KR20200107929A - 지진 항복형 연결 - Google Patents

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그제고즈 스타스지크
존 루이즈 밴커
마이클 제이. 라스토프스키
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팻코, 엘엘씨
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Abstract

본 발명에 개시된 기술은 지진 항복형 커넥터(seismic yielding connector)를 제공한다. 상기 지진 항복형 커넥터는 패널의 측면 스터드(stud)를 상기 패널의 다른 부품에 연결하도록 구성된 U형 플레이트(U-shaped plate) 및 상기 U형 플레이트 및 상기 패널의 상기 측면 스터드 사이에 위치한 항복형 플레이트(yielding plate)를 포함한다. 고강도 볼트(high-strength bolt)는 상기 U형 플레이트, 상기 항복형 플레이트 및 상기 패널의 상기 측면 스터드를 구조 기둥(structural column)에 연결한다. 상기 U형 플레이트와 상기 구조 기둥 사이에는 부싱(bushing)이 위치한다.

Description

지진 항복형 연결
본 출원은 2017년 10월 3일자로 출원된, "Seismic Yielding Connection"이라는 명칭의, 계류중인 미국 특허 가출원 제 62/567,446 호 및 2018년 10월 3일자로 출원된, "Seismic Yielding Connection"이라는 명칭의 미국 특허 본출원 제 16/149,976 호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 본 명세서에서 개시되고 교시되는 모든 사항에 대해 본원에 명확히 참조로서 구체적으로 포함된다.
본 발명은 건물 건축 부품에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 상업용 및 주거용 구조물에 사용되는 건축용 패널의 연결에 관한 것이다.
지진은 건물의 구조에 상당한 힘을 갑작스럽게 가할 수 있다. 지진이 발생하기 쉬운 지역 내 건물들은 지진력을 견디기 위해, 전단 패널(shear panel)과 조립체, 구조 고정물(structural tie-down) 및 댐프닝 시스템(dampening system)을 이용하여 건축되는 경우가 흔하다. 그러나, 이러한 방법들은 광범위한 구조적 확장이 필요할 수 있으며 비용이 많이 들 수 있다.
본 발명은 지진 항복형 커넥터(seismic yielding connector)를 제공함으로써 전술한 문제 중 하나 이상을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 지진 항복형 커넥터는 패널의 측면 스터드(stud)를 패널의 다른 부품에 연결하도록 구성된 U형 플레이트(U-shaped plate)와, 상기 U형 플레이트와 상기 패널의 상기 측면 스터드 사이에 위치한 항복형 플레이트(yielding plate)를 포함한다. 고강도 볼트(high-strength bolt)는 상기 U형 플레이트, 상기 항복형 플레이트 및 상기 패널의 상기 측면 스터드를 구조 기둥(structural column)에 연결한다. 상기 U형 플레이트와 상기 구조 기둥 사이에는 부싱(bushing)이 위치한다.
본 발명은 지진 항복형 커넥터(seismic yielding connector)를 제공함으로써 전술한 문제 중 하나 이상을 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 패널을 구조 기둥(structural column)에 연결하는 지진 항복형 커넥터(seismic yielding connector)를 갖는 지진 항복형 패널의 일 예시를 도시한다.
도 2는 패널을 구조 기둥에 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 투시도로 도시한다.
도 3은 패널을 구조 기둥에 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 도시한다.
도 4는 패널을 구조 기둥에 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 평면도로 도시한다.
도 5는 패널을 구조 기둥에 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 투시도로 도시한다.
도 6은 나사식 커넥터 플레이트(threaded connector plate)가 내부에 사용되는 구조 기둥에 패널을 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 투시도로 도시한다.
도 7은 나사식 커넥터 플레이트가 내부에 사용되는 구조 기둥에 패널을 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 투시도로 도시한다.
도 8a 및 8b는 I형강(I beam) 상에 제공되는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 도시한다. 도 8a는 I형강 상에 제공되는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 평면도로 도시한다. 도 8b는 I형강 상에 제공되는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 정면도로 도시한다.
도 9는 패널을 구조 기둥에 연결시키도록 지진 항복형 커넥터를 조립하기 위한 예시적인 동작을 도시한다.
도 1은 패널(114)을 구조 기둥(structural column)(116, 118)에 연결하는 지진 항복형 커넥터(seismic yielding connector)(102, 104, 106, 108, 110, 112)를 갖는 지진 항복형 패널(100)의 예를 도시한다. 지진 항복형 패널(100)은 다른 지진 항복형 패널들과 함께 냉간성형강(cold-formed steel) 건물의 건축에 사용될 수 있다. 예를 들어, 패널(114)은 조립식으로 제조되어, 건축 현장에서 조립될 수 있다. 지진 항복형 패널(100)은, 건물이 지진력을 확실히 견딜 수 있도록 지진 발생 가능성이 높은 지역에서 사용될 수 있다. 패널(114)이 V형 가새 수평 트러스 패널(V-braced horizontal truss panel)로 도시되어 있지만, 모멘트 프레임(moment frames)과 같이, 다른 구성 및 구조적 조립체를 가지는 다른 유형의 패널들이 지진 항복형 연결을 사용하여 보강될 수 있다.
