KR20180051344A - 지진응답 감쇠기능을 갖는 자재 및 이를 이용한 건물의 기초 구조물 - Google Patents

Abstract

지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물이 개시된다. 본 발명에 의한 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물은, 지면에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하거나, 지면에 터파기를 하여 형성된 공간에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 바닥과 측벽들에 의해 상향으로만 개구된 시공 공간을 갖는 콘크리트 기초; 지면으로부터 상기 콘크리트 기초를 통하여 전달되는 지진의 하중을 흡수하도록 파쇄석, 자갈 및 화산석 중에서 선택된 어느 하나 이상의 석재로 이루어져 상기 시공 공간에 공극을 형성하면서 소정의 높이로 채워지는 진동흡수층; 및 상기 진동흡수층의 상면에 격자 형태로 조립되는 하부 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 지진에 의해 지면으로부터 전달되는 하중이 진동흡수층에 의해 효율적으로 감쇠될 수 있고, 건물의 기초를 이루는 구조물을 신속하고 용이하게 조립할 수 있고, 지진 발생시 하부 구조물이 진동흡수층를 파고 들어가지 않게 되므로, 걸물의 기울어짐이 발지될 수 있고, 하부 구조물의 외측면이나 측벽의 내측면에는 수평변위 완충수단이 구비됨으로써 지진 발생으로 인한 건물의 수평 이동시 발생되는 충격을 완충하거나 흡수하여 충격으로 인한 파손 등을 최소화할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

Description

지진응답 감쇠기능을 갖는 자재 및 이를 이용한 건물의 기초 구조물{MATERIALS WITH EARTHQUAKE RESPONSE ATTENUATION FUNCTION AND FOUNDATION STRUCTURE OF BUILDING USING THEREOF}

본 발명은 지진응답 감쇠기능을 갖는 자재 및 이를 이용한 건물의 기초 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 건물의 기초 구조물을 지면에 유동 가능하게 간접적으로 설치하고, 상면에는 건물의 구조물과 연결되기 위한 다수개의 연결부재가 구비되고, 저면에는 다수개의 진동흡수층가 구비되어 서로 조립식으로 결합되도록 구성함으로써 지진에 의한 진동이나 충격이 건물에 전달되는 것을 최소화할 수 있고, 건물의 기초 구조물을 신속하고 용이하게 시공할 수 있는 지진응답 감쇠기능을 갖는 자재 및 이를 이용한 건물의 기초 구조물에 관한 것이다.

지진은 지구 내부의 에너지 분출 및 이로 인한 지각변동으로 발생되는 힘이 지표면에 전달되어 지표면이 흔들리거나 균열이 발생되는 현상을 말한다.

최근에는 이러한 지진으로 건물이 흔들리고 붕괴되어 인명사고가 발생된다.

이와 같이 지진이 발생하였을 때 지표면의 하중(수직방향 흔들림 및 수평 방향 흔들림)이 건물에 직접 전달되지 않고 감쇠된 상태로 전달되도록 하기 위한 다양한 수단들이 공개되어 있다.

종래기술로서, 대한민국등록특허 제10-1355249호(공고일 : 2014.01.27)에는 지진에 대비하여 건물을 보호하는 면진 시스템이 개시되어 있다. 이러한 면진 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 지면플레이트(20)와 연동프레이트(40) 및 상부플레이트(10)로 형성하고, 상기 플레이트(10,20)의 사이에 별도의 연동매개부(30)를 끼워 넣은 2단 방식의 충격 완화방식을 갖는 것으로, 전방향으로 발생될 수 있는 지진파의 영향을 용이하게 흡수하고 복원할 수 있도록 한 것이다.

다른 종래기술로서, 대한민국등록특허 제10-0456286호(공고일 : 2004.11.09)에는 건물용 면진장치가 개시되어 있다. 이 면진장치는, 상부구조물과, 상기 상부구조물을 지지하는 하부구조물과, 상기 상부구조물 및 상기 하부구조물 사이에 면진장치가 구비된 것으로, 면진장치는 복수의 베어링과, 각 베어링 내에 상부구조물의 하중방향을 따라 마련되는 스프링부재와, 상부구조물이 수평방향으로 소정 거리 이동하는 것은 허용하면서도 상부구조물이 하부구조물로부터 이탈되는 것을 방지하는 클램프부재로 이루어진 것이다.

이와 같은 면진장치들에 의하면 지면으로부터 전달되는 하중을 면진할 수는 었으나, 구조가 복잡하고 지면으로부터 전달되는 하중의 감쇠 성능이 낮은 문제점이 있었다.

. 대한민국등록특허 제10-1355249호(공고일 : 2014.01.27) . 대한민국등록특허 제10-0456286호(공고일 : 2004.11.09)

본 발명의 목적은, 지진에 의해 지면으로부터 전달되는 진동이나 충격 등을 효율적으로 감쇠할 수 있는 지진응답 감쇠기능을 갖는 자재를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 지진응답 감쇠기능을 갖는 자재를 이용하여 건물의 기초를 이루는 구조물을 신속하고 용이하게 조립할 수 있는 수단을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 건물의 기초 구조물로 사용되는 자재로서, 금속이나 비철금속을 용융시켜 주조한 주물, 'H'형 또는 'I'형 구조의 빔, 금속 또는 비철금속으로 된 다각형의 파이프, 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여서 된 콘크리트 블럭 또는 다각형의 목재로 된 자재 중에서 선택된 어느 하나 이상의 자재로 이루어지고, 상기 자재의 상면에는, 건물의 구조물과 연결되기 위한 연결부재들이 다수개 결합되고, 저면에는, 지면 또는 파쇄석, 자갈, 화산석, 흙, 모래 중에서 선택된 어느 하나 이상의 재료로 이루어져 시공 공간에 공극을 형성하면서 소정의 높이로 채워지는 진동흡수층에 삽입되어 상기 자재의 지지력을 높이고 지면이나 상기 진동흡수층으로부터의 진동 또는 충격을 분산하기 위한 진동 분산부재들이 다수개 결합되는 것을 특징으로 하는 지진응답 감쇠기능을 갖는 자재에 의해 달성된다.

