KR101278613B1

KR101278613B1 - 핀접합파단 철골프레임에 의한 구조물 개구부의 내진보강구조

Info

Publication number: KR101278613B1
Application number: KR1020120136994A
Authority: KR
Inventors: 황대성
Original assignee: 비코비엔주식회사
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2013-06-25

Abstract

본 발명은 양측의 수직구조체와 상·하부수평구조체로 둘러싸인 구조물의 개구부를 더욱 효과적으로 내진 보강하기 위한 내진보강구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물의 개구부에 일체로 설치되는 수평·수직의 철골프레임이 서로 분리 거동가능하도록 구성한 내진보강구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 구조물 개구부의 내진보강구조는, 구조물의 개구부에서 상·하부수평구조체 각각에 대면하게 고정 설치되되 양측의 수직구조체 사이 거리보다 짧은 길이로 마련되어 양단부가 양측의 수직구조체와 이격하게 설치되는 상·하부수평프레임;과, 구조물의 개구부에서 양측의 수직구조체 각각에 대면하게 고정 설치되되 상·하부수평프레임 사이에 배치되어 양단부가 파단핀에 의해 상·하부수평프레임에 핀접합 설치되는 양측의 수직프레임;을 포함하여 구성되며, 수평하중의 작용에 의한 파단핀의 파단으로 상·하부수평프레임과 양측의 수직프레임이 분리 거동하게 되는 것을 특징으로 한다.

Description

핀접합파단 철골프레임에 의한 구조물 개구부의 내진보강구조{Seismic Retrofit of Building Structures by Fracture of Pin-Joint}

본 발명은 양측의 수직구조체와 상·하부수평구조체로 둘러싸인 구조물의 개구부를 더욱 효과적으로 내진 보강하기 위한 내진보강구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물의 개구부에 일체로 설치되는 수평·수직의 철골프레임이 서로 분리 거동할 수 있도록 구성한 내진보강구조에 관한 것이다.

일반적으로 건물에는 채광, 통풍, 유출입 등을 위한 창호를 위해 개구부가 마련된다. 개구부는 다른 부분에 비해 응력 집중이 심한데, 특히 지진 등 수평하중이 가해질 경우 개구부에서 인장균열이 시작하여 건물 붕괴로 이어질 수 있다. 이에 따라 내진설계기준이 제정된 1989년 이전에 준공된 철근콘크리트 건물의 경우, 내진성능이 충분치 못하여 지진 발생 시 개구부에서 기인하는 구조손상으로 인해 큰 피해가 발생할 수 있다.

지진으로부터 인적 피해 및 물적 피해를 최소화하기 위해 다양한 내진보강방법이 적용되고 있다. 대표적인 내진보강방법으로 면진장치를 설치하는 방법이 있는데, 면진장치로서 가새형 댐퍼를 대각 방향으로 설치함으로써 지진에 의한 반복하중이 가해질 때 소성이력거동에 의해 에너지를 소산시키는 방법이다. 그러나 종래의 면진장치 설치방법은 가새형 댐퍼를 지지하기 위한 기둥이나 보와 같은 큰 강성을 갖는 구조부재가 필요하여 시공이 까다롭고, 또한 별도의 설치공간이 필요하여 적용성이 제한적이며, 개구부의 시야를 가린다는 단점이 있다.

가새형 댐퍼의 단점을 개선하기 위해 도 1과 같은 내진보강방법이 제안되었다. 보는 바와 같이 모서리에서 회동 가능하게 힌지결합된 사각프레임을 건물 개구부에 고정 설치하는 방식으로, 사각프레임의 내부 모서리에 진동에너지를 흡수하여 소성거동하는 댐퍼를 설치하는 방식이다. 이 방식은 모듈화가 가능하고, 거주자의 시야 방해를 최소화하여 창호 설치공간을 충분히 확보할 있다는 점에서 장점이 있다. 하지만 프레임과 댐퍼가 모든 하중을 지지하는 방식이므로 지진력에 대한 하중 분산의 효율성이 떨어지고 또한 효과적인 보강을 위해서는 단면성능이 큰 부재가 요구되며, 모서리 댐퍼에 의해 여전히 시야가 가려지는 단점이 있다.

도 1의 내진보강방법을 개선하기 위해 본 발명자는 도 2와 같은 내진보강방법을 제안하였다. 도 2의 내진보강방법은 특허 제10-1165320호에 따른 것으로, 건물 개구부에 철골프레임을 설치하고 철골프레임의 내측 하부에 철근콘크리트벽체를 시공하는 방식이다. 건물 개구부의 하부를 철근콘크리트벽체로 내력을 보강하는 한편 철골프레임이 지지해야 하는 모멘트 팔길이를 줄인 방식이 된다.

