KR101069479B1 - 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진 댐퍼에 관한 것으로, 특히 풍하중 및 지지하중 등의 수평하중이 기둥과 보가 강접된 라멘 골조 구조물에 작용할 때 발생되는 층간 변형을 마찰저항으로 흡수 감쇠시킬 수 있는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진 댐퍼에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 의한 적절한 실시 형태에 따르면, 기둥과 보가 강접된 라멘 골조에 설치되는 제진 댐퍼에 있어서, 상층 보와 하층 보에 각각 보 길이방향으로 고정되는 상,하부 수평부재; 상층 보와 하층 보를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되는 수직부재; 상,하부 수평부재에 각각 노출되게 접합되고, 다수 개의 슬롯홀이 각각 동심원상으로 형성되어 있는 상,하부 마찰판; 일단부가 상,하부 마찰판과 접합되고 타단부가 수직부재를 매개로 서로 연결되며, 상, 하부 마찰판의 슬롯홀의 위치에 대응되게 동심원으로 다수 개의 볼트 관통공이 각각 형성된 상,하부 연결판; 상,하부 연결판이 상, 하부 마찰판을 마주보는 면에 상,하부 마찰판에 형성된 슬롯홀의 동심원 사이에 위치하도록 원주방향을 따라 설치되어 상,하부 마찰판과 접촉하는 다수 개의 마찰패드; 및 상,하부 연결판에 형성된 볼트 관통공과 상,하부 마찰판에 형성된 슬롯홀을 관통하여 상,하부 연결판과 상,하부 마찰판을 각각 접합시킴과 동시에 슬롯홀이 허용하는 장공 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 마찰패드를 상,하부 마찰판에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트를 포함한 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진 댐퍼가 제공된다.

Description

라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼{Vibration control damper using interstory drift of rahmen frame}

본 발명은 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼에 관한 것으로, 특히 수평하중이 기둥과 보가 강접된 라멘 골조 구조물에 작용할 때 발생하는 층간 변형을 이용하여 수평하중을 흡수·감쇠시킬 수 있는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼에 관한 것이다.

최근 들어 지진 피해에 대한 우려가 확산되면서 건물이나 교량 등의 구조물에 대한 내진설계가 관심을 끌고 있다. 내진 설계란 지진의 충격으로부터 각종 구조물을 보호하고자 하는 포괄적 의미의 시공 방법이며, 이를 상세히 구분하면, 내진(耐震), 제진(制震), 면진(免震) 설계로 크게 나눌 수 있다.

우선, 내진 설계는 넓은 의미에서 면진 설계와 제진 설계를 포함한다. 하지만 그 의미를 좁혀 보면, 구조물 자체의 내력을 통해 지진하중을 이겨내는 설계기법으로 국한하여 설명할 수 있다. 이러한 내진 설계는 구조물을 구성하는 각종 부재의 강도와 인성 등을 증대시켜 구조물 자체의 견고성을 높임으로써 지진하중으로부터 구조물의 구조적 안정성 및 사용성을 유지한다.

그런데 내진 설계는 구조물을 구성하는 부재의 강도와 인성을 증가시키기 위해 단면이 큰 부재가 사용되거나 철근이 많이 소모되므로, 물량이 증대되어 경제성이 낮아진다. 특히, 내진 설계된 구조물이 지진에 의해 붕괴되는 해외 사례를 통해 내진성능도 의문시되고 있다.

이러한 내진 설계에 비해 제진 및 면진 설계는 기존의 내진 설계에 의한 경제성과 내진성능을 보강하기 위한 진보적인 기술로 최근에 그 활용이 증대되고 있다.

이 중에서 제진 설계는 구조물에 가해지는 지진하중을 소멸시키기 위한 구조이다. 즉, 지진파의 진동 특성에 따라 인위적으로 구조물의 진동수를 조정하여 구조물의 공진을 막고, 더 나아가 구조물의 진동과 지진파의 진동을 상쇄시켜 지진하중을 경감하는 설계방식이다.

상술한 제진 설계를 철골 구조물 또는 콘크리트 구조물에 적용하기 위하여 유압댐퍼나 강재댐퍼가 사용된다.

유압댐퍼는 강재댐퍼에 비하여 내진성능이 우수하여, 중·강진이 전국적으로 빈번하게 발생하는 일본에서 주로 사용되고 있다. 그런데 이러한 유압댐퍼는 고가이므로, 지진의 발생빈도가 낮고 지진의 강도가 높지 않은 우리나라에는 불필요할 정도로 과다한 공법이다. 반면, 강재댐퍼는 유압댐퍼에 비하여 내진성능은 다소 떨어지지만 시공비가 저렴하므로 철골 구조물 보강용으로 사용되고 있다.

그런데 상술한 강재댐퍼를 이용한 제진구조는 대부분 브레이스(BRACE) 형상의 타입으로 공간적 장애요인이 발생하여 가변형 구조에 적합하지 않으며, 지진발생 후 교체가 번거로운 단점이 있다. 따라서 가변형 구조를 이루는 RC구조물의 제진구조에 적용이 곤란하며, 지진 발생 후 제진장치를 다시 설치하는데 비효율적이다.

