KR20010027721A

KR20010027721A - 댐퍼가새를 구비한 철골구조

Info

Publication number: KR20010027721A
Application number: KR1019990039604A
Authority: KR
Inventors: 오상훈
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2001-04-06
Also published as: KR100435431B1

Abstract

본 발명은, 가새가 댐퍼에 접합되도록 하고 골조에는 직접적으로 연결되지 않도록 하여, 댐퍼의 구조성능에 의해 골조의 성능을 결정할 수 있도록 한 댐퍼 가새를 구비한 철골구조에 관한 것이다. 본 발명은 가새의 양단에 골조에 가해지는 수평하중에 의한 하중 및 에너지를 흡수하고, 소성변형능력이 우수한 슬릿 댐퍼가 장착되어 기둥, 보와 같은 주요구조부재에 손상을 입히지 않고, 가새의 좌굴을 방지할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 댐퍼 가새를 구비한 철골구조를 제공한다.

본 발명의 댐퍼가새를 구비한 철골구조에서는, 기둥, 보와 같은 주요구조부재는 수평하중을 부담할 필요가 없이 건물의 중량과 같은 연직하중만 부담시키고, 가새의 슬릿 댐퍼로 바람, 지진과 같은 수평하중을 부담시킴으로서 연직하중과 수평하중을 완전하게 분리하여 설계함으로서 설계를 간단하고 명료하게 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 주요구조 부재에 대하여 연직하중만을 고려하여 설계함으로서 단면을 줄일 수 있어 경제적인 설계를 할 수 있고, 안정된 슬릿 댐퍼가 수평하중을 가지고 있으므로 구조물 전체의 동적 지진 응답특성이 향상되고, 안정된 이력특성을 얻을 수 있는 것이다.

Description

댐퍼 가새를 구비한 철골구조{STEEL STRUCTURE WITH DAMPER BRACE}

본 발명은 슬릿 플레이트형 댐퍼가새를 구비한 철골구조에 관한 것이며, 보다 상세히는 기둥-보를 이용한 철골구조에 가새를 설치할 경우, 가새는 댐퍼에 접합되도록 하고 골조에는 직접적으로 연결되지 않도록 하여, 댐퍼의 구조성능에 의해 골조의 성능을 결정할 수 있도록 한 댐퍼 가새를 구비한 철골구조에 관한 것이다.

일반적으로 철골구조를 갖는 건축물에서는 지진과 풍하중과 같은 수평하중에 대한 기둥-보 골조의 횡강성을 확보하기 위해 가새(Brace)를 설치하는 경우가 있다.

종래의 기술에 따른 철골구조(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 기둥(101)-보(102) 골조에 가새(103)를 설치하는 경우, 골조와 가새(103)사이에 가새 플레이트(104)를 각각 설치하고, 가새 플레이트(104)와 가새(103)는 주로 용접에 의하여 연결되는 것이다. 이러한 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 수평하중이 작용하는 경우, 가새(103)는 압축력 혹은 인장력을 받게 되고, 가새(103)의 축방향 강성이 매우 크므로 골조전체의 횡강성이 크게되어 안정된 구조를 실현할 수 있다. 그러나, 일반적으로 가새(103) 부재는 세장비가 크게 되어 가새(103)의 좌굴 내력이상의 힘이 작용하게 되면, 가새(103)의 좌굴에 의해 가새(103)가 받을 수 있는 내력은 순간적으로 급격하게 떨어지므로, 만일 대지진이 발생하여 좌굴 내력이상의 하중이 작용하였을 때에는 가새(103) 골조는 매우 불안정한 구조가 될 가능성이 매우 높다.

또한, 종래의 가새(103) 골조 시스템은 기둥(101)-보(102) 골조와 함께 사용되어지는 가새(103)가 하중을 분담하도록 설계하여야 하기 때문에 기둥(101), 보(102)와 같은 주요부재가 손상을 입을 가능성이 있고, 그러한 구조시스템을 내진 설계에 적용하기 위해서는 설계절차가 복잡해지고, 항복 메카니즘을 제어하기에는 곤란한 점이 많은 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 가새골조에 의한 건축 구조물에서 대부분의 힘을 안정된 이력특성을 가지도록 하여, 골조의 구조성능을 향상시키고, 보수 및 보강이 용이하게 한 댐퍼가새를 구비한 철골구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 가새를 부착한 철골구조의 정면도;

