KR101951450B1

KR101951450B1 - 슬림형 강재댐퍼 및 이를 이용한 내진공법

Info

Publication number: KR101951450B1
Application number: KR1020170029036A
Authority: KR
Inventors: 박상태
Original assignee: 박상태
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2019-02-22
Also published as: KR20180102416A

Abstract

본 발명은 지진 발생 시 보강대상 건물의 기둥에 집중되는 횡력을 효과적으로 감쇠할 수 있는 슬림형 강재댐퍼에 관한 것으로서, 판상의 금속으로 제작되고, 기둥의 상부 표면에 장착되며 다수의 앵커볼트설치공(55)이 구비된 상부부착부(110); 판상의 금속으로 제작되고, 기둥의 하부 표면에 장착되며 다수의 앵커볼트설치공(55)이 구비된 하부부착부(120); 상기 상부부착부(110)와 상기 하부부착부(120)를 서로 연결하는 슬릿부(130); 및, 상기 슬릿부(130)의 일부 영역이 기둥의 길이 방향으로 절개된 슬릿구멍(140);으로 이루어진 댐퍼몸체(100);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

슬림형 강재댐퍼 및 이를 이용한 내진공법{Slim Type Steel Damper and Earthquake-proof Method using thereof}

본 발명은 기둥의 표면에 부착되는 슬림형 강재댐퍼에 관련된 것으로서, 폭이 좁은 슬릿부가 외력에 저항할 수 있는 적절한 강도를 가짐과 동시에 외력을 효율적으로 감쇠시키는 것을 특징으로 한다.

1995년 일본 고베지진, 2008년 중국 쓰촨성 지진 이후 국내에서는 학교 등 중요 공공시설물의 내진보강을 점차적으로 진행하던 중 2016년 9월 경주 지진 이후에는 지진에 대비한 내진보강에 관심이 더욱 증대되면서 학교, 공공시설물 등의 건축 구조물의 내진보강공법 또는 제진보강공법을 진행하고 있다.

그런데 이러한 공공시설물의 내진보강에 사용되고 있는 기술들 중 내진보강공법으로 사용되고 있는 기술은 전단벽 보강, 철골프레임 보강, 철골브레이스 보강 등이 사용되고 있고, 제진보강공법으로는 창호형 슬릿강재댐퍼, 벽식형 슬릿강재댐퍼, 토글형 슬릿강재댐퍼, 유압 또는 점성댐퍼, 마찰댐퍼 등이 사용되고 있는데 이러한 기술들 대부분은 대형 철골프레임이 기본으로 포함되어 있는 기술들이다.

근래 많이 사용되고 있는 창호형 슬릿강재댐퍼, 벽식형 슬릿강재댐퍼의 경우 슬릿강재댐퍼의 안정된 변위를 위하여 상, 하부에 대형 철골구조로 제작한 하중전달용 고정부재를 설치하는데 노후된 기존 구조체에 이러한 대형 철골구조 부재를 설치하여 기존 구조체와 완전히 일체화 한다는 것은 현실적으로 매우 어려운 실정이다. 다시 말하면, 도1에 도시된 바와 같은 기존의 슬릿강재댐퍼(가)들이 지진 에너지를 감쇠하기 위해서는 지진 발생시 하중전달용 고정부재(나)가 기존 구조체와 완전 일체거동을 한다는 조건을 충족하여야만 지진에너지의 감쇠가 가능하다고 할 수 있는데, 내진보강이 필요한 기존 건축시설물이 대부분 노후되어 있고,사용 환경 및 주변 여건을 고려할 때 시공이 용이하지 않아 대형 철골구조로 제작된 하중전달용 고정부재(나)를 보강대상 구조체와 일체화하는 작업은 사실상 어렵다.

아울러, 지진 발생 시 하중전달용 고정부재(나)가 지진하중을 슬릿강재댐퍼(가)에 효율적으로 전달할 수 있는가에 대한 의문도 제기된다.

또한, 대형 철골구조 부재로 제작된 하중전달용 고정부재(나)로 인하여 기존 건축물의 전망, 채광 등에 불편을 초래하고 있고, 건물의 외관 입면 변화로 인하여 건축물의 경제적 가치가 저하된다는 문제점도 있다.

또한, 대형 철골프레임이 포함된 보강기술들을 적용하여 내진보강을 할 경우 보강대상 건물의 창호, 마감재 및 조적벽체 등 철거물(폐기물)이 많이 발생되고, 대형 철골구조 부재의 중량으로 인하여 기존 건물의 기초에 큰 부담으로 작용하게 되고, 소음 및 비산 먼지 등으로 민원이 자주 발생되고, 업무시설의 경우 일상적 업무에 많은 지장을 초래하게 된다.

