KR20160030746A - 지하구조물의 내진 보강장치 - Google Patents

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Abstract

지하구조물의 내진 보강장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 지하구조물의 내진 보강장치는: 지하구조물의 지하층 벽체의 하부에 설치되는 지지모듈부와, 지지모듈부에 벽체를 지탱하는 방향으로 경사지게 설치되고, 지하층의 바닥에서 지지모듈부가 설치된 일정 높이까지 벽체에 작용하는 수평하중을 지지하는 내진보강부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지하구조물의 내진 보강장치{SEISMIC REINFORCEMENT DEVICE FOR UNDERGROUND STRUCTURE}
본 발명은 지하구조물의 내진 보강장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지하구조물의 내진 강도를 보강하기 위한 지하구조물의 내진 보강장치에 관한 것이다.
철근콘크리트 구조로 된 건축물과 전력구조물(변전소 또는 수력·화력·원자력발전소)의 지상구조물의 내진 보강방법으로는 섬유 보강공법(탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 복합섬유 보강공법 등), 브레이싱(Bracing) 보강방법, 철골조 보강공법 등이 적용되고 있다. 그러나 변전소 또는 화력·원자력발전소의 지하구조물은 한정된 작업·설치·운반공간과, 각종 케이블과 설비, 배관라인과의 간섭 사항으로 인해 제약이 따르므로, 지상구조물에 적용한 내진 보강방법을 적용하기 어렵다.
전력구조물의 지하벽체에 대한 내진 보강방법으로는 지하벽체의 조적조를 철거하고 원 콘크리트 벽체를 섬유 보강공법으로 보강하거나, 지하벽체의 바닥에서 천장에 이르는 길이의 철골포스트(post)를 설치하는 방안이 적용되고 있다. 벽체 섬유 보강공법은 기존 지하벽체에 있는 조적조를 제거하는데 어려움이 따르며, 벽체 철골포스트 보강공법은 협소한 지하공간에 포스트로 사용할 H형강을 이송하여 시공하는데 어려움이 따른다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제1296856호(2013.08.08. 등록, 발명의 명칭: 지하 구조물의 벽체 보강 구조체 및 이를 이용한 지하 구조물의 구축방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 지진 발생 시 지하구조물의 벽체에 작용하는 휨하중과 전단하중을 효과적으로 지지할 수 있으면서도, 단위 길이의 골조를 연속적으로 연결하는 것에 의해 시공성을 향상시킬 수 있는 모듈화된 구조의 지하구조물의 내진 보강장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 지하구조물의 내진 보강장치는: 지하구조물의 지하층 벽체의 하부에 설치되는 지지모듈부; 및 상기 지지모듈부에 상기 벽체를 지탱하는 방향으로 경사지게 설치되고, 상기 지하층의 바닥에서 상기 지지모듈부가 설치된 일정 높이까지 상기 벽체에 작용하는 수평하중을 지지하는 내진보강부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지모듈부는, 상기 벽체의 상부보다 수평방향 지진하중으로 인한 휨모멘트와 전단력이 크게 작용하는 상기 벽체의 하부에 설치되고, 상기 내진보강부는, 상기 지지모듈부를 지지하는 것에 의해 상기 벽체의 휨강도와 전단강도를 보강하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 지지모듈부는, 상기 바닥으로부터 일정한 거리를 두고 상기 벽체에 고정되며, 상기 내진보강부의 상부와 연결되는 수평골조; 상기 바닥과 상기 수평골조의 사이에 설치되고, 상기 수평골조를 지지하는 수직골조; 및 상기 수직골조의 하부에서 상기 벽체로부터 이격되는 방향으로 연장되고, 상기 바닥에 고정되며, 상기 내진보강부의 하부와 연결되는 바닥골조;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수평골조는, 제1길이를 가지는 단위골조를 상호 연결하여 형성되고, 상기 수직골조는, 제2길이를 가지는 단위골조를 상기 수평골조를 따라 이격되게 배치하여 형성되며, 상기 바닥골조는, 제3길이를 가지는 단위골조를 상기 수직골조와 직각되게 연결하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위골조는, 설정된 단위 길이로 절단된 형강부재인 것이 바람직하다.
