KR20090093233A - 구조물용 감쇠장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물에 발생하는 외력에 의해 발생하는 변형 또는 진동 등을 감쇠시키기 위한 구조물용 감쇠장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명에서는 구조물의 최하층에서 최상층까지 수직 및 수평방향으로 연장되어 설치되고, 상기 구조물에 가해지는 외력에 의해 변형하는 강선; 및 상기 강선의 변형에 대응하여 회전하면서 저항력을 발생시키는 회전체를 가진 감쇠유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치를 제공한다.

Description

구조물용 감쇠장치{DAMPING APPARATUS FOR STRUCTURE}

본 발명은 구조물에 발생하는 외력에 의해 발생하는 변형 또는 진동 등을 감쇠시키기 위한 구조물용 감쇠장치에 관한 것이다.

빌딩, 교량 등과 같은 구조물은 지진이나 풍하중과 같은 외력(horizontal external force)을 받으면 구조물의 기둥, 보 등과 같은 골조에 수평방향의 진동 또는 변형이 발생한다. 이러한 진동 또는 변형이 크거나 주기적으로 발생하면, 구조물에 심한 충격이 발생할 수 있고, 이로 인해 구조물에 여러 가지의 손상이 발생되며, 심할 경우 붕괴될 수도 있다.

이에 따라, 외력에 의한 구조물의 진동 또는 변형을 저감하기 위한 다양한 종류의 감쇠장치가 이용되고 있다. 이 중에서, 구조물의 층간에 설치되어 구조물의 층간에서 발생하는 층간변형을 개별적으로 저감시키는 층간설치형 감쇠장치가 널리 이용되고 있다.

그러나 종래의 층간설치용 감쇠장치는 구조물의 거더, 보, 기둥 등과 같은 골조(frame)에 설치되고, 이에 의해 구조물의 실내공간을 변경 또는 개조하여야 함에 따라 설치가 매우 번거로울 뿐만 아니라 설치비용이 많이 소요되는 단점이 있었다.

또한, 구조물의 층간변형이 상대적으로 매우 작으므로, 종래의 층간설치형 감쇠장치는 진동 또는 변형 에너지를 저감시키는 능력이 매우 미흡한 단점이 있었다. 이를 해결하기 위해, 토글시스템 등과 같은 층간변형 증폭장치가 사용되는 경우도 있지만, 이러한 층간변형 증폭장치는 설치시 거주자의 이동 및 시야를 가릴 뿐만 아니라 설치비용이 고가인 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 구조물의 전체높이에 작용하는 변형(즉, 구조물의 최하층과 최상층 사이의 수평방향 상대변형)에 비례하여 강선이 변형하고 그 변형을 이력에너지로 바꾸어 소산시키는 구조를 적용함으로써 외력에 의한 진동 또는 변형에너지의 소산능력을 극대화할 수 있는 구조물용 감쇠장치를 제공하는 데 목적이 있다.

그리고 본 발명은 기존 구조물의 변경 또는 개조가 필요 없도록 구조물의 골조(frame) 이외의 위치, 즉 구조물의 내외부 다양한 위치에 설치가 용이한 구조물용 감쇠장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 구조물용 감쇠장치는,

구조물의 최하층에서 최상층까지 수직 및 수평방향으로 연장되어 설치되고, 상기 구조물에 가해지는 외력에 의해 변형하는 강선; 및

상기 강선의 변형에 대응하여 회전하면서 저항력을 발생시키는 회전체를 가진 감쇠유닛을 포함한다.

이와 같이, 본 발명의 강선은 구조물의 최하층 및 최상층을 가로질러 설치됨으로써, 구조물에 외력이 가해지면, 강선은 구조물의 전체 높이에 걸친 수평방향 변형(즉, 구조물의 최하층과 최상층 사이의 수평방향 상대변형)에 비례하여 변형된다. 즉, 구조물의 변형에 대응하여 강선이 변형되고, 감쇠유닛의 회전체가 강선의 변형량에 비례하여 회전하면서 높은 저항력(마찰저항력 또는 비틀림저항력)을 발생시킴으로써, 외력에 의한 에너지를 소산시키는 능력을 극대화시킬 수 있다.

