최근 들어 일본 및 중국 등 한반도 주변에서 강진 또는 중진 등이 빈번히 발생하고 있다. 특히, 최근에 발생한 중국 쓰촨성 지진(M=7.9, 사상자: 약 68,700명) 및 동일본 대지진(M=9.0, 사상자: 약 15,000명)등에서 알 수 있듯이 지진의 규모가 점차 증가하는 경향을 보이고 있으며, 지진 발생 시 막대한 인명 및 재산의 피해를 유발하고 있다. 따라서 안전행정부에서는 2008년 지진과 지진해일로부터 인한 재해로부터 국민의 생명과 재산 및 주요 기간시설을 보호하기 위하여 지진과 지진해일의 관측, 예방, 대비 및 대응 내진대책과 ...
최근 들어 일본 및 중국 등 한반도 주변에서 강진 또는 중진 등이 빈번히 발생하고 있다. 특히, 최근에 발생한 중국 쓰촨성 지진(M=7.9, 사상자: 약 68,700명) 및 동일본 대지진(M=9.0, 사상자: 약 15,000명)등에서 알 수 있듯이 지진의 규모가 점차 증가하는 경향을 보이고 있으며, 지진 발생 시 막대한 인명 및 재산의 피해를 유발하고 있다. 따라서 안전행정부에서는 2008년 지진과 지진해일로부터 인한 재해로부터 국민의 생명과 재산 및 주요 기간시설을 보호하기 위하여 지진과 지진해일의 관측, 예방, 대비 및 대응 내진대책과 지진재해를 줄이기 위한 연구 및 기술개발 등에 필요한 사항을 규정함을 목적으로 하는 “지진재해 대책법”을 제정하여 지진재해발생 가능성에 대한 대책을 강구하고 있다. 또한, 교육과학기술부에서는 2009년 “학교시설 내진설계 기준” 고시의 규정에 따라 신축 학교 시설물의 내진설계를 위해 학교시설 내진설계 기준을 제정, 고시하여 기존에 내진설계가 되지 않은 학교시설물에 대해 지속적으로 내진보강 사업을 추진 중이다. 건축물에 대한 내진설계기준은 1988년 최초 도입되어 현재 3층 이상, 연면적 1,000㎡ 이상의 건물에 대한 내진설계가 의무화되었다. 하지만 국민안전처 2016년도 국가안전대진단 추진 기본계획 따르면 중앙부처, 지자체 등 공공기관에서 관리하는 31종의 공공시설물 대상의 내진보강률은 42.4%로 내진보강을 통한 지진 안전성 확보가 절실히 요구되고 있는 실정이다. 내진보강방법으로는 크게 강도보강, 연성보강 및 이를 혼합한 보강방법이 있으며, 최근에 들어서는 감쇠장치를 적용한 사례도 증가하고 있다. 감쇠장치를 적용하는 경우 경제성, 작업성 및 시공성 등의 편리로 인해 강재이력형 감쇠장치가 많이 사용되고 있다. 강재이력형 감쇠장치는 수동형 감쇠장치의 일종으로 예전에는 주로 철골건물에 많이 적용되어 왔으나, 최근에 들어 철근콘크리트 건물에도 적용 사례가 증가하고 있다. 감쇠장치를 적용한 내진보강의 장점은 감쇠장치의 감쇠효과를 이용하여 건물의 전체적인 지진거동을 제어함으로써 지진에 의한 건물의 변위 및 취약부재의 내진에 대한 안전성을 확보하는데 있다. 따라서 지진에 대한 건물의 동적특성을 정확히 파악하여 최소한의 설치비용으로 장치의 효율성을 증대시킬 수 있는 위치에 설치하는 것이 중요하며 비 내진설계 건축물의 내진보강을 좀 더 효율적이고 경제적으로 할 수 있는 시스템의 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 카고메 트러스 감쇠장치를 적용한 내진보강공법(Wall Type Kagome Damping System, WKDS)을 제안하였고, 내진설계 이전에 지어진 저층 학교건물(비내진 RC골조)을 대상으로 제안된 WKDS의 내진보강 효과를 실험적으로 검토해 보았다. 또한, 실험결과를 바탕으로 내진설계 이전에 지어진 저층 학교건물에 WKDS를 적용하여 비선형 정적 및 동적해석 수행하여 WKDS의 유효성을 검증하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
1) 기존 학교 건물의 내진보강을 위하여 날개벽을 활용한 WKDS를 제안하였다. 제안된 공법은 건물의 미관을 해치지 않으며 시공성이 뛰어난 건식공법으로 공사기간을 단축할 수 있다.
2) WKDS를 적용한 반복가력 실험결과, 카고메 감쇠장치의 상대변위가 커질수록 감쇠장치의 연성률에 의해 에너지 능력이 비례하여 커지기 때문에 4-10배 정도로 에너지 소산이 증가되는 것으로 확인되었으며 전체 에너지 소산량의 75.0%이상이 감쇠장치에 의해 이루어지며 4.0%수준의 등가감쇠비를 가지는 실험체가 카고메 감쇠장치 보강 후 25.0%정도로 크게 증가하는 것을 확인하였다. 또한, WKDS를 적용할 경우 비내진 상세를 갖는 철근콘크리트 골조의 내력 증진 및 안전성 확보를 위해 국내 내진기준에서 요구하는 층간변형각 기준을 만족하도록 보강하는데 용이하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
3) 비선형 정적 해석결과, 설계지진레벨(Design Based Earthquake, DBE)과 최대지진레벨(Maximum Considered Earthquake, MCE) 시 모두 목표성능기준을 하회하는 값으로 안정된 거동을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 비선형 동적 해석결과, 최대응답변위, 최대응답가속도 및 층전단력이 감소되는 것으로 나타났고, 층간변형각도 국내 내진기준을 만족하는 것으로 나타나 WKDS의 유효성을 확인할 수 있었다.
