KR20120007408A - 인방보형 고감쇠 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 풍하중과 지진하중을 포함하는 횡하중으로부터 건축물의 구조적 안전성 및 사용성을 확보하고, 소형으로 큰 감쇠 효과를 얻을 수 있는 인방보형 고감쇠 댐퍼에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 인방보형 고감쇠 댐퍼는, 수평방향으로 이격되고, 상하로 이격된 한 쌍의 플랜지와 두 플랜지의 중단을 연결하는 웨브를 포함하는 I형강 또는 H형강으로 구성된 한 쌍의 몸체; 몸체의 웨브의 전, 후면에 각각 부착되어 서로 이격된 한 쌍의 몸체를 연결하고 양 단부가 반원형으로 형성된 한 쌍의 메인플레이트; 한 쌍의 몸체와 메인플레이트 사이에 위치하는 중공을 가지는 고리 형상의 복수 개의 고감쇠고무; 한 쌍의 몸체와 고감쇠고무 그리고 한 쌍의 메인플레이트와 고감쇠고무의 사이에 도포되는 접착제층; 한 쌍의 몸체와 고감쇠고무의 중공 그리고 한 쌍의 메인플레이트를 관통하도록 결합되어 한 쌍의 몸체에 메인플레이트를 힌지 결합시키는 2개의 가압볼트; 가압볼트에 각각 체결되어 고감쇠고무를 가압시키는 2개의 너트; 및 양단부가 한 쌍의 몸체의 플랜지에 각각 고정되며 U자 형상의 메인철근과, 메인철근의 중단부를 연결하는 보조철근으로 구성되고, 한 쌍의 몸체에서 외측으로 돌출되도록 결합되어 인방보나 기둥 또는 벽체에 매입되는 한 쌍의 벽체정착철근을 포함한다.

Description

인방보형 고감쇠 댐퍼{LINTEL BEAM TYPE HIGH ATTENUATION DAMPER}

본 발명은, 풍하중과 지진하중을 포함하는 횡하중으로부터 건축물의 구조적 안전성 및 사용성을 확보하고, 소형으로 큰 감쇠 효과를 얻을 수 있는 인방보형 고감쇠 댐퍼에 관한 것이다.

최근 들어 지진 피해에 대한 우려가 확산되면서 건물이나 교량 등의 구조물에 대한 내진설계가 관심을 끌고 있다. 내진설계란 지진의 충격으로부터 각종 구조물을 보호하고자 하는 포괄적 의미의 시공방식이며, 이를 상세히 구분하면 내진(耐震), 면진(免震), 제진(制震) 설계로 크게 나눌 수 있다.

우선, 내진설계는 넓은 의미에서 면진설계와 제진설계를 포함한다. 하지만 그 의미를 좁혀 보면, 건축물 자체의 내력을 통해 지진하중을 이겨내는 설계기법으로 국한하여 설명할 수 있다. 이러한 내진설계는 건축물을 구성하는 각종 부재의 강도와 인성 등을 증대시켜 건축물 자체의 견고성을 높임으로써 지진하중으로부터 건축물의 구조적 안정성 및 사용성을 유지한다.

또한, 면진설계는 지면에서 건축물로 전달되는 지진하중을 차단하거나 감쇠시키기 위한 설계방식으로, 지진을 면하는 지진회피 또는 지진격리구조라고도 한다.

일반적으로 건축물은 지반 위에 구축된다. 따라서 지면을 통해 전달되는 지진하중을 완전하게 차단할 수는 없다. 하지만, 면진설계를 이용할 경우 지진하중을 상당 부분 완화할 수 있으므로 강한 지진에 매우 효과적이다. 그러나 이러한 면진설계는 내진 및 제진설계에 비하여 비용이 고가이므로, 제한적으로 사용된다.

반면, 제진설계는 건축물에 가해지는 지진하중을 소멸시키기 위한 구조이다. 즉, 지진파의 진동 특성에 따라 인위적으로 건축물의 진동수를 조정하여 건축물의 공진을 막고, 더 나아가 건축물의 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 가새(BRACE) 형상의 타입으로 공간적 장애요인이 발생하여 가변형 구조에 적합하지 않으며, 지진발생 후 교체가 번거로운 단점면이 있다. 따라서 가변형 구조를 요하는 RC구조물의 제진구조에 적용이 곤란하며, 지진발생 후 제진장치를 다시 설치하는데 비효율적이다.

