현대사회는 다양한 원인에 의해 발생하는 비정상 하중, 지진과 태풍 등에 비롯해 가스폭발, 폭탄테러, 화재 등과 같은 위험에 노출되고 있다. 이러한 위험은 세대와 국가를 초월하여 발생해왔고, 매체를 통해 세계 곳곳에 보도되면서 위험에 대한 경계의식은 높아지고 있다. 이러한 흐름에 의해 연쇄붕괴는 최근 국가를 초월한 문제로 인식되고, 관련연구 또한 이루어져 구조의 한 분야로 자리잡아가고 있다. 미국의 경우 공공기관 소유의 건축물과 국방부 소유의 구조물에 대한 연쇄붕괴 안전성 확보기 요구되었다. 이러한 요구에 의해 General Services Administration(GSA)와 Department of Defense(DoD)는 공공기관 건물의 연쇄붕괴를 방지하기 위한 해석적용 방법의 등장과 더불어 세계무역센터 사건을 계기로 연쇄붕괴 방지 및 테러 등의 피해를 최소화 하고자 하는 인식이 확산되면서 국내에도 연쇄붕괴 방지 설계에 대한 연구가 도입되었다. 건물 내외부에서 가스폭발이나 폭탄테러에 의해 발생한 충격파로 인하여 일부 구조부재가 손상되거나 파괴될 경우, 파괴되거나 손상된 부재가 부담하던 하중은 인접부재로 전달되게 되고, 그 상부 층은 ...
현대사회는 다양한 원인에 의해 발생하는 비정상 하중, 지진과 태풍 등에 비롯해 가스폭발, 폭탄테러, 화재 등과 같은 위험에 노출되고 있다. 이러한 위험은 세대와 국가를 초월하여 발생해왔고, 매체를 통해 세계 곳곳에 보도되면서 위험에 대한 경계의식은 높아지고 있다. 이러한 흐름에 의해 연쇄붕괴는 최근 국가를 초월한 문제로 인식되고, 관련연구 또한 이루어져 구조의 한 분야로 자리잡아가고 있다. 미국의 경우 공공기관 소유의 건축물과 국방부 소유의 구조물에 대한 연쇄붕괴 안전성 확보기 요구되었다. 이러한 요구에 의해 General Services Administration(GSA)와 Department of Defense(DoD)는 공공기관 건물의 연쇄붕괴를 방지하기 위한 해석적용 방법의 등장과 더불어 세계무역센터 사건을 계기로 연쇄붕괴 방지 및 테러 등의 피해를 최소화 하고자 하는 인식이 확산되면서 국내에도 연쇄붕괴 방지 설계에 대한 연구가 도입되었다. 건물 내외부에서 가스폭발이나 폭탄테러에 의해 발생한 충격파로 인하여 일부 구조부재가 손상되거나 파괴될 경우, 파괴되거나 손상된 부재가 부담하던 하중은 인접부재로 전달되게 되고, 그 상부 층은 지지부재의 손실로 인하여 큰 변형이 발생한다. 이러한 국부적인 파괴는 구조물 전체의 붕괴로 이어지거나 초기에 손상된 부재 부근이 붕괴되는 현상을 연쇄붕괴(Progressive Collapse)라고 한다. 2001년 발생한 세계무역센터(WTC)의 붕괴 이후 비정상하중에 의한 구조물의 연쇄붕괴는 초고층 건물이나 주요 건물의 설계과정에서 고려해야할 중요 사항 중 하나가 되었다. 그러나 붕괴 및 대형 인명피해가 우려되는 화재, 폭발 등과 같은 비정상하중에 의한 저항성능의 검토가 필요하나, 현재 국내 설계 기준에서는 이에 대한 지침이 마련되어 있지 않은 상태이고, 기존 해석 방법인 선형 정적해석과 선형 동적해석의 경우 재료 비선형 특성 등을 반영하기 어려운 한계점이 있다. 특히, 철근 콘크리트 무량판 구조의 연쇄붕괴에 대한 연구는 극히 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 철근콘크리트 무량판 슬래브를 대상으로 다양한 변수에 의한 비선형 정적해석(Nonlinear static analysis)을 통하여 무량판 슬래브의 보다 정확한 연쇄붕괴 거동을 파악함을 목적으로 본다. 