KR20100060039A - 건축구조물용 진동 제진장치 - Google Patents

건축구조물용 진동 제진장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 건축구조물의 옥상에 설치되어 건축구조물의 진동을 감쇠시키는 건축구조물용 진동 제진장치에 관한 것으로서, 액체가 유동가능하게 수용되며 옥상의 바닥면에 수평하게 마련되어, 건축구조물에 작용하는 하중에 의해 출렁이는 액체의 일부를 옥상의 바닥면의 X-Y축방향을 따라 분산시키는 액체 흐름관과; 액체 흐름관과 옥상 바닥면 사이에 배치되어, 액체 흐름관과 건축구조물 사이의 수직 및 수평방향의 하중, 진동 및 부반력을 흡수 및 감쇠하는 댐퍼유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 지진 등에 의해 건축구조물에 발생되는 수평방향의 하중 및 진동을 건축구조물의 전후 및 좌우방향으로 흡수 및 감쇠할 수 있다. 또한, 지진 등에 의해 건축구조물에 발생되는 수직방향의 하중 및 진동과, 부반력을 흡수 및 감쇠할 수 있다.

Description

건축구조물용 진동 제진장치{VIBRATION DAMPING APPARATUS FOR STRUCTURE}
본 발명은, 건축구조물용 진동 제진장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 건축구조물의 옥상에 설치하여 지진이나 바람에 의한 건축구조물의 움직임을 액체의 출렁임으로 흡수하여 건축구조물의 진동을 감쇠시키는 건축구조물용 진동 제진장치에 관한 것이다.
일반적으로 주거 및 생활공간으로 활용되는 건축구조물은 지하에서 지상으로 세워지며, 이러한 건축구조물은 자체의 하중과 내부에 놓여지는 각종 용품의 하중을 견딜 수 있도록 설계되어 시공될 뿐만 아니라, 외부로부터의 충격이나 어느 정도의 지진 발생시에도 붕괴되지 않도록 설계 및 시공되고 있다.
한편, 근래의 건축구조물은 재료의 고강도화와 건설기술 등의 발달로 점차 경량화되고 유연해져 고층화, 대형화, 다양한 형상화가 진행되어 지진이나 바람 등의 외력에 따라 건축구조물에 감당하기 어려운 큰 진동 및 변위가 발생하게 된다.
이에, 종래에는 건축구조물의 사용에 대한 안정성을 확보하기 위하여, 건축구조물의 진동을 기초격리장치, 점탄성 댐퍼, 고무받침 등을 설치하여 진동을 제어하는 방법을 사용하여 왔다.
그러나, 상기의 방법들은 풍하중, 지진, 사하중, 활하중 등의 다양한 변수에 대한 수평력 대응이 어려울 뿐만 아니라 부분적인 효과만을 주어 제진력이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 근래에는 단순히 과거의 방식대로 경제성만을 고려한 내진 설계를 통해 구조물의 강성을 증대시키는 대신 별도의 제진장치를 설치하여 구조물의 외력에 의해 발생하는 에너지를 제진장치에 의해 소산시키는 방법이 사용되고 있다.
대표적인 제진방법으로서, 구조물 층간에 댐퍼와 같은 제진장치를 설치하여 층간 변위에 따른 제진장치의 이력 거동에 의해 에너지를 소산시키는 방법이 알려져 있다.
층간에 제진장치를 설치하는 방법은 성능 면에서는 효과적이나, 구조물의 공간 활용 면에서는 매우 불합리적이다.
이에, 본 출원인은 건축구조물의 옥상에 설치하여, 지진이나 바람에 의한 건축구조물의 움직임을 다방향으로 액체의 출렁임으로 흡수하여 건축구조물의 진동을 감쇠시킬 수 있는 건축구조물용 진동 제진장치를 출원하기에 이르렀다.
상기 배경기술의 문제점에서 해결하고자 하는 과제는, 본 발명에 따라, 지진 등에 의해 건축구조물에 발생되는 수평방향의 하중 및 진동을 건축구조물의 전후 및 좌우방향으로 흡수 및 감쇠할 수 있는 건축구조물용 진동 제진장치를 제공하는 것이다.