도 2의 a),b),c)는 종래의 가새 철골구조의 변형시에 가새의 좌굴상황을 도시한 설명도;

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 댐퍼가새를 구비한 철골구조의 구성을 설명하기 위한 정면도;

도 4는 도 3에 도시된 댐퍼가새를 설명하기 위한 분해사시도;

도 5는 도 3에 도시된 댐퍼가새를 설명하기 위한 확대도;

도 6은 본 발명에 의한 댐퍼가새의 이력특성을 살펴보기 위하여 반복가력을 실시하여 얻은 실험결과를 도시한 그래프도;

도 7은 도 6의 이력곡선을 골격곡선, 나우싱거부, 탄성제하부등으로 표시한 그래프도;

도 8은 댐퍼의 치수를 여러 가지로 하였을 때의 거동을 도시한 그래프도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

5..... 댐퍼(damper) 5a..... 긴 구멍

6..... 어댑터(adapter) 7..... 고장력 볼트

101... 기둥 102... 보

103... 가새(Brace) 104... 가새 플레이트

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기둥-보 골조와 가새를 서로 연결하는 철골 구조에 있어서, 상기 가새의 양단에는 골조에 가해지는 수평하중에 의한 하중 및 에너지를 흡수하고, 소성 변형능력이 우수한 슬릿 댐퍼가 장착되어 기둥, 보와 같은 주요구조부재에 손상을 입히지 않고, 가새의 좌굴을 방지할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 댐퍼 가새를 구비한 철골구조를 마련함에 의한다.

그리고, 본 발명은, 상기 슬릿 댐퍼가 가새의 양측 플랜지에 각각 일측이 볼트 결합가능하고, 타측이 상기 기둥-보 골조에 연결된 어댑터에 볼트로서 연결되는 댐퍼 플레이트를 갖추고, 상기 댐퍼 플레이트는 다수개의 관통 슬릿을 형성하여 스터럿부를 형성함을 특징으로 하는 댐퍼 가새를 구비한 철골구조를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 댐퍼 가새를 구비한 철골구조(1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가새(103)와 기둥(101)-보(102) 골조의 사이에 댐퍼(5)를 설치하고 있으며, 기둥(101)-보(102) 골조에 가해지는 하중을 부담할 수 있는 댐퍼(5)를 장착한 가새(103)를 포함한다.

그리고, 본 발명은 기둥(101)-보(102) 골조에 가해지는 수평하중에 의한 하중 및 에너지를 거의 안정된 이력특성을 가지는 바, 이는 소성변형능력이 우수한 슬릿 댐퍼(5)가 부담하므로 기둥(101), 보(102)와 같은 주요구조부재는 손상을 입지 않고, 가새(103)의 좌굴을 방지할 수 있으므로 구조적으로 안정된다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 철골구조(1)는 기둥(101) - 보(102) 골조에 대하여 양단에 댐퍼(5)를 부착한 가새(103)를 설치한 구조이다. 상기 가새(103) 양단의 플랜지(103a)에는 슬릿의 모양으로 이루어진 댐퍼(5)가 다수개의 고장력 볼트(7)등에 의해 연결되어 있고, 그 반대편에는 슬릿댐퍼(5)가 기둥(101)-보(102) 골조내지 골조에 연결된 어댑터(6)와 볼트(7)에 의해 연결되어 있으며, 상기 어댑터(6)는 기둥(101)-보(102) 골조와 용접등에 의해서 고정되어 있다.

즉, 본 발명은 가새(103) 양단의 플랜지(103a)만이 댐퍼(5)에 연결되고, 상기 댐퍼(5)를 통하여 기둥(101)-보(102)골조에 볼트(7)들로서 연결되는 구조를 갖는 것이다. 한편, 상기 댐퍼(5)는 다수개의 긴구멍(5a)들을 형성하고, 가새(103)에 가해지는 하중을 감쇠시킬 수 있는 슬릿형의 구조이다.

그리고, 상기 댐퍼(5)는 어댑터(6)응 통하여 기둥(101)-보(102)골조에 연결되며, 상기 어댑터(6)는 꺽쇠형의 절곡구조로서 골조에 용접으로 연결 고정된다. 상기 댐퍼(5)에 형성된 다수의 긴구멍(5a)들로 형성된 슬릿형 구조는 상기 어댑터(6)판에 연결되어 골조에 하중이 작용되더라도, 상기 긴구멍(5a)만이 파손되므로 가새(103) 철골구조전체를 구조적으로 안정시키게 된다.

