[논문]지진피해를 입은 조적조 건축물의 유리섬유보강에 따른 내진성능

권기혁; 최성모; 이수철; 조상민

지진피해를 입은 조적조 건축물의 유리섬유보강에 따른 내진성능
Seismic Capacity Strengthened by GFS of Masonry Buildings with Earthquake Damage 원문보기

구조물진단학회지 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, v.8 no.1 = no.27, 2004년, pp.231 - 237

권기혁 (서울시립대학교 건축공학과) , 최성모 (서울시립대학교 건축공학과) , 이수철 (서울시립대학교 건축공학과) , 조상민 (서울시립대학교 건축공학과)

초록
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조적조 건축물은 작은 인장력과 연성능력으로 인해 지진발생시 심각한 피해상황을 나타내고 있다. 국외의 경우 조적조 건축물에 대한 여러 가지 보강방법이 사용되고 있으나, 국내의 경우 여러 가지 제약에 의하여 유리섬유보강방법을 사용하는 것이 적절하다. 본 논문에서는 유리섬유보강을 통한 지진피해를 입은 조적조 건축물의 내진성능에 관해 평가하였다. 실험결과 유리섬유보강 실험체의 최대 밑면전단력과 변형이 현저하게 증가하였다. 실험결과 값과 기존 전단내력식을 비교하여 유리섬유보강 실험체의 전단내력식을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Most of the masonry buildings have many structural defects under an earthquake load due to the small tensile force and ductility. In the foreign countries there are many the reinforcing methods of masonry buildings, but the glass fiber sheet reinforcements must be used due to various conditions in Korea. The purpose of this paper is to estimate the seismic capacity of masonry buildings damaged by earthquake and reinforced by Glass Fiber Sheet. On the basis of test results, the maximum base shear force and deformation of the masonry building with GFS were remarkably increased. From the comparison by existing strength equations and test data, the new strength equation of reinforced masonry buildings with GFS was developed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이론식 모두 실험값에 비하여 작은 값을 나타내어 실제강도보다 과소평가함을 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 다음과 같은 비보강 조적조 건축물의 전단내력식을 제안한다. 실험에서 비보강 조적조 건축물의 최종파괴가 Rocking 파괴 거동을 보인 후 Toe파괴 거동을 하였으므로 FEMA 306의 Toe파괴 전단내력식¹²⁾을 일부 수정하여 다음 식(1)과 같이 나타내었다.
이에 본 연구에서는 서울시에 분포되어 있는 조적조 건축물의 현황조사를 통하여 가장 일반적인 규모의 실험체를 제작하여 진동대 실험을 실시하였다. 실험을 통하여 지진피해를 입은 조적조 건축물의 유리섬유보강을 통한 내진성능 향상여부를 평가하고, 실험결과를 바탕으로 기존 비보강 조적조 건축물의 전단내력식과 실험결과 값을 비교하여 유리섬유보강 조적조 건축물의 전단내력식을 제안하고자 한다.
이에 본 연구에서는 서울시에 분포되어 있는 조적조 건축물의 현황조사를 통하여 가장 일반적인 규모의 실험체를 제작하여 진동대 실험을 실시하였다. 실험을 통하여 지진피해를 입은 조적조 건축물의 유리섬유보강을 통한 내진성능 향상여부를 평가하고, 실험결과를 바탕으로 기존 비보강 조적조 건축물의 전단내력식과 실험결과 값을 비교하여 유리섬유보강 조적조 건축물의 전단내력식을 제안하고자 한다.

