KR20140069694A - 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템 - Google Patents

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KR20140069694A KR1020120137298A KR20120137298A KR20140069694A KR 20140069694 A KR20140069694 A KR 20140069694A KR 1020120137298 A KR1020120137298 A KR 1020120137298A KR 20120137298 A KR20120137298 A KR 20120137298A KR 20140069694 A KR20140069694 A KR 20140069694A
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최기선
유영찬
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한국건설기술연구원
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    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • E04H9/0215—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings involving active or passive dynamic mass damping systems

Abstract

변위증폭 제진 시스템들의 접합부 이격을 줄이고 발생되는 비틀림각을 감소시킴으로써 가새, 예를 들면, 토글 가새의 중앙부 접점에서 발생되는 면외방향 변형을 감소시킬 수 있는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템이 제공된다. 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템은, 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되는 적어도 하나 이상의 가새(Brace); 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 타단이 가새의 타단과 회전 가능하도록 결합되어 건축 구조물의 변위에 대해 제진 작용을 하는 댐퍼(Damper); 및 가새의 일단과 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되어, 가새 및 댐퍼가 결합되는 중앙부 접점에서의 면외방향 변형을 억제하는 면외좌굴 방지 접합부를 포함하되, 면외좌굴 방지 접합부는 쐐기형 접합부로서, 쐐기형 접합부는 가새를 고정하기 위한 접합부 플레이트가 돌출되도록 쐐기 형태로 제작될 수 있다.

Description

면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템 {BRACE DAMPING SYSTEM HAVING CONNECTION FOR PREVENTING OUT PLANE BUCKLING}
본 발명은 제진 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 가새(Brace)의 중앙부 접점에서 발생하는 면외좌굴(Out Plane Buckling)을 방지할 수 있는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 다주택, 빌딩, 건물, 아파트 등과 같은 건축 구조물은 지진으로부터 건축 구조물을 안전하게 보호하기 위한 내진 설계(耐震設計)가 필수적이다. 특히, 지진 발생시에 건축 구조물의 붕괴로 인한 인명 피해 및 재산 피해는 막대하므로, 지진 하중에 저항하기 위해 기둥과 슬래브 등을 보강할 필요성이 제기되고 있다.
또한, 토목 및 건축 구조물들은 외부 환경에 따른 지진, 바람, 교통하중 등의 여러 종류의 하중을 받고 있으며, 이를 반영한 신뢰성 있고, 안전한 설계가 요구되고 있다. 현대 구조물들은 새로운 재료와 시공기술의 발달로 고층화되고 있으나, 구조물이 쉽게 진동함에 따라 구조물에 과다한 변위가 발생하여 구조물의 손상을 발생시킬 수 있다.
국내에서도 구조물에 발생하는 진동으로 인한 문제를 해결하기 위하여 제진에 관한 많은 연구가 이루어지고 있고, 실제로 구조물에 적용되고 있다. 이러한 진동을 저감시킴으로써 건물의 안전성과 사용성을 개선하기 위하여 최근에는 강성을 증가시키는 방법과 함께 제진장치와 같은 인위적인 에너지 흡수장치들을 이용하여 더욱 적극적으로 성능을 개선시키고 있다. 이에 따라 다양한 제진장치가 개발되어 실제 구조물에 응용되는 예가 많이 있지만, 이러한 대부분의 제진장치는 구조물에 전달하는 제어력이 구조물의 속도와 상호작용을 일으켜 에너지가 소산됨으로써 진동을 줄어들게 하며, 이러한 제진장치는 구조물의 등가감쇠(Equivalence Damping)를 증가시킴으로써 에너지를 소산시키는 특징이 있다.
