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KR20180116899A - 힌지핀형 마찰댐퍼 및 이를 이용한 내진공법 - Google Patents

힌지핀형 마찰댐퍼 및 이를 이용한 내진공법 Download PDF

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KR20180116899A
KR20180116899A KR1020170049788A KR20170049788A KR20180116899A KR 20180116899 A KR20180116899 A KR 20180116899A KR 1020170049788 A KR1020170049788 A KR 1020170049788A KR 20170049788 A KR20170049788 A KR 20170049788A KR 20180116899 A KR20180116899 A KR 20180116899A
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박상태
Original Assignee
박상태
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Publication date
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Abstract

본 발명은 지진 발생 시 보강대상 건물로 전달되는 외력을 효과적으로 감쇠할 수 있는 힌지핀형 마찰댐퍼에 관한 것으로서, 상부마찰판(110); 상기 상부마찰판(110)의 상단면에 직교하도록 결합되며, 다수의 볼트설치공(55)이 구비되어 보강대상 건물의 일측에 부착되는 상부부착편(120); 하부마찰판(210); 상기 하부마찰판(210)의 하단면에 직교하도록 결합되며, 다수의 볼트설치공(55)이 구비되어 보강대상 건물의 타측에 부착되는 하부부착편(220); 및, 상단부는 상기 상부마찰판(110)과 겹쳐지도록 상부힌지핀(320)으로 결합되고, 하단부는 상기 하부마찰판(210)과 겹쳐지도록 하부힌지핀(330)으로 결합되는 마찰결속판(310);으로 구성되되, 상기 하부마찰판(210)에는 상기 하부힌지핀(330)이 통과하는 힌지핀통과공(44)을 중심으로 배열되는 다수의 원호절개부(77)가 구비되고, 상기 마찰결속판(310)의 하단부에는 상기 원호절개부(77) 각각과 대응하는 위치에 결합볼트통과공(66)이 구비되고, 상기 결합볼트통과공(66)과 상기 원호절개부(77)를 통과하여 너트(22) 체결되는 결합볼트(11)에 의하여 상기 마찰결속판(310)과 상기 하부마찰판(210) 사이에 마찰력이 증가되는 것을 특징으로 한다.

Description

힌지핀형 마찰댐퍼 및 이를 이용한 내진공법{Hinge Pin Type Friction Damper and Earthquake-proof Method using thereof}
본 발명은 보와 기둥으로 둘러싸인 건물의 개구부 등에 설치되어 지진이 발생할 경우 층간변위에 따른 마찰댐퍼의 회전 운동을 유발하고, 이러한 회전 운동 과정에서 발생하는 마찰력으로 지진 에너지를 효율적으로 감쇠시키는 힌지핀형 마찰댐퍼 및 이를 이용한 내진공법에 관한 것이다.
최근 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 발명은 보강대상 건물의 개구부 등에 간단하게 설치할 수 있어 창호 및 마감재, 조적벽체 등의 철거가 불필요하고, 내진보강으로 인한 기존 건물의 자중 증가가 최소화되어 기초에 부담이 없고, 공사비용 및 공사기간이 단축될 수 있고, 회전운동 과정에서 발생되는 마찰력을 이용하여 지진 에너지를 효율적으로 감쇠할 수 있는 새로운 개념의 힌지핀형 마찰댐퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.
