본 연구에서는 주거용 무량판구조의 내진성능을 개선하기 위한 면진적용 가능성을 평가하였으며, 시간이력 해석을 위한 지진기록 사용에 대한 문제점을 제시하였다. 면진층 강성 및 주기 평가 및 포락해석법을 적용하여 면진전 비틀림 모드가 강한 구조물을 면진시스템 적용으로 내진성능을 개선하였다. 지진기록 사용 및 크기 조절효과의 적정성을 평가하기 위하여 DBE, MCE, ASCE 7-05의 1.4DBE 의해 크기를 조정한 시간이력 해석결과를 비교한 결과, 구조물의 지반조건과 유사한 조건에서 관측된 지진기록 및 지진기록의 응답이 설계규준 응답스펙트럼의 평균${\pm}$표준편차 범위 안에 있는 기록을 사용하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 주거용 무량판구조의 내진성능을 개선하기 위한 면진적용 가능성을 평가하였으며, 시간이력 해석을 위한 지진기록 사용에 대한 문제점을 제시하였다. 면진층 강성 및 주기 평가 및 포락해석법을 적용하여 면진전 비틀림 모드가 강한 구조물을 면진시스템 적용으로 내진성능을 개선하였다. 지진기록 사용 및 크기 조절효과의 적정성을 평가하기 위하여 DBE, MCE, ASCE 7-05의 1.4DBE 의해 크기를 조정한 시간이력 해석결과를 비교한 결과, 구조물의 지반조건과 유사한 조건에서 관측된 지진기록 및 지진기록의 응답이 설계규준 응답스펙트럼의 평균${\pm}$표준편차 범위 안에 있는 기록을 사용하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
For the seismic performance enhancement of residential flat plate structure and for the selection of earthquake records, the possibility of base isolation is evaluated and the time history results are reviewed. By evaluating a base isolated stiffness, a target period, and an envelope curve analysis,...
For the seismic performance enhancement of residential flat plate structure and for the selection of earthquake records, the possibility of base isolation is evaluated and the time history results are reviewed. By evaluating a base isolated stiffness, a target period, and an envelope curve analysis, seismic performance of structure, which has strong rotational mode, is evaluated. For the propriety evaluation of earthquake records usage and scaling method, time history analysis is done with variables such as DBE(design base earthquake) level, MCE(maximum considerable earthquake) level, and 1.4DBE level. From the analysis results, following conclusions can be made; the earthquake records, which are used in base isolation analysis, should be selected by similar soil type which the structure is considered, and should be intensity scaled in a range of mean ${\pm}$ standard deviation of code based design response spectrum.
For the seismic performance enhancement of residential flat plate structure and for the selection of earthquake records, the possibility of base isolation is evaluated and the time history results are reviewed. By evaluating a base isolated stiffness, a target period, and an envelope curve analysis, seismic performance of structure, which has strong rotational mode, is evaluated. For the propriety evaluation of earthquake records usage and scaling method, time history analysis is done with variables such as DBE(design base earthquake) level, MCE(maximum considerable earthquake) level, and 1.4DBE level. From the analysis results, following conclusions can be made; the earthquake records, which are used in base isolation analysis, should be selected by similar soil type which the structure is considered, and should be intensity scaled in a range of mean ${\pm}$ standard deviation of code based design response spectrum.
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문제 정의
또한 면진해석을 위해 반드시 필요하지만, 아직 정리되지 않은 지진기록 사용에 대한 문제점을 제시하는데 있다. 주요한 연구내용은 아래와 같다.
본 연구에서는 DBE수준의 지진응답을 1.5 배 증가시킨 MCE 레벨의 시간이력 해석결과 및 DBE수준의지진응답을 ASCE 7-05에 의해 크기를 조정한 시간 이력 해석결과를 비교하여, 지진기록 선정 및 사용성의 가이드라인을 제시하고자 한다. 여기서 사용된 지진기록은 Table 2에 있는 것으로 KBC 2005 SC 지반의 응답스펙트럼과 유사한 응답스펙을 사용한 것이다.