예를 들면, 이러한 내진 보강을 위하여 건축 구조물에는 제진 시스템이 설치되며, 댐퍼(Damper) 및 가새(Brace) 등으로 이루어진다. 구체적으로, 제진 시스템의 댐퍼는 하중-변위 이력곡선의 면적에 비례하여 감쇠 성능을 발휘하므로, 댐퍼는 가장 변위가 크게 발생되는 위치에 설치하는 것이 유리하며, 주로 층간의 대각선 방향에 설치한다. 이러한 댐퍼의 변위가 클수록 지진력에 의해 발생하는 에너지의 흡수 능력이 커지므로, 댐퍼의 변위를 증폭시키는 것은 매우 중요하며, 이러한 댐퍼의 변위를 증폭시키기 위한 여러 가지의 변위증폭 제진 시스템들이 개시되어 있다. 이러한 제진 시스템은 건축 구조물에 작용하는 지진력의 대부분을 흡수 및 소산시킴으로써, 건축 구조물의 손상을 최소화하고 안정성을 유지하며 고성능 내진보강 이 가능하다.
따라서 건축 구조물의 손상 변위 이내에서 제진장치가 충분한 에너지소산 능력을 발휘하기 위해서는 건축 구조물에 작용하는 횡방향 변위를 증폭시켜 댐퍼에 작용하는 변위를 극대화시키는 것이 유리하며, 이러한 제진 시스템은 소용량 고효율의 제진 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 건축 구조물의 내진보강을 위해 사용되는 댐퍼에 유도되는 변위를 기구학적으로 증폭시킬 수 있는 다양한 변위증폭 제진 시스템이가 국내외에서 다수 개시되어 있으며, 외국에서는 내진보강 현장에서 실제로 적용되고 있다.
하지만, 건물 구조물 또는 타워에서 발생되는 비틀림은 구조물의 상태에 심각한 충격 또는 심지어 붕괴를 초래할 수도 있다. 댐퍼는 구조물, 예를 들어 초고층 주상복합 및 교량 또는 유사한 건축 및 토목 구조물을 보호하는 중요한 역할을 수행하며, 상기 댐퍼는 수많은 변형 형태로 존재한다. 댐퍼는 일반적으로 건물의 구조물 부재들 사이에 부착된 두 개의 이동 부분들 사이의 점성력 또는 마찰력에 의해서나 혹은 제한된 튜브를 통해 두 개의 챔버들 사이에 유동하여 가압하는 유체에 의해서 움직임을 감쇠시킨다.
일부 댐퍼들은 외부 상태에 대응하는 감쇠 효과를 능동적으로 변화시키는 능동 댐퍼(Active Damper)와, 다른 댐퍼들로는 일정한 감쇠특성을 가진 수동 댐퍼(Passive Damper)들이 있다.
또한, 일반적인 철골구조를 갖는 구조물 부재에서는 지진과 풍하중과 같은 수평하중에 대한 기둥-보의 횡강성을 확보하기 위해 단순히 가새(Brace)를 설치하거나, 구조물에 가해지는 하중을 저감하기 위해 가새에 댐퍼를 설치하기도 한다.
도 1a 내지 도 1d는 각각 변위증폭 제진 시스템들을 예시하는 도면들로서, 변위증폭 제진장치로서, 도 1a에 도시된 단일 토글 가새형(10), 도 1b에 도시된 이중 토글 가새형(20), 도 1c에 도시된 회전판형(30) 및 도 1d에 도시된 회전판 토글 가새형(40) 등이 있다.
이러한 변위증폭 제진 시스템들(10, 20, 30, 40)은 지진 하중에 의해 건축물에 수평변위가 발생될 때, 상기 제진 시스템들에 유도되는 변위를 기구학적으로 증폭시키고, 보다 많은 지진 에너지를 흡수 및 소산시킴으로써 지진 하중에 의한 건축 구조물의 동적응답(예를 들면, 층전단력, 층 변위 등)을 더욱 감소시킬 수 있다.
도 2는 종래의 기술에 따른 토글 가새형 제진 시스템에서 중앙부 접점에서 면외방향으로 증폭된 변형이 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 종래의 기술에 따른 토글 가새형 제진 시스템에서 가새 접합부를 나타내는 사진이고, 도 4는 종래의 기술에 따른 토글 가새형 제진 시스템에서 가새 접합부를 나타내는 도면이고, 도 5는 종래의 기술에 따른 토글 가새형 제진 시스템에서 가새 접합부가 변형되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
토글 가새형 제진 시스템과 같은 기구학적 변위증폭 제진 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 토글 가새의 절점이 면내 방향에 대해서는 회전할 수 있도록 힌지로 구성되어 있으며, 구조체의 접합부에는 가셋 플레이트(Gusset Plate)에 연결되도록 한다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 토글 가새가 만나는 절점은 면외방향으로 구속되지 않는다.
