KR20180065144A

KR20180065144A - 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치

Info

Publication number: KR20180065144A
Application number: KR1020160165576A
Authority: KR
Inventors: 서상남
Original assignee: 주식회사 준 테크
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-06-18

Abstract

본 발명은 구조가 간단하면서 조립 부품수가 적어져 제작비용이 저렴하고, 소형으로도 지진에 대한 충격을 흡수 소산시키므로 건축물을 보존하여 인명의 피해를 최소화 하기 위한 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치를 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 철근콘크리트 구조물 또는 철골 구조물의 프레임에 대각선 방향으로 배치되는 원통형 버팀대와; 상기 원통형 버팀대의 일단에 접합되어 상기 프레임의 대각선 한쪽 방향에 힌지 연결되는 힌지 조인트와; 상기 버팀대의 타단에 접합되어 있는 댐퍼 실린더와; 상기 댐퍼 실린더의 내부 중간에 이동가능하게 삽입되어 있는 스프링 푸셔와; 일단이 상기 댐퍼 실린더를 삽통하여 상기 스프링 푸셔에 고정되어 있고 타단이 상기 프레임의 대각선 타쪽 방향에 힌지 연결되어 있는 압축판 지지봉과; 상기 스프링 푸셔을 기준으로 양측에 각기 다수로 배열되어 상기 댐퍼 실린더의 내부에 위치되고, 지진도래시 상기 압축판 지지봉의 왕복 이동에 따라 탄성변형으로 인한 탄성 에너지의 축적을 통해 제진 하중을 흡수하여 소산시키는 내,외측 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치{Bracing device for vibration control reinforcement of structure having elastic coefficient}

본 발명은 철근 콘크리트 구조물 또는 철골 구조물의 창문이나 벽에 설치되는 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치에 관한 것으로, 특히 구조가 간단하면서 조립 부품수가 적어져 제작비용이 저렴하고, 소형으로도 지진에 대한 충격을 흡수 소산시키므로 건축물을 보존하여 인명의 피해를 최소화 하기 위한 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치에 관한 것이다.

일반적으로 댐퍼는 제어하중에 따라 구분될 수 있는데, 풍하중 제어용으로는 점탄성 댐퍼와 점성댐퍼가, 지진하중 제어용으로 강재댐퍼와 마찰댐퍼를 각각 구분하여 사용한다. 따라서 국내와 같이 중약진 지진이면서 풍하중에 의한 진동이 문제가 되는 경우에는 지진용과 풍진동 제어용 댐퍼를 각각 설치하여야 하기 때문에, 댐퍼 수량 증가에 따른 공사비 증대가 발생할 수 있다. 최근에 댐퍼의 작동범위를 증가시켜, 수량을 저감시키기 위하여 풍하중용 댐퍼와 지진하중용 댐퍼를 조합하여 지진과 풍하중을 동시에 제어할 수 있는 인방보형 복합댐퍼가 개발되고 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1152653호로서, '제진형 가새장치'가 제안되어 있다. 이는 보 또는 바닥판의 하면에 고정되는 상부판; 상부판의 일단에 상부판에 수직하게 설치되며 기둥 또는 벽체에 고정되는 측면판; 및 중앙부재, 중앙부재의 일측에 결합되고 측면판에 힌지 결합되며 스프링을 내장하여 수평력이 작용할 때 측면판에 대해 회전하면서 압축되는 압축부재 및 중앙부재의 타측에 결합되고 상부판에 힌지 결합되며 스프링을 내장하여 수평력이 작용할 때 상부판에 대해 회전하면서 신장되는 인장부재를 포함하는 가새를 구비하여 수평력에 대한 접합부의 변형능력을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기 배경기술은 구조가 복잡하여 조립 부품수가 많아지고 이에 따라 제작 비용이 상승하는 단점을 갖는다.