따라서 상술한 유압댐퍼를 이용한 제진구조와 강재댐퍼를 이용한 제진구조가 가진 문제점을 해결할 수 있으며, 합리적인 비용으로 최적의 지진 제어 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 지진하중 이외에 풍하중을 포함한 횡하중에 대해서도 효과를 얻을 수 있는 새로운 제진댐퍼의 필요성이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍하중과 지진하중을 포함하는 횡하중으로부터 건축물의 구조적 안정성 및 사용성을 확보하고, 소형으로 큰 감쇠 효과를 얻을 수 있는 인방보형 고감쇠 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 인방보형 고감쇠 댐퍼는, 수평방향으로 이격되고, 상하로 이격된 한 쌍의 플랜지와 두 플랜지의 중단을 연결하는 웨브를 포함하는 I형강 또는 H형강으로 구성된 한 쌍의 몸체; 몸체의 웨브의 전, 후면에 각각 부착되어 서로 이격된 한 쌍의 몸체를 연결하고 양 단부가 반원형으로 형성된 한 쌍의 메인플레이트; 한 쌍의 몸체와 메인플레이트 사이에 위치하는 중공을 가지는 고리 형상의 복수 개의 고감쇠고무; 한 쌍의 몸체와 고감쇠고무 그리고 한 쌍의 메인플레이트와 고감쇠고무의 사이에 도포되는 접착제층; 한 쌍의 몸체와 고감쇠고무의 중공 그리고 한 쌍의 메인플레이트를 관통하도록 결합되어 한 쌍의 몸체에 메인플레이트를 힌지 결합시키는 2개의 가압볼트; 가압볼트에 각각 체결되어 고감쇠고무를 가압시키는 2개의 너트; 및 양단부가 한 쌍의 몸체의 플랜지에 각각 고정되며 U자 형상의 메인철근과, 메인철근의 중단부를 연결하는 보조철근으로 구성되고, 한 쌍의 몸체에서 외측으로 돌출되도록 결합되어 인방보나 기둥 또는 벽체에 매입되는 한 쌍의 벽체정착철근을 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 인방보형 고감쇠 댐퍼는 몸체와 메인플레이트 사이에 구비된 고감쇠고무를 이용하여 풍하중과 지진하중을 포함하는 횡하중을 흡수함으로써 건축물의 구조적 안전성 및 사용성을 확보할 수 있다.

특히, 서로 이격된 한 쌍의 몸체가 메인플레이트를 이용해 힌지 결합되고 한 쌍의 몸체와 메인플레이트 사이에 각각 고감쇠고무가 결합되어 횡하중으로 인한 전단력에 의해 작동하는 본 발명에 따른 인방보형 고감쇠 댐퍼는 2개의 회전축을 갖게 되고 각 회전축에서 고감쇠고무가 변형하면서 횡하중을 흡수하므로 소형으로도 보다 큰 감쇠 성능을 확보할 수 있다.

또한, 횡하중에 대한 저감 효과가 우수하여 기존 내진설계 방식에 비해 골조물량을 대폭 절감할 수 있으며, 구조가 간단하고 제작 및 설치가 용이할 뿐만 아니라 비용 또한 저렴하여 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인방보형 고감쇠 댐퍼를 도시하는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 A-A 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인방보형 고감쇠 댐퍼를 도시하는 분해사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인방보형 고감쇠 댐퍼를 도시하는 설치상태도.
도 5는 인방보의 전단거동에 따른 변형형태를 나타낸 그림.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인방보형 고감쇠 댐퍼의 제작방법을 도시하는 순서도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

인방보는 건축물의 벽체에 형성된 개구의 상부에 설치되어 인가되는 하중을 분산시키기 위한 수단이며, 린텔(lintel), 린텔빔(lintel beam), 링크(link), 링크빔(link-beam)이라 불린다.

