KR20240025151A - 구축 건물의 내진보강을 위한 적층강재댐퍼 - Google Patents
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Abstract
구축 건물의 내진보강을 위해 사용될 수 있는 적층강재댐퍼가 개시된다. 본 발명에 따르면, 제1, 2베이스브라켓 사이에 설치되는 메인댐퍼; 및 메인댐퍼의 내측 영역에서 상기 제1, 2베이스브라켓 사이에 설치되되, 소정 범위 이내의 변위에서는 메인댐퍼와 함께 탄성 변형되어 지진에너지를 소산시키고, 소정 범위 이상의 변위에서는 소성 변형되어 변위를 지지하는 선형 인장부재로 변환되는 적층형보조댐퍼;를 포함하는 적층강재댐퍼가 제공된다. 본 발명은 변위의 크기에 따라 탄성 변형되거나 선형 인장부재로 전환되어, 각 변위에 따른 구조물의 내력을 효과적으로 증진시킬 수 있다.
Description
본 발명은 구축 건물의 내진보강을 위해 사용될 수 있는 적층강재댐퍼에 관한 것이다.
근래 들어 국내에서도 지진 발생빈도가 점차 증가 중에 있다. 국내 지진계측 역사상 가장 큰 규모의 지진으로 알려진 2016년 경주 지진 이후 국내도 더 이상 지진 안전지대가 아니라는 주장이 대두되고 있다. 국내에서는 80년대 내진관련법이 제정된 이후 내진설계를 일부 적용해 오고 있으나, 현재까지 국내 건축물의 내진율은 10%에도 미치지 못하는 것으로 알려져 지진에 매우 취약한 구조이다. 이에 따라 정부 등에서는 지진피해 방지대책의 일환으로 내진설계규정을 지속적으로 강화하고 있고, 기존 공공시설물 등에는 내진보강대책을 추진하고 있다.
내진설계기술은 수평적인 지진하중에 견딜 수 있도록 구조물을 설계하는 기술로, 내진구조, 면진구조 및 제진구조로 분류될 수 있다. 내진구조는 건축물의 강도나 연성을 증가시켜 지진에 대항하는 구조로 철근이나 철골 등을 보강해 건물의 내력을 증진시킨다. 면진구조는 건물과 지반 사이에 전단변형장치 등을 설치해 지반으로부터 전달되는 진동을 건축물의 기초에서 차단하는 구조이다. 구조물의 고유주기를 인위적으로 길게 만들어 지진의 강주기 대역을 벗어나게 하는게 목적이다. 제진구조는 건축물에 인위적인 손상을 집중시키는 댐퍼 등을 설치해 건축물에 작용되는 진동을 흡수 및 상쇄시키는 방식을 사용한다.
한편 기존에 내진설계가 되지 않은 구축 구조물은 각종 공법을 적용해 지진에 견딜 수 있도록 보강하는 내진보강이 이뤄지고 있다. 내진보강공법은 기존 구조체에 전단벽, 브레이스 등을 설치해 수평력에 대한 강도저항능력을 향상시키는 강도증진형 보강공법, 강판 등으로 기둥이나 벽체의 전단 내력을 증가시키고 취성파괴를 방지하는 연성증진형 보강공법, 면진이나 제진장치를 사용해 구조물을 장주기화시키거나 감쇠능력을 증가시키는 응답감소형 보강공법 등이 사용되고 있다.
대표적인 내진보강공법에 대해 좀 더 살펴보면, 철골 프레임과 브레이스를 이용한 내진보강은 주로 기존 시설물의 내력을 보강하는 방식으로, 예컨대 등록특허 제10-2130842호의 "댐퍼가 구비된 강재 브레이스를 이용한 내진보강공법" 등이 이에 해당된다. 다만 이 방식은 지진 발생시 구조물의 변위를 제어할 수 있는 능력이 떨어지고, 미관이 좋지 않아 불필요한 위화감을 조성하는 문제가 지적된다.
다른 방식으로는 슬릿강재댐퍼를 이용한 방식이 알려져 있다. 이 방식은 지진 하중을 마찰을 통해 흡수 내지 완충시키는 방식으로, 예컨대 등록특허 제10-1968303호의 "내진 및 제진성능이 향상된 강재 멀티 슬릿댐퍼" 등이 이에 해당된다. 슬릿강재댐퍼를 이용한 방식은 지진 에너지의 감쇠 능력이 뛰어나면서도 설치비용이 비교적 저렴하다는 장점이 있으나, 설계강도보다 약한 지진에 대해서는 지진 에너지의 흡수력이 미미하고 구조물의 부분적 파괴가 유발될 수 있는 한계를 가진다.
한편 오일이나 점성유체를 이용한 댐퍼 방식은 비교적 강한 지진에도 효과적으로 대응 가능해 지진의 발생빈도가 높거나 강진이 예상되는 지역에서 적용되고 있다. 예컨대 등록특허 제10-1934365호의 "내진 보강용 오일 댐퍼 장치 및 이를 시공하는 방법" 등이 이에 해당된다. 이 방식은 지진 발생 후에도 댐퍼의 교체가 요구되지 않고, 지진의 강도에 비례한 단계별 대응능력이 우수한 장점이 있다. 다만 상대적으로 고가의 설치비용이 요구되고, 계절별 온도 차가 큰 지역에서는 오일 등의 점도변화나 유실여부 등이 정기적으로 점검되어야 하는데, 구조상 이러한 점검작업이 용이하지 않는 등의 문제점을 가진다.