또한, 종래의 기술에 따른 가새 접합부는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 건축 구조물, 예를 들면, 기둥부(60)에 설치된 가셋 플레이트(80)에 핀(90)을 이용하여 접합한다.
종래의 기술에 따른 토글 가새(70)의 힌지 접합부는, 도 5에 도시된 바와 같이 가새단부(70a)의 플레이트와 기둥부(60)의 가셋 플레이트(80) 사이의 이격(β)과 핀(90)과 가셋 플레이트(80) 사이의 이격(γ)이 존재한다.
이러한 이격은 토글 가새(70)에 축력이 작용할 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 1차로 핀(90)과 플레이트(80)의 이격차에 의한 비틀림과 중첩되어 가새단부 플레이트와 기둥 단부 가셋 플레이트의 이격차에 의한 비틀림이 발생한다. 즉, 이러한 가새 접합부에서 이러한 작은 비틀림 변위는 토글 가새(70)의 반대편, 즉, 도 2에 도시된 중앙부 접점(50)에서는 길이에 비례하여 면외방향으로 증폭된 변형인 면외좌굴(Out Plane Buckling)이 발생하게 된다.
따라서 이러한 가새 접합부의 이격 등으로 발생되는 변형은 토글 가새형 변위증폭 제진 시스템에서 변위증폭 효과를 현저히 저하시키는 작용을 한다.
또한, 이러한 가새 접합부의 면외방향 구속 정도에 따라서 전체 가새(70)의 좌굴 길이가 결정되므로, 이러한 면외방향 구속력이 작을수록 가새(70)가 저항하는 좌굴하중 감소로 인해 가새(70)가 과도하게 커지게 되는 문제점이 있다.
1) 대한민국 등록특허번호 제10-1051058호(출원일: 2010년 3월 31일), 발명의 명칭: "건축물용 댐핑 시스템" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-1105742호(출원일: 2010년 5월 3일), 발명의 명칭: "편심 토글형 제진장치 및 이를 이용한 변위 증폭 제진시스템" 3) 대한민국 공개특허번호 제2010-45328호(공개일: 2010년 5월 3일), 발명의 명칭: "변위 증폭형 제진 시스템" 4) 대한민국 등록특허번호 제10-1176374호(출원일: 2012년 4월 25일), 발명의 명칭: "제진형 가새장치 및 이 가새장치를 이용한 브레이싱 공법" 5) 대한민국 공개특허번호 제2009-126428호(공개일: 2009년 12월 9일), 발명의 명칭: "지렛대를 이용한 토글 댐퍼" 6) 대한민국 등록특허번호 제10-720080호(출원일: 2005년 1월 28일), 발명의 명칭: "반능동형 구조물 진동 감쇠장치"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 변위증폭 제진 시스템들의 접합부 이격을 줄이고 발생되는 비틀림각을 감소시킴으로써, 가새의 중앙부 접점에서 발생되는 면외방향 변형을 감소시킬 수 있는, 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템은, 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되는 적어도 하나 이상의 가새(Brace); 상기 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 타단이 상기 가새의 타단과 회전 가능하도록 결합되어 상기 건축 구조물의 변위에 대해 제진 작용을 하는 댐퍼(Damper); 및 상기 가새의 일단과 상기 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되어, 상기 가새 및 상기 댐퍼가 결합되는 중앙부 접점에서의 면외방향 변형을 억제하는 면외좌굴 방지 접합부를 포함하되, 상기 면외좌굴 방지 접합부는 쐐기형 접합부로서, 상기 쐐기형 접합부는 상기 가새를 고정하기 위한 접합부 플레이트가 돌출되도록 쐐기 형태로 제작되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 쐐기형 접합부는, 상기 가새의 일단과 상기 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되는 접합부 플레이트; 상기 접합부 플레이트의 접합면을 길게 확보하도록 상기 접합부 플레이트로부터 돌출되도록 형성되는 쐐기; 및 상기 접합부 플레이트에 상기 가새의 단부를 고정하는 핀을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 쐐기형 접합부는 상기 쐐기에 의해 상기 접합부 플레이트의 접합면을 길게 확보하여, 상기 중앙부 접점에서의 면외방향 변형을 억제하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 접합부 플레이트는 상기 건축 구조물에 매립 또는 접합되는 1개의 접합부 플레이트로 제작된 돌출형 접합부 플레이트이고, 상기 가새의 단부는 2개의 플레이트로 구성되어 상기 돌출형 접합부 플레이트를 감싸는 형태로 조립될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템은, 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되는 가새(Brace); 상기 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 타단이 상기 가새의 타단과 회전 가능하도록 결합되어 상기 건축 구조물의 변위에 대해 제진 작용을 하는 댐퍼(Damper); 및 상기 가새의 일단과 상기 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되어, 상기 가새 및 상기 댐퍼가 결합되는 중앙부 접점에서의 면외방향 변형을 억제하는 면외좌굴 방지 접합부를 포함하되, 상기 면외좌굴 방지 접합부는 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부로서, 상기 