따라서 상술한 유압댐퍼를 이용한 제진구조와 강재댐퍼를 이용한 제진구조가 가진 문제점, 즉 경제성 및 공간적 장애에 대한 문제점을 해결할 수 있으며, 합리적인 비용으로 최적의 지진 제어효과를 얻을 수 있는 새로운 제진 댐퍼의 필요성이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수평하중이 기둥과 보로 이루어진 라멘 골조 구조물에 전달될 때 발생하는 층간 변형을 이용하여 수평하중을 흡수·감쇠시키도록 한 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 라멘 골조의 상,하층 보 및 상,하층 보의 지점에 강접되는 2개의 층간 기둥을 연결하는 형태의 4각 프레임 형상으로 구성될 경우 발생하는 시공성의 저하, 공기의 지연 및 공사비 증가의 단점을 해소할 수 있는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면에 의한 적절한 실시 형태에 따르면, 기둥과 보가 강접된 라멘 골조에 설치되는 제진 댐퍼에 있어서, 상층 보와 하층 보에 각각 보 길이방향으로 고정되는 상,하부 수평부재; 상층 보와 하층 보를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되는 수직부재; 상,하부 수평부재에 각각 노출되게 접합되고, 다수 개의 슬롯홀이 각각 동심원상으로 형성되어 있는 상,하부 마찰판; 일단부가 상,하부 마찰판과 접합되고 타단부가 수직부재를 매개로 서로 연결되며, 상, 하부 마찰판의 슬롯홀의 위치에 대응되게 동심원으로 다수 개의 볼트 관통공이 각각 형성된 상,하부 연결판; 상,하부 연결판이 상, 하부 마찰판을 마주보는 면에 상,하부 마찰판에 형성된 슬롯홀의 동심원 사이에 위치하도록 원주방향을 따라 설치되어 상,하부 마찰판과 접촉하는 다수 개의 마찰패드; 및 상,하부 연결판에 형성된 볼트 관통공과 상,하부 마찰판에 형성된 슬롯홀을 관통하여 상,하부 연결판과 상,하부 마찰판을 각각 접합시킴과 동시에 슬롯홀이 허용하는 장공 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 마찰패드를 상,하부 마찰판에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트를 포함한 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진 댐퍼가 제공된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 수평부재와 수직부재는 I형 또는 H형 단면형상을 갖는 압연형강으로 구성된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상,하부 연결판이 상,하부 마찰판을 마주보는 면에는 상,하부 마찰판에 형성된 슬롯홀의 동심원 사이에 위치하도록 원주방향을 따라 다수 개의 마찰패드 장착홈이 형성되고, 마찰패드가 마찰패드 장착홈에 장착된다.

본 발명의 다른 일측면에 의한 적절한 실시 형태에 따르면, 기둥과 보가 강접된 라멘 골조에 설치되는 제진 댐퍼에 있어서, 상층 보와 하층 보에 각각 길이방향으로 고정되는 상,하부 수평부재; 일단은 상,하부 수평부재에 각각 접합되고 타단은 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있으며 상층 보와 하층 보를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되는 상,하부 수직부재; 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있는 상,하부 수직부재 중 어느 하나의 타단에 접합되며 다수 개의 슬롯홀이 형성되어 있는 마찰판; 일부분이 마찰판과 마주보도록 배치되고 타부분이 마찰판이 설치되지 않은 하부 수직부재 또는 상부 수직부재의 타단에 고정되며 마찰판과 마주보는 일부분에는 슬롯홀에 대응되는 위치에 다수 개의 볼트 관통공이 형성되어 있는 연결판; 마찰판과 연결판이 마주보는 대향면 사이에 개재되어 있는 다수 개의 마찰패드; 및 마찰판에 형성된 슬롯홀과 연결판에 형성된 볼트 관통공을 관통하여 연결판과 마찰판를 서로 접합시킴과 동시에 슬롯홀이 허용하는 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 마찰패드를 마찰판에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트를 포함한 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간변형을 이용한 제진 댐퍼가 제공된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 슬롯홀은 횡방향과 종방향으로 각기 복수 열로 배열되고, 마찰패드는 종방향의 이웃한 상,하부측 2개 슬롯홀의 사이에 위치된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 마찰패드는 연결판에 횡방향과 종방향으로 배열되어 있는 다수 개의 마찰패드 장착홈에 장착된다.

본 발명의 또 다른 일측면에 의한 적절한 실시 형태에 따르면, 기둥과 보가 강접된 라멘 골조에 설치되는 제진 댐퍼에 있어서, 상층 보와 하층 보에 각각 보 길이방향으로 고정되며 다수 개의 슬롯홀이 각각 동심원상으로 형성되어 있는 상,하부 수평부재; 상층 보와 하층 보를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되는 수직부재; 일단부가 상,하부 수평부재와 접합되고 타단부가 수직부재를 매개로 서로 연결되며, 상, 하부 수평부재의 슬롯홀의 위치에 대응되게 동심원으로 다수 개의 볼트 관통공이 각각 형성된 상,하부 연결판; 상,하부 연결판이 상, 하부 수평부재를 마주보는 면에 상,하부 수평부재에 형성된 슬롯홀의 동심원 사이에 위치하도록 설치되는 고리 형상의 탄성패드; 및 상,하부 연결판에 형성된 볼트 관통공과 상,하부 수평부재에 형성된 슬롯홀을 관통하여 상,하부 연결판과 상,하부 수평부재를 각각 접합시킴과 동시에 슬롯홀이 허용하는 장공 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 탄성패드를 상,하부 수평부재에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼가 제공된다.