또 다른 방식으로는 대략 'U'자형을 가지는 강재댐퍼를 구조물에 설치해 지진에너지를 소산하는 방식의 내진보강공법이 알려져 있다. 예컨대 등록특허 제10-2185142호의 "잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼" 등이 이에 해당된다. 이러한 강재댐퍼는 지진하중에 대해 변형이 크게 나타나 에너지 소산에 기여할 수 있는 반면, 내력이나 강성이 작아 상대적으로 큰 지진하중에 대해서는 붕괴하중 제어나 제진 기능을 제대로 발휘하지 못하는 단점이 있다.
본 발명의 실시예들은 구축 건물의 내진보강을 위해 적절히 사용될 수 있는 적층강재댐퍼를 제공하고자 한다.
또한 본 발명의 실시예들은 지진하중의 증가에 따라 선형 인장부재로 전환되어 지진하중에 효과적으로 저항할 수 있는 적층강재댐퍼를 제공하고자 한다.
또한 본 발명의 실시예들은 다양한 단계의 지지하중에 대해 효과적 대응이 가능한 적층강재댐퍼를 제공하고자 한다.
다만 본 발명의 실시예들이 이루고자 하는 기술적 과제들은 반드시 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 상세한 설명 등 명세서의 다른 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1, 2베이스브라켓 사이에 설치되는 메인댐퍼; 및 상기 메인댐퍼의 내측 영역에서 상기 제1, 2베이스브라켓 사이에 설치되되, 소정 범위 이내의 변위에서는 상기 메인댐퍼와 함께 탄성 변형되어 지진에너지를 소산시키고, 상기 소정 범위 이상의 변위에서는 소성 변형되어 변위를 지지하는 선형 인장부재로 변환되는 적층형보조댐퍼;를 포함하는 적층강재댐퍼가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼는 구축 건물 등에서 구조물의 내진보강을 위해 적절히 사용될 수 있다. 특히 본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼는 보다 높은 지진 대응 성능이 요구되는 저층부 영역이나 연약층이 발생할 수 있는 층을 대상으로 선택적으로 적용되어, 비용 효율적으로 구조물의 내진성능을 개선할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼는 일정 수준 이하의 지진하중이나 변위에 대해서는 메인댐퍼를 중심으로 탄성 변형 특성을 보이면서 지진하중을 지지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼는 일정 수준 이상의 변위가 발생되게 되면 최내측에 배치된 적층형보조댐퍼부터 비탄성 거동을 하여 지진 에너지를 소산하는 댐퍼로 역할을 하게 되고, 변위가 더 증가되면 최내측적층형보조댐퍼부터 인장부재로 전환되어 지진하중을 분담하게 된다. 여기서 적층형보조댐퍼는 복수개가 각각 상이한 길이를 갖고 소정 간격으로 이격 배치되어, 변위에 따라 각 적층형보조댐퍼가 순차적으로 선형 인장부재로 전환될 수 있다. 이에 따라 각 적층형보조댐퍼가 비탄성 거동으로 인한 에너지 소산과 비탄성 거동 후 인장부재로 변환되어 지진력에 직접적으로 저항하고 최종 붕괴에 대응할 수 있게 된다. 따라서 기존 구조물의 지진 대응 능력이 제안된 적층강재댐퍼를 사용하여 상당히 개선될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼는 지진 변위가 발생되면 최내측에 배치된 적층형보조댐퍼가 비탄성 거동을 하며 에너지를 소산하고, 나머지의 적층형보조댐퍼는 탄성영역에서 하중을 제어할 수 있다. 또한 변위가 증가되면 외측의 다른 적층형보조댐퍼들도 순차적으로 비탄성 거동을 하게 된다. 본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼는 이와 같이 최내측의 적층형보조댐퍼부터 층전단력을 지지하는 요소로 전환되어 층붕괴를 제어하는 역할을 하게 된다. 즉, 비탄성 거동을 하는 일부의 적층형보조댐퍼들은 에너지를 소산하여 변위를 줄이는 역할을 하게 되고, 인장부재로 변환된 나머지 일부의 적층형보조댐퍼들은 층하중을 지지하는 역할을 분담하게 된다. 이에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼는 보다 효율적으로 지진하중에 대해 저항할 수 있게 된다.
다만 본 발명의 실시예들을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과들은 반드시 상기에서 언급한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 효과들은 상세한 설명 등 명세서의 다른 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 적층강재댐퍼가 구조물에 설치된 형태를 예시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 적층강재댐퍼의 확대도이다.
도 3은 도 2에 도시된 적층강재댐퍼의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 적층강재댐퍼의 작동도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 적층강재댐퍼의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 적층강재댐퍼의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 적층강재댐퍼의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 적층강재댐퍼의 확대도이다.
도 3은 도 2에 도시된 적층강재댐퍼의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 적층강재댐퍼의 작동도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 적층강재댐퍼의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 적층강재댐퍼의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 적층강재댐퍼의 개략도이다.
이하 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조해 설명한다. 이하의 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공될 수 있다. 다만 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이고 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 기술적 요지를 불분명하게 하거나 공지된 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층강재댐퍼가 구조물에 설치된 형태를 예시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 적층강재댐퍼(100)는 브레이스(10)를 매개로 구조물에 설치될 수 있다. 구체적으로 적층강재댐퍼(100)는 각 플로어의 상부브레이스(11)와 하부브레이스(12) 사이에 설치되어 브레이스(10)로부터 전달되는 구조물의 진동을 소산시키도록 이뤄질 수 있다. 다만 적층강재댐퍼(100)의 설치 형태가 반드시 도 1에 예시된 바에 한정되지는 않으며, 공지된 다양한 형태의 내진보강 구조에 적절히 응용될 수 있다. 예컨대 적층강재댐퍼(100)는 알려진 브레이싱 타입, 벽체 스터드 타입, 기둥 스터드 타입, 커플링 빔 타입 등의 내진보강 구조에서 적절히 응용될 수 있다.
