기 술 분 야 [0001]본 발명은 제진용 강재 슬릿 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 댐퍼플레이트에 형성된 복수의 스트럿의 소성 변형에 의해 지진에너지를 소산하여 제진 작용을 하도록 된 것으로, 상기 스트럿이 댐퍼플레이트의 면 외측으로 변형되지 않고 면의 내측에서만 소성 변형하게 할 수 있는 강재 슬릿 댐퍼에 관한 것이다. 배 경 기 술 [0002]건축구조물의 내진보강을 위해서 전단벽이나 가새 등 추가적인 부재를 설치하는 방법, 기둥이나 보의 크기를 증가시키는 방법, 면진/제진 장치를 이용하는 방법 등이 적용되고 있다. [0003]지진 발생시 지진에너지를 소산하기 위한 제진 장치로는 각종 감쇠 장치(damping device)가 사용된다. [0004]이러한 감쇠 장치는 크게 속도 의존형 감쇠 장치(velocity-dependent damping device)와 변위 의존형 감쇠 장치(displacement-dependent damping device)가 있다. [0005]이 중 속도 의존형 감쇠 장치는 기존 구조물의 강성을 높이지는 않지만 큰 감쇠비를 나타내는 것으로 강진에 적합하며, 유압 댐퍼, 점탄성 댐퍼 등이 있다. [0006]유압 댐퍼는 고감도 점성 오일을 사용하는 속도 의존형 감쇠 장치이다. 감쇠력이 크고 안정적이어서 내진 보강 성능은 뛰어나지만 장치가 복잡하고 공사비가 많이 소요되는 특징이 있다. 강진이 자주 발생하는 일본에서 주로 사용되고 있으나, 지진 발생 빈도와 강도가 상대적으로 낮은 우리나라의 경우 적용시 과다 보강의 우려가 있다. [0007]점탄성 댐퍼는 우레탄이나 고무 계열 등 점탄성 물질의 변형에 의해 열을 발생하며 지진에너지를 소산하는 속도 의존형 감쇠 장치이다. [0008]그리고 변위 의존형 감쇠 장치는 낮은 정도의 지진하중에 대해서는 감쇠 장치 자체의 초기 강성에 의해 저항하고, 큰 지진하중에 대해서는 감쇠 장치의 항복 또는 마찰패드의 슬립에 의해 에너지를 소산하는 것으로, 마찰댐퍼, 강재 이력 댐퍼 등이 있다. [0009]상기 마찰 댐퍼는 금속 또는 경화체의 마찰에 의해 지진에너지를 소산한다. [0010]상기 강재 이력 댐퍼는 강재의 항복 이력을 이용하여 강재 변형에 의해 지진에너지를 소산한다. [0011]특히, 강재 이력 댐퍼는 주로 강판에 복수의 슬릿을 절취하여 스트럿과 슬릿이 번갈아 구비되도록 구성한 강재 슬릿 댐퍼가 많이 사용된다. 이에 지진 하중 작용시 스트럿의 변형에 의해 지진에너지를 소산한다. [0012]이러한 강재 슬릿 댐퍼는 제작이 간단하고, 기존 건물에 설치가 용이하며, 강재 슬릿 댐퍼의 항복 전까지는 구조물의 강성 및 내력을 증가시킨다. [0013]그러나 강재 슬릿 댐퍼는 두께가 얇은 강판을 주로 사용하므로 스트럿에 면외 방향 좌굴(이하 '면외변형'이라 함)이 발생하면서 초기 강성을 확보하기 어렵고, 피로성능 한계상태까지 강도 및 강성 저하를 발생시키며, 충분한 소성 변형 능력을 발휘하기 어려운 문제를 발생시킨다. 또한, 강재 슬릿 댐퍼만으로는 감쇠 능력에 한계가 있어 큰 규모의 지진하중에 저항하기 어렵다. [0014]이에 소성 변형이 이루어지는 스트럿의 응력 집중에 따른 조기 파단을 방지하고, 면외변형을 억제시켜 면내 방향으로 큰 소성 변형이 유도되도록 한 강재 슬릿 댐퍼가 개발되었다(대한민국 등록특허 제10-2447986호). [0015]이렇게 응력 집중과 면외변형 방지 기능을 갖는 강재 슬릿 댐퍼에서, 면내 소성 변형을 유도하는 가이드플레이트는 스트럿의 면외변형을 방지하여 면내 소성 변형을 유도하는 작용을 한다. [0016]그러나 종래의 면외변형 방지 기능을 갖는 강재 슬릿 댐퍼는 면내 소성 변형을 유도하는 가이드플레이트가 단순한 평판 형태로 스트럿의 면외변형을 억제하는 능력이 충분히 발휘되지 않는 경우가 많은 문제가 있다. 