KR20110090722A - 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍하중 및 지진하중 등의 수평하중이 기둥과 보로 이루어진 라멘 골조 구조물에 전달될 때 발생하는 층간변형을 이용한 제진댐퍼에 관한 것으로, 상부 보와 하부 보에 각각 설치되고 상기 상하부 보의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수평부재와, 좌측 기둥과 우측 기둥에 각각 설치되고 상기 좌우측 기둥의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수직부재와, 상기 수평부재와 상기 수직부재 중 어느 하나의 웨브 양단 전후면에 각각 설치되는 한 쌍으로 구성되고 일부가 외부로 돌출되며 돌출된 일부의 서로 마주보는 면에 복수의 장착홈이 방사상으로 배치되는 연결 플레이트와, 상기 수평부재와 상기 수직부재 중 다른 하나의 웨브 단부에서 플랜지보다 돌출되고, 외부로 돌출된 상기 한 쌍의 연결 플레이트 사이에 삽입되는 연장부와, 상기 연장부의 전후면에 각각 마련되는 마찰 플레이트와, 상기 연결 플레이트의 장착홈에 삽입되어 상기 마찰 플레이트와 접촉하는 마찰패드와, 상기 연결 플레이트를 관통하고 복수개가 방사상으로 배치되는 제1체결공과, 상기 연장부 및 상기 마찰 플레이트를 관통하고 복수개가 방사상으로 배치되며 원주방향으로 연장된 슬롯형상의 제2체결공과, 상기 제1 및 제2체결공에 설치되어 상기 연결 플레이트와 상기 연장부를 결합시키는 체결수단을 포함한다.

Description

라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼{VIBRATION DAMPER USING INTER-STORY DRIFT OF RAHMEN FRAME}
본 발명은 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼에 관한 것으로, 보다 자세하게는 풍하중 및 지진하중 등의 수평하중이 기둥과 보로 이루어진 라멘 골조 구조물에 전달될 때 발생하는 층간변형을 이용한 제진댐퍼에 관한 것이다.
최근 들어 지진 피해에 대한 우려가 확산되면서 건물이나 교량 등의 건축 구조물에 대한 내진설계가 관심을 끌고 있다. 내진설계란 지진의 충격으로부터 각종 구조물을 보호하고자 하는 포괄적 의미의 시공방식이며, 이를 상세히 구분하면 내진(耐震), 제진(制震), 면진(免震) 설계로 크게 나눌 수 있다.
우선, 내진설계는 넓은 의미에서 면진설계와 제진설계를 포함한다. 하지만 그 의미를 좁혀 보면, 구조물 자체의 내력을 통해 지진하중을 이겨내는 설계기법으로 국한하여 설명할 수 있다. 이러한 내진설계는 구조물을 구성하는 각종 부재의 강도와 인성 등을 증대시켜 구조물 자체의 견고성을 높임으로써 지진하중으로부터 구조물의 구조적 안정성 및 사용성을 유지한다.
그런데 내진설계는 구조물을 구성하는 부재의 강도와 인성을 증가시키기 위해 단면이 큰 부재가 사용되거나 철근이 많이 소모되므로, 물량이 증대되어 경제성이 낮아진다. 특히, 내진설계된 구조물이 지진에 의해 붕괴되는 해외사례를 통해 내진성능도 의문시되고 있다.
이러한 내진설계에 비해 제진 및 면진설계는 기존의 내진설계에 의한 경제성과 내진성능을 보강하기 위한 진보적인 기술로 최근에 그 활용이 증대되고 있다.
이 중에서 제진설계는 구조물에 가해지는 지진하중을 소멸시키기 위한 구조이다. 즉, 지진파의 진동 특성에 따라 인위적으로 구조물의 진동수를 조정하여 구조물의 공진을 막고, 더 나아가 구조물의 진동과 지진파의 진동을 상쇄시켜 지진하중을 경감하는 설계방식이다.
상술한 제진설계를 철골 구조물 또는 콘크리트 구조물에 적용하기 위하여 유압댐퍼나 강재댐퍼가 사용된다.
유압댐퍼는 강재댐퍼에 비하여 내진성능이 우수하여, 중, 강진이 전국적으로 빈번하게 발생하는 일본에서 주로 사용되고 있다. 그런데, 이러한 유압댐퍼는 고가이므로, 지진의 발생빈도가 낮고 지진의 강도가 높지 않은 우리나라에는 불필요할 정도로 과다한 공법이다. 반면, 강재댐퍼는 유압댐퍼에 비하여 내진성능은 다소 떨어지지만 시공비가 저렴하므로, 철골 구조물 보강용으로 사용되고 있다.