한편 본 실시예의 적층강재댐퍼(100)가 적용되는 구조물은 구축 건물을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예의 적층강재댐퍼(100)는 구축 건물의 내진보강을 위해 보다 효과적으로 사용될 수 있다. 다만 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 신축 건물 등 다양한 구조물에서의 사용이 배제되지는 않는다.
적용 대상의 구조물이 소정 층수 이상의 고층 건물일 경우 본 실시예의 적층강재댐퍼(100)는 저층부 영역(21)에 선택적으로 적용될 수 있다. 일반적으로 고층 건물의 경우 저층부 영역(21)에서 보다 높은 지진 대응 성능이 요구되는 점을 고려한 것이다. 이와 같은 경우 고층부 영역(22)은 시공 비용 등을 고려해 공지된 일반 강재 댐퍼(31)가 사용될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 적층강재댐퍼의 확대도이고, 도 3은 도 2에 도시된 적층강재댐퍼의 개략적인 사시도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 실시예의 적층강재댐퍼(100)는 제1베이스브라켓(111) 및 제2베이스브라켓(112)을 포함할 수 있다.
제1베이스브라켓(111)은 상부브레이스(11)에 고정 설치될 수 있고, 제2베이스브라켓(112)은 제1베이스브라켓(111)의 하부로 소정 간격 이격되어 하부브레이스(12)에 고정 설치될 수 있다. 경우에 따라 제1, 2베이스브라켓(111, 112)은 구성의 일부 또는 전부가 상, 하부브레이스(11, 12)와 공유되거나 일체로 형성될 수 있다.
제1베이스브라켓(111)은 상부브레이스(11)와 함께 거동되어 후술할 메인댐퍼(120) 등으로 상부브레이스(11)의 변위를 전달할 수 있고, 유사하게 제2베이스브라켓(112)은 하부브레이스(12)와 함께 거동되어 메인댐퍼(120) 등으로 하부브레이스(12)의 변위를 전달할 수 있다.
한편 본 실시예의 적층강재댐퍼(100)는 최외단부의 메인댐퍼(120)를 포함할 수 있다.
메인댐퍼(120)는 제1베이스브라켓(111)과 제2베이스브라켓(112)의 사이에 배치될 수 있다. 메인댐퍼(120)는 상부 측의 일단이 제1베이스브라켓(111)에 고정 설치되고, 하부 측 일단이 제2베이스브라켓(112)에 고정 설치될 수 있다. 이에 따라 메인댐퍼(120)는 제1, 2베이스브라켓(111, 112) 사이에서 적절히 탄성 변형될 수 있다.
메인댐퍼(120)는 소정의 폭 및 길이를 가진 플레이트형 부재가 대략 'U'자형으로 굴곡되어 형성될 수 있다. 즉, 메인댐퍼(120)는 완만하게 굴곡진 형상을 갖는 중앙의 메인댐퍼굴곡부(121)와, 메인댐퍼굴곡부(121)의 양단에서 각각 직선형으로 연장된 한 쌍의 메인댐퍼연장부(122)로 이뤄질 수 있다. 본 실시예에서 메인댐퍼굴곡부(121)는 소정 곡률을 갖고 반원형으로 연장된 플레이트형 부재로 예시되고 있다.
메인댐퍼(120)는 양단의 메인댐퍼연장부(122)가 각각 제1베이스브라켓(111) 또는 제2베이스브라켓(112)에 고정 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 볼트결합을 예시하고 있으며, 이에 따라 각 메인댐퍼연장부(122)의 단부 부근에는 복수의 메인댐퍼체결홀(123)이 형성되어 있다. 메인댐퍼체결홀(123)은 메인댐퍼연장부(122)를 두께방향으로 관통하도록 형성될 수 있다.
메인댐퍼(120)는 양단의 메인댐퍼연장부(122) 부위에서만 제1, 2베이스브라켓(111, 112)에 고정되어 있고, 나머지 영역은 제1, 2베이스브라켓(111, 112)과 분리된 구조를 가질 수 있다. 따라서 메인댐퍼(120)는 제1, 2베이스브라켓(111, 112) 사이에서 적절히 탄성 변형되거나, 경우에 따라서는 원래 형상을 벗어나 소성 변형될 수 있다.
메인댐퍼(120)는 소정의 강성 및 탄성을 가진 재질로 이뤄질 수 있다. 예컨대 메인댐퍼(120)는 소정의 탄성을 갖는 강재(steel)를 재질로 형성될 수 있다. 다만 경우에 따라 알루미늄 등 대체재의 사용이 배제되지는 않는다.
필요에 따라 메인댐퍼(120)는 제1, 2베이스브라켓(111, 112) 사이의 내측 영역에 배치되어 제1, 2베이스브라켓(111, 112) 외측으로 노출되지 않도록 이뤄질 수 있다. 즉, 메인댐퍼(120)는 제1, 2베이스브라켓(111, 112)의 각 단부를 연결한 가상라인(L1)의 내측에 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기와 같은 메인댐퍼(120)는 종래 알려진 U자형 댐퍼와 기능이나 구조상 일부 대응될 수 있다. 다만 본 실시예의 메인댐퍼(120)는 에너지 소산에서 나아가 선형 인장재로서의 기능이 함께 고려되고 있다는 점에서 종래와 차이를 가진다. 이는 후술할 적층형보조댐퍼(130)와 관련해 부연하기로 한다.