한국 등록특허 등록번호 제10-1132837호

본 발명은 구조가 간단하면서 조립 부품수가 적어져 제작비용이 저렴하고, 소형으로도 지진에 대한 충격을 흡수 소산시키므로 건축물을 보존하여 인명의 피해를 최소화 하기 위한 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면,

철근콘크리트 구조물 또는 철골 구조물의 프레임에 대각선 방향으로 배치되는 원통형 버팀대와;

상기 원통형 버팀대의 일단에 접합되어 상기 프레임의 대각선 한쪽 방향에 힌지 연결되는 힌지 조인트와;

상기 버팀대의 타단에 접합되어 있는 댐퍼 실린더와;

상기 댐퍼 실린더의 내부 중간에 이동가능하게 삽입되어 있는 스프링 푸셔와;

일단이 상기 댐퍼 실린더를 삽통하여 상기 스프링 푸셔에 고정되어 있고 타단이 상기 프레임의 대각선 타쪽 방향에 힌지 연결되어 있는 압축판 지지봉과;

상기 스프링 푸셔을 기준으로 양측에 각기 다수로 배열되어 상기 댐퍼 실린더의 내부에 위치되고, 지진도래시 상기 압축판 지지봉의 왕복 이동에 따라 탄성변형으로 인한 탄성 에너지의 축적을 통해 제진 하중을 흡수하여 소산시키는 내,외측 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 댐퍼 실린더는 원형 중공부를 갖는 원통체와; 상기 원통체의 양단부에 각기 고정된 원통체 막음판과; 상기 원통체의 양단부에 원주 방향으로 배열되어 상기 막음판에 접합되어 있는 원통체 보강대를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내측 스프링은 일정한 곡률 반경에 의해 볼록한 구면을 갖는 한 쌍의 원판으로 구성되고, 한 쌍의 원판에는 각기 원주 방향을 따라 일정 간격마다 길게 절결되어 있는 슬릿을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외측 스프링은 일정한 곡률 반경에 의해 볼록한 구면을 갖는 한 쌍의 원판으로 구성되고, 한 쌍의 원판에는 중앙에 관통된 작동축 삽입공과 각기 원주 방향을 따라 일정 간격마다 짧게 절결되어 있는 슬릿을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 한 쌍의 원판에는 중간에 탄성변형량을 증가시키기 위한 스페이서가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 한 쌍의 원판에는 중간에 탄성변형량을 증가시키기 위한 스페이서가 더 설치되어 있는 특징으로 한다.

또한, 상기 내,외측 스프링은 강판을 사각 형태의 곡면형으로 제작하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임에는 지진 하중의 소산을 위한 보조 댐퍼가 더 설치되고;

상기 보조 댐퍼는 다수의 제1완충스프링을 각기 갖고 프레임에 정착된 완충 패널과;

상기 완충 패널의 서로 마주하는 면에 고정 설치된 고정블록과;

상기 고정블록에 고정 설치된 슬라이더 지지축와;

상기 슬라이더 지지축에 양단이 축 방향으로 이동가능하게 연결되어 있는 슬라이더와;

상기 슬라이더에 양단이 힌지 연결되어 있는 커넥팅 로드와;

상기 슬라이더 지지축에 각기 설치되어 슬라이더의 이동 방향에 따라 압축되는 제2완충스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치는 댐퍼 실린더내에서 스프링 푸셔의 이동을 이용하여 내,외측 스프링의 완충 동작을 통해 지진도래시 제진 감쇄를 수행함으로서 구조가 간단하면서 조립 부품수가 적어져 제작비용이 저렴해지고, 소형으로도 지진에 대한 충격에너지를 흡수 소산시키므로 건축물을 보존하여 인명의 피해를 최소화시킬 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 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치의 사시도.
도 2는 도 1의 분해사시도.
도 3은 본 발명에 적용되는 댐퍼실린더의 구성도.
도 4a는 본 발명에 적용되는 내측 스프링의 사시도.
도 4b는 도 4a의 종단면도.
도 4c는 본 발명에 적용되는 내측 스프링의 변형된 단면도.
도 5a는 본 발명에 적용되는 외측 스프링의 사시도.
도 5b는 도 5a의 종단면도.
도 5c는 본 발명에 적용되는 외측 스프링의 변형된 단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치의 설치상태도 및 지진도래시의 작동상태도.
도 7a는 본 발명에 적용되는 내,외측 스프링의 다른 변형된 설치상태도.
도 7b는 도 7a에 적용된 내측 스프링의 사시도.
도 7c는 도 7a에 적용된 외측 스프링의 사시도.
도 8a는 본 발명에 따른 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치에 부가된 보조 댐퍼의 개략적인 설치상태도.
도 8b는 도 8a에 도시된 보조 댐퍼의 동작도.
도 9는 본 발명에 따른 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치에 부가된 보조 댐퍼의 구성도.