본 발명은 구조물 개구부에 철골프레임을 설치하여 내진보강하는 내진보강구조를 개선하고자 개발된 것으로서, 수평·수직의 철골프레임이 서로 분리 거동할 수 있도록 구성하여 내진보강효과를 극대화할 수 있는 방안을 제공하는데 기술적 과제가 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 양측의 수직구조체와 상·하부수평구조체로 둘러싸인 구조물의 개구부를 내진보강하기 위한 내진보강구조로서, 구조물의 개구부에서 상·하부수평구조체 각각에 대면하게 고정 설치되되 양측의 수직구조체 사이 거리보다 짧은 길이로 마련되어 양단부가 양측의 수직구조체와 이격하게 설치되는 상·하부수평프레임;과, 구조물의 개구부에서 양측의 수직구조체 각각에 대면하게 고정 설치되되 상·하부수평프레임 사이에 배치되어 양단부가 파단핀에 의해 상·하부수평프레임에 핀접합 설치되는 양측의 수직프레임;을 포함하여 구성되며, 수평하중의 작용에 의한 파단핀의 파단으로 상·하부수평프레임과 양측의 수직프레임이 분리 거동하게 되는 것을 특징으로 하는 핀접합파단 철골프레임에 의한 구조물 개구부의 내진보강구조를 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 본 발명은 내진보강을 위해 구조물 개구부에 설치한 수평·수직의 철골프레임을 파단핀으로 핀접합하기 때문에 수평하중 작용에 따라 분리 거동을 유도할 수 있으며, 이로써 분리 거동에 따른 에너지 소산으로 구조물의 내진성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

둘째, 본 발명은 내진성능을 향상시키기 위해 통상적으로 적용하는 수평·수직의 철골프레임에 파단핀에 의한 핀접합·방식만을 부가하면 되기 때문에 간단하게 적용할 수 있다.

도 1은 종래 구조물 개구부의 내진보강구조를 도시한다.
도 2는 특허 제 10-1165320호에 따른 구조물 개구부의 내진보강 창호구조를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 핀접합파단 철골프레임에 의한 구조물 개구부의 내진보강구조에 대한 설치개요도이다.
도 4는 도 3에서 핀접합파단 철골프레임의 결합상세도이다.
도 5는 도 3의 구조물 개구부의 내진보강구조에 지진하중이 작용할 때의 작용상태도이다.

이하 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3과 도 4는 각각 본 발명에 따른 핀접합파단 철골프레임에 의한 구조물 개구부의 내진보강구조에 대한 설치개요도와 결합상세도이며, 도 5는 도 3의 구조물 개구부의 내진보강구조에 지진하중이 작용할 때의 작용상태도이다.

본 발명은 양측의 수직구조체(S1)와 상·하부수평구조체(S2)로 둘러싸인 구조물의 개구부에 내진보강과 함께 창호가 설치되는 내진보강 창호구조에 관한 것으로, 내진보강을 위해 구조물 개구부에 수평·수직으로 설치한 철골프레임이 지진하중에 대해 분리 거동할 수 있도록 구성된다는데 특징이 있다. 구조물의 개구부에서 양측의 수직구조체(S1)는 기둥 또는 내력벽체가 될 수 있고, 상·하부수평구조체(S2)는 보(S21) 또는 슬래브(S2)가 될 수 있다.

구체적으로 본 발명에 따른 내진보강 창호구조는, 구조물의 개구부에서 상·하부수평구조체(S2) 각각에 대면하게 고정 설치되되 양측의 수직구조체(S1) 사이 거리보다 짧은 길이로 마련되어 양단부가 양측의 수직구조체(S1)와 이격하게 설치되는 상·하부수평프레임(112);과, 구조물의 개구부에서 양측의 수직구조체(S1) 각각에 대면하게 고정 설치되되 상·하부수평프레임(112) 사이에 배치되어 양단부가 파단핀(120)에 의해 상·하부수평프레임(112)에 핀접합 설치되는 양측의 수직프레임(111);을 포함하여 구성된다. 여기서 파단핀(120)은 쉽게 파단될 수 있도록 중간에 파단유도홈(121)이 형성된 것이 바람직하다.

위와 같은 구성에 따라 수평하중이 작용하면 파단핀(120)이 파단하여 상·하부수평프레임(112)과 양측의 수직프레임(111)이 분리 거동하게 되며, 이로써 분리 거동으로 에너지가 소산되면서 수평하중에 저항하게 된다. 이때 분리 거동에 따른 변위는 도 5에서와 같이 상·하부수평프레임(112)과 수직구조체(S1) 사이의 이격 공간을 통해 흡수된다. 다만 수직프레임(111)과 상·하부수평프레임(112)은 파단핀(120)의 파단강도보다 큰 하중에도 견딜 수 있게 구조체에 고정되어야 하는데, 그래야 파단핀(120)이 파단되어도 수직프레임(111)과 상·하부수평프레임(112)은 각각 구조체에 고정된 채 구조체와 일체 거동하면서 서로 분리 거동하게 된다.