본 발명에 의한 인방보형 고감쇠 댐퍼(이하, 고감쇠 댐퍼라 함)는 인방보 상에 설치되거나 인방보 대용으로 사용되어, 풍하중과 지진하중을 포함한 횡하중으로부터 건축물의 구조적 안전성 및 사용성을 확보한다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고감쇠 댐퍼(100)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인방보형 고감쇠 댐퍼를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인방보형 고감쇠 댐퍼를 도시하는 분해사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인방보형 고감쇠 댐퍼를 도시하는 설치상태도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고감쇠 댐퍼(100)는, 크게 한 쌍의 몸체(110), 한 쌍의 메인플레이트(120), 복수 개의 고감쇠고무(130) 및 한 쌍의 벽체정착철근(140)로 구성된다.

먼저, 몸체(110)는 수평방향, 즉 몸체(110)의 길이방향으로 소정 거리 이격된 한 쌍으로 이루어진다. 이때, 몸체(110)는 외부로부터 인가되는 풍하중과 지진하중을 포함하는 횡하중(이하, 횡하중이라 함)에 의해 파손되지 않도록 일정한 강도를 갖는 형강인 것이 바람직하다. 특히, 통상적으로 인방보의 뼈대로 사용되는 I형강 또는 H형강인 것이 바람직하다.

이와 같은 몸체(110)는 I형강 또는 H형강과 동일한 구조, 즉 상하로 이격된 한 쌍의 플랜지(flange,112)와, 두 플랜지(112)의 중단을 연결하는 웨브(web,114)로 이루어진다.

I형강 또는 H형강과 동일한 구조로 이루어진 한 쌍의 몸체(110)는 한 쌍의 메인플레이트(120)를 통해 연결된다. 이 메인플레이트(120)는 외부로부터 인가되는 횡하중에 견딜 수 있도록 일정한 강도를 가져야 한다. 따라서 메인플레이트(120)는 일정한 두께를 갖는 강판인 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예와 같이, 몸체(110), 좀 더 상세하게는 웨브(114)의 전면과 후면에 각각 부착되는 한 쌍으로 구성되는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 메인플레이트(120)의 양 단부는 반원형으로 형성되며, 반원형의 양 단부가 몸체(110)의 웨브(114)에 힌지 결합되어 메인플레이트(120가 한 쌍의 몸체(110,120)에 대해 회전 가능하게 연결한다. 이렇게 양 단부를 반원형으로 구성한 이유는 횡하중에 의해 본 발명에 따른 고감쇠 댐퍼에 전단력이 작용할 경우 몸체(110)와 메인플레이트(120) 사이에서 발생하는 회전이 몸체(110)의 한 쌍의 플랜지(112)에 의해 방해받지 않고 자유롭게 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다. 따라서 메인플레이트(12)는 서로 이격된 한 쌍의 몸체(110)를 힌지 결합시키고 횡하중에 의해 본 발명에 따른 고감쇠 댐퍼에 전단력이 작용할 경우 한 쌍의 몸체(110)와 메인플레이트(120) 사이의 각도가 변화되고 후술하는 바와 같이 이들 사이에 설치된 고감쇠고무(130)가 탄성 변형하면서 횡하중을 흡수, 감쇠시키게 된다.

몸체(110)의 웨브(114)와 메인플레이트(120)의 양단부 사이에는 인가되는 횡하중을 감쇠하기 위한 고감쇠고무(130)가 위치된다. 건축물의 벽체 개구부로 인가되는 횡하중을 감쇠하기 위한 고감쇠고무(130)는, 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 고감쇠고무(130)의 탄성이 조절되는데, 이 탄성에 의해 고감쇠고무(130)의 감쇠성능이 좌우된다.

고감쇠고무(130)는 후술하는 바와 같이 횡하중이 작용할 때 가압볼트(152)를 축으로 상대적으로 회전하려는 몸체(110)와 메인플레이트(120) 사이에서 탄성 변형하면서 작용하는 횡하중을 흡수, 감쇠시키게 된다. 따라서 고감쇠고무(130)는 중공(131)을 가지는 고리 형상이 되는 것이 횡하중의 흡수에 보다 효율적이 되며 회전축이 되는 가압볼트(152)는 중공(131)을 관통하게 된다.