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부는, 상기 가새를 고정하기 위한 접합부 플레이트를 보강하기 위한 측면 덮판을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부는, 상기 건축 구조물의 접합부에 매립 또는 접합되고, 힌지로 형성되는 상기 가새의 단부에 끼워지는 접합부 플레이트; 상기 가새의 단부를 상기 접합부 플레이트에 끼워 넣고 가새 축력에 의해 상기 접합부 플레이트가 변형되어 벌어지지 않도록 보강하는 측면 덮판; 상기 측면 덮판이 상기 접합부 플레이트에 끼워진 상태에서 측면에서 접합시키는 볼트; 및 상기 접합부 플레이트에 상기 가새의 단부를 고정하는 핀을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 접합부 플레이트는 힌지로 형성되는 상기 가새의 단부에 정확히 끼워질 수 있도록 상기 가새의 단부와 동일한 형상 및 크기로 제작되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가새는 각각 층간변위 내에서 회전할 때, 상기 접합부 플레이트와 간섭이 발생하지 않도록 소정 간격 이격되어 조립되는 것을 특징으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템은, 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되는 적어도 하나 이상의 가새(Brace); 상기 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 타단이 상기 가새의 타단과 회전 가능하도록 결합되어 상기 건축 구조물의 변위에 대해 제진 작용을 하는 댐퍼(Damper); 및 상기 가새의 일단과 상기 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되어, 상기 가새 및 상기 댐퍼가 결합되는 중앙부 접점에서의 면외방향 변형을 억제하는 면외좌굴 방지 접합부를 포함하되, 상기 면외좌굴 방지 접합부는 확장핀을 갖는 가새 접합부로서, 상기 확장핀을 갖는 가새 접합부는 상기 가새를 고정하기 위한 접합부 플레이트와의 사이의 이격에 의해 발생되는 비틀림각을 감소시키도록 상기 가새의 단부와 체결되는 길이를 확장시킨 확장핀을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 확장핀을 갖는 가새 접합부는, 상기 가새의 일단과 상기 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되는 접합부 플레이트; 및 상기 접합부 플레이트와의 사이의 이격에 의해 발생되는 비틀림각을 감소시키도록 상기 가새의 단부와 체결되는 핀의 길이를 확장시킨 확장핀을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 확장 핀 단부에 나사산 형태의 탭(Tab)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 확장 핀 단부에 형성된 나사산 형태의 탭과 체결되는 너트를 추가로 구비하며, 상기 너트를 이용하여 일정 압력을 가함으로써 상기 가새의 단부와 상기 건축 구조물 사이에 접합되는 상기 접합부 플레이트 이격을 최소화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 면외좌굴 방지 접합부를 쐐기형 접합부, 측면 덮판을 갖는 접합부 및 확장핀을 갖는 가새 접합부로 형성함으로써, 변위증폭 제진 시스템들의 접합부 이격을 줄이고 발생되는 비틀림각을 감소시킴으로써, 가새의 중앙부 접점에서 발생되는 면외방향 변형을 감소시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 각각 변위증폭 제진 시스템들을 예시하는 도면들이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 토글 가새형 제진 시스템에서 중앙부 접점에서 면외방향으로 증폭된 변형이 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 토글 가새형 제진 시스템에서 가새 접합부를 나타내는 사진이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 토글 가새형 제진 시스템에서 가새 접합부를 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 토글 가새형 제진 시스템에서 가새 접합부가 변형되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 쐐기형 접합부를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 쐐기형 접합부가 조립되는 것을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 측면 덮판 핀지그형 접합부를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 측면 덮판 핀지그형 접합부가 조립되는 것을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 확장핀을 갖는 가새 접합부를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 확장핀을 갖는 가새 접합부가 조립되는 것을 예시하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일반적으로, 건축 구조물의 진동 크기가 상대적으로 작기 때문에 비롯되는 제진장치의 크기 증가는 증폭 메커니즘의 하나인 토글(Toggle)을 이용하여 해결하고 있다. 여기서, 토글이란 변위를 증폭하거나 역으로 감쇠시켜 힘이나 동력을 전달하는 장치의 하나로서, 기계장치에 광범위하게 적용되고 있으며, 그 메커니즘에 따라 분쇄기, 압축기, 충격 완화장치 등으로 응용되고 있다.
