KR20110018285A - 이중구조 내진보강장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상부철골부재(110), 하부철골부재(120) 및 2개의 수직철골부재(130)가 결합되어 전체적으로 '□'자 형상을 이루는 철골프레임(100); 상기 상부철골부재(110) 하부의 상기 철골프레임(100) 내부에 수평방향으로 배열되는 수평보강부재(200); 상기 수평보강부재(200)의 양측 단부 각각에서 하부철골부재(120)와 연결되는 한 쌍의 수직보강부재(250); 및, 상기 상부철골부재(110)와 상기 수평보강부재(200) 각각에 볼트결합되어 상기 상부철골부재(110)와 상기 수평보강부재(200)를 하나로 연결하는 연결판(300);을 포함하여 구성되고, 상기 철골프레임(100)을 에폭시를 이용하여 보강대상 구조체 내측에 고착시키는 것을 특징으로 하는 이중구조 내진보강장치에 관한 것이다.

Description

이중구조 내진보강장치{Double Frame Earthquake-Proof Device}
본 발명은 '□'자 형상의 프레임을 보강대상 구조체에 부착하고 그 내부에 '∏'자 형태의 보강 프레임을 결합시켜 지진에너지를 효과적으로 흡수하는 이중구조 내진보강장치에 관한 것이다.
국내외에서 기존에 사용되고 있는 철골 구조물 또는 콘크리틀 구조물 내진 보강공법으로서 유압댐퍼를 이용한 내진보강공법, 강재댐퍼를 이용한 내진보강공법등이 사용되고 있다.
상기 기존 기술 중 유압댐퍼를 이용한 내진보강공법은 대지진이 전국적으로 빈번하게 발생하고 있는 일본에서 주로 사용되고 있는 기술로서 외관적 환경이 거칠지 않도록 디자인이 비교적 개선되었고, 내진 보강성능 등이 뛰어나지만 국내 환경적 요인을 고려할 경우 첫째, 시공비가 과다하게 필요하고, 둘째, 국내의 지진 빈도 또는 진도로 보아 불필요할 정도로 과다 보강이 될 우려가 있다.
강재댐퍼를 이용한 내진 보강공법은 국내외에서 개발되어 근래 사용되고 있는 기술로서 비교적 시공비가 저렴하다고 할 수 있으나 주로 철골 구조물 보강용으로 개발되어 있는 실정이고, 또한 기존 강재댐퍼의 구조적인 문제점으로서 이를 사용한 내진 보강 구조물의 경우 창과 출입구 등의 사용이 불편할 정도로 제한되고, 제품의 외관이 거칠어 구조물의 미감을 저해함은 물론 정서적 불안감을 유발하고, 철골 구조에 비하여 상대적으로 변형량이 적은 RC구조물의 내진보강에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 기존 유압댐퍼를 이용한 보강공법의 문제점인 과다보강과 과다한 시공비의 문제점과 기존 강재댐퍼의 문제점인 거친 외관으로 인한 미감 저해 및 정서적 불안감 유발, 창 및 출입구 등의 사용성 제한, 적용 범위의 제한 등의 문제점을 해결하여 합리적인 비용으로 최적의 내진 효과를 거둘 수 있는 새로운 수단이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 사각형 철골프레임 구조와 보강철골부재를 결합하여 보강대상 구조체에 작용하는 지진 에너지를 효율적으로 흡수하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 지진에 의한 충격을 사각형의 철골프레임과 보강철골부재를 연결하는 연결부재들의 변형과 마찰열로 흡수하여 구조체의 손상을 최소화할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 다른 목적으로 한다.
셋째, 외관이 미려한 지진에너지 감쇠장치를 제공하여 미감을 유발하고 정서적 불안감을 해소하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
넷째, 기존 구조체의 내외부(창틀 등)에 간단히 부착할 수 있는 구조의 지진에너지 감쇠장치를 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.
본 발명은 상부철골부재(110), 하부철골부재(120) 및 2개의 수직철골부재(130)가 결합되어 전체적으로 '□'자 형상을 이루는 철골프레임(100); 상기 상부철골부재(110) 하부의 상기 철골프레임(100) 내부에 수평방향으로 배열되는 수평보강부재(200); 상기 수평보강부재(200)의 양측 단부 각각에서 하부철골부재(120)와 연결되는 한 쌍의 수직보강부재(250); 및, 상기 상부철골부재(110)와 상기 수평보강부재(200) 각각에 볼트결합되어 상기 상부철골부재(110)와 상기 수평보강부재(200)를 하나로 연결하는 연결판(300);을 포함하여 구성되고, 이러한 철골프레임(100)은 에폭시를 이용하여 보강대상 구조체 내측에 고착시키게 된다.
