KR101171062B1 - 전단형 마찰댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축구조물에 설치되어 지진이나 강한 바람과 같은 외부요인에 의해 건축구조물에 인가되는 진동을 감쇄시키는 전단형 마찰댐퍼에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전단형 마찰댐퍼는 건축구조물 또는 댐핑로드에 지지되는 제1, 제2 지지체와, 상기 제2 지지체에 고정되며 상기 제1 지지체의 양측면을 감싸도록 연장되는 두 개의 덧댐판과, 상기 제1 지지체와 덧댐판의 사이에 장착되는 마찰판과, 상기 제1 지지체와 마찰판 및 덧댐판을 관통하는 텐션볼트와, 상기 텐션볼트의 단부에 체결되는 너트를 포함하는 체결부를 구비하되, 상기 제1 지지체는 수평방향을 따라 연장되는 장공이 마련되어 있고, 상기 텐션볼트가 상기 장공을 통과해 연장됨으로써 상기 제1 지지체가 상기 마찰판에 대하여 수평방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 형성된 것이다.
본 발명에 따른 전단형 마찰댐퍼는 설치가 용이하며, 마찰판의 두께 감소 시에 마찰판만을 용이하게 분리 및 교체할 수 있어 유지 보수가 용이한 이점이 있다.

Description

전단형 마찰댐퍼{Friction damper}

본 발명은 전단형 마찰댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축구조물에 설치되어 지진이나 강한 바람과 같은 외부요인에 의해 건축구조물에 인가되는 진동을 감쇄시키는 전단형 마찰댐퍼에 관한 것이다.

건축구조물은 부재가 수평방향의 외력을 받는 경우에, 비틀림 또는 유사한 수평 이동이 일어난다. 특히 건축구조물 또는 타워에서 발생되는 비틀림은 구조물의 상태에 심각한 충격 또는 심지어 붕괴를 초래할 수도 있다.

댐퍼는 건축구조물, 예를 들어 가옥 또는 유사한 건물 구조물을 보호하는 중요한 역할을 수행하며, 상기 댐퍼는 수많은 변형 형태로 존재한다.

댐퍼는 일반적으로 건물의 구조물 부재들 사이에 부착된 두 개의 이동 부분들 사이의 마찰력에 의해서나 혹은 제한된 튜브를 통해 두 개의 챔버들 사이에 유동하여 가압하는 유체에 의해서 움직임을 감쇠시킨다.

일부 댐퍼들은 외부 상태에 대응하는 감쇠 효과를 능동적으로 변화시키는 것이고, 기타 다른 댐퍼들로는 일정한 감쇠 특성을 가진 수동 댐퍼(passive damper)들이 있다.

그러나 상기한 일반적인 댐퍼들은 제조 비용이 많이 들고 심지어 건물의 구조물부재 내로 조립하는 데도 더 많은 비용이 든다.

더욱이 마찰력의 제공을 위해 장착되는 마찰판이 마모되면 진동 감쇄 기능이 떨어지기 때문에 댐퍼구조물 전체를 교체해야 하므로 교체에 따른 유지비용이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 구조물의 진동 감쇄를 위해 장착이 용이하며, 마찰판만 별도로 분리하여 교체할 수 있도록 하여 유지 보수 비용이 절감될 수 있는 전단형 마찰댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전단형 마찰댐퍼는 건축구조물 또는 댐핑로드에 지지되는 제1, 제2 지지체와, 상기 제2 지지체에 고정되며 상기 제1 지지체의 양측면을 감싸도록 연장되는 두 개의 덧댐판과, 상기 제1 지지체와 덧댐판의 사이에 장착되는 마찰판과, 상기 제1 지지체와 마찰판 및 덧댐판을 관통하는 텐션볼트와, 상기 텐션볼트의 단부에 체결되는 너트를 포함하는 체결부를 구비하되, 상기 제1 지지체는 수평방향을 따라 연장되는 장공이 마련되어 있고, 상기 텐션볼트가 상기 장공을 통과해 연장됨으로써 상기 제1 지지체가 상기 마찰판에 대하여 수평방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 형성된 것이다.