또한, 상기 배경기술의 문제점에서 해결하고자 하는 다른 과제는, 본 발명에 따라, 지진 등에 의해 건축구조물에 발생되는 수직방향의 하중 및 진동과, 부반력을 흡수 및 감쇠할 수 있는 건축구조물용 진동 제진장치를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은 본 발명에 따라, 건축구조물의 옥상에 설치되어 건축구조물의 진동을 감쇠시키는 건축구조물용 진동 제진장치에 있어서, 액체가 유동가능하게 수용되며 상기 옥상의 바닥면에 수평하게 마련되어, 상기 건축구조물에 작용하는 하중에 의해 출렁이는 액체의 일부를 상기 옥상의 바닥면의 X-Y축방향을 따라 분산시키는 액체 흐름관과; 상기 액체 흐름관과 상기 옥상 바닥면 사이에 배치되어, 상기 액체 흐름관과 상기 건축구조물 사이의 수직 및 수평방향의 하중, 진동 및 부반력을 흡수 및 감쇠하는 댐퍼유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조물용 진동 제진장치를 제공한다.
여기서, 상기 액체 흐름관은, 상기 옥상의 바닥면과 이격 배치되며, 액체가 유동가능하게 수용되는 액체 수용관과; 상기 액체 수용관으로부터 상기 옥상의 바닥면에 대해 수평한 X-Y축방향으로 각각 분기되어, 상기 건축구조물에 작용하는 하중에 의해 상기 액체 수용관 내에서 출렁이는 액체의 일부를 상기 X-Y축방향으로 분산하는 복수의 액체 분산관을 포함한다.
또한, 상기 옥상의 바닥면에 대해 수직한 Z축방향으로 상기 복수의 액체 분산관으로부터 각각 연장되어, 상기 액체 분산관으로 유입된 액체를 상기 옥상의 바닥면의 Z축방향으로 유동하도록 안내하는 복수의 안내관을 더 포함할 수도 있다.
상기 액체가 통과하는 복수의 액체 통과공이 관통 형성되고, 상기 액체 분산관에 수용되어 상기 액체 분산관으로 유입되는 액체의 수평력을 감쇠하는 댐핑 블록을 더 포함함으로써, 액체의 출렁임에 의한 액체의 흐름을 약화시키며 순간적인 하중을 분산시킬 수 있게 된다.
상기 댐핑 블록은 적어도 한 쌍으로 이루어짐으로써, 액체의 출렁임에 의한 순간적인 하중을 더욱 분산시킬 수 있게 된다.
상기 액체 수용관에 설치되어, 상기 액체 수용관 내의 액체의 유동을 차단 및 차단해제하도록 상기 액체 수용관을 개폐하는 복수의 차단밸브를 더 포함함으로써, 액체 흐름관을 용이하게 청소 및 유지보수할 수 있게 된다.
상기 댐퍼유니트는, 상기 액체 흐름관과 상기 건축구조물에 작용하는 수직하중과 부반력을 제어하며, 수직방향의 진동을 흡수 및 감쇠하는 하나 이상의 제1댐퍼와; 상기 액체 흐름관과 상기 건축구조물에 작용하는 수평방향의 진동을 흡수 및 감쇠하는 하나 이상의 제2댐퍼와; 상기 액체 흐름관을 탄성 지지하며, 상기 액체 흐름관에 발생하는 진동, 부반력, X-Y축 변위를 제어하는 제3댐퍼를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1댐퍼는 상기 액체 수용관의 중앙 영역 하부에 배치되고, 상기 제2댐퍼는 상기 액체 수용관과 상기 액체 분산관의 분기 영역 하부에 배치되며, 상기 제3댐퍼는 상기 액체 분산관 하부에 배치되는 것이 보다 효과적이다.