건물의 건축 시에, 지진 항복형 커넥터를 사용하여 패널(114)이 구조 기둥(116, 118)에 부착된다. 구조 기둥(116, 118)은 HSS(hollow structural section) 기둥일 수 있으며, 정사각형 또는 직사각형 단면을 포함하되 이에 한정되지 않는, 다양한 형태의 단면을 가질 수 있다. 구조 기둥(116, 118) 각각은 지진 항복형 커넥터의 일부로서, 고강도 볼트를 수용하기 위한 개구부(미도시)를 포함한다. 구조 기둥(116, 118)의 위치에 따라, 상기 구조 기둥(116, 118) 각각은 하나 이상의 패널에 연결될 수 있다. 예를 들어, 건물의 코너에 위치한 구조 기둥은 두 개의 패널에 연결될 수 있는 반면, 건물의 내벽과 외벽이 만나는 지점에서 외벽을 따라 위치한 구조 기둥은 세 개의 패널에 연결될 수 있다.
지진 항복형 커넥터(102, 104, 106, 108, 110, 112)는, 패널(114)의 고유 강성(inherent stiffness)을 이용할 정도로 견고하게 패널(114)과 구조 기둥(116, 118)의 사이를 연결하고, 이는 작은 규모의 지진 지동이 발생하는 동안의 손상(damage)을 제어하는 데에 도움이 된다. 지진 항복형 커넥터(102, 104, 106, 108, 110, 112) 내의 부싱(bushing)은. 지진 발생 동안에 지진 항복형 커넥터로 하여금 소성 변형되도록 하여, 시스템 내 에너지를 전체적으로 소산시킨다. 따라서, 패널(114), 지진 항복형 커넥터(102, 104, 106, 108, 110, 112) 및 구조 기둥(116, 118)은 지진 발생 동안에 손상될 가능성이 적다.
도 1에 도시된 바와 같이, 패널(114)은 상부 트랙(26) 및 하부 트랙(28)을 갖는 V형 가새 수평 트러스 패널(V-braced horizontal truss panel)이다. 상부 트랙(26)의 내측에는, 연이은(back-to-back 혹은 web-to-web) 트랙(30, 32)을 포함하는 연속 수평재(continuous horizontal brace)(이중 수평재라고도 불림)가 있으며, 이들은 패널(114)의 한 측면에서 지진 항복형 커넥터(104)에 의해 측면 스터드(36)에 고정되고, 패널(114)의 다른 측면에서 지진 항복형 커넥터(110)에 의해 측면 스터드(38)에 고정된다. 트랙(30, 32)에 의해 형성된 연속 수평재와 상부 트랙(26) 사이의 영역은, 스터드로 형성되는 수직각 웨빙(webbing)을 포함한다. 이 가새 영역은, 패널(114)에 가해지는 종방향 힘 및 횡방향 힘을 V형 가새 수평 트러스 패널의 각 측면 스터드(36, 38)에 부착된 기둥(116, 118)으로 지탱하며 전달한다.
패널(114)은 또한, 두 개의 내측 스터드(44, 46) 및 고정 플레이트(34)에 의해 상부와 하부 트랙(26, 28) 및 트랙(30, 32)에 고정된 중앙 스터드(48)를 가진다. 측면 스터드(36, 38)는 웨브(web)(14)의 말단부의 말단 컷아웃(cutout) 및 트랙(30, 32)의 테두리(lip)(18)의 말단 컷아웃을 통과하여, 스터드(36, 38)의 플랜지(flange)(16)가 트랙(26, 28, 34, 36)의 말단부의 플랜지(16)에 근접하도록 한다. 이러한 근접 영역에 고정 플레이트(34)가 위치한다. 유사하게, 내측 스터드(44, 46) 및 중앙 스터드(48)는 웨브의 내부 컷아웃과 트랙(30, 32)의 테두리를 통과하여, 스터드(36, 38) 및 중앙 스터드의 플랜지의 외부가 트랙(26, 28, 36, 38)의 플랜지의 내부와 근접하도록 한다. 이러한 근접 영역에 고정 플레이트(34)가 위치한다. 5개의 수직 스터드(36, 38, 44, 46, 48)는, 예를 들어, 중앙에서 24인치 이격되어 위치할 수 있다. 내측 스터드(44, 46) 및 중앙 스터드(48)가 트랙(30, 32)을 통과하는 지점은 힌지 연결부(hinge connection)(즉, 단일 패스너에 의해 회전할 수 있음)이다. 패널(114)의 스터드는 또한, 건식 벽체, 도관, 배선, 배관 어셈블리 등을 지지하는 역할을 한다.