선행기술문헌 [0017]대한민국 등록특허 제10-2447986호대한민국 등록특허 제10-1753011호대한민국 공개특허 제10-2018-0100981호대한민국 등록특허 제10-1568185호대한민국 등록특허 제10-1884064호 해결하려는 과제 [0018]본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 반복적인 소성변형에 따른 슬릿 댐퍼의 면외변형을 물리적으로 억제하여 제진장치의 피로성능 한계상태까지 설계 강도와 강성의 저하를 원천적으로 방지할 수 있는 면외변형 구속형 강재 슬릿 댐퍼를 제공하는 것이다. 과제의 해결 수단 [0019]상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 면외변형 구속형 강재 슬릿 댐퍼는, 복수의 슬릿을 형성하는 복수의 스트럿이 간격을 두고 배열되어 스트럿의 변형에 의해 지진에너지를 소산하는 댐퍼플레이트; 상기 댐퍼플레이트의 양면의 상부와 하부 각각에 상기 스트럿을 덮도록 결합되어 상기 스트럿이 댐퍼플레이트의 면외 방향으로 좌굴 변형되는 것을 방지하며, 상단부 또는 하단부가 건축구조물에 고정되는 4개의 면외변형 구속패널; 및, 상기 댐퍼플레이트의 양면의 상부 및 하부와 상기 4개의 면외변형 구속패널 사이에 각각 밀착되게 설치되며, 댐퍼플레이트 및 면외변형 구속패널에 동시에 결합되는 4개의 필러플레이트(Filler Plate);를 포함할 수 있다. [0020]상기 면외변형 구속패널은, 상기 댐퍼플레이트의 면과 마주보는 평판형의 구속판과, 상기 구속판의 상단부 및 하단부에 외측 방향으로 수평하게 형성되는 제1수평스티프너 및 제2수평스티프너와, 상기 구속판의 외측 면에 상기 제1수평스티프너 및 제2수평스티프너 사이로 연장되게 형성되는 복수의 수직스티프너를 포함할 수 있다. [0021]상기 면외변형 구속패널의 제1수평스티프너에 건축구조물과의 볼트 체결을 위한 복수의 고정홀이 형성되어 있으며, 상기 면외변형 구속패널의 구속판과 상기 댐퍼플레이트 및 상기 필러플레이트 각각에 볼트 체결을 위한 복수의 체결홀이 상하의 2열로 측방으로 배열될 수 있다. [0022]상기 면외변형 구속패널의 구속판에 상기 댐퍼플레이트의 스트럿의 상태를 사람이 육안으로 확인할 수 있도록 적어도 1개 이상의 관찰개구부가 개방되게 형성될 수 있다. [0023]상기 4개의 면외변형 구속패널 중 상하로 배치된 2개의 면외변형 구속패널의 서로 마주보는 제2수평스티프너 사이에 평상시 면외변형 구속패널을 지지하며 지진 발생 시 측방향으로 탄성변형되면서 지진에너지를 소산하는 복수의 탄성변형부재가 설치될 수 있다. 발명의 효과 [0024]본 발명에 따르면, 댐퍼플레이트의 양면의 상부 및 하부 각각에 4개의 면외변형 구속패널이 결합되어 댐퍼플레이트의 스트럿과 인접하게 되므로, 지진이나 강한 풍하중에 의한 에너지가 입력되어 댐퍼플레이트의 스트럿이 변형될 때 스트럿이 면외변형 구속패널에 의해 면외 방향으로는 구속되어 면내 변형만 할 수 있게 된다. [0025]따라서 강재 슬릿 댐퍼의 피로성능 한계상태까지 설계 강도와 강성의 저하를 원천적으로 방지할 수 있다. 도면의 간단한 설명 [0026]도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면외변형 구속형 강재 슬릿 댐퍼를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시한 강재 슬릿 댐퍼의 분해 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시한 강재 슬릿 댐퍼의 종단면도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면외변형 구속형 강재 슬릿 댐퍼를 나타낸 요부 횡단면도이다. 