KR20080104367A - 벽개구부용 에너지 흡수요소 및 그 사용방법 - Google Patents

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Abstract

건물의 벽의 개구부에 사용하기 위한 에너지 흡수장치로서, 상기 개구부는 주위면에 의해 정해지며, 상기 벽은 상기 개구부를 실질적으로 채우는 폐쇄부를 지지하는데, 상기 폐쇄부는 상기 개구부의 상기 주위면에 실질적으로 평행한 각각의 엣지를 갖는다. 상기 에너지 흡수장치는 평면형 벽연결부, 평면형 폐쇄부연결부 및 이들 사이의 소성변형 가능한 변형면을 갖는다. 상기 연결부들은 실질적으로 서로 평행하며, 상기 변형면은 상기 폐쇄부에 가해진 힘을 소성변형에 의해 흡수하도록 되어있다.
건물 개구부, 폐쇄부, 에너지 흡수, 폭풍, 소성변형

Description

벽개구부용 에너지 흡수요소 및 그 사용방법{ENERGY ABSORBING ELEMENT FOR WALL OPENINGS AND METHODS OF USE THEREFOR}
본 발명은 폭발력에 대하여 벽개부의 폐쇄부를 고정시키는데 사용하는 물품에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벽개구부에 대한 에너지 흡수요소에 관한 것이다.
안전에 대한 관심이 높아짐에 따라 폭발력에 의한 상해 및 손상의 발생가능성을 줄이는데 많은 방법을 이용하고 있다. 특히, 폭풍에 의한 창문이나 문의 프레임의 내측 방향(폭발방향의 반대방향)으로의 변위에 대하여 보호하는 것이 바람직하며, 통상 강재로 보강된 문 또는 적층 창문 등의 수동적인 장벽을 사용하여 폭발에 대하여 보호하고 있는 실정이다.
양호한 정도의 보호 상태를 유지하기 위해서는 위험 증가에 따라 새로운 장벽 시스템들은 중량, 두께 및 구조와 재료의 복잡성이 증가하였다. 이는 은행의 대금고 등과 같이 미관이 중요하지 않은 특정의 상황에는 적합할 수 있지만, 이런 보호가 필요한 거주용 집이나 사무실 건물 등에서 사용할 때는 이런 해결책은 부적합하다. 게다가, 건물의 높은 안전성에 관심을 끌어 모아서 공격의 타겟이 되기도 한다.
미국특허 제 6,922,957호는 창문이나 문 등의 건물 폐쇄부에 의해 폐쇄되는 건물벽의 개구부를 개시한다. 이 폐쇄 배치구조의 장착부는 개구부의 경계를 이루는 벽의 문지방이나 문설주 표면으로부터 수직하게 돌출하는 U형 채널이나 역 L형 부재에 의해 형성되는 두 개의 대응지지면 사이의 공간에 수용된다.
장착브라켓들은 U형 채널이나 L형 부재를 벽에 고정시킨다. 일측면이나 양측면 상에는 각각의 댐핑요소가 장착부와 각각의 인접한 대응지지면 사이에 개재되며, 이때의 상기 댐핑요소는 소성변형 가능한 금속스트립이 될 수 있다.
이러한 폐쇄배치구조는 폭발력이 작용할 때, 먼저 댐핑요소가 소성변형하여 에너지를 흡수한 후, 나머지 힘이 건물벽에 전달된다.
미국특허 제 6,216,401호는 폭풍에 저항하는 윈도우 골격 및 그 요소를 개시한다.
상기 특허는 창유리를 지지하는 샤시부의 구성으로서, 폭풍압력이 가해지는 경우 폭풍압에 효과적으로 견딜 수 있는 구성이 개시되어 있다. 이는 일정 형상의 샤시부재와 외측 프레임 사이가 상호 맞물리게 하는 메인부재와; 상기 샤시형상 부재에 창유리의 단부를 수용하여 고정하기 위한 창유리 지지부재와; 폭풍 압력이 창유리에 우연히 가해진 경우 이를 메인부재에 전달하로록 설계된 보강부재를 포함하여 이루어지는 샤시부에 의해 달성된다.