패널(114)은 또한 연속적인 V형 가새를 포함한다. 상기 V형 가새는 그 디자인 및 엔지니어링 면에서 독특한 특징을 가진다. V형 가새의 두 다리는 V형 가새 스터드(V-brace studs)(54, 56)이다. V형 가새 스터드(54)는, 지진 항복형 커넥터(104)에 의해 트랙(30, 32) 바로 아래의 측면 스터드(36)에 고정되고, 정점 플레이트(apex plate)(60)에 의해 하부 트랙(28)에 고정되며, 내측 스터드(44)의 웨브의 내부 컷아웃을 통과한다. V형 가새 스터드(54)의 웨브는, 각각의 스터드(36, 44)의 한 플랜지 및 트랙(28)과 인접한다.
유사하게, V형 가새 스터드(56)는, 지진 항복형 커넥터(110)에 의해 트랙(30, 32) 바로 아래의 측면 스터드(38)에 고정되고, 정점 플레이트(60)에 의해 하부 트랙(28)에 고정되며, 내측 스터드(46)의 내부 컷아웃을 통과한다. V형 가새 스터드(56)의 웨브는 각각의 스터드(38, 46)의 한 플랜지 및 트랙(28)과 인접한다.
V형 가새 스터드(54, 56)는, 이의 웨브가 패널(114)의 스터드(36, 44, 48, 46, 38)의 웨브와 평행하도록 위치한다. 또한, V형 가새 스터드(54, 56)는 트랙(30, 32)의 바로 아래에서부터 내측 스터드(44, 46)를 통과해, 실질적으로 하부 트랙(28)의 중간에 있는 "V"의 정점까지 연속적으로 연장된다. V형 가새 스터드(54, 56) 및 중앙 스터드(48)를 상호 연결하는, 정점 플레이트(60) 및 구조 용접(structural weld)에 의해, V형 가새의 정점에서의 연결이 용이하게 된다. 플레이트(60), 하부 트랙(28), 스터드(48) 및 V형 가새 스터드(54, 56)는 용접에 의해 상호 연결된다. 내측 스터드(46)는, 또한 고정 플레이트(34)에 의해 부착되고, 내측 스터드(46)가 트랙(30, 32) 내의 내부 컷아웃(52)을 통과하는 지점에서 상부 트랙(26) 및 트랙(30, 32)에 용접된다. 정점 플레이트(60)는 18-14 게이지 냉각압연강(cold roll steel)과 같은 재료로 형성될 수 있다.
V형 가새 스터드(54, 56)의, 측면 스터드(36, 38), 중앙 스터드(48) 및 트랙(28)과의 연결은, 모멘트 연결이며 패널(114)의 횡방향 구조 성능을 향상시킨다. 이러한 연결은, 패널(114)에 가해지는 대부분의 횡방향 힘을 지진 항복형 패널(100)의 구조 기둥(116, 118)으로 전달하는 것을 용이하게 한다.
패널(114)은 또한, 수평재를 제공하는 트랙(62)을 포함한다. 트랙(62)은, 예를 들어, V형 가새 스터드(54, 56)에 의해 형성된 V형 가새의 중간에 위치한다. 트랙(62)은, 내측 스터드(44, 46)를 수용하기 위한 말단 컷아웃, 및 중앙 스터드(48)를 수용하기 위한 내부 컷아웃(52)을 가지며, 패스너에 의해 내측 스터드(44, 46) 및 중앙 스터드(48)에 고정된다. 트랙(62)은 패널(114)의 횡방향 힘의 구조적 성능에 기여한다.
도 2는 패널을 구조 기둥(218)에 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터의 투시도를 도시한다. 지진 항복형 커넥터는 U형 플레이트(220), 항복형 플레이트(yielding plate)(222), 고강도 볼트(미도시) 및 외부 부싱(outer bushing)(미도시)을 포함한다. 지진 항복형 커넥터는 패널의 우측을 기둥(218)에 연결하는 것으로 도시되어 있다. 패널의 코너는, 모두 U형 플레이트(220)에 용접된, 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)에 의해 형성된다.
U형 플레이트(220)는, 상기 U형 플레이트(220)와 측면 스터드(38)의 외부 표면에 의해 형성되는 포켓을 생성하는 방식으로, 측면 스터드(38)에 연결된다. 상기 포켓은 항복형 플레이트(222)를 위한 공간을 제공한다. 상기 항복형 플레이트(222)는 지진 발생 동안 소성 변형되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 항복형 플레이트(222)의 두께는, 더 큰 구조물 내에서 상기 항복형 플레이트(222)가 어디에 위치하는지에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 다층 건물의 경우, 더 높은 층에 위치하는 항복형 플레이트의 두께는 더 얇을 수 있는데, 이는 지진 발생 동안 더 높은 층에서는 견딜 수 있는 변위(displacement)가 더 크기 때문이다.