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 면외변형 구속형 강재 슬릿 댐퍼를 나타낸 정면도이다. 도 6은 면외변형 구속패널이 구성되지 않은 강재 슬릿 댐퍼의 비교예에 대한 전단 시험 상태를 나타낸 도면이다. 도 7은 면외변형 구속패널이 구성된 강재 슬릿 댐퍼의 실시예에 대한 전단 시험 상태를 나타낸 도면이다. 도 8은 비교예에 대한 전단 시험 결과로서 하중-변형 이력 곡선을 나타낸 그래프이다. 도 9는 실시예에 대한 전단 시험 결과로서 하중-변형 이력 곡선을 나타낸 그래프이다. 도 10은 비교예와 실시예에 대한 하중-누적변형각 관계를 나타낸 것이다. 도 11은 전단 시험 종료 후의 비교예와 실시예의 댐퍼플레이트 시편을 나타낸 사진이다. 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 [0027]첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 면외변형 구속형 강재 슬릿 댐퍼에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다. [0028]또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. [0029]도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 면외변형 구속형 강재 슬릿 댐퍼는 스트럿(12)의 변형에 의해 지진에너지를 소산하는 댐퍼플레이트(10)와, 댐퍼플레이트(10)의 양면의 상부와 하부 각각에 결합되는 4개의 면외변형 구속패널(20), 상기 댐퍼플레이트(10)의 양면의 상부 및 하부와 상기 4개의 면외변형 구속패널(20) 사이에 설치되는 4개의 필러플레이트(Filler Plate)(30)를 포함한다. [0030]댐퍼플레이트(10)는 복수의 스트럿(12)의 면내 좌굴 변형에 의해 지진에너지를 소산하도록 된 것으로, 강재로 된 직사각형의 평판으로 이루어진다. 댐퍼플레이트(10)의 중간 부분에는 복수의 슬릿(11)을 형성하는 복수의 스트럿(12)이 일정한 간격을 두고 측방향으로 배열되어 지진 발생 시 스트럿(12)이 좌굴 변형되면서 지진에너지를 소산하게 된다. [0031]댐퍼플레이트(10)의 스트럿(12)은 상하방향으로 연장된 바아 형태를 갖는데, 이 실시예에서와 같이 좌우 폭이 일정한 직선형으로 이루어질 수도 있으나, 슬릿(11)이 마름모 형태나 장구 형태를 갖도록 좌우 폭이 상부 및 하부에서 중심부로 갈수록 점차적으로 줄어들거나 증가하는 형태를 가질 수도 있을 것이다. 상기 스트럿(12)은 그 형상비에 따라 휨 또는 전단거동을 하며, 기존의 강재 슬릿 댐퍼의 설계산정식을 통해 보유강도와 강성의 예측이 가능하다. [0032]댐퍼플레이트(10)의 상부 및 하부는 면외변형 구속패널(20) 및 필러플레이트(30)와 볼트로 결합되어 상호 고정된다. 이를 위해 댐퍼플레이트(10)의 상부 및 하부 각각에는 면외변형 구속패널(20) 및 필러플레이트(30)와의 볼트 체결을 위한 복수의 체결홀(13)이 상하의 2열로 측방으로 배열된다. [0033]면외변형 구속패널(20)은 댐퍼플레이트(10)의 양면의 상부와 하부 각각에 볼트로 결합된다. 