여기서, 상기 메인부재에 전달되는 폭풍압력 때문에 폭풍압력에 탄력적인 이 구조는 변형하여 에너지를 이용할 수 있게 된다. 또한, 샤시부는 일정 형상의 몸체이거나 다수의 상호 결합된 부분들로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 면에 따르면, 건물의 벽의 개구부의 폐쇄부를 고정시켜서, 근처의 폭발에 의해 일어나는 것 같은 폭풍의 힘으로 내측으로 유입되지 않게 하는 에너지 흡수장치가 제공된다.
이하 명세서 및 특허청구범위에서 폐쇄라는 용어는 벽에 형성된 개구부 내에 끼워지는 부재, 예를 들어 문 또는 창문을 나타내는 것을 의미함을 알아야 한다.
이 벽은 각 개구부에, 개구부와 대향하는 주위면, 및 각 개구부의 공간을 실질적으로 채우는 폐쇄부를 포함한다. 각 폐쇄부는 상기 벽의 주위면에 실질적으로 평행한 엣지를 갖는다.
이 에너지 흡수장치는 평면형 벽연결부, 평면형 폐쇄부연결부 및 이들 사이의 소성변형 가능한 변형면을 갖는다. 여기서, 상기 연결부들은 실질적으로 서로 평행하고, 변형면은 폭풍에 의해 폐쇄부에 가해진 힘을 소성변형에 의해 흡수하도록 되어있다.
이 에너지 흡수장치는 금속판으로서 형성될 수도 있다. 이 에너지 흡수장치는 금속판을 따라서 형성된 슬롯들을 더 포함할 수 있다. 슬롯 중의 하나는 에너지 흡수장치의 대칭 중심축선을 따라서 종방향으로 연장될 수 있다. 이 슬롯은 상기 축선에 평행한 흡수장치의 길이를 따라서 중앙에 위치하며, 특수한 설계에 따르면 흡수장치의 길이의 2/3보다 크다.
일 실시예에 따르면, 에너지 흡수장치는 종방향 슬롯이 주위면에 평행하게 그리고 각각의 엣지에 평행하게 연장되도록 장착되며, 다른 실시예에 따르면 에너지 흡수장치는 슬롯이 이들에 수직하도록 장착된다.
에너지 흡수장치는 대칭축선을 중심으로 배치된 두 개 이상의 통공을 포함할 수 있다. 이들 구멍은 선택에 따라서 축선을 중심으로 대칭상태로 배치될 수 있다. 또한, 에너지 흡수장치의 다른 대칭축선을 중심으로 대칭상태로 배치된 두 개의 추가의 통공을 더 포함할 수 있다. 이 구멍들은 체결요소를 그 속에 삽입시켜서 흡수장치를 벽 및 폐쇄부에 부착하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 폐쇄부를 건물 벽의 개구부에 고정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 전술한 바와 같은 에너지 흡수장치를 제공하는 단계와, 상기 흡수장치를 벽 및 폐쇄부의 대향면에 실질적으로 평행하게 위치하도록 개구부 및 폐쇄부에 고정하는 단계를 포함한다. 이런 방식으로 폐쇄부에 가해진 힘은 흡수장치의 소성변형에 의해 흡수/소비될 것이다.
이 흡수장치는 그 종축선이 폐쇄부의 면에 실질적으로 평행하도록 폐쇄부에 고정될 수도 있다. 다른 방법으로서, 종축선이 폐쇄부의 면에 실질적으로 수직하게 위치하도록 폐쇄부에 고정될 수도 있다. 이런 경우에 흡수장치는 실질적으로 J형상으로 휘어질 수도 있다.
본 발명의 또 다른 면에 따르면, 상기 방법에 따라서 설치된 벽개구부용 폐쇄부가 제공된다.
본 발명을 이해하고 본 발명이 실제로 어떻게 실시될 수 있는지를 알기 위해, 이하에 첨부도면을 참조하여 실시예들을 비제한적인 예로서만 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 흡수장치의 사시도.