U형 플레이트(220)는, 상기 U형 플레이트(220) 상에 위치한 용접 슬롯(welding slot)을 사용하여, 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38) 각각에 용접될 수 있다. 건축을 단순화하기 위해, U형 플레이트(220)는, 각각의 측면 스터드(38), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 트랙(26)에서 리벳(rivet)을 초기에 사용하여 패널에 고정될 수 있다. 리벳은, 부품으로 하여금 보다 간단하며 정확한 용접을 위한 자리에 유지되도록 하는 것을 돕는다. U형 플레이트(220), 항복형 플레이트(222) 및 측면 스터드(38)는, 고강도 볼트, 부싱 및 와셔(washer)(도 2에는 도시되지 않으며, 추후 아래에서 더 논의됨)에 의해 기둥(218)에 연결된다.
U형 플레이트(220)는 냉간성형강으로 제조될 수 있다. U형 플레이트(220)상의 용접 슬롯의 크기, 형태 및 구성은, U형 플레이트(220)가 패널 상에서 어디에 위치하는지에 따라 변할 것이다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 지진 항복형 커넥터(110)의 일부인 U형 플레이트는, 트러스 구성 영역 웨빙(56)의 각도를 수용하기 위해, 지진 항복형 커넥터(108)의 일부인 U형 플레이트보다 크다. 유사하게, 지진 항복형 커넥터(106, 112)의 일부인 U형 플레이트는, 측면 스터드(36, 38)를 각각 하부 트랙(28)에 연결시키기 때문에, 다른 U형 플레이트보다 용접 슬롯의 수가 적다.
도 3은 패널을 구조 기둥에 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 도시한다. 상기 지진 항복형 커넥터는 패널의 우측을 기둥(318)에 연결하는 것으로 도시된다. U형 플레이트(320)는 패널의 측면 스터드(38)를 둘러싼다. 또한, U형 플레이트(320)는 패널의 측면 스터드(38), 트랙(26) 및 트러스 구성 영역 웨빙(56) 사이의 연결부로서의 역할을 한다. U형 플레이트(320)는, 상기 U형 플레이트(320) 및 측면 스터드(38)에 의해 포켓(326)이 생성되도록, 측면 스터드(38)에 부착된다. 포켓(326)은 항복형 플레이트(미도시)가 위치하는 곳이다.
외부 부싱(324)은 기둥(318)과 U형 플레이트(320)의 우측 면 사이에 위치한다. 지진 항복형 커넥터에 지진력이 가해질 때, U형 플레이트(320)와 항복형 플레이트는 외부 부싱(324)의 주위에서 변형된다. 외부 부싱(324)은, U형 플레이트(320) 및 항복형 플레이트가 기둥(318)과 접촉하지 않고 변형될 수 있는 공간을 생성한다. 또한, 외부 부싱(324)의 둥근 형태는 현장에서 품질 제어를 용이하게 한다.
일부 실시예에서, 외부 부싱(324)의 외경은, 더 큰 구조물 내에서 상기 외부 부싱(324)이 어디에 위치하는지에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 외부 부싱(324)이 다층 건물에서 더 높은 층에 위치할 때는, U형 플레이트(320) 및 항복형 플레이트가 더 많이 변형될 수 있도록, 외경이 더 좁을 수 있다.
도 4는 패널을 구조 기둥에 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터의 평면도를 도시한다. U형 플레이트(420)는 패널의 트랙(26)에 부착된다. U형 플레이트(420)는 항복형 플레이트(422)를 위한 포켓을 생성하는 방식으로 부착된다. 트랙(26) 및 측면 스터드(38)를 기둥(418)에 부착하기 위해, 고강도 볼트(430)가 측면 스터드(38), 항복형 플레이트(422), U형 플레이트(420) 및 기둥(418)을 통해 삽입된다. 고강도 볼트(430)의 헤드와 기둥(418) 사이에 와셔(436)가 포함될 수 있다. 외부 부싱(424)은 U형 플레이트(420)와 기둥(418) 사이에 간격을 제공한다. 일부 실시예에서, 내부 부싱(428)은 측면 스터드(38)와 너트(432) 사이에 위치한다. 너트(432)는 고강도 볼트(430)를 고정시킨다. 일부 실시예에서, 내부 부싱(428)은 나사식(threaded)일 수 있으며, 이 경우 너트(432)는 불필요하다.