본 발명은 지진 발생 시 보강대상 건물로 전달되는 외력을 효과적으로 감쇠할 수 있는 힌지핀형 마찰댐퍼에 관한 것으로서, 상부마찰판(110); 상기 상부마찰판(110)의 상단면에 직교하도록 결합되며, 다수의 볼트설치공(55)이 구비되어 보강대상 건물의 일측에 부착되는 상부부착편(120); 하부마찰판(210); 상기 하부마찰판(210)의 하단면에 직교하도록 결합되며, 다수의 볼트설치공(55)이 구비되어 보강대상 건물의 타측에 부착되는 하부부착편(220); 및, 상단부는 상기 상부마찰판(110)과 겹쳐지도록 상부힌지핀(320)으로 결합되고, 하단부는 상기 하부마찰판(210)과 겹쳐지도록 하부힌지핀(330)으로 결합되는 마찰결속판(310);으로 구성되되, 상기 하부마찰판(210)에는 상기 하부힌지핀(330)이 통과하는 힌지핀통과공(44)을 중심으로 배열되는 다수의 원호절개부(77)가 구비되고, 상기 마찰결속판(310)의 하단부에는 상기 원호절개부(77) 각각과 대응하는 위치에 결합볼트통과공(66)이 구비되고, 상기 결합볼트통과공(66)과 상기 원호절개부(77)를 통과하여 너트(22) 체결되는 결합볼트(11)에 의하여 상기 마찰결속판(310)과 상기 하부마찰판(210) 사이에 마찰력이 증가되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 지진 발생시 보강대상 건물의 구조물에 집중되는 외력을 효율적으로 감쇠할 수 있다.
예를 들어, 지진에 의하여 층간변위가 발생할 경우 마찰결속판(310)의 상단부와 하단부에서 회전운동이 발생하고, 이러한 회전운동에 수반하여 마찰결속판(310)과 하부마찰판(210) 사이에 발생하는 마찰력으로 지진 에너지를 감쇠 흡수하여 건물의 기둥이나 보와 같은 구조물에 집중되는 외력을 효율적으로 감쇠시키게 된다.
둘째, 보강대상 건물의 개구부 등에 힌지핀형 마찰댐퍼를 간단히 설치하여 지진 발생시 기둥이나 보와 같은 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, 보강대상 건물의 개구부와 같은 공간에 간단히 부착 설치함으로써 기존 마감재철거, 조적벽체, 석면 등 폐기물 발생이 거의 없는 친환경 공법을 실현할 수 있다.
도1은 종래 기술을 도시한다.
도2는 본 발명의 구체적 실시예로서, 원호절개부(77)가 하부마찰판(210)에 형성되는 경우를 도시한다.
도3은 본 발명의 다른 구체적 실시예로서, 도2에 하부마찰패드(230)가 추가된 경우를 도시한다.
도4는 본 발명의 또 다른 구체적 실시예로서, 2개씩 겹쳐진 마찰결속판(310)이 나란하게 이격되어 2열 배열된 경우를 도시한다.
도5는 본 발명인 힌지핀형 마찰댐퍼의 층간변위에 따른 거동을 도시한다.
도6은 본 발명인 힌지핀형 마찰댐퍼가 상하부 보 사이에 시공된 상태를 예시적으로 도시한다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 지진 발생 시 보강대상 건물로 전달되는 외력을 효과적으로 감쇠할 수 있는 힌지핀형 마찰댐퍼에 관한 것이다.
본 발명은 도2에 도시된 것처럼 상부마찰판(110); 상부부착편(120), 하부마찰판(210), 하부부착편(220) 및 마찰결속판(310)을 포함하여 구성된다.
상부마찰판(110)은 판상의 금속으로서 상부힌지핀(320)이 통과하는 힌지핀통과공(44)이 구비된다.
상부부착편(120)은 판상의 금속으로서 상부마찰판(110)의 상단면에 직교하도록 용접 등의 방법으로 결합되는데, 상부부착편(120)에는 다수의 볼트설치공(55)이 구비되며 앵커볼트(33) 등에 의하여 보강대상 건물의 일측에 부착된다.
하부마찰판(210)은 판상의 금속으로서 하부힌지핀(330)이 통과하는 힌지핀통과공(44), 및 힌지핀통과공(44)을 중심으로 배열되는 다수의 원호절개부(77)가 구비된다.
하부부착편(220)은 판상의 금속으로서 하부마찰판(210)의 하단면에 직교하도록 용접 등의 결합되는데, 하부부착편에는 다수의 볼트설치공(55)이 구비되며 앵커볼트(33) 등에 의하여 보강대상 건물의 타측에 부착된다.