따라서 본 발명의 실시예로서, 회전관성과 점성을 갖는 댐퍼를 가새, 예를 들면, 토글 가새에 연결하여 구조물의 질량을 증가시킴과 동시에 토글의 증폭 메커니즘으로 그 효율을 증가시킬 수 있는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템이 제공된다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 쐐기형 접합부를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 쐐기형 접합부가 조립되는 것을 예시하는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템은, 가새(Brace: 110), 댐퍼(120), 중앙부 접점(130) 및 면외좌굴 방지 접합부(150)를 포함한다. 이때, 상기 면외좌굴 방지 접합부(150)는 쐐기형 접합부로서, 접합부 플레이트(151), 핀(152) 및 쐐기(153)를 포함할 수 있다.
가새(110)는 적어도 하나 이상 구비되며, 건축 구조물인 기동 또는 보(140)에 일단이 회전 가능하도록 결합된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 가새(110)는 단일 토글 가새형, 이중 토글 가새형, 회전판형 및 회전판 토글 가새형 등에 적용될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
댐퍼(120)는 상기 건축 구조물(140)에 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 타단이 상기 가새(110)의 타단과 회전 가능하도록 결합되어 상기 건축 구조물(140)의 변위에 대해 제진 작용을 한다.
상기 면외좌굴 방지 접합부(150)는 상기 가새(110)의 일단과 상기 건축 구조물(140)의 접합부 사이에 배치되어, 상기 가새(110) 및 상기 댐퍼(120)가 결합되는 중앙부 접점(130)에서의 면외방향 변형을 억제한다. 여기서, 상기 면외좌굴 방지 접합부는 쐐기형 접합부(150)로서, 상기 쐐기형 접합부(150)는 상기 가새(110)를 고정하기 위한 접합부 플레이트(151)가 돌출되도록 쐐기(153) 형태로 제작될 수 있다.
구체적으로, 상기 쐐기형 접합부(150)의 접합부 플레이트(151)는 상기 가새(110)의 일단과 상기 건축 구조물(140)의 접합부 사이에 배치된다.
상기 쐐기형 접합부(150)의 쐐기(153)는 상기 접합부 플레이트(151)의 접합면을 길게 확보하도록 상기 접합부 플레이트(151)로부터 돌출되도록 형성된다.
상기 쐐기형 접합부(150)의 핀(152)은 상기 접합부 플레이트(151)에 상기 가새(110)의 단부를 고정한다.
여기서, 상기 접합부 플레이트(151)는 상기 건축 구조물(140)에 매립 또는 접합되는 1개의 접합부 플레이트로 제작된 돌출형 접합부 플레이트이고, 상기 가새(110)의 단부는 2개의 플레이트로 구성되어 상기 돌출형 접합부 플레이트(151)를 감싸는 형태로 조립될 수 있다.
