KR20160120119A - 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평 이동에 따른 횡변위 제어가 뛰어나고 동시에 수직 변위 제어와 수직 하중지지 성능이 향상되고, 구조가 간단하여 제작비가 저렴하며 시공 전문이 필요 없으면서 지진 저감 성능이 확보될 수 있는 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 일정한 두께와 면적을 갖는 판상형의 하부판과; 일정한 두께와 면적을 갖고 상기 하부판의 상방에 수평 배치되어 상호 마주하는 판상형의 상부판과; 상기 하부판과 상부판의 사이에 배치되어 횡변위를 제어하는 고감쇠 고무; 및 상기 하부판과 상부판의 사이에 배치되어 수직변위를 제어하고 상부판에 작용하는 수직하중을 지지하는 압축스프링을 포함하고; 상기 압축스프링은 고감쇠 고무의 중심축 상에 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈{Vibration isolation module for earthquake reduction having lateral drift and vertical displacement control and normal load supporting performance}

본 발명은 예로, 전기통신설비 등을 지진 피해로부터 예방하기 위한 면진 모듈에 관한 것으로, 특히 수평 이동에 따른 횡변위 제어가 뛰어나고 동시에 수직 변위 제어와 수직 하중지지 성능이 향상되고, 구조가 간단하여 제작비가 저렴하며 시공 전문이 필요 없으면서 지진 저감 성능이 확보될 수 있는 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 건물 전체를 면진화하는 것은 건물 전체의 내진성능을 확보할 수 있는 최상의 수단이지만, 건물내에 소규모 전기통신설비를 보호하기 위해서 적용하기에는 경제성이 낮은 문제점이 있다. 따라서 건물전체를 면진화 할 필요성이 없이 일부층 또는 제한된 공간에 설치되는 중요한 전기설비 및 통신시설은 면진 장치(면진베이스)를 적용하고 있다.

면진 장치는 지진하중 작용시 부드럽게 수평이동을 함으로서 상부 구조물에 전달되는 지진하중을 감소시키는 역할을 하며, 건축물에 사용되는 면진장치와 유사한 메카니즘을 가진다.

현재 국내외에서 생산되고 있는 면진 장치는 상당히 고가의 제품으로 사용자의 입장에서 실제 적용 시 제품비용이 문제가 되고 있다. 면진 장치의 성능은 지진 발생시 상부의 전기통신설비의 정상 작동 및 전도를 방지하는 목적으로 채용되는데 이러한 면진 성능을 맞추기 위해 정밀기계에 사용되는 저마찰 베어링 제품과 제작공정이 고가인 제품이 적용되고 있는 실정이다.

최근 전기통신설비 및 정보데이터의 중요성과 한반도 인근에서 지속적으로 증가되고 있는 지진재해의 위험을 고려하여 면진 장치의 수요가 점차 확대되고 있는 시점으로 공공 및 민간의 적용활성화를 위해서는 요구되는 성능을 만족하는 저비용 제품의 개발이 시급한 실정이다.

최근 한반도 주변국인 일본, 대만 및 중국 등에서 발생한 대규모 지진에 대하여 전기, 통신설비, 전자설비 등에 큰 피해가 발생되었으며, 국내의 경우도 2007년 규모 4.8 정도의 오대산 지진이 발생하였고, 지진활동이 점진적으로 증가하는 추세에 있다.

산업화가 가속되고 발전될수록 전자 및 통신과 관련한 진동에 민감한 장치가 개발되어 사용되고 있고, 전자 및 통신관련 장비 손상 시 이로 인한 경제적인 손실 및 사회적 피해가 막대하다. 따라서 주요 전자, 정보, 통신설비 및 고가의 문화재, 전시품, 의료장비 등에 대한 지진피해 방지를 위한 개발의 필요성이 증대되고 있다.

