내부프레임바디(36)의 한 쌍의 외벽(36a)은 한 쌍의 배치공간(37) 또는 외부프레임(32)의 제 1, 2 프레임바디(33a, 33b)와 각각 마주하게 배치되며, 다른 한 쌍의 외벽(36b)은 외부프레임(32)의 제 3, 4 프레임바디(33c, 33d)와 마주하게 배치될 수 있다. 내부프레임바디(36)의 외벽들(36a, 36b)은 외부프레임(32)의 프레임바디들로부터 이격되게 배치될 수 있다. 내부프레임바디(36)의 하단에는 앞서 설명한 하부 결합플랜지(34a)가 형성될 수 있다.
복수의 날개부(38)는 내부프레임바디(36)로부터 연장되도록 구성될 수 있다. 복수의 날개부(38)는 내부프레임바디(36)로부터 외부프레임(32)의 제 3, 4 프레임바디(33c, 33d)를 따라 형성되되, 제 1, 2 프레임바디(33a, 33b)를 향해 돌출되도록 구성될 수 있다. 즉, 복수의 날개부(38)는 내부프레임바디(36)로부터 x축방향으로 연장되게 형성될 수 있다. 이를 통해 복수의 날개부(38)는 제 3, 4 프레임바디(33c, 33d) 중 어느 하나의 프레임바디와 마주하도록 구성될 수 있다.
복수의 날개부(38)는 내부프레임바디(36)의 길이방향을 따라 교번되게 배치될 수 있다. 즉, 날개부(38)는 내부프레임바디(36)의 외벽들(36a)들 중 하나의 외벽의 일측상단과, 타측하단에 마련되며, 다른 하나의 외벽의 일측하단과 타측상단에 마련될 수 있다. 이후 설명하는 제 2 탄성유닛(52)은 복수개가 마련되어, 일단이 각각 복수의 날개부(38)에 연결되고, 타단이 외부프레임(32)의 제 3, 4 프레임바디(33c, 33d)에 연결될 수 있다. 이와 같이 복수의 제 2 탄성유닛(52)은 내부프레임바디(36)를 따라 교번되도록 배치되는 복수의 날개부(38)에 각각 일단이 고정되므로, 외력 또는 지진하중이 균형되게 분산 및 흡수되도록 구성될 수 있다. 또한 이러한 구성을 통해 내부프레임(34)의 길이방향을 축으로 하는 회전에 대한 저항을 향상시키고, 탄성유닛(50)의 탄성력을 극대화 시킬 수 있다.
내부프레임바디(36)와 날개부(38)는 5~30mm 두께를 갖는 강재판으로 형성될 수 있다. 내부프레임바디(36)와 날개부(38)에는 5~30mm 직경의 홀(39)이 형성될 수 있으며, 상기 홀(39)에는 이후 설명하는 탄성유닛(50)들의 단부가 삽입 및 고정될 수 있다. 또한 외부프레임(32)의 프레임바디들에도 탄성유닛(50)들의 단부가 삽입 및 고정되는 홀(32c)가 형성될 수 있다.
복수의 탄성유닛(50)은 모듈프레임(30)의 내부에 배치될 수 있다. 복수의 탄성유닛(50)은 모듈프레임(30)의 한 쌍의 배치공간(37)에 대칭되도록 배치될 수 있다. 복수의 탄성유닛(50)은 구조물(A)을 통해 전달되는 외력을 흡수 또는 감쇠시킬 수 있다. 자세하게는 복수의 탄성유닛(50)은 구조물(A)을 통해 전달되는 수평방향의 외력 또는 지진하중을 흡수 또는 감쇠시킬 수 있다. 복수의 탄성유닛(50)은 상부 연결프레임(12)에 연결되는 외부프레임(32)과 하부 연결프레임(14)에 연결되는 내부프레임(34)을 탄성적으로 연결함으로서, 제진모듈(20)로 전달되는 수평지진하중을 흡수 또는 감쇠시킬 수 있다.
복수의 탄성유닛(50)은 일단이 외부프레임(32)에 연결되고, 타단이 내부프레임(34)에 연결되도록 구성될 수 있다. 또한 복수의 탄성유닛(50)은 외부프레임(32)과 내부프레임(34)에 회전가능하게 배치되는 스프링(60)을 포함할 수 있다. 이러한 구성을 통해 복수의 탄성유닛(50)은 외부프레임(32)과 내부프레임(34)을 탄성적으로 연결하여, 상호간에 탄성적으로 지지되도록 구성될 수 있다. 탄성유닛(50)의 세부구성에 대해서는 이후 자세하게 설명한다.