따라서, 상기 과제의 해결 수단에 따르면, 지진, 풍하중 등에 의해 건축구조 물에 발생되는 수평방향의 하중 및 진동을 건축구조물의 전후 및 좌우방향으로 흡수 및 감쇠할 수 있다. 또한, 지진 등에 의해 건축구조물에 발생되는 수직방향의 하중 및 진동과, 부반력을 흡수 및 감쇠할 수 있는 건축구조물용 진동 제진장치를 제공하는 것이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 13에는 본 발명에 따른 건축구조물용 진동 제진장치가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 건축구조물용 진동 제진장치(10)는 건축구조물(1)의 옥상(3)에 설치되어 건축구조물(1)의 진동을 감쇠시킨다.
본 발명에 따른 건축구조물용 진동 제진장치(10)는, 액체가 유동가능하게 수용되며 건축구조물(1)에 작용하는 하중에 의해 출렁이는 액체의 일부를 옥상(3) 바닥면의 X-Y축방향을 따라 분산시키는 액체 흐름관(11)과, 액체 흐름관(11)과 옥상(3) 바닥면 사이에 배치되어 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1) 사이의 수직 및 수평방향의 하중, 진동 및 부반력(지진시 위로 치솟는 힘)을 흡수 및 감쇠하는 댐퍼유니트를 포함한다.
액체 흐름관(11)은 속이 빈 파이프 형상을 가지며, 옥상(3)의 바닥면과 이격 배치되며 액체가 유동가능하게 수용되는 액체 수용관(13)과, 건축구조물(1)에 작용하는 하중에 의해 액체 수용관(13) 내에서 출렁이는 액체의 일부를 옥상(3)의 바닥면의 X-Y축방향으로 분산하는 복수의 액체 분산관(15)과, 액체 분산관(15)으로 유입된 액체를 옥상(3)의 바닥면의 Z축방향으로 유동하도록 안내하는 복수의 안내 관(17)을 포함한다.
액체 수용관(13)은 옥상(3)의 바닥면에 수평하게 이격 설치되어 있다. 본 실시예에서의 액체 수용관(13)은 옥상(3)의 바닥면에 대해 수평한 X-Y축방향으로 상호 연통하게 격자형상을 이루며 배치되어 있다. 액체 수용관(13)은 건축구조물(1)의 물탱크로서 사용 가능하다. 이에, 평상시에는 외부로부터의 물을 액체 수용관(13)에 저장하여 사용하고, 물이 줄어들면 액체 수용관(13) 내의 물이 일정 수위를 유지하도록 물을 자동으로 채워지도록 할 수 있다.
액체 분산관(15)은 액체 수용관(13)과 동일한 단면형상과 크기를 가지며, 액체 수용관(13)의 둘레를 따라 건축구조물(1)의 외측을 향해, 즉 옥상(3) 바닥면의 X-Y축방향으로 액체 수용관(13)으로부터 분기되어 있다. 액체 분산관(15)에는 건축구조물(1)에 작용하는 하중에 의해 액체 수용관(13) 내에서 출렁이는 액체의 일부가 인출입된다.