한편 본 실시예의 적층강재댐퍼(100)는 메인댐퍼(120) 내부에 적층 배치된 적층형보조댐퍼(130)를 포함할 수 있다.
적층형보조댐퍼(130)는 메인댐퍼(120)와 유사하게 제1베이스브라켓(111)과 제2베이스브라켓(112)의 사이에 배치될 수 있다. 또한 적층형보조댐퍼(130)는 상부 측 일단이 제1베이스브라켓(111)에 고정 설치되고, 하부 측 일단이 제2베이스브라켓(112)에 고정 설치될 수 있다. 적층형보조댐퍼(130)는 제1, 2베이스브라켓(111, 112) 사이에서 적절히 탄성 변형될 수 있다.
적층형보조댐퍼(130)는 메인댐퍼(120)의 내측 영역에 배치될 수 있다. 즉, 적층형보조댐퍼(130)는 메인댐퍼(120) 대비 제1, 2베이스브라켓(111, 112)의 중심선(C1) 측으로 보다 인접하도록 배치될 수 있다. 또한 적층형보조댐퍼(130)는 횡방향으로 메인댐퍼(120)와 소정 간격 이격 배치될 수 있다.
적층형보조댐퍼(130)는 소정의 폭 및 길이를 가진 플레이트형 부재가 대략 'U'자형으로 굴곡되어 형성될 수 있다. 이는 전술한 메인댐퍼(120)와 유사하다. 다만 적층형보조댐퍼(130)는 메인댐퍼(120)의 내측 영역에 소정 간격 이격 배치되고, 메인댐퍼(120)와 동일한 위치에서 제1, 2베이스브라켓(111, 112)에 고정됨에 따라, 메인댐퍼(120) 대비 상대적으로 짧은 길이를 가질 수 있다. 적층형보조댐퍼(130)는 완만하게 굴곡진 형상을 갖는 중앙의 보조댐퍼굴곡부(131)와, 보조댐퍼굴곡부(131)의 양단에서 각각 직선형으로 연장된 한 쌍의 보조댐퍼연장부(132)로 이뤄질 수 있다.
보조댐퍼굴곡부(131)는 대체로 메인댐퍼굴곡부(121)와 대응되는 형상을 갖고 굴곡지게 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우 보조댐퍼굴곡부(131)는 메인댐퍼굴곡부(121)에 대응되는 반원형의 플레이트형 부재로 예시되고 있다. 이와 같은 경우 보조댐퍼굴곡부(131)는 메인댐퍼굴곡부(121)와 대응되는 곡률을 갖고 반원형으로 연장 형성될 수 있다.
적층형보조댐퍼(130)는 양단의 보조댐퍼연장부(132)가 각각 제1베이스브라켓(111) 또는 제2베이스브라켓(112)에 고정 설치될 수 있다. 또한 보조댐퍼연장부(132)는 메인댐퍼연장부(122)와 체결구조를 공유하며 제1베이스브라켓(111)이나 제2베이스브라켓(112)에 고정 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 보조댐퍼연장부(132)의 단부에 복수의 보조댐퍼체결홀(133)이 형성되고, 이러한 보조댐퍼체결홀(133)이 메인댐퍼체결홀(123)과 대응되어 볼트 등 소정의 결합부재에 의해 구속 고정되는 경우를 예시하고 있다.
바람직하게 적층형보조댐퍼(130)는 복수개로 구성될 수 있다. 예컨대 적층형보조댐퍼(130)는 2~5개로 구성될 수 있고, 이와 같은 복수의 적층형보조댐퍼(130)는 메인댐퍼(120)의 내측 영역에서 횡방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 2개의 적층형보조댐퍼(134, 135)가 구비된 경우를 예시하고 있으며, 편의상 각 적층형보조댐퍼(134, 135)를 제1적층형보조댐퍼(134) 및 제2적층형보조댐퍼(135)로 구분해 지칭하기로 한다.
제1적층형보조댐퍼(134)는 적층형보조댐퍼(130)의 최내측에 배치될 수 있다. 상기의 최내측은 메인댐퍼(120)가 배치된 방향의 반대방향으로 중심선(C1)에 보다 인접한 위치를 의미할 수 있다.
제1적층형보조댐퍼(134)는 대략 반원형의 형상을 갖는 제1보조댐퍼굴곡부(134a)와, 제1보조댐퍼굴곡부(134a)의 양단에서 각각 직선형으로 연장된 한 쌍의 제1보조댐퍼연장부(134b)로 이뤄질 수 있다. 제1보조댐퍼굴곡부(134a)는 대체로 메인댐퍼굴곡부(121)와 대응되는 크기 및 형상을 가질 수 있다.
다만 제1보조댐퍼연장부(134b)는 메인댐퍼연장부(122) 대비 소정 정도 짧은 길이를 가질 수 있다. 즉, 메인댐퍼연장부(122)는 횡방향으로 제1길이(W1)를 갖는데 반해, 제1보조댐퍼연장부(134b)는 상기의 제1길이(W1)보다 소정 정도 작은 제2길이(W2)를 갖도록 형성될 수 있다. 이는 지진하중에 따른 변위에 대응해 제1적층형보조댐퍼(134)부터 순차적으로 선행 인장부재로 기능할 수 있도록 하기 위함이다.
각 제1보조댐퍼연장부(134b)의 단부 부근에는 복수의 제1보조댐퍼체결홀(134c)이 두께방향으로 관통 형성될 수 있다. 제1적층형보조댐퍼(134)는 이를 통해 메인댐퍼(120)와 함께 제1, 2베이스브라켓(111, 112)에 단부가 고정 설치될 수 있다.