도 2는 도 1에 예시한 흡수장치가 고정된 전형적인 창문의 부분도.
도 3A는 도 2에 예시한 바와 같은 창문에 고정된 흡수장치 중의 하나의 확대평면도.
도 3B 및 도 3C는 각각 도 3A의 선 III-III 및 IV-IV을 따라서 취한 단면도.
도 4A 및 도 4B는 흡수장치의 소성변형의 예를 보여준다.
도 5는 도 1에 예시한 흡수장치를 고정하는 다른 방법을 예시하는 도 2에 예시된 창문의 부분도.
도 6A는 도 5에 예시한 바와 같은 창문에 고정된 흡수장치 중의 하나의 확대평면도.
도 6B는 도 6A의 선 V-V를 따라서 취한 단면도.
도 7은 도 1에 예시된 흡수장치를 고정하는 또 다른 방법을 예시하는 도 2에 예시한 창문의 부분도.
도 8A는 도 7에 예시한 바와 같은 창문에 고정된 흡수장치 중의 하나의 확대평면도.
도 8B는 도 8A의선 VIII-VIII을 따라서 취한 단면도.
도 9는 창문의 인접부근의 벽이 연질재료로 만들어진 경우 도 1에 예시된 흡수장치를 벽에 고정하는 방법을 예시한다.
도 10은 도 1에 예시된 하나 이상의 흡수장치를 케이블 포획 시스템에서 벽에 고정하는 방법을 예시한다.
도 1에 예시한 바와 같이, 일반적으로 10으로 지시한 에너지 흡수장치가 제공된다.
상기 에너지 흡수장치(10)는 몇 개의 통공(12a, 12b), 흡수장치의 길이 대부분을 따라서 연장되며 폭의 중간에 위치하는 제 1 슬롯(14), 및 몇 개의 제 2 슬롯(16)을 포함한다. 이러한 에너지 흡수장치(10)는 통상적으로 폭발에 의한 큰 힘을 받을 때 변형하는 재료로 만들어진다. 이 흡수장치는 어떤 적절한 두께도 가질 수 있지만, 통상적으로는 0.5 - 3mm의 범위 내에 있다.
설치 중에는 도 2에 예시한 바와 같이 몇 개의 흡수장치(10)가 창문(20)의 문설주(18)에 장착된다. 도 3A에서 보다 자세히 알 수 있는 바와 같이, 이 흡수장치는 구멍(12a) 중의 하나를 통해 문설주 속으로 삽입된 나사 또는 그 외의 적절한 철물 등의 파스너(22)에 의해 조여진다. 도 3B 및 도 3C에서 알 수 있는 바와 같이, 조여진 측면의 반대측에 있는 흡수장치(10)의 측면이 제 1 슬롯(14)에 의해 들어올려질 수 있게 된다. 제 2 파스너(22)는 창문이 설치될 개구부와 대면하는 벽의 표면(24)에 고정된다. 이를 위해, 흡수장치(10)를 벽에 고정하는 동안 파스너에 접근할 수 있도록 하기 위해 창문 문설주(18)에 구멍(26)이 마련될 수 있다.
알아야 할 점은, 창문을 설치할 때, 창문에 조여지는 흡수장치(10)의 측면이 구조물의 내부에 보다 근접하게 하고, 벽에 조여지는 흡수장치의 측면이 구조물의 외부와 보다 근접하여야 한다는 것이다. 이는 폭발이 건물의 외부에서 발생하는 것으로 예상된다고 가정하는 것이다. 건물의 내부에서 발생하는 것으로 예상되는 폭 발로부터 보호하기 위해서 흡수장치를 설치하는 경우는 상기 설명이 반대로 되어야 한다. 폭발이 어디서 일어날지 모르는 경우, 또는 폭발이 건물 내부 및 외부 양쪽에서 예상되는 경우, 흡수장치의 개수는 두 배가 될 수 있는데, 그 절반은 일방향으로 설치되고 절반은 다른 방향으로 설치된다.