상기 제1 지지체는 건축구조물 또는 댐핑로드에 지지되는 제1 엔드플레이트와, 상기 제1 엔드플레이트의 하면 중앙으로부터 상기 제1 엔드플레이트와 직교하는 방향으로 연장되어 있는 슬라이딩판을 포함하며, 상기 제2 지지체는 상기 제1 엔드플레이트와 마주보며 건축구조물 또는 댐핑로드에 지지되는 제2 엔드플레이트와, 상기 제2 엔드플레이트의 중앙으로부터 제2 엔드플레이트와 직교하는 방향으로 상기 슬라이딩판의 단부를 향해 연장되는 연장부를 포함하고, 상기 연장부에는 양측방으로 돌출되는 결합돌기가 마련되어 있으며, 상기 덧댐판은 상기 결합돌기가 끼워질 수 있도록 결합홀들이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

아울러 상기 체결부는 상기 마찰판의 두께 감소로 인한 상기 텐션볼트의 체결력 저하를 방지하도록 설치되는 접시스프링와셔를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전단형 마찰댐퍼는 설치가 용이하며, 마찰판의 두께 감소 시에 마찰판만을 용이하게 분리 및 교체할 수 있어 유지 보수가 용이한 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전단형 마찰댐퍼의 설치상태의 일 실시예를 도시한 정면도,
도 2 내지 도 5는 전단형 마찰댐퍼의 설치상태의 다른 실시예들을 도시한 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 전단형 마찰댐퍼의 바람직한 일 실시예를 도시한 사시도,
도 7은 도 6의 전단형 마찰댐퍼의 분리사시도,
도 8는 도 6의 전단형 마찰댐퍼의 작동상태를 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전단형 마찰댐퍼(이하 '마찰댐퍼'라 함)를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 마찰댐퍼(100)가 건축구조물(10)에 설치되는 일 실시예가 도시되어 있다.

도시된 것처럼, 건축구조물(10)에는 철골 프레임이 설치되어 있으며, 철골프레임(20)의 하부 중앙에 본 발명의 마찰댐퍼(100)가 장착된다. 그리고 마찰댐퍼(100)는 프레임의 상부 양단에 각각 지지되어 있는 댐핑로드(30)들에 지지되어 있다.

지진 또는 강풍과 같은 외력에 의해 건축구조물(10)에 진동이 인가되면, 프레임 및 댐핑로드(30)에 하단과 상단이 결합되어 있는 마찰댐퍼(100)가 수평방향으로 슬라이딩 하면서 진동을 감쇄시키고, 건축구조물(10)에 인가되는 진동에너지가 마찰판(140)에서의 마찰열로 발산됨으로써 건축구조물(10)에 가해지는 피해를 최소화하게 된다.

도 2에는 마찰댐퍼(100)의 다른 설치 실시예가 도시되어 있는데, 도시된 것처럼, 프레임의 네 귀퉁이에 각각 지지되어 있는 네 개의 댐핑로드(30)들에 의해 마찰댐퍼(100)의 상부와 하부가 각각 지지되는 형태로 형성될 수도 있다.

이 외에도 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 것처럼, 철골프레임(20) 없이 건축구조물(10)에 마찰댐퍼(100)와 댐핑로드(30)들이 직접 지지되도록 설치되는 것도 가능하며, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 건축구조물(10)에 수직방향의 보조기둥(50)을 설치하고, 보조기둥(50)의 중간에 마찰댐퍼(100)를 설치할 수도 있다.

이렇게 본 발명의 마찰댐퍼(100)는 다양한 형태로 설치가 가능하며, 모두 수평방향으로 가해지는 진동에 대하여 진동에너지를 마찰열로 전환시켜 건축구조물(10)에 가해지는 외력을 최소화하는 것이 기본 원리이다.

도 6 내지 도 8에는 마찰댐퍼(100)의 바람직한 일 실시예가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 마찰댐퍼(100)는 제1, 제2 지지체(110,120)와, 제1, 제2 지지체(110,120)를 연결하는 덧댐판(130)과, 제1 지지체(110)와 덧댐판(130)의 사이에 설치되는 마찰판(140)과, 이들을 상호 결합시키기 위한 체결부(150)를 구비한다.