다른 실시예에서, 고강도 볼트(430)는 측면 스터드(38)에서부터 항복형 플레이트(422), 외부 부싱(424) 및 기둥(418)을 통과한다. 고강도 볼트(430)의 말단부는, 너트, 와셔, 나사식 부싱 또는 나사식 플레이트를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 고정 기구를 사용하여 기둥(418) 내부에 고정될 수 있다.
항복형 플레이트(422)는 연성강(ductile steel)으로 만들어진다. 항복형 플레이트(422)의 전방 에지(front edge)는, U형 플레이트(420)에 들어맞기 위해, 그리고 지진 항복형 커넥터 상에 지진 하중이 가해질 때 항복형 플레이트(422) 변형 시의 응력 집중(stress concentration)을 피하기 위해, 둥근 형태일 수 있다. 항복형 플레이트(422)는 그 두께가 다양할 수 있으며, 건물의 상이한 부분마다 항복형 플레이트(422)의 두께가 상이한 것이 더 바람직할 수 있다. 예를 들어, 항복형 플레이트(422)의 두께가 U형 플레이트(420)의 변위를 제어하기 때문에, 더 두꺼운 항복형 플레이트(422)는, 고층 건물의 하층(지진 발생 동안 견딜 수 있는 변위가 더 적음)에 설치되는 지진 항복형 커넥터에 사용될 수 있다. 이와 반대로, 더 얇은 두께의 항복형 플레이트(422)는, 고층 건물의 상층(지진 발생 동안 견딜 수 있는 변위가 더 큼)에 설치된 지진 항복형 커넥터에 사용될 수 있다.
지진 항복형 커넥터에 지진력이 가해지면, 항복형 플레이트(422) 및 U형 플레이트(420)는 외부 부싱(424) 주위에서 변형된다. 항복형 플레이트(422)의 두께가 다양할 수 있는 것처럼, 외부 부싱(424)은, 지진 항복형 커넥터가 건물 내 어디에 위치하는지에 따라 다양한 직경을 가질 수 있다. 항복형 플레이트(422)의 두께 및 외부 부싱(424)의 직경의 분류는, 유용한 설계 용량(design capacity) 범위를 제공한다.
지진 항복형 커넥터는 연성(ductile)의 연결부를 형성하여, MCE 지반운동(maximum considered earthquake ground motion)에서의 붕괴 방지를 위한 건축 규정 기준(building code criterion)을 충족시키는 데 필요한, 큰 변위 능력(displacement capacity)을 제공한다. 지진 항복형 커넥터는 물질의 가공 경화(strain hardening) 및 큰 변위에서의 기하학적 보강(geometric stiffening)를 통해 강(steel)의 항복(yield) 이후에도 계속해서 강도(strength)를 얻는다. 이러한 강화는 MCE 지반운동에서의 붕괴 방지에 매우 유용하다. 지진 항복형 커넥터의 구성은 또한, 항복 설계 메커니즘의 계산을 위한 간단한 방법을 제공한다. 지진 항복형 커넥터는, 부하 경로(load path) 내 중요한 냉간성형강 구성요소의 조기 파손을 피할 수 있을 정도로 약하게 설계되었다. 지진 항복형 커넥터의 강도와 연성은 또한, 철골 기둥이 손실된 경우 일어나는 구조물의 연쇄붕괴(progressive collapse)에 대한 저항성을 제공한다.
도 5는 패널을 구조 기둥에 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 투시도로 도시한다. 지진 항복형 커넥터는 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)를 기둥(518)에 연결한다. 지진 항복형 커넥터는 U형 플레이트(520), 항복형 플레이트(미도시) 및 고강도 볼트(530)를 포함한다. U형 플레이트(520)는 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)에 부착된다. 일 실시예에서, 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)는, U형 플레이트(520) 상에 위치한 용접 슬롯을 이용해 U형 플레이트(520)에 용접될 수 있다. U형 플레이트(520)에는 또한, 리벳을 위한 구멍이 위치할 수 있다. 리벳은, 용접 공정 동안에 U형 플레이트(520)를 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)에 대하여 제자리에 고정시킬 수 있다. U형 플레이트(520)가 측면 스터드(38)에 부착되어, 상기 U형 플레이트(520)와 측면 스터드(38)에 의해 포켓이 생성된다. U형 플레이트(520)와 측면 스터드(38)에 의해 형성된 포켓의 내부에 항복형 플레이트가 위치한다.
기둥(518)은 고강도 볼트(530)를 사용하여 지진 항복형 커넥터에 연결된다. 고강도 볼트(530)는 측면 스터드(38), 항복형 플레이트, U형 플레이트(520), 외부 부싱(미도시) 및 기둥(518)을 통과한다. 고강도 볼트(830)를 측면 스터드(38)의 내부에 고정시키기 위해 내부 부싱(528) 및 너트(532)가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 부싱(528)은 나사식(threaded)이며, 따라서 상기 내부 부싱(528)을 고정하기 위한 추가적인 너트(532)가 필요하지 않다. 고강도 볼트(530)의 헤드와 기둥(518) 사이에 와셔가 위치할 수 있다.