또한, 상기 지지모듈부는, 상기 수직골조의 사이에 설치되는 브레이싱;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 브레이싱은, 일단부가 상기 수평골조에 연결되고, 타단부가 경사지게 하향 연장되면서 상기 수직골조의 하부에 연결되는 제1브레이싱부재; 상기 제1브레이싱부재와 교차되게 설치되는 제2브레이싱부재; 및 상기 제1브레이싱부재와 상기 제2브레이싱부재를 당기는 것에 의해 상기 제1브레이싱부재와 상기 제2브레이싱부재에 걸리는 장력을 조절하는 장력조절부재;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 내진보강부는, 상기 벽체에 고정된 상기 지지모듈부의 상부와 연결되는 제1보강부재; 상기 바닥에 고정된 상기 지지모듈부의 하부와 연결되는 제2보강부재; 및 탄성을 가지고 상기 제1보강부재와 상기 제2보강부재의 사이에 설치되며, 상기 제1보강부재 상기 제2보강부재와 함께 상기 벽체를 지지하는 댐퍼부재;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 댐퍼부재는, 실린더 형상의 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 설치되는 탄성부재; 일측부가 상기 탄성부재와 접하며, 타측부가 상기 케이싱의 외부로 연장되고 상기 제1보강부재와 연결되는 제1부시; 및 상기 탄성부재를 사이에 두고 상기 제1부시와 대향되게 설치되고, 상기 제2보강부재와 연결되는 제2부시;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1부시 또는 상기 제2부시는, 상기 케이싱을 관통하여 설치되는 연장부; 상기 연장부의 둘레에 돌출되게 형성되고, 상기 케이싱에 걸려 상기 연장부의 이동을 구속하는 스토퍼부; 및 상기 스토퍼부와 상기 케이싱의 사이에 설치되는 완충부재;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스토퍼부는, 상기 연장부 중 상기 케이싱의 외부에 위치되는 일측부의 둘레에 돌출되게 형성되는 외부스토퍼부; 및 상기 연장부 중 상기 케이싱의 내부에 위치되는 타측부의 둘레에 돌출되게 형성되는 내부스토퍼부;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 지하구조물의 내진 보강장치에 의하면, 지진 발생 시 수평하중이 가장 크게 작용하게 되는 벽체의 하부만을 보강하는 것에 의해, 지하구조물의 벽체에 작용하는 휨하중과 전단하중을 효과적으로 지지할 수 있다. 이에 따라, 기존에 내진 보강이 불필요한 벽체의 상부에 보강재를 결합하던 번거로운 과정이 생략되고, 보강재의 소요량을 현저히 줄일 수 있어, 지하구조물 내진 보강작업의 시공성과 경제성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 지하구조물의 내진 보강장치에 의하면, 지지모듈부가 단위골조로 이루어진 유닛을 연속하여 연결한 구조를 가지므로, 벽체에 작용하는 동토압의 크기에 따라 유닛을 추가하여 연결하는 것에 의해 지하구조물의 내진 보강장치의 모듈화를 구현할 수 있다. 이에 따라, 지하구조물 내진 보강을 위한 보강부재의 설계 및 길이에 대한 표준화가 가능하다. 또한, 협소한 지하공간상에 전(全) 보강부재를 개별적으로 이송, 연결할 필요없이, 지하구조물의 외부에서 유닛 형태로 제작한 후 지하공간으로 이송하여 내진 보강 시공을 수행할 수 있어, 시공성 및 내진보강 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 지하구조물의 내진 보강장치에 의하면, 내진보강장치가 벽체와 지지모듈부를 지지하는 강성을 가짐과 동시에 벽체의 변형, 진동을 흡수하는 댐퍼의 기능을 하게 된다. 이에 따라, 지지모듈부와 내진보강장치를 이용해 벽체의 강성을 다중으로 보강할 수 있으면서도, 벽체에 작용하는 수평방향 지진하중을 흡수, 완충하여 지하구조물 벽체의 손상을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지하구조물의 내진 보강장치의 설치 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지지모듈부의 설치 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지지모듈부의 설치 상태를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 내진보강부의 댐퍼부재를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 내진보강부의 댐퍼부재를 개략적으로 도시한 부분 단면사시도이다.