안내관(17)은 각 액체 분산관(15)의 말단부로부터 건축구조물(1)의 상방으로 수직하게 연장되어 있다. 즉, 안내관(17)은 옥상(3)의 바닥면에 수직한 Z축방향으로 연장되어 있다. 이에, 액체 분산관(15)을 출렁이며 유동하는 액체의 일부를 안내관(17)으로 퇴각시킬 수 있게 된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 건축구조물용 진동 제진장치(10)의 액체 분산관(15)에는 액체의 출렁임에 의한 액체의 흐름을 약화시키며 순간적인 하중을 분산시키는 댐핑 블록(21)이 마련되어 있다. 댐핑 블록(21)은 도 4에 도시된 바와 같이, 액체가 통과하는 복수의 액체 통과공(23)이 관통 형성되어 있으며, 액체 분산관(15)으로 유입되는 액체가 액체 통과공(23)을 통과함에 따라 액체의 수평력을 감쇠한다. 댐핑 블록(21)은 다방향 액체 분산관(15)의 말단부의 측면에서 착탈 가능하도록 설치될 수 있다. 댐핑 블록(21)은 몇 개의 크기가 다른 액체 통과공(23)을 형성하고, 한 쌍의 댐핑 블록(21)을 액체 분산관(15)에 이중으로 설치하여 각 댐핑 블록(21)의 액체 통과공(23)의 위치를 같게 하여 순간적인 수평력과 진동이 1차, 2차에 걸쳐 감쇠 제어되도록 액체의 흐름을 약화시킬 수 있다. 물론, 각 댐핑 블록(21)의 액체 통과공(23)의 높이를 달리하여 액체의 흐름을 순조롭지 않도록 하여 수평력과 진동을 감쇠시킬 수도 있다. 댐핑 블록(21)은 강재, 비철금속, 철근콘크리트, 엔지니어링 강화플라스틱 등 현장 여건에 맞게 어떠한 재질도 사용 가능하다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 액체 수용관(13)에는 액체 수용관(13) 내의 액체의 유동을 차단 및 차단해제하도록 액체 수용관(13)을 개폐하는 복수의 차단밸브(31)가 설치되어 있다. 차단밸브(31)는 도 6에 도시된 바와 같이, 액체 수용관(13)을 개폐하는 게이트(33)와, 게이트(33)가 액체 수용관(13)을 개폐하도록 게이트(33)를 승강시키는 승강 모터(37)와, 게이트(33)와 승강 모터(37)를 연결하는 와이어(39)를 가진다.
액체 수용관(13)의 바닥과 양 내측벽을 향하는 게이트(33)의 둘레에는 게이트(33)와 액체 수용관(13) 사이를 시일링하는 시일링재(35)가 장착되어 있다. 여기서, 게이트(33)는 강재, 비철금속, 엔지니어링 강화플라스틱 등 어떠한 재질도 상관없으며, 현장 여건에 적합한 재질을 사용할 수 있다.
이에, 평상시에는 액체가 액체 수용관(13) 내를 유동하도록 게이트(33)를 개방하고 있다가, 액체 수용관(13), 액체 분산관(15) 및 안내관(17)을 유지 보수할 경우, 게이트(33)를 차단하여 액체 수용관(13)의 중앙 영역은 비상시를 대비하도록 액체를 그대로 유지하여 기능이 그대로 작동하게 하고, 나머지 액체 수용관(13)의 액체를 제거하여 청소 등의 유지보수를 한 후, 다시 액체를 채워 액체 수용관(13)의 작동이 되도록 한 상태에서 중앙 영역에 위치한 액체 수용관(13)의 액체를 제거하여 청소 등의 유지보수를 완료한 후, 다시 액체 수용관(13)에 정상 용량의 액체를 채운 상태에서 게이트(33)를 개방하여 전체 액체 수용관(13)의 기능이 정상화되도록 한다.
한편, 액체 흐름관(11)은 철근콘크리트, 강재, 비철금속, 엔지니어링강화플라스틱 등의 어느 재질을 사용하여도 무방하다.
또한, 액체 흐름관(11)의 외주에 단열재를 마련함으로써, 액체 흐름관(11)을 보온하여, 동절기에 액체 흐름관(11)을 유동하는 액체가 동결하는 것을 방지할 수도 있다.
그리고, 액체 흐름관(11)에는 액체 흐름관(11)의 내부 액체를 자동으로 감지하는 자동감지센서와 수동 부표 등을 별도로 또는 동시에 설치할 수도 있고, 외부에서도 수시로 액체 흐름관(11)의 수위를 확인할 수 있는 확인용 육안 게이지(18) 및 점검통로를 곳곳에 설치하여 확인할 수 있다.
댐퍼유니트는 도 7에 도시된 바와 같이, 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1)에 작용하는 수직하중과 부반력을 제어하며 수직방향의 진동을 흡수 및 감쇠하는 복수 의 제1댐퍼(43)와, 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1)에 작용하는 수평방향의 진동을 흡수 및 감쇠하는 복수의 제2댐퍼(61)와, 액체 흐름관(11)을 탄성 지지하며 액체 흐름관(11)에 발생하는 진동, 부반력, X-Y축 변위를 제어하는 제3댐퍼(81)를 가진다.