마찰결속판(310)은 판상의 금속으로서 마찰결속판(310)의 상단부는 상부마찰판(110)과 겹쳐지도록 상부힌지핀(320)으로 결합되고, 마찰결속판(310)의 하단부는 하부마찰판(210)과 겹쳐지도록 하부힌지핀(330)으로 결합된다. 이러한 상부힌지핀(320)과 하부힌지핀(330)은 도2에 도시된 것처럼 힌지핀통과공(44)을 통과한 상부힌지핀(320)과 하부힌지핀(330) 각각에 너트나 코터핀(cotter pin) 등을 체결하여 분리 이탈을 방지하는 방식으로 장착된다.
아울러 마찰결속판(310)의 하단부에는 하부마찰판(210)의 원호절개부(77) 각각과 대응하는 위치에 결합볼트통과공(66)이 구비되고, 마찰결속판(310)의 결합볼트통과공(66)과 하부마찰판(210)의 원호절개부(77)를 통과하여 너트(22) 체결되는 결합볼트(11)에 의하여 마찰결속판(310)과 하부마찰판(210) 사이에 마찰력이 증가되는 구조가 된다.
이러한 마찰결속판(310)은 도2에 도시된 것처럼 2개가 한 조를 이루도록 겹쳐져 상부마찰판(110)과 하부마찰판(210) 각각의 전후면에 밀착 결합되는 구조가 되거나, 첨부도면에 별도로 도시하지 않았으나 마찰결속판(310)은 1개만 사용되고 상부마찰판(110)과 하부마찰판(210) 각각이 2개가 한 조를 이루도록 겹쳐져 마찰결속판(310)의 전후면에 밀착 결합되는 구조가 될 수도 있다.
도3에는 본 발명의 다른 구체적 실시예로서 하부마찰패드(230)가 추가된 경우를 도시한다.
하부마찰패드(230)는 하부마찰판(210)과 마찰결속판(310)의 하단부 사이에 끼워져 압착되며, 하부마찰판(210)과 대응하는 패턴으로 힌지핀통과공(44) 및 다수의 원호절개부(77)가 구비된다.
하부마찰패드(230)의 구체적인 재질은 특별히 한정되지 않으며, 충분한 강도와 내구성을 지니면서 압착된 상태에서 상대적인 이동이 발생할 경우 마찰력을 발생시켜 상대적인 이동에 저항할 수 있는 재질이라면 어떤 종류라도 자유롭게 선택될 수 있다.
이와 같이 하부마찰패드(230)가 추가될 경우에는 상부마찰판(110)의 두께가 하부마찰판(210)의 두께와 하부마찰패드(230)의 두께를 합한 것과 동일하도록 설계하여 마찰결속판(310) 결합시 두께 차이에 따른 단차가 발생되지 않도록 한다.
도4에는 본 발명의 또 다른 구체적 실시예를 도시하는데, 2개가 한 조를 이루도록 겹쳐져 상부마찰판(110)과 하부마찰판(210) 각각의 전후면에 밀착 결합되는 마찰결속판(310) 2쌍이 이격되어 나란하게 배치되는 구조를 도시한다.
좌굴방지판(88)은 도2 내지 도4에 도시된 것처럼 상부마찰판(110) 또는 하부마찰판(210) 각각의 좌우 양측 단면에 직교하면서 상부보부착편(120) 또는 하부보부착편(220) 각각에 맞닿도록 용접 등의 방법으로 결합되어 상부마찰판(110) 또는 하부마찰판(210)의 강도를 증대시키는 역할을 하는데, 이러한 좌굴방지판(88)은 상부마찰판(110)이나 하부마찰판(210)의 표면에도 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다.