강선의 양 하단부는 각각 상기 구조물의 최하층에 고정된다. 또 강선은 구조물의 한쪽 최하층에서 최상층을 향해 연장되고 하나 이상의 감쇠유닛을 지나 구조물의 다른 쪽 최하층으로 연장되도록 구성된다. 이때 감쇠유닛은 구조물 상부의 양단에 하나씩 두 개가 있는 것이 바람직하다. 또 강선은 구조물의 최하부로부터 감쇠유닛까지 연장될 때 구조물을 대각선 방향으로 가로질러 연장되어 하나의 감쇠유닛을 지나고, 이후 수평으로 연장되어 다른 감쇠유닛을 지난 뒤, 구조물의 다른 쪽 최하부를 향해 대각선 방향으로 가로질러 연장됨으로써, 하나 이상의 교차점을 가지면서 구조물의 최하층에서 최상층을 가로질러 설치됨으로써, ''자 형상을 이룬다.

한편 감쇠유닛은 구조물 상부에 2개가 설치되는 것이 바람직하다. 또 감쇠유닛은 회전가능하게 설치되고, 상기 강선의 변형에 따라 회전할 수 있도록 상기 강선과 맞물리는 회전체; 및 상기 회전체의 양측면에 설치되는 한 쌍의 측면플레이트를 포함함이 바람직하다.

한편 감쇠유닛이 구조물 중간부에도 한 쌍 이상이 설치되고 강선이 이들 감쇠유닛을 거쳐 상부로 연장되도록 할 수도 있다.

그리고 회전체와 측면플레이트 사이에는 저항물질이 개재됨으로써 상기 회전체의 회전 시 저항력을 발생시킨다. 저항물질은 마찰물질 및/또는 점탄성물질일 수 있다. 저항물질에 의해 회전체의 회전시 마찰저항력 또는 비틀림저항력을 발생시켜 외력에 의한 진동 또는 변형 에너지를 소산시킬 수 있다.

회전체 및 측면플레이트는 간격조절유닛에 의해 간격이 조절될 수 있다. 이 간격조절유닛은 회전체 및 측면플레이트를 관통하는 조절볼트 및 이 조절볼트의 단부에 체결되는 조절너트를 포함한다.

샤프트는 구조물의 외벽면에 고정되고, 샤프트에 측면플레이트들이 고정될 수 있다. 한 쌍의 측면플레이트들은 구조물의 최상층의 골조에 개별적으로 고정되고, 샤프트는 측면플레이트에 고정될 수 있다.

이상과 같은 본 발명은, 외력에 의한 진동 또는 변형에너지의 소산능력을 향상시킴으로써 구조물의 응답을 줄이고 손상을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

더욱이 본 발명은 설치시에 기존 구조물의 변경 또는 개조가 필요 없을 뿐만 아니라 구조물의 재료 또는 형식에 제약을 받지 않으면서도 구조물의 내부를 포함한 다양한 위치에 용이하게 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 감쇠장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감쇠장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 감쇠장치의 감쇠유닛을 도시한 사시도이다.

도 4는 도 3의 감쇠장치의 감쇠유닛을 도시한 분해사시도이다.

도 5는 도 3의 감쇠장치의 감쇠유닛을 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 감쇠장치의 감쇠유닛을 도시한 사시도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 감쇠장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 감쇠장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

10: 강선 20: 감쇠유닛

21: 회전체 22: 샤프트

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 빌딩 등과 같은 구조물(C)의 최하층(C1)에서 최상층(C2)을 가로질러 설치된 강선(10), 그리고 이러한 강선(10)의 변형량에 대응하여 저항력을 발생시키는 감쇠유닛(20)을 포함한다.

