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CFT기둥-RC 무량판 접합부의 펀칭전단강도 및 거동
Punching Shear Strength and Behavior of CFT Column to RC Flat Plate connections 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.18 no.4 = no.83, 2006년, pp.491 - 502  

이철호 (서울대학교 건축학과) ,  김진원 (서울대학교 대학원)

초록
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본 논문은 중력하중의 지배를 받는 CFT기둥-RC 무량판 접합부의 실물대 실험결과를 요약한 것이다. CFT구조는 여러 가지 구조및 시공상의 장점으로 인하여 국내 건설 현장에서 상대적으로 짧은 시간에 폭넓게 수용되고 있다. 주차장 용도로 주로 사용되는 지하층은 철근콘크리트 무량판으로 시공하여 경제성을 도모하는 것이 국내에서 일반적으로 요구되는 시공관행이다. 그러나 CFT기둥-R C 무량판 접합부의 효율적인 디테일은 아직 국내 외적으로 제시된 바가 없어서 이 분야의 연구가 매우 필요한 실정이다. 현장 시공시 경제성을 극대화할 수 있는 몇 가지 전략을 기초로 해서, 여러가지 접합 상세를 제안하였고 실험을 통하여 검증하엿다. 실험결과 본 연구에서 제시된 CFT기둥-RC 무량판 접합 상세의 펀칭강도 및 강성이 RC 무량판 접합부와 동등하거나 이를 상회하는 것을 확인할 수 있었다. CFT기둥-RC 무량판 접합부의 초기 탄성거동에서 펀칭파괴이후 휨철근의 국부 현수작용에 이르기까지의 모델링 방안을 제시하고 본 연구의 실험결과를 기초로 5개의 모델링 변수를 캘리브레이션하였다. 또한 무량판구조의 연쇄붕괴방지 설계에 본 연구의 결과를 응용하는 방안을 사례를 통하여 예시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper summarizes full-scale test results on CFT column-to- flat plate connections has gained wide acceptance subjected to gravity loading. CFT construction has gained wide acceptance in a relatively short time in domestic building construction practice due to its various structural and construc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 통상 주 열대 휨모멘트의 가운데 기둥폭에 부과되는 휨모멘트의 전달을 위해 휨철근의 전강도이음을 위한 현장용접이 불가피하다. 그러나 본 연구에서는 휨철근을 현장 용접하지 않고도 휨철근의 전강도를 발휘할 수 있는 효과적 정착방안을 모색하였다.
  • 그러나 이에 비례하여 기둥 외주면에서 형성되는 펀칭전단의 주장 역시 대폭 감소하므로 펀칭전단에 대한 취약성은 오히려 증대되는 부작용을 노출하고 있다. 본 연구는 필자가 최근에 수행한 기존연구 (이철호 등 2005)의 연속으로서, 일반 RC기目무량판 접합 부의 내력과 동등하거나 또는 이를 상회하는 접합부내력을 갖는 동시에 뛰어난 시공성을 지닌 CFT기둥-RC 무량판 접합부의 상세 및 설계법을 제시하고자 하였다. 또한 CFT기둥-RC 무량판 접합부의 초기 탄성거동에서 펀칭파괴이후 국부 현수작용에 이르기까지 전 거동의 모델링 방안을 제시하고 이를 활용한 연쇄 붕괴방지 설계법을 제안하였다.
  • 이장에서는 펀칭파괴이후 휨철근의 국부 현수작용 모델을 제시하고 제한된 실험결과를 기초로 관련 변수를 제시하고자 한다. 그림 9는 본 연구에서 제시하는 펀칭파괴이후 국부현수작용(local catenary action, 또는 local cable action) 모델을 도시한 것으로서, 펀칭파괴 이후 접합부 외주면에 위치한 철근(휨인장 철근 및 포스트펀칭 철근에 국부적으로 킹크 (kink)가 발생하고 이 킹크 철근의 수직력 성분이 펀칭 파괴 이후의 중력하중을 부담하는 모델이다.
  • 이하에서는 4절에서 제시한 모델링 방안을 토대로 무량판구조의 연쇄붕괴방지 설계법을 사례를 들어 제시하고자 한다.
  • 이하에서는 포스트펀칭 철근이 배근된 CFT기둥 -RC 무량판 접합부의 모델링 방안을 제시하고 제한된 실험 결과를 기초로 관련 변수를 캘리브레이션 하고자 한다. 이 결과는 다음 5장에서 보듯이 무량판구조의 연쇄붕괴방지 설계에 응용될 수 있다.