상기 자재는, 'H'빔 또는 'I'빔 구조로 이루어진 경우에, 가로부재들과 세로부재들로 이루어지고, 상기 가로부재들과 세로부재는 서로 맞대기 용접 또는 연결판에 의해 볼팅되어 결합되며, 속이 채워진 주물, 목재, 콘크리트 블럭인 경우에, 가로부재들과 세로부재들로 이루어지고, 상기 가로부재와 세로부재는 연결판들과 체결수단에 의해 서로 연결되어 결합되거나, 상기 가로부재에는 결합홈이 각각 형성되고, 상기 세로부재에는 상기 결합홈에 끼움 결합되기 위한 결합부가 형성되며, 상기 결합부가 상기 결합홈에 끼워진 상태에서 상기 체결볼트가 상기 결합홈과 결합부를 관통하여 체결될 수 있다.

상기 가로부재과 세로부재가 끼움 결합되는 경우에, 상기 가로부재의 중간부 사이에 배치되는 세로부재는 양단에 끼움 결합단이 형성된 끼움 결합부재에 의해 상기 가로부재와 연결되어 결합되되, 상기 가로부재의 중간부에는, 상기 끼움 결합단이 끼워져 걸리도록 입구는 좁고 내부는 넓도록 서로 마주보는 방향으로 개구되는 제1 수직 결합공이 각각 형성되고, 상기 세로부재의 양쪽 단부에는 상기 제1 수직 결합공과 같은 형상의 제2 수직 결합공이 각각 형성된 상태에서, 상기 끼움 결합부재의 각 끼움 결합단이 상기 제1 수직 결합공과 제2 수직 결합공에 끼움 결함되어 상기 가로부재의 중간부가 상기 세로부재에 의해 서로 연결되어 결합될 수 있다.

상기 연결부재들은, 10 - 50cm의 길이를 갖는 철근으로 이루어지고, 상기 자재의 상면에 수직상태로 결합되고, 상기 진동 분산부재는, 10 - 60cm의 길이를 원형 또는 다각형의 막대형으로 이루어지거나, 소정의 두게를 갖즌 판재형으로 이루어질 수 있다.

상기 진동 분산부재가 판재형으로 이루어지는 경우에는, 각각의 상기 진동 분산부재는 서로 다른 방향으로 배치되어 결합되거나, '＋'형으로 일체화되어 결합될 수 있다.

상기 자재의 저면에는, 상기 자재의 일부가 상기 진동흡수층을 파고 들어가지 않도록 하여 건물이 기울어지지 않고 수평상태를 유지하도록 상기 자재의 저면 면적을 확장하기 위한 면적 확장판이 구비되고, 상기 면적 확장판은, 상기 자재가 수평 이동하는 경우에 상기 면적 확장판의 단부가 상기 충격흡수층을 파고 들어가지 않도록 굴곡부가 상향으로 만곡지게 형성될 수 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 지면에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하거나, 지면에 터파기를 하여 형성된 공간에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 형성된 바닥과 측벽들에 의해 상향으로만 개구된 시공 공간을 갖는 콘크리트 기초; 지면으로부터 상기 콘크리트 기초를 통하여 전달되는 지진에 의한 충격 및 진동을 흡수하도록 파쇄석, 자갈, 화산석, 흙, 모래 중에서 선택된 어느 하나 이상의 골재로 이루어져 상기 시공 공간에 공극을 형성하면서 소정의 높이로 채워지는 진동흡수층; 및 상기 진동흡수층의 상면에 격자 형태로 조립되는 상기 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 지진응답 감쇠기능을 구비하고 서로 조립되는 다수의 자재들로 이루어지는 하부 구조물을 포함하고, 상기 하부 구조물은, 상기 자재의 저면에 구비되어 상기 충격흡수층에 삽입되는 다수개의 상기 진동 분산부재들에 의해 상기 자재의 지지력이 높아지고 지면으로부터 전달되는 진동 또는 충격이 분산되는 것을 특징으로 하는 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물에 의해 달성된다.

상기 측벽의 내측면 또는 상기 하부 구조물의 외측면에는, 상기 하부 구조물이 수평으로 이동하여 상기 측벽을 충격하는 경우에 발생되는 충격을 완충하기 위한 수평변위 완충수단이 마련될 수 있다.