특히 학교 내진보강의 경우 석면 등의 유해 폐기물 발생으로 인하여 학생들의 건강 및 면학분위기를 해치는 결과를 초래하는 것은 물론 대형 철골 부재의 운반 및 설치로 인한 안전관리 역시 상당한 부담으로 작용하는 실정이다.

[선행기술목록]

등록특허 제10-1000206호

등록특허 제10-1112577호

등록특허 제10-1651849호

상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 보강대상 건물 의 기둥 표면에 간단하게 설치할 수 있어 창호 및 마감재, 조적벽체 등의 철거가 불필요하고, 내진보강으로 인한 기존 건물의 자중 증가가 최소화되어 기초에 부담이 없으며, 공사비용 및 공사기간이 단축될 수 있는 슬림형 강재댐퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.

본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.

첫째, 지진 발생시 보강대상 건물의 기둥에 집중되는 횡력을 효율적으로 감쇠할 수 있다.

둘째, 기둥의 표면에 슬림형 강재댐퍼를 간단히 설치하여 기둥 부재의 연성을 보강함으로써, 지진 발생시 기둥 부재의 파괴 및 붕괴를 효과적으로 방지할 수 있다.

셋째, 대형 철골 구조물로 제작된 하중전달용 고정부재가 필요 없어 기존 건물의 자중 증가로 인한 기초의 부담이 발생되지 않는다.

넷째, 노출된 기둥 표면에 간단히 부착 설치함으로써 기존 마감재철거, 조적벽체, 석면 등 폐기물 발생이 거의 없는 친환경 공법을 실현할 수 있다.

도1은 종래에 사용되고 있는 슬릿강재댐퍼들을 예시적으로 도시한다.
도2는 본 발명의 구체적 실시예를 도시한다.
도3은 도2에 도시된 슬림형 강재댐퍼의 지진 에너지 감쇠 원리를 도시한다.
도4는 도2에 도시된 슬림형 강재댐퍼를 이용하여 시공이 완료된 상태를 예시적으로 도시한다.
도5는 본 발명의 다른 구체적 실시예로서 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400)가 추가된 경우를 도시한다.
도6은 도5에 도시된 슬림형 강재댐퍼를 이용하여 시공이 완료된 상태를 예시적으로 도시한다.

이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 지진 발생 시 보강대상 건물의 기둥에 집중되는 횡력을 효과적으로 감쇠할 수 있는 슬림형 강재댐퍼에 관한 것으로서, 별도의 철골 프레임을 사용하지 않고 슬림형 강재댐퍼를 직접 기둥의 표면(바탕면)에 장착하는 구조인 것을 특징으로 한다.

도2에 도시된 실시예에 따르면 댐퍼몸체(100)로 구성되며, 댐퍼몸체(100)를 기둥의 표면에 직접 장착하게 된다.

댐퍼몸체(100)는 강재와 같은 금속의 판상 구조로서 상부부착부(110), 하부부착부(120), 슬릿부(130) 및 슬릿구멍(140)으로 이루어지는데, 상부부착부(110)와 하부부착부(120)의 폭은 슬릿구멍(140)을 포함한 슬릿부(130)의 전체 폭보다 상대적으로 넓은 형태로 제작된다.

상부부착부(110)는 기둥의 상부 표면에 장착되고, 하부부착부(120)는 기둥의 하부 표면에 장착되고, 슬릿부(130)는 이러한 상부부착부(110)와 하부부착부(120)를 서로 연결하는데, 슬릿부(130)의 일부 영역에는 기둥의 길이 방향으로 절개된 슬릿구멍(140)이 구비된다.

상부부착부(110)와 하부부착부(120)에는 각각 앵커볼트설치공(55)이 구비되고 앵커볼트(33)에 의하여 기둥의 표면에 장착되는 구조이다.

지진으로 기둥의 좌우 변위가 발생할 경우 기둥의 상부 표면과 하부 표면을 연결하도록 장착된 댐퍼몸체(100)도 함께 거동하면서 지진에 따른 외력을 흡수하여 감쇠하게 되는데, 댐퍼몸체(100)의 슬릿부(130)가 적정한 강도를 유지하지 못할 경우 슬릿부(130)의 전체 영역에서 불규칙적인 좌굴과 변형이 발생되어 지진에 따른 외력 감쇠 효과나 콘크리트 기둥의 연성 증대 효과를 기대할 수 없게 된다.