그러나 일반적인 면진설계에 있어 지진에 대한 극한 안정성 평가는 면진장치의 안정성 평가를 위하여 반드시필요한 항목이다. 본 연구에서는 설계지진을 1.5배 증가시킨 경우에 대한 면진응답을 검토하였다. 그리고 ASCE 7-05의 면진해석시 사용되는 지진기록은 0.
본 연구에서는 주거용 무량판구조의 내진성능을 개선하기 위한 면진적용 가능성을 평가하였으며, 아직 정리되지 않은 지진기록 사용에 대한 문제점을 제시하였다.
본 연구의 목적은 주거용 무량판구조의 내진 성능을 개선하기 위한 방법으로 면진시스템을 채용하는데 있다. 또한 면진해석을 위해 반드시 필요하지만, 아직 정리되지 않은 지진기록 사용에 대한 문제점을 제시하는데 있다.
가설 설정
.지진기록은 지반조건과 유사한 조건에서 관측된 것을 사용하여야 된다.
5배 증가시킨 것이다. 또한 1.4DBE는 ASCE에 따라 특정 구간의 DBE 응답을 1.4배 증가시킨 것이다. DBE 수준에 있어 최대변위는 San Fernado 지진의 경우 177mm이며, MCE 경우 265mm로 산정되었다.
제안 방법
1) 본 연구에서는 면진장치에 생기는 인발력을 없애기 위해 전이층을 사용하였으며, 면진장치 간격을 넓히는 방법으로 면진설계를 수행하였다. 그 결과 면진 전 평면비정형성에 의한 비틀림 모드를 면진 시스템 적용으로 개선할 수 있었다.
또한 SMCAT⑵이라는 프로그램을 사용하여 Sc 지반과 유사한 S2, S3 지반의 기록을 선정하였다. 각각 의지 진기록은 최대지진가속도 PGA를 0.11g로 조정하여 그 응답특성을 비교하였다. 그리고 지진기록의 응답이 규준 응답스펙트럼의 평균土 표준편차 범위 안에 들어가는 것을 사용하였다.
11g로 조정하여 그 응답특성을 비교하였다. 그리고 지진기록의 응답이 규준 응답스펙트럼의 평균土 표준편차 범위 안에 들어가는 것을 사용하였다. 최종적으로 선정된 지진기록의 응답을 Fig.
S (1992)②에서 수집하였으며, 지진기록은 BAP⑵이라는 프로그램을 이용하여 기록의 오차를 보정하였다. 또한 SMCAT⑵이라는 프로그램을 사용하여 Sc 지반과 유사한 S2, S3 지반의 기록을 선정하였다. 각각 의지 진기록은 최대지진가속도 PGA를 0.
본 연구의 대상 건물은 23층인 고층이고, 회전 모드가 지배적이어서 면진장치의 선정을 용이하게 하기 위한 예비설계를 수행하였다. 먼저 면진층의 강성을 산정하여, 필요한 면진장치를 선정한 뒤, 개발된 포락해석도표를 이용하여 면진변위를 산정하는 절차로 예비설계를 진행하였다. 이는 일본건축학회의 면진 구조설계지침(2001)⑷을 참고로 한 것이며 자세한 내용은 아래와 같다.
즉 본 건물의 평면 비정형성이 커, 면진설계시 적용효과를 적절히 평가할 수 있는 것으로 판단된다. 물론 건물 외부에 강한 테두리 보를 설치하는 등의 보완책이 있을 수 있지만, 본 연구에서는 면진을 적용하기로 하였다.
본연구에서는 일차적으로 면진층 상부 기둥하부에 일일이 면진장치를 설치하였으나, 평면 비정형성에 의한 비틀림 및 편심이 커서, 2m 두께의 전이층을 설치한 뒤 면진장치를 배치하기로 하였다. 3.