이에 따라, 상기 쐐기형 접합부(150)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 쐐기(153)에 의해 상기 접합부 플레이트(151)의 접합면을 d만큼 길게 확보하여, 전술한 도 1의 기구학적 변위증폭 제진 시스템들의 중앙부 접점에서의 면외방향 변형을 억제하게 된다. 즉, 상기 쐐기형 접합부(150)는 상기 가새(110)의 일단과 상기 건축 구조물(140)의 접합부 이격을 줄이고, 발생되는 비틀림각을 감소시킴으로써, 가새(110)의 중앙부 접점(130)에서 발생되는 면외방향 변형을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 측면 덮판 핀지그형 접합부를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 측면 덮판 핀지그형 접합부가 조립되는 것을 예시하는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템은, 가새(Brace: 110), 댐퍼(120), 중앙부 접점(130) 및 면외좌굴 방지 접합부(160)를 포함한다. 이때, 상기 면외좌굴 방지 접합부는 측면 덮판 핀지그형 접합부(160)로서, 접합부 플레이트(161), 핀(162), 측면 덮판(163) 및 볼트(1164)를 포함할 수 있다.
가새(110)는 적어도 하나 이상 구비되며, 건축 구조물인 기동 또는 보(140)에 일단이 회전 가능하도록 결합된다.
댐퍼(120)는 상기 건축 구조물(140)에 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 타단이 상기 가새(110)의 타단과 회전 가능하도록 결합되어 상기 건축 구조물(140)의 변위에 대해 제진 작용을 한다.
상기 면외좌굴 방지 접합부(150)는 상기 가새(110)의 일단과 상기 건축 구조물(140)의 접합부 사이에 배치되어, 상기 가새(110) 및 상기 댐퍼(120)가 결합되는 중앙부 접점(130)에서의 면외방향 변형을 억제한다. 즉, 상기 면외좌굴 방지 접합부는 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부(160)로서, 상기 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부(160)는, 상기 가새(110)를 고정하기 위한 접합부 플레이트(161)를 보강하기 위한 측면 덮판(163)을 구비한다.
구체적으로, 상기 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부(160)의 접합부 플레이트(161)는 상기 건축 구조물의 접합부에 매립 또는 접합되고, 힌지로 형성되는 상기 가새(110)의 단부에 끼워진다. 이때, 상기 접합부 플레이트(161)는 힌지로 형성되는 상기 가새(110)의 단부에 정확히 끼워질 수 있도록 상기 가새(110)의 단부와 동일한 형상 및 크기로 제작되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 가새의 단부는 원형으로 제작될 수 있다.
상기 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부(160)의 측면 덮판(163)은 상기 가새의 단부를 상기 접합부 플레이트에 끼워 넣고 가새 축력에 의해 상기 접합부 플레이트가 변형되어 벌어지지 않도록 보강한다.
상기 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부(160)의 볼트(164)는 상기 측면 덮판(163)이 상기 접합부 플레이트(161)에 끼워진 상태에서 측면에서 접합시킨다.
상기 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부(160)의 핀(162)은 상기 접합부 플레이트(161)에 상기 가새(110)의 단부를 고정한다.
또한, 상기 가새(110)는 각각 층간변위 내에서 회전할 때, 상기 접합부 플레이트(161)와 간섭이 발생하지 않도록 소정 간격, 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, a만큼 이격되어 조립되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서, 상기 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부(160)는 상기 가새(110)를 고정하기 위한 접합부 플레이트(161)를 보강하기 위한 측면 덮판(162)을 구비함으로써, 상기 가새(110)의 일단과 상기 건축 구조물(140)의 접합부 이격을 줄이고, 발생되는 비틀림각을 감소시킴으로써, 가새(110)의 중앙부 접점(130)에서 발생되는 면외방향 변형을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 확장핀을 갖는 가새 접합부를 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템에서 확장핀을 갖는 가새 접합부가 조립되는 것을 예시하는 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템은, 전술한 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로 가새(110), 댐퍼(120), 중앙부 접점(130) 및 면외좌굴 방지 접합부(170)를 포함한다. 이때, 상기 면외좌굴 방지 접합부(170)는 확장핀을 갖는 가새 접합부로서, 접합부 플레이트(171), 확장핀(172), 탭(173) 및 너트(174)를 포함할 수 있다.
가새(110)는 적어도 하나 이상 구비되며, 건축 구조물인 기동 또는 보(140)에 일단이 회전 가능하도록 결합된다.