다른 실시예에서, 고강도 볼트(530)는 측면 스터드(38)에서부터 항복형 플레이트(522), 외부 부싱(524) 및 기둥(518)을 통과한다. 고강도 볼트(530)의 말단부는, 너트, 와셔, 나사식 부싱 또는 나사식 플레이트를 사용하여 기둥(518) 내부에 고정될 수 있다.
도 6은 나사식 커넥터 플레이트(640)가 내부에 사용되는 구조 기둥(618)에 패널을 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터의 투시도를 도시한다. 지진 항복형 커넥터는 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)를 구조 기둥(618)에 연결한다. 지진 항복형 커넥터는 U형 플레이트(620), 항복형 플레이트(622), 고강도 볼트(630) 및 외부 부싱(미도시)을 포함한다. U형 플레이트(620)는 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)에 부착된다. 일 실시예에서, 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)는 모두, U형 플레이트(620) 상에 위치한 용접 슬롯을 사용하여 U형 플레이트(620)에 용접된다. U형 플레이트(620)에는 또한, 리벳을 위한 구멍이 위치할 수 있다. 리벳은, 용접 공정 동안에 U형 플레이트(620)를 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)에 대하여 제자리에 고정시킬 수 있다. U형 플레이트(620)가 측면 스터드(38)에 부착되어, 상기 U형 플레이트(620)와 측면 스터드(38)에 의해 포켓이 생성된다. U형 플레이트(620)와 측면 스터드(38)에 의해 형성된 포켓의 내부에 항복형 플레이트(622)가 위치한다.
구조 기둥(618)은 고강도 볼트(630)를 사용하여 지진 항복 커넥터에 부착된다. 고강도 볼트(630)는 내부 부싱(628), 측면 스터드(38), 항복형 플레이트(622), U형 플레이트(620), 외부 부싱(미도시) 및 구조 기둥(618)을 통과한다. 기둥(618)의 내부에 나사식 커넥터 플레이트(640)가 위치한다. 나사식 커넥터 플레이트(640)는, 나사 구멍(예를 들어, 나사 구멍 642)을 이용하여 고강도 볼트(630)를 기둥(618) 내부에 고정한다. 도시된 바와 같이, 고강도 볼트(630)의 나사식 말단부(630b)는 나사식 플레이트(640)에 의해 고정된다.
도 7은, 나사식 커넥터 플레이트(740)가 내부에 사용되는 구조 기둥(718)에 패널을 연결하는, 예시적인 지진 항복형 커넥터의 투시도를 도시한다. 지진 항복형 커넥터는 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)를 구조 기둥(718)에 연결한다. 지진 항복형 커넥터는 U형 플레이트(720), 항복형 플레이트(미도시) 및 고강도 볼트(730)를 포함한다. U형 플레이트(720)는 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)에 부착된다. 일 실시예에서, 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)는 모두, U형 플레이트(720) 상에 위치한 용접 슬롯을 사용하여 U형 플레이트(720)에 용접된다. U형 플레이트(720)에는 또한, 리벳을 위한 구멍이 위치할 수 있다. 리벳은, 용접 공정 동안에 U형 플레이트(720)를 트랙(26), 트러스 구성 영역 웨빙(56) 및 측면 스터드(38)에 대하여 제자리에 고정시킬 수 있다. U형 플레이트(720)가 측면 스터드(38)에 부착되어, 상기 U형 플레이트(720)와 측면 스터드(38)에 의해 포켓이 생성된다. U형 플레이트(720)와 측면 스터드(38)에 의해 형성된 포켓의 내부에 항복형 플레이트가 위치한다.
구조 기둥(718)은 고강도 볼트(730)를 사용하여 지진 항복 커넥터에 부착된다. 고강도 볼트(730)는 내부 부싱(728), 측면 스터드(38), 항복형 플레이트, U형 플레이트(720), 외부 부싱(미도시) 및 구조 기둥(718)을 통과한다. 구조 기둥(718)의 내부에 나사식 커넥터 플레이트(740)가 위치한다. 나사식 커넥터 플레이트(740)는 나사 구멍(예를 들어, 나사 구멍 742)을 통해 고강도 볼트(730)를 기둥(718) 내부에 고정한다.