도5는 본 발명인 힌지핀형 마찰댐퍼의 층간변위에 따른 거동을 도시하는데, 층간변위가 발생하면 하부힌지핀(330)과 상부힌지핀(320)을 중심으로 힌지핀형 마찰댐퍼의 회전운동이 유발되고, 이러한 회전운동에 저항하는 마찰력이 하부힌지핀()을 중심으로 발생되고, 이에 따른 마찰열이 지진 에너지(외력)를 흡수하게 된다.
이와 같이 층간변위에 따라 회전운동이 반복되면서 마찰열을 통하여 지진 에너지가 감쇠되는데, 마찰력만으로 감내할 수 있는 크기 이상의 외력이 작용할 경우에는 원호절개부(77) 주변의 파단이나 손상이 발생하면서 다시 한 번 지진 에너지를 흡수하게 되어 보강대상 건물의 기둥이나 보와 같은 구조물의 손상을 최소화시킬 수 있다.
도6은 본 발명인 힌지핀형 마찰댐퍼가 상하부 보 사이에 시공된 상태를 예시적으로 도시하는데, 다음과 같은 과정으로 시공이 이루어진다.
(1) 제1단계
시공 예정 바탕면의 페인트나 이물질을 연마 또는 취핑 작업으로 제거하는 과정이다.
(2) 제2단계
상부부착편(120)과 하부부착편(220) 각각에 구비된 볼트설치공(55)의 패턴에 따라 시공 예정 바탕면 각각에 앵커구멍을 천공하고 앵커구멍 내부의 먼지나 이물질을 제거하는 과정이다.
(3) 제3단계
상부부착편(120) 및 하부부착편(220) 각각과 시공 예정 바탕면 사이에 공극 확보를 위한 스페이서를 설치하는 과정이다.
스페이서는 도면 상에 구체적으로 도시되어 있지 않으나 상부부착편(120) 및 하부부착편(220) 각각과 시공 예정 바탕면 사이에 설치되어 적절한 공극 확보가 가능하다면 어떤 형태의 스페이서라도 자유롭게 선택될 수 있다.
(4) 제4단계
앵커볼트(33)를 이용하여 보연결형 마찰댐퍼를 시공 예정 바탕면에 고정 설치하는 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
상부부착편(120), 하부부착편(220) 및 앵커볼트(33) 둘레를 실링재로 밀봉하는 과정이다.
이러한 밀봉 작업을 통하여 밀폐된 충전 공간을 확보하게 되는데, 밀봉 작업은 상용화된 합성수지(실링재)를 이용하여 이루어지며 틈새가 발생되지 않도록 충분한 양을 사용한다.
(6) 제6단계
밀봉된 내부 공간에 합성수지 접착제나 그라우트형 모르타르를 주입하여 충전하는 과정으로서, 내부 공간에 공극이 발생되지 않도록 주입구와 공기배출구를 이격 설치한 후 작업을 진행한다. 이러한 합성수지 접착제나 그라우트형 모르타르는 특정한 제품으로 한정되는 것은 아니며 일반적으로 상용화된 제품 가운데 적절한 제품을 자유롭게 선택할 수 있다.
(7) 제7단계
마감작업 후 시공을 완료하는 과정으로서, 여분의 합성수지 접착제나 그라우트형 모르타르를 제거하는 과정, 작업장 주변을 정리하는 과정, 필요한 마감작업을 수행하는 과정 등이 포함될 수 있다.
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.