한편, 도면에 도시되지 않았지만, 고감쇠고무(130)를 얇은 두께로 여러 겹 적층하고, 적층된 박판의 고감쇠고무(130) 사이에 보조강판(미도시)을 삽입하여 일체화할 경우, 횡하중의 감쇠성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

이러한 구조는 설계 시 고려되는 최대 횡하중의 크기에 따라 고감쇠고무(130)와 보조강판(미도시)의 개수를 조절할 수 있으므로, 각 건축물마다 개별적으로 제작하여 적용할 수 있다. 따라서 고감쇠 댐퍼(100)의 제작 시 소요되는 고감쇠고무(130)와 보조강판(미도시)의 낭비를 방지할 수 있다.

상술한 몸체(110), 고감쇠고무(130) 및 메인플레이트(120)는, 몸체(110)의 웨브(114)와 고감쇠고무(130) 사이, 그리고 고감쇠고무(130)와 메인플레이트(120) 사이에 도포된 접착제층(132)에 의해 결합된다.

이때, 접착제층(132)에 사용되는 접착제는 강재와 고무재의 접착이 가능하고 그들 사이의 접착력을 향상시킬 수 있는 금속접착제인 것이 바람직하다. 그리고 상술한 금속접착제를 이용하여 몸체(110), 고감쇠고무(130) 및 메인플레이트(120)를 부착한 후, 일정한 압력과 열을 가하면 그들 사이의 접착력을 극대화할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고감쇠 댐퍼(100)는 건축물의 벽체에 형성된 개구의 상부에 설치된다. 이를 위하여 두 몸체(110)의 반대편 단부에는 외측으로 돌출되도록 한 쌍의 벽체정착철근(140)이 결합된다.

상술한 벽체정착철근(140)을 살펴보면, U자 형상의 메인철근(142)과, 메인철근(142)의 중단을 연결하는 보조철근(144)로 구성된다. 이때, 메인철근(142)의 양 단부는 몸체(110)의 상부 및 하부 플랜지(112)에 각각 고정되고, 만곡된 중단부가 외측으로 돌출된다. 이와 같이 구성된 벽체정착철근(140)은 고감쇠 댐퍼(100)의 설치 시 벽체(200)에 또는 인방보나 기둥에 매입되어 정착된다.

한편, 도 3에 도시된 도면부호 152와 154는 가압볼트(152)와 너트(154)로, 가압볼트(152)는 몸체(110), 메인플레이트(120) 및 고감쇠고무(130)를 일체로 결합시키고 횡하중 작용시 발생하는 전단력에 의해 몸체(110)와 메인플레이트(120)가 상대적으로 회전할 때 회전축이 된다. 그리고 너트(154)가 조여짐으로써 고감쇠고무(130)가 더욱 강하게 몸체(110)와 메인플레이트(120)에 밀착된다.

도 5는 인방보의 전단거동에 따른 변형형태를 나타낸 그림이다.

도 5에 나타낸 것처럼 구조물에 바람이나 지진이 작용하면 인방보에는 전단력이 발생하게 되고, 도 4에서와 같이 인방보의 중앙부에 설치된 본 발명에 따른 고감쇠 댐퍼는 기본적으로 바람이나 지진에 의해 발생하는 전단력에 의해 거동하게 된다.

바람이나 지진에 의한 변형이 발생할 경우 고감쇠고무(130)가 전단거동에 반응하여 변형하면서 진동을 저감하게 된다. 본 실시예에서는 서로 이격된 한 쌍의 몸체(110)에 각각 고감쇠고무(130)가 부착되고 가압볼트(152)가 이들을 관통하면서 메인플레이트(120)가 결합되므로 가압볼트(152)를 따라 2개의 회전축이 생기고 그에 따라 소형으로도 더 큰 감쇠성능을 확보하게 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인방보형 고감쇠 댐퍼의 제작방법을 도시하는 순서도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하여, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 인방보형 고감쇠 댐퍼의 제작방법을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 몸체(110), 메인플레이트(120), 고감쇠고무(130)의 접촉면을 샌드블라스트(sand blast) 처리한다(S10).