상기 수평변위 완충수단은, 일단이 상기 측벽 또는 상기 하부 구조물의 외측면에 결합되고, 내부에는 충격흡수체 또는 충격완충체의 일단이 결합되는 내부 수용부재; 및 상기 충격흡수체 또는 충격완충체의 타단이 내부에 결합되고, 충격 발생시 상기 내부 수용부재 쪽으로 이동하면서 충격을 흡수하거나 완충하기 위한 외부 수용부재를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 자재의 상면에 연결부재가 각각 구비되므로 건물 구조물을 하부 구조물과 연결할 경우에 연결 작업이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있고, 자재의 저면에 진동흡수층에 삽입되어 진동을 포함한 충격을 분산하기 위한 다수개의 진동 분산부재가 등간격을 유지하여 수직으로 결합됨으로써, 지면으로부터 전달되는 진동이나 충격이 분산될 수 있을 뿐만 아니라, 하부 구조물의 지지력이 보다 향상될 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

또한, 지진에 의해 지면으로부터 전달되는 하중이 공극을 갖는 진동흡수층에 의해 효율적으로 감쇠될 수 있고, 건물의 기초를 이루는 구조물을 신속하고 용이하게 조립할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

또한, 다른 실시예에 의하면, 지진 발생시 하부 구조물이 진동흡수층를 파고 들어가지 않게 되므로, 걸물의 기울어짐이 발지될 수 있고, 하부 구조물의 외측면이나 측벽의 내측면에는 수평변위 완충수단이 구비됨으로써 지진 발생으로 인한 건물의 수평 이동시 발생되는 충격을 완충하거나 흡수하여 충격으로 인한 파손 등을 최소화할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 의한 면진 시스템을 도시한 개략적 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지진응답 감쇠기능을 갖는 자재를 도시한 사시도이다.
도 3의 (a)는 도 2에 도시된 자재에 의해 시공된 기초 구조물의 시공 상태를 도시한 개략적 단면도이고, (b)는 다른 실시예에 따른 연결부재를 도시한 일부확대 단면도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 도 2에 도시된 진동 분산부재의 다른 실시예를 도시한 개략적 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물의 설치상태를 도시한 평면도이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 A-A선 및 B-B선 단면도이다.
도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 자재의 상면에 바닥판이 설치된 상태를 도시한 개략적 사시도이다.
도 10은 도 2에 도시된 기초 구조물의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물에 수평변위 완충수단이 마련된 상태를 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

첨부된 도면 중에서, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 지진응답 감쇠기능을 갖는 자재(410)는, 건물의 기초 구조물로 사용되는 것으로서, 금속이나 비철금속을 용융시켜 주조한 주물, 'H'형 또는 'I'형 구조의 빔, 금속 또는 비철금속으로 된 다각형의 파이프, 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여서 된 콘크리트 블럭 또는 다각형의 목재로 이루어진다. 물론, 재질이 서로 다른 각각의 자재(410)가 서로 조합되어 이루어질 수도 있다.

본 실시예에서는 자재(410)가 'H'빔 형태로 이루어진 것을 기준으로 설명하나, 이에 국한 되는 것은 아니고, 도 5에 도시된 바와 같이 콘트리트 블럭 형태로 이루어질 수도 있다. 콘크리트 블럭 형태에 대한 실시예를 추후 설명하기로 한다.

이러한 자재(410)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상면에는, 건물의 구조물과 연결되기 위한 연결부재(470)들이 다수개 결합되고, 저면에는, 지면 또는 파쇄석, 자갈, 화산석, 흙, 모래 중에서 선택된 어느 하나 이상의 재료로 이루어져 시공 공간(230)에 공극(330)을 형성하면서 소정의 높이로 채워지는 진동흡수층(300)에 삽입되어 자재(410)의 지지력을 높이고 지면이나 진동흡수층(300)으로부터의 진동 또는 충격을 분산하기 위한 진동 분산부재(800)들이 다수개 결합되는 것이다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 자재(410)의 상면에는, 건물의 구조물과 연결되기 위한 연결부재(470)들이 다수개 결합되고, 저면에는, 진동흡수층(300)에 삽입되어 자재(410)의 지지력을 높이고 지면으로부터 전달되는 진동 또는 충격을 분산하기 위한 진동 분산부재(800)들이 다수개 결합된다.

연결부재(470)들은, 10 - 50cm의 길이를 갖는 철근으로 이루어지고, 자재(410)의 상면에 수직상태로 용접되어 결합된다. 이러한 연결부재(470)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상면의 중앙을 기준으로 한쪽으로 치우쳐 2줄로 직립하여 결합된다. 이와 같이 각 연결부재(470)들을 자재(410)의 상면 한 쪽으로 치우치게 결합하는 것은, 건물 구조물의 바닥을 이루는 바닥판(700)이 안착되어 고정되기 위한 공간(412)을 확보하기 위한 것이다. 물론, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 자재(410)의 상면에 바닥판(700)이 설치되고, 각 연결부재(470)가 바닥판(700)을 관통하여 자재(410)의 상면에 결합될 수도 있고, 연결부재(470)가 설치된 상태에서 연결부재(470)가 통과되기 위한 관통공을 갖는 바닥판(700)을 자재(410)의 상면에 설치할 수도 있다. 또한, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 바받판(700)이 공간(412)에 안착되어 설치될 수도 있다.

한편, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 각각의 연결부재(470)는, 자재(410,410A,410B)에 형성되는 연결부재 관통공(410D)을 통과한 후 그 중간부와 하단부가 각각 자재(410,410A,410B)에 용접되어 결합될 수 있다. 이러한 구조에 의해 연결부재(4701)와 자재(410,410A,410B)의 결합력이 현저하게 향상될 수 있다.