도 8a 및 8b는, I형강(I beam) 상에 제공되는, 예시적인 지진 항복형 커넥터를 도시한다. 도 8a는, I형강 상에 제공되는, 예시적인 지진 항복형 커넥터의 평면도를 도시한다. 도 8b는, I형강 상에 제공되는, 예시적인 지진 항복형 커넥터의 정면도를 도시한다. 이 실시예에서, 지진 항복형 커넥터는 항복형 튜브(yielding tube)(844), 고강도 볼트(830), 부싱(824) 및 나사식 커넥터 플레이트(840)를 포함한다. 항복형 튜브(844)는 I형강(842)에 연결된다. 일 실시예에서, 항복형 튜브(844)는 I형강(842)에 용접된다. 이어서, 항복형 튜브(844)는 고강도 볼트(830)를 사용하여 기둥(818)에 연결된다. 고강도 볼트(830)는 항복형 튜브(844), 부싱(824) 및 기둥(818)을 통과한다. 일 실시예에서, 고강도 볼트(830)는, 나사식 커넥터 플레이트(840)를 사용하여 고정된다. 다른 실시예에서, 고강도 볼트(830)는, 너트, 와셔 및 부싱의 임의의 조합을 사용하여 고정될 수 있다. 파선(846)은, 지진 항복형 커넥터가 지진력을 받을 때 항복형 튜브(844)가 어떻게 변형될 수 있는지를 도시한다.
도 9는, 패널을 구조 기둥에 연결시키도록 지진 항복형 커넥터를 조립하기 위한 예시적인 동작을 도시한다. 지진 항복형 커넥터는 U형 플레이트, 항복형 플레이트, 고강도 볼트 및 부싱을 포함한다. 제1 삽입 동작(902)은 구조 기둥의 개구부를 통해 고강도 볼트를 삽입하는 동작이다. 일부 실시예에서, 구조 기둥은, 특정 유형의 패널을 갖는 지진 항복형 커넥터의 높이를 수용하도록 절단된 개구부를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 유연성을 고려하여, 규칙적인(regular) 개구부가 구조 기둥을 따라 이격될 수 있다.
피팅 동작(904)은, 외부 부싱을 고강도 볼트에 장착하는 동작이다. 외부 부싱은 궁극적으로, 상기 구조 기둥과 U형 플레이트의 사이, 그리고 구조 기둥의 외부에 위치하게 된다. 외부 부싱은, 구조 기둥과 U형 플레이트 사이에 간격을 형성해, 지진력이 있을 때 U형 플레이트가 외부 부싱의 주위에서 변형되도록 한다. U형 플레이트의 변형 정도를 제어하기 위해 외부 부싱의 외경이 달라질 수 있다. 예를 들어, 외경이 더 큰 외부 부싱은, 외경이 더 작은 외부 부싱보다 U형 플레이트의 변형이 적다.
제2 삽입 동작(906)은, 고강도 볼트를 U형 플레이트의 개구부, 항복형 플레이트의 개구부 및 패널의 측면 스터드의 개구부에 삽입하는 동작이다. 제2 삽입 동작(906)은 지진 항복형 커넥터를 생성한다. U형 플레이트는, 이의 내부 표면과 패널의 측면 스터드의 외부 표면 사이에 항복형 플레이트를 위한 포켓이 형성되는 방식으로, 패널의 측면 스터드에 (용접 등에 의해)부착된다. U형 플레이트는 또한, 패널의 측면 스터드와 상기 패널의 다른 부품 사이의 커넥터로서의 역할을 할 수 있다.
고정 동작(908)은, 내부 고정 기구를 이용하여 고강도 볼트를 고정시키는 동작이다. 일부 실시예에서, 내부 고정 기구는 내부 부싱이다. 내부 부싱이 내부 고정 기구로서의 역할을 하는 경우, 내부 부싱은 고강도 볼트를 지진 항복형 커넥터의 일부로서 제자리에 고정시키기 위한 나사식 부싱이다. 다른 실시예에서, 비 나사식(non-threaded) 내부 부싱은, 너트와 같은 다른 내부 고정 기구가 지진 항복형 커넥터 내의 고강도 볼트를 고정하도록 고강도 볼트 상에 위치하기 전에, 고강도 볼트 상에 배치될 수 있다.
상술한 명세서, 예시 및 데이터는 본 발명의 예시적인 실시예의 구조 및 사용에 대해 완전한 설명을 제공한다. 본 발명의 실시예는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명은 이하에 첨부된 청구범위에 속한다. 또한, 상이한 실시예의 구조적 특징은, 인용된 청구범위를 벗어나지 않으면서 또 다른 실시예에 결합될 수 있다. 본 발명의 실시예 및 응용이 도시되고 설명되었지만, 본 개시의 이점을 이해하는 통상의 기술자에게는, 본 발명의 발명적 개념을 벗어나지 않고 상기 언급된 것보다 더 많은 수정 및 변형이 가능하다는 것이 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위의 사상을 벗어나지 않는 한 제한되지 않아야 한다.

