Obayashi Corporation(본사: 도쿄도 미나토구, 사장: Tatsu Shiraishi)은 대지진 발생 시 효과적인 소형 TMD(튜닝 매스 댐퍼) 진동 감쇠 장치 "페어 매스 댐퍼"를 개발했습니다(*1)
'쌍질량댐퍼' 시험편을 이용한 진동실험
TMD 지진감쇠슬롯 커뮤니티는 건물이 진동할 때 상단에 있는 추를 건물의 반대방향으로 이동시켜 건물의 흔들림을 저감시키는 슬롯 커뮤니티입니다 초고층 건물의 경우 지진 발생 시 건물의 흔들림을 약 30~40% 정도 저감시키는 것이 가능합니다
기존 고층건물의 내진보강 시 TMD 진동감쇠슬롯 커뮤니티는 주로 옥상에 설치하는데, 넓은 설치공간이 필요하기 때문에 슬롯 커뮤니티를 최대한 컴팩트하게 만드는 기술이 필요했습니다 또한, TMD 지진제어슬롯 커뮤니티는 건물의 자연주기에 동기하여 반대방향으로 움직여 진동력을 상쇄시켜 건물의 흔들림을 줄여줍니다 그러기 위해서는 공사기간을 조정하는 것이 필요한데, 이번 조정에는 많은 노력이 필요하다는 점이 문제였다
그래서 Obayashi Corporation은 두 개의 진자(진자 및 역진자)를 결합하여 보다 컴팩트한 장치와 간단한 주기 조정을 달성하는 TMD 진동 감쇠 장치 "Pair Mass Damper"를 개발했습니다 또한, 페일 세이프(Fail-Safe) 메커니즘을 탑재해 장치의 안전성을 더욱 강화했습니다
"쌍질량댐퍼"의 특징은 다음과 같습니다
- 장비의 소형화를 실현
건물이 높을수록 흔들리는 속도가 느려지므로 단일 진자형 TMD 지진제어 시스템의 경우 건물이 초고층화됨에 따라 무게추 역할을 하는 진자의 길이가 길어져야 하며 장치가 더 커질 우려가 있었습니다 "페어 매스 댐퍼"는 위에서 매달린 법선 진자와 위에 추를 얹은 역진자를 결합하여 법선 진자를 원래 위치로 되돌리려는 힘이 역진자의 힘에 의해 상쇄됩니다 따라서 진자의 길이를 짧게 유지하면서 천천히 진동시키는 것이 가능합니다
"단일 진자형 TMD 감쇠장치"와 "쌍질량 감쇠기" 비교
- 주기 조정 단순화 달성
TMD 감쇠장치의 감쇠효과는 진자의 주기에 따라 달라지므로 주기를 쉽게 조절할 수 있는 것이 중요합니다 단일 진자형의 경우 서스펜션의 길이를 변경해야만 주기를 조정할 수 있어 장치의 크기에 영향을 미칠 수 있지만, "페어 매스 댐퍼"의 경우 두 위치에 설치된 분동의 중량 비율을 변경하여 주기를 조정할 수 있습니다 이렇게 하면 작업하기가 쉽고 장치의 크기를 변경할 필요가 없습니다
- 안전성 향상을 위한 오류 방지 메커니즘 장착
설계된 것보다 더 큰 규모의 거대한 지진이 발생하면 진자의 무게가 크게 흔들리고 주변 구조물과 충돌할 위험이 있습니다 이러한 이유로 "페어 매스 댐퍼"는 건물에 직접 설치되지 않고 구름 베어링(*2)과 그 사이에 댐퍼로 구성된 페일 세이프 메커니즘을 갖추고 있습니다 중량이 장치의 한계 변형에 가까워지면 작동을 시작하고 장치에 작용하는 힘을 제한하여 중량의 충돌과 손상을 방지합니다
안전 슬롯 커뮤니티(FS) 메커니즘의 작동 방식
오바야시 상사는 고층 건물의 장기 지진 대책을 포함한 다양한 지진 대책을 위해 TMD 진동 제어 장치 "페어 매스 댐퍼"를 적극적으로 제안하고 있으며, 계속해서 신기술 개발에 힘쓰며 사회의 안전과 보안 실현에 기여해 나갈 것입니다
- ※1 대지진
건축기준법에 규정된 극히 드문 지진으로 진도 6~7(한신아와지 대지진급)에 해당합니다
- ※2 롤링 베어링
볼 베어링을 사용하여 수평 방향으로 자유롭게 이동할 수 있는 슬라이더 메커니즘을 갖춘 지지재
또는 그 이상
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오바야시 주식회사 CSR실 홍보부 홍보1과
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