본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 사각형 철골프레임 구조와 수평 및 수직 보강철골부재를 결합하여 보강대상 구조체에 작용하는 지진 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있다.
다시 말하면, 사각형 철골프레임의 상부철골부재와 수평보강부재를 슬릿강판, 연결판 등으로 결합하고 수직보강부재는 하부철골부재에 연결하여 상부철골부재와 수평보강부재의 상대 변위를 슬릿강판의 변형이나 연결판에 의한 압착면의 마찰열로 흡수하여 지진에 의한 충격을 감소시킬 수 있다.
둘째, 지진에 의한 충격을 사각형의 철골프레임과 수평보강부재를 연결하는 연결부재들의 변형과 마찰열로 흡수하여 구조체의 손상을 최소화할 수 있다.
다시 말하면, 철골프레임의 상부철골부재와 보강철골부재를 연결하는 슬릿강판, 연결판(마찰패드), 고무블록, 감쇠댐퍼 등의 변형이나 마찰열을 통하여 지진에 의한 충격을 효율적으로 흡수함으로써 구조체의 손상을 방지하거나 최소화할 수 있다.
셋째, 외관이 미려한 지진에너지 감쇠장치를 제공하여 미감을 유발하고 정서적 불안감을 해소할 수 있다.
다시 말하면, 사각형 철골프레임의 내부에 수직 및 수평 보강철골부재를 연결판이나 슬릿강판 등으로 연결하여 전체적인 균형감을 유지함과 동시에 단순하고 절제된 미감을 제공하여 외부로 노출되더라도 정서적 안정감과 미감을 유발할 수 있다.
넷째, 기존 구조체의 내외부(창틀 등)에 간단히 부착할 수 있다.
다시 말하면 창틀과 같은 기존 구조물의 내측에 에폭시를 이용하여 간단하게 설치할 수 있어 작업시간과 비용을 줄일 수 있다.
도1은 본 발명의 구체적 실시예로서 연결판(300)과 슬릿강판(510)이 함께 사용된 경우이다.
도2는 본 발명의 다른 구체적 실시예로서 원호 형상의 절개부가 구비된 마찰패드(400)가 사용되는 경우를 도시한다.
도3은 본 발명의 또 다른 구체적 실시예로서 슬릿강판(510)이 사용되지 않고 연결판(300)만 사용된 경우이다.
도4는 본 발명의 또 다른 구체적 실시예로서 고감쇠 고무댐퍼가 사용된 경우이다.
도5는 본 발명의 또 다른 구체적 실시예로서 연결판(300)과 감쇠댐퍼(570)가 함께 사용된 경우이다.
도6은 본 발명의 또 다른 구체적 실시예로서 슬릿강판(510)만 사용된 경우이다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도1은 슬릿강판(510)과 연결판(300)으로 상부철골부재(110)와 수평보강부재(200)를 연결하는 경우를 도시한다.
철골프레임(100)은 상부철골부재(110), 하부철골부재(120) 및 2개의 수직철골부재(130)가 결합되어 전체적으로 '□'자 형상을 이루게 되는데, 이러한 철골프레임(100)은 용접 결합이 될 수도 있고, 볼트와 같은 하드웨어로 결합될 수도 있다.
철골프레임(100)을 구성하는 상부철골부재(110), 하부철골부재(120) 및 수직철골부재(130)의 단면은 특정한 형태로 한정되는 것은 아니며 다양한 단면이 선택될 수 있다.
철골프레임(100)을 이루는 상부철골부재(110), 하부철골부재(120) 및 수직철골부재(130) 각각에는 배면을 따라 돌출되도록 결합되는 다수 개의 앵커(33)가 구비되는데, 이러한 앵커(33)가 보강대상 구조체에 고강도모르타르에 의하여 고착된다.
수평보강부재(200)는 상부철골부재(110) 하부의 철골프레임(100) 내부에 수평방향으로 배열되는데, 수평보강부재(200)의 경우에도 다양한 단면 형상이 선택될 수 있다.