도 6은 구조물의 지하층 벽체에 작용하는 지진하중, 휨모멘트, 전단력을 설명하고자 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 지하구조물의 내진 보강장치의 일실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지하구조물의 내진 보강장치의 설치 상태를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지지모듈부의 설치 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지지모듈부의 설치 상태를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 내진보강부의 댐퍼부재를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 내진보강부의 댐퍼부재를 개략적으로 도시한 부분 단면사시도이며, 도 6은 구조물의 지하층 벽체에 작용하는 지진하중, 휨모멘트, 전단력을 설명하고자 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지하구조물의 내진 보강장치(5)는 지지모듈부(6)와 내진보강부(7)를 포함하여, 지하구조물의 지하층(1) 내부에 설치된다. 본 발명의 설명에서 지하구조물은 지하층(1)을 포함하는 구조물을 의미한다. 지하층(1)은 지면의 아래에 위치되는 벽체(2)와 바닥(3)을 포함한다. 본 발명의 설명에서 벽체(2)와 바닥(3)은 지하층(1)을 이루는 지하벽체와 지하바닥을 의미한다.
지지모듈부(6)는 벽체(2)의 하부를 토양측으로 지지하는 부분으로, 벽체(2)의 하부에 바닥(3)과 접하게 설치된다. 지지모듈부(6)는 벽체(2)의 하부와 바닥(3)에 고정된 상태로 벽체(2)에 작용하는 수평하중을 지지한다. 내진보강부(7)는 지지모듈부(6)를 벽체(2)측으로 지지하는 부분으로, 지지모듈부(6)상에 벽체(2)를 지탱하는 방향으로 경사지게 설치된다. 이에 따라 내진보강부(7)는 바닥(3)에서 지지모듈부(6)가 설치된 일정 높이까지 벽체(2)에 작용하는 수평하중을 지지모듈부(6)와 함께 지지하게 된다.
도 6의 (a)는 지진 발생 시 지하층(1)의 벽체(2)에 작용하는 수평방향 지진하중으로 인해 발생되는 동토압(dynamic soil pressure)의 크기를 도시한 것으로, 벽체(2)의 하부측으로 갈수록 동토압이 점차 크게 작용하는 것을 확인할 수 있다. 도 6의 (b), (c)는 각각 벽체(2)에 작용하는 휨모멘트, 전단력의 크기를 나타낸 휨모멘트 도(BMD, bending moment Diagram), 전단력 도(SFD, shear force digram)로, 바닥(3)과 접하는 벽체(2)의 하부에 휨모멘트와 전단력이 가장 크게 작용하는 것을 확인할 수 있다.
지하구조물에 수평방향 지진하중이 작용하는 경우, 지하층(1)의 벽체(2)의 하부에는 상기와 같이 벽체(2)의 상부보다 동토압, 휨모멘트, 전단력이 크게 작용하게 된다. 극단적으로는 벽체(2) 중 바닥(3)에 가장 근접한 부분에 동토압, 휨모멘트, 전단력이 최대로 작용하게 된다. 본 발명에 따른 지하구조물의 내진 보강장치(5)는 이와 같이 지진 발생 시 벽체(2)의 상부보다 동토압, 휨모멘트, 전단력이 크게 작용하는, 벽체(2)의 하부 영역을 보강한다.
기존에 지하구조물을 내진 보강함에 있어서는, 벽체(2)의 각 부분에 작용하는 수평하중의 크기와 무관하게, 바닥(3)으로부터 천장에 이르는 벽체(2)의 전체 높이, 예를 들어, 4m에 걸쳐 보강재를 결합하고 있다. 즉 기존에는 내진 보강이 필요한 부분의 강성을 보강하기 위해 내진 보강이 불필요한 부분도 함께 보강하고 있다.
본 발명에 의하면 지진 발생 시 수평하중이 가장 크게 작용하게 되는 벽체(2)의 하부, 예를 들어 바닥(3)으로부터 1m 높이까지를 보강하는 것에 의해, 벽체(2)에 작용하는 수평방향 지진하중에 대한 휨강도와 전단강도를, 벽체(2) 전체에 보강재를 결합하던 기존과 동일한 정도로 보강시키는 작용을 구현하게 된다. 이에 따라 기존에 내진 보강이 불필요한 벽체(2)의 상부에 보강재를 결합하던 번거로운 과정이 생략되고, 보강재의 소요량을 현저히 줄일 수 있어, 지하구조물 내진 보강작업의 시공성과 경제성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지지모듈부(6)는 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65), 브레이싱(67)을 포함한다.