제1댐퍼(43)는 액체 수용관(13)의 중앙 영역 하부에 배치된다. 본 실시예에서는 4개의 제1댐퍼(43)가 마련되어 있으며, 제1댐퍼(43)의 수량은 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1)에 작용하는 하중의 크기에 따라 변경될 수 있다.
제1댐퍼(43)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 액체 수용관(13) 및 건축구조물(1)에 각각 설치되는 제1상부판(45) 및 제1하부판(49)과, 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1) 사이의 수직 하중을 지지함과 동시에 수직방향의 진동을 흡수 및 감쇠하는 탄성지지부(53)와, 제1상부판(45)과 제1하부판(49)을 상호 연결하며 부반력을 제어하고 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1) 사이의 수평방향의 진동을 흡수 및 감쇠하는 복수의 댐핑실린더유니트(55)를 가진다.
탄성지지부(53)는 원형 또는 사각블록형상의 고무 등과 같은 탄성체로 이루어진다.
댐핑실린더유니트(55)는 탄성지지부(53)의 각 변의 둘레를 따라 배치된다. 댐핑실린더유니트(55)는 작동유체를 수용하는 실린더본체(57)와, 실린더본체(57)에 수용되는 피스톤(미도시)과, 피스톤을 지지하며 왕복운동하는 로드(59)를 가진다.
실린더본체(57)와 로드(59)는 각각 제1하부판(49)의 제2브래킷(51)과 제1상부판(45)의 제1브래킷(47)에 연결된다.
이로써, 댐핑실린더유니트(55)는 외력에 의해 실린더본체(57)로부터 돌출된 로드(59)의 길이가 축소되면, 피스톤이 실린더본체(57) 내의 작동유체를 가압하며 작동유체의 점성 저항이 발생하여, 진동에너지를 흡수 및 감쇠한다. 한편, 댐핑실린더유니트(55)에 가해진 외력이 제거되면, 실린더본체(57) 내의 작동유체가 피스톤을 원래의 위치로 이동하도록 가압하게 되고, 로드(59)는 실린더본체(57)로부터 길이 신장하여 원래 상태의 길이를 가지며 실린더본체(57)로부터 돌출된다.
이에, 액체 흐름관(11) 및 건축구조물(1)에 지진 등과 외력이 작용하면, 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1) 사이의 수직 하중 및 부반력은 탄성지지부(53)에 의해 지지됨과 동시에, 수직방향의 진동에너지 또한 탄성지지부(53)에 의해 흡수 및 감쇠된다.
또한, 외력에 의해 액체 흐름관(11)이 건축구조물(1)에 대해 일방향으로 상대 수평 이동하는 수평 변위가 발생하는 경우, 댐핑실린더유니트(55)의 로드(59)가 수평 변위에 대응하여 실린더본체(57)로부터 돌출된 로드(59)의 길이가 축소되면, 피스톤이 실린더본체(57) 내의 작동유체를 가압함에 따라 작동유체의 저항이 발생하여, 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1) 간에 발생되는 수평방향의 진동에너지를 흡수 및 감쇠한다.
한편, 액체 흐름관(11)에 작용하는 외력이 제거되면, 탄성지지부(53)는 수직 하중을 지지하게 된다. 또한, 댐핑실린더유니트(55)의 실린더본체(57) 내의 작동유체가 피스톤을 원래의 위치로 이동하도록 가압하게 되고, 로드(59)는 실린더본체(57)로부터 원래 상태의 길이로 신장하여, 진동 제진장치(10)가 수평 이동하기 전의 원래의 위치로 복원하게 되어, 면진효과를 증대시킨다.
이에, 제1댐퍼(43)는 액체 흐름관(11)에 작용하는 부반력을 잡아주고, 또한 액체 흐름관(11)의 1차 하중을 받아 완충시켜 건축구조물(1)로 2차적으로 하중을 분산시키며, 수직방향의 진동을 흡수 및 감쇠한다.