수직보강부재(250)는 수평보강부재(200)의 양측 단부 각각에서 하부철골부재(120)와 연결되는데, 수직보강부재(250)의 경우에도 수평보강부재(200)와 마찬가지로 다양한 단면 형상이 선택될 수 있다.
연결판(300)은 상부철골부재(110)와 수평보강부재(200) 각각에 볼트결합되어 상부철골부재(110)와 수평보강부재(200)를 하나로 연결하는 역할을 한다.
이러한 연결판(300)에는 도1에 도시된 바와 같이 연결판(300)과 상부철골부재(110) 사이 및 연결판(300)과 수평보강부재(200) 사이에 마찰패드(400)가 삽입되어 마찰패드(400)의 중심을 관통하는 볼트에 의해 압착되도록 설치될 수도 있고, 마찰패드(400)가 없이 단순히 볼트만으로 결합될 수도 있다.
슬릿강판(510)의 상단부와 하단부는 각각 수평보강부재(200)와 상부철골부재(110) 각각에 결합되며 다수 개의 슬릿(511)이 수평 또는 수직 방향으로 형성되어 있다.(본 발명의 구체적 실시예에서는 수직 방향으로 다수 개의 슬릿(511)이 형성된 형상을 도시하고 있음)
이러한 슬릿강판(510)의 상단부와 하단부는 상부철골부재(110)와 수평보강부재(200)에 용접결합이 될 수도 있고 볼트 등의 하드웨어를 이용한 결합이 될 수도 있다.
도1에 도시된 바와 같이 이러한 구조의 철골프레임(100)은 에폭시에 의하여 보강 대상 구조체의 내측면에 고정설치되는데, 연결판(300)과 슬릿강판(510)이 구비되어 있으므로 지진 발생에 의한 충격이 보강 대상 구조체에 작용하여 수평보강부재(200)와 상부철골부재(110) 사이에 상대적인 층간 변위가 발생하는 경우 이러한 상대변위에 의하여 슬릿강판(510)이 변형되면서 지진에 의한 충격을 흡수하게 된다.
즉 지진 발생에 의한 충격은 철골프레임(100)의 상부철골부재(110)와 하부철골부재(120)를 통하여 수평보강부재(200) 및 수직보강부재(250)로 전달되는데, 하부철골부재(120)에 비하여 상부철골부재(110)의 수평 방향 층간 변위가 크게 발생하게 되고 이러한 층간 변위는 상부철골부재(110)와 수평보강부재(200) 사이의 상대적 변위를 발생시키게 된다.
이러한 상부철골부재(110)와 수평보강부재(200) 사이의 상대적 변위는 연결판(300)에 의한 압착면의 마찰열과 슬릿강판(510)의 변형으로 흡수되는데, 연결판(300)의 경우 결합용 볼트가 일종의 회전핀 역할도 함께 수행하여 지진에 의한 수평보강부재(200)와 상부철골부재(100)의 상대 변위가 발생하는 경우 슬릿강판(510)의 불규칙한 좌굴이 발생되지 않도록 유도하는 역할도 한다.
도2는 본 발명의 다른 구체적 실시예로서 도1의 경우와 대부분 동일한 구성요소를 가지고 있으며 단지 연결판(300)과 함께 결합되는 마찰패드(400)의 구체적 형상이 다를 뿐이다.
도2에 도시된 마찰패드는 중앙을 관통하는 구멍과는 별도로 볼트가 통과하도록 원호 형상으로 절개된 제1원호절개부(11)가 원호 상에 구비된다.
또한 마찰패드(400)의 제1원호절개부(11)와 대응하는 위치의 상부철골부재(110) 및 수평보강부재(200)에도 각각 원호 형상으로 절개된 제2원호절개부(22)가 구비된다.
따라서 도2에서는 도1과는 달리 다수 개의 결합용 볼트가 사용된다.
도2의 경우에도 지진 발생에 의한 충격은 철골프레임(100)의 상부철골부재(110)와 하부철골부재(120)를 통하여 수평보강부재(200) 및 수직보강부재(250)로 전달되며, 충격을 흡수하는 원리도 동일하다.
도3은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도2와는 달리 슬릿강판(510)이 사용되지 않고 연결판(300)과 마찰패드(400)만을 사용하여 수평보강부재(200)와 상부철골부재(110)를 연결하는 구조로서, 마찰패드(400)의 형태는 도2의 경우와 동일하다.