본 발명에 또 다른 일측면에 의한 적절한 실시 형태에 따르면, 기둥과 보가 강접된 라멘 골조에 설치되는 제진 댐퍼에 있어서, 상층 보와 하층 보에 각각 길이방향으로 고정되는 상,하부 수평부재; 일단은 상,하부 수평부재에 각각 접합되고 타단은 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있으며 상층 보와 하층 보를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되고 타단에 다수 개의 슬롯홀이 형성되어 있는 상,하부 수직부재; 일부분이 상,하부 수직부재 중 어느 하나의 수직부재와 마주보도록 배치되고 타부분이 다른 하나의 수직부재의 타단에 고정되며 수직부재와 마주보는 일부분에는 슬롯홀에 대응되는 위치에 다수 개의 볼트 관통공이 형성되어 있는 연결판; 수직부재와 연결판이 마주보는 대향면 사이에 개재되어 있는 탄성패드; 및 수직부재에 형성된 슬롯홀과 연결판에 형성된 볼트 관통공을 관통하여 연결판과 수직부재를 서로 접합시킴과 동시에 슬롯홀이 허용하는 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 마찰패드를 마찰판에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼가 제공된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 제진 댐퍼는, 지진하중에 의해 발생하는 층간 변형을 기둥과 보의 절점 또는 층간 기둥의 중간지점에서 회전 또는 직선 변위로 유도하고, 이때 마찰패드와 마찰판 사이에서 발생하는 마찰저항을 통해 지진하중을 흡수 및 감쇠시킴으로써 구조물의 구조적 안전성 및 사용성을 확보할 수 있다.

또한 본 발명은 구성이 간단하여 설치가 용이하고 제작비용이 저렴하다는 이점을 가진다.

또한 본 발명은 상,하부 수평부재 및 수직부재가 전체적으로 I자 형상을 이루도록 결합되고, 상,하부 수평부재와 수직부재의 접합부 또는 수직부재 간의 연결부에 수평하중을 흡수, 감쇄시킬 수 있는 마찰패드 또는 탄성패드를 설치한 구조로서 종래의 4각 프레임 형태로 구성되는 댐퍼와 달리 필요한 개소에만 설치가 가능하다는 이점을 가진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제진 댐퍼의 설치상태도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 적용되는 상부 또는 하부 마찰판의 설치상태도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 적용되는 상부 또는 하부 연결판의 구성도이다.
도 4a,4b는 도 1의 요부 확대도로서 작동 전,후 상태도이다.
도 5는 도 1의 A-A선에서 본 단면확대도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제진 댐퍼의 설치상태도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 적용되는 마찰판의 설치상태도이다.
도 8은 본 발명의 제 2실시예에 적용되는 연결판의 구성도이다.
도 9는 도 6의 요부 확대도로서 작동 전,후 상태도이다.
도 10은 도 9의 B-B선에서 본 단면확대도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제진 댐퍼를 나타낸 분해사시도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 제진 댐퍼를 나타낸 분해사시도이다.

본 발명은 라멘 골조를 이루는 층과 층 사이에서 수평하중으로 인해 발생하는 층간 변형을 이용해 마찰저항 또는 탄성변형을 유도하고 이를 통해 수평하중을 흡수 및 감쇠시키는 것을 특징으로 갖는 것으로 수평하중을 흡수 및 감쇠시키는 위치 및 감쇠 수단의 종류에 따라 4가지 실시예로 나누어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

<제1 실시예>

본 발명에 따른 제1 실시예는 기둥과 보의 절점에서 지진하중으로 인한 층간 변형을 마찰저항으로 흡수 및 감쇠하는 것을 특징으로 한다.

제1 실시예는 도 1에서와 같이 기둥(1)과 보(2a,2b)가 강접된 라멘 골조에 설치되는 제진 댐퍼로서, 상층 보(2a)와 하층 보(2b)에 각각 고정되는 상,하부 수평부재(12,14)가 설치된다. 상,하부 수평부재(12,14)는 보의 전지간에 걸쳐 설치될 수도 있으나 바람직하게는 기둥(1)과의 접합부의 좌, 우 일정 길이로 설치될 수 있다. 상,하부 수평부재(12,14)는 지진하중이 작용할 경우 변형 및 파괴되지 않으면서 보와 일체로 거동할 수 있는 강도와 강성을 가지는 이 분야에서 공지된 임의의 소재로 제작될 수 있다. 바람직하게는 입수가 용이하고 재료의 역학적 특성이 널리 알려져 있고 균일한 품질을 확보할 수 있는 I형 또는 H형의 단면형상을 갖는 압연형강이 사용될 수 있다. 상부 수평부재(12)는 일례로 도 5에서와 같이 모르타르 접착제(3)와 제1 및 제2 스터드(4,5)를 통해 상층 보(2a)에 일체로 합성될 수 있다. 하부 수평부재(14)도 상부 수평부재(12)와 동일한 방법으로 일체로 합성될 수 있다.