Claims (20)

  1. 지진 항복형 커넥터(seismic yielding connector)로서,
    패널의 측면 스터드(stud)를 상기 패널의 다른 부품에 연결하도록 구성된 U형 플레이트(U-shaped plate);
    상기 U형 플레이트 및 상기 패널의 상기 측면 스터드 사이에 위치한 항복형 플레이트(yielding plate);
    상기 U형 플레이트, 상기 항복형 플레이트 및 상기 패널의 상기 측면 스터드를 구조 기둥(structural column)에 연결하는 고강도 볼트(high-strength bolt); 및
    상기 U형 플레이트와 상기 구조 기둥 사이에 위치하는 부싱(bushing);
    을 포함하는 지진 항복형 커넥터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 항복형 플레이트의 두께가, 더 큰 구조물 내에서의 상기 지진 항복형 커넥터의 위치에 따라 결정되는 지진 항복형 커넥터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부싱의 외경이, 더 큰 구조물 내에서의 상기 지진 항복형 커넥터의 위치에 따라 결정되는 지진 항복형 커넥터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측면 스터드의 내부면 상에 위치한 내부 부싱(inner bushing)을 더 포함하는 지진 항복형 커넥터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내부 부싱은 나사식(threaded) 부싱인 지진 항복형 커넥터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 항복형 플레이트의 적어도 한 면이 둥근 모서리(edge)를 가지는 지진 항복형 커넥터.
  7. 지진 항복형 패널(seismic yielding panel)에 있어서, 상기 지진 항복형 패널은:
    상부 트러스 구조(upper truss structure)및 하나 이상의 측면 스터드(stud)를 포함하는 패널;
    하나 이상의 구조 기둥(structural columns); 및
    상기 패널의 상기 하나 이상의 측면 스터드를 상기 하나 이상의 구조 기둥에 연결하는 하나 이상의 지진 항복형 커넥터;
    를 포함하되, 각각의 상기 하나 이상의 지진 항복형 커넥터는:
    상기 하나 이상의 측면 스터드 중 하나를 상기 패널의 다른 부품에 연결하도록 구성된 U형 플레이트;
    상기 U형 플레이트와 상기 패널의 상기 하나 이상의 측면 스터드 중 상기 하나 사이에 위치한 항복형 플레이트(yielding plate);
    상기 U형 플레이트, 상기 항복형 플레이트 및 상기 패널의 상기 하나 이상의 측면 스터드 중 상기 하나를 연결하는 고강도 볼트(high-strength bolt); 및
    상기 U형 플레이트와 상기 하나 이상의 구조 기둥 중 하나 사이에 위치하는 부싱(bushing);
    을 포함하는 지진 항복형 패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 패널은 V형 가새 패널(V-braced panel)인 지진 항복형 패널.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 패널은 모멘트 골조(moment frame) 조립체인 지진 항복형 패널.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 항복형 플레이트의 두께가, 더 큰 구조물 내에서의 상기 지진 항복형 커넥터의 위치에 따라 결정되는 지진 항복형 패널.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 부싱의 외경이, 더 큰 구조물 내에서의 상기 지진 항복형 커넥터의 위치에 따라 결정되는 지진 항복형 패널.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 지진 항복형 커넥터 중 적어도 하나는, 상기 측면 스터드의 내부면 상에 위치한 내부 부싱을 더 포함하는 지진 항복형 패널.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 내부 부싱은 나사식(threaded) 부싱인 지진 항복형 패널.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 항복형 플레이트의 적어도 한 면이 둥근 모서리를 가지는 지진 항복형 패널.
  15. 지진 항복형 커넥터(seismic yielding connector)를 이용하여 지진 항복형 패널(seismic yielding panel)을 구조 기둥(structural column)에 연결하는 방법에 있어서,
    구조 기둥의 개구부를 통하여 고강도 볼트(high-strength bolt)를 삽입하는 단계;
    상기 고강도 볼트에 외부 부싱(bushing)을 장착하는 단계;
    상기 고강도 볼트를 U형 플레이트(U-shaped plate)의 개구부, 항복형 플레이트(yielding plate)의 개구부 및 패널의 측면 스터드(stud)의 개구부에 삽입하는 단계; 및
    내부 고정 기구를 이용하여 상기 고강도 볼트를 고정하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 내부 고정 기구는 나사식(threaded) 부싱인 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 항복형 플레이트의 두께가, 더 큰 구조물 내에서의 상기 지진 항복형 커넥터의 위치에 따라 결정되는 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 외부 부싱의 외경이, 더 큰 구조물 내에서의 상기 지진 항복형 커넥터의 위치에 따라 결정되는 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 항복형 플레이트의 적어도 한 면이 둥근 모서리를 가지는 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 고강도 볼트는 나사식 볼트인 방법.
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