면외변형 구속패널(20)은 댐퍼플레이트(10)의 스트럿(12)을 덮도록 설치되어 스트럿(12)이 면외변형되지 않도록 스트럿(12)을 댐퍼플레이트(10)의 면 내에서 구속하는 작용을 함과 더불어, 댐퍼플레이트(10)를 건축구조물에 연결하는 작용을 하도록 구성된다. [0034]면외변형 구속패널(20)은 댐퍼플레이트(10)의 제1면에 2개가 상하로 일정 거리 이격되게 결합되고, 댐퍼플레이트(10)의 제2면(제1면의 반대면)에도 2개가 상하로 일정 거리 이격되게 결합된다. 댐퍼플레이트(10)의 제1면과 제2면의 상부에 결합되는 면외변형 구속패널(20)과, 댐퍼플레이트(10)의 제1면과 제2면의 하부에 결합되는 면외변형 구속패널(20)은 서로 대칭 구조로 이루어진다. [0035]면외변형 구속패널(20)은 높은 강도를 갖는 강재로 이루어질 수 있다. 면외변형 구속패널(20)은 우수한 면외변형 구속력을 발휘할 수 있도록 구성되는데, 이 실시예에서 면외변형 구속패널(20)은 댐퍼플레이트(10)의 제1면 또는 제2면과 마주보는 평판형의 구속판(21)과, 상기 구속판(21)의 상단부 및 하단부에 외측 방향으로 수평하게 형성되는 제1수평스티프너(22a) 및 제2수평스티프너(22b)와, 상기 구속판(21)의 외측 면에 상기 제1수평스티프너(22a) 및 제2수평스티프너(22b) 사이로 연장되게 형성되는 복수의 수직스티프너(vetical stiffener)(23)를 포함한다. [0036]제1수평스티프너(22a)는 댐퍼플레이트(10)의 상부에 결합되는 면외변형 구속패널(20)에서는 상단부에 형성되고, 댐퍼플레이트(10)의 하부에 결합되는 면외변형 구속패널(20)에서는 하단부에 형성된다. 면외변형 구속패널(20)의 제1수평스티프너(22a)에는 건축구조물과의 볼트 체결을 위한 복수의 고정홀(24)이 측방으로 일정 간격으로 배열되어 있다. [0037]면외변형 구속패널(20)의 수직스티프너(23)는 소정의 두께를 갖는 직사각형 바아 형태로 되어 면외변형 구속패널(20)의 면외방향 하중을 지탱함으로써 스트럿(12)의 면외변형 구속력을 대폭 증가시킴으로써 스트럿(12)이 확실하게 면내변형할 수 있도록 하는 작용을 한다. 이 때, 수직스티프너(23)의 상단부 및 하단부는 제1수평스티프너(22a) 및 제2수평스티프너(22b)에 연결되어 지지되므로 수직스티프너(23)와 제1수평스티프너(22a) 및 제2수평스티프너(22b)에 의해 면외변형 구속력이 확실하게 보장될 수 있다. [0038]면외변형 구속패널(20)의 구속판(21)에는 상기 댐퍼플레이트(10)의 스트럿(12)의 상태를 사람이 육안으로 확인할 수 있도록 적어도 1개 이상의 관찰개구부(26)가 개방되게 형성될 수 있다. [0039]또한 면외변형 구속패널(20)의 구속판(21) 및 필러플레이트(30)에는 상기 댐퍼플레이트(10)의 체결홀(13)과 대응하는 위치에 볼트 체결을 위한 복수의 체결홀(25)(31)들이 서로 연통되게 형성되어 있다. 댐퍼플레이트(10), 면외변형 구속패널(20)의 구속판(21) 및 필러플레이트(30)의 체결홀(13, 25, 31)이 상하의 2열로 측방으로 배열됨으로써 댐퍼플레이트(10)의 회전에 따른 강도와 강성의 저하를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. [0040]필러플레이트(Filler Plate)(30)는 두께가 1~2㎜ 정도의 얇은 강판으로 이루어질 수 있으며, 상기 댐퍼플레이트(10)의 양면의 상부 및 하부와 상기 4개의 면외변형 구속패널(20) 사이에 각각 밀착되게 설치된다. 