최근 들어 일본 및 중국 등 한반도 주변에서 강진 또는 중진 등이 빈번히 발생하고 있다. 특히, 최근에 발생한 중국 쓰촨성 지진(M=7.9, 사상자: 약 68,700명) 및 동일본 대지진(M=9.0, 사상자: 약 15,000명)등에서 알 수 있듯이 지진의 규모가 점차 증가하는 경향을 보이고 있으며, 지진 발생 시 막대한 인명 및 재산의 피해를 유발하고 있다. 따라서 안전행정부에서는 2008년 지진과 지진해일로부터 인한 재해로부터 국민의 생명과 재산 및 주요 기간시설을 보호하기 위하여 지진과 지진해일의 관측, 예방, 대비 및 대응 내진대책과 지진재해를 줄이기 위한 연구 및 기술개발 등에 필요한 사항을 규정함을 목적으로 하는 “지진재해 대책법”을 제정하여 지진재해발생 가능성에 대한 대책을 강구하고 있다. 또한, 교육과학기술부에서는 2009년 “학교시설 내진설계 기준” 고시의 규정에 따라 신축 학교 시설물의 내진설계를 위해 학교시설 내진설계 기준을 제정, 고시하여 기존에 내진설계가 되지 않은 학교시설물에 대해 지속적으로 내진보강 사업을 추진 중이다. 건축물에 대한 내진설계기준은 1988년 최초 도입되어 현재 3층 이상, 연면적 1,000㎡ 이상의 건물에 대한 내진설계가 의무화되었다. 하지만 국민안전처 2016년도 국가안전대진단 추진 기본계획 따르면 중앙부처, 지자체 등 공공기관에서 관리하는 31종의 공공시설물 대상의 내진보강률은 42.4%로 내진보강을 통한 지진 안전성 확보가 절실히 요구되고 있는 실정이다. 내진보강방법으로는 크게 강도보강, 연성보강 및 이를 혼합한 보강방법이 있으며, 최근에 들어서는 감쇠장치를 적용한 사례도 증가하고 있다. 감쇠장치를 적용하는 경우 경제성, 작업성 및 시공성 등의 편리로 인해 강재이력형 감쇠장치가 많이 사용되고 있다. 강재이력형 감쇠장치는 수동형 감쇠장치의 일종으로 예전에는 주로 철골건물에 많이 적용되어 왔으나, 최근에 들어 철근콘크리트 건물에도 적용 사례가 증가하고 있다. 감쇠장치를 적용한 내진보강의 장점은 감쇠장치의 감쇠효과를 이용하여 건물의 전체적인 지진거동을 제어함으로써 지진에 의한 건물의 변위 및 취약부재의 내진에 대한 안전성을 확보하는데 있다. 따라서 지진에 대한 건물의 동적특성을 정확히 파악하여 최소한의 설치비용으로 장치의 효율성을 증대시킬 수 있는 위치에 설치하는 것이 중요하며 비 내진설계 건축물의 내진보강을 좀 더 효율적이고 경제적으로 할 수 있는 시스템의 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 카고메 트러스 감쇠장치를 적용한 내진보강공법(Wall Type Kagome Damping System, WKDS)을 제안하였고, 내진설계 이전에 지어진 저층 학교건물(비내진 RC골조)을 대상으로 제안된 WKDS의 내진보강 효과를 실험적으로 검토해 보았다. 또한, 실험결과를 바탕으로 내진설계 이전에 지어진 저층 학교건물에 WKDS를 적용하여 비선형 정적 및 동적해석 수행하여 WKDS의 유효성을 검증하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
1) 기존 학교 건물의 내진보강을 위하여 날개벽을 활용한 WKDS를 제안하였다. 제안된 공법은 건물의 미관을 해치지 않으며 시공성이 뛰어난 건식공법으로 공사기간을 단축할 수 있다.
2) WKDS를 적용한 반복가력 실험결과, 카고메 감쇠장치의 상대변위가 커질수록 감쇠장치의 연성률에 의해 에너지 능력이 비례하여 커지기 때문에 4-10배 정도로 에너지 소산이 증가되는 것으로 확인되었으며 전체 에너지 소산량의 75.0%이상이 감쇠장치에 의해 이루어지며 4.0%수준의 등가감쇠비를 가지는 실험체가 카고메 감쇠장치 보강 후 25.0%정도로 크게 증가하는 것을 확인하였다. 또한, WKDS를 적용할 경우 비내진 상세를 갖는 철근콘크리트 골조의 내력 증진 및 안전성 확보를 위해 국내 내진기준에서 요구하는 층간변형각 기준을 만족하도록 보강하는데 용이하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
3) 비선형 정적 해석결과, 설계지진레벨(Design Based Earthquake, DBE)과 최대지진레벨(Maximum Considered Earthquake, MCE) 시 모두 목표성능기준을 하회하는 값으로 안정된 거동을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 비선형 동적 해석결과, 최대응답변위, 최대응답가속도 및 층전단력이 감소되는 것으로 나타났고, 층간변형각도 국내 내진기준을 만족하는 것으로 나타나 WKDS의 유효성을 확인할 수 있었다.
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