진동 분산부재(800)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 10 - 60cm의 길이를 원형 또는 다각형의 막대형으로 이루어지거나, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 소정의 두게를 갖즌 판재형으로 이루어질 수도 있다. 이러한 진동 분산부재(800)는 조립식 구조물, 즉 자재(410)의 저면에 길이방향을 따라 2-4줄로 연이어 설치된다.(물론 1줄로 설치될 수도 있음) 이때, 각 진동 분산부재(800)는 자재(410)에 형성되는 관통공으로 끼워진 후 상단부가 조립식 구조물(410)에 용접되어 결합된다. 물론, 관통공에 나사공을 형성하고 상단부에 나사산을 형성하여 서로 나사체결구조 결합될 수도 있다.

또한, 진동 분산부재(800)를 자재(410)에 결합하는 다른 방법으로, 자재(410)에 관통공을 형성한 후, 자재(410)를 충격흡수층(300)의 상면에 안착시켜 서로 조립한 후, 관통공을 통하여 각각의 진동 분산부재(800)를 삽입한 후 망치로 가격하여 충격흡수층(300)에 박는다. 이때 진동 분산부재(800)가 충격흡수층(300)에 박히면 진동 분산부재(800)의 머리부를 자재(410)에 용접하여 고정할 있다. 이와 같이 관통공을 구비한 자재(410)를 먼저 배치 및 조립 결합하여 설치위치가 고정된 후에 진동 분산부재(800)를 관통공으로 박아 충격흡수층(300)에 고정하는 것은 자재(410)의 시공이 원활하게 이루어지도록 하기 위한 것이다. 즉, 진동 분산부재(800)가 저면에 구비된 자재(410)는 시공시 위치 변경이 어렵기 때문에, 자재(410)를 먼저 시공한 후 최종적으로 진동 분산부재(800)를 관통공으로 박아 고정하는 것이다.

한편, 진동 분산부재(800)가 판재형으로 이루어지는 경우에는, 각각의 진동 분산부재(800)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 서로 다른 방향으로 배치되어 결합되거나, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, '＋'형으로 일체화되어 결합될 수 있다.

특히, 진동 분산부재(800)가 판재형으로 이루어진 경우에, 진동흡수층(300)과 접촉되는 진동 분산부재(800)의 면적이 넓어지게 되므로 자재(410)의 지지력(지면으로부터 진동이 전달될 때 하부 구조체가 과도하게 이동하는 것을 억제하는 힘)이 현저하게 향상될 뿐만 아니라, 지면으로부터 전달되는 지진의 충격을 분산시키는 성능이 향상될 수 있다.

이와 같이, 하부 구조물(400)의 자재(410) 상면에 연결부재(470)가 각각 구비되므로, 건물의 구조물과의 연결이 용이하고 견고하게 이루어질 수 있고, 저면에는 진동 흡수부재(800)가 구비됨으로써, 자재(410)의 지지력이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 지면으로부터 전달되는 지진에 의한 충격이나 진동 등이 다수개의 진동 흡수부재(800)들에 의해 분산될 수 있게 된다. 특히, 지면으로부터 전달되는 충격은 충격흡수부재(300)에 의해 1차적으로 흡수된 후 자재(410)의 저면 및 다수개의 진동 흡수부재(800)들을 통하여 분산됨으로써, 지진에 따른 충격이 하부 구조물(400)에 시공된 건물로 전달되는 현상이 최소화될 수 있게 되는 것이다.

한편, 첨부된 도면 중에서, 도 10은 본 발명의 자재(410)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 즉 도 10에 도시된 바와 같이, 자재(410)의 저면에, 자재(410)의 일부가 진동 발생시 진동흡수층(300)를 파고 들어가지 않도록 하기 위한 면적 확장판(490)이 구비된 것을 제외하고는 전술한 실시예와 같다. 이때, 면적 확장판(490)은, 하부 구조물(400)이 수평 이동하는 경우에 면적 확장판(490)의 단부가 충격흡수층(300)를 파고 들어가지 않도록 굴곡부(492)가 상향으로 만곡지게 형성되는 것이다.

이와 같이 자재(410)의 저면에 면적 확장판(490)이 구비됨으로써, 하부 구조물(400)을 이루는 자재(410), 즉 세로 구조물체(420)이나 세로 구조물체(440)의 저면이 진동흡수층(300)를 파고 들어가는 현상이 방지될 수 있게 된다. 즉, 면적이 작은 하부 구조물(400)의 저면이 소정크기의 석재 입자들로 이루어진 진동흡수층(300)를 파고들어 감으로써 발생되는 하부 구조물(400)의 기울어짐 현상이 방지될 수 있는 것이다.

그리고, 도면에 도시되지 않았으나, 하부 구조물(400)을 이루는 자재(410)의 가로 구조물체(420)과 세로 구조물체(440)의 단면이, 하부는 넓고 상부는 좁은 사다리꼴 형상으로 형성될 수도 있다. 이와 같이 가로 구조물체(420)과 세로 구조물체(440)의 단면이 하부는 넓고 상부는 좁은 사다리꼴 형상으로 형성됨으로써, 가로 구조물체(420) 및 세로 구조물체(440)의 저면과 진동흡수층(300)의 접촉면이 확장될 수 있고, 따라서 가로 구조물체(420)과 세로 구조물체(440)의 저면이 진동흡수층(300)를 파고드는 현상이 최소화될 수 있게 된다.

이상에서와 같이 연결부재(470)들과 진동 분산부재(800)들을 구비한 자재(410)를 이용하여 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물을 시공할 수 있다.