제안 방법

이 식들을 이용해 비보강 실험체의 면내벽체 강도를 산정하여 실험값과 비교하였다. 실험결과 2층 바닥과 지붕층이 같이 거동하므로 2층의 벽체와 바닥 그리고 지붕층의 질량은 1층 면내벽체의 상부에 작용하는 하중으로 치환하여 작용시켰다. 1층의 면외벽체와 바닥 다이아프램의 영향은 고려하지 않았다.
따라서 본 연구에서는 다음과 같은 비보강 조적조 건축물의 전단내력식을 제안한다. 실험에서 비보강 조적조 건축물의 최종파괴가 Rocking 파괴 거동을 보인 후 Toe파괴 거동을 하였으므로 FEMA 306의 Toe파괴 전단내력식¹²⁾을 일부 수정하여 다음 식(1)과 같이 나타내었다.
2와 같이 3m×3m 크기의 진동대에 조적조 건축물을 올려놓은 뒤 앵커를 이용하여 실험체를 진동대에 부착하였다. 실험체는 면내벽체만의 거동을 살펴보기 때문에 1축 지진실험을 하였다.
반면 주상복합형 실험체는 1층은 상가, 2층은 주거용으로 사용하여 1층의 두 면내벽체의 강성에 차이가 있다. 유리섬유보강 실험체(RA형, RB형)는 지진피해 상황을 설정하기 위하여 비보강상태의 실험체를 4단계(최대지반가속도 0.2g)까지 가력한 후, 면내벽체의 pier에 유리섬유를 폭 15㎝로 부착하였다.
진동대의 가력하중은 Taft 지진파(N21E)로, 1/2축소된 모델에 지진파를 사용할 때 같은 크기의 가속도 효과를 적용하기 위하여 지진파의 시간축을 #로 축소¹⁰⁾하여 단계별로 하중을 증가시키며 가력 하였다.

대상 데이터

5㎜ 벽돌을 제작하여 사용하였다. 골재는 크기를 축소하지 않은 원형 상태의 골재를 사용하였으며, 줄눈의 두께는 10㎜이다.
벽돌은 1/2로 축소한 95×45×28.5㎜ 벽돌을 제작하여 사용하였다. 골재는 크기를 축소하지 않은 원형 상태의 골재를 사용하였으며, 줄눈의 두께는 10㎜이다.
실험에서 사용한 유리섬유는 유리섬유와 에폭시를 기계적으로 함침 시켜 현장 제작한 TYFO SEH51 복합재 (에폭시＋유리섬유)로 물성치는 다음과 같다.
실험체는 사전에 서울시에 분포되어 있는 조적조 건축물의 현황조사를 통하여 가장 일반적인 모델을 선정하여 주거형(A형, RA형)과 주상복합형(B형, RB형)으로 나누어 1/2로 축소·제작하였다.

성능/효과

1) 유리섬유보강을 한 실험체는 비보강 실험체보다 2∼3단계 더 진행된 상태에서 파괴가 일어났으며 파괴 이후에도 계속 하중에 저항하는 것으로 나타났다. 또한 유리섬유보강 실험체의 최대변위와 밑면전단력이 비보강 실험체보다 2배 이상 증가하였다.
2) 기존 이론식들에 의하여 구한 전단강도는 실험에 의한 실제값보다 작게 나타나 실제강도보다 과소평가하고 있어 식들을 일부 수정하는 것이 바람직하다고 사료된다.
파괴상태의 최대변위를 비교하면 RA형은 A형보다 227%, RB형은 B형보다 200% 더 변위가 증가하였으며, 밑면전단력은 RA형이 A형의 밑면전단력보다 297%, RB형은 B형보다 211% 증가하였다. 따라서 보강 실험체는 유리섬유의 보강으로 인하여 피해를 입기 전 실험체의 내력으로 회복될 뿐만 아니라 그 이상으로 내력을 확보함에 따라 유리섬유보강 효과가 상당히 큼을 알 수 있었다.
비보강 실험체인 A형과 B형 실험체는 가력 5단계에서 최종 파괴가 일어났고, 유리보강 실험체인 RB형은 7단계에서, RA형은 8단계에서 최종파괴가 일어났다. 따라서 지진피해를 입은 조적조 건축물을 유리섬유로 보강하였을 때, 실험체는 손상되기 전인 비보강 실험체보다 더 향상된 내진성능을 갖는 것으로 나타났다. 또한 주거형이 주상복합형보다 보강효과가 더 크게 나타났다.
1) 유리섬유보강을 한 실험체는 비보강 실험체보다 2∼3단계 더 진행된 상태에서 파괴가 일어났으며 파괴 이후에도 계속 하중에 저항하는 것으로 나타났다. 또한 유리섬유보강 실험체의 최대변위와 밑면전단력이 비보강 실험체보다 2배 이상 증가하였다. 즉 유리섬유보강 실험체는 손상 이전 실험체의 내력을 회복할 뿐만 아니라 연성 및 최대전단 내력이 현저하게 증가하여, 유리섬유보강으로 인하여 내진성능이 크게 향상되어 보강효과가 상당히 크게 나타났다.
따라서 지진피해를 입은 조적조 건축물을 유리섬유로 보강하였을 때, 실험체는 손상되기 전인 비보강 실험체보다 더 향상된 내진성능을 갖는 것으로 나타났다. 또한 주거형이 주상복합형보다 보강효과가 더 크게 나타났다.
반면 RB형 실험체는 5단계에서 면외벽체에, 6단계에서 면내벽체에 휨균열이 발생하기 시작하여, 7단계에서 Rocking 거동을 하였다. 비보강 실험체인 A형과 B형 실험체는 가력 5단계에서 최종 파괴가 일어났고, 유리보강 실험체인 RB형은 7단계에서, RA형은 8단계에서 최종파괴가 일어났다. 따라서 지진피해를 입은 조적조 건축물을 유리섬유로 보강하였을 때, 실험체는 손상되기 전인 비보강 실험체보다 더 향상된 내진성능을 갖는 것으로 나타났다.
이론식 모두 실험값에 비하여 작은 값을 나타내어 실제강도보다 과소평가함을 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 다음과 같은 비보강 조적조 건축물의 전단내력식을 제안한다.
또한 유리섬유보강 실험체의 최대변위와 밑면전단력이 비보강 실험체보다 2배 이상 증가하였다. 즉 유리섬유보강 실험체는 손상 이전 실험체의 내력을 회복할 뿐만 아니라 연성 및 최대전단 내력이 현저하게 증가하여, 유리섬유보강으로 인하여 내진성능이 크게 향상되어 보강효과가 상당히 크게 나타났다.
파괴상태의 최대변위를 비교하면 RA형은 A형보다 227%, RB형은 B형보다 200% 더 변위가 증가하였으며, 밑면전단력은 RA형이 A형의 밑면전단력보다 297%, RB형은 B형보다 211% 증가하였다. 따라서 보강 실험체는 유리섬유의 보강으로 인하여 피해를 입기 전 실험체의 내력으로 회복될 뿐만 아니라 그 이상으로 내력을 확보함에 따라 유리섬유보강 효과가 상당히 큼을 알 수 있었다.