그런데 상술한 강재댐퍼를 이용한 제진구조는 대부분 BRACE 형상의 타입으로 공간적 장애요인이 발생하여 가변형 구조에 적합하지 않으며, 지진발생 후 교체가 번거로운 단점이 있다. 따라서 가변형 구조를 요하는 RC구조물의 제진구조에 적용이 곤란하며, 지진발생 후 제진장치를 다시 설치하는데 비효율적이다.
따라서 상술한 유압댐퍼를 이용한 제진구조와 강재댐퍼를 이용한 제진구조가 가진 문제점, 즉 경제성 및 공간적 장애에 대한 문제점을 해결할 수 있으며, 합리적인 비용으로 최적의 지진 제어 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 풍하중 및 지진하중 등의 수평하중에 대해서도 효과를 얻을 수 있는 새로운 제진댐퍼의 필요성이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 풍하중 및 지진하중 등의 수평하중이 기둥과 보로 이루어진 라멘 골조 구조물에 전달될 때 발생하는 층간변형을 이용한 제진댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼는, 상부 보와 하부 보에 각각 고정되고 상기 상하부 보의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수평부재와, 좌측 기둥과 우측 기둥에 각각 배치되고 상기 좌우측 기둥의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수직부재와, 상기 수평부재와 상기 수직부재 중 어느 하나의 웨브 양단 전후면에 각각 설치되는 한 쌍으로 구성되고 일부가 외부로 돌출되며 돌출된 일부의 서로 마주보는 면에 복수의 장착홈이 방사상으로 배치되는 연결 플레이트와, 상기 수평부재와 상기 수직부재 중 다른 하나의 웨브 단부에서 플랜지보다 돌출되고, 외부로 돌출된 상기 한 쌍의 연결 플레이트 사이에 삽입되는 연장부와, 상기 연장부의 전후면에 각각 마련되는 마찰 플레이트와, 상기 연결 플레이트의 장착홈에 삽입되어 상기 마찰 플레이트와 접촉하는 마찰패드와, 상기 연결 플레이트를 관통하고 복수개가 방사상으로 배치되는 제1체결공과, 상기 연장부 및 상기 마찰 플레이트를 관통하고 복수개가 방사상으로 배치되며 원주방향으로 연장된 슬롯형상의 제2체결공과, 상기 제1 및 제2체결공에 설치되어 상기 연결 플레이트와 상기 연장부를 결합시키는 체결수단을 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼는, 상부 보의 하면과 하부 보의 상면에 각각 고정되고 상기 상하부 보의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수평부재와, 좌측 기둥과 우측 기둥에 각각 배치되고 상기 좌우측 기둥의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수직부재와, 상기 수평부재와 상기 수직부재 중 어느 하나의 웨브 양단 전후면에 각각 설치되는 한 쌍의 연결 플레이트와, 상기 수평부재와 상기 수직부재 중 다른 하나의 웨브 단부에서 플랜지보다 돌출되고, 외부로 돌출된 상기 한 쌍의 연결 플레이트 사이에 삽입되는 연장부와, 상기 연결 플레이트와 상기 연장부 사이에 개재되는 탄성패드와, 상기 연결 플레이트와 상기 탄성패드 사이, 그리고 상기 연장부와 상기 탄성패드 사이에 도포되는 접착제층을 포함한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 수평하중 전달시 연장부가 한 쌍의 연결 플레이트 사이에서 회전하며, 이때 마찰패드와 마찰 플레이트에서 발생하는 마찰저항을 통해 수평하중을 감쇠 및 흡수함으로써, 풍하중과 지진하중을 포함하는 수평하중으로부터 구조물의 구조적 안정성 및 사용성을 확보할 수 있다.
또한, 수평하중에 대한 저감 효과가 우수하여 기존 내진설계 방식에 비해 골조물량을 대폭 절감할 수 있으며, 구조가 간단하고 제작 및 시공이 용이할 뿐만 아니라 비용 또한 저렴하여 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예 중 연결조인트의 확대도.
도 3은 도 2의 분해도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼의 설치상태도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼의 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예 중 연결조인트의 확대도.
도 7은 도 6의 분해도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼의 설치상태도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼의 사시도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예 중 연결조인트의 확대도.