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 발명의 실시 예에 따른 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치(10)는 도 1 내지 도 3 및 도 6과 같이 철근콘크리트 구조물 또는 철골 구조물의 프레임(100)에 대각선 방향으로 배치되는 원통형 버팀대(11)가 구비된다.

원통형 버팀대(11)의 일단에는 프레임(100)의 대각선 한쪽 방향에 힌지 연결되는 힌지 조인트(13)가 접합되어 있다.

원통형 버팀대(11)의 타단에는 댐퍼 실린더(12)가 구비된다. 댐퍼 실린더(12)는 원통형 버팀대(11)에 용접으로 접합되거나 볼트 결합을 통해 연결될 수 있다. 댐퍼 실린더(12)는 원형 중공부(121a)를 갖는 원통체(121)와, 원통체(121)의 양단부에 각기 고정된 원통체 막음판(122,123)과, 원통체(121)의 양단부에 원주 방향으로 배열되어 막음판(122,123)에 접합되어 있는 원통체 보강대(124)을 포함하여 구성되어 있다.

댐퍼 실린더(12)의 원형 중공부(121a)에 스프링 푸셔(16)이 위치된다. 스프링 푸셔(16)의 직경은 댐퍼 실린더(12)측 원형 중공부(121a)의 내경과 동일하거나 이보다 작게 구성된다. 따라서 스프링 푸셔(16)는 중공축 방향으로 이동가능하게 삽입되어 설치된다.

스프링 푸셔(16)에는 압축판 지지봉(20)이 연결되어 있다. 압축판 지지봉(20)의 일단은 댐퍼 실린더(12)의 타측 원통체 막음판(123)을 삽통하여 스프링 푸셔(16)에 고정되어 있다. 압축판 지지봉(20)의 타단은 프레임(100)의 대각선 다른 한쪽 방향에 힌지 연결되어 있다.

여기서 힌지 조인트(13)와 압축판 지지봉(20)을 프레임(100)에 힌지 연결하기 위해 프레임(100)의 대각선 측에는 힌지브라켓(102,102)이 접합될 수 있다.

댐퍼 실린더(12)에 내,외측 스프링(31,32)이 설치되어 있다. 내,외측 스프링(31,32)은 스프링 푸셔(16)를 기준으로 양측에 각기 다수로 배열되어 댐퍼 실린더(12)의 원형 중공부(121a)에 위치되어 있다. 내,외측 스프링(31,32)은 지진도래시 압축판 지지봉(20)의 왕복 이동에 따라 탄성변형으로 인한 탄성 에너지의 축적을 통해 지진 하중을 흡수하여 지진에너지를 소산시키는 기능을 한다.

도 4a 도 4b에서와 같이 내측 스프링(31)은 강재로 제작되어 곡률 반경에 의해 볼록한 구면을 갖는 한 쌍의 원판(311,311)으로 구성되고, 한 쌍의 원판(311,311)에는 각기 원주 방향을 따라 일정 간격마다 길게 절결되어 있는 슬릿(311a)을 갖는다. 여기서 도 4c와 같이 한 쌍의 원판(311,311)에는 중간에 탄성변형량을 증가시키기 위한 스페이서(312)가 더 설치되어 구성될 수 있다.