0007로 평가되었다. 해석변수로는 면진해석전 응답 스펙트럼 동특성, 응답스펙트럼을 적용한 면진 해석 시동 특성, 3개의 지진기록을 사용한 면진해석시 동특성 등 5가지 경우를 고려하였다. 시간이력해석에 의한 고유 주기는 3.
대상 데이터
본연구에서는 일차적으로 면진층 상부 기둥하부에 일일이 면진장치를 설치하였으나, 평면 비정형성에 의한 비틀림 및 편심이 커서, 2m 두께의 전이층을 설치한 뒤 면진장치를 배치하기로 하였다. 3.2절의 절차에 의한 면진장치는 국내여건을 고려하여, 천연고무계 면진 장치](Rubber Bearing, RB) 9개 및 납봉삽입 적층 고무(Lead Rubber Bearing, LRB) 16개를 사용하였다. 여기서 RB는 감쇠능력이 없으며, LRB는 복원력 특성 및 감쇠능력을 보유하고 있는 장치이다.
그림에서 면진대상은 5층을 전이층으로 한 6층 이상의 상부구조이다. 따라서 층수는 5층 밑면을 기초로 변경되기 때문에, 전체 23층 건물이 된다.
응답이 유사한 지진파를 사용하였다. 본 연구에서 사용된 지진기록은 U.S.D.C.(1996)와 U.S.G.S (1992)②에서 수집하였으며, 지진기록은 BAP⑵이라는 프로그램을 이용하여 기록의 오차를 보정하였다. 또한 SMCAT⑵이라는 프로그램을 사용하여 Sc 지반과 유사한 S2, S3 지반의 기록을 선정하였다.
본 연구에서는 기존연구②에 의거, 설계용 응답 스펙트럼과 응답이 유사한 지진파를 사용하였다. 본 연구에서 사용된 지진기록은 U.
즉 예비설계 단계에서 주기를 산정하여 필요한 면진장치의 수평강성을 결정하여야 되는 것이다. 본 연구의 대상 건물은 23층인 고층이고, 회전 모드가 지배적이어서 면진장치의 선정을 용이하게 하기 위한 예비설계를 수행하였다. 먼저 면진층의 강성을 산정하여, 필요한 면진장치를 선정한 뒤, 개발된 포락해석도표를 이용하여 면진변위를 산정하는 절차로 예비설계를 진행하였다.
여기서 RB는 감쇠능력이 없으며, LRB는 복원력 특성 및 감쇠능력을 보유하고 있는 장치이다. 본연구에서 대상으로 하는 면진장치에 대한 국산 제원이 부족하여 일본의 오일러스사 제품을 사용하였으며, 제원은 Table 1에 나타내었다. 상부에서 내려오는 축력에 대한 면압을 평가하여 면진장치의 지름은 800 mm로 하였다.
지난 30여 년 동안 일본, 미국, 뉴질랜드 등을 중심으로 실험과 해석적인 연구를 통한 다양한 면진장치가 개발되었으며, 다양한 건물에의 실무적용을 위한 설계기준 및 지침의 제정 및 개정됨에 기인하여 면진기술이 급속하게 발전하고 있는 추세이다. 한국도 2001년 준공된 서초동 트라움하우스, 2006년 주공의 서산복지관 및 H 건설에서 시공중인 아파트 등의 면진적용 사례가 있다. 2005년 4월 6일 개정된 “건축물하중기준(KBC 2005 라 칭함)”에 의해 모든 건축구조물은 강화된 내진 기준을 따라야 한다.
이론/모형
면진적용을 위한 기준은 일본건축학회의 면진 구조설계지침(2001)⑸ 및 미국 ASCE의 7-05(2005)⑷가 일반적으로 사용되고 있으며, 본 연구에서는 두 기준을 적절히 혼용하여 사용한다.
성능/효과
2) 시간이력해석을 위한 지진기록사용에 있어, 구조물의 지반조건과 유사한 조건에서 관측된 지진기록을 사용하여야 된다. 또한 지진기록의 응답이 설계규준 응답스펙트럼의 평균 土 표준편차(m±l, i) 범위안에 들어가는 지진파를 사용하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
3) 설계주기 및 최대주기 범위에서 지진응답을 조정하는 ASCE 7-05는 지진응답을 매우 크게 증폭시킬 수 있으므로, 이에 대한 적절한 검토 및 지진기록사용에 신중을 기하여야 될 것으로 판단된다.