한편 제2적층형보조댐퍼(135)는 제1적층형보조댐퍼(134)로부터 외측으로 소정 간격 이격 배치될 수 있다. 본 실시예의 경우 2개의 적층형보조댐퍼(134, 135)를 예시하는 바, 제2적층형보조댐퍼(135)는 제1적층형보조댐퍼(134)와 메인댐퍼(120) 사이에 배치되고 있다.
제2적층형보조댐퍼(135)는 제1적층형보조댐퍼(134)와 유사하게 제2보조댐퍼굴곡부(135a)와 한 쌍의 제2보조댐퍼연장부(135b)로 이뤄질 수 있다. 제2보조댐퍼굴곡부(135a)는 대체로 메인댐퍼굴곡부(121) 또는 제1보조댐퍼굴곡부(134a)와 대응되는 크기 및 형상을 가질 수 있다.
제2보조댐퍼연장부(135b)는 제1보조댐퍼연장부(134b) 대비 소정 정도 긴 길이를 가질 수 있다. 다만 제2보조댐퍼연장부(135b)는 제1보조댐퍼연장부(134b)와 마찬가지로 메인댐퍼연장부(122) 대비 소정 정도 짧은 길이로 형성될 수 있다. 즉, 제2보조댐퍼연장부(135b)는 제3길이(W3)를 가지되, 제3길이(W3)는 메인댐퍼연장부(122)의 제1길이(W1)보다는 작고, 제1보조댐퍼연장부(134b)의 제2길이(W2)보다는 길게 형성될 수 있다. 예컨대 메인댐퍼연장부(122)의 제1길이(W1)를 기준으로, 제2길이(W2)는 대략 50~60%의 길이로 형성될 수 있고, 제3길이(W3)는 대략 70~80%의 길이로 형성될 수 있다. 다만 이와 같은 각 길이는 적층형보조댐퍼(130)의 개수나 배치 등에 따라 적절히 가변될 수 있고, 예시된 바에 제한되지는 않는다.
또한 각 제2보조댐퍼연장부(135b)의 단부 부근에는 복수의 제2보조댐퍼체결홀(135c)이 두께방향으로 관통 형성될 수 있다. 제2적층형보조댐퍼(135)는 이를 통해 메인댐퍼(120) 및 제1적층형보조댐퍼(134)와 함께 제1, 2베이스브라켓(111, 112)에 단부가 고정 설치될 수 있다.
전술한 메인댐퍼(120)와 마찬가지로, 제1, 2적층형보조댐퍼(134, 135)는 각각 양단의 제1보조댐퍼연장부(134b)나 제2보조댐퍼연장부(135b) 부위에서만 제1, 2베이스브라켓(111, 112)에 고정되어 있고, 나머지 영역은 제1, 2베이스브라켓(111, 112)과 분리된 구조를 가질 수 있다. 이러한 제1, 2적층형보조댐퍼(134, 135)는 메인댐퍼(120)를 보조해 제1, 2베이스브라켓(111, 112) 사이에서 탄성 변형되거나, 단계적으로 변위에 저항하는 선형 인장재로 기능할 수 있다.
제1, 2적층형보조댐퍼(134, 135)는 각각 소정의 강성 및 탄성을 가진 재질로 이뤄질 수 있다. 예컨대 제1, 2적층형보조댐퍼(134, 135)는 소정의 탄성을 갖는 강재나 알루미늄 등을 재질로 포함할 수 있다.
필요에 따라 제1, 2적층형보조댐퍼(134, 135)는 상이한 인장하중이나 탄성력을 갖도록 구성될 수 있다. 예컨대 제1적층형보조댐퍼(134)는 제2적층형보조댐퍼(135) 대비 최대 인장하중이 소정 정도 작게 형성될 수 있다. 또는 동일한 재질을 전제로, 제1적층형보조댐퍼(134)는 제2적층형보조댐퍼(135) 대비 소정 정도 얇은 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
한편 메인댐퍼연장부(122) 및 제1, 2보조댐퍼연장부(132)는 제1, 2베이스브라켓(111, 112)에 구속 고정된 결합 부위에서 상하로 밀접하게 접촉된 구조를 이루며 겹침 배치될 수 있다. 이에 따라 지진하중으로 인한 제1, 2베이스브라켓(111, 112) 간의 상대 이동은 메인댐퍼(120) 및 제1, 2적층형보조댐퍼(134, 135)로 분산되어 탄성 변형을 통해 소산될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 적층강재댐퍼의 작동도이다.
도 4의 (a)는 초기상태를 나타낸다. 초기상태에서 소정 범위의 지진하중이 발생되면, 적층강재댐퍼(100)는 도 4의 (b)와 같이 탄성 변형되며 지진에너지 소산에 기여하게 된다. 즉, 본 실시예의 적층강재댐퍼(100)는 소정 범위의 지진하중이나 변위에 대해서는 탄성 거동하며 지진에너지를 소산시키는 수단으로 기능할 수 있다.
한편 도 4의 (c)를 참조하면, 지진하중이나 그로 인한 변위가 소정 수준 이상으로 커지게 되면, 적층강재댐퍼(100)는 최내측의 제1적층형보조댐퍼(134)부터 소성 변형될 수 있다. 즉, 일정 수준 이하의 지진하중에 대해서는 도 4의 (b)와 같이 탄성 거동을 보이다가, 변위가 일정 수준 이상으로 증가되면 도 4의 (c)와 같이 최내측의 제1적층형보조댐퍼(134)부터 소성 변형이 일어나는 것이다. 소성 변형이 일어나는 단계부터 적층강재댐퍼(100)는 일종의 선형 인장부재로 기능할 수 있다.