상부 수평부재(12)와 하부 수평부재(14)에는 도 2에서와 같이 각각 상부 마찰판(22)과 하부 마찰판(24)이 설치된다. 상,하부 마찰판(22,24)은 각기 같은 중심을 갖고 반지름이 다른 원의 원주방향을 따라 즉, 동심원상으로 다수 개의 슬롯홀(22a,24a)이 형성되어 있다. 이때 슬롯홀(22a,24a)은 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 형성된다. 본 실시예에서 슬롯홀(22a,24a)은 동심원상에 2열로 즉, 2개의 서로 다른 반지름을 가지는 원의 원주상에 각각 배치된 구조를 가지나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 보와 기둥의 부재력이나 지진하중의 크기를 고려하여 3열 또는 그 이상으로 배치될 수 있음은 물론이다. 상,하부 마찰판(22,24)은 알루미늄 또는 알루미늄합금, 합금주철 또는 주강품, 철계 또는 비철계의 주조품 등으로 제작될 수 있으나, 바람직하게는 마찰패드와 접촉하여 정량적인 마찰저항 값을 유지할 수 있는 스테인레스강 또는 스테인레스 합금강으로 제작될 수 있다.

도 1 및 도 5에서와 같이 상부 마찰판(22)에는 상부 연결판(32)이 연결되어 있고, 하부 마찰판(24)에는 하부 연결판(34)이 연결되어 있다. 상,하부 연결판(32,34)은 그의 일단부가 상,하부 마찰판(22,24)를 마주보고 각기 겹쳐져 연결되어 있고 그의 타단부가 수직부재(40)를 매개로 상호 연결되어 있다. 수직부재(40)는 상,하부 연결판(32,34)과 일체로 거동하도록 기둥(1) 면으로부터 분리되어 설치된다.

수직부재(40)는 일단이 볼트(42)의 체결 결합을 통해 상부 연결판(32)에 고정되고 타단이 볼트(44)의 체결 결합을 통해 하부 연결판(34)에 고정되어 있다. 수직부재(40)는 수평부재(12,14)와 동일하게 I형 또는 H형의 단면형상을 갖는 압연형강이 사용될 수 있다.

상부 마찰판(22)과 상부 연결판(32)의 마주보는 사이 그리고 하부 마찰판(24)과 하부 연결판(34)의 마주보는 사이에는 원주상으로 배치되어 있는 다수 개의 마찰패드(50)가 각각 개재되어 있다. 마찰패드(50)는 알루미늄 또는 알루미늄합금에 세라믹입자를 분산강화시킨 알루미늄 복합재료, 탄소-탄소 복합재, 금속섬유(Steel-Fiber)를 사용하는 세미 메탈릭(Semi-Metalic)계 마찰재, 금속섬유 및 유ㆍ무기계 섬유를 혼용 사용하는 로 스틸(Low-Steel)계 마찰재, 금속섬유를 전혀 사용하지 않고 유ㆍ무기계 섬유만 사용하는 논스틸(Non-Steel)계 마찰재 중 어느 하나로 제작된 것이 될 수 있다. 바람직하게는 성능 및 환경적인 측면을 고려하여 비석면유기체(Non Asbetos Organism:NAO)로 제작될 수 있다.

도 3의 상,하부 연결판(32,34)은 각기 다수 개의 체결볼트(60)를 통해 도 5와 같이 상,하부 마찰판(22,24)에 연결되어 있다. 이때 체결볼트(60)는 슬롯홀(22a,24a)이 허용하는 장공 구간에서 이동이 가능하도록 상,하부 연결판(32,34)측 볼트 관통공(32b)에 조립되어 슬롯홀(22a,24a)에 삽입되어 있다. 체결볼트(60)는 슬롯홀(22a,24a)에 삽입된 후 상,하부 수평부재(12,14)측에서 너트(62)와 나사 체결되어 고정된다. 따라서 체결볼트(60)의 나사 조임력에 의해 마찰패드(50)가 상,하부 마찰판(22,24)에 강제적으로 밀착된다.

마찰패드(50)는 도 4a 및 도 4b에서와 같이 2열의 원주상에 배치된 제1,2열 슬롯홀(22a,24a)의 사이에 위치되고, 이때 마찰패드(50)는 상,하부 연결판(32,34)에 형성되어 원주방향으로 배열되어 있는 다수 개의 마찰패드 장착홈(32a,34a)에 끼워져 설치될 수 있다.

이때 직경방향으로 배치된 2개의 체결볼트(60)에는 각기 와셔 플레이트(70)가 삽입되어 상,하부 연결판(32,34)이 상,하부 마찰판(22,24)에 균등한 힘으로 밀착시키도록 함이 바람직하다.

또한 수평하중의 크기에 따라 마찰패드(50) 및 장착홈(32a,34a)의 수를 증감할 수 있으며, 마찰패드(50)의 마찰면적의 변화를 가져오도록 그 형상이 도시된 도면에 한정되는 것은 아니며 다양한 변화가 가능함은 물론이다.

아래에서는 이와 같이 구성된 제1 실시예에 따른 제진 댐퍼의 작용을 설명한다.

지진하중이 라멘 골조 구조물에 전달되면 기둥(1)과 보(2a,2b)에 층간 변형이 발생한다. 이러한 층간 변형에 의해 상층 보(2a)와 하층 보(2b)가 서로 반대 방향으로 변위가 발생되고, 상층 보(2a)와 하층 보(2b)에 고정된 상,하부 수평부재(12,14)도 예로서 도 1의 화살표로 나타낸 바와 같이 서로 반대방향(V1,V2)으로 이동한다.