수직프레임(111)과 상·하부수평프레임(112)은 여러 방식으로 구조체에 고정 설치할 수 있으나, 바람직하게 케미컬 앵커(F1)로 구조체(S1, S2)에 고정하고 사이 틈에 필러(F2, 무수축몰탈, 고기능 주입제 등)를 채우는 방식으로 처리하면 구조체(S1, S2)의 일체화를 도모할 수 있다. 또는 수직프레임(111)과 상·하부수평프레임(112)과 구조체(S1, S2) 사이에 탄성단열재를 설치하면서 케미컬 앵커(F1)로 고정할 수도 있는데, 탄성단열재는 철골프레임(110)과 구조체(S1, S2) 사이에서 유연하게 대응하면서 틈새없이 설치되기 때문에 단열성능 확보에 기여하고 더불어 지지하중 흡수에도 기여한다. 케미컬 앵커(F1)로 고정한 후에는 앵커머리에 밀봉캡을 씌워 케미컬 앵커(F1)를 보호하도록 한다. 철골프레임(110)은 H형강을 이용하는 것이 단면성능 확보와 케미컬 앵커(F1)의 설치에도 유리하며, 물론 다른 단면의 철골부재도 가능하다. 다만 H형강을 이용한다면 H형강 수직프레임(111)의 양단부에 엔드플레이트(114)를 접합하여 엔드플레이트(114)를 H형강 수평프레임(112)의 플랜지에 파단핀(120)으로 핀접합한다. 또한 H형강에 의한 상·하부수평프레임(112)과 양측의 수직프레임(111)은 보강스티프너(113)로 보강할 수 있다.

한편 상·하부수평프레임(112)에 양측의 수직프레임(111)을 핀접합 설치할 때, 그 사이에는 미끄럼유도판(130)을 더 설치할 수 있다. 미끄럼유도판(130)은 파단핀(120)이 파단하여 수직프레임(111)과 상·하부수평프레임(112)이 분리 거동할 때 마찰 저항을 줄여 분리 거동을 유연하게 유도하는 역할을 하며, 테프론(PTFE) 소재의 판이면 적당하다. 또한 상·하부수평프레임(112)과 양측의 수직구조체(S1) 사이의 이격 공간에는 탄성단열재(140)를 더 설치할 수 있다. 탄성단열재(140)는 지진하중의 작용으로 수직프레임(111)과 상·하부수평프레임(112)이 분리 거동할 때 탄성에 의한 신축으로 변위를 흡수하면서 수평하중을 완충하는 역할을 한다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

111: 수직프레임
112: 수평프레임
113: 보강스티프너
114: 엔드플레이트
120: 파단핀
130: 미끄럼유도판
140: 탄성단열재
S1: 수직구조체
S2: 수평구조체

Claims

양측의 수직구조체(S1)와 상·하부수평구조체(S2)로 둘러싸인 구조물의 개구부를 내진보강하기 위한 내진보강구조로서,
상기 구조물의 개구부에서 상·하부수평구조체(S2) 각각에 대면하게 고정 설치되되, 상기 양측의 수직구조체(S1) 사이 거리보다 짧은 길이로 마련되어 양단부가 양측의 수직구조체(S1)와 이격하게 설치되는 상·하부수평프레임(112);과,
상기 구조물의 개구부에서 양측의 수직구조체(S1) 각각에 대면하게 고정 설치되되, 상기 상·하부수평프레임(112) 사이에 배치되어 양단부가 파단핀(120)에 의해 상·하부수평프레임(112)에 핀접합 설치되는 양측의 수직프레임(111);
을 포함하여 구성되어, 수평하중의 작용에 의한 파단핀(120)의 파단으로 상·하부수평프레임(112)과 양측의 수직프레임(111)이 분리 거동하게 되면서 분리 거동에 따른 변위가 상·하부수평프레임(112)과 수직구조체(S1) 사이의 이격 공간을 통해 흡수되게 되는 것을 특징으로 하는 핀접합파단 철골프레임에 의한 구조물 개구부의 내진보강구조.
제1항에서,
상기 상·하부수평프레임(112)과 수직프레임(111) 사이에 설치되는 미끄럼유도판(130);과,
상기 상·하부수평프레임(112)과 양측의 수직구조체(S1) 사이 이격 공간에 설치되는 탄성단열재(140);
중에서 하나 이상 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 핀접합파단 철골프레임에 의한 구조물 개구부의 내진보강구조.
제1항 또는 제2항에서,
상기 파단핀(120)은, 중간에 파단유도홈(121)이 형성되어 파단유도홈(121)을 통해 파단되는 것을 특징으로 하는 핀접합파단 철골프레임에 의한 구조물 개구부의 내진보강구조.
제1항 또는 제2항에서,
상기 상·하부수평프레임(112)은, H형강으로 설치되며,
상기 양측의 수직프레임(111)은, H형강 양단부에 엔드플레이트(114)가 접합된 상태로 설치되며,
상기 H형강 상·하수평프레임(112)의 플랜지에 상기 H형강 수직프레임의 엔드플레이트(114)가 파단핀(120)으로 핀접합되는 것을 특징으로 하는 핀접합파단 철골프레임에 의한 구조물 개구부의 내진보강구조.