가설 설정

  • 무량판 접합부의 흡수에너지를 도시한 것이다. 1층 기둥의 축력이 한일과 CFT기目RC 무량판 접합부의 흡수에너지가 같다고 가정함으로써 에너지 균형에 의한 평형점伤耻)을 산정할 수 있다. (식 (8)참조) .
  • 검토조건 : 그림 13과 슬래브 바닥판의 전체 현수작용이 동원되기 이전에 그림 14와 같은 펀칭이후의 국부 현수작용이 우선하는 파괴모드를 가정 ; 정방형 경간 6 m X 6 m이고(따라서 a= 6000/4*2= 3000 mm). 4층인 CFT.
  • 4층인 CFT.무량판 구조물로서 본 연구에서 제안된 상세에 따라 설계된 것建 가정 ; 기둥치수 400 mm X 400 mm: 슬래브 두께 200(mm), 마감/파티션/반자 포함한 D(총고정하중)= 7.84(kN/m2); L(적재하중) = 5.88(kN/m2); 콘크리트강도= 27.0(MPa); 철근규격 SI340 (공칭강도= 392 MPa. 예상강도= 421.
  • 방폭설계상의 기둥제거 시나리오에 따라 1층 기등의 손실을 가정한다. 1층 기등의 축력을 고정하중과 적재하중의 25%를 산정하면(Department of Defense, 2004), 는 1340.
  • 이 경계선의 위치를 파악하기 위하여 범용 유한요소해석프로그램인 ABAQUS를 이용하여 해석을 수행하였다. 슬래브 스팬길이(L)의 두배에 해당하는 정방형 플레이트에 4변이 고정되어 있다고 가정하고 중앙부에 집중하중을 가하여 해석을 수행하였다. 정방형 플레이트는 연속체 요소인 C3D8I를 사용하여 모델링 하였다.
  • 88 kN/m2)을 사용하였다(대한건축학회 2000). 슬래브의 스팬 길이는 6 m X 6 m, 기둥 크기는 400 mm x 400 mm 로 가정하여 직접설계법에 의해 시험체를 설계하였다. CFT기 目RC 무량판 접합부의 전단키로는 9 mm 강판 (SS400)을 사용하여 제작된 전단티와, H-100xl00x6x8 (83400)5] 전단 머리를 사용하였고, 용접봉은 인장강도 Fexx= 490 MPa 급을 사용하였다.
  • 0(MPa); 철근규격 SI340 (공칭강도= 392 MPa. 예상강도= 421.4 MPa; 기둥관통 휨 철근(상단철근)은 양방향으로 2-D16, 포스트펀칭 철근은 양방향으로 2-D25가 4개층 모두 동일하게 배근된 것으로 가정 .
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참고문헌 (9)

  1. 대한건축학회 (2000), '건축물 하중기준 및 해설', 태림문화사 

  2. 이철호, 김진원, 오정근. (2005), '콘크리트 충전각형강과 (CFT)기둥과 철근콘크리트 무량판 접합부 상세 및 설계 법 개발을 위한 실험연구', 강구조학회 논문집, 제 17권 4 호, pp.481-490 

  3. AISC (2001), Manual of Steel Construction: Load and Resistance Factor Design, Third Edition 

  4. ACI Committe 318 (2005), Building Code Requirements fo Structural Concrete (ACI 318-05) and Commentary (ACI 318R-05), American Concrete Institute (ACI), Detroit, Mich 

  5. C. K. Wang and C. G. Salmon (1979), Reinforced concrete design, Harper & Row Publishers 

  6. N. M. Hawkins (1974), Shear strength of slabs with shear reinforcement, Shear in reinforced concrete, Vol. 2 (SP-42). Detroit: ACI, pp.785-816 

  7. W. G. Corley and N. M. Hawkins (1968), Shearhead reinforcement for slabs, ACI Journal, Proceedings, 65, October, pp. 811-824 

  8. S.P. Timoshenko and S.W.-Krieger (1987), Theory of plates and shells, McGraw-Hill Book co., pp. 141-143 

  9. Department of Defense, (2004), Design of Buildings to Resist Progressive Collapse, Unified Faculties Criteria UFC 4-023-03, approved for public release, distribution unlimited 

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