도 11은 도 10의 분해도.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예 중 연결조인트의 확대도이며, 도 3은 도 2의 분해도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼(100)는, 라멘 골조 구조물의 상부 보(도 4의 310) 및 하부 보(도 4의 320)에 각각 고정되는 한 쌍의 수평부재(110)와, 좌측 기둥(도 4의 330) 및 우측 기둥(도 4의 340)에 각각 배치되는 한 쌍의 수직부재(120)와, 수평부재(110) 및 수직부재(120)를 연결하고 외부에서 전달된 수평하중을 감쇠하는 연결조인트(130)를 포함한다. 이때, 한 쌍의 한 쌍의 수직부재(120)는 수평부재(110)와 달리 라멘 골조 구조물의 좌측 기둥(330) 및 우측 기둥(340)에 고정되지 않으며, 상술한 연결조인트(130)를 통해 수평부재(110)에 연결되어 고정된다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제진댐퍼(100)의 수평부재(110)와 수직부재(120)는, 한 쌍의 플랜지(112,122)와, 한 쌍의 플랜지(112,122) 중단을 연결하는 웨브(114,124)로 이루어진 I형강 또는 H형강이다. 이러한 I형강 또는 H형강은 다른 강재에 비해 단면계수와 단면2차모멘트가 크므로, 이를 수평 및 수직부재(110,120)로 사용할 경우 제진댐퍼(100)의 구조적 강도를 보다 향상시킬 수 있다.
상술한 수평 및 수직부재(110,120) 중 수평부재(110)는 웨브(114)의 양단이 플랜지(112)보다 돌출된 형태이다. 이때, 플랜지(112)보다 돌출된 부분을 연장부(116)라 하는데, 이 연장부(116)는 후술할 연결 플레이트(140)와 함께 수평 및 수직부재(110,120)를 회전(슬라이딩 회전) 가능하게 연결하기 위한 수단이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수직부재(120)의 웨브(124) 상단 전후면에 연결 플레이트(140)가 결합되고, 한 쌍의 연결 플레이트(140) 상단 사이에 수평부재(110)의 연장부(116)가 삽입된다. 이때, 연장부(116)는 수평 및 수직부재(110,120)가 슬라이딩 회전할 수 있도록 수직부재(120)의 폭보다 짧은 길이로 돌출되는 것이 바람직하다. 또한, 연장부(116)의 단부는 수평 및 수직부재(110,120)의 슬라이딩 회전시 수직부재(120) 웨브(124)와 간섭되지 않도록 반원형으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 연장부(116)가 수평부재(110)의 웨브(114) 양단에 형성된 것으로 예시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 설계의도에 따라 수직부재(120)의 웨브(124)에 형성될 수도 있다.
연결조인트(130)는, 수직부재(120)의 웨브(124) 상단 전후면에 각각 설치되는 한 쌍의 연결 플레이트(140)와, 연결 플레이트(140)의 서로 마주보는 면에 장착되는 마찰패드(150)를 포함한다. 또한, 수평부재(110)의 연장부(116)와 연결 플레이트(140)를 결합시키는, 그리고 수직부재(120)의 웨브(124)와 연결 플레이트(140)를 결합시키는 체결수단(160)을 포함한다.
연결 플레이트(140)는 상술한 바와 같이 한 쌍으로 구성되고, 수평부재(110)의 연장부(116) 및 수직부재(120)의 웨브(124) 전후면에 각각 결합되어, 수평부재(110)와 수직부재(120)를 연결한다. 즉, 한 쌍의 연결 플레이트(140)는 상단이 수평부재(110)의 연장부(116) 전후면에 결합되고, 하단이 수직부재(120)의 웨브(124) 전후면에 결합된다.
이러한 연결 플레이트(140)는 상단이 수평 및 수직부재(110,120)의 슬라이딩 회전시 수평부재(110) 플랜지(112)와 간섭되지 않도록 반원형으로 형성된다. 또한, 연결 플레이트(140)의 서로 마주보는 면에는 마찰패드(150)가 삽입되는 복수의 장착홈(142)이 형성된다.
마찰패드(150)는 장착홈(142)과 동일한 형상으로 형성된 판재이다. 그 두께는 장착홈(142)의 깊이보다 크게 형성되어, 장착홈(142)에 삽입된 마찰패드(150)의 일면이 연장부(116) 측으로 돌출된다. 이러한 마찰패드(150)는 다양한 소재로 제작될 수 있으나 성능 및 환경적인 측면을 고려하여 비석면유기체(Non Asbestos Organism; NAO)로 제작되는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 장착홈(142)과 장착홈(142)에 장착되는 마찰패드(150)는, 수평 및 수직부재(110,120)의 슬라이딩 회전시 마찰저항이 용이하게 발생할 수 있도록 원주방향으로 연장된 슬롯형상을 가지며, 복수개가 방사상으로 배치된다. 이때, 수평하중의 크기에 따라 마찰패드(150) 및 장착홈(142)의 수를 증감할 수 있다. 일례로, 풍하중 및 지진하중 등의 수평하중이 클 경우 도 3에 도시된 바와 같이 마찰패드(150) 및 장착홈(142)을 2열의 방사상(동심원을 갖는 2열의 방사상)으로 배치할 수 있다.
