KR20120128523A - 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치는 지반에 고정되며 중앙에 내부방향으로 활주홈이 형성된 하부 슬라이딩판과; 건축물의 기초 하부에 고정되며, 상기 하부 슬라이딩판과 일정거리 이격되고 중앙에 상부방향으로 활주홈이 형성된 상부 슬라이딩판과; 상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판의 활주홈에 동시에 그 외주연이 맞닿도록 된 감쇄진자로 구성되어 지진진동이 활주홈 내부에 격리될 수 있게 된 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 효과적으로 지진하중을 격리하고 감쇄시켜 궁극적으로 제거할 수 있게 함으로써 건축물의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치 { SLIDING PENDULUM ISOLATOR }

본 발명은 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 지진파가 건축물에 대한 관성력에 대한 대응 응력으로 전달되지 않도록 감쇄율이 증폭되게 함으로써 상부 구조물의 안전성을 확보할 수 있게 한 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치에 관한 것이다.

일반적으로 지진을 대비하는 구조 방식은, 내진(耐震)구조와 면진(免震)구조 및 제진(制震)구조로 구분된다.

내진구조는 지진으로부터 건물의 피해를 줄일 수 있는 구조라는 포괄적인 개념과 면진구조 및 제진구조와 구분되는 독립적인 의미도 가지고 있다.

즉, 내진은 구체적인 의미로 볼 때 지진에 의한 파괴력을 견딜 수 있도록 하고자 하는 개념으로서, 구조물을 구성하는 각 부재의 강도 및 인성 등을 크게 하는 기술이다. 또한, 제진은 지진력에 맞대응하는 능동적 개념으로서 구조물의 내부나 외부에서 구조물의 진동에 대응한 제어력을 가하여 구조물이 진동을 저감시키거나, 구조물의 강성이나 감쇄 등을 입력 진동의 특성에 따라 순간적으로 변화시켜 구조물을 제어하는 기술이다.

이에 비해, 면진은 지진력의 전달을 줄이는 것으로, 지진 격리 또는 지반 분리, 기초 분리 등을 의미한다. 즉, 구조물이 지반에서 떨어져 있다면 지진력이 전달되지 않으므로, 지반에서 발생하는 지진력이 구조물로 제대로 전달되지 않도록 구조적으로 격리시키는 기술이다. 일반적으로 진동수가 같거나 유사한 물체들은 공진 현상을 일으키게 되고, 지진력이 공진 현상에 따라 구조물을 뒤흔들어 피해를 주게 된다. 따라서, 구조물의 진동수를 인위적으로 변화시켜 지진과 구조물의 공진을 막아 지진력이 구조물에 상대적으로 약하게 전달되도록 하는 것이 유리하며, 이러한 개념에 따른 기술이 면진 기술이다.

면진 기술은 도 1에 도시된 바와 같이, 건물(4)과 기초(6) 사이에 진동을 감소시킬 수 있는 분리장치, 즉 면진장치(2)를 삽입하여 지반과 건물을 분리시킴으로써, 지진파에 의한 지반의 진동이 상부 건물(4)로 직접 전달되는 것을 차단하는 기술을 의미한다.

일반적으로 상기한 면진장치는 고무나 스프링 등의 탄성부재를 이용하여 구성하고 있다. 즉, 고무나 스프링의 탄성력을 이용하여 기초부와 상부 건물을 분리하여 기초부의 진동이 상부 건물로 전달되지 않도록 하는 것이다.

그러나, 상기 종래의 면진장치는 탄성부재의 탄성력이 약해질 경우 제 기능을 발휘하지 못하게 되거나 상부 건물의 하중이 일부에 집중됨은 물론, 회전부재 등이 외부로 이탈되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 면진장치는 지진파에 의한 지반의 진동이 최소화되지 못하여 건축물에 충격파의 일부가 전달되는 구조라는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 지진파가 건축물에 대한 관성력에 대한 대응 응력으로 전달되지 않도록 감쇄율이 증폭되게 함으로써 상부 구조물의 안전성을 확보할 수 있게 한 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적은, 지반에 고정되며 중앙에 내부방향으로 활주홈이 형성된 하부 슬라이딩판과; 건축물의 기초 하부에 고정되며, 상기 하부 슬라이딩판과 일정거리 이격되고 중앙에 상부방향으로 활주홈이 형성된 상부 슬라이딩판과; 상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판의 활주홈에 동시에 그 외주연이 맞닿도록 된 감쇄진자로 구성되어 지진진동이 활주홈 내부에 격리될 수 있게 된 것을 특징으로 하는 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치에 의해 달성된다.