복수의 탄성유닛(50)은 적어도 하나의 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)을 포함할 수 있다. 스프링(60)은 제 1 탄성유닛(51)의 일구성인 제 1 스프링(61)과, 제 2 탄성유닛(52)의 일구성인 제 2 스프링(62)을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 제 1 탄성유닛(51)은 제 1 축(w1) 방향으로 탄성력을 갖도록 구성될 수 있다. 제 1 탄성유닛(51)은 일단이 외부프레임(32)과 연결되고, 타단이 내부프레임(34)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제 1 탄성유닛(51)은 내부프레임바디(36)의 외벽(36a)과, 외벽(36a)과 마주하는 제 1 프레임바디(33a) 또는 제 2 프레임바디(33b)를 연결하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 제 2 탄성유닛(52)은 제 1 축(w1)방향과 다른 제 2 축(w2)방향으로 탄성력을 가질 수 있다. 제 2 탄성유닛(52)도 일단이 외부프레임(32)과 연결되고, 타단이 내부프레임(34)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제 2 탄성유닛(52)은 내부프레임바디(36)의 날개부(38)와, 날개부(38)와 마주하는 제 3 프레임바디(33c) 또는 제 4 프레임바디(33d)를 연결하도록 구성될 수 있다.
제 1, 2 탄성유닛(51, 52)은 제 1, 2 축(w1, w2)이 수평방향으로 배치되도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)이 형성하는 제 1, 2 축(w1, w2)은 상부 연결프레임(12)과, 하부 연결프레임(14)이 배치되는 z축방향과 수직한 수평평면상에 배치될 수 있다. 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)은 z축방향으로 상호 이격되게 배치될 수 있으므로, 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)이 배치되는 수평평면들은 상호간에 평행하게 배치될 수 있다. 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)의 제 1, 2 축(w1, w2)은 상호간에 수직하게 배치될 수 있다. 제 1, 2 축(w1, w2)은 각각 X축과 Y축을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 제 1 탄성유닛(51)은 각 배치공간(37)에 4개씩 마련되며, 제 2 탄성유닛(52)은 한 쌍이 구비되어 각 배치공간(37)에 교번되게 배치되는 한 쌍의 날개부(38)에 각각 배치되는 것을 도시하였다. 그러나 제 1, 2 탄성유닛의 개수는 한정되지 않으며, 구조물(A) 현황, 외부요인, 안전계수등에 따라 개수를 달리하여 배치할 수 있다. 일례로 제 1 탄성유닛(51)은 각 배치공간(37)에 1~4개가 배치될 수 있으며, 제 2 탄성유닛(52)은 각 배치공간(37)에 1~2개가 배치될 수 있다.
복수의 탄성유닛(50)들은 모듈프레임(30)에 회전가능하게 결합될 수 있다. 복수의 탄성유닛(50)들은 그 양단이 모듈프레임(30)에 각각 연결되되, 모듈프레임(30)에 대해 회전가능하게 결합될 수 있다. 외력 또는 지진하중이 발생하는 경우, 모듈프레임(30)에 변위가 발생할 수 있다. 모듈프레임(30)에서 발생하는 변위는 외부프레임(32)에 대한 내부프레임(34)의 이동에 의해 발생할 수도 있으며, 외부프레임(32)과 내부프레임(34) 자체의 탄성변형에 의해 발생할 수도 있다. 복수의 탄성유닛(50)들은 모듈프레임(30)에 대해 회전가능하게 결합됨으로서, 모듈프레임(30)에 변위가 발생하더라도 외력에 대한 편심을 최소화하고, 횡좌굴을 방지할 수 있다. 이를 통해 복수의 탄성유닛(50)의 탄성력을 극대화시킬 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 제 1 축(w1)방향으로 지진력이 도입될 때는 제 1 탄성유닛(51)들의 제 1 스프링(61)이 인장과 압축에 의한 소산으로 지진에너지를 흡수하며, 제 2 축(w2)방향으로 지진력이 도입될 때는 제 2 탄성유닛(52)들의 제 2 스프링(62)이 인장과 압축에 의한 소산으로 지진에너지를 흡수할 수 있다. 또한 제 1, 2 축(w1, w2) 사이 즉, 대각방향으로 지진력이 도입될 때는 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)들의 스프링(60)들이 동시에 인장과 압축에 의한 소산으로 지진에너지를 흡수할 수 있다. 나아가 지진력 또는 외력에 의해 외부프레임(32)과 내부프레임(34)에 변위가 발생하는 경우에도, 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)들의 회전을 통해 편심을 최소화 할 수 있다. 따라서 제진모듈(20)은 다방면에서 도입되는 지진력을 효과적으로 대응할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치의 스프링에 관한 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치의 탄성유닛에 관한 도면, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치에서, 변위가 발생한 탄성유닛에 관한 도면이다.