이러한 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물은 도 3에 도시된 바와 같이, 지면에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하거나, 지면에 터파기를 하여 형성된 공간에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 바닥(210)과 측벽(22)들에 의해 상향으로만 개구된 시공 공간(230)을 갖는 콘크리트 기초(200)와, 지면으로부터 콘크리트 기초(200)를 통하여 전달되는 지진의 충격을 흡수하도록 파쇄석, 자갈, 화산석, 흙, 모래 중에서 선택된 어느 하나 이상의 재료로 이루어져 시공 공간(230)에 공극(330)을 형성하면서 소정의 높이로 채워지는 진동흡수층(300)와, 진동흡수층(300)의 상면에 격자 형태로 조립되는 다수의 자재(410)들로 이루어지는 하부 구조물(400)을 포함한다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이 콘크리트 기초(200)는, 건물의 하부를 안정되게 지지하기 위한 것으로, 가장자리에는 측벽(220)이 설치된다. 이 측벽(220)은 벽돌이나 콘크리트 타설로 형성된 구조물로 이루어질 수 있으나, 충분한 강성을 갖도록 콘크리트 구조물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의해 콘크리트 기초(200)의 상부에는 상향으로만 개구된 시공 공간(230)이 형성된다.

진동흡수층(300)는, 지면으로부터 콘크리트 기초(200)를 통하여 전달되는 지진의 하중을 흡수하도록 시공 공간(230)의 내부에 공극(330)을 형성하면서 소정의 높이로 채워지는 것으로, 파쇄석, 자갈, 굵은 모래, 화산석, 흙 중에서 선택된 어느 하나 이상의 재료로 이루어질 수 있다. 이와 같은 재료들은 불규칙한 표면을 갖기 때문에 각 재료들 사이에는 충격을 흡수할 수 있는 공극(330)이 형성된다.

이때, 진동흡수층(300)에는 소정의 크기로 절단 또는 파쇄된 고감쇠 고무체가 구형 또는 다각형, 불규칙 형상으로 형성되어 첨가될 수 있다. 고감쇠 고무체는 콘크리트 기초(200)로부터 전달되는 하중을 효율적으로 완충하는 기능을 갖는다.

그리고 진동흡수층(300)의 높이는 건물의 크기에 따라 달라질 수 있다. 즉, 건물이 단층으로 이루어지는 경우에는 콘크리트 기초(200)의 바닥(210)을 기준으로 대략 20 - 30cm로 이루어질 수 있고, 2층 이상으로 이루어지는 경우에는 각 층수에 대응되는 높이, 예를 들면 5-10cm씩 더 높게 채울 수 있다. 이때 측벽(220)의 높이도 같이 높아져야 함은 물론이다.

이러한 진동흡수층(300)는, 각 재료(석재 또는 모래나 흙 등을 포함하는 입자)들 사이에 불규칙한 크기의 공극(330)이 형성되므로 지진 발생시 충격이 완충되거나 흡수된다. 즉, 충격 발생시진동흡수층(300)를 이루는 각 입자들이 공극(330)을 메우면서 모이는 과정에서 각 입자들 간의 마찰 등에 의해 전달되는 충격이 흡수되는 것이다.

하부 구조물(400)은, 진동흡수층(300)의 상면에 격자 형태로 조립되는 것으로, 전술한 다수개의 자재(410)들이 서로 조립되어 이루어진다.

본 실시예에서는 하부 구조물(400)을 구성하는 자재(410)들이 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 'H'형 빔으로 이루어진 것을 기준으로 설명한다. H형 빔으로 이루어진 자재(410)는, 가로부재(410A)들과 세로부재(410B)들로 이루어지고, 각 가로부재(410A)들과 세로부재(410B)는 서로 맞대기 용접 또는 연결판(410C)에 의해 볼팅되어 결합된다.

한편, 각 자재(410)들을 연결하여 하부 구조물(400)을 구성하기 위해서는, 도 2 및 3 (a)에 도시된 바와 같이, 자재(410)의 상면에는 다수개의 연결부재(470)들이 용접되어 구비되고, 저면에는 진동흡수층(300)에 삽입되어 자재(410)를 지지하고, 지면으로부터 전달되는 충격 등을 분산시키기 위한 진동 분산부재(800)가 다수개 설치된 자재(410A,410B)들을 연결판(410C)로 하여 조립한다. 이 과정으로 자재(410,410A,410B)들이 서로 격자구조로 결합되어 견고한 하부 구조물(400)을 구성하게 되는 것이다.

이와 같이, 하부 구조물(400)에 연결부재(470)가 구비됨으로써 건물과의 연결 시공이 원활하게 이루어질 수 있고, 저면에 진동 분산부재(800)가 다수개 구비됨으로써, 지면으로부터 전달되는 충격 등을 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자재(410)를 지지하는 지지력이 현저하게 향상될 수 있는 것이다.

한편, 첨부된 도면 중에서, 도 5는 도 2에 도시된 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 6은 도 2에 도시된 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물의 설치상태를 도시한 평면도이며, 도 7 및 도 8은 도 6의 A-A선 및 B-B선 단면도이다.

도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물은, 진동흡수층(300)의 상면에 격자 형태로 조립되는 하부 구조물(400)을 이루는 자재(410)가 주물 또는 콘크리트 블럭으로 구조체로 이루어진 것을 제외하고는 전술한 실시예와 같다.

이때, 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들은, 연결판들과 체결수단에 의해 서로 연결되어 결합될 수 있다.

한편, 도 5에는 연결부재(470)와 진동 분산부재(800)를 도시하지 않았으나, 도 7,8 및 도 10,11에 도시된 바와 같이 하부 구조물(400)을 이루는 각 구조물체들의 저면에는 연결부재(470)와 진동 분산부재(800)가 구비됨은 당연하다.

