[논문]횡하중을 받는 RC 무량판 구조의 슬래브 모델링 기법

최정욱; 송진규; 이수곤; 김진상

doi:10.4334/jkci.2002.14.4.615

횡하중을 받는 RC 무량판 구조의 슬래브 모델링 기법
Modeling Method of Slabs in RC Flat-Plate Structures Under Lateral loading 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.14 no.4, 2002년, pp.615 - 622

최정욱 (전남대학교 건축학부) , 송진규 (전남대학교 건축학부) , 이수곤 (전남대학교 건축학부) , 김진상 (인제대학교 건축학과)

초록
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철근콘크리트 무량판 구조의 내력 및 변위를 합리적으로 예측하기 위해서는 슬래브의 휨 강성을 고려한 해석모델이 필요하다. FEMA 273과 ACI 318-99에서는 횡 하중에 대한 슬래브의 해석모델들을 제시하고 있으나 실제적인 적용 방법론은 언급하고 있지 않다. 본 연구에서는 무량판 슬래브의 모델링 방법론을 정립하고 이를 내진설계에 어떻게 적용할 것인가에 대하여 연구하였다. 연구결과는 다음과 같다. 1) 무량판 구조의 3차원 해석시 슬래브의 휨 강성을 적절히 고려하기 위해서는 본 연구진이 제시하는 유효보폭 모델을 적용하는 것이 바람직하다. 2) 예제 무량판 건물 해석에서 슬래브의 균열효과를 고려한 유효보폭을 이용할 경우 해석결과는 횡변위에 대하여 상한값을 나타낸 반면 유효보폭 계수만을 고려한 모델은 접합부 불균형 모멘트에 대하여 상한값의 결과를 나타냈다.

Abstract ▼ AI-Helper

To reasonably predict the behaviors for RC flat-plate structures, analysis model considering the flexural stiffness of slabs is required. FEMA 273 and ACI 318-99 refer to theoretical analysis models of two-way slab systems under lateral loading but the actual application method is not suggested. In this study, the modeling and application methods of the flat-plates using effective beam concept are suggested. The results of this study are as follows. 1) The effective beam width model suggested in this study is very useful to model flat-Plate structures subjected to seismic loading for three dimensional analysis 2) The result of analysis for idealized flat-plate example using the effective beam widths considering the effect of the slab crack is shown upper value for displacements. Whereas the model considering effective beam width coefficients only is shown upper value for unbalanced moments

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 철근콘크리트 무량판 구조의 횡하중에 대한 모델링 방법론을 제시하였다 그리고 판상형 무량판 아파트의 3차원 골조해석을 통하여 부재의 내력과 건물의 변위 예측을 위한 합리적인 계수 적용 방법에 관하여 연구를 수행하였다.

가설 설정

2) 실제 RC 무량판 건물의 슬래브 강성은 상한치(타입1 : % = "貫와 하한치(타입2 : 馈 = 사이의 특정한 값을 가질 것이다.
이러한 슬래브의 거동을 Fig. 1(b)와 같이 전체 폭에 대하여 접합부 중심과 동일한 회전각을 가지며 실제 슬래브 모멘트와 등가의 모멘트를 전달하는 것으로 가정한 가상의 부재를 유효보라 하며 이때의 폭을 유효보폭이라 한다.
1) 슬래브의 변곡선과 대칭선은 슬래브 중심선을 따라 생기는 것으로 가정하고 연속된 슬래브의 일부분을 분리하여 연구를 수행하였다.
2) 모든 접합부는 슬래브와 기등으로 구성되고 기등은 슬래브 중심에 위치하는 것으로 가정하였다
5, 지반계수 S=L2 二■리고 반응수정계수 R=3으로 가정하였다. 슬래브의 바닥하중은 아파트의 일반적인 하중크기를 고려하여 700 @£으로 그리고 재료의 강도 및 부재의 단면 크기는 Table 5와 같이 가정하고 MIDAS-GENw를 이용하여 해석을 수행하였다.
예제 아파트에 적용한 지진하중은 등가 정적해석법에서 사용하는 설계용 응답스펙트럼을 이용하였는데, 이때 지역 계수 A=0.11, 중요도계수 1=1.5, 지반계수 S=L2 二■리고 반응수정계수 R=3으로 가정하였다. 슬래브의 바닥하중은 아파트의 일반적인 하중크기를 고려하여 700 @£으로 그리고 재료의 강도 및 부재의 단면 크기는 Table 5와 같이 가정하고 MIDAS-GENw를 이용하여 해석을 수행하였다.