보다 정밀한 해석을 수행하기 위하여 Nastran-FX를 사용하여 유한요소 해석을 실시하였다. 본 연구는 다음과 같은 6장으로 구성되어 있으며, 각 장별 주요내용은 다음과 같다. 제 1장 : 서 론 제 2장 : 연쇄붕괴 개념 및 사례 제 3장 : 비선형 정적해석을 통한 연쇄붕괴 저항성능 해석법 제 4장 : 구조물 모델링 및 설계하중 제 5장 : 연쇄붕괴 해석 결과 제 6장 : 결 론 본 연구에서는 철근콘크리트 무량판 슬래브를 대상으로 다양한 변수에 의한 비선형 정적해석을 실행하였다. 무량판 슬래브의 보다 정확한 연쇄붕괴 거동 파악을 위하여 5층과 10층을 대상으로, 유효보폭 모델의 경우와 플랫 플레이트로 설계한 모델, 기둥의 제거 위치에 따라 분석한 결과는 다음과 같다. 1) 유효보폭 모델(EB)과 플랫 플레이트 모델(PF)을 비교하여 보면, 하중계수(Load Factor) 1을 초과하여 저항하는 것으로 나타나 연쇄붕괴 저항 성능에는 충분히 안정적인 것으로 나타났다. EB모델과 PF모델은 슬래브 강성 기여도와 하중의 받는 면적에 의한 영향이 크기 때문에 층수와 기둥 제거 위치에 따라 거동차이가 확연히 나타나는 것으로 판단된다. 그러므로 고층화된 건물일수록 유한요소 상세해석이 필요한 것으로 판단된다. 2) 기둥 제거 위치에 따라 수직 처짐은 모서리 기둥(CC)이 제거되었을 때 더 큰 처짐이 발생하였다. 즉, 모서리 기둥(CC)이 제거 되었을 때, 연쇄붕괴의 피해가 더 크게 발생하므로 이에 대한 적절한 보강 대책이 필요한 것으로 판단된다. 3) 층수가 높아질수록 수직 처짐의 발생이 급격하게 진행되는 것으로 나타났다. 이는 층수가 증가할수록 강성기여도보다 중량과 하중에 의한 영향력이 더 크게 작용하면서 나타난 것으로 판단된다. 4) 건물의 파괴 형상은 대부분 기둥이 제거된 위치의 장변방향의 기둥에서 파괴가 시작되어 슬래브 파괴로 진행되기 때문에, 이에 대한 장변방향의 보강 방법이 필요한 것으로 판단된다. 5) 유효보폭 모델(EB)은 플랫 플레이트 모델(PF)에 비해서 슬래브 강성기여를 충분히 고려하고 있지 못하지만, GSA기준에는 모두 만족한 결과를 나타내고 있다. 따라서 설계자의 판단에 따라 유효보폭법을 적절히 사용한 모델을 통해 구조적 안전성을 파악하는 것이 효율적이라고 판단된다.
현대사회는 다양한 원인에 의해 발생하는 비정상 하중, 지진과 태풍 등에 비롯해 가스폭발, 폭탄테러, 화재 등과 같은 위험에 노출되고 있다. 이러한 위험은 세대와 국가를 초월하여 발생해왔고, 매체를 통해 세계 곳곳에 보도되면서 위험에 대한 경계의식은 높아지고 있다. 이러한 흐름에 의해 연쇄붕괴는 최근 국가를 초월한 문제로 인식되고, 관련연구 또한 이루어져 구조의 한 분야로 자리잡아가고 있다. 미국의 경우 공공기관 소유의 건축물과 국방부 소유의 구조물에 대한 연쇄붕괴 안전성 확보기 요구되었다. 이러한 요구에 의해 General Services Administration(GSA)와 Department of Defense(DoD)는 공공기관 건물의 연쇄붕괴를 방지하기 위한 해석적용 방법의 등장과 더불어 세계무역센터 사건을 계기로 연쇄붕괴 방지 및 테러 등의 피해를 최소화 하고자 하는 인식이 확산되면서 국내에도 연쇄붕괴 방지 설계에 대한 연구가 도입되었다. 건물 내외부에서 가스폭발이나 폭탄테러에 의해 발생한 충격파로 인하여 일부 구조부재가 손상되거나 파괴될 경우, 파괴되거나 손상된 부재가 부담하던 하중은 인접부재로 전달되게 되고, 그 상부 층은 지지부재의 손실로 인하여 큰 변형이 발생한다. 