수평골조(61)는 바닥(3)으로부터 일정한 거리(예를 들어, 1m)를 두고 벽체(2)에 고정된다. 수직골조(63)는 바닥(3)과 수평골조(61)의 사이에 설치되고, 수평골조(61)를 지지한다. 바닥골조(65)는 수직골조(63)의 하부에서 벽체(2)로부터 이격되는 방향으로 연장되고, 바닥(3)에 고정된다. 내진보강부(7)의 상부는 수평골조(61)와 연결되고, 하부는 바닥골조(65)의 단부와 연결된다.
수평골조(61)는 제1길이를 가지는 단위골조를 상호 연결하여 형성되고, 수직골조(63)는 제2길이를 가지는 단위골조를 수평골조(61)를 따라 이격되게 배치하여 형성된다. 바닥골조(65)는 제3길이를 가지는 단위골조를 수직골조와 직각되게 연결하여 형성된다. 단위골조는 형강부재를 설정된 단위 길이로 절단하는 것에 의해 용이하게 제작할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)는 웨브의 양단부에 플랜지가 형성된 'H'자 단면 형상을 가지는 H형강으로 이루어진다. H형강은 강도와 충격 흡수력이 좋고 용접이 편리해 횡철골조의 주재료 및 토목공사의 기초 강말뚝용으로 주로 사용되고 있다.
수평골조(61)와 수직골조(63)를 벽체(2)에 고정하고, 바닥골조(65)를 바닥(3)에 고정함에 있어서는 앵커볼트 등의 고정부재를 이용하거나, 에폭시 그라우팅(epoxy grouting) 등 공지의 고정 방법을 선택적, 복합적으로 적용할 수 있다. 또한, 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)를 상호 연결함에 있어서는 'L'자 앵글, 'ㄷ'자 채널강 등을 브라켓으로 하여 볼팅하거나, 플레이트를 대고 용접하는 등 공지의 연결 방법을 선택적, 복합적으로 적용할 수 있다.
일반적으로 모듈화는 복수개의 부재를 상호 연결하여 특정한 기능을 구현하는 유닛을 형성하고, 이러한 유닛을 설정된 형태로 연결하는 것에 의해 목적한 형상, 구조를 완성하는 것을 의미한다. 본 발명의 일실시예에 따른 지지모듈부(6)는 상기와 같이 설정 길이를 가지는 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)를 포함하는 유닛을, 수평방향으로 연결, 연장하는 것에 의해 목적한 수평방향 길이로 완성된다.
도면상에는 도시되어 있지 않으나, 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65) 중 적어도 하나의 일측면에는 착탈식 이동바퀴가 설치될 수 있다. 이동바퀴는 지면과 접촉된 상태로 회전되는 바퀴부와, 바퀴부를 회전가능하게 지지하고 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)상에 착탈가능하게 결합되는 착탈결합부를 포함한다.
이동바퀴를 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)상에 설치하면, 협소한 지하공간상에 별도의 견인장치를 구비하지 않고도 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)를 바닥(3)에 놓은 상태에서 목적한 위치로 용이하게 끌어 이동시킬 수 있다. 또한, 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)를 목적한 위치로 끌어 이동시킨 상태에서는 이동바퀴를 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)로부터 이탈시킴으로써 재사용할 수 있다.
브레이싱(67)은 수평골조(61), 수직골조(63)가 이루는 사각형 구면이 나란히꼴(평행 사변형 형상)로 변형되는 것을 방지하기 위한 보강재로, 수직골조(63)의 사이에 대각선 방향으로 설치된다. 브레이싱(67)은 수직골조(63)의 사이에 대각선 방향으로 설치되어 수평골조(61), 수직골조(63)를 포함하는 지지모듈부(6)의 면내 방향(벽면과 나란한 방향) 강성을 보강한다. 본 발명의 일실시예에 따른 브레이싱(67)은 제1브레이싱부재(671), 제2브레이싱부재(672), 장력조절부재(673)를 포함한다.