도 4의 (d)는 변위가 더 커져 최내측의 제1적층형보조댐퍼(134)가 완전히 선형 인장부재로 변형된 상태를 도시한다. 제1적층형보조댐퍼(134)는 변위에 의한 외력이 인장강도에 도달될 때까지 저항하다 파단될 수 있다.
한편 제1적층형보조댐퍼(134)가 파단된 이후에는 제2적층형보조댐퍼(135)가 순차적으로 인장부재로 기능할 수 있다. 즉, 변위가 보다 커짐에 따라 제2적층형보조댐퍼(135)가 전술한 제1적층형보조댐퍼(134)와 같이 선형 인장부재로 전환되고, 좀 더 큰 변위에 대해 저항하게 된다. 본 실시예의 경우 2개의 적층형보조댐퍼(130)를 예시하고 있으나, 보다 다수의 적층형보조댐퍼(130)가 구비된 경우에는 보다 여러 번의 전환을 거치며 각 변위에 저항할 수 있다.
상기와 같은 작동은 메인댐퍼(120)의 내측 영역에 상대적으로 짧은 길이를 갖는 적층형보조댐퍼(130)가 부가됨으로써 보다 효과적으로 구현될 수 있다. 즉, 메인댐퍼(120)가 인장부재로 전환되기 전, 상대적으로 작은 변위에서부터 각 적층형보조댐퍼(130)가 순차적으로 선형 인장부재로 전환됨으로써, 붕괴에 도달되는 변위 이전부터 구조물의 내력이 보강될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 적층강재댐퍼의 개략도이다.
도 5를 참조하면, 제2실시예에 따른 적층강재댐퍼(200)는 강성로드(240)를 추가적으로 포함할 수 있다.
강성로드(240)는 소정의 강성을 가지고 길이방향으로 연장된 로드, 봉, 바 등의 형태로 구현될 수 있다. 강성로드(240)의 상단은 제1힌지(241)를 통해 제1베이스브라켓(211)에 회동 가능하게 설치될 수 있고, 강성로드(240)의 하단은 제2힌지(242)를 통해 제2베이스브라켓(212)에 회동 가능하게 설치될 수 있다.
강성로드(240)는 주로 초기상태에서 제1베이스브라켓(211)과 제2베이스브라켓(212) 사이의 수직하중을 지지하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 강성로드(240)는 상, 하단의 힌지(241, 242)에 의해 수평방향의 하중이나 변위에는 저항하지 않도록 이뤄질 수 있다. 다만 경우에 따라 변위가 커지면 강성로드(240)는 일정 부분 인장부재로 기능할 수는 있다.
강성로드(240)는 제1, 2베이스브라켓(211, 212) 사이에서 수직하중을 지지 보조하기 위해 사용되므로, 메인댐퍼(220) 및 적층형보조댐퍼(230)와 상이한 위치에서 제1, 2베이스브라켓(211, 212) 사이에 배치될 수 있다. 바람직하게 예시된 바와 같이 메인댐퍼굴곡부(221) 등이 제1, 2베이스브라켓(211, 212) 사이의 일측(우측) 영역에 배치된 경우, 강성로드(240)는 그 반대측(좌측) 영역에 배치되어, 제1, 2베이스브라켓(211, 212) 사이를 지지하도록 이뤄질 수 있다.
한편 본 실시예에서 제1, 2베이스브라켓(211, 212), 메인댐퍼(220) 및 적층형보조댐퍼(230)는 전술한 제1실시예와 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 적층강재댐퍼의 개략도이다.
도 6을 참조하면, 제3실시예에 따른 적층강재댐퍼(300)는 좌우 대칭되도록 배치된 제1, 2댐퍼조립체(350-1, 350-2)를 포함할 수 있다.
제1, 2댐퍼조립체(350-1, 350-2)는 대략 중심선(C1)을 기준으로 좌우 대칭되게 배치될 수 있다. 제1댐퍼조립체(350-1)는 메인댐퍼(320-1) 및 적층형보조댐퍼(330-1)를 포함할 수 있고, 메인댐퍼(320-1) 및 적층형보조댐퍼(330-1)는 상단의 제1베이스브라켓(311) 및 하단의 제2베이스브라켓(312)에 결합될 수 있다. 이는 전술한 제1실시예와 유사하다. 또한 제2댐퍼조립체(350-2)는 메인댐퍼(320-2) 및 적층형보조댐퍼(330-2)를 포함할 수 있고, 메인댐퍼(320-2) 및 적층형보조댐퍼(330-2)는 상단의 제1베이스브라켓(131) 및 하단의 제2베이스브라켓(312)에 결합될 수 있다. 본 실시예에 있어서 제1, 2댐퍼조립체(350-1, 350-2)는 하나의 제1, 2베이스브라켓(311, 312)을 공유할 수 있다.
한편 각각의 제1, 2댐퍼조립체(350-1, 350-2)에 있어 메인댐퍼(320-1, 320-2) 및 적층형보조댐퍼(330-1, 330-2)는 전술한 제1실시예와 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다.
본 실시예의 적층강재댐퍼(300)는 좌우 대칭되게 배치된 제1, 2댐퍼조립체(350-1, 350-2)가 각 방향의 지진하중이나 변위에 대해 복합적으로 작용됨으로써, 지진에너지의 소산이나 변위에 대한 저항 능력이 좀 더 개선될 수 있다.