전술한 것과 같이 필러플레이트(30)는 볼트에 의해 댐퍼플레이트(10) 및 면외변형 구속패널(20)에 동시에 결합된다. [0041]필러플레이트(30)는 댐퍼플레이트(10)와 면외변형 구속패널(20) 사이에 결합되어 댐퍼플레이트(10)와 면외변형 구속패널(20)의 마찰 접합에 따른 마찰 거동을 방지하고, 댐퍼플레이트(10)와 면외변형 구속패널(20)의 접합력을 강화시키는 작용을 하도록 구성된 것이다. 댐퍼플레이트(10)와 필러플레이트(30), 면외변형 구속패널(20) 간의 마찰 거동을 더욱 확실하게 방지하기 위하여 도 4에 도시한 것과 같이 필러플레이트(30)의 양면에 록킹돌기(32)가 외측으로 돌출되고, 댐퍼플레이트(10)와 면외변형 구속패널(20)에 상기 록킹돌기(32)가 삽입되는 록킹홈(17, 27)이 오목하게 형성될 수 있을 것이다. [0042]상술한 것과 같은 구성을 갖는 면외변형 구속형 강재 슬릿 댐퍼는 댐퍼플레이트(10)의 양면의 상부 및 하부 각각에 4개의 면외변형 구속패널(20)이 결합되어 댐퍼플레이트(10)의 스트럿(12)과 인접하게 되므로, 지진이나 강한 풍하중에 의한 에너지가 입력되어 댐퍼플레이트(10)의 스트럿(12)이 변형될 때 스트럿(12)이 면외변형 구속패널(20)에 의해 면외 방향으로는 구속되어 면내 변형만 할 수 있게 된다. [0043]따라서 강재 슬릿 댐퍼의 피로성능 한계상태까지 설계 강도와 강성의 저하를 원천적으로 방지할 수 있다. [0044]한편, 도 5에 또 다른 실시예로 나타낸 것과 같이 상기 4개의 면외변형 구속패널 중 상하로 배치된 2개의 면외변형 구속패널의 서로 마주보는 제2수평스티프너(22b) 사이에 평상시에는 면외변형 구속패널(20)을 지지하며 지진 발생 시에는 측방향으로 탄성변형되면서 에너지를 소산하는 복수의 탄성변형부재(40)가 추가로 설치될 수 있다. [0045]상기 탄성변형부재(40)는 원기둥 또는 다면체 형태를 가질 수 있으며, 고무 또는 실리콘과 같은 탄성 재질로 이루어질 수 있다. [0046]상술한 것과 같은 본 발명의 면외변형 구속형 강재 슬릿 댐퍼의 성능을 확인하기 위하여 면외변형 구속패널(20)이 구성되지 않은 강재 슬릿 댐퍼의 비교예와, 면외변형 구속패널(20)이 구성된 실시예에 대해 도 6 및 도 7에 도시한 것과 같이 전단 시험 장치를 이용하여 반복적인 수직방향(상하방향)의 강제변위를 가하는 구조 성능 시험을 실시하였다. 비교예 및 실시예의 강재 슬릿 댐퍼는 모두 SS275 강재를 이용하여 제작하였다. [0047]도 8은 면외변형 구속패널(20)이 구성되지 않은 비교예에 대한 하중-변형 이력 곡선을 나타내고, 도 9는 면외변형 구속패널(20)이 구성된 실시예에 대한 하중-변형 이력 곡선을 나타낸 것이다. 도 10은 비교예와 실시예에 대한 하중-누적변형각 관계를 나타낸 것이다. [0048]시험 결과, 실시예의 강재 슬릿 댐퍼가 비교예보다 안정적인 강도와 강성확보가 가능한 것을 확인할 수 있으며, 그 효과는 강재 슬릿 댐퍼의 유효높이-너비 비(h_e/b)가 작을수록 뚜렷하게 나타났다. [0049]그리고 도 11은 시험 후의 비교예와 실시예의 댐퍼플레이트의 사진으로, 비교예의 경우 면외변형이 발생하였으나, 실시예의 경우 면외변형이 발생하지 않음을 확인하였다. [0050]앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 부호의 설명 [0051]10 : 댐퍼플레이트 11 : 슬릿 12 : 스트럿 13 : 체결홀 17 : 록킹홈 20 : 면외변형 구속패널 21 : 구속판 22a : 제1수평스티프너 22b : 제2수평스티프너 23 : 수직스티프너(vetical stiffener) 24 : 고정홀 25 : 체결홀 26 : 관찰개구부 27 : 록킹홈 30 : 필러플레이트(Filler Plate) 31 : 체결홀 32 : 록킹돌기 40 : 탄성변형부재