도 1에 도시된 설치예를 기초로 설명하면, 제1 지지체(110)는 댐핑로드(30)의 단부를 연결하는 로드체결부재(40)에 고정되는 제1 엔드플레이트(111)와, 제1 엔드플레이트(111)로부터 하방으로 연장되는 슬라이딩판(114)을 갖는다.

제1 엔드플레이트(111)에는 상하면을 관통하는 복수개의 체결홀(112)들이 형성되어 있으며, 체결부재(60)들을 통해 체결이 이루어지게 된다.

슬라이딩판(114)은 제1 엔드플레이트(111)의 하면으로부터 하방으로 소정길이 연장되어 있는데, 측방에서 봤을 때, 'T'자 형이 되도록 형성되어 있다. 슬라이딩판(114)에는 전후면을 관통하며 수평방향을 따라 소정길이 연장되는 두 개의 장공(115)이 수평방향 상에서 상호 소정간격 이격되게 형성되어 있다.

제2 지지체(120)는 철골프레임(20)에 고정된 제2 엔드플레이트(121)와, 제2 엔드플레이트(121)의 상면으로부터 상방으로 연장되는 연장부(123)를 포함하는데, 제2 엔드플레이트(121)에도 체결부재(60)들이 장착될 수 있도록 다수개의 체결홀(122)들이 형성되어 있으며, 연장부(123)는 역'T'자 형이 되도록 제2 엔드플레이트(121)의 상면 중앙으로부터 상방으로 연장된다.

따라서 제1, 제2 지지체(110,120)는 제1, 제2 엔드플레이트(111,121)가 각각 건축구조물(10) 또는 댐핑로드(30)와 연결되는 로드체결부재(40)에 지지되고 그 사이에 상호 마주보는 방향을 향해 슬라이딩판(114)과 연장부(123)가 연장되어 있는 형태를 취하게 된다. 또한 상기 연장부(123)의 전면과 후면에는 각각 결합돌기(124)들이 돌출되어 있다.

제1, 제2 지지체(110,120)는 후술하는 덧댐판(130)에 의해 상호 연결이 이루어지며, 접촉이 이루어지는 슬라이딩판(114)의 하단과 연장부(123)의 상단 사이에는 제1 지지체(110)의 슬라이딩 구동이 원활하게 이루어질 수 있도록 마찰계수가 작은 테프론 재질의 시트(125)가 코팅되어 있다.

상기 덧댐판(130)은 제2 지지체(120)에 고정되고 체결부(150)를 통해 제2 지지체(120)에 제1 지지체(110)를 고정시키기 위한 것이다.

덧댐판(130)은 하부에 상기 결합돌기(124)들이 끼워질 수 있도록 결합돌기(124)의 형상에 대응하는 결합홀(132)들이 형성되어 있다.

그리고 결합홀(132)들의 상부에는 체결부(150)의 텐션볼트(151)가 관통할 수 있도록 제1 볼팅홀(131)이 형성되어 있다.

본 실시예에서는 상기 결합돌기(124)가 소정의 직경을 갖는 원통형으로 형성된 것으로 도시되었으나, 연장부(123)에 덧댐판(130)이 연결되도록 할 수 있다면 이 외에도 각기둥 형태 또는 길이방향을 따라 연장된 타원형의 단면을 갖는 타원기둥 형태로 형성될 수도 있다.

상기 마찰판(140)은 외력에 의해 제1 지지체(110)가 제2 지지체(120)에 대하여 수평방향으로 슬라이딩 될 때 마찰력을 제공하여 건축구조물(10)에 인가되는 외력을 감쇄시키기 위한 것이다.

마찰판(140)은 슬라이딩판(114)의 전면 및 후면과 덧댐판(130)들의 사이에 위치하도록 장착되는데, 상기 제1 볼팅홀(131)에 대응하는 제2 볼팅홀(141)들이 형성되어 있어서, 체결부(150)에 의해 슬라이딩판(114)과 덧댐판(130) 사이에 고정된다.