상기 하부 슬라이딩판에 가해진 횡방향 지진하중은 상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판의 활주홈을 따라 슬라이딩되는 상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판의 마찰력과 연직등반 감쇄력에 의해 감쇄될 수 있다.

상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판에 형성된 상기 활주홈은 지면과의 수평이 이루어질 수 있도록 복수 개 형성되고, 그 내부에 수용된 감쇄진자도 복수 개 형성될 수 있다.

상기 건축물의 기초는 그 하면에 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치가 복수 개 병렬로 장착될 수 있다.

상기 활주홈은 그 활주홈의 곡률반경과 동일한 대곡률면과, 상기 감쇄진자의 곡률반경과 동일하고 상호 대응방향으로 형성된 소곡률면이 교번적으로 활주홈의 내주면에 형성될 수 있다.

상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판은 그 내주면에 마찰력과 연직등반 감쇄력을 높이기 위해 탄성력을 갖는 재질로 이루어진 연직 감쇄판이 더 형성될 수 있다.

상기 활주홈은 그 건축물의 하중과 바닥면적에 따라 활주홈의 입구 면적과 곡률반경이 상이하게 된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치에 의하면, 효과적으로 지진하중을 격리하고 감쇄시켜 궁극적으로 제거할 수 있게 함으로써 건축물의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 실시예에 따른 면진장치를 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치를 도시한 사시도이며,
도 3a 및 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치의 측면구조 및 동작상태를 도시한 측단면도이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치에 구성된 연직 감쇄판을 도시한 측단면도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치가 수평상태로 실제 설치되는 구조를 도시한 사시도이며,
도 6a 및 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치의 건축물 적용상태를 도시한 도면이며,
도 7a 및 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치의 건축물 적용의 다른 예를 도시한 도면이며,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치의 단면을 확대한 요부 확대단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치를 도시한 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치(10)는 지진파가 건축물에 대한 관성력에 대한 대응 응력으로 전달되지 않도록 감쇄율이 증폭되게 함으로써 상부 구조물의 안전성을 확보할 수 있게 한 장치이다.

보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치(10)는 지반에 고정되며 중앙에 내부방향으로 활주홈(14)이 형성된 하부 슬라이딩판(12)과, 건축물의 기초 하부에 고정되며, 상기 하부 슬라이딩판(12)과 일정거리 이격되고 중앙에 상부방향으로 활주홈(20)이 형성된 상부 슬라이딩판(18)이 구성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치(10)는 상기 하부 슬라이딩판(12)과 상부 슬라이딩판(18)의 활주홈(14, 20)에 동시에 그 외주연이 맞닿도록 된 감쇄진자(16)가 구성된다.

따라서, 하부 슬라이딩판(12)과 상부 슬라이딩판(18)의 활주홈(14, 20)에 동시에 그 외주연이 맞닿도록 된 감쇄진자(16)가 외부에서 가해진 지진하중을 전달받아 건축물 관성을 보유하는 상부 슬라이딩판(18)에 대해 하부 슬라이딩판(12)이 감쇄진자(16)로 인해 활주홈(14, 20) 내부에서 이동되면서 지진하중을 감쇄되게 함으로써 지진하중을 격리될 수 있게 한다.

이 때, 하부 슬라이딩판(12)에 가해진 횡방향 지진하중은 하부 슬라이딩판(12)과 상부 슬라이딩판(18)의 활주홈(14, 20)을 따라 슬라이딩되는 하부 슬라이딩판(12)과 상부 슬라이딩판(18)의 마찰력과 연직등반 감쇄력에 의해 감쇄된다.