한편, 수평부재(110)의 웨브(114) 전후면, 즉 마찰패드(150)와 접촉되는 웨브(114)의 전후면에는 마찰 플레이트(170)가 부착된다. 이 마찰 플레이트(170)는 마찰패드(150)의 마찰저항을 안정적으로 발생시켜 수평하중의 감쇠성능을 향상시키기 위한 것이다. 이러한 마찰 플레이트(170) 교체가 가능한 마찰패드(150)에 비해 내구성이 우수한 재질인 것이 바람직하다. 특히, 비석면유기체인 마찰패드(150)와 접촉하여 정량적인 마찰저항 값을 유지할 수 있는 스테인리스강(stainless steel)인 것이 바람직하다.
수평부재(110)의 연장부(116)와 연결 플레이트(140)를 결합시키는, 그리고 수직부재(120)의 웨브(124)와 연결 플레이트(140)를 결합시키는 체결수단(160)은, 고정볼트(162)와 고정너트(164)로 구성된다. 이 고정볼트(162)와 고정너트(164)는 일반 볼트에 비해 인장강도가 우수한 고장력 볼트와 너트인 것이 바람직하다.
상술한 연결 플레이트(140), 연장부(116) 및 마찰 플레이트(170)에는 체결수단(160), 좀 더 상세하게는 고정볼트(162)가 관통될 수 있도록 체결공(182,184)이 형성된다. 체결공(182,184)은 연결 플레이트(140)에 형성되는 제1체결공(182)과, 연장부(116) 및 마찰 플레이트(170)를 관통하여 형성되는 제2체결공(184)으로 구성된다. 또한, 제1체결공(182)은, 연결 플레이트(140)의 상단에 형성되는 체결공(182a)과, 연결 플레이트(140)의 하단에 형성되는 체결공(182b)으로 구성된다.
제1체결공(182a,182b) 중에서 연결 플레이트(140)의 상단에 형성되는 체결공(182a), 즉 제2체결공(184)과 대응되는 위치에 형성되는 체결공(182a)은 방사상으로 배치되고, 동심원을 갖는 2열의 장착홈(142) 사이에 위치된다. 또한, 제2체결공(184)은 장착홈(142)과 동일한 형상인 원주방향으로 연장된 슬롯형상으로 형성되며, 복수개가 방사상으로 배치된다.
여기서 연장부(116)와 마찰 플레이트(170)를 관통하는 제2체결공(184)을 슬롯형상으로 형성한 이유는, 구조물에 수평하중이 전달되어 층간변형이 일어날 경우 수평 및 수직부재(110,120)가 슬라이딩 회전할 수 있도록 하기 위함이다. 좀 더 상세하게는, 수평 및 수직부재(110,120)가 슬라이딩 회전하여 마찰패드(150)와 마찰 플레이트(170) 사이에 마찰저항이 발생할 수 있도록 하기 위함이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼의 설치상태도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수평부재(110)는 상부 보(310)의 하면과 하부 보(320)의 상면에 각각 고정되고, 수직부재(120)는 좌측 및 우측 기둥(330,340)의 내측벽면을 따라 배치되되 연결조인트(130)를 통해 수평부재(110)에 연결 및 고정된다. 이때, 본 실시예에서는 제진댐퍼(100)가 보(310,320) 및 기둥(330,340)의 내측면에 설치된 것으로 예시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 8에 도시된 바와 같이 보(310,320) 및 기둥(330,340)의 전후면에 설치될 수도 있음은 물론이다.
도 4의 확대 도시된 부분을 참조하면, 수평부재(110)는 제1 및 제2스터드(192,194)와 모르타르 접착제(350)를 통해 상부 보(310)의 하면과 하부 보(320)의 상면에 각각 고정된다. 즉, 수평부재(110)의 상부 플랜지(112)에는 상부 보(310) 측으로 돌출되도록 제1스터드(192)가 결합되고, 상부 보(310)의 내측벽면(하부벽면)에는 수평부재(110) 측으로 돌출되도록 제2스터드(194)가 결합된다. 또한, 수평부재(110)와 상부 보(310) 사이에는 소정의 두께로 모르타르 접착제(350)가 타설된다.