샌드블라스트란, 모래를 압축공기로 뿜어 제품의 표면을 다듬는 공법이다. 상기와 같은 경우에는 모래입자의 크기와 압축공기의 압력을 조절하여 몸체(110), 메인플레이트(120), 고감쇠고무(130)의 접촉면을 거칠게 할 경우 접착제(132)와의 접촉 면적이 증대되고, 마찰계수 또한 높아져 접착력이 향상된다.

샌드블라스트 처리가 완료되면, 고감쇠고무(130)의 접촉면에 접착제(132)를 도포하고, 접착제(132)가 도포된 고감쇠고무(130)를 한 쌍의 몸체(110) 전, 후면에 부착한다. 그리고 외부로 노출된 고감쇠고무(130)의 접촉면에 메인플레이트(120)를 부착하여 한 쌍의 몸체(110)를 연결한다(S20).

그 후, 도 3에 도시된 볼트(152)와 너트(154)를 이용하여 몸체(110), 메인플레이트(120) 및 고감쇠고무(130)를 체결한다(S30). 그리고 체결된 몸체(110), 메인플레이트(120) 및 고감쇠고무(130)에 일정한 압력과 열을 가하여 고정한다(S40).

이때, 압력은 50~200㎏_f/㎠, 온도는 130~170℃인 것이 바람직하다. 즉, 상술한 압력과 온도를 가했을 경우 몸체(110), 메인플레이트(120) 및 고감쇠고무(130)의 고정상태가 가장 우수하다.

한편, 앞서 기술한 바와 같이, 첨가제의 비율을 조절하는 것만으로는 고감쇠고무(130)의 감쇠성능을 향상시키는 데에는 한계가 있으므로, 설계 시 고려할 횡하중의 크기에 따라 다양한 형태로 고감쇠고무(130)를 설치할 수 있다. 즉, 도면에 도시되진 않았지만, 인접한 한 쌍의 고감쇠고무(130) 사이에 보조강판(미도시)을 삽입한 후 이를 여러 겹으로 적층하여 사용함으로써, 고감쇠 댐퍼(100)의 감쇠성능을 향상되어 외력을 효율적으로 흡수할 수 있다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

100: 인방보형 고감쇠 댐퍼
110: 몸체 112: 플랜지
114: 웨브 120: 메인플레이트
130: 고감쇠고무 132: 접착제
140: 벽체정착철근 142: 메인철근
144: 보조철근 152: 볼트
154: 너트

Claims (2)

1. 수평방향으로 이격되고, 상하로 이격된 한 쌍의 플랜지와 두 플랜지의 중단을 연결하는 웨브를 포함하는 I형강 또는 H형강으로 구성된 한 쌍의 몸체;
   몸체의 웨브의 전, 후면에 각각 부착되어 서로 이격된 한 쌍의 몸체를 연결하고 양 단부가 반원형으로 형성된 한 쌍의 메인플레이트;
   한 쌍의 몸체와 메인플레이트 사이에 위치하는 중공을 가지는 고리 형상의 복수 개의 고감쇠고무;
   한 쌍의 몸체와 고감쇠고무 그리고 한 쌍의 메인플레이트와 고감쇠고무의 사이에 도포되는 접착제층;
   한 쌍의 몸체와 고감쇠고무의 중공 그리고 한 쌍의 메인플레이트를 관통하도록 결합되어 한 쌍의 몸체에 메인플레이트를 힌지 결합시키는 2개의 가압볼트;
   가압볼트에 각각 체결되어 고감쇠고무를 가압시키는 2개의 너트; 및
   양단부가 한 쌍의 몸체의 플랜지에 각각 고정되며 U자 형상의 메인철근과, 메인철근의 중단부를 연결하는 보조철근으로 구성되고, 한 쌍의 몸체에서 외측으로 돌출되도록 결합되어 인방보나 기둥 또는 벽체에 매입되는 한 쌍의 벽체정착철근을 포함하는 인방보형 고감쇠 댐퍼.
2. 청구항 1에 있어서,
   고감쇠고무는 복수로 구성되고, 인접한 한 쌍의 고감쇠고무 사이에 보조강판이 위치되며, 보조강판과 고감쇠고무 사이에 접착제 층이 마련되는 것을 특징으로 하는 인방보형 고감쇠 댐퍼.

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