따라서, 외력에 따른 거동시 슬릿부(130) 전체 영역의 좌굴이나 변형, 파단이 방지되어 그 형상을 유지하면서 지진에 따른 외력을 효과적으로 감쇠시키고, 미리 설정된 강도 이상의 외력이 작용할 경우에는 슬릿부(130)와 상부부착부(110)의 경계 부위 또는 슬릿부(130)와 하부부착부(120)의 경계 부위에서 파단이나 변형이 발생되도록 댐퍼몸체(100) 슬릿부(130)는 일정 수준 이상의 강도를 가져야 한다.

즉, 슬릿부(130)의 상단부 또는 하단부에서 파단이나 변형이 발생되기 전까지 슬릿부(130)가 적정한 강도와 외형을 유지하면서 외력에 따른 거동을 반복하여 지진 에너지를 단계적으로 감쇠시키고, 미리 설계된 수치 이상의 외력이 작용할 경우 도3과 같이 슬릿부(130)의 상단부 또는 하단부에서 파단이나 변형이 발생되면서 충격을 다시 한 번 흡수하여 기둥 자체의 손상이나 변형을 최소화시키고 손상이나 변형 시점을 최대한 지연시키게 된다.

도4에는 도2에 도시된 슬림형 강재댐퍼를 기둥의 표면(바탕면)에 시공한 상태를 도시하는데, 이러한 시공은 다음과 같은 과정으로 이루어질 수 있다.

(1) 제1단계

보강이 필요한 기둥의 바탕면에 존재하는 페인트나 이물질을 연마작업으로 제거하는 과정이다.

(2) 제2단계

댐퍼몸체(100)의 상부부착부(110)와 하부부착부(120) 각각에 구비된 앵커볼트설치공(55)의 패턴에 따라 기둥의 바탕면에 앵커구멍을 천공하고, 앵커구멍 내부의 먼지나 이물질을 제거하는 과정이다.

(3) 제3단계

상부부착부(110)의 바닥면, 하부부착부(120)의 바닥면, 및 기둥의 바탕면 표면에 퍼티성 합성수지 접착제를 도포하는 과정이다. 이러한 합성수지 접착제는 특정한 제품으로 한정되는 것은 아니며 일반적으로 상용화된 제품 가운데 적절한 제품을 자유롭게 선택할 수 있다.

아울러 합성수지 접착제는 접착에 부족함이 없도록 충분한 양을 골고루 도포한다.

(4) 제4단계

앵커볼트설치공(55)을 통과하도록 앵커볼트(33)를 설치하여 상부부착부(110)와 하부부착부(120)를 기둥의 바탕면에 고정하는 과정이다.

앵커볼트(33)의 종류는 상용화된 제품 가운데 필요에 따라 자유롭게 선택할 수 있으며 특정 구조를 가진 제품으로 한정되지 않는다. 아울러 앵커볼트(33)의 설치는 선택된 앵커볼트(33)에 따른 일반적인 과정이 수행될 수 있는 바 이에 대한 별도의 세부 설명은 생략한다.

(5) 제5단계

마감작업 후 시공을 완료하는 과정으로서, 여분의 합성수지 접착제를 제거하는 과정, 작업장 주변을 정리하는 과정, 기둥의 표면에 필요한 마감작업을 수행하는 과정 등이 포함될 수 있다.

도5에는 본 발명의 다른 구체적 실시예가 도시되어 있는데, 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400)가 추가된 경우를 도시한다.

댐퍼몸체(100)는 강재와 같은 금속의 판상 구조로서 상부부착부(110), 하부부착부(120), 슬릿부(130) 및 슬릿구멍(140)으로 구성되는데, 상부부착부(110)와 하부부착부(120)의 폭은 슬릿구멍(140)을 포함한 슬릿부(130)의 전체 폭보다 상대적으로 넓은 형태로 제작된다.

상부부착부(110)는 기둥의 상부 표면에 장착되는데, 다수의 앵커볼트용확장공(44)이 구비된다.

하부부착부(120)는 기둥의 하부 표면에 장착되는데, 다수의 앵커볼트용확장공(44)이 구비된다.

슬릿부(130)는 상부부착부(110)와 하부부착부(120)를 서로 연결하는 역할을 하며, 슬릿부(130)의 일부 영역에는 기둥의 길이 방향으로 절개된 슬릿구멍(140)이 구비된다.

상부스페이서(300)는 상부부착부(110)의 바닥면에 결합되는데, 상부부착부(110)의 앵커볼트용확장공(44)과 대응하는 위치에 앵커볼트설치공(55)이 구비된다.