댐퍼(120)는 상기 건축 구조물(140)에 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 타단이 상기 가새(110)의 타단과 회전 가능하도록 결합되어 상기 건축 구조물(140)의 변위에 대해 제진 작용을 한다.
상기 면외좌굴 방지 접합부(170)는 상기 가새(110)의 일단과 상기 건축 구조물(140)의 접합부 사이에 배치되어, 상기 가새(110) 및 상기 댐퍼(120)가 결합되는 중앙부 접점(130)에서의 면외방향 변형을 억제한다. 즉, 상기 면외좌굴 방지 접합부(170)는 확장핀을 갖는 가새 접합부로서, 상기 확장핀을 갖는 가새 접합부(170)는 상기 가새(110)를 고정하기 위한 접합부 플레이트와의 사이의 이격에 의해 발생되는 비틀림각을 감소시키도록 상기 가새(110)의 단부(110a)와 체결되는 길이를 확장시킨 확장핀을 구비하며, 전술한 도 5에 도시된 기존 접합부에서 나타나는 이격에 의한 비틀림 현상을 기하학적으로 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 확장핀을 갖는 가새 접합부(170)의 접합부 플레이트(171)는 상기 가새(110)의 일단과 상기 건축 구조물(140)의 접합부 사이에 배치된다.
상기 확장핀을 갖는 가새 접합부(170)의 확장핀(172)은 상기 가새의 단부(110a)와 체결되는 핀의 길이를 확장시킴으로써 상기 접합부 플레이트(171)와의 사이의 이격에 의해 발생되는 비틀림각을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 확장 핀(172)의 단부에 나사산 형태의 탭(Tab)을 형성하고, 상기 나사산 형태의 탭(173)과 체결되는 너트(174)를 이용하여 일정 압력을 가함으로써 상기 가새의 단부(110a)와 상기 건축 구조물(140) 사이에 접합되는 상기 접합부 플레이트(171) 이격을 최소화시킬 수 있다.
결국, 본 발명의 제3 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템은, 상기 가새(110)의 단부(110a)와 체결되는 길이를 확장시킨 확장핀을 구비함으로써, 종래의 기술에 따른 접합부에서 나타나는 이격에 의한 비틀림 현상을 기하학적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 면외좌굴 방지 접합부를 가새형 제진 시스템에 대해서 설명하였지만, 면외좌굴 방지 접합부가 제진이 아닌 경우에도 적용될 수 있고, 또한, 본 발명의 실시예에 따른 가새형 제진 시스템을 대각 가새형에 적용할 경우, 접합부 힌지조건을 강화할 수 있으므로 좌굴길이를 줄일 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 가새(Brace)
110a: 가새 단부
120: 댐퍼(Damper)
130: 중앙부 접점
140: 건축 구조물(기둥 또는 보)
150: 제1 면외좌굴 방지 접합부(쐐기형 접합부)
160: 제2 면외좌굴 방지 접합부(측면 덮판 핀지그형 접합부)
170: 제3 면외좌굴 방지 접합부(확장핀을 갖는 가새 접합부)
151: 접합부 플레이트
152: 핀
153: 쐐기
161: 접합부 플레이트
162: 핀
163: 측면 덮판
164: 볼트
171: 접합부 플레이트
172: 확장핀
173: 탭
174: 너트

Claims (12)

  1. 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되는 적어도 하나 이상의 가새(Brace);
    상기 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 타단이 상기 가새의 타단과 회전 가능하도록 결합되어 상기 건축 구조물의 변위에 대해 제진 작용을 하는 댐퍼(Damper); 및
    상기 가새의 일단과 상기 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되어, 상기 가새 및 상기 댐퍼가 결합되는 중앙부 접점에서의 면외방향 변형을 억제하는 면외좌굴 방지 접합부
    를 포함하되,
    상기 면외좌굴 방지 접합부는 쐐기형 접합부로서, 상기 쐐기형 접합부는 상기 가새를 고정하기 위한 접합부 플레이트가 돌출되도록 쐐기 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쐐기형 접합부는,
    상기 가새의 일단과 상기 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되는 접합부 플레이트;
    상기 접합부 플레이트의 접합면을 길게 확보하도록 상기 접합부 플레이트로부터 돌출되도록 형성되는 쐐기; 및
    상기 접합부 플레이트에 상기 가새의 단부를 고정하는 핀