현재 개발되어 상용화된 제품의 경우 고가의 제품으로 지진에 대비하기 위해 초기 투자비가 막대하게 발생하는 문제가 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 공개특허 공개번호 제10-2005-0121151호로서, 중간베이스를 중심으로 상부베이스와 하부베이스가 서로 대응되게 적층되어지는 3단 적층구조로 형성되고, 그 적층 결합단면에는 지진의 발생 방향에 따라 상, 하층의 베이스가 X, Y축으로 서로 교차되게 슬라이드 되도록 유동시키기 위한 회동체가 수납토록 구성된 면진장치가 제안되어 있다.

그러나 상기 배경기술은 3단 적층 구조를 갖아 전체 높이가 높아지고, 감쇠 및 복귀 수단이 없어 지진 하중에 대응하기 어려운 문제가 있다.

본 발명의 배경이 되는 다른 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1069079호로서, 상부가이드레일이 구비된 상부플레이트와; 상기 상부가이드레일과 직교되도록 설치되는 하부가이드레일이 구비된 하부플레이트와; 상기 상부가이드레일을 따라 슬라이딩 이동되는 상부이동블록과; 상기 상부이동블록에 결합되며 상기 하부가이드레일)을 따라 슬라이딩 이동되는 하부이동블록과; 상기 상, 하부플레이트중 선택된 어느 하나에 설치되며, 오목홈이 형성된 베이스플레이트와; 상기 오목홈과 마주하여 설치되는 탄지부재 및; 상기 탄지부재에 탄지되도록 설치되며, 상기 오목홈과 밀착되는 볼부재를 포함하는 가이드레일을 이용한 면진장치가 제안되어 있다.

이는 지지판에 형성된 만곡지게 경사진 오목홈과 이 오목홈에 밀착되는 볼부재가 상부플레이트의 이동에 따라 x, y축으로 자유롭게 이동된 후, 오목홈의 경사를 따라 볼부재가 원위치로 정확하게 복귀되므로 상부플레이트의 위치가 정확하게 유지된다.

그러나 상기 배경기술로는 지진 하중이 발생될 경우 수평 변위에 따른 에너지를 감쇠시킬 수 없는 문제가 있다.

한국 등록특허 등록번호 제10-0761906호 한국 공개특허 공개번호 제10-2009-0067515호

본 발명은 수평 이동에 따른 횡변위 제어가 뛰어나고 동시에 수직 변위 제어와 수직 하중지지 성능이 향상되고, 구조가 간단하여 제작비가 저렴하며 시공 전문이 필요 없으면서 지진 저감 성능이 확보될 수 있는 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면,

일정한 두께와 면적을 갖는 판상형의 하부판과;

일정한 두께와 면적을 갖고 상기 하부판의 상방에 수평 배치되어 상호 마주하는 판상형의 상부판과;

상기 하부판과 상부판의 사이에 배치되어 횡변위를 제어하는 고감쇠 고무; 및

상기 하부판과 상부판의 사이에 배치되어 수직변위를 제어하고 상부판에 작용하는 수직하중을 지지하는 압축스프링을 포함하고;

상기 압축스프링은 고감쇠 고무의 중심축 상에 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축스프링은 고감쇠 고무의 가황 제작시 내부에 인서트 된 상태에서 설치되어 고감쇠 고무와 일체화 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고감쇠 고무는 원통형으로 중앙에 중공이 형성되고, 압축스프링은 중공의 내부에 삽입된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 수직 하중의 지지력을 높이기 위해 고감쇠 고무의 외측 둘레로 복수개의 제2압축스프링이 추가적으로 배치되어 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈에 따르면, 작동원리 및 구조가 간단하여 제작 비용이 저렴하고 시공 전문가가 불필요한 이점을 갖는다.

또한, 지진하중의 유입시 고감쇠 고무에 의해 탄성변형 복귀로 수평 방향의 제진을 수행할 수 있고, 수직 방향으로는 압축스프링에 의해 수직 방향으로 제진을 수행할 수 있어 각종 통신 전자설비나 그 밖의 안전설비나 물품의 지진 피해를 최소화할 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 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈의 분해사시도.
도 2는 도 1의 조립된 사시도.
도 3은 도 2의 정단면도.
도 4는 도 1의 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈을 적용한 제진시스템의 구성도.
도 5는 도 4의 A-A선 단면도.
도 6은 도 4의 분해사시도.
도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예의 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈의 조립단면도.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈의 사시도.
도 9는 도 8의 정단면도.
도 10은 도 9의 B-B선 단면도.