창문 근처에서 폭발이 발생할 때, 건물 벽은 일반적으로 폭풍으로 생긴 힘에 견딜 수 있다. 그러나, 창문이 폭발력에 의해 제자리에서 밀려난다. 창문이 움직임에 따라서, 창문은 흡수장치(10)를 당겨서 흡수장치의 소성변형을 일으킨다.
도 4A 및 도 4B는 흡수장치(10)에 대한 일반적인 영향을 예시한다(도 4A 및 도 4B에 예시한 흡수장치는 약간 변형된 실시예로서 통공(12b)을 포함하지 않음을 알아야 한다). 흡수장치(10)의 소성변형에 소비된 에너지는 창문을 떼어내는데 이용할 수 있는 에너지의 양을 감소시킨다. 따라서, 창문의 변위가 최소화되고 창문구멍이 유지된다.
또한 흡수장치(10)는 창문 및/또는 벽의 형상이 상술한 바와 같은 설치가 불가능한 경우에도 이용할 수 있다. 도 5에 예시한 바와 같이, 흡수장치(10)는 창문 문설주에 수직하게 위치하도록 조여질 수 있다. 파스너(22)는 구멍(12b) 중의 하나를 통해 삽입되어 창문 문설주(18)에 고정된다. 흡수장치(10)는 도 6에 예시한 바와 같이 약간 휘어져서, 창문이 설치될 개구부와 대면하는 벽의 면(24)에 고정된다. 건물의 외부에서의 폭발은 흡수장치(10)를 압축상태로 소성변형시켜서 파쇄시킬 것이다.
필요에 따라서 흡수장치(10)는 도 7 내지 도 8B에 예시한 바와 같이 창문에 고정된 후에 J형상으로 휘어질 수 있다. 이는 도 5 내지 도 6B에 예시한 것 같은 설치가 바람직한 상황에서는 유용할 수 있지만, 가용공간이 제한된다.
흡수장치가 효과적이기 위해서는 벽의 고정부에 고정되어야 한다. 그러나, 창문을 목재 같은 건축물의 비교적 연질인 부분 위에 배치하기를 원하는 상황이 발생한다. 이런 경우, 흡수장치(10)는 도 9에 도시한 것처럼 설치될 수 있다. 흡수장치(10)는 본 발명에 따라서 파스너(22)에 의해 창문(20)에 고정된다. 벽의 고형부(34)의 표면에는 고형 플레이트(32)가 고정되므로 자유단부가 연질부(28) 위에 걸쳐진다. 흡수장치(10)는 보조 파스너(30)에 의해 플레이트의 자유단부에 고정된다. 흡수장치는 전술한 것과 동일한 방식으로 작용한다. 고형 플레이트(32)는 폭발시에 실질적으로 변형되는 것이 예상되지 않음을 알아야 한다.
흡수장치(10)는 또한 케이블 포착 시스템에서도 사용될 수 있는데, 이 경우 긴장케이블이 양측 벽 사이에, 또는 창문 뒤의 바닥과 천장 사이에 설치된다. 따라서, 폭발시에는 단수 케이블이나 복수 케이블이 창문이 내측으로 밀리는 것을 방지한다. 이런 배치구조를 벽(또는 천정/바닥)에 부착하고 본 발명에 따른 흡수장치(10)를 합체하는 영역이 도 10에 예시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 케이블(38)은 제 1 L형 브라켓(40)의 제 1 다리(40a)에 고정되고 제 2 L형 브라켓(42)의 제 1 다리(42a)는 케이블과 대면하는 벽의 면(24)에 부착된다. 두 개의 흡수장치(10)는 L형 브라켓(40, 42)의 제 2 다리(40b, 42b)에 부착된다. 도 10에 도시한 바와 같이, 선택에 따라서 L형 브라켓 중의 한 브라켓의 제 2 다리 대신에, 두 개의 흡수장치(10) 사이에 플레이트(44)가 마련될 수 있는데, 상기 L형 브라켓은 흡 수장치 중의 한 흡수장치의 측면에 고정된다. 흡수장치 배치구조를 감추기 위해 커버링(48)이 마련될 수도 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 본 발명의 범위로부터 이탈함 없이 필요한 변경을 가하여 많은 변경, 변형 및 수정이 가능함을 쉽게 할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 건물 벽의 개구부에 사용하기 위한 에너지 흡수장치로서,
    상기 개구부는 주위면에 의해 정해지고, 상기 벽은 상기 개구부를 실질적으로 채우는 것으로 상기 개구부의 상기 주위면에 실질적으로 평행한 각각의 엣지를 갖는 폐쇄부를 지지하며,