이와 같은 상태에서 타설된 모르타르 접착제(350)가 경화되면, 모르타르 접착제(350)에 의해 수평부재(110)가 상부 보(310)의 내측벽면에 고정된다. 특히, 서로 마주보는 방향으로 돌출되어 모르타르 접착제(350)에 삽입된 제1 및 제2스터드(192,194)에 의해 그 접착력이 더욱 강해진다.
이때, 제1 및 제2스터드(192,194)는 복수로 마련되고, 제1스터드(192)는 수평 및 수직부재(110,120)의 길이방향을 따라 등간격으로 설치되며, 제2스터드(194)는 보(310,320) 및 기둥(330,340)을 따라 등간격으로 설치된다.
한편, 연결조인트(130)가 설치되는 부분에는 절연물질(360)이 도포된다. 이 절연물질(360)은 연결조인트(130)에 모르타르 접착제(350)가 유입되는 것을 방지하여, 수평하중 전달시 연결조인트(130)가 자유롭게 회전(슬라이딩 회전)할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상술한 바와 같이 설치된 본 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼를 이용한 수평하중의 감쇠과정을 살펴보면 다음과 같다.
수평하중이 전달되면 구조물의 보(310,320)와 기둥(330,340)에 층간변형이 발생한다. 이러한 층간변형에 의해 상부 보(310)와 하부 보(320)가 서로 반대방향으로 이동하고, 상부 보(310)와 하부 보(320)에 고정된 한 쌍의 수평부재(110)도 서로 반대방향으로 이동한다. 이때, 한 쌍의 수평부재(110)가 서로 반대방향으로 이동할 경우 수평부재(110)와 수직부재(120)를 연결하는 연결조인트(130)에서는 회전력이 발생된다. 즉, 수평부재(110)의 연장부(116)가 수직부재(120)에 결합된 한 쌍의 연결 플레이트(140) 사이에서 슬라이딩 회전한다.
이와 같이, 연장부(116)와 연결 플레이트(140)가 슬라이딩 회전할 경우 마찰패드(150)와 마찰 플레이트(170) 사이에서 마찰저항이 발생하고, 이 마찰저항을 이용하여 수평하중을 감쇠함으로써 구조물의 구조적 안정성 및 사용성을 확보한다.
이러한 본 실시예의 제진댐퍼(100)는, 크기가 작은 복수의 마찰패드(150)를 이용한 다점 접촉 방식이므로, 인가되는 수평하중을 효율적으로 저감할 수 있다. 특히, 구조가 간단하고 제작 및 설치가 용이하며 비용 또한 저렴하여 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예 중 연결조인트의 확대도이며, 도 7은 도 6의 분해도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼(200)는, 라멘 골조 구조물의 상부 보(도 8의 310) 및 하부 보(도 8의 320)에 각각 고정되는 한 쌍의 수평부재(210)와, 좌측 기둥(도 8의 330) 및 우측 기둥(도 8의 340)에 각각 배치되는 한 쌍의 수직부재(220)와, 수평부재(210) 및 수직부재(220)를 연결하고 외부에서 전달된 수평하중을 감쇠하는 연결조인트(230)를 포함한다.
이와 같은 구조의 본 실시예는 연결조인트(230)를 제외하곤 상술한 일 실시예와 동일한 구조를 갖는다. 따라서 본 실시예에서는 상술한 일 실시예와 중첩되는 내용에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 연결조인트(230)는, 수직부재(220)의 웨브(224) 상단 전후면에 각각 설치되는 한 쌍의 연결 플레이트(240)와, 연결 플레이트(240)의 서로 마주보는 면에 장착되는 마찰패드(250)를 포함한다. 또한, 수평부재(210)의 연장부(216)와 연결 플레이트(240)를 결합시키는, 그리고 수직부재(220)의 웨브(224)와 연결 플레이트(240)를 결합시키는 체결수단(260)을 포함한다.
연결 플레이트(240)는 상술한 바와 같이 한 쌍으로 구성되고, 수평부재(210)의 연장부(216) 및 수직부재(220)의 웨브(224) 전후면에 각각 결합되어, 수평부재(210)와 수직부재(220)를 연결한다. 이러한 연결 플레이트(240)는 상단이 수평 및 수직부재(210,220)의 슬라이딩 회전시 수평부재(210) 플랜지(212)와 간섭되지 않도록 반원형으로 형성된다. 또한, 연결 플레이트(240)의 서로 마주보는 면에는 마찰패드(250)가 삽입되는 환상(環狀)의 장착홈(242)이 형성된다.
마찰패드(250)는 장착홈(242)과 동일한 형상으로 형성되고, 그 두께는 장착홈(242)의 깊이보다 크게 형성된다. 따라서 장착홈(242)에 삽입된 마찰패드(250)의 일면이 연장부(216) 측으로 돌출된다.