제2댐퍼(61)는 액체 수용관(13)과 액체 분산관(15)의 분기 영역 하부에 배치된다. 제2댐퍼(61)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 액체 수용관(13) 및 건축구조물(1)에 각각 설치되는 제2상부판(63) 및 제2하부판(65)과, 제2상부판(63) 및 제2하부판(65) 사이에 개재되어 본 발명에 따른 진동 제진장치(10)를 건축구조물(1)에 대해 슬라이딩 지지하는 슬라이딩 패드(67)와, 제2하부판(65)과 슬라이딩 패드(67) 사이에 마련되어 제2하부판(65)에 대해 슬라이딩하는 슬라이딩 강성체(69)와, 슬라이딩 패드(67)를 사이에 두고 제2하부판(65)의 판면으로부터 돌출된 한 쌍의 제2키이(71)와, 각 제2키이(71)의 일단부를 수용하도록 제2상부판(63)에 함몰형성된 제2키이수용부(73)를 가진다.
슬라이딩 패드(67)는 제2상부판(63) 및 슬라이딩 강성체(69) 사이에 마련되어, 액체 흐름관(11)으로부터 전달되는 하중, 회전, 방향의 이동을 건축구조물(1)에 전달한다. 여기서, 슬라이딩 패드(67)는 전단 변형이 우수한 고무의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
슬라이딩 강성체(69)는 액체 흐름관(11)에 변위가 발생하여 액체 흐름관(11)이 이동하는 경우, 슬라이딩 강성체(69)는 액체 흐름관(11)의 이동방향을 따라 제2하부판(65)의 상측에서 슬라이딩하게 된다.
한 쌍의 제2키이(71)는 제2상부판(63)에 대향하는 제2하부판(65)의 판면으로부터 소정의 폭을 가지며 이격하며 돌출 형성되어 있다.
제2상부판(63)의 판면에는 각 제2키이(71)의 일단부가 결합되는 제2키이수용부(73)가 관통 형성되어 있다. 제2키이수용부(73)는 제2키이(71)가 액체 흐름관(11)의 이동방향을 따라 이동가능하도록 장공형상을 가진다.
이로써, 제2키이(71)가 제2키이수용부(73) 내에서 이동하게 되므로, 액체 흐름관(11)의 X축과 Y축방향으로의 이동을 구속할 수 있게 된다.
이에, 제2댐퍼(61)는 건축구조물(1)과 액체 흐름관(11)과의 진동을 분리하고, 액체 흐름관(11)의 X축과 Y축의 변위에 대한 신축작용을 흡수하며, 액체 흐름관(11)의 수평레벨을 유지시키는 역할을 한다.
제3댐퍼(81)는 액체 분산관(15) 하부에 배치된다. 제3댐퍼(81)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 액체 분산관(15) 및 건축구조물(1)에 각각 설치되는 제3상부판(83) 및 제3하부판(85)과, 제3상부판(83) 및 제3하부판(85) 사이에 개재되어 액체 흐름관(11)을 건축구조물(1)에 대해 탄성 지지하는 탄성 패드(87)와, 탄성 패드(87)를 사이에 두고 제3하부판(85)의 판면으로부터 돌출된 한 쌍의 제3키이(89)와, 각 제3키이(89)의 일단부를 수용하도록 제3상부판(83)에 함몰형성된 제3키이수용부(91)를 가진다.
탄성 패드(87)는 교체 가능한 원형 또는 사각블록형상의 고무재질로 형성된다. 탄성 패드(87)는 액체 흐름관(11)의 하중에 대해서는 압축력이 작용될 수 있도록 하고, 액체 흐름관(11)이 수평방향으로 이동하는 변위에 대해서는 전단력이 작 용될 수 있도록 한다. 그러나 반드시 탄성 패드(87)를 고무로 형성할 필요는 없으며, 압축 스티로폼이나 스폰지 혹은, 탄성변형 가능한 엔지니어링 플라스틱과 같은 재질로도 대용할 수도 있다.