    상기 에너지 흡수장치는 평면형 벽연결부 및 평면형 폐쇄연결부 및 이들 사이의 소성변형 가능한 변형면을 구비하며, 상기 연결부들은 실질적으로 서로 평행하고, 상기 변형면은 상기 폐쇄부에 가해진 힘을 소성 변형에 의해 흡수하도록 된 것을 특징으로 하는 에너지 흡수장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폐쇄부는 창문 및 문으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 흡수장치는 금속판으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 에너지 흡수장치는 상기 금속판을 따라서 형성된 슬롯들을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 슬롯 중의 적어도 하나는 그 대칭 중심축선을 따라서 종방향으로 연장되며, 상기 슬롯들은 상기 축선에 평행한 흡수장치의 길이를 따라서 중앙에 위치하며 흡수장치의 길이의 2/3보다 큰 것을 특징으로 하는 에너지 흡수장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 흡수장치는 상기 슬롯들이 상기 주위면과 상기 각각의 엣지에 평행하게 연장되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 흡수장치는,
    상기 슬롯들이 상기 주위면과 상기 각각의 엣지에 수직하게 연장되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 흡수장치는 적어도 두 개의 통공을 포함하는데, 그 중 하나는 상기 벽연결부를 구성하고 다른 하나는 상기 폐쇄부연결부를 구성하며, 상기 구멍들은 상기 흡수장치의 대칭축선을 중심으로 대칭상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 에너지 흡수장치는,
    상기 흡수장치의 다른 대칭축선을 중심으로 대칭상태로 배치된 두 개의 추가의 통공을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수장치.
  10. 건물 벽의 개구부에 폐쇄부를 고정하는 방법으로서:
    (a) 제 1 항 내지 제 9 항 중의 한 한에 따른 에너지 흡수장치를 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 흡수장치를 상기 벽 및 폐쇄부의 대향면에 실질적으로 평행하게 위치하도록 상기 개구부 및 폐쇄부에 고정하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 폐쇄부에 가해진 힘은 상기 흡수장치의 소성변형에 의해 흡수되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 폐쇄부는 창문 및 문으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 흡수장치는 그 종축선인 상기 폐쇄부의 면에 실질적으로 평행하게 위치하도록 상기 폐쇄부에 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 흡수장치는 그 종축선이 상기 폐쇄부의 면에 실질적으로 수직하게 위치하도록 상기 폐쇄부에 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 흡수장치는 실질적으로 J형상으로 휘어지는 것을 특징으로 하는 방법
  15. 벽과 폐쇄부 사이의 틈새 내에 배치되는 에너지 흡수장치로서,
    상기 흡수장치는 소성변형을 받도록 된 재료로 만들어져서 플레이트로서 형성되며; 상기 흡수장치는 적어도 하나의 종방향 슬롯과 상기 벽과 상기 폐쇄부에 조여질 수 있게 하는 배치구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수장치.
  16. 주위면을 형성하는 적어도 하나의 개구부가 형성되며 상기 개구부를 실질적으로 채우는 폐쇄부가 끼워진 건물로서,
    상기 폐쇄부는 적어도 하나의 에너지 흡수벽에 의해 상기 개구부에 고정되며; 상기 폐쇄부는 상기 개구부의 상기 주위면에 실질적으로 평행한 각각의 엣지를 가지며; 상기 에너지 흡수장치는 평면형 벽연결부, 평면형 폐쇄부연결부 및 이들 사이의 소성변형 가능한 변형면을 가지며, 상기 연결부들은 서로 실질적으로 평행하며, 상기 변형면은 상기 폐쇄부에 가해진 힘을 소성변형에 의해 흡수하도록 된 것을 특징으로 하는 건물.
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