이때, 상,하부 수평부재(12,14)가 서로 반대 방향으로 이동할 경우, 상부 수평부재(12)와 하부 수평부재(14)를 연결하는 상,하부 연결판(32,34)에서는 회전력이 발생된다. 즉, 상,하부 연결판(32,34)은 수직부재(40)를 매개로 일직선을 유지한 상태로 도 1에서 시계방향으로 회전이 유도된다. 따라서 상부 마찰판(22)과 하부 마찰판(24)은 상,하부 연결판(32,34)에 설치된 마찰패드(50)와 동시에 슬라이딩 회전한다.

이와 같이, 상부 마찰판(22)과 하부 마찰판(24)이 슬라이딩 회전할 경우 체결볼트(60)는 슬롯홀(22a,24a)에서 안내되어 도 4a의 위치에서 도 4b의 위치로 이동한다. 그 후 마찰패드(50)와 상,하부 마찰판(22,24)과의 사이에서 마찰저항이 발생되고, 이 마찰저항을 통해 지진하중이 흡수 및 감쇠됨으로써, 골조 구조물의 구조적 안정성 및 사용성을 확보하게 된다.

이러한 제1 실시예의 제진 댐퍼는, 크기가 비교적 작은 다수 개의 마찰패드(50)를 이용한 다점 면접촉 방식이므로, 지진하중을 효율적으로 저감시키거나 소멸시킬 수 있다. 특히 구조가 간단하고 제작 및 설치가 용이하며, 비용이 저렴하여 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.

<제2 실시예>

아래에서 제1 실시예와 동일한 부품은 동일한 부호를 사용하여 설명하고 반복되는 설명은 가능한 생략한다.

본 발명의 제2 실시예가 도 6 내지 도 10에 도시되어 있다. 제2 실시예는 지진하중을 기둥(1)의 중간 부위에서 흡수 및 감쇠시키는 것을 특징으로 한다.

도 6에서와 같이 상층 보(2a)와 하층 보(2b)에 제1 실시예와 동일한 I자형 또는 H자형의 단면을 갖는 상,하부 수평부재(12,14)가 각각 고정되고 상,하부 수평부재(12,14)는 상층 보(2a)와 하층 보(2b)와 일체로 거동한다.

상부 수평부재(12,14)에는 상부 수직부재(40a)가 연결 고정되어 있고, 하부 수평부재(14)에는 하부 수직부재(40b)가 연결 고정되어 있으며, 이들 상,하부 수직부재(40a,40b)는 일정 간격을 두고 기둥(1)의 길이방향으로 일직선 형태로 배치되어 있다. 이때 상,하부 수직부재(40a,40b)는 기둥(1)과 분리된 상태로 위치된다. 상,하부 수직부재(40a,40b)는 I자형 또는 H자형의 단면형상을 가지는 압연형강으로 구성될 수 있다.

상,하부 수직부재(40a,40b)의 서로 마주보는 부위 중 어느 한 쪽단에 도 7의 마찰판(120)이 장착되어 있다. 본 실시예에서 마찰판(120)은 도 7과 같이 상부 수직부재(40a)에 설치되어 있으나 하부 수직부재(40a,40b)에 설치되어도 좋다.

마찰판(120)은 제1 실시예의 상,하부 마찰판(22,24)과 동일한 재질로 구성된다. 마찰판(120)은 다수 개의 슬롯홀(120a)이 형성되어 있다. 슬롯홀(120a)은 횡방향과 종방향으로 각기 복수 열로 배열될 수 있다.

마찰판(120)과 하부 수직부재(40b)는 도 8의 연결판(130)을 매개로 연결되어 있다. 연결판(130)은 도 10과 같이 상단 부분이 마찰판(120)과 마주보도록 배치되고 하단 부분이 하부 수직부재(40b)에 볼트(42)로 고정되어 있다. 연결판(130)은 강재로 제작될 수 있다.

마찰판(120)과 연결판(130)의 마주보는 대향면 사이에는 도 9 및 도 10과 같이 다수 개의 마찰패드(50)가 개재되어 있다. 본 실시예에서 마찰패드(50)는 종방향의 이웃한 상,하부측 2개 슬롯홀(120a)의 사이에 위치되도록 다수 개의 마찰패드 장착홈(130a)에 각기 끼워져 설치되어 있다. 따라서 마찰패드(50)는 연결판(130)과 일체로 거동하게 되어 있다. 마찰패드(50)는 제1 실시예의 것과 동일한 재질로 구성된다.

연결판(130)은 복수개의 체결볼트(60)에 의해 마찰판(120)에 연결되어 있다. 체결볼트(60)는 연결판(130)의 볼트 관통공(130b)에 조립되어 슬롯홀(120a)에 삽입된 후 너트(62)에 의해 나사 체결되어 있다. 따라서 체결볼트(60)는 슬롯홀(120a)의 장공이 허용하는 구간에서 이동이 가능하고, 체결볼트(60)의 나사 조임력에 의해 마찰패드(50)가 마찰판(120)에 강제적으로 밀착된다.

아래에서는 이와 같이 구성된 제2 실시예에 따른 제진댐퍼의 작용을 설명한다.