제1브레이싱부재(671)와 제2브레싱부재(672)는 와이어를 포함하여 이루어지고, 서로 교차되게 설치된다. 제1브레이싱부재(671)와 제2브레싱부재(672)의 상부는 수평골조(61) 또는 수직골조(63)의 상부에 고정되고, 그 중간부는 경사지게 하향 연장되며, 그 하부는 수직골조(63)의 하부 또는 바닥골조(65)에 고정된다. 제1브레이싱부재(671)와 제2브레싱부재(672)의 단부는 브라켓 등을 이용해 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)에 고정될 수 있다.
장력조절부재(673)는 제1브레이싱부재(671)와 제2브레이싱부재(672)의 단부를 당기는 것에 의해 제1브레이싱부재(671)와 제2브레이싱부재(672)에 걸리는 장력을 조절한다. 장력조절부재(673)로는 턴버클(turnbuckle)을 적용할 수 있다. 턴버클은 양단부에 서로 반대 방향의 암나사부가 형성된 본체부와, 수나사부를 구비하여 본체부의 양단부에 나사결합되는 한 쌍의 연결부를 구비한 구조를 가진다.
턴버클에 구비된 한 쌍의 연결부 중 일측을 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)에 고정시키고, 한 쌍의 연결부 중 타측을 제1브레이싱부재(671), 제2브레이싱부재(672)와 연결한 상태에서, 본체부를 일방향으로 회전시키면 한 쌍의 연결부가 본체부의 내측으로 이동되면서 제1브레이싱부재(671), 제2브레이싱부재(672)가 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)측으로 당겨져 장력이 증가하게 된다.
본체부를 반대방향으로 회전시키면 한 쌍의 연결부가 본체부의 외측으로 이동되면서 제1브레이싱부재(671), 제2브레이싱부재(672)가 수평골조(61), 수직골조(63), 바닥골조(65)로부터 이격되는 방향으로 이동되면서 장력이 낮아지게 된다. 이와 같이 턴버클을 회전조작하는 것에 의해 제1브레이싱부재(671)와 제2브레이싱부재(672)에 걸리는 장력을 조절할 수 있다.
도 4, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 내진보강부(7)는 제1보강부재(71), 제2보강부재(72), 댐퍼부재(73)가 직렬로 연결된 구조를 가지고, 지지모듈부(6)에 경사지게 설치된다.
제1보강부재(71)는 내진보강부(7)의 상부를 이루는 부분으로, 벽체(2)에 고정된 지지모듈부(6)의 상부, 즉 수평골조(61) 또는 수직골조(63)의 상부와 연결된다. 제2보강부재(72)는 내진보강부(7)의 하부를 이루는 부분으로, 바닥(3)에 고정된 지지모듈부(6)의 하부, 보다 구체적으로는 바닥골조(65)의 단부와 연결된다. 제1보강부재(71)와 제2보강부재(72)로는 형강부재 또는 철재 블럭을 적용할 수 있으며, 브라켓을 이용해 볼팅하거나, 플레이트를 대고 용접하는 등 공지의 연결 방법에 의해 지지모듈부(6)와 연결할 수 있다.
댐퍼부재(73)는 탄성을 가지고 제1보강부재(71)와 제2보강부재(72)의 사이에 설치된다. 댐퍼부재(73)는 제1보강부재(71), 제2보강부재(72)와 직렬 연결된 상태로 제1보강부재(71), 제2보강부재(72)와 함께 벽체(2)와 지지모듈부(6)를 탄성 지지한다. 본 발명의 일실시예에 따른 댐퍼부재(73)는 케이싱(74), 탄성부재(75), 제1부시(76), 제2부시(77)를 포함한다.
케이싱(74)은 내부가 중공되고 양단부에 개방부가 형성된 실린더 형상을 가진다. 탄성부재(75)는 케이싱(74)의 내부에 설치되고, 제1부시(76)와 제2부시(77)의 사이에 위치되어 제1부시(76)와 제2부시(77)를 서로 이격되는 방향으로 탄성지지한다. 탄성부재(75)로는 압축 코일스프링을 적용할 수 있다. 탄성부재(75)의 탄성계수(강성)를 조정하는 것에 의해 내진보강부(7)의 강성을 조정할 수 있다.
제1부시(76)는 제1보강부재(71)와 탄성부재(75)를 매개하는 부재로, 케이싱(74)의 일단부를 관통하여 설치된다. 제1부시(76)의 일측부는 케이싱(74)의 내부에서 탄성부재(75)와 접하고, 타측부는 케이싱(74)의 외부로 연장되어 제1보강부재(71)와 연결된다.