적어도 하나의 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)은 모듈프레임(30)에서 그 배치, 개수, 연결관계를 달리할 수 있다. 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)은 동일한 구성으로 형성될 수 있다. 설명의 편의를 위해 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)의 세부 구성에 대해서는 탄성유닛(50)으로 통칭하여 설명하나, 이는 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)에 각각 적용될 수 있다.
탄성유닛(50)은 스프링(60)과 회전링크(70)를 포함할 수 있다.
스프링(60)은 축방향으로 탄성을 가지도록 배치될 수 있다. 스프링(60)의 선경(60a)의 크기는 10 ∼ 20 mm이며, 외부직경(60b) 및 높이(60c)가 각각 20 ∼ 100 mm 및 20 ∼ 100 mm일 수 있다. 스프링(60)은 5~30톤의 탄성력을 가질 수 있다. 그러나 스프링(60)의 크기 및 형상은 한정되지 않으며, 구조물(A)의 형상 및 예상되는 외력, 지진력의 크기에 따라 달리 적용할 수 있다.
회전링크(70)는 스프링(60)의 양단에 배치되어 모듈프레임(30)에 결합될 수 있다. 즉, 한 쌍의 회전링크(70)는 스프링(60)의 양단에 하나씩 배치될 수 있으며, 하나의 회전링크(70)는 외부프레임(32)에 다른 하나의 회전링크(70)는 내부프레임(34)에 결합될 수 있다. 회전링크(70)는 스프링(60)이 모듈프레임(30)에 대해 회전가능하게 결합되도록 구성될 수 있다. 회전링크(70)는 외부프레임(32)과 내부프레임(34)간에 발생하는 변위(d)와 연동하여 스프링(60)이 회전하도록 할 수 있다.
회전링크(70)는 한 쌍의 결합부(72)와 한 쌍의 고정부재(76)를 포함할 수 있다.
한 쌍의 결합부(72)는 스프링(60)의 양단에 형성될 수 있다. 한 쌍의 고정부재(76)는 모듈프레임(30)에 고정되며, 결합부(72)가 회전가능하게 연결되는 회전연결부(77)를 갖도록 구성될 수 있다. 한 쌍의 고정부재(76) 중 하나는 외부프레임(32)에 결합되고, 다른 하나는 내부프레임(34)에 결합될 수 있다.
한 쌍의 결합부(72)는 스프링(60)의 양단에서 축방향과 수직한 평면으로 형성되는 한 쌍의 플레이트(73)와, 한 쌍의 플레이트(73)로부터 축방향으로 연장형성되는 걸림부(74)를 포함할 수 있다.
플레이트(73)는 그 일면에 스프링(60)의 단부가 고정될 수 있으며, 그 타면에 걸림부(74)의 단부가 고정될 수 있다. 스프링(60)의 단부와 걸림부(74)의 단부는 강재판의 일면과 타면에 각각 용접되어 고정될 수 있다. 한 쌍의 플레이트(73)는 강재판을 포함할 수 있다. 강재판은 10~30mm의 두께로 형성될 수 있다.
걸림부(74)는 플레이트(73)의 타면으로부터 돌출되도록 형성되며, 이후 설명하는 고정부재(76)의 회전연결부(77)에 회전가능하게 결합될 수 있다. 걸림부(74)는 직경 10~30mm로 구성될 수 있다.
한 쌍의 고정부재(76)는 일단이 모듈프레임(30)에 고정되도록 나사산(78)이 형성될 수 있다. 한 쌍의 고정부재(76)는 그 일단에 형성되는 나사산(78)이 너트(79)와 함께 외부프레임(32) 또는 내부프레임(34)에 삽입 및 고정될 수 있다. 한 쌍의 고정부재(76)는 그 타단에 결합부(72)가 회전가능하게 연결되도록 회전연결부(77)를 포함할 수 있다. 회전연결부(77)는 베어링을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치의 제 1, 2 탄성유닛들의 배치에 관한 도면, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치에서, 변위가 발생한 제 1, 2 탄성유닛들의 배치에 관한 도면이다.