이와 같은 경우에는 지진에 의하여 철골프레임(100)의 상부철골부재(110)와 수평보강부재(200)의 상대적 변위가 발생하는 경우 연결판(300)에 의한 압착면의 마찰열(마찰패드(400)의 마찰열)에 의하여 충격 에너지가 흡수된다.
도4는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도2와는 달리 슬릿강판(510)이 사용되지 않고 연결판(300)과 함께 고감쇠 고무받침이 사용된 경우이다.
고감쇠 고무받침은 도4에 도시된 바와 같이 하부판(520)과 상부판(530) 사이에 하부판(520)의 상부면과 상부판(530)의 하부면에 각각 결합고정되어 하부판(520)과 상부판(530)을 하나로 연결하는 고무블록(540)으로 구성된다.
이러한 하부판(520)의 하부면은 수평보강부재(200)의 상부면에 결합되고, 상부판(530)의 상부면은 상부철골부재(110)의 하부면에 결합된다.
이와 같이 고감쇠 고무받침이 구비되는 경우에는 지진에 의하여 수평보강부재(200)와 상부철골부재(110)의 상대적 변위가 발생하는 경우 연결판(300)에 의한 압착면의 마찰열(마찰패드(400)의 마찰열)과 고무블록(540)의 변형에 의하여 충격 에너지를 흡수하게 된다.
이러한 고무블록(540)은 단순히 고무만으로 구성될 수도 있고, 도4에 도시된 바와 같이 고무블록(540)의 내부에 다수 장의 금속판(541)이 이격 배열되는 구조가 될 수도 있다.
도5는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도2와는 달리 슬릿강판(510)이 사용되지 않고 연결판(300)과 함께 감쇠댐퍼(570)가 사용되는 경우이다.
제1브라켓(550)은 상부철골부재(110)의 하부면에 결합되고, 제2브라켓(560)은 수평보강부재(200)의 상부면에 결합되는데, 이러한 제1브라켓(550)과 제2브라켓(560)은 감쇠댐퍼(570)의 양측 단부를 조립하기 위한 구조물인 바 그 구조가 특정 형태로 한정되는 것은 아니며 감쇠댐퍼(570)의 양측 단부를 조립하기 편리한 구조이면 충분하다.
감쇠댐퍼(570)는 제1브라켓(550)과 제2브라켓(560) 각각에 회동가능하게 핀결합되어 수평방향으로 배열되는데, 이러한 감쇠댐퍼(570)는 실린더방식의 유압식 감쇠댐퍼이거나 구조물의 탄성변형이나 영구변형 또는 마찰열을 발생시켜 에너지를 흡수하는 기계식 감쇠댐퍼 등이 선택될 수 있다.
이와 같은 감쇠댐퍼(570)가 구비되는 경우 지진에 의하여 하부의 철골프레임(100)과 상부의 보강철골부재(200)의 상대적 변위가 발생하면 연결판(300)에 의한 압착면의 마찰열(마찰패드(400)의 마찰열)과 감쇠댐퍼(570)의 움직임에 의하여 충격 에너지를 흡수하게 된다.
도6은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도1과는 달리 연결판(300)이 사용되지 않고 슬릿강판(510)만 사용된 경우이다. 또한 슬릿강판(510)과 별도로 상부철골부재(110)와 수평보강부재(200)를 연결하는 추가 연결부재를 설치할 수도 있다. 아울러 수평보강부재(200)와 하부철골부재(120)의 중앙부를 연결하도록 수직으로 설치되는 중앙보강부재(33)가 더 설치될 수도 있다.