제2부시(77)는 제2보강부재(72)와 탄성부재(75)를 매개하는 부재로, 탄성부재(75)를 사이에 두고 제1부시(76)와 대향되게 설치된다. 제2부시(77)의 일측부는 케이싱(74)의 내부에서 탄성부재(75)와 접하고, 타측부는 케이싱(74)의 외부로 연장되어 제2보강부재(72)와 연결된다. 본 발명의 일실시예에 따른 제1부시(76)와 제2부시(77)는 연장부(761), 스토퍼부(762), 완충부재(765)를 포함한다.
연장부(761)는 제1보강부재(71) 또는 제2보강부재(72)와 연결되는 부분으로, 제1보강부재(71)에서 전달되는 하중을 지지할 수 있는 강성을 가지고 케이싱(74)을 관통하여 설치된다. 연장부(761)는 제1보강부재(71)의 변위에 연동하여 케이싱(74)의 내외측으로 이동된다.
스토퍼부(762)는 연장부(761)의 이동을 제한하기 위한 부분으로, 연장부(761)의 둘레에 돌출되게 형성된다. 스토퍼부(762)는 케이싱(74)에 걸려 연장부(761)의 이동을 구속한다. 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼부(762)는 외부스토퍼부(763)와 내부스토퍼부(764)를 포함한다.
외부스토퍼부(763)는 연장부(761) 중 케이싱(74)의 외부에 위치되는 일측부의 둘레에 돌출되게 형성된다. 내부스토퍼부(764)는 연장부(761) 중 케이싱(74)의 내부에 위치되는 타측부의 둘레에 돌출되게 형성된다. 연장부(761)는 외부스토퍼부(763)에 의해 케이싱(74) 내부로의 이동이 구속되고, 내부스토퍼부(764)에 의해 케이싱(74) 외부로의 이동이 구속된다. 즉 연장부(761)는 외부스토퍼부(763)와 내부스토퍼부(764)간의 이격 간격에 대응되는 거리만큼 케이싱(74)의 내외부로 이동될 수 있다.
완충부재(765)는 외부스토퍼부(763)와 케이싱(74)이 충돌되는 것을 방지하기 위한 부재로, 탄성을 가지는 부재를 포함하여 외부스토퍼부(763)와 케이싱(74)의 사이에 설치된다. 완충부재(765)로는 압축 코일스프링을 적용할 수 있다. 제1부시(76), 제2부시(77)가 탄성부재(75)를 사이에 두고 상호 대칭되게 설치됨에 따라, 완충부재(765)는 케이싱(74)의 양단부에 접하게 된다. 이에 따라 케이싱(74)이 중력에 의해 제2부시(77)측으로 처지는 것을 방지할 수 있고, 제1부시(76)와 제2부시(77)의 이동, 탄성부재(75)의 신축 변형 시에도 케이싱(74)과 제1부시(76)의 간격, 케이싱(74)과 제2부시(77)의 간격이 상호 동일하게 유지될 수 있다.
도 1, 도 4, 도 5에 도시된 본 발명의 일실시예에서 제1부시(76)와 제1보강부재(71), 제2부시(77)와 제2보강부재(72)는 힌지 연결된 구조를 가지나, 제1부시(76) 중 제1보강부재(71)와의 연결부는 제1보강부재(71)에 작용하는 하중을 지지할 수 있으면 충분하고, 제2부시(77) 중 제2보강부재(72)와의 연결부는 탄성부재(75)를 통해 제2부시(77)에 작용하는 하중을 지지할 수 있으면 충분하므로 특정한 구조와 형상으로 한정되지 않는다.
상기와 같은 구성을 가지는 제1보강부재(71), 제2보강부재(72), 댐퍼부재(73)는 지지모듈부(6)와 함께 벽체(2)의 하부의 강성을 다중으로 보강, 지지하게 된다. 벽체(2)의 하부에 벽체(2)의 강성을 초과하는 수평방향 지진하중이 작용 시, 고정된 형상의 골조로 이루어진 지지모듈부(6)가 수평방향 지진하중을 1차적으로 지지하게 된다.