더욱 바람직하게, 하부 슬라이딩판(12)과 상부 슬라이딩판(18)의 활주홈(14,20)의 곡률반경은 감쇄진자(16)의 원호 단면의 곡률반경보다 월등히 크며, 동시에 하부 슬라이딩판(12)과 상부 슬라이딩판(18)의 활주홈(14,20)은 반구형상으로 이루어지므로 그 활주홈(14, 20)에 외주연이 동시 밀착된 감쇄진자(16)는 횡방향으로는 어떤 방향이든지 자유롭게 이동하면서 감쇄력을 발생시킨다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치의 측면구조 및 동작상태를 도시한 측단면도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치에 구성된 연직 감쇄판을 도시한 측단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치(10)는 앞서 설명한 바와 같이, 하부 슬라이딩판(12)에 가해진 횡방향 지진하중은 하부 슬라이딩판(12)과 상부 슬라이딩판(18)의 활주홈(14,20)을 따라 슬라이딩되는 하부 슬라이딩판(12)과 상부 슬라이딩판(18)의 마찰력과 연직등반 감쇄력에 의해 감쇄되는 바, 즉 지진이 발생되어 횡방향으로 작동되는 지진하중은 지반에 고정된 하부 슬라이딩판(12)으로 가해지고, 그 지진하중으로 인해 하부 슬라이딩판(12)에 가해진 횡방향 운동력은 하부 슬라이딩판(12)의 운동력으로 작용하여 건축물이 고정된 상부 슬라이딩판(18)이 관성력으로 고정될 때 하부 슬라이딩판(12)은 횡방향으로 이동하게 된다.

따라서, 하부 슬라이딩판(12)의 이동력은 감쇄진자(16)에 가해진 마찰력으로 인해 하부 슬라이딩판(12)의 이동방향과 반대방향으로 감쇄진자(16)가 이동하게 하면서 1차적으로 감쇄력을 발생시킨다.

또한, 하부 슬라이딩판(12)의 이동으로 인해 활주홈(14)의 내주연을 따라 상승하는 감쇄진자(16)는 그 활주홈(14)의 곡률반경(Rt)으로 인해 2차적으로 감쇄력을 발생시킨다. 즉, 이러한 감쇄력은 상기 감쇄진자(16)가 상기 활주홈(14)을 따라서 이동하면서 발생하는 연직 등반 감쇄력인 것이다.

한편, 지진파는 최초 이동방향의 반대방향으로도 지진하중이 가해지거나 더 이상의 지진파가 가해지지 않는 경우에는 감쇄진자(16)가 활주홈(14)의 우측 상단한계영역으로 등반한 상태에서 하부 슬라이딩판(12)의 이동방향과 반대방향으로 지진하중이 가해지거나 지진하중 자체가 소진되는 경우이므로, 감쇄진자(16)를 활주홈(14)을 따라 하강하면서 지진하중을 3차적으로 감쇄시킨다.

바람직하게, 활주홈(14, 20)은 그 건축물의 하중과 바닥면적에 따라 활주홈(14, 20)의 입구 면적과 곡률반경이 상이하게 된다. 더욱 바람직하게 건축물의 하중이 크면 클수록 활주홈(14,20)의 입구 면적과 곡률반경이 더 크게 형성되어 더 큰 감쇄력을 발휘할 수 있도록 한다.

또한, 도 4를 참조하면 하부 슬라이딩판(14)과 상부 슬라이딩판(20)은 그 내주면에 마찰력과 연직등반 감쇄력을 높이기 위해 탄성력을 갖는 재질로 이루어진 연직 감쇄판(22)이 더 형성된다.

즉, 연직 감쇄판(22)은 그 면에 접촉된 감쇄진자(16)가 지진하중을 전달받아 이동할 때 연직 감쇄판(22)이 탄성력을 갖는 재질로 이루어짐에 따라 마찰력이 커지되며 마땅히 연직 등반 감쇄력도 역시 더 커지게 된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치가 수평상태로 실제 설치되는 구조를 도시한 사시도이며, 도 6a 및 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치의 건축물 적용상태를 도시한 도면이며, 도 7a 및 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치가 건축물이 아닌 대용량 서버 등과 같이 중요한 장비에 적용되는 다른 예를 도시한 도면이다.