후 층변위량이 현저하게 줄어듬을 확인할 수 있었다. 3개 의지 진기록을 사용한 시간이력 해석결과는 상당히 중요한 결과를 나타내었는데, 설계기준의 응답 스펙트럼과 유사한 형상을 가진 지진기록을 사용하더라도, 그 응답은 상당한 차이를 나타낼 수 있다는 것이다. Fig.
구조물의 경계비선형 해석이 가능한 프로그램을 사용한 면진해석 결과, 편심비는 X방향 0.0006, Y방향 0.0007로 평가되었다. 해석변수로는 면진해석전 응답 스펙트럼 동특성, 응답스펙트럼을 적용한 면진 해석 시동 특성, 3개의 지진기록을 사용한 면진해석시 동특성 등 5가지 경우를 고려하였다.
방법으로 면진설계를 수행하였다. 그 결과 면진 전 평면비정형성에 의한 비틀림 모드를 면진 시스템 적용으로 개선할 수 있었다.
된다. 또한 지진기록의 응답이 설계규준 응답스펙트럼의 평균 土 표준편차(m±l, i) 범위안에 들어가는 지진파를 사용하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
8에서 Seismic Design은 면 진전 응답스펙트럼을 사용한 응답을, Iso-lation Response는 응답스펙트럼을 사용한 면진응답을, 그 외는 시간이력해석에 의한 면진응답을 나타낸다. 이에 의하면, 면진후 거동은 면진전 거동에 비하여 층 변위 양이 감소됨을 확인할 수 있었다. 특히 같은 응답 스펙트럼을 변수로 한 응답을 비교해보면, 면진전 .
2의 평면에서도 알 수 있듯이 3세대를 구성하기 위한 세대간벽의 영향으로 판단된다. 즉 본 건물의 평면 비정형성이 커, 면진설계시 적용효과를 적절히 평가할 수 있는 것으로 판단된다. 물론 건물 외부에 강한 테두리 보를 설치하는 등의 보완책이 있을 수 있지만, 본 연구에서는 면진을 적용하기로 하였다.
특히 같은 응답 스펙트럼을 변수로 한 응답을 비교해보면, 면진전 . 후 층변위량이 현저하게 줄어듬을 확인할 수 있었다. 3개 의지 진기록을 사용한 시간이력 해석결과는 상당히 중요한 결과를 나타내었는데, 설계기준의 응답 스펙트럼과 유사한 형상을 가진 지진기록을 사용하더라도, 그 응답은 상당한 차이를 나타낼 수 있다는 것이다.
후속연구
따라서 거주 공간을 제약하는 전단벽이나 브레이스 등을 설치하여야 될 필요성이 증가되고 있다. 거주성을 제한하는 추가적인 부재 설치에 대한 대안으로 지반과 건물을 분리시키는 면진장치를 사용한 지진력 저항 시스템을 구축한다면, 주거용 무량판구조는 중력하중과 약간의 수평 하중만을 지지하는 독립적인 구조시스템으로 현행 기준의 제약성을 해결할 수 있는 것으로 판단된다.
또한 MCE 수준에 대한 명확한 정의 및 속도 스펙트럼에 대한 개발이 필요한 것으로 판단된다.
이는 면진장치 허용 변형량 400 mm를 초과하는 것으로, ASCE 7-05에 의한 지진크기 조정방법에 대한 보완이 필요한 것으로 판단된다. 이상의 연구 결과로부터, KBC 2005에는 면진해석시 사용될 지진기록에 대한 규정이 없지만, 아래와 같은 방법으로 지진기록을 선정하는 것이 적절한 것으로 판단되며, 향후 이에 대한 심도 깊은 연구가 필요한 것으로 판단된다.
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