하부스페이서(400)는 하부부착부(120)의 바닥면에 결합되는데, 하부부착부(120)의 앵커볼트용확장공(44)과 대응하는 위치에 앵커볼트설치공(55)이 구비된다.

이와 같이 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400)가 결합되면 슬릿부(130)가 기둥의 표면에서 이격되어 기둥의 간섭을 받지않고 거동할 수 있게 된다.

아울러, 상부스페이서(300) 및 하부스페이서(400) 각각에는 결합볼트(11)가 통과하는 결합볼트통과공(66)이 구비되고, 이러한 결합볼트통과공(66)을 관통한 결합볼트(11)는 용접 결합되어 상부스페이서(300)나 하부스페이서(400)와 일체가 되도록 할 수 있다. 물론, 필요에 따라서는 용접 결합은 하지 않고 단순히 결합볼트(11)만 통과되도록 결합할 수도 있다.

또한, 상부부착부(110) 및 하부부착부(120) 각각에도 상부스페이서(300) 및 하부스페이서(400) 각각과 동일한 패턴으로 결합볼트(11)가 통과하는 결합볼트통과공(66)이 구비된다.

이러한 결합볼트통과공(66)들을 통과한 결합볼트(11)에 너트(22)를 체결하는 방식으로 상부스페이서(300)와 상부부착부(110)의 결합 및 하부스페이서(400)와 하부부착부(120)의 결합이 이루어지는데, 결합볼트(11)가 상부스페이서(300) 및 하부스페이서(400) 각각에 미리 용접 결합될 경우 보다 편리하게 너트(22)를 체결할 수 있다.

상부부착부(110) 및 하부부착부(120) 각각에 구비된 앵커볼트용확장공(44)은 앵커볼트(33)와 맞닿지 않을 정도로 충분한 크기의 내경을 가지는데, 앵커볼트(33)는 앵커볼트용확장공(44)을 간섭없이 통과하게 된다.

이와 같이 앵커볼트용확장공(44)을 간섭없이 통과한 앵커볼트(33)는 상부스페이서(300) 및 하부스페이서(400) 각각에 구비된 앵커볼트설치공(55)을 통하여 상부스페이서(300) 및 하부스페이서(400)를 기둥에 고정시키게 된다.

다시 말하면, 앵커볼트(33)를 이용하여 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400)를 기둥에 고정시키고, 댐퍼몸체(100)의 상부부착부(110)와 하부부착부(120) 각각은 결합볼트(11)와 너트(22)를 이용하여 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400)에 결합되는 구조가 되는 것이다.

따라서, 지진과 같은 외력에 의하여 댐퍼몸체(100)의 변형이나 손상(파단)이 발생할 경우 너트(22)를 해체하여 댐퍼몸체(100)만 간편하게 교체할 수 있다.

도6에는 도5에 도시된 슬림형 강재댐퍼를 기둥에 시공한 상태를 도시하는데, 이러한 시공은 다음과 같은 과정으로 이루어진다.

(1) 제1단계

(2) 제2단계

상부스페이서(300)와 하부스페이서(400) 각각에 구비된 앵커볼트설치공(55)의 패턴에 따라 기둥의 바탕면에 앵커구멍을 천공하고, 앵커구멍 내부의 먼지나 이물질을 제거하는 과정이다.

(3) 제3단계

상부스페이서(300)의 바닥면, 하부스페이서(400)의 바닥면, 및 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400)가 장착될 기둥의 바탕면 표면에 퍼티성 합성수지 접착제를 도포하는 과정이다.

이러한 합성수지 접착제는 특정한 제품으로 한정되는 것은 아니며 일반적으로 상용화된 제품 가운데 적절한 제품을 자유롭게 선택할 수 있다.

(4) 제4단계

앵커볼트설치공(55)을 통과하도록 앵커볼트(33)를 설치하여 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400)를 기둥의 바탕면에 고정하는 과정이다.

(5) 제5단계

상부부착부(110)와 하부부착부(120) 각각에 구비된 결합볼트통과공(66)에 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400) 각각에서 돌출된 결합볼트(11)가 삽입되도록 결합한 후 너트(22)를 체결하여 댐퍼몸체(100)를 기둥의 바탕면에 장착하는 과정이다.

이러한 구조로 댐퍼몸체(100)를 장착함으로써 지진과 같은 외력에 의하여 댐퍼몸체(100)의 변형이나 손상(파단)이 발생할 경우 너트(22)를 해체하여 댐퍼몸체(100)만 간편하게 교체할 수 있다.