강선(10)은 도 1에 나타난 바와 같이 구조물(C)의 외벽면에 설치될 수 있다. 하지만 강선은 도 2에 예시된 바와 같이 구조물(C)의 내부를 관통하면서 설치될 수도 있다. 도 1이 경우는 구조물 외벽에 설치되는 경우, 도 2의 경우는 구조물 내부에 설치되는 경우이다.

도 1 및 도 2에서 강선(10)은 구조물(C)을 높이 방향 및 폭 방향으로 가로질러 설치된다. 즉 구조물(C)의 전체 높이에 걸쳐 설치된다. 이때 강선(10)의 일부는 구조물(C)에 설치된 감쇠유닛(20)에 걸쳐진다.

강선(10)의 하단부(10a, 10b)들은 구조물의 바닥면에 고정된다. 본 실시예에서는 앵커볼트(11) 등에 의해 고정되지만, 이에 한정되지는 않는다. 강선(10)의 하단부(10a, 10b)는 소정 간격 이격되어 고정된다. 강선(10)이 하단부(10a, 10b)에서 상방향으로 연장될 때는 대각선 방향으로 연장된다. 즉 강선은 교차점(18)을 형성하도록 설치된다.

이와 달리 강선(10)은 도 7에 도시된 바와 같이, 교차점이 없이 구조물(C)을 수평방향 및 수직방향으로 가로질러 설치될 수도 있다. 또 다른 실시예에서 강선(10)은 도 8에 도시된 바와 같이, 2 이상의 교차점(18)을 형성하도록 설치될 수도 있다. 이 경우에는 감쇠유닛이 구조물 중간부에도 한 쌍 이상이 설치되고 강선이 이들 감쇠유닛을 거쳐 상부로 연장되는 구조가 된다.

지진 또는 풍하중 등과 같은 외력이 빌딩과 같은 구조물(C)에 가해질 경우, 구조물은 수평방향으로 변형 또는 진동한다. 이와 같이 구조물에 진동 또는 변형 에너지가 발생하면 강선(10)은 외력이 가해지는 방향으로 압축됨과 더불어 반대방향으로 수축됨으로써 구조물 길이방향으로 변형된다. 즉, 강선(10)은 외력이 구조물(C)에 인가됨에 따라 길이방향으로 변형된다. 그리고 강선(10) 중 감쇠유닛(20)과 접촉하는 일부분에는 체인 등과 같은 맞물림부재(15)가 연결된다. 맞물림부재(15)는 다수의 홈(15a)을 가진다. 맞물림부재(15)의 양단부는 강선(10)의 연결단부에 고리(10c) 등을 매개로 연결된다.

도 1에 예시된 바와 같이 강선(10)이 구조물(C)의 외벽면에 설치된 경우, 한 쌍의 감쇠유닛(20)은 구조물의 측벽에 일정간격으로 이격되어 설치될 수 있다.

본 실시예에 따른 감쇠유닛(20)은 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 강선(10)의 변형량에 대응하여 회전하는 회전체(21), 상기 회전체(21)를 회전지지하는 샤프트(22), 회전체(21)의 양측면에 배치된 한 쌍의 측면플레이트(23, 24)를 포함한다. 회전체(21)는 원판형태로 이루어지고, 외주면에 다수의 치형(21a)을 가진다. 회전체(21)의 외주면에는 강선(10)의 맞물림부재(15)가 접촉하고, 맞물림부재(15)의 홈(15a)이 회전체(21)의 치형(21a)에 맞물린다.

샤프트(22)는 외주면에 설치된 베어링(22a)에 의해 회전체(21)를 회전 가능하게 지지한다. 샤프트(22)는 도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이 구조물(C)의 외벽면에 그 일단이 브라켓(22b)을 통해 고정될 수 있다. 브라켓(22b)은 구조물(C)의 외벽면에 앵커볼트(22c)에 의해 고정되고, 샤프트(22)의 일단은 브라켓(22b)에 용접 등을 통해 고정된다. 이와 달리, 구조물이 철골 구조물인 경우에는 샤프트(22)는 구조물의 최상층 골조에 직접적으로 용접되어 고정될 수도 있다.