하부 구조물(400)은, 다수개의 자재(410)들이 서로 조립되어 이루어진다. 즉, 자재(410)들은 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들로 이루어진다. 또한, 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들은, 끼움 결합구조에 의해 서로 결합될 수 있는데, 가로 구조물체(420)에는 결합홈(422)들이 각각 형성되고, 세로 구조물체(440)에는 결합홈(422)들에 끼움 결합되기 위한 결합부(444)가 형성되며, 결합부(444)가 결합홈(422)에 끼워진 상태에서 체결볼트(450)가 결합홈(422)과 결합부(444)를 관통하여 체결됨으로써 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들이 견고하게 결합될 수 있다.

한편, 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들이 콘크리트 블럭이 아닌 예를 들면, 주물, 철골 빔, 금속 파이프 또는 비철금속 파이프로 이루어진 경우에, 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들은 연결판(도시되지 않음)들에 의해 서로 용접되어 결합될 수도 있고, 직접 맞댐 용접되어 결합될 수도 있다.

그리고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들이 끼움 결합되는 경우에, 가로 구조물체(420)들의 중간부 사이에 배치되는 세로 구조물체(400A)는 양단에 끼움 결합단(520)이 형성된 끼움 결합부재(500)에 의해 가로 구조물체(420)들과 연결되어 결합된다. 이때, 가로 구조물체(420)들의 중간부에는, 끼움 결합단(520)이 끼워져 걸리도록 입구는 좁고 내부는 넓도록 서로 마주보는 방향으로 개구되는 제1 수직 결합공(424)이 각각 형성되고, 세로 구조물체(400)의 양쪽 단부에는 제1 수직 결합공(424)과 같은 형상의 제2 수직 결합공(446)이 각각 형성된 상태에서, 끼움 결합부재(500)의 각 끼움 결합단(520)이 제1 수직 결합공(424)과 제2 수직 결합공(446)에 끼움 결함되어 가로 구조물체(420)들의 중간부가 세로 구조물체(440)에 의해 서로 연결되어 결합되는 것이다.

한편, 도 6에 확대된 원에 도시된 바와 같이, 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들이 끼움 결합부재(500)에 의해 연결되어 결합된 상태에서, 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들의 결합구조가 견고하게 유지되도록 가로 구조물체(420)과 끼움 결합부재(500) 및 세로 구조물체(440)를 체결볼트(600)로 체결할 수 있다. 즉, 체결볼트(600)가 가로 구조물체(420)의 바깥쪽에서 가로 구조물체(420)과 끼움 결합부재(500)를 관통하여 세로 구조물체(440)에 체결됨으로써 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들이 끼움 결합부재(500)에 의해 견고하게 연결되어 결합된 상태를 유지할 수 있게 된다.

그리고, 끼움 결합단(524)의 표면이나 제1 수직 결합공(424)의 내측면이나 제2 수직 결합공(446)의 내측면에는 충격 완충용 고무재가 코팅되거나 끼움 결합단(524)과 제1,2 수직 결합공(424,446) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 고무재는 가로 구조물체(420)과 끼움 결합부재(500) 직접 접촉되지 않도록 하고, 끼움 결합부재(500)와 세로 구조물체(440)이 직접 결합되지 않도록 함으로써 지진에 의한 충격으로 연결부위가 파손되지 않도록 하기 위한 것이다.

한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 세로 구조물체(440)와 중간에 위치한 세로 구조물체(440A) 사이에는 별도의 가로 구조물체(420A)가 전술한 구조와 같이 끼움 결합부재(500)들에 의해 세로 구조물체(440)와 중간에 위치한 세로 구조물체(440A)을 서로 연결하면서 결합될 수 있다. 물론, 세로 구조물체(440)과 가로 구조물체(420)가 전술한 배치구조에 한정되는 것은 아니고, 다양한 구조로 배치될 수 있음은 당연하다.

이와 같이 구성된 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물의 작용을 설명하면 다음과 같다.

한편, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물의 작용을 설명한다.

콘크리트 기초(200)에 형성된 시공 공간(230)에 진동흡수층(300)가 채워진 상태에서, 고르게 펼쳐진 진동흡수층(300)의 상면에 하부 구조물(400)을 격자 모양으로 조립하여 시공한다.

그 과정을 설명한다.

가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들을 격자 모양으로 상호 결합하되, 가로 구조물체(420)의 단부에 형성된 각 결합홈(422)에 세로 구조물체(440A)의 결합부(444)를 끼워 가 결합한 후 체결볼트(450)을 가로 구조물체(420)의 결합홈(422)이 형성된 영역과 결합부(444)가 형성된 영역으로 관통시켜 너트로 체결하여 가로 구조물체(420)와 세로 구조물체(440A)를 결합한다.

이어서 양쪽의 가로 구조물체(420)들 사이에 세로 구조물체(440)을 배치하되, 제1 수직 결합공(424)에 대응되는 제2 수직 결합공(446)이 형성된 세로 구조물체(440B)를 배치한다.

제2 수직 결합공(446)이 제1 수직 결합공(424)에 대응되도록 세로 구조물체(440B)이 양쪽의 가로 구조물체(420) 사이에 배치되면, 끼움 결합부재(500)의 각 끼움 결합단(520)을 상부에서 하향으로 이동시켜 끼움 결합한다.