이와 같이, 마찰패드(250)를 환상으로 제작한 이유는 수평 및 수직부재(210,220)의 슬라이딩 회전시 마찰 플레이트(270)와의 접촉에 의해 마찰저항이 용이하게 발생할 수 있도록 하기 위함이다. 특히, 마찰 플레이트(270)와의 접촉면적이 커짐에 따라 발생하는 마찰저항도 증대되므로, 수평하중을 안정적으로 감쇠할 수 있다.
이때, 마찰패드(250)는 그 성능 및 환경적인 측면을 고려하여 비석면유기체(Non Asbestos Organism; NAO)로 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 마찰 플레이트(270)는 교체가 가능한 마찰패드(250)에 비해 내구성이 우수한 재질, 일례로 비석면유기체인 마찰패드(250)와 접촉하여 정량적인 마찰저항 값을 유지할 수 있는 스테인리스강(stainless steel)인 것이 바람직하다.
한편, 연결 플레이트(240)에 형성되는 제1체결공(282)이 형성되고, 연장부(216) 및 마찰 플레이트(270)에는 제2체결공(284)이 형성된다. 이 제1 및 제2체결공(282,274)은 환상의 장착홈(242) 및 마찰패드(250)의 중앙에 형성된다. 또한, 제1 및 제2체결공(282,274)에는 체결수단(260), 즉 고정볼트(262)와 고정너트(264)가 결합된다.
이때, 고정볼트(262)와 고정너트(264)는 연장부(216)와 연결 플레이트(240)를 연결함과 동시에 수평하중 인가시 수평 및 수직부재(210,220)의 회전 중심이 되므로 일반적인 볼트에 비해 큰 사이즈로 제작되는 것이 바람직하다. 특히, 인장강도가 우수한 고장력 볼트와 너트인 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼의 설치상태도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 수평부재(210)는 상부 보(310)과 하부 보(320)의 전면(또는 후면)에 각각 고정되고, 수직부재(220)는 좌측 및 우측 기둥(330,340)의 전면(또는 후면)을 따라 배치되되 연결조인트(230)를 통해 수평부재(210)에 연결 및 고정된다. 이때, 본 실시예에서는 제진댐퍼(200)가 보(310,320) 및 기둥(330,340)의 전면(또는 후면)에 설치된 것으로 예시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 4에 도시된 바와 같이 보(310,320) 및 기둥(330,340)의 내측면에 설치될 수도 있음은 물론이다.
도 8의 확대 도시된 부분을 참조하면, 수평부재(210)는 제1 및 제2스터드(292,294)와 모르타르 접착제(350)를 통해 상부 보(310)와 하부 보(320)의 전면(또는 후면)에 각각 고정된다. 즉, 수평부재(210)의 웨브(214)에는 상부 보(310) 측으로 돌출되도록 제1스터드(292)가 결합되고, 상부 보(310)의 전면에는 수평부재(210) 측으로 돌출되도록 제2스터드(294)가 결합된다. 또한, 수평부재(210)와 상부 보(310) 사이에는 소정의 두께로 모르타르 접착제(350)가 타설된다.
이와 같은 상태에서 타설된 모르타르 접착제(350)가 경화되면, 모르타르 접착제(350)에 의해 수평부재(210)가 상부 보(310)의 전면에 고정된다. 특히, 서로 마주보는 방향으로 돌출되어 모르타르 접착제(350)에 삽입된 제1 및 제2스터드(292,294)에 의해 그 접착력이 더욱 강해진다.
한편, 연결조인트(230)가 설치되는 부분에는 일 실시예와 마찬가지로 절연물질(360)이 도포된다.
상술한 바와 같은 본 실시예의 제진댐퍼(200)는, 도 7에 도시된 바와 같이 마찰패드(250)가 환상으로 형성되어 마찰 플레이트(270)와의 접촉면적이 넓고, 그에 따라 발생하는 마찰저항의 크기도 커 비교적 큰 수평하중을 안정적으로 감쇠할 수 있다.
상술한 각 실시예들은 마찰패드(150,250)와 마찰 플레이트(170,270) 사이의 마찰저항을 이용하여 수평하중을 감쇠하는 마찰식 제진댐퍼인 반면, 후술할 실시예는 탄성패드(450)를 이용하여 수평하중을 흡수하는 제진댐퍼이다. 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예 중 연결조인트의 확대도이며, 도 11은 도 10의 분해도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼(400)는, 라멘 골조 구조물의 상부 및 하부에 각각 설치되는 한 쌍의 수평부재(410)와, 좌측 및 우측 기둥에 각각 설치되는 한 쌍의 수직부재(420)와, 수평부재(410) 및 수직부재(420)를 연결하고 외부에서 전달된 수평하중을 흡수하는 연결조인트(430)를 포함한다.