도6의 경우에도 지진 발생에 의한 충격은 철골프레임(100)의 상부철골부재(110)와 하부철골부재(120)를 통하여 수평보강부재(200) 및 수직보강부재(250)로 전달되며, 충격을 흡수하는 원리도 동일한데, 상부철골부재(110)와 수평보강부재(200) 사이의 상대적 변위를 슬릿강판(510)의 변형으로 흡수하는 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
100:철골프레임
110:상부철골부재
120:하부철골부재
130:수직철골부재
200:수평보강부재
250:수직보강부재
300:연결판
400:마찰패드
510:슬릿강판 511:슬릿
520:하부판
530:상부판
540:고무블록
541:금속판
550:제1브라켓
560:제2브라켓
570:감쇠댐퍼
11:제1원호절개부
22:제2원호절개부
33:중앙보강부재

Claims (8)

  1. 상부철골부재(110), 하부철골부재(120) 및 2개의 수직철골부재(130)가 결합되어 전체적으로 '□'자 형상을 이루는 철골프레임(100);
    상기 상부철골부재(110) 하부의 상기 철골프레임(100) 내부에 수평방향으로 배열되는 수평보강부재(200);
    상기 수평보강부재(200)의 양측 단부 각각에서 하부철골부재(120)와 연결되는 한 쌍의 수직보강부재(250); 및,
    상기 상부철골부재(110)와 상기 수평보강부재(200) 각각에 볼트결합되어 상기 상부철골부재(110)와 상기 수평보강부재(200)를 하나로 연결하는 연결판(300);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중구조 내진보강장치.
  2. 제1항에서,
    상기 연결판(300)과 상기 상부철골부재(110) 사이 및 상기 연결판(300)과 상기 수평보강부재(200) 사이에 마찰패드(400)가 압착되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 이중구조 내진보강장치.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 상부철골부재(110)와 상기 수평보강부재(200) 각각에 결합되며 다수 개의 슬릿(511)의 수평 또는 수직 방향으로 형성되어 있는 슬릿강판(510);
    이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이중구조 내진보강장치.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 상부철골부재(110)의 하부면에 결합되는 상부판(530);
    상기 수평보강부재(200)의 상부면에 결합되는 하부판(520); 및,
    상기 상부판(530)의 하부면과 상기 하부판(520)의 상부면에 각각 결합되어 상기 상부판(530)과 상기 하부판(520)을 하나로 연결하는 고무블록(540);
    이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이중구조 내진보강장치.
  5. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 상부철골부재(110)의 하부면에 결합되는 제1브라켓(550);
    상기 수평보강부재(200)의 상부면에 결합되는 제2브라켓(560); 및,
    상기 제1브라켓(550)과 상기 제2브라켓(560) 각각에 회동가능하게 핀결합되어 수평방향으로 배열되는 감쇠댐퍼(570);
    가 더 구비되되,
    상기 감쇠댐퍼(570)는 실린더방식의 유압식 감쇠댐퍼이거나 구조물의 탄성변형이나 영구변형 또는 마찰열을 발생시켜 에너지를 흡수하는 기계식 감쇠댐퍼인 것을 특징으로 하는 이중구조 내진보강장치.
  6. 제2항에서,
    상기 마찰패드(400)에는 볼트가 통과하도록 원호 형상으로 절개된 제1원호절개부(11)가 구비되고,
    상기 마찰패드(400)의 제1원호절개부(11)와 대응하는 위치의 상기 상부철골부재(110) 및 상기 수평보강부재(200)에도 각각 원호 형상으로 절개된 제2원호절개부(22)가 구비되는 것을 특징으로 하는 이중구조 내진보강장치.
  7. 제4항에서, 상기 고무블록(540)의 내부에는 이격 배열된 다수 장의 금속판(541)이 포함되는 것을 특징으로 하는 이중구조 내진보강장치.
  8. 상부철골부재(110), 하부철골부재(120) 및 2개의 수직철골부재(130)가 결합되어 전체적으로 '□'자 형상을 이루는 철골프레임(100);
    상기 상부철골부재(110) 하부의 상기 철골프레임(100) 내부에 수평방향으로 배열되는 수평보강부재(200);
    상기 수평보강부재(200)의 양측 단부 각각에서 하부철골부재(120)와 연결되는 한 쌍의 수직보강부재(250); 및,
    상기 상부철골부재(110)와 상기 수평보강부재(200) 각각에 결합되며 다수 개의 슬릿(511)이 수평 또는 수직 방향으로 형성되어 있는 슬릿강판(510);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중구조 내진보강장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101357054B1 (ko) * 2013-08-26 2014-02-03 (주)에스알텍 이중프레임 내진보강 구조 및 이를 이용한 내진보강공법
CN105569223A (zh) * 2016-02-01 2016-05-11 中国地震局工程力学研究所 一种高低强度多层钢板组合的自复位耗能墙
KR102228669B1 (ko) * 2020-11-09 2021-03-16 (주)나래구조안전기술 전단벽 내진 보강용 패널

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