이러한 국부적인 파괴는 구조물 전체의 붕괴로 이어지거나 초기에 손상된 부재 부근이 붕괴되는 현상을 연쇄붕괴(Progressive Collapse)라고 한다. 2001년 발생한 세계무역센터(WTC)의 붕괴 이후 비정상하중에 의한 구조물의 연쇄붕괴는 초고층 건물이나 주요 건물의 설계과정에서 고려해야할 중요 사항 중 하나가 되었다. 그러나 붕괴 및 대형 인명피해가 우려되는 화재, 폭발 등과 같은 비정상하중에 의한 저항성능의 검토가 필요하나, 현재 국내 설계 기준에서는 이에 대한 지침이 마련되어 있지 않은 상태이고, 기존 해석 방법인 선형 정적해석과 선형 동적해석의 경우 재료 비선형 특성 등을 반영하기 어려운 한계점이 있다. 특히, 철근 콘크리트 무량판 구조의 연쇄붕괴에 대한 연구는 극히 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 철근콘크리트 무량판 슬래브를 대상으로 다양한 변수에 의한 비선형 정적해석(Nonlinear static analysis)을 통하여 무량판 슬래브의 보다 정확한 연쇄붕괴 거동을 파악함을 목적으로 본다. 보다 정밀한 해석을 수행하기 위하여 Nastran-FX를 사용하여 유한요소 해석을 실시하였다. 본 연구는 다음과 같은 6장으로 구성되어 있으며, 각 장별 주요내용은 다음과 같다. 제 1장 : 서 론 제 2장 : 연쇄붕괴 개념 및 사례 제 3장 : 비선형 정적해석을 통한 연쇄붕괴 저항성능 해석법 제 4장 : 구조물 모델링 및 설계하중 제 5장 : 연쇄붕괴 해석 결과 제 6장 : 결 론 본 연구에서는 철근콘크리트 무량판 슬래브를 대상으로 다양한 변수에 의한 비선형 정적해석을 실행하였다. 무량판 슬래브의 보다 정확한 연쇄붕괴 거동 파악을 위하여 5층과 10층을 대상으로, 유효보폭 모델의 경우와 플랫 플레이트로 설계한 모델, 기둥의 제거 위치에 따라 분석한 결과는 다음과 같다. 1) 유효보폭 모델(EB)과 플랫 플레이트 모델(PF)을 비교하여 보면, 하중계수(Load Factor) 1을 초과하여 저항하는 것으로 나타나 연쇄붕괴 저항 성능에는 충분히 안정적인 것으로 나타났다. EB모델과 PF모델은 슬래브 강성 기여도와 하중의 받는 면적에 의한 영향이 크기 때문에 층수와 기둥 제거 위치에 따라 거동차이가 확연히 나타나는 것으로 판단된다. 그러므로 고층화된 건물일수록 유한요소 상세해석이 필요한 것으로 판단된다. 2) 기둥 제거 위치에 따라 수직 처짐은 모서리 기둥(CC)이 제거되었을 때 더 큰 처짐이 발생하였다. 즉, 모서리 기둥(CC)이 제거 되었을 때, 연쇄붕괴의 피해가 더 크게 발생하므로 이에 대한 적절한 보강 대책이 필요한 것으로 판단된다. 3) 층수가 높아질수록 수직 처짐의 발생이 급격하게 진행되는 것으로 나타났다. 이는 층수가 증가할수록 강성기여도보다 중량과 하중에 의한 영향력이 더 크게 작용하면서 나타난 것으로 판단된다. 4) 건물의 파괴 형상은 대부분 기둥이 제거된 위치의 장변방향의 기둥에서 파괴가 시작되어 슬래브 파괴로 진행되기 때문에, 이에 대한 장변방향의 보강 방법이 필요한 것으로 판단된다. 5) 유효보폭 모델(EB)은 플랫 플레이트 모델(PF)에 비해서 슬래브 강성기여를 충분히 고려하고 있지 못하지만, GSA기준에는 모두 만족한 결과를 나타내고 있다. 따라서 설계자의 판단에 따라 유효보폭법을 적절히 사용한 모델을 통해 구조적 안전성을 파악하는 것이 효율적이라고 판단된다.
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