이와 같은 구조의 본 실시예는 연결조인트(430)를 제외하곤 상술한 실시예들과 동일한 구조를 갖는다. 따라서 본 실시예에서는 상술한 실시예들과 중첩되는 내용에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 10과 도 11을 참조하여 연결조인트(430)에 대해 살펴보면, 수직부재(420)의 웨브(424) 상단 전후면에 각각 설치되는 한 쌍의 연결 플레이트(440)와, 수평부재(410)의 웨브(414) 단부에서 플랜지(412)보다 돌출되는 연장부(416)와, 연결 플레이트(440)와 연장부(416) 사이에 개재되는 탄성패드(450)와, 연결 플레이트(440)와 탄성패드(450) 사이, 그리고 연장부(416)와 탄성패드(450) 사이에 도포되는 접착제층(460)을 포함한다.
이 중에서 탄성패드(450)는 수평하중이 전달되어 기둥과 보에 층간변형이 일어날 경우 수평부재(410)와 수직부재(420)를 통해 인가되는 수평하중을 흡수하기 위한 수단이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 수평부재(410)의 연장부(416)는 전후면에 탄성패드(450)가 각각 부착된 상태로 한 쌍의 연결 플레이트(440) 사이에 개재된다. 또한, 연결 플레이트(440)와 탄성패드(450) 사이, 그리고 연장부(416)와 탄성패드(450) 사이에는 접착제층(460)이 도포된다. 즉, 수평부재(410)의 연장부(416), 연결 플레이트(440) 및 탄성패드(450)는 접착제층(460)에 의해 일체로 형성된다.
한편, 도면에 도시되지 않았지만, 탄성패드(450)를 얇은 두께로 여러 겹 적층하고, 적층된 박판의 탄성패드(450) 사이에 보조강판(미도시)을 삽입한 후 접착제를 이용하여 일체화할 경우 수평하중의 흡수성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히, 상술한 바와 같은 구조는 설계 시 고려되는 최대 수평하중의 크기에 따라 탄성패드(450)와 보조강판(미도시)의 개수를 조절할 수 있으므로, 각 건축물마다 개별적으로 제작하여 적용할 수 있다. 따라서 제진댐퍼(400)의 제작 시 소요되는 탄성패드(450)와 보조강판(미도시)의 낭비를 방지할 수 있다.
다른 한편, 수평하중을 흡수하는 탄성패드(450)로는 고감쇠고무가 사용될 수 있다. 이러한 고감쇠고무는 천연고무 또는/및 카본블랙에 충전제, 가황제, 노화방지제 및 가소제 등과 같은 첨가제를 첨가한 후 일정한 온도의 압력과 열을 가하는 가황(vulcanization)과정을 거쳐 제작된다. 이때, 천연고무 또는/및 카본블랙에 첨가되는 첨가제의 비율을 조절할 경우 고감쇠고무의 탄성이 조절되는데, 이 탄성에 의해 수평하중의 흡수성능이 좌우된다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 제진댐퍼 110: 수평부재
120: 수직부재 130: 연결조인트
140: 연결 플레이트 150: 마찰패드
160: 체결수단 170: 마찰 플레이트
310: 상부 보 320: 하부 보
330: 좌측 기둥 340: 우측 기둥
350: 모르타르 접착제 360: 절연물질

Claims (8)

  1. 기둥과 보로 이루어진 라멘 골조에 설치되는 제진댐퍼에 있어서,
    상부 보와 하부 보에 각각 고정되고, 상기 상하부 보의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수평부재;
    좌측 기둥과 우측 기둥에 각각 배치되고, 상기 좌우측 기둥의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수직부재;
    상기 수평부재와 상기 수직부재 중 어느 하나의 웨브 양단 전후면에 각각 설치되는 한 쌍으로 구성되고, 일부가 외부로 돌출되며, 돌출된 일부의 서로 마주보는 면에 복수의 장착홈이 방사상으로 배치되는 연결 플레이트;
    상기 수평부재와 상기 수직부재 중 다른 하나의 웨브 단부에서 플랜지보다 돌출되고, 외부로 돌출된 상기 한 쌍의 연결 플레이트 사이에 삽입되는 연장부;
    상기 연장부의 전후면에 각각 마련되는 마찰 플레이트;
    상기 연결 플레이트의 장착홈에 삽입되어 상기 마찰 플레이트와 접촉하는 마찰패드;
    상기 연결 플레이트를 관통하고, 복수개가 방사상으로 배치되는 제1체결공;
    상기 연장부 및 상기 마찰 플레이트를 관통하고, 복수개가 방사상으로 배치되며, 원주방향으로 연장된 슬롯형상의 제2체결공; 및
    상기 제1 및 제2체결공에 설치되어 상기 연결 플레이트와 상기 연장부를 결합시키는 체결수단을 포함하고, 수평하중이 전달되어 기둥과 보에 층간변형이 일어나면 상기 연장부와 상기 연결 플레이트가 슬라이딩 회전하며, 상기 연장부와 상기 연결 플레이트의 슬라이딩 회전에 의해 상기 마찰패드와 상기 마찰 플레이트 사이에 마찰저항이 발생하여 수평하중을 감쇠하는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 장착홈은 동심원을 갖는 2열의 방사상으로 배치되고, 상기 제1체결공은 2열로 배치된 상기 장착홈 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼.