도 8(a)와 같이, 제 1 탄성유닛(51)은 내부프레임바디(36)의 외벽(36a)과, 외벽(36a)과 마주하는 제 1 프레임바디(33a) 또는 제 2 프레임바디(33b)를 연결하도록 구성될 수 있다. 제 1 탄성유닛(51)의 제 1 스프링(61)의 탄성력은 제 1 축(w1)방향으로 형성될 수 있다. 제 1 축(w1)방향은 x축방향일 수 있다.
도 8(b)와 같이, 제 2 탄성유닛(52)은 내부프레임바디(36)의 날개부(38)와, 날개부(38)와 마주하는 제 3 프레임바디(33c) 또는 제 4 프레임바디(33d)를 연결하도록 구성될 수 있다. 제 2 탄성유닛(52)의 제 2 스프링(62)의 탄성력은 제 2 축(w2)방향으로 형성될 수 있다. 제 2 축(w2)방향은 y축방향일 수 있다.
회전링크(70)는 외부프레임(32)과 내부프레임(34)간에 발생하는 변위(d1, d2, 도 9 참고)와 연동하여 제 1, 2 스프링(61, 62)이 회전하도록 할 수 있다.
이를 통해, 스프링(60)이 형성하는 제 1, 2 축(w1, w2)은 상기 변위(d1, d2)와 연동하여 모듈프레임(30)과 이루는 각도를 달리할 수 있다. 또한 제 1, 2 스프링(61, 62)이 형성하는 제 1, 2 축(w1, w2)은 변위(d1, d2)발생에 의해 x,y 평면상에서 그 사이 각도를 달리할 수 있다. 즉, x-y평면상에 투영되는 제 1, 2 스프링(61, 62)의 제 1, 2 축(w1, w2)의 사이 각도가 θ1라 할 때, 외력이 발생하여 모듈프레임(30)에 변위가 발생하는 경우, x-y평면상에 투영되는 제 1, 2 축(w1, w2)의 사이 각도인 θ2는 θ1과 다를 수 있다.
외력이 발생하여 모듈프레임(30)에 변위(d1, d2)가 발생하는 경우, 제 1, 2 탄성유닛(51, 52)은 도 9에서와 같이 동작할 수 있다.
자세하게는 제 1 탄성유닛(51)이 연결된 내부프레임바디(36)의 외벽(36a)과, 제 1, 2 프레임바디(33a, 33b) 간에 변위가 발생하는 경우, 제 1 축(w1)방향은 도 9(a)에서와 같이 일정각도 기울어지도록 구성될 수 있다. 이 경우 제 1 축(w1)방향은 x축으로부터 일정각도 기울어진 각도일 수 있다.
또한 제 2 탄성유닛(52)이 연결된 내부프레임바디(36)의 날개부(38)와, 제 3, 4 프레임바디(33c, 33d)간에 변위가 발생하는 경우, 제 2 축(w2)방향은 도 9(b)에서와 같이 일정각도 기울어지도록 구성될 수 있다. 이 경우 제 2 축(w2)방향은 y축으로부터 일정각도 기울어진 각도일 수 있다.