제안 방법

만약, 횡저항 성능의 증진을 위하여 가새 또는 아웃트리거 및 벨 트러스를 사용할 경우 이들의 실제 부재 성능을 그대로 모델링 한다. 3차원 골조 모델에 슬래브의 강막효과를 부여하고 범용 프로 고램을 이용하여 해석을 수행한다.
4) 접합부의 회전을 구하기 위하여 수치적인 기법을 이용하였다
이것은 기존의 평면골조 모델을 확장한 것으로 슬래브의 축 강성과 휨 강성의 고려가 모두 가능하며 범용 프로그램에 적용하기가 쉽다. Fig. 2에서, 기등과 전단벽은 실제 강성을 그대로 사용하며, 슬래브의 휨 강성은 유효보 개념(일정한 유효폭을 갖는 보요소)을 이용하고 축 강성은 강막효과를 이용하여 모델링 한다.
RC 무량판 구조에서 슬래브 휨 강성이 건물의 거동에 미치는 영향을 알아보기 위하여 3가지 타입의 모델링을 실시하였다. Table 6의 타입 1은 슬래브의 균열 효과를 고려치 않은 모델로써 식(1)을 기초하여 접합부 유효보폭을 산정하였고 타입 2는 균열에 의한 슬래브의 강성감소 효과를 반영한 것으로 식(3)에 의하여 접합부 유효보폭을 결정하였다.
그러므로 본 연구에서는 Hwang2]- Meohle”의 연구에 기초하여 접합부 유효보폭을 경간의 유효보폭으로 변환하였다. 여기에서 코너 접합부와 연결되지 않은 경간의 유효보폭은 식(5)와 같이 경간을 이루는 각 접합부 유효보폭을 산술 평균하고, 코너 접합부와 연결되는 경간의 유효보폭은 식(6)과 같이 코너 접합부 유효보폭의 60 % 그리고 하중 방향과 수평인 단부 접합부 유효보폭의 40 %를 취하여 구한다.
따라서, 본 연구진은 2차원 평면골조 모델의 공학적인 개념을 바탕으로 RC 무량판 건물을 Fig. 2와 같이 3차원으로 모델링할 것을 제안하였다. 이것은 기존의 평면골조 모델을 확장한 것으로 슬래브의 축 강성과 휨 강성의 고려가 모두 가능하며 범용 프로그램에 적용하기가 쉽다.
예제 아파트의 구조계획은 세대 내부 전단벽을 기등으로 대체하여 평면계획의 유연성을 확보하고 전단벽을 코어 부분에 집중 배치하여 횡저항 성능을 증진시켰다. 또한 기둥의 배치 간격은 지하층의 주차공간 활용을 고려하여 계획하였다.
실제 기둥 및 전단벽의 강성과 유효보의 강성을 이용하여 3차원 모델링을 수행한다. 만약, 횡저항 성능의 증진을 위하여 가새 또는 아웃트리거 및 벨 트러스를 사용할 경우 이들의 실제 부재 성능을 그대로 모델링 한다.
예제 아파트의 구조계획은 세대 내부 전단벽을 기등으로 대체하여 평면계획의 유연성을 확보하고 전단벽을 코어 부분에 집중 배치하여 횡저항 성능을 증진시켰다. 또한 기둥의 배치 간격은 지하층의 주차공간 활용을 고려하여 계획하였다.
철근콘크리트 무량판 구조를 갖는 판상형 아파트를 모델링하고 이를 가상의 지진하중에 대하여 해석하였다. 예제 아파트의 구조계획은 세대 내부 전단벽을 기등으로 대체하여 평면계획의 유연성을 확보하고 전단벽을 코어 부분에 집중 배치하여 횡저항 성능을 증진시켰다.

대상 데이터

대상 건물은 총 길이 75mx22mx42m(가로X세로X높이) 를 갖는 15증 아파트로 종 84세대를 위한 주거용 건물이다. 평면 계획시 아파트의 지하층은 주차시설 지상 1층은 복지시설 그리고 지상 2층부터 15층까지를 주거시설로 계획하였다 무량판 아파트의 주거시설에 관한 단위 평면계획은 Fig.

성능/효과

1) 건물에 작용하는 횡하중을 각각의 평면골조에 적절히 분배할 수 있다. 특히 전단벽 또는 가새 등의 횡 저항요소와 조합될 경우 더욱 효과적이다.
1) 횡하중을 받는 RC 무량판 구조의 3차원 해석시 슬래브의 휨 강성을 적절히 고려하기 위해서는 유효보폭 모델을 적용하는 것이 바람직하다. 이때, 유효보의 폭을 산정하기 위한 유효보폭 계수와 강성감소 계수는 Table 3과 4를 이용함이 적합할 것이다.
3) 골조 상호간의 관계가 고려되어 상대적으로 더욱 정확한 거동 예측이 가능하다. 특히 RC 무량판 건물의 비틀림 현상과 같은 3차원 거동 예측이 가능하다.
3) 슬래브-기둥 접합부는 전달모멘트의 하중 분배에 따라 크게 “rigid column” 과 “flexible column” 으로 나눌 수 있다. 이는 접합부 강성의 상한치와 하한치를 제공하는데, 이 중 실제적인 접합부의 탄성거동은 “rigid column"에 매우 근접하였다.
3) 예제 무량판 건물의 해석을 통하여 타입 1은 접합부 불균형 모멘트에 대하여 상한값의 결과을 보이고 타입 2 는 횡변위에 대하여 상한값의 결과를 나타냈다. RC 무량판 건물을 설계할 경우 상기 결과를 고려하여 해석을 수행하여야 할 것이다.
4) 예제 해석에서 슬래브의 휨강성을 고려치 않은 타입 3는 대상 건물 접합부의 불균형 모멘트를 예측할 수 없었다. 결국 슬래브의 휨 강성을 무시한 해석은 접합부 설계에 있어 불안전측의 해석결과를 제공할 수 있다.
Table 10은 건축물 하중 기준 21)에서 제시하는 기본 진동주기를 구조 형식에 따라 나타낸 것이다. 고유치해석을 통한 동-서 방향 진동주기는 규준1(모멘트 골조)과 유사한 결과를 나타냈고 남 -북 방향 진동주기는 규준:1(모멘트 골조)과 규준2(전단 벽 구조)의 사이 값을 보였다. 여기에서 대상 무량판 건물의 남-북 방향 강성은 모멘트 골조에 비하여 크고 전단벽 구조에 비하여 작음을 알 수 있다.