이와 같이 끼움 결합부재(500)의 양쪽 끼움 결합단(520)이 가로 구조물체(420)의 제1 수직 결합공(424)과 제2 수직 결합공(440)에 끼워지면 가로 구조물체(420)들과 세로 구조물체(440)들은 견고하게 결합될 수 있고, 끼움 결합구조에 의해 신속하고 용이하게 조립이 완료될 수 있는 것이다.

전술한 바와 같은 과정으로 격자 모양으로 조립된 하부 구조물(400)의 상면에는 건물(도시되지 않음)을 건축 시공할 수 있다.

따라서, 지진 발생시 지면으로부터 진동이나 충격이 콘크리트 기초(200)에 전달되면, 공극을 갖는 진동흡수층(300)가 충격을 흡수하고, 다수개의 진동 분산부재(800)들이 진동을 분산하여 흡수함으로써, 지면으로부터 전달되는 하중에 의한 건물의 파손(다양한 피해)은 최소화될 수 있다.

한편, 첨부된 도면 중에서, 도 9의 (a),(b)는 자재(410)에 바닥판(700)이 설치된 상태를 도시하고 있다.

이때, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 자재(410)의 상면에는 건물의 구조물(도시되지 않음)과 연결되기 위한 연결부재(470)가 한쪽으로 치우쳐 구비되어 있고, 이러한 자재(410)의 상면 한쪽에 형성된 공간(412)에는 바닥판(700)이 설치된 것이다.

그리고, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 하부 구조물(400)의 상면에 건물의 바닥을 이루는 바닥판(700)이 설치될 수 있으며, 하부 구조물(400)이 바닥판(700)이 구비되는 경우에 연결부재(470)는 바닥판(700)을 관통하여 상부로 노출될 수 있다. 여기서 바닥판(700)은 금속판이나 소정두께의 콘크리트 판체 등으로 이루어질 수 있다.

그리고, 첨부된 도면 중에서, 도 11은 본 발명에 따른 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물에 수평변위 완충수단이 마련된 상태를 도시한 단면도이다.

이러한 지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물은, 도 11에 도시된 바와 같이, 측벽(220)의 내측면 또는 하부 구조물(400)의 외측면에는, 하부 구조물(400)이 수평으로 이동하여 측벽(220)을 충격하는 경우에 발생되는 충격을 완충하기 위한 수평변위 완충수단(900)이 마련되는 것을 제외하고는 전술한 실시예들과 같다.

여기서, 수평변위 완충수단(900)은, 일단이 측벽(220) 또는 하부 구조물(400)의 외측면에 결합되고, 내부에는 충격흡수체(910) 또는 충격완충체의 일단이 결합되는 내부 수용부재(920)와, 충격흡수체(910) 또는 충격완충체의 타단이 내부에 결합되고, 충격 발생시 내부 수용부재(920) 쪽으로 이동하면서 충격을 흡수하거나 완충하기 위한 외부 수용부재(930)를 포함하여 구성되는 것이다. 이때, 내부 수용부재(920)는 측벽(220)의 내측면 또는 하부 구조물(400)의 외측면에 고정되고, 충격흡수체(910)의 일단은 내부 수용부재(920)의 내부에 고정되며, 내부 수용부재(920)를 수용하도로 외부 수용부재(930)의 내부에 충격흡수체(910)의 타단이 결합됨으로써, 내부 수용부재(920)와 충격흡수체(910) 및 외부 수용부재(930)는 일체화되고, 충격 발생시 외부 수용부재(930)가 내부 수용부재(920)를 감싸면서 내부 수용부재(920) 쪽으로 이동할 수 있다.

전술한 수평변위 완충수단(900)은 하부 구조물(400)을 기준으로 사방에 설치될 수 있다.

이와 같이, 하부 구조물(400)과 측벽(220) 사이에 수평변위 완충수단(900)이 구비됨으로써 지진으로 인한 건물의 수평 이동으로 인한 측벽(220)과의 충돌이 발생되는 충격을 완충하거나 완화할 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

200 : 콘크리트 기초 210 : 바닥
220 : 측벽 230 : 시공 공간
300 : 진동흡수층 400 : 하부 구조물
420 : 가로 구조물체 422 : 결합홈
424 : 제1 수직 결합공 440 : 세로 구조물체
444 : 결합부 446 : 제2 수직 결합공
450,600 : 체결볼트 470 : 연결부재
490 : 면적 확장판 490 : 굴곡부
500 : 끼움 결합부재 520 : 끼움 결합단
700 : 바닥판 800 : 진동 흡수부재
900 : 수평변위 완충수단 910 : 충격흡수체
920 : 내부 수용부재 930 : 외부 수용부재

Claims (9)