지진하중이 도 6의 라멘 골조 구조물에 작용하면 기둥(1)과 보(2a,2b)에 층간 변형이 발생한다. 이러한 층간 변형에 의해 상층 보(2a)와 하층 보(2b)가 서로 반대 방향으로 변위를 일으키고, 상층 보(2a)와 하층 보(2b)에 고정된 상,하부 수평부재(12,14)도 서로 반대방향으로 이동한다.

이때, 상,하부 수평부재(12,14)가 서로 반대 방향으로 이동할 경우, 상부 수평부재(12)와 하부 수평부재(14)에 연결된 상,하부 수직부재(40a,40b)도 슬롯홀(120a)이 허용하는 구간 내에서 안내되어 서로 반대방향으로 이동한다. 이와 동시에 마찰판(120)과 연결판(130)도 서로 반대 방향으로 이동한다. 여기서 마찰패드(50)는 도 9에서 일점 쇄선 위치로 이동하는 것으로 설명될 수 있다.

이와 같이, 마찰판(120)과 연결판(130)이 서로 반대방향으로 이동하므로 마찰판(120)과 마찰패드(50)의 사이에서 마찰저항이 발생되고, 이 마찰저항을 이용해 지진하중을 흡수 및 감쇠함으로써, 골조 구조물의 구조적 안정성 및 사용성을 확보하게 된다.

이러한 제2 실시예의 제진 댐퍼는, 크기가 비교적 작은 다수 개의 마찰패드(50)를 이용한 다점 면접촉 방식이므로, 지진하중을 효율적으로 저감시키거나 소멸시킬 수 있다. 특히 구조가 간단하고 제작 및 설치가 용이하며, 비용이 저렴하여 생산성 향상게 크게 기여할 수 있다.

제2 실시예의 경우에도 지진하중의 크기에 따라 마찰패드(50) 및 마찰패드 장착홈(130a)의 수를 증감할 수 있으며, 마찰패드(50)의 마찰면적의 변화를 가져오도록 그 형상이 도시된 도면에 한정되는 것은 아니며 다양한 변화가 가능함은 물론이다. 또한 마찰판(120)을 하부 수직부재(40b)에 설치하고, 연결판(130)의 위치를 반대로 바꾸어 설치하여도 동일한 제진 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 기둥과 보의 전면에 제진 댐퍼를 구성하여 설명하였으나 본 발명은 기둥과 보의 후면은 물론이고 전,후 양면에 모두 동일한 구조로 구성될 수도 있다.

위에서 설명한 제진 댐퍼는 지진하중으로 발생하는 라멘 골조의 층간 변형에 의해 작동하며 마찰패드와 마찰판 사이의 마찰저항으로 지진하중을 흡수, 감쇠시키는 마찰형의 제진 댐퍼인 반면에 아래에서 설명하는 제진 댐퍼는 탄성패드를 이용하여 지진하중뿐만 아니라 풍하중으로 인한 미세한 변형에 의해 작동하며 수평하중을 흡수, 감쇠하는 탄성형의 제진 댐퍼에 관한 것이다. 탄성형의 제진 댐퍼 또한 마찰형의 제진 댐퍼와 동일하게 수평하중을 흡수 및 감쇠시키는 위치에 따라 2가지 실시예로 나누어진다. 아래에서는 전술한 실시예들과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 표기하며 설명의 간편을 위해 반복되는 설명은 가능한 생략한다.

<제3 실시예>

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제진 댐퍼를 나타낸 분해사시도이다.

도 1과 도 11을 참조하면, 제3 실시예에 따른 제진 댐퍼는 상층 보(2a)와 하층 보(2b)에 각각 보 길이방향으로 고정되며 다수 개의 슬롯홀(12a,14a)이 각각 동심원상으로 형성되어 있는 상,하부 수평부재(12,14), 상층 보(2a)와 하층 보(2b)를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되는 수직부재(40); 일단부가 상,하부 수평부재(12,14)와 접합되고 타단부가 수직부재(40)를 매개로 서로 연결되며, 상, 하부 수평부재(12,14)의 슬롯홀(12a,14a)의 위치에 대응되게 동심원으로 다수 개의 볼트 관통공(32b,34b)이 각각 형성된 상,하부 연결판(32,34); 상,하부 연결판(32,34)이 상, 하부 수평부재(12,14)를 마주보는 면에 상,하부 수평부재(12,14)에 형성된 슬롯홀(12a,14a)의 동심원 사이에 위치하도록 설치되는 고리 형상의 탄성패드(80); 및 상,하부 연결판(32,34)에 형성된 볼트 관통공(32b,34b)과 상,하부 수평부재(12,14)에 형성된 슬롯홀(12a,14a)을 관통하여 상,하부 연결판(32,34)과 상,하부 수평부재(12,14)를 각각 접합시킴과 동시에 슬롯홀(12a,14a)이 허용하는 장공 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 탄성패드(80)를 상,하부 수평부재(12,14)에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트(60)를 포함한다.