    을 포함하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 쐐기형 접합부는 상기 쐐기에 의해 상기 접합부 플레이트의 접합면을 길게 확보하여, 상기 중앙부 접점에서의 면외방향 변형을 억제하는 것을 특징으로 하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 접합부 플레이트는 상기 건축 구조물에 매립 또는 접합되는 1개의 접합부 플레이트로 제작된 돌출형 접합부 플레이트이고, 상기 가새의 단부는 2개의 플레이트로 구성되어 상기 돌출형 접합부 플레이트를 감싸는 형태로 조립되는 것을 특징으로 하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  5. 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되는 가새(Brace);
    상기 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 타단이 상기 가새의 타단과 회전 가능하도록 결합되어 상기 건축 구조물의 변위에 대해 제진 작용을 하는 댐퍼(Damper); 및
    상기 가새의 일단과 상기 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되어, 상기 가새 및 상기 댐퍼가 결합되는 중앙부 접점에서의 면외방향 변형을 억제하는 면외좌굴 방지 접합부
    를 포함하되,
    상기 면외좌굴 방지 접합부는 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부로서, 상기 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부는, 상기 가새를 고정하기 위한 접합부 플레이트를 보강하기 위한 측면 덮판을 구비하는 것을 특징으로 하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 측면 덮판을 갖는 핀지그형 접합부는,
    상기 건축 구조물의 접합부에 매립 또는 접합되고, 힌지로 형성되는 상기 가새의 단부에 끼워지는 접합부 플레이트;
    상기 가새의 단부를 상기 접합부 플레이트에 끼워 넣고 가새 축력에 의해 상기 접합부 플레이트가 변형되어 벌어지지 않도록 보강하는 측면 덮판;
    상기 측면 덮판이 상기 접합부 플레이트에 끼워진 상태에서 측면에서 접합시키는 볼트; 및
    상기 접합부 플레이트에 상기 가새의 단부를 고정하는 핀
    을 포함하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접합부 플레이트는 힌지로 형성되는 상기 가새의 단부에 정확히 끼워질 수 있도록 상기 가새의 단부와 동일한 형상 및 크기로 제작되는 것을 특징으로 하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 가새는 각각 층간변위 내에서 회전할 때, 상기 접합부 플레이트와 간섭이 발생하지 않도록 소정 간격 이격되어 조립되는 것을 특징으로 하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  9. 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되는 적어도 하나 이상의 가새(Brace);
    상기 건축 구조물에 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 타단이 상기 가새의 타단과 회전 가능하도록 결합되어 상기 건축 구조물의 변위에 대해 제진 작용을 하는 댐퍼(Damper); 및
    상기 가새의 일단과 상기 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되어, 상기 가새 및 상기 댐퍼가 결합되는 중앙부 접점에서의 면외방향 변형을 억제하는 면외좌굴 방지 접합부
    를 포함하되,
    상기 면외좌굴 방지 접합부는 확장핀을 갖는 가새 접합부로서, 상기 확장핀을 갖는 가새 접합부는 상기 가새를 고정하기 위한 접합부 플레이트와의 사이의 이격에 의해 발생되는 비틀림각을 감소시키도록 상기 가새의 단부와 체결되는 길이를 확장시킨 확장핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 확장핀을 갖는 가새 접합부는,
    상기 가새의 일단과 상기 건축 구조물의 접합부 사이에 배치되는 접합부 플레이트; 및
    상기 접합부 플레이트와의 사이의 이격에 의해 발생되는 비틀림각을 감소시키도록 상기 가새의 단부와 체결되는 핀의 길이를 확장시킨 확장핀
    을 포함하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 확장 핀 단부에 나사산 형태의 탭(Tab)을 형성하는 것을 특징으로 하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 확장 핀 단부에 형성된 나사산 형태의 탭과 체결되는 너트를 추가로 구비하며, 상기 너트를 이용하여 일정 압력을 가함으로써 상기 가새의 단부와 상기 건축 구조물 사이에 접합되는 상기 접합부 플레이트 이격을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 면외좌굴 방지 접합부를 구비한 가새형 제진 시스템.
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