벽체(2)와 지지모듈부(6)의 강성을 초과하는 수평방향 지진하중이 작용 시, 탄성을 가지는 내진보강부(7)가 수평방향 지지하중을 2차적으로 지지하게 된다. 이때 벽체(2)에 고정된 수평골조(61)와 수직골조(63)가 벽체(2)와 함께 일시적으로 기울어짐과 동시에 제1보강부재(71)가 제2보강부재(72)측으로 밀려나게 된다. 제1보강부재(71)와 제2보강부재(72)의 사이에 위치된 댐퍼부재(73)의 탄성부재(75)는 그 길이가 축소되는 탄성 변형을 하면서 제1보강부재(71), 제2보강부재(72)와 함께 벽체(2)를 지지한 상태를 유지하게 된다.
상기와 같은 구성을 가지는 내진보강부(7)에 의하면, 탄성부재(75)의 탄성계수를 조절하는 것에 의해 내진보강부(7)의 강성을 증감 조절할 수 있다. 이에 따라, 탄성을 가지지 않은 일정한 길이의 형강부재를 벽체(2)측으로 기대어 경사지게 설치한 경우와 동일한 강성을 가지도록 조절할 수 있어, 벽체(2)의 하부의 내진 강성을 보강하는 기능을 안정적으로 수행할 수 있다.
또한, 탄성을 가지지 않은 일정한 길이의 형강부재를 벽체(2)측으로 기대어 경사지게 설치한 경우, 벽체(2)의 일시적인 흔들림, 굽힘 변형 발생 시 벽체(2)와 바닥(3)간의 간격이 좁아짐에 따라 영구 변형되어 손상, 파손되는데, 상기와 같은 구성을 가지는 내진보강부(7)에 의하면 탄성부재(75)가 벽체(2)의 변위에 비례하여 탄성 변형될 수 있어, 벽체(2)의 일시적인 흔들림, 굽힘 변형 등으로 인해 바닥(3)측으로 전달되는 충격력을 완화시킬 수 있고, 벽체(2)에 작용하는 하중이 감소되면 탄성부재(75)가 원래 길이로 복원되므로 내진보강부(7)의 영구 변형이 발생되지 않는다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 지하구조물의 내진 보강장치(5)에 의하면, 지지모듈부(6)와 내진보강부(7)에 의해 지진 발생 시 수평하중이 가장 크게 작용하게 되는 벽체(2)의 하부만을 보강하게 된다. 이에 따라, 기존에 내진 보강이 불필요한 벽체(2)의 상부에 보강재를 결합하던 번거로운 과정이 생략되고, 보강재의 소요량을 현저히 줄일 수 있어, 지하구조물 내진 보강작업의 시공성과 경제성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 지하구조물의 내진 보강장치(5)에 의하면, 지지모듈부(6)가 단위골조로 이루어진 유닛을 연속하여 연결한 구조를 가지므로, 벽체(2)에 작용하는 동토압의 크기에 따라 유닛을 추가하여 연결하는 것에 의해 지하구조물의 내진 보강장치(5)의 모듈화를 구현할 수 있다. 이에 따라, 지하구조물 내진 보강을 위한 보강부재의 설계 및 길이에 대한 표준화가 가능하다. 또한, 협소한 지하공간상에 전(全) 보강부재를 개별적으로 이송, 연결할 필요없이, 지하구조물의 외부에서 유닛 형태로 제작한 후 지하층으로 이송하여 내진 보강 시공을 수행할 수 있어, 시공성 및 내진보강 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 지하구조물의 내진 보강장치(5)에 의하면, 내진보강장치(7)가 벽체(2)와 지지모듈부(6)를 지지하는 강성을 가짐과 동시에 벽체(2)의 변위에 연동하여 신축변형되면서 벽체(2)의 변형, 진동을 흡수하는 댐퍼의 기능을 하게 된다. 이에 따라, 지지모듈부(6)와 내진보강장치(7)를 이용해 벽체(2)의 강성을 다중으로 보강할 수 있으면서도, 벽체(2)에 작용하는 하중을 흡수, 완충하여 지하구조물 벽체(2)의 손상을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 지하층 2 : 벽체
3 : 바닥 5 : 내진 보강장치
6 : 지지모듈부 7 : 내진보강부
61 : 수평골조 63 : 수직골조
65 : 바닥골조 67 : 브레이싱
71 : 제1보강부재 72 : 제2보강부재
73 : 댐퍼부재 74 : 케이싱
75 : 탄성부재 76 : 제1부시
77 : 제2부시 671 : 제1브레이싱부재
672 : 제2브레이싱부재 673 : 장력조절부재
761 : 연장부 762 : 스토퍼부
763 : 외부스토퍼부 764 : 내부스토퍼부
765 : 완충부재

Claims (11)

  1. 지하구조물의 지하층 벽체의 하부에 설치되는 지지모듈부; 및