한편 도시되지 않았으나, 필요에 따라 상기와 같은 제1, 2댐퍼조립체(350-1, 350-2)는 각 단부가 서로 연결되어 하나의 구조체로 구현될 수도 있다. 즉, 제1댐퍼조립체(350-1)의 상단이 인접한 제2댐퍼조립체(350-2)의 상단과 연결되고, 제1댐퍼조립체(350-1)의 하단이 인접한 제2댐퍼조립체(350-2)의 하단과 연결되어, 하나의 일체화된 구조체를 형성할 수 있다. 이와 같은 경우 제1, 2댐퍼조립체(350-1, 350-2)는 대략 타원형의 폐곡선을 이루며, 중앙 영역이 제1베이스브라켓(311) 또는 제2베이스브라켓(312)에 구속 고정된 형태로 설치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 적층강재댐퍼의 개략도이다.
도 7을 참조하면, 제4실시예에 따른 적층강재댐퍼(400)는 평면상 소정 간격으로 이격되어 방사형 배치된 복수의 댐퍼조립체(450-1~450-4)를 포함할 수 있다.
구체적으로 본 실시예에서는 평면상 4개의 댐퍼조립체(450-1~450-4)가 방사형으로 배치된 경우를 예시하고 있다. 편의상 본 설명에서는 각 댐퍼조립체(450-1~450-4)를 제1 내지 4댐퍼조립체(450-1~450-4)로 구분해 지칭하도록 한다. 참고로 도 7은 전술한 도 6 등과 달리 적층강재댐퍼(400)를 상부에서 내려다본 평면도를 개략적으로 도시한 것임을 알려 둔다.
복수의 댐퍼조립체(450-1~450-4)는 예시된 4개 이상 또는 이하일 수 있으나, 비용 등의 측면을 고려해 바람직하게는 예시된 바와 같이 제1 내지 4댐퍼조립체(450-1~450-4)로 이뤄질 수 있다. 이와 같은 경우 제1, 2댐퍼조립체(450-1, 450-2)는 좌우로 서로 대칭되게 배치되고, 제3, 4댐퍼조립체(450-3, 450-4)는 전후로 서로 대칭되게 배치되어, 좌우 및 전후방향의 탄성 변형이나 인장 수단으로 기능할 수 있다.
한편 상기의 경우 각각의 댐퍼조립체(450-1~450-4)는 메인댐퍼 및 적층형보조댐퍼를 구비하고 전술한 제1실시예와 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바, 본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼(100~400)는 구축 건물 등에서 구조물의 내진보강을 위해 적절히 사용될 수 있다. 특히 본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼(100~400)는 보다 높은 지진 대응 성능이 요구되는 저층부 영역(21)에 선택적으로 적용되어, 비용 효율적으로 구조물의 내진성능을 개선할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼(100~400)는 일정 수준 이하의 지진하중이나 변위에 대해서는 메인댐퍼(120)를 중심으로 탄성 변형 특성을 보이면서 지진에너지를 적절히 소산시킬 수 있다. 메인댐퍼(120)에 부가된 적층형보조댐퍼(130)는 메인댐퍼(120)로 집중되는 외력을 일정 부분 분산시켜 보다 효과적인 에너지 소산을 구현할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 적층강재댐퍼(100~400)는 일정 수준 이상의 변위가 발생되게 되면, 최내측의 적층형보조댐퍼(130)부터 선형 인장부재로 전환되어 지진하중이나 변위에 저항하게 된다. 나아가 적층형보조댐퍼(130)는 복수개가 각각 상이한 길이를 갖고 소정 간격으로 이격 배치되어, 변위에 따라 각 적층형보조댐퍼(130)가 순차적으로 선형 인장부재로 전환될 수 있다. 이에 따라 각 변위에 따른 구조물의 내력이 보다 효과적으로 보강될 수 있고, 지진하중에 대한 구조물의 대응 능력이 상당히 개선될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들에 대해 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 것이다.
100: 적층강재댐퍼(제1실시예)
111: 제1베이스브라켓
112: 제2베이스브라켓 120: 메인댐퍼
121: 메인댐퍼굴곡부 122: 메인댐퍼연장부
130: 적층형보조댐퍼 131: 보조댐퍼굴곡부
132: 보조댐퍼연장부 133: 보조댐퍼체결홀
200: 적층강재댐퍼(제2실시예) 240: 강성로드
241: 제1힌지 242: 제2힌지
300: 적층강재댐퍼(제3실시예) 350-1: 제1댐퍼조립체
350-2: 제2댐퍼조립체 400: 적층강재댐퍼(제4실시예)
450-1: 제1댐퍼조립체 450-2: 제2댐퍼조립체
450-3: 제3댐퍼조립체 450-4: 제4댐퍼조립체
112: 제2베이스브라켓 120: 메인댐퍼
121: 메인댐퍼굴곡부 122: 메인댐퍼연장부
130: 적층형보조댐퍼 131: 보조댐퍼굴곡부
132: 보조댐퍼연장부 133: 보조댐퍼체결홀
200: 적층강재댐퍼(제2실시예) 240: 강성로드
241: 제1힌지 242: 제2힌지
300: 적층강재댐퍼(제3실시예) 350-1: 제1댐퍼조립체
350-2: 제2댐퍼조립체 400: 적층강재댐퍼(제4실시예)
450-1: 제1댐퍼조립체 450-2: 제2댐퍼조립체