마찰판(140)은 슬라이딩판(114)이 진동 발생시 이 외력을 감쇄시킬 수 있도록 수평방향으로 이동할 때, 슬라이딩판(114)과 접촉하여 마찰열을 발생시킴으로써 외부에서 인가되는 진동에너지가 열에너지로 소산될 수 있도록 하기 위한 것인데, 슬라이딩판(114)에 비해 상대적으로 경도가 작은 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

마찰판(140)이 슬라이딩판(114)에 비해 상대적으로 낮은 경도의 재질로 제작됨으로써 마찰판(140)과 슬라이딩판(114)의 지속적인 마찰접촉이 이루어질 때, 마찰판(140)은 마모가 진행되어 두께가 점점 감소하게 되고, 슬라이딩판(114)은 상대적으로 변형이 발생하지 않고 오래 사용할 수 있다.

이렇게 교체가 가능한 마찰판(140)이 상대적으로 용이하게 마모될 수 있는 재질을 갖게 되므로, 마찰판(140)의 교환을 통해 마찰댐퍼(100)의 진동 감쇄력을 적정수준으로 유지시킬 수 있다.

본 실시예에서는 상기 슬라이딩판(114)과 마찰판(140) 모두 접촉면이 평활면 형태로 형성되어 있으나, 마찰면적이 확장될 수 있도록 슬라이딩판(114)과 마찰판(140)이 상호 결합될 수 있는 요철을 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 체결부(150)는 슬라이딩판(114)과 마찰판(140) 및 덧댐판(130)을 체결하기 위한 것으로, 텐션볼트(151)와, 너트(152) 및 와셔부재(153)를 포함한다.

상술한 것처럼 덧댐판(130)과 마찰판(140)에는 각각 제1, 제2 볼팅홀(131,141)이 형성되어 있고, 슬라이딩판(114)에는 장공(115)이 형성되어 있다.

텐션볼트(151)에 와셔부재(153)를 끼운 후 일측 덧댐판(130)과 마찰판(140), 슬라이딩판(114), 타측 마찰판(140)과 덧댐판(130)을 차례로 관통하도록 끼운 다음 텐션볼트(151)의 타측에 다시 와셔부재(153)를 끼우고 너트(152)로 체결한다.

마찰댐퍼(100)는 마찰판(140)과 슬라이딩판(114) 사이의 마찰내력의 크기에 따라 대응하는 진동의 크기가 달라진다. 즉, 강진의 경우에는 진동의 크기가 크므로 마찰내력이 크도록 마찰판(140)과 슬라이딩판(114)이 체결되어 있어야 진동의 감쇄효과를 거둘 수 있으며, 반대로 외부 바람이나 작은 규모의 지진과 같이 상대적으로 작은 진동에 대하여는 마찰내력의 크기가 작아야 마찰판(140)과 슬라이딩판(114) 사이에서 슬립이 발생하면서 진동에너지를 감쇄시킬 수 있다.

따라서 건축구조물(10)의 목적이나 설치 위치 등 제반 요건을 고려하여 적절한 마찰내력을 설정하고, 토크렌치로 텐션볼트(151)를 조여 마찰판(140)과 슬라이딩판(114) 사이에 설정된 크기의 마찰내력이 존재하게 하는 것이 바람직하다.

상기 와셔부재(153)는 접시스프링와셔가 적용되었는데, 진동에 의해 마찰판(140)과 슬라이딩판(114) 사이에 지속적으로 슬립이 발생하게 되면 결국 마찰판(140)이 마모되면서 마찰판(140)의 두께가 감소하게 되며, 이에 따라 텐션볼트(151)의 체결력이 저하되면서 마찰판(140)과 슬라이딩판(114) 사이의 마찰내력이 초기에 설정된 값을 유지하지 못하게 될 수 있다.

마찰내력이 작아지면 마찰댐퍼(100)의 기능성이 떨어지게 되므로 와셔부재(153)를 통해 마찰판(140)이 마모되더라도 마찰판(140)과 슬라이딩판(114) 사이의 마찰내력이 유지될 수 있도록 와셔부재(153)는 접시스프링와셔가 적용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 마찰댐퍼(100)의 작동과정은 다음과 같다.