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.

본 발명에 따른 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈(10)은 도 1 내지 도 3과 같이 하부판(12), 상부판(14), 압축스프링(18) 및 고감쇠 고무(16)로 구성되어 있다.

하부판(12)은 일정한 두께와 면적을 갖는 판상형으로 원형 또는 사각형으로 제작된다. 하부판(12)은 횡변위와 수직 변위 제어 및 수직 하중지지 성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈(10)이 시공되는 현장에 정착시키기 위해 다수개의 고정 구멍(12a)을 갖는다. 고정구멍(12a)에는 볼트 등의 체결수단이 삽입 설치된다.

상부판(14)은 하부판(12)의 상방에 수평 배치되어 있다. 따라서 상부판(14)과 하부판(12)은 서로 마주 보고 있는 상태로 설치된다. 상부판(14)은 하부판(12)과 동일한 두께와 형상을 가지고 설치될 수 있다. 상부판(14)은 횡변위와 수직 변위 제어 및 수직 하중지지 성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈(10)의 제진 대상이 되는 설비측에 볼트로 고정시키기 위해 다수개의 볼트 삽입공(14a)을 갖는다.

고감쇠 고무(16)는 하부판(12)과 상부판(14)의 사이에 배치되어 있다. 고감쇠 고무(16)는 하부판(12) 또는 상부판(14) 보다 작은 단면적을 갖는 것으로 원형 또는 원통형으로 구성된다. 고감쇠 고무(16)는 고무의 고감쇠 특성으로 제진시 횡변위(수평방향)에 탄성 거동을 하면서 진동에너지를 흡수한다. 고감쇠 고무(16)는 하부판(12)과 상부판(14)에 접착제를 통해 고정된다. 또는 고감쇠 고무(16)는 내부에 인서트(17)를 매설하여 볼트(19)를 통해 하부판(12)과 상부판(14)에 고정될 수 있다.

압축스프링(18)은 하부판(12)과 상부판(14)의 사이에 배치되어 있다. 본 실시 예에서 압축스프링(18)은 고감쇠 고무(16)의 중심축(Z) 상에 설치되어 있다. 따라서 압축스프링(18)은 별도의 고정수단이 없이도 설치가 되는 이점을 갖게 된다. 압축스프링(18)은 수직 변위를 제어하고 상부판(14)에 작용하는 수직 하중을 지지한다. 따라서 압축스프링(18)은 제진시 수직 하중에 대해 Z축 방향으로 탄성거동을 하면서 수직 방향의 진동에너지를 흡수한다.

한편, 압축스프링(18)은 2가지 방법으로 설치될 수 있다.

제 1방법은 도 7과 같이 고감쇠 고무(16)의 가황 제작시 압축스프링(18)이 일체로 설치되는 것이다. 이는 압축스프링(18)을 몰드에 투입한 후 고감쇠 고무(16)의 가황 제작 후 압축스프링(18)이 고감쇠 고무(16)와 일체로 제작되는 것이다. 따라서 압축스프링(18)은 표면에 고감쇠 고무(16)가 부착된 상태로 설치된다.

제 2방법은 도 3과 같이 고감쇠 고무(16)를 중앙에 중공(16a)이 형성되도록 원통형으로 제작한 후 압축스프링(18)을 중공(16a)의 내부에 삽입시키는 방법이다. 즉, 원통형으로 제작된 고감쇠 고무(16)의 내부 중공(16a)에 압축스프링(18)이 삽입 설치된 것이다. 따라서 압축스프링(18)은 고감쇠 고무(16)의 중심축(Z) 상에 배치된다.

이와 같이 구성된 횡변위와 수직 변위 제어 및 수직 하중지지 성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈(10)은 현장에 도 4 및 도 5와 같이 시공될 수 있다.