본 발명에 따라서, 상기의 댐퍼(103)를 부착한 철골구조에서는 풍하중, 지진하중과 같은 수평하중의 작용에 의하여 골조는 가새(103)의 단부에 부착된 슬릿 댐퍼(5)의 긴구멍(5a)의 변형에 의해서 의존하게 된다.

한편, 본 발명에서 사용된 슬릿 댐퍼(5)에 의한 이력특성을 살펴보기 위하여 일련의 실험을 실시하고 그 결과를 도 6에 도시하였다. 도 6에서 도시되어 있듯이, 댐퍼(5)의 긴구멍(5a)는 응력집중을 최대한 억제할 수 있는 슬릿형태를 하고 있으므로 안정된 이력특성을 나타내고 있다. 도 6의 이력곡선은 도 7과 같이 골격곡선, 바우싱 거부, 탄성제하부로 나룰 수 있으며, 골격곡선을 연결하면, 한 방향으로 힘을 가했을 때와 같은 곡선임이 밝혀져 있다.

도 7의 방법으로 골격곡선을 연결한 것이 도 8이다. 도 8에는 댐퍼(5)의 치수를 여러 가지로 하였을 때의 거동을 나타내고 있다.

본 발명에 따라서 댐퍼(5)를 구비한 가새(103) 골조는 댐퍼(5)이외의 부분은 탄성상태에 머물고, 댐퍼(5)만이 도 8과 같은 거동을 나타내면서 소성변형에 의해 에너지를 흡수하게 되므로 구조적으로 안정된 성능을 발휘하고, 가새(103)가 탄성상태에 머물기 때문에, 도 2의 c)에 도시된 바와 같이, 가새(103)의 좌굴에 의한 급격한 내력의 저하가 발생하지 않게 된다.

따라서, 철골구조를 사용하는 건축물을 설계하는 설계자는 본 발명의 댐퍼(5)를 구비한 철골구조에서 긴구멍(5a)을 구비한 댐퍼(5)의 성능만을 고려하면 되므로, 가새(103)철골구조를 매우 간단하게 설계할 수 있는 것이다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 댐퍼(5)를 구비한 철골구조에서는, 기둥(101), 보(102)와 같은 주요구조부재는 수평하중을 부담할 필요가 없이 건물의 중량과 같은 연직하중만 부담시키고, 가새(103)에 구비된 슬릿 댐퍼(5)로 바람, 지진과 같은 수평하중을 부담시킴으로서 연직하중과 수평하중을 완전하게 분리하여 설계함으로서 설계를 간단하고 명료하게 할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 발명의 댐퍼(5)를 구비한 철골구조에서는 주요구조 부재에 대하여 연직 하중만을 고려하여 설계함으로서 단면을 줄일 수 있어 경제적인 설계를 할 수 있고, 안정된 슬릿 댐퍼(5)가 수평하중을 지지하고 있으므로 구조물 전체의 동적 지진 응답특성이 향상되고, 안정된 이력특성을 얻을 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 댐퍼(5)를 구비한 철골구조에 대한 기술적인 사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 이에 한정한 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

기둥(101)-보(102) 골조와 가새(103)를 서로 연결하는 철골 구조에 있어서,

상기 가새(103)의 양단에는 골조에 가해지는 수평하중에 의한 하중 및 에너지를 흡수하고, 소성변형능력이 우수한 슬릿 댐퍼(5)가 장착되어 기둥(101), 보(102)와 같은 주요구조부재에 손상을 입히지 않고, 가새(103)의 좌굴을 방지할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 댐퍼 가새를 구비한 철골구조.
제 1항에 있어서, 상기 슬릿 댐퍼(5)는 가새(103)의 양측 플랜지(103a)에 각각 일측이 볼트(7)로서 결합가능하고, 타측이 상기 기둥(101)-보(102) 골조에 연결된 어댑터(6)에 볼트(7)로서 연결되며, 상기 댐퍼(5)는 다수개의 관통 긴구멍(5a)을 형성하도록 구성됨을 특징으로 하는 댐퍼 가새를 구비한 철골구조.
제 2항에 있어서, 상기 어댑터(6)는 꺽쇠형의 절곡구조로서 골조에 용접으로 연결 고정됨을 특징으로 하는 댐퍼 가새를 구비한 철골구조.