측면플레이트(23, 24)는 회전체(21)의 양측면에 고정적으로 설치되고, 동시에 샤프트(22)에도 용접 등에 의해 결합된다. 측면플레이트(23, 24)와 회전체(21)가 상호 접촉하는 부분에는 마찰물질 또는 점탄성물질 등과 같은 저항물질(26)이 개재된다. 저항물질(26)은 회전체(21) 양측면에 형성된 다수의 홈(21c)에 개별적으로 끼워질 수 있다. 회전체(21)의 양측면에 접하는 각 측면플레이트(23, 24)의 접촉면에도 다수의 홈(23c, 24c)이 형성되고, 이들 홈(23c, 24c)에 개별적으로 저항물질(26)이 끼워질 수도 있다.

상기 저항물질(26)이 마찰물질일 경우, 이 마찰물질(26)에 의해 회전체(21)는 마찰저항력을 발생시키고, 이러한 마찰저항력에 의해 구조물에 발생하는 진동 또는 변형에너지가 소산된다. 저항물질(26)이 점탄성물질일 경우, 이 점탄성물질(26)에 의해 회전체(21)는 비틀림저항력을 발생시키고, 이 비틀림저항력에 의해 구조물에 발생하는 진동 또는 변형에너지가 소산된다.

저항물질(26)은 마찰물질 및 점탄성물질이 혼재된 형태일 수도 있다. 이에 의해, 회전체(21)는 마찰저항력과 비틀림저항력을 동시에 발생시킴으로써 에너지의 소산능력을 더욱 증대시킬 수 있다.

한편, 측면플레이트(23, 24)는 도 5에 나타난 간격조절유닛(25)에 의해 회전체(21)의 양측면과 간격이 조절된 후에 샤프트(22)에 용접될 수 있다. 이러한 간격조절유닛(25)은 회전체(21)와 각 측면플레이트(23, 24) 사이에 개재되는 저항물질(26)의 두께를 확보할 수 있도록 회전체(21)와 각 측면플레이트(23, 24) 사이의 간격을 조절한다.

간격조절유닛(25)은 측면플레이트(23, 24)와 회전체(21)를 관통하는 조절볼트(25a), 이 조절볼트(25a)의 단부에 체결되는 조절너트(25b) 및 와셔(25c)를 구비한다. 그리고 측면플레이트(23, 24)와 회전체(21)의 상호 대응하는 위치에는 원호상의 슬롯홈(21b, 23b, 24b)이 형성된다. 이에 의해, 조절볼트(25a)는 슬롯홈(23b, 24b, 21b)들을 통과하고, 조절볼트(25a)의 단부에 조절너트(25b) 및 와셔(25c)가 체결됨으로써 측면플레이트(23, 24)들과 회전체(21) 사이의 간격이 조절된다.

슬롯홈(21b, 23b, 24b)은 회전체(21)의 예상 최대 회전각에 대응하는 원호길이를 가지도록 설계된다. 이에 의해 회전체(21)의 회전운동은 볼트(25a)의 간섭을 받지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 도 2에 예시된 바와 같이 강선(10)이 구조물(C)의 내부를 관통하여 설치된 경우, 도 6에 예시된 바와 같이 한 쌍의 감쇠유닛(20)이 최상층(C2)의 천정 슬래브 또는 보 등과 같은 골조(13)에 설치될 수 있다. 즉 감쇠유닛(20)은 최상층(C2)의 골조(13)에 설치되고, 골조(13)에는 도 2에 예시된 바와 같이 강선(10)이 통과하는 관통공(13a)이 형성된다.

감쇠유닛(20)은 전술한 실시예와 동일하게 강선(10)의 변형량에 대응하여 회전하는 회전체(21), 상기 회전체(21)를 회전지지하는 샤프트(22), 회전체(21)의 양측면에 배치된 한 쌍의 측면플레이트(23, 24)를 포함한다.