또한, 도 5a 및 도 5b와 같이 외측 스프링(32)은 강재로 제작되어 곡률 반경에 의해 볼록한 구면을 갖는 한 쌍의 원판(321,321)으로 구성되고, 한 쌍의 원판(321,321)에는 중앙에 관통된 작동축 삽입공(321a)과 각기 원주 방향을 따라 일정 간격마다 짧게 절결되어 있는 슬릿(321b)을 갖는다. 또한 도 5c와 같이 한 쌍의 원판(321,321)에는 중간에 탄성변형량을 증가시키기 위한 스페이서(322)가 더 설치되어 구성될 수 있다.

이와 같이 구성된 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치(10)의 작용을 설명한다.

도 6a와 같은 상태에서와 같이 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치(10)가 건축물의 프레임(100)에 설치된 상태에서 지진이 발생하게 되면, 지진 하중은 프레임(100)을 변형시키게 된다. 이와 동시에 프레임(100)을 변형시키는 충격은 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치(10)의 대각선 거리를 짧게 한다.

예로, 도 6b와 같이 우측 방향(R)으로 프레임(10)에 지진의 충격이 왔을 경우, 대각선 거리가 짧아져 압축판 지지봉(20)에 고정된 스프링 푸셔(16)이 댐퍼 실린더(12)에 위치한 내측 스프링(31)을 밀어 압축시키게 된다. 따라서 내측 스프링(31)이 탄성변형되면서 탄성에너지 축적을 통해 완충을 수행하게 된다.

이와 반대방향으로 변형이 가해지게 되면 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치(10)의 대각선 거리가 길어지면서 스프링 푸셔(16)이 댐퍼 실린더(12)에 위치한 외측 스프링(32)을 밀어 압축시키게 된다. 따라서 내측 스프링(32)이 탄성변형되면서 탄성에너지 축적을 통해 완충을 수행하게 된다.

이같이 지진 하중이 프레임(100)에 전달되어 프레임(100)이 변형되면, 그 변형량에 따른 대각선의 길이 변화로 인해 댐퍼 실린더(12)에 양측으로 배열되어 있는 내,외측 스프링(31,32)의 반복적인 완충작용으로 지진에너지를 소산시키는 역할을 한다.

이같이 본 발명에 따르면 내,외측 스프링(31,32)의 탄성을 적용한 인방보형 댐퍼를 이용함으로써 소형으로 큰 감쇄 효과를 얻을 수 있고, 지진하중을 포함하는 횡하중을 흡수하여 건축물의 구조적 안전성 및 사용성을 확보할 수 있다.

한편, 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치(10)는 도 7a 내지 도 7c와 같이 상기 내,외측 스프링(31,32)이 강판을 사각 형태의 곡면형으로 제작하여 구성될 수 있다.

또한, 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치(10)는 도 8a 내지 도 9와 같이 프레임(100)에는 지진 하중의 소산을 위한 보조 댐퍼(50)가 더 설치될 수 있다.

보조 댐퍼(50)는 다수의 제1완충스프링(52,52')을 각기 갖고 프레임(100)에 정착된 완충 패널(51,51)과, 상기 완충 패널(51,51)의 서로 마주하는 면에 고정 설치된 고정블록(53,53')과, 상기 고정블록(53,53')에 고정 설치된 슬라이더 지지축(54,54')와, 상기 슬라이더 지지축(54,54')에 양단이 축 방향으로 이동가능하게 연결되어 있는 슬라이더(57,57')와, 상기 슬라이더(57,57')에 양단이 힌지 연결되어 있는 커넥팅 로드(56)와, 상기 슬라이더 지지축(54,54')에 각기 설치되어 슬라이더(56)의 이동 방향에 따라 압축되는 제2완충스프링(55,55')을 포함하여 구성될 수 있다.

따라서 수평 방향(L 또는 R)의 지진 도래시 완충 패널(51,51)내에 설치되어 있는 제1완충스프링(52,52')과 제2완충스프링(55,55')의 복합적인 탄성 변형을 통해 효과적으로 지진에너지를 소산시킬 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.