450-3: 제3댐퍼조립체 450-4: 제4댐퍼조립체
Claims (9)
- 제1, 2베이스브라켓(111, 112) 사이에 설치되는 메인댐퍼(120); 및
상기 메인댐퍼(120)의 내측 영역에서 상기 제1, 2베이스브라켓(111, 112) 사이에 설치되되, 소정 범위 이내의 변위에서는 상기 메인댐퍼(120)와 함께 탄성 변형되어 지진에너지를 소산시키고, 상기 소정 범위 이상의 변위에서는 소성 변형되어 변위를 지지하는 선형 인장부재로 변환되는 적층형보조댐퍼(130);를 포함하는 적층강재댐퍼. - 청구항 1에 있어서,
상기 메인댐퍼(120)는,
소정 곡률을 가지고 굴곡지게 형성된 메인댐퍼굴곡부(121); 및
상기 메인댐퍼굴곡부(121)의 양단으로부터 연장된 한 쌍의 메인댐퍼연장부(122);를 포함하고,
상기 적층형보조댐퍼(130)는,
상기 메인댐퍼굴곡부(121)와 대응되는 소정 곡률을 가지고 굴곡지게 형성된 보조댐퍼굴곡부(131); 및
상기 보조댐퍼굴곡부(131)의 양단으로부터 연장되되, 상기 메인댐퍼연장부(122)보다 소정 정도 짧은 길이를 갖는 한 쌍의 보조댐퍼연장부(132);를 포함하는 적층강재댐퍼. - 청구항 1에 있어서,
상기 적층형보조댐퍼(130)는 복수개를 포함하고,
상기 복수의 적층형보조댐퍼(134, 135)는,
상기 메인댐퍼(120)의 내측 영역에서 소정 간격으로 이격 배치되고, 내측으로 갈수록 각 적층형보조댐퍼(134, 135)의 길이가 짧아지도록 형성된 적층강재댐퍼. - 청구항 3에 있어서,
상기 복수의 적층형보조댐퍼(134, 135)는,
최내측에 배치된 제1적층형보조댐퍼(134); 및
상기 제1적층형보조댐퍼(134)의 외측에 배치된 제2적층형보조댐퍼(135);를 포함하고,
상기 제1적층형보조댐퍼(134)는,
소정 곡률을 가지고 굴곡지게 형성된 제1보조댐퍼굴곡부(134a); 및
상기 제1보조댐퍼굴곡부(134a)의 양단으로부터 제2길이(W2)로 연장 형성된 한 쌍의 제1보조댐퍼연장부(134b);를 포함하고,
상기 제2적층형보조댐퍼(135)는,
상기 제1보조댐퍼굴곡부(134a)와 대응되는 소정 곡률을 가지고 굴곡지게 형성된 제2보조댐퍼굴곡부(135a); 및
상기 제2보조댐퍼굴곡부(135a)의 양단으로부터 연장되되, 상기 제1길이(W1)보다 소정 정도 긴 제3길이(W3)를 갖는 한 쌍의 제2보조댐퍼연장부(135b);를 포함하는 적층강재댐퍼. - 청구항 3에 있어서,
상기 복수의 적층형보조댐퍼(134, 135)는,
최내측에 배치된 제1적층형보조댐퍼(134); 및
상기 제1적층형보조댐퍼(134)의 외측에 배치된 제2적층형보조댐퍼(135);를 포함하고,
상기 제1적층형보조댐퍼(134)는,
상기 제2적층형보조댐퍼(135)와 상이한 재질 또는 두께를 갖고, 상기 제2적층형보조댐퍼(135) 대비 최대 인장하중이 소정 정도 작게 형성된 적층강재댐퍼. - 청구항 3에 있어서,
상기 복수의 적층형보조댐퍼(134, 135)는,
상기 메인댐퍼(120)의 단부와 상하로 밀접하게 접촉되어, 상기 메인댐퍼(120)와 함께 상기 제1, 2베이스브라켓(111, 112)에 구속 고정되는 적층강재댐퍼. - 청구항 1에 있어서,
상기 적층형보조댐퍼(130)는,
소정의 강성 및 탄성을 갖는 강재 또는 알루미늄을 재질로 포함하는 적층강재댐퍼. - 청구항 1에 있어서,
상단이 제1힌지(241)를 통해 상기 제1베이스브라켓(111)에 회동 가능하게 체결되고, 하단이 제2힌지(242)를 통해 상기 제2베이스브라켓(112)에 회동 가능하게 체결되어, 수직하중에 대한 상기 메인댐퍼(120) 및 상기 적층형보조댐퍼(130)의 지지력을 보조하는 강성로드(240);를 더 포함하는 적층강재댐퍼. - 청구항 1에 있어서,
상기 메인댐퍼(120) 및 상기 적층형보조댐퍼(130)는 댐퍼조립체(350-1, 350-2; 450-1, 450-2, 450-3, 450-4)를 구성하고,
상기 댐퍼조립체(350-1, 350-2; 450-1, 450-2, 450-3, 450-4)는,
복수개가 상기 제1, 2베이스브라켓(111, 112) 사이에서 평면상 소정 간격으로 이격되어 방사형 배치되는 적층강재댐퍼.
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| KR101934365B1 (ko) | 2018-07-20 | 2019-01-02 | 주식회사 에이이 | 내진 보강용 오일 댐퍼 장치 및 이를 시공하는 방법 |
| KR101968303B1 (ko) | 2018-08-13 | 2019-04-12 | 이규열 | 내진 및 제진성능이 향상된 강재 멀티 슬릿댐퍼 |
| KR102130842B1 (ko) | 2018-08-30 | 2020-07-09 | 한국교통대학교산학협력단 | 댐퍼가 구비된 강재 브레이스를 이용한 내진보강공법 |
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-
2022
- 2022-08-18 KR KR1020220103038A patent/KR102673242B1/ko active IP Right Grant
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