한 쌍의 측면플레이트(23, 24)들은 하단부에 장착면(23f, 24f)을 가지고, 이 장착면(23f, 24f)이 슬래브 또는 보(13) 위에 리벳팅, 용접, 체결구 등을 통해 고정된다. 샤프트(22)는 한 쌍의 측면플레이트(23, 24)를 관통한 후에 용접을 통해 고정된다. 그리고 강선(10)에 연결된 맞물림부재(15)는 다수의 환형홈(15b)을 가지고, 이 환형홈(15b)들은 회전체(21)의 치형(21a)들과 맞물린다. 그외 나머지 구성은 선행하는 실시예와 동일하다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 작동관계를 설명한다.

지진이나 풍하중 등과 같은 외력이 구조물(C)에 작용함에 따라, 구조물(C)에는 진동 또는 변형에너지가 발생하고, 이에 따라 구조물(C)의 최하층(C1)과 최상층(C2) 사이의 수평변형에 비례하여 강선(10)에는 길이방향으로 변형이 발생하게 된다.

그리고 맞물림부재(15)와 맞물리는 회전체(21)는 강선(10)의 변형에 비례하여 회전한다. 회전체(21)는 양측면에 배치된 측면플레이트(23, 24)와 접촉하면서 회전하고, 이에 따라 회전체(21)와 측면플레이트(23, 24) 사이에 개재된 저항물질(26)에 의해 마찰저항력 및/또는 비틀림저항력이 발생하며, 이러한 마찰저항력 및/또는 비틀림저항력에 의해 진동 또는 변형에너지가 소산된다.

이상과 같은 본 발명은 신축구조물 뿐만 아니라 기존 구조물의 리모델링이나 내진보강에도 매우 효과적으로 적용될 수 있다. 즉 종래의 층간설치형 감쇠장치는 구조물의 실내에만 적용 가능한 반면에, 본 발명은 구조물의 외벽면에도 적용할 수 있다. 따라서 기존 구조물의 내부 변경을 하지 않으면서도 내진보강을 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.

상기 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것에 불과하며, 본 발명의 적용범위는 상기 실시예에 한정되지 않으며, 동일 사상의 범주 내에서 적절한 변경이 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있으므로 이러한 형상 및 구조의 변형은 첨부된 특허청구에 속한다.

Claims (13)

1. 구조물의 최하층에서 최상층까지 수직 및 수평방향으로 연장되어 설치되고, 상기 구조물에 가해지는 외력에 의해 변형하는 강선; 및

   상기 강선의 변형에 대응하여 회전하면서 저항력을 발생시키는 회전체를 가진 감쇠유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 감쇠유닛이,

   회전가능하게 설치되고, 다수의 치형을 가지는 회전체;

   상기 회전체의 양측면에 고정적으로 설치되는 한 쌍의 측면플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 강선의 일부분에 상기 회전체의 치형과 맞물리는 맞물림부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 회전체와 측면플레이트 사이에 저항물질이 개재되는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 강선이 구조물의 최하부로부터 감쇠유닛까지 연장될 때 중간에서 교차점을 형성하도록 엇갈려 연장되는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 강선의 양 하단부가 상기 구조물의 최하층에 고정되는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
7. 제4항에 있어서,

   상기 저항물질이 마찰물질 또는 점탄성물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
8. 제2항에 있어서,

   구조물의 외벽면에 고정되는 샤프트를 더 포함하며, 상기 샤프트에 상기 한 쌍의 측면플레이트들이 고정되는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
9. 제2항에 있어서,

   상기 측면플레이트가 구조물 내부의 최상층의 골조에 고정되는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
10. 제3항에 있어서,

    상기 맞물림부재가 체인인 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
11. 제3항에 있어서,

    상기 맞물림부재가 상기 치형에 맞물리는 다수의 환형홈을 가지는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
12. 제2항에 있어서

    상기 감쇠유닛은 구조물 상부에 한 쌍이 서로 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 감쇠유닛이 구조물 중간부에도 한 쌍 이상이 설치되고 상기 강선이 이들 감쇠유닛을 거쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 구조물용 감쇠장치.