110:상부마찰판
120:상부부착편
210:하부마찰판
220:하부부착편
230:하부마찰패드
310:마찰결속판
320:상부힌지핀
330:하부힌지핀
11:결합볼트
22:너트
33:앵커볼트
44:힌지핀통과공
55:볼트설치공
66:결합볼트통과공
77:원호절개부
88:좌굴방지판

Claims (5)

  1. 지진 발생 시 보강대상 건물로 전달되는 외력을 효과적으로 감쇠할 수 있는 힌지핀형 마찰댐퍼에 관한 것으로서,
    상부마찰판(110);
    상기 상부마찰판(110)의 상단면에 직교하도록 결합되며, 다수의 볼트설치공(55)이 구비되어 보강대상 건물의 일측에 부착되는 상부부착편(120);
    하부마찰판(210);
    상기 하부마찰판(210)의 하단면에 직교하도록 결합되며, 다수의 볼트설치공(55)이 구비되어 보강대상 건물의 타측에 부착되는 하부부착편(220); 및,
    상단부는 상기 상부마찰판(110)과 겹쳐지도록 상부힌지핀(320)으로 결합되고, 하단부는 상기 하부마찰판(210)과 겹쳐지도록 하부힌지핀(330)으로 결합되는 마찰결속판(310);
    으로 구성되되,
    상기 하부마찰판(210)에는 상기 하부힌지핀(330)이 통과하는 힌지핀통과공(44)을 중심으로 배열되는 다수의 원호절개부(77)가 구비되고,
    상기 마찰결속판(310)의 하단부에는 상기 원호절개부(77) 각각과 대응하는 위치에 결합볼트통과공(66)이 구비되고,
    상기 결합볼트통과공(66)과 상기 원호절개부(77)를 통과하여 너트(22) 체결되는 결합볼트(11)에 의하여 상기 마찰결속판(310)과 상기 하부마찰판(210) 사이에 마찰력이 증가되는 것을 특징으로 하는 힌지핀형 마찰댐퍼.
  2. 제1항에서,
    상기 하부마찰판(210)과 상기 마찰결속판(310)의 하단부 사이에 끼워져 압착되며, 상기 하부마찰판(210)과 대응하는 패턴으로 힌지핀통과공(44)과 다수의 원호절개부(77)가 구비된 하부마찰패드(230);
    가 더 포함되고,
    상기 상부마찰판(110)의 두께는 상기 하부마찰판(210)의 두께와 상기 하부마찰패드(230)의 두께를 합한 것과 동일한 것을 특징으로 하는 힌지핀형 마찰댐퍼.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 상부마찰판(110)과 상기 하부마찰판(210) 각각의 좌우 양측 단면에 직교하도록 결합되어 상기 상부마찰판(110) 또는 상기 하부마찰판(210)의 강도를 증대시키는 좌굴방지판(88);
    이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 힌지핀형 마찰댐퍼.
  4. 제4항에서,
    상기 마찰결속판(310)은 다수 개가 이격되어 나란하게 배열되는 구조로 상기 상부마찰판(110)과 상기 하부마찰판(210)에 결합되는 것을 특징으로 하는 힌지핀형 마찰댐퍼.
  5. 힌지핀형 마찰댐퍼를 이용한 내진공법에 관한 것으로서,
    시공 예정 바탕면의 페인트나 이물질을 연마 또는 취핑 작업으로 제거하는 제1단계;
    상부부착편(120)과 하부부착편(220) 각각에 구비된 볼트설치공(55)의 패턴에 따라 시공 예정 바탕면 각각에 앵커구멍을 천공하고 앵커구멍 내부의 먼지나 이물질을 제거하는 제2단계;
    상부부착편(120) 및 하부부착편(220) 각각과 시공 예정 바탕면 사이에 공극 확보를 위한 스페이서를 설치하는 제3단계;
    앵커볼트(33)를 이용하여 힌지핀형 마찰댐퍼를 시공 예정 바탕면 사이에 고정 설치하는 제4단계;
    상부부착편(120), 하부부착편(220) 및 앵커볼트(33) 둘레를 실링재로 밀봉하는 제5단계;
    밀봉된 내부 공간에 합성수지 접착제나 그라우트형 모르타르를 주입하여 충전하는 제6단계; 및,
    마감작업 후 시공을 완료하는 제7단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 힌지핀형 마찰댐퍼를 이용한 내진공법.
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CN116290444A (zh) * 2023-03-30 2023-06-23 道尔道科技股份有限公司 一种多级放大的旋转摩擦阻尼器

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