(6) 제6단계

상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

100:댐퍼몸체
110:상부부착부
120:하부부착부
130:슬릿부
140:슬릿구멍
300:상부스페이서
400:하부스페이서
11:결합볼트
22:너트
33:앵커볼트
44:앵커볼트용확장공
55:앵커볼트설치공
66:결합볼트통과공

Claims

지진 발생 시 보강대상 건물의 기둥에 집중되는 횡력을 효과적으로 감쇠할 수 있는 슬림형 강재댐퍼에 관한 것으로서,
판상의 금속으로 제작되고, 기둥의 상부 표면에 장착되며 다수의 앵커볼트용확장공(44)이 구비된 상부부착부(110); 판상의 금속으로 제작되고, 기둥의 하부 표면에 장착되며 다수의 앵커볼트용확장공(44)이 구비된 하부부착부(120); 상기 상부부착부(110)와 상기 하부부착부(120)를 서로 연결하는 슬릿부(130); 및, 상기 슬릿부(130)의 일부 영역이 기둥의 길이 방향으로 절개된 슬릿구멍(140);으로 이루어진 댐퍼몸체(100);
상기 상부부착부(110)의 바닥면에 결합되며 상기 상부부착부(110)의 앵커볼트용확장공(44)과 대응하는 위치에 앵커볼트설치공(55)이 구비된 상부스페이서(300); 및,
상기 하부부착부(120)의 바닥면에 결합되며 상기 하부부착부(120)의 앵커볼트용확장공(44)과 대응하는 위치에 앵커볼트설치공(55)이 구비된 하부스페이서(400);
를 포함하여 구성되며, 상기 상부스페이서(300)와 상기 하부스페이서(400)에 의하여 상기 슬릿부(130)가 기둥의 표면에서 이격되어 기둥의 간섭을 받지않고 거동할 수 있고,
상기 상부스페이서(300) 및 상기 하부스페이서(400) 각각에는 결합볼트(11)가 관통한 후 용접 결합되고,
상기 상부부착부(110) 및 상기 하부부착부(120) 각각에는 상기 결합볼트(11)가 통과하는 결합볼트통과공(66)이 구비되고,
상기 결합볼트통과공(66)을 통과한 상기 결합볼트(11)에 너트(22)를 체결하는 방식으로 상기 상부스페이서(300)와 상기 상부부착부(110)의 결합 및 상기 하부스페이서(400)와 상기 하부부착부(120)의 결합이 이루어지고,
상기 상부부착부(110) 및 상기 하부부착부(120) 각각에 구비된 상기 앵커볼트용확장공(44)은 앵커볼트(33)와 맞닿지 않을 정도의 내경을 가지며, 상기 앵커볼트(33)는 상기 앵커볼트용확장공(44)을 간섭없이 통과하고 상기 상부스페이서(300) 및 상기 하부스페이서(400) 각각에 구비된 앵커볼트설치공(55)을 통과하여 상기 상부스페이서(300) 및 상기 하부스페이서(400)를 기둥에 고정시키는 구조인 것을 특징으로 하는 슬림형 강재댐퍼.
제1항에서,
상기 상부부착부(110)와 상기 하부부착부(120)의 폭은 상기 슬릿구멍(140)을 포함한 슬릿부(130)의 전체 폭보다 상대적으로 넓은 것을 특징으로 하는 슬림형 강재댐퍼.
제1항 또는 제2항에 기재된 슬림형 강재댐퍼를 이용한 내진공법에 관한 것으로서,
보강이 필요한 기둥의 바탕면의 페인트나 이물질을 연마작업으로 제거하는 제1단계;
상부스페이서(300)와 하부스페이서(400) 각각에 구비된 앵커볼트설치공(55)의 패턴에 따라 기둥의 바탕면에 앵커구멍을 천공하고, 앵커구멍 내부의 먼지나 이물질을 제거하는 제2단계;
상부스페이서(300)의 바닥면, 하부스페이서(400)의 바닥면, 및 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400)가 장착될 바탕면 표면에 퍼티성 합성수지 접착제를 도포하는 제3단계;
앵커볼트설치공(55)을 통과하도록 앵커볼트(33)를 설치하여 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400)를 기둥의 바탕면에 고정하는 제4단계;
상부부착부(110)와 하부부착부(120) 각각에 구비된 결합볼트통과공(66)에 상부스페이서(300)와 하부스페이서(400) 각각에서 돌출된 결합볼트(11)가 삽입되도록 결합한 후 너트(22)를 체결하여 댐퍼몸체(100)를 기둥의 바탕면에 장착하는 제5단계; 및,
마감작업 후 시공을 완료하는 제6단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 슬림형 강재댐퍼를 이용한 내진공법.
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