참고문헌 (21)

ATC, "NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings," FEMA Report 273, Applied Technology Council for the Building Seismic Safety Council, Washington, D. C, 1997.
ACI Commite 318, "Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-99)," Portland Cement Association, 1999.
Aalami, B., "Moment-Rotation Relation Between Column and Slab," ACI Structural Journal, Vol. 65, No. 5, May 1972, pp.263-269.
Mehrain, M. and Aalami, B., "Rotational Stiffness of Concrete Slabs," ACI Structural Journal, September 1974, pp.429-435.
Pecknold, D. A., "Slab Effective Width for Equivalent Frame Alalysis," ACI Structural Journal, April 1975, pp.135-137.
Allen, F. H. and Darvall, P. LeP., "Lateral Load Equivalent Frame," ACI Structural Journal, July 1977, pp.294-299.
Fraser, D. J., "Elastic Analysis of Laterally Loaded Frames," Journal of the Structural Engineering, Vol.109, No.6, June. 1983, pp.1479-1489.

상세보기
Milija, N. P. and Steven M. P., "On the Computation of Slab Effective Widths," Journal of the Structural Engineering, Vol.111, No.2, Feb. 1985, pp.363-377.

상세보기
Hwang, S. J. and Moehle, J. P., "An Experimental Study of Flat-plate Structures Under Vertical and Lateral Loads," No. UCB/EERC-93/03, University of California, Berkeley, Feb, 1993.
Fariborz, B., Rainer, E., and Mehrdad, F., "Moment Transfer and Slab Effective Widths in Laterally Loaded Edge Onnections," ACI Structural Journal, Sep.-Oct., 1991, pp.615-623.
Luo, Y. H. and Durrani, A. J., "Equivalent Beam Model for Flat-Slab Buildings - Part I: Interior Connections," ACI Structural Journal, Jan-Feb, 1995, pp.115-124.
Luo, Y. H. and Durrani, A. J., "Equivalent Beam Model for Flat-Slab Buildings - Part II: Exterior Connections," ACI Structural Journal, Mar-Apr, 1995, pp.250-257.
최정욱, 김철수, 송진규, 이수곤, "횡하중을 받는 Flat-Plate 구조의 유효보폭 계수," 대한건축학회 논문집 구조계, 제17권, 6호, 2001, pp.77-86.
Choi, J. W., Kim, C. S., Song, J. G., and Lee, S. G., "Effective Beam Width Coefficients for Lateral Stiffness in Flat-Plate Structures," KCI Concrete Journal, Vol. 13, No. 2, July 2001, pp.49-57.

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김철수, 최정욱, 송진규, 윤정배, 이수곤, "횡하중을 받는 벽-슬래브 접합부의 유효보폭 계수," 대한건축학회 학술발표논문집, 제21권, 2호, 2001, pp.27-30.
최정욱, 송진규, 윤정배, 이수곤, "횡하중을 받는 RC 무량판 구조의 골조해석 모델," 대한건축학회 논문집 구조계, 제18권, 3호, 2002, pp.37-46.
Moehle, J. P. and Diebold, J. W., "Experimental Study of the Seismic Response of a Two Story Flat Plate Structure," Roport No. UCB/EERC-84/08, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, Aug. 1984.
Pan, A. P. and Moehle, J. P., "Reinforced Concrete Flat Plates Under Lateral Loading : An Experimental Study Including Biaxial Effects," Report No. UCB/EERC-88/16, Earthquake Engineering Research Center, University of California at Berkeley, Oct. 1988.
Hwang, S. J. and Moehle, J. P., "Vertical and Lateral Load Tests of Nine-Panel Flat-Plate Frame," ACI Structural Journal, Vol. 97, No. 1, Jan-Feb 2000, pp.193-203.

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"Uniform Building Code," International Conference of Building Officials, Whittier, California, 1997.
건축물 하중기준 및 해석, 대한건축학회, 2000.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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