이를 참조하면, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치(10)가 실제로 구성될 때, 하부 슬라이딩판(12)과 상부 슬라이딩판(18)에 형성된 활주홈(14, 20)은 지면과의 수평이 이루어질 수 있도록 복수 개 형성되고, 그 내부에 수용된 감쇄진자(16)도 복수 개 형성된다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치(10)는 단일의 하부 슬라이딩판(12)과 상부 슬라이딩판(18)에 복수 개의 활주홈(14, 20)이 형성될 수 있다.

또한, 도 6a 내지 도 7b에 도시된 바와 같이 지반(30)에 고정된 건축물의 기초(40)는 그 하면에 감쇄진자(16)의 진자운동을 이용한 지진 격리장치(10)가 복수 개 병렬로 장착될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치의 단면을 확대한 요부 확대단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치(10)에 구성된 활주홈(14, 20)은 그 활주홈(14, 20)의 곡률반경과 동일한 대곡률면(20a)과, 감쇄진자(16)의 곡률반경과 동일하고 상호 대응방향으로 형성된 소곡률면(20b)이 교번적으로 활주홈(14, 20)의 내주면에 형성되어 있다.

이를 통해, 하부 슬라이딩판(12)에 가해진 지진하중으로 인해 감쇄진자(16)가 활주홈(14,20)을 따라 이동하는 경우, 대곡률면(20a)과 소곡률면(20b)으로 인해 미세 상하진동을 함으로써 지진하중을 감쇄시킬 수 있게 된다. 궁극적으로 건축물에 가해지는 지진하중을 미세한 지진하중으로 분할하는 과정 중에 감쇄되도록 하는 방식이다.

특히, 지진하중을 미세한 지진하중으로 분할할 때, 상하 이동을 통한 감쇄력도 발생되게 하여 복합적으로 지진하중이 감쇄될 수 있도록 한다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.

10 : 지진 격리장치 12 : 하부 슬라이딩판
14, 20 : 활주홈 16 : 감쇄진자
18 : 상부 슬라이딩판 20a : 대곡률면
20b : 소곡률면 22 : 연직감쇄판

Claims (7)

1. 지반에 고정되며 중앙에 내부방향으로 활주홈이 형성된 하부 슬라이딩판과;
   건축물의 기초 하부에 고정되며, 상기 하부 슬라이딩판과 일정거리 이격되고 중앙에 상부방향으로 활주홈이 형성된 상부 슬라이딩판과;
   상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판의 활주홈에 동시에 그 외주연이 맞닿도록 된 감쇄진자로 구성되어 지진진동이 활주홈 내부에 격리될 수 있게 된 것을 특징으로 하는 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하부 슬라이딩판에 가해진 횡방향 지진하중은 상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판의 활주홈을 따라 슬라이딩되는 상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판의 마찰력과 연직등반 감쇄력에 의해 감쇄되는 것을 특징으로 하는 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판에 형성된 상기 활주홈은 지면과의 수평이 이루어질 수 있도록 다수개 형성되고, 그 내부에 수용된 감쇄진자도 다수개 형성된 것을 특징으로 하는 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 건축물의 기초는 그 하면에 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치가 다수개 병렬로 장착된 것을 특징으로 하는 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 활주홈은 그 활주홈의 곡률반경과 동일한 대곡률면과, 상기 감쇄진자의 곡률반경과 동일하고 상호 대응방향으로 형성된 소곡률면이 교번적으로 활주홈의 내주면에 형성된 것을 특징으로 하는 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 하부 슬라이딩판과 상부 슬라이딩판은 그 내주면에 마찰력과 연직등반 감쇄력을 높이기 위해 탄성력을 갖는 재질로 이루어진 연직 감쇄판이 더 형성된 것을 특징으로 하는 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 활주홈은 그 건축물의 하중과 바닥면적에 따라 활주홈의 입구 면적과 곡률반경이 상이하게 된 것을 특징으로 하는 구체의 진자운동을 이용한 지진 격리장치.

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