이와 같은 구조를 가지는 본 실시예는 연결판(32,34)에 설치된 마찰패드(50)와 수평부재(12,14)에 부착된 마찰판(22,24)의 저항에 의해 지진하중을 흡수, 감쇠시키는 제1 실시예와 달리 수평부재(12,14)와 연결판(32,34) 사이에 설치된 탄성패드(80)의 탄성에 의해 수평하중을 흡수, 감쇄시키는 것으로 전체적인 구성은 제1 실시예와 유사하다. 탄성패드(80)로는 이 분야에서 공지된 임의의 적층고무가 적용될 수 있고 하중 흡수 능력을 높이기 위해 얇은 두께의 고무를 여러 겹 적층하고 적층된 고무 사이에 강판을 삽입한 후 접착제를 이용하여 일체화한 것이 적용될 수도 있다. 또한 탄성패드(80)로는 고감쇠고무가 적용될 수도 있다. 고감쇠고무는 천연고무 또는/및 카본블랙에 충전제, 가황제, 노화방지제 및 가소제 등과 같은 첨가제를 첨가한 후 일정한 온도의 압력과 열을 가하는 가황 과정을 거쳐 제작된다. 그리고 천연고무 및/또는 카본블랙에 첨가되는 첨가제의 비율을 조절함으로써 고감쇠고무의 탄성을 조절할 수 있는데 이 탄성에 의해 수평하중의 흡수성능이 좌우된다. 탄성패드(80)는 접착제를 이용하여 수평부재(12,14)와 연결판(32,34)에 각각 접착될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 제진 댐퍼를 나타낸 분해사시도이다.

도 6과 도 12를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 제진 댐퍼는, 상층 보(2a)와 하층 보(2b)에 각각 길이방향으로 고정되는 상,하부 수평부재(12,14); 일단은 상,하부 수평부재(12,14)에 각각 접합되고 타단은 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있으며 상층 보(2a)와 하층 보(2b)를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되고 타단에 다수 개의 슬롯홀(401)이 형성되어 있는 상,하부 수직부재(40a,40b); 일부분이 상,하부 수직부재(40a,40b) 중 어느 하나의 수직부재와 마주보도록 배치되고 타부분이 다른 하나의 수직부재 의 타단에 고정되며 수직부재와 마주보는 일부분에는 슬롯홀(401)에 대응되는 위치에 다수 개의 볼트 관통공(130b)이 형성되어 있는 연결판(130); 수직부재(40a,40b)와 연결판(32,34)이 마주보는 대향면 사이에 개재되어 있는 탄성패드(80a); 및 수직부재(40a,40b)에 형성된 슬롯홀(401)과 연결판(130)에 형성된 볼트 관통공(130b)을 관통하여 연결판(130)과 수직부재(40a,40b)를 서로 접합시킴과 동시에 슬롯홀(401)이 허용하는 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 탄성패드(80a)를 수직부재(40a,40b)에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트(60)를 포함한다.

이와 같은 구조를 가지는 본 실시예는 수직부재(40a,40b)에 부착되는 마찰판(120)과 연결판(130)에 고정되는 마찰패드(50) 사이의 저항에 의해 지진하중을 흡수, 감쇠시키는 제2 실시예와 달리 수직부재(40a,40b)와 연결판(130) 사이에 설치된 탄성패드(80a)의 탄성에 의해 수평하중을 흡수, 감쇄시키는 것으로 전체적인 구성은 제2 실시예와 유사하다. 한편 제2 실시예에서는 크기가 비교적 작은 다수 개의 마찰패드(50)를 이용한 다점 면접촉 방식이나 본 실시예에서 탄성패드(80a)는 일정한 크기를 가지는 사각판 형상의 탄성패드가 적용될 수 있다. 수직부재(40a,40b)에 형성되는 슬롯홀(401)은 횡방향으로 일정한 간격을 두고 종방향을 따라 복수 열로 배열되고, 탄성패드(80a)는 종방향의 이웃한 양측 2개 슬롯홀의 사이에 위치할 수 있다. 본 실시예의 탄성패드(80a)는 제3 실시예의 탄성패드(80)와 형상에 있어 차이가 있을 뿐 동일하게 적층고무 또는 고감쇠고무 등으로 구성될 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: 상부 수평부재
14: 하부 수평부재
22: 상부 마찰판
24: 하부 마찰판
32: 상부 연결판
32a,34a: 마찰패드 장착홈
34: 하부 연결판
40: 수직부재
40a: 상부 수직부재
40b: 하부 수직부재
50: 마찰패드
60: 체결볼트
70: 와셔 플레이트
80, 80a: 탄성패드
120: 마찰판
120a: 슬롯홀
130: 연결판
130a: 마찰패드 장착홈

Claims (9)