이러한 구성을 통해 지진에 의해 도입된 수평지진하중은 회전링크(70)를 통해 스프링(60)으로 전달되며, 스프링(60)은 회전링크(70)에 의해 편심이 최소화될 수 있고, 횡좌굴을 방지할수 있다. 이를 통해 스프링(60)에서 축방향 저항력을 극대화 시킬 수 있다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
1 : 제진장치 10 : 연결프레임
20 : 제진모듈 30 : 모듈프레임
32 : 외부프레임 32b : 내부공간
33a, 33b, 33c, 33d : 제 1 내지 4 프레임바디
34 : 내부프레임 36 : 내부프레임바디
37 : 배치공간 50 : 탄성유닛
51 : 제 1 탄성유닛 52 : 제 2 탄성유닛
60 : 스프링 70 : 회전링크
72 : 결합부 76 : 고정부재

Claims (14)

  1. 기둥 및 보로 구성된 구조물에 설치되는 제진장치에 있어서,
    상측 보와 하측보에 각각 고정되는 상부 연결프레임과 하부 연결프레임;
    상기 상부 연결프레임과, 상기 하부 연결프레임 사이에 배치되는 제진모듈;을 포함하고,
    상기 제진모듈은,
    상기 상부 연결프레임과 하부 연결프레임 중 어느 하나의 연결프레임에 고정된 외부프레임;
    상기 외부프레임의 내부에 배치되되, 다른 하나의 연결프레임에 고정된 내부프레임;
    일단이 상기 외부프레임에 연결되고, 타단이 상기 내부프레임에 연결되는 복수의 탄성유닛으로서, 상기 외부프레임과 내부프레임에 회전가능하게 배치되는 스프링을 갖는 복수의 탄성유닛;을 포함하는 제진장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부프레임은,
    상기 외부프레임의 내부에서 상기 외부프레임에 대해 이동가능하게 구성되는 제진장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 탄성유닛은,
    상기 외부프레임과 상기 내부프레임을 상호간에 탄성적으로 연결하도록 구성되는 제진장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 탄성유닛은,
    제 1 축방향으로 탄성력을 갖는 적어도 하나의 제 1 탄성유닛;
    상기 제 1 축방향과 다른 제 2 축방향으로 탄성력을 갖는 적어도 하나의 제 2 탄성유닛;을 포함하는 제진장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 탄성유닛은 수평방향으로 배치되는 제진장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 탄성유닛은 상기 제 1 축방향과 상기 제 2 축방향이 수직하게 배치되는 제진장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부프레임은 그 내부에 내부공간을 형성하며,
    상기 내부프레임은 상기 내부공간을 상기 제 1, 2 탄성유닛들이 배치되는 한 쌍의 배치공간으로 구획하도록 상기 외부프레임 내측에 배치되는 제진장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 탄성유닛들은,
    상기 내부프레임을 중심으로 상기 한 쌍의 배치공간 각각 대칭되게 배치되는 제진장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 내부프레임은,
    수직방향으로 형성되는 내부프레임바디;
    상기 내부프레임바디로부터 수평방향으로 연장되는 복수의 날개부로서, 상기 내부프레임바디의 길이방향을 따라 교번되게 배치되는 복수의 날개부;를 포함하는 제진장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 외부프레임은,
    제 1 프레임바디, 상기 제 1 프레임바디와 마주하는 제 2 프레임바디, 상기 제 1, 2 프레임바디를 연결하는 제 3, 4 프레임바디;를 포함하고,
    상기 제 1 탄성유닛은,
    상기 내부프레임바디와, 상기 내부프레임바디와 각각 마주하는 상기 제 1 프레임바디 또는 제 2 프레임바디와 연결하도록 구성되고,
    상기 제 2 탄성유닛은,
    상기 복수의 날개부 중 어느 하나의 날개부와, 상기 어느 하나의 날개부와 마주하는 상기 제 3 프레임바디 또는 제 4 프레임바디를 연결하도록 구성되는 제진장치.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 스프링은,
    상기 제 1, 2 탄성유닛에서 상기 제 1, 2 축방향으로 각각 탄성을 가지는 제 1, 2 스프링;을 포함하고,
    상기 제 1, 2 탄성유닛은,
    상기 제 1, 2 스프링의 양단에 배치되어 각각 상기 외부프레임과 내부프레임에 결합되되, 상기 제 1, 2 스프링이 상기 외부프레임과 내부프레임에 대해 각각 회전가능하도록 구성되는 회전링크;를 포함하는 제진장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 스프링은,
    상기 외부프레임과 상기 내부프레임간에 발생하는 변위와 연동하여 상기 회전링크로부터 회전하도록 구성되는 제진장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 회전링크는,
    상기 제 1, 2 스프링의 양단에 형성되는 한 쌍의 결합부;
    상기 외부프레임과 상기 내부프레임에 각각 고정되는 한 쌍의 고정부재로서, 상기 한 쌍의 결합부가 회전가능하게 연결되는 회전연결부를 갖는 한 쌍의 고정부재;를 포함하는 제진장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 결합부는,
    상기 제 1, 2 스프링의 양단에서 상기 제 1, 2 축방향과 수직한 방향으로 각각 형성되는 한쌍의 플레이트;
    상기 한 쌍의 플레이트로부터 상기 제 1, 2 축방향으로 연장되어 상기 회전연결부에 연결되는 걸림부;를 포함하는 제진장치.
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