한 쌍의 제3키이(89)는 제3상부판(83)에 대향하는 제3하부판(85)의 판면으로부터 소정의 폭을 가지며 이격하며 돌출 형성되어 있다.
제3상부판(83)의 판면에는 각 제3키이(89)의 일단부가 결합되는 제3키이수용부(91)가 관통 형성되어 있다. 제3키이수용부(91)는 제3키이(89)가 액체 흐름관(11)의 이동방향을 따라 이동가능하도록 장공형상을 가진다.
이로써, 제3키이(89)가 제3키이수용부(91) 내에서 이동하게 되므로, 액체 흐름관(11)의 X축과 Y축방향으로의 이동을 구속할 수 있게 된다.
이에, 제3댐퍼(81)는 건축구조물(1)과 액체 흐름관(11)과의 진동 분리, 부반력 제어, X축과 Y축의 변위를 제어한다.
여기서, 설명되지 않은 참조부호 19는 액체 흐름관(11)의 내부를 유지 보수 및 점검하기 위한 해치이다. 해치(19)는 액체 흐름관(11)의 상측에 복수로 마련되어 있으며, 작업자들의 불의의 안전사고를 예방한다.
한편, 본 발명에 따른 진동 제진장치(10)의 액체흐름관(11)의 상부에는, 도 14에 도시된 바와 같이, 휴식공간을 설치하여 평상시에는 자연친화적인 공간으로 활용할 수도 있다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 건축구조물용 진동 제진장치(10)는, 지진 등의 진동에 의해 건축구조물(1)에 수직 및 수평방향의 하중 및 진동이 발생 하면, 액체 흐름관(11) 내의 액체는 관성력에 의해 종래와 같이 한쪽 방향으로만 유동하여 출렁이지 않고, 옥상(3)의 바닥면에 대해 X-Y축 방향으로 액체의 수평력이 분산되어 출렁이며, 이에 건축구조물(1)에 작용하는 수평방향의 하중 및 진동을 흡수 및 감쇠한다.
한편, 댐퍼유니트의 제1댐퍼(43)는 액체 흐름관(11)에 작용하는 수직 하중 및 부반력을 잡아주고, 액체 흐름관(11)의 1차 하중을 받아 완충시켜 건축구조물(1)로 2차적으로 하중을 분산시키고, 수직방향의 진동을 흡수 및 감쇠한다.
또한, 제2댐퍼(61)는 건축구조물(1)과 액체 흐름관(11)과의 진동을 분리하고, 액체 흐름관(11)의 X축과 Y축의 변위에 대한 신축작용을 흡수하며, 액체 흐름관(11)의 수평레벨을 유지시킨다.
그리고, 제3댐퍼(81)는 건축구조물(1)과 액체 흐름관(11)과의 진동 분리, 부반력 제어, X축과 Y축의 변위를 제어한다.