11: 원통형 버팀대
12: 댐퍼 실린더
16: 스프링 푸셔
20: 압축판 지지봉
22: 고정판
31,32: 내,외측 스프링

Claims

철근콘크리트 구조물 또는 철골 구조물의 프레임(100)에 대각선 방향으로 배치되는 원통형 버팀대(11)와;
상기 원통형 버팀대(11)의 일단에 접합되어 상기 프레임의 대각선 한쪽 방향에 힌지 연결되는 힌지 조인트(13)와;
상기 버팀대(11)의 타단에 접합되어 있는 댐퍼 실린더(12)와;
상기 댐퍼 실린더(12)의 내부 중간에 이동가능하게 삽입되어 있는 스프링 푸셔(16)와;
일단이 상기 댐퍼 실린더(12)를 삽통하여 상기 스프링 푸셔(16)에 고정되어 있고 타단이 상기 프레임의 대각선 타쪽 방향에 힌지 연결되어 있는 압축판 지지봉(20)과;
상기 스프링 푸셔(16)를 기준으로 양측에 각기 다수로 배열되어 상기 댐퍼 실린더(12)의 내부에 위치되고, 지진도래시 상기 압축판 지지봉(20)의 왕복 이동에 따라 탄성변형으로 인한 탄성 에너지의 축적을 통해 제진 하중을 흡수하여 소산시키는 내,외측 스프링(31,32);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치.
제 1항에 있어서,
댐퍼 실린더(12)는
원형 중공부(121a)를 갖는 원통체(121)와;
상기 원통체(121)의 양단부에 각기 고정된 원통체 막음판(122,123)과;
상기 원통체(121)의 양단부에 원주 방향으로 배열되어 상기 막음판(122,123)에 접합되어 있는 원통체 보강대(124)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치.
제 1항에 있어서,
상기 내측 스프링(31)은 일정한 곡률 반경에 의해 볼록한 구면을 갖는 한 쌍의 원판(311,311)으로 구성되고, 한 쌍의 원판(311,311)에는 각기 원주 방향을 따라 일정 간격마다 길게 절결되어 있는 슬릿(311a)을 갖는 것을 특징으로 하는 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치.
제 1항에 있어서,
상기 외측 스프링(32)은 일정한 곡률 반경에 의해 볼록한 구면을 갖는 한 쌍의 원판(321,321)으로 구성되고, 한 쌍의 원판(321,321)에는 중앙에 관통된 작동축 삽입공(321a)과 각기 원주 방향을 따라 일정 간격마다 짧게 절결되어 있는 슬릿(321b)을 갖는 것을 특징으로 하는 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치.
제 3항에 있어서,
한 쌍의 원판(311,311)에는 중간에 탄성변형량을 증가시키기 위한 스페이서(312)가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치.
제 4항에 있어서,
한 쌍의 원판(321,321)에는 중간에 탄성변형량을 증가시키기 위한 스페이서(322)가 더 설치되어 있는 특징으로 하는 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치.
제 1항에 있어서,
상기 내,외측 스프링(31,32)은 강판을 사각 형태의 곡면형으로 제작하여 구성된 것을 특징으로 하는 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치.
제 1항에 있어서,
상기 프레임(100)에는 지진 하중의 소산을 위한 보조 댐퍼(50)가 더 설치되고;
상기 보조 댐퍼(50)는 다수의 제1완충스프링(52,52')을 각기 갖고 프레임(100)에 정착된 완충 패널(51,51')과;
상기 완충 패널(51,51')의 서로 마주하는 면에 고정 설치된 고정블록(53,53')과;
상기 고정블록(53,53')에 고정 설치된 슬라이더 지지축(54,54')와;
상기 슬라이더 지지축(54,54')에 양단이 축 방향으로 이동가능하게 연결되어 있는 슬라이더(57,57')와;
상기 슬라이더(57,57')에 양단이 힌지 연결되어 있는 커넥팅 로드(56)와;
상기 슬라이더 지지축(54,54')에 각기 설치되어 슬라이더(56)의 이동 방향에 따라 압축되는 제2완충스프링(55,55')을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 탄성계수를 갖는 구조물 제진보강용 가새장치.