마찰댐퍼(100)는 제2 지지체(120)가 건축구조물(10)에 설치된 철골프레임(20) 또는 건축구조물(10) 자체에 고정되고, 제1 지지체(110)가 댐핑로드(30)와 연결되는 로드체결부재(40)에 지지되도록 설치된다.

지진과 같은 외력이 건축구조물(10)에 인가되면 수평방향 즉 횡방향으로 철골구조물이 힘을 받게 되는데, 이 과정에서 도 9에 도시된 것처럼 제1 지지체(110)의 슬라이딩판(114)이 마찰판(140)과 덧댐판(130) 및 제2 지지체(120)에 대하여 좌우방향으로 슬립이 발생하게 된다.

슬라이딩판(114)은 마찰판(140)과 소정의 마찰내력을 갖도록 접촉해 있기 때문에 슬립이 발생하면서 진동에너지가 마찰열의 형태로 소산되므로 건축구조물(10)에 전달되는 진동에너지의 크기를 감쇄시킬 수 있다.

지속적인 진동의 인가에 의해 마찰판(140)이 일정 수준이하로 마모되면 텐션볼트(151)와 너트(152)를 분리하고 덧댐판(130)을 제2 지지체(120)로부터 분리시킨 다음 마모된 마찰판(140)을 새 마찰판(140)으로 교환한다.

이렇게 수명이 다한 마찰판(140)을 용이하게 교환할 수 있도록 형성되어 있기 때문에 마찰댐퍼(100) 전체를 교체하던 종래 방법과는 달리 유지 보수가 용이하고, 비용이 저렴해진다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10; 건축구조물 20; 철골프레임
30; 댐핑로드 40; 로드체결부재
50; 보조기둥 60; 체결부재
100; 마찰댐퍼
110; 제1 지지체
111; 제1 엔드플레이트 112; 체결홀
114; 슬라이딩판 115; 장공
120; 제2 지지체
121; 제2 엔드플레이트 122; 체결홀
123; 연장부 124; 결합돌기
125; 시트
130; 덧댐판
131; 제1 볼팅홀 132; 결합홀
140; 마찰판
150; 체결부

Claims (3)

1. 건축구조물 또는 댐핑로드에 지지되는 제1 엔드플레이트와, 상기 제1 엔드플레이트로부터 연장되는 슬라이딩판을 포함하는 제1 지지체와;
   상기 제1 지지체가 설치되지 않은 건축구조물 또는 댐핑로드에 지지되는 제2 엔드플레이트와, 상기 제2 엔드플레이트로부터 상기 슬라이딩판을 향해 연장되는 연장부를 포함하는 제2 지지체와;
   상기 제2 지지체에 탈착 가능하게 결합되어 상기 제2 지지체와 일체로 거동하며 상기 슬라이딩판의 양측면을 감싸도록 연장되는 두 개의 덧댐판과;
   상기 슬라이딩판과 상기 덧댐판의 사이에 장착되는 마찰판과;
   상기 슬라이딩판과 마찰판 및 덧댐판을 관통하는 텐션볼트와, 상기 텐션볼트의 단부에 체결되는 너트를 포함하여 상기 마찰판을 상기 슬라이딩판과 상기 덧댐판의 사이에 고정시키는 체결부;를 구비하되,
   상기 슬라이딩판은 수평방향을 따라 연장되는 장공이 마련되어 있고, 상기 텐션볼트가 상기 장공을 통과해 연장됨으로써 상기 제1 지지체가 상기 마찰판에 대하여 수평방향으로 슬라이딩 이동 가능하며 상기 장공의 길이 영역 내에서 마찰거동을 제한하도록 형성된 것을 특징으로 하는 전단형 마찰댐퍼.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연장부에는 양측방으로 돌출되는 결합돌기가 마련되어 있으며, 상기 덧댐판은 상기 결합돌기가 끼워질 수 있도록 결합홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단형 마찰댐퍼.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 체결부는 상기 마찰판의 두께 감소로 인한 상기 텐션볼트의 체결력 저하를 방지하도록 설치되는 접시스프링와셔를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전단형 마찰댐퍼.

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