1. 기둥과 보가 강접된 라멘 골조에 설치되는 제진 댐퍼에 있어서,
   상층 보와 하층 보에 각각 보 길이방향으로 고정되는 상,하부 수평부재;
   상층 보와 하층 보를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되는 수직부재;
   상,하부 수평부재에 각각 노출되게 접합되고, 다수 개의 슬롯홀이 각각 동심원상으로 형성되어 있는 상,하부 마찰판;
   일단부가 상,하부 마찰판과 접합되고 타단부가 수직부재를 매개로 서로 연결되며, 상, 하부 마찰판의 슬롯홀의 위치에 대응되게 동심원으로 다수 개의 볼트 관통공이 각각 형성된 상,하부 연결판;
   상,하부 연결판이 상, 하부 마찰판을 마주보는 면에 상,하부 마찰판에 형성된 슬롯홀의 동심원 사이에 위치하도록 원주방향을 따라 설치되어 상,하부 마찰판과 접촉하는 다수 개의 마찰패드; 및
   상,하부 연결판에 형성된 볼트 관통공과 상,하부 마찰판에 형성된 슬롯홀을 관통하여 상,하부 연결판과 상,하부 마찰판을 각각 접합시킴과 동시에 슬롯홀이 허용하는 장공 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 마찰패드를 상,하부 마찰판에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트를 포함한 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼.
2. 청구항 1에 있어서,
   수평부재와 수직부재는 I형 또는 H형 단면형상을 갖는 압연형강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼.
3. 청구항 1에 있어서,
   상,하부 연결판이 상,하부 마찰판을 마주보는 면에는 상,하부 마찰판에 형성된 슬롯홀의 동심원 사이에 위치하도록 원주방향을 따라 다수 개의 마찰패드 장착홈이 형성되고, 마찰패드가 마찰패드 장착홈에 장착되는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼.
4. 기둥과 보가 강접된 라멘 골조에 설치되는 제진 댐퍼에 있어서,
   상층 보와 하층 보에 각각 길이방향으로 고정되는 상,하부 수평부재;
   일단은 상,하부 수평부재에 각각 접합되고 타단은 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있으며 상층 보와 하층 보를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되는 상,하부 수직부재;
   서로 일정 간격을 두고 떨어져 있는 상,하부 수직부재 중 어느 하나의 타단에 접합되며 다수 개의 슬롯홀이 형성되어 있는 마찰판;
   일부분이 마찰판과 마주보도록 배치되고 타부분이 마찰판이 설치되지 않은 하부 수직부재 또는 상부 수직부재의 타단에 고정되며 마찰판과 마주보는 일부분에는 슬롯홀에 대응되는 위치에 다수 개의 볼트 관통공이 형성되어 있는 연결판;
   마찰판과 연결판이 마주보는 대향면 사이에 개재되어 있는 다수 개의 마찰패드; 및
   마찰판에 형성된 슬롯홀과 연결판에 형성된 볼트 관통공을 관통하여 연결판과 마찰판를 서로 접합시킴과 동시에 슬롯홀이 허용하는 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 마찰패드를 마찰판에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트를 포함한 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼.
5. 청구항 4에 있어서,
   수평부재와 수직부재는 I형 또는 H형 단면형상을 갖는 압연형강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼.
6. 청구항 4에 있어서,
   슬롯홀은 횡방향과 종방향으로 각기 복수 열로 배열되고, 마찰패드는 종방향의 이웃한 상,하부측 2개 슬롯홀의 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼.
7. 청구항 4에 있어서,
   마찰패드는 연결판에 횡방향과 종방향으로 배열되어 있는 다수 개의 마찰패드 장착홈에 장착되는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼.
8. 기둥과 보가 강접된 라멘 골조에 설치되는 제진 댐퍼에 있어서,
   상층 보와 하층 보에 각각 보 길이방향으로 고정되며 다수 개의 슬롯홀이 각각 동심원상으로 형성되어 있는 상,하부 수평부재;
   상층 보와 하층 보를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되는 수직부재;
   일단부가 상,하부 수평부재와 접합되고 타단부가 수직부재를 매개로 서로 연결되며, 상, 하부 수평부재의 슬롯홀의 위치에 대응되게 동심원으로 다수 개의 볼트 관통공이 각각 형성된 상,하부 연결판;
   상,하부 연결판이 상, 하부 수평부재를 마주보는 면에 상,하부 수평부재에 형성된 슬롯홀의 동심원 사이에 위치하도록 설치되는 고리 형상의 탄성패드; 및
   상,하부 연결판에 형성된 볼트 관통공과 상,하부 수평부재에 형성된 슬롯홀을 관통하여 상,하부 연결판과 상,하부 수평부재를 각각 접합시킴과 동시에 슬롯홀이 허용하는 장공 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 탄성패드를 상,하부 수평부재에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼.
9. 기둥과 보가 강접된 라멘 골조에 설치되는 제진 댐퍼에 있어서,
   상층 보와 하층 보에 각각 길이방향으로 고정되는 상,하부 수평부재;
   일단은 상,하부 수평부재에 각각 접합되고 타단은 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있으며 상층 보와 하층 보를 연결하는 기둥의 길이방향으로 기둥 면과 일정한 간격을 두고 배치되고 타단에 다수 개의 슬롯홀이 형성되어 있는 상,하부 수직부재;
   일부분이 상,하부 수직부재 중 어느 하나의 수직부재와 마주보도록 배치되고 타부분이 다른 하나의 수직부재의 타단에 고정되며 수직부재와 마주보는 일부분에는 슬롯홀에 대응되는 위치에 다수 개의 볼트 관통공이 형성되어 있는 연결판;
   수직부재와 연결판이 마주보는 대향면 사이에 개재되어 있는 탄성패드; 및
   수직부재에 형성된 슬롯홀과 연결판에 형성된 볼트 관통공을 관통하여 연결판과 수직부재를 서로 접합시킴과 동시에 슬롯홀이 허용하는 구간에서 이동이 가능하고 조임력에 의해 탄성패드를 수직부재에 강제적으로 밀착시키는 다수 개의 체결볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라멘 골조의 층간 변형을 이용한 제진 댐퍼.

Images