  3. 기둥과 보로 이루어진 라멘 골조에 설치되는 제진댐퍼에 있어서,
    상부 보의 하면과 하부 보의 상면에 각각 고정되고, 상기 상하부 보의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수평부재;
    좌측 기둥과 우측 기둥에 각각 배치되고, 상기 좌우측 기둥의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수직부재;
    상기 수평부재와 상기 수직부재 중 어느 하나의 웨브 양단 전후면에 각각 설치되는 한 쌍으로 구성되고, 일부가 외부로 돌출되며, 돌출된 일부의 서로 마주보는 면에 환상(環狀)의 장착홈이 형성되는 연결 플레이트;
    상기 수평부재와 상기 수직부재 중 다른 하나의 웨브 단부에서 플랜지보다 돌출되고, 외부로 돌출된 상기 한 쌍의 연결 플레이트 사이에 삽입되는 연장부;
    상기 연장부의 전후면에 각각 부착되는 마찰 플레이트;
    상기 연결 플레이트의 장착홈에 삽입되어 상기 마찰 플레이트와 접촉하는 마찰패드;
    상기 연결 플레이트에 형성되는 제1체결공;
    상기 연장부 및 상기 마찰 플레이트를 관통하는 제2체결공; 및
    상기 제1 및 제2체결공에 설치되어 상기 연결 플레이트와 상기 연장부를 결합시키는 체결수단을 포함하고, 수평하중이 전달되어 기둥과 보에 층간변형이 일어나면 상기 연장부와 상기 연결 플레이트가 슬라이딩 회전하며, 상기 연장부와 상기 연결 플레이트의 슬라이딩 회전에 의해 상기 마찰패드와 상기 마찰 플레이트 사이에 마찰저항이 발생하여 수평하중을 감쇠하는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 있어서,
    상기 마찰패드는 비석면유기체(Non Asbestos Organism; NAO)인 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 있어서,
    상기 마찰 플레이트는 스테인리스강(stainless steel)인 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼.
  6. 기둥과 보로 이루어진 라멘 골조에 설치되는 제진댐퍼에 있어서,
    상부 보의 하면과 하부 보의 상면에 각각 고정되고, 상기 상하부 보의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수평부재;
    좌측 기둥과 우측 기둥에 각각 배치되고, 상기 좌우측 기둥의 길이방향으로 연장되는 I형강 또는 H형강의 수직부재;
    상기 수평부재와 상기 수직부재 중 어느 하나의 웨브 양단 전후면에 각각 설치되는 한 쌍의 연결 플레이트;
    상기 수평부재와 상기 수직부재 중 다른 하나의 웨브 단부에서 플랜지보다 돌출되고, 외부로 돌출된 상기 한 쌍의 연결 플레이트 사이에 삽입되는 연장부;
    상기 연결 플레이트와 상기 연장부 사이에 개재되는 탄성패드; 및
    상기 연결 플레이트와 상기 탄성패드 사이, 그리고 상기 연장부와 상기 탄성패드 사이에 도포되는 접착제층을 포함하고, 수평하중이 전달되어 기둥과 보에 층간변형이 일어나면 상기 연장부와 상기 연결 플레이트가 슬라이딩 회전하며, 상기 연결 플레이트와 상기 연장부 사이에 개재된 상기 탄성패드가 수평하중을 흡수하는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 탄성패드가 복수로 구성되고, 인접한 한 쌍의 탄성패드 사이에 보조강판이 개재되며, 상기 탄성패드와 상기 보조강판이 접착제에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 탄성패드는 고감쇠고무인 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진댐퍼.
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