즉, 배전반 하부프레임(200)과 기초하부 프레임(202)의 사이에 4개의 횡변위와 수직 변위 제어 및 수직 하중지지 성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈(10)을 설치하여 면진시스템을 구현할 수 있다. 이때 4개의 횡변위와 수직 변위 제어 및 수직 하중지지 성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈(10)은 배전반 하부프레임(200)과 기초하부 프레임(202)의 사이의 모서리부에 위치된다. 횡변위와 수직 변위 제어 및 수직 하중지지 성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈(10)의 상부판(14)는 볼트 접합을 통해 배전반 하부프레임(200)의 바닥면에 고정되고, 하부판(12)은 기초하부 프레임(202)의 상면에 용접을 통해 접합될 수 있다. 여기서, 배전반 하부프레임(200)은 통신장비(5)만 탑재되는 것이 아니라 기타 안전 물품(전시품, 문화재, 의료장비 등등)이 탑재되는 구조물이 될 수 있다.

이 상태에서 외부로부터 진동 하중이 유입되면, 각각의 횡변위와 수직 변위 제어 및 수직 하중지지 성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈(10)에서 고감쇠 고무(16)는 수평적으로 탄성거동을 하면서 횡변위의 진동에너지를 흡수한다.

또한, 압축스프링(18)은 탑재된 통신장비(5)의 수직 하중을 지지함과 동시에 수직적으로 탄성 거동을 하면서 수직 변위를 제어하여 진동에너지를 흡수한다.

이같이 본 발명의 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈(10)은 지진이나 풍하중으로 건물에 진동이 유입되더라도 배전반 하부프레임(200)에 탑재된 고하중의 통신설비나 기타 탑재된 물품은 파손이 방지되거나 최소화된다.

한편, 본 발명의 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈(10)의 변형예로서, 수직 하중의 지지력을 높이기 위해 도 8 내지 도 10과 같이 고감쇠 고무(16)의 외측 둘레로 제2압축스프링(20)이 추가적으로 더 구성할 수 있다. 이때 제2압축스프링(20)은 압축스프링(18)보다 탄성계수가 작다.

제2압축스프링(20)은 양단부를 하부판(12)과 상부판(14)에 용접으로 접합시켜 고정하거나 단순히 하부판(12)과 상부판(14)의 대향면에 각기 홈을 형성시킨 후 양측의 홈 사이에 끼워넣어서 설치될 수 있다.

지금까지 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.

12: 하부판
14: 상부판
16: 고감쇠 고무
16a: 중공
18: 압축스프링
20: 제2압축스프링

Claims (4)

1. 일정한 두께와 면적을 갖는 판상형의 하부판(12)과;
   일정한 두께와 면적을 갖고 상기 하부판(12)의 상방에 수평 배치되어 상호 마주하는 판상형의 상부판(14)과;
   상기 하부판(12)과 상부판(14)의 사이에 배치되어 횡변위를 제어하는 고감쇠 고무(16); 및
   상기 하부판(12)과 상부판(14)의 사이에 배치되어 수직변위를 제어하고 상부판(14)에 작용하는 수직하중을 지지하는 압축스프링(18)을 포함하고;
   상기 압축스프링(18)은 고감쇠 고무(16)의 중심축(Z) 상에 배치된 것을 특징으로 하는 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈.
2. 제 1항에 있어서,
   압축스프링(18)은 고감쇠 고무(16)의 가황 제작시 내부에 인서트 된 상태에서 설치되어 고감쇠 고무(16)와 일체화된 것을 특징으로 하는 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 고감쇠 고무(16)는 원통형으로 중앙에 중공(16a)이 형성되고, 압축스프링(18)은 중공(16a)의 내부에 삽입된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈.
4. 제 1항에 있어서,
   수직하중의 지지력을 높이기 위해 고감쇠 고무(16)의 외측 둘레로 복수개의 제2압축스프링(20)이 추가적으로 배치되어 구성된 것을 특징으로 하는 횡변위와 수직변위 제어 및 수직하중 지지 성능을 갖는 지진저감용 면진 모듈.

Images