후속연구

조적조 벽체의 경우도 유리섬유를 많이 보강하더라도 그 보강효과가 계속 증가할지는 미지수이다. 따라서 향후 이에 대한 연구가 필요하다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	조적조 건축물에 대한 내진보강방법들의 전단강도를 증가시키거나 연성을 증가시키는 방법에는 무엇이 있는가?	전단강도를 증가시키는 보강방법으로 기존 벽체에 강재 앵커를 삽입하는 강재 스크류 앵커 보강과 벽체에 유리섬유 보강재를 부착하는 방법이 있으며, 연성을 증가시키는 보강방법에는 벽체 접합부를 듀벨과 앵커 등을 사용하여 보강하는 방식인 Anchor Tie 보강과 슬래브 하부에 프리스트레스 강선 혹은 일반 철근을 설치하는 Steel Tie 보강방법이 있다. 또한 강성과 연성을 동시에 증가시키는 방법으로 벽체를 코어링하여 구멍을 낸 후 콘크리트와 철근을 사용하여 보강하는 코어링에 의한 보강, 외부에 버팀벽을 설치하거나 내부에 철골 골조를 설치하는 방법이 있다.
	비보강 조적조 건축물이 현재까지 많이 시공되어 온 이유는 무엇인가?	비보강 조적조 건축물은 재료를 쉽게 구할 수 있고 공사비가 저렴하며 시공이 용이하기 때문에 현재까지 많이 시공되어왔다. 그러나 조적조 건축물은 작은 인장력과 연성능력으로 인해 지진발생 지역에서 심각한 피해상황을 나타내고 있다.
	조적조 건축물이 지진발생 지역에서 심각한 피해를 입는 이유는 조적조 건출물의 어떤 특징 때문인가?	비보강 조적조 건축물은 재료를 쉽게 구할 수 있고 공사비가 저렴하며 시공이 용이하기 때문에 현재까지 많이 시공되어왔다. 그러나 조적조 건축물은 작은 인장력과 연성능력으로 인해 지진발생 지역에서 심각한 피해상황을 나타내고 있다. 우리나라 역시 과거에 비하여 지진의 빈도수와 강도가 급격하게 증가하고 있어 기존 조적조 건축물의 지진에 의한 피해가 심각할 것으로 사료된다.

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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