    상기 지지모듈부에 상기 벽체를 지탱하는 방향으로 경사지게 설치되고, 상기 지하층의 바닥에서 상기 지지모듈부가 설치된 일정 높이까지 상기 벽체에 작용하는 수평하중을 지지하는 내진보강부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지모듈부는, 상기 벽체의 상부보다 수평방향 지진하중으로 인한 휨모멘트와 전단력이 크게 작용하는 상기 벽체의 하부에 설치되고,
    상기 내진보강부는, 상기 지지모듈부를 지지하는 것에 의해 상기 벽체의 휨강도와 전단강도를 보강하는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지모듈부는,
    상기 바닥으로부터 일정한 거리를 두고 상기 벽체에 고정되며, 상기 내진보강부의 상부와 연결되는 수평골조;
    상기 바닥과 상기 수평골조의 사이에 설치되고, 상기 수평골조를 지지하는 수직골조; 및
    상기 수직골조의 하부에서 상기 벽체로부터 이격되는 방향으로 연장되고, 상기 바닥에 고정되며, 상기 내진보강부의 하부와 연결되는 바닥골조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수평골조는, 제1길이를 가지는 단위골조를 상호 연결하여 형성되고,
    상기 수직골조는, 제2길이를 가지는 단위골조를 상기 수평골조를 따라 이격되게 배치하여 형성되며,
    상기 바닥골조는, 제3길이를 가지는 단위골조를 상기 수직골조와 직각되게 연결하여 형성되는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단위골조는, 설정된 단위 길이로 절단된 형강부재인 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 지지모듈부는,
    상기 수직골조의 사이에 설치되는 브레이싱;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 브레이싱은,
    일단부가 상기 수평골조에 연결되고, 타단부가 경사지게 하향 연장되면서 상기 수직골조의 하부에 연결되는 제1브레이싱부재;
    상기 제1브레이싱부재와 교차되게 설치되는 제2브레이싱부재; 및
    상기 제1브레이싱부재와 상기 제2브레이싱부재를 당기는 것에 의해 상기 제1브레이싱부재와 상기 제2브레이싱부재에 걸리는 장력을 조절하는 장력조절부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내진보강부는,
    상기 벽체에 고정된 상기 지지모듈부의 상부와 연결되는 제1보강부재;
    상기 바닥에 고정된 상기 지지모듈부의 하부와 연결되는 제2보강부재; 및
    탄성을 가지고 상기 제1보강부재와 상기 제2보강부재의 사이에 설치되며, 상기 제1보강부재 상기 제2보강부재와 함께 상기 벽체를 지지하는 댐퍼부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 댐퍼부재는,
    실린더 형상의 케이싱;
    상기 케이싱의 내부에 설치되는 탄성부재;
    일측부가 상기 탄성부재와 접하며, 타측부가 상기 케이싱의 외부로 연장되고 상기 제1보강부재와 연결되는 제1부시; 및
    상기 탄성부재를 사이에 두고 상기 제1부시와 대향되게 설치되고, 상기 제2보강부재와 연결되는 제2부시;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1부시 또는 상기 제2부시는,
    상기 케이싱을 관통하여 설치되는 연장부;
    상기 연장부의 둘레에 돌출되게 형성되고, 상기 케이싱에 걸려 상기 연장부의 이동을 구속하는 스토퍼부; 및
    상기 스토퍼부와 상기 케이싱의 사이에 설치되는 완충부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스토퍼부는,
    상기 연장부 중 상기 케이싱의 외부에 위치되는 일측부의 둘레에 돌출되게 형성되는 외부스토퍼부; 및
    상기 연장부 중 상기 케이싱의 내부에 위치되는 타측부의 둘레에 돌출되게 형성되는 내부스토퍼부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 내진 보강장치.
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