따라서, 본 발명에 따른 진동 제진장치(10)는, 기존의 단순구조의 물탱크가 아닌 전후, 좌우로 연결된 액체 흐름관(11)의 설치를 통해, 지진 등의 진동에 의해 한쪽 방향으로의 액체의 출렁임을 방지하며 건축구조물(1)에 작용하는 진동을 감쇠하고, 또한 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1) 사이의 진동을 분리하고 부반력을 방지할 수 있고, 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1)의 위치를 복원시켜 면진효과를 극대화시켜 액체 흐름관(11)과 건축구조물(1)이 원래의 위치로 복원 가능하게 된다. 또한, 액체 흐름관(11)의 유지 보수시 발생할 수 있는 진동에 대응할 수 있고, 다방향의 진동 변위를 흡수, 순간적인 수평력에 대한 액체의 변위력을 흡수할 수 있 게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 건축구조물용 진동 제진장치의 사시도,
도 2는 도 1의 액체 흐름관의 사시도,
도 3은 도 1의 액체 흐름관에 댐핑 블록의 설치 위치를 도시한 도면,
도 4는 도 3의 댐핑 블록의 사시도,
도 5는 도 1의 액체 흐름관에 차단밸브의 설치 위치를 도시한 도면,
도 6은 도 5의 차단밸브의 사시도,
도 7은 도 1의 액체 흐름관에 댐퍼의 위치를 도시한 개략적인 평면도,
도 8은 제1댐퍼의 평면도,
도 9는 도 8의 종단면도,
도 10은 제2댐퍼의 평면도,
도 11은 도 10의 종단면도,
도 12는 제3댐퍼의 평면도,
도 13은 도 12의 종단면도,
도 14는 일 실시예로서 본 발명에 따른 건축구조물용 진동 제진장치가 설치된 건축구조물의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 건축구조물 3 : 옥상
10 : 진동 제진장치 11 : 액체 흐름관
13 : 액체 수용관 15 : 액체 분산관
17 : 안내관 21 : 댐핑 블록
23 : 액체 통과공 31 : 차단밸브
43 : 제1댐퍼 61 : 제2댐퍼
81 : 제3댐퍼

Claims (8)

  1. 건축구조물의 옥상에 설치되어 건축구조물의 진동을 감쇠시키는 건축구조물용 진동 제진장치에 있어서,
    액체가 유동가능하게 수용되며 상기 옥상의 바닥면에 수평하게 마련되어, 상기 건축구조물에 작용하는 하중에 의해 출렁이는 액체의 일부를 상기 옥상의 바닥면의 X-Y축방향을 따라 분산시키는 액체 흐름관과;
    상기 액체 흐름관과 상기 옥상 바닥면 사이에 배치되어, 상기 액체 흐름관과 상기 건축구조물 사이의 수직 및 수평방향의 하중, 진동 및 부반력을 흡수 및 감쇠하는 댐퍼유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조물용 진동 제진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체 흐름관은,
    상기 옥상의 바닥면과 이격 배치되며, 액체가 유동가능하게 수용되는 액체 수용관과;
    상기 액체 수용관으로부터 상기 옥상의 바닥면에 대해 수평한 X-Y축방향으로 각각 분기되어, 상기 건축구조물에 작용하는 진동에 의해 상기 액체 수용관 내에서 출렁이는 액체의 일부를 상기 X-Y축방향으로 분산하는 복수의 액체 분산관을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조물용 진동 제진장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 옥상의 바닥면에 대해 수직한 Z축방향으로 상기 복수의 액체 분산관으로부터 각각 연장되어, 상기 액체 분산관으로 유입된 액체를 상기 옥상의 바닥면의 Z축방향으로 유동하도록 안내하는 복수의 안내관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조물용 진동 제진장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 액체가 통과하는 복수의 액체 통과공이 관통 형성되고, 상기 액체 분산관에 수용되어 상기 액체 분산관으로 유입되는 액체의 수평력을 감쇠하는 댐핑 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조물용 진동 제진장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 댐핑 블록은 적어도 한 쌍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축구조물용 진동 제진장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 액체 수용관에 설치되어, 상기 액체 수용관 내의 액체의 유동을 차단 및 차단해제하도록 상기 액체 수용관을 개폐하는 복수의 차단밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조물용 진동 제진장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼유니트는,
    상기 액체 흐름관과 상기 건축구조물에 작용하는 수직하중과 부반력을 제어하며, 수직방향의 진동을 흡수 및 감쇠하는 하나 이상의 제1댐퍼와;
    상기 액체 흐름관과 상기 건축구조물에 작용하는 수평방향의 진동을 흡수 및 감쇠하는 하나 이상의 제2댐퍼와;
    상기 액체 흐름관을 탄성 지지하며, 상기 액체 흐름관에 발생하는 진동, 부반력, X-Y축 변위를 제어하는 제3댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조물용 진동 제진장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1댐퍼는 상기 액체 수용관의 중앙 영역 하부에 배치되고, 상기 제2댐퍼는 상기 액체 수용관과 상기 액체 분산관의 분기 영역 하부에 배치되며, 상기 제3댐퍼는 상기 액체 분산관 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 건축구조물용 진동 제진장치.
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