1. 건물의 기초 구조물로 사용되는 자재로서,
   금속이나 비철금속을 용융시켜 주조한 주물, 'H'형 또는 'I'형 구조의 빔, 금속 또는 비철금속으로 된 다각형의 파이프, 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여서 된 콘크리트 블럭 또는 다각형의 목재로 된 자재 중에서 선택된 어느 하나 이상의 자재로 이루어지고,
   상기 자재의 상면에는, 건물의 구조물과 연결되기 위한 연결부재들이 다수개 결합되고, 저면에는, 지면 또는 파쇄석, 자갈, 화산석, 흙, 모래 중에서 선택된 어느 하나 이상의 재료로 이루어져 시공 공간에 공극을 형성하면서 소정의 높이로 채워지는 진동흡수층에 삽입되어 상기 자재의 지지력을 높이고 지면이나 상기 진동흡수층으로부터의 진동 또는 충격을 분산하기 위한 진동 분산부재들이 다수개 결합되는 것을 특징으로 하는,
   지진응답 감쇠기능을 갖는 자재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자재는,
   'H'빔 또는 'I'빔 구조로 이루어진 경우에, 가로부재들과 세로부재들로 이루어지고, 상기 가로부재들과 세로부재는 서로 맞대기 용접 또는 연결판에 의해 볼팅되어 결합되며,
   속이 채워진 주물, 목재, 콘크리트 블럭인 경우에, 가로부재들과 세로부재들로 이루어지고, 상기 가로부재와 세로부재는 연결판들과 체결수단에 의해 서로 연결되어 결합되거나, 상기 가로부재에는 결합홈이 각각 형성되고, 상기 세로부재에는 상기 결합홈에 끼움 결합되기 위한 결합부가 형성되며, 상기 결합부가 상기 결합홈에 끼워진 상태에서 상기 체결볼트가 상기 결합홈과 결합부를 관통하여 체결되는 것을 특징으로 하는,
   지진응답 감쇠기능을 갖는 자재.
3. 제2항에 있어서,
   상기 가로부재과 세로부재가 끼움 결합되는 경우에,
   상기 가로부재의 중간부 사이에 배치되는 세로부재는 양단에 끼움 결합단이 형성된 끼움 결합부재에 의해 상기 가로부재와 연결되어 결합되되,
   상기 가로부재의 중간부에는, 상기 끼움 결합단이 끼워져 걸리도록 입구는 좁고 내부는 넓도록 서로 마주보는 방향으로 개구되는 제1 수직 결합공이 각각 형성되고, 상기 세로부재의 양쪽 단부에는 상기 제1 수직 결합공과 같은 형상의 제2 수직 결합공이 각각 형성된 상태에서, 상기 끼움 결합부재의 각 끼움 결합단이 상기 제1 수직 결합공과 제2 수직 결합공에 끼움 결함되어 상기 가로부재의 중간부가 상기 세로부재에 의해 서로 연결되어 결합되는 것을 특징으로 하는,
   지진응답 감쇠기능을 갖는 자재.
4. 제1항에 있어서,
   상기 연결부재들은, 10 - 50cm의 길이를 갖는 철근으로 이루어지고, 상기 자재의 상면에 수직상태로 결합되고,
   상기 진동 분산부재는, 10 - 60cm의 길이를 원형 또는 다각형의 막대형으로 이루어지거나, 소정의 두게를 갖즌 판재형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
   지진응답 감쇠기능을 갖는 자재.
5. 제4항에 있어서,
   상기 진동 분산부재가 판재형으로 이루어지는 경우에는,
   각각의 상기 진동 분산부재는 서로 다른 방향으로 배치되어 결합되거나, '＋'형으로 일체화되어 결합되는 것을 특징으로 하는,
   지진응답 감쇠기능을 갖는 자재.
6. 제1항에 있어서,
   상기 자재의 저면에는,
   상기 자재의 일부가 상기 진동흡수층을 파고 들어가지 않도록 하여 건물이 기울어지지 않고 수평상태를 유지하도록 상기 자재의 저면 면적을 확장하기 위한 면적 확장판이 구비되고,
   상기 면적 확장판은,
   상기 자재가 수평 이동하는 경우에 상기 면적 확장판의 단부가 상기 충격흡수층을 파고 들어가지 않도록 굴곡부가 상향으로 만곡지게 형성되는 것을 특징으로 하는,
   지진응답 감쇠기능을 갖는 자재.
7. 지면에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하거나, 지면에 터파기를 하여 형성된 공간에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 형성된 바닥과 측벽들에 의해 상향으로만 개구된 시공 공간을 갖는 콘크리트 기초;
   지면으로부터 상기 콘크리트 기초를 통하여 전달되는 지진에 의한 충격 및 진동을 흡수하도록 파쇄석, 자갈, 화산석, 흙, 모래 중에서 선택된 어느 하나 이상의 골재로 이루어져 상기 시공 공간에 공극을 형성하면서 소정의 높이로 채워지는 진동흡수층; 및
   상기 진동흡수층의 상면에 격자 형태로 조립되는 상기 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 지진응답 감쇠기능을 구비하고 서로 조립되는 다수의 자재들로 이루어지는 하부 구조물을 포함하고,
   상기 하부 구조물은, 상기 자재의 저면에 구비되어 상기 충격흡수층에 삽입되는 다수개의 상기 진동 분산부재들에 의해 상기 자재의 지지력이 높아지고 지면으로부터 전달되는 진동 또는 충격이 분산되는 것을 특징으로 하는,
   지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물.
8. 제7항에 있어서,
   상기 측벽의 내측면 또는 상기 하부 구조물의 외측면에는,
   상기 하부 구조물이 수평으로 이동하여 상기 측벽을 충격하는 경우에 발생되는 충격을 완충하기 위한 수평변위 완충수단이 마련되는 것을 특징으로 하는,
   지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물.
9. 제9항에 있어서,
   상기 수평변위 완충수단은,
   일단이 상기 측벽 또는 상기 하부 구조물의 외측면에 결합되고, 내부에는 충격흡수체 또는 충격완충체의 일단이 결합되는 내부 수용부재; 및
   상기 충격흡수체 또는 충격완충체의 타단이 내부에 결합되고, 충격 발생시 상기 내부 수용부재 쪽으로 이동하면서 충격을 흡수하거나 완충하기 위한 외부 수용부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
   지진응답 감쇠기능을 갖는 건물의 기초 구조물.
   
   
   

Images