본 연구의 목적은 하부층에 필로티 구조, 상부층에 전단벽식구조를 가진 저층 철근콘크리트 건물의 내진설계 및 내진성능 평가를 위한 기본적인 자료를 제공하는 것으로서, 비선형 지진응답해석을 실시하여 각 층의 내력과 연성율 사이의 상관관계를 파악하여, 이것들의 비율이 건물 전체의 내진성능에 어떻게 영향을 미치는가를 검토하였다. 본 연구에서는 필로티 구조를 가진 저층 철근콘크리트 전단벽식 건물의 특성을 2질점계로 치환하였으며, 하부층인 필로티 구조는 휨파괴형으로 상부층인 전단벽식 구조는 전단파괴형 시스템으로 각각 모델링하였다. 또한 각층의 복원력 특성으로는 필로티 구조는 Degrading Trilinear Model(휨파괴형), 상부층은 Origin Oriented Model(전단파괴형)을 선정하였다. 상기 복원력 특성은 각 층의 보유내력에 의하여 변화를 하며, 지진응답해석용 입력지진파로는 8개의 피해지진의 가속도 성분을 선정하여 이들 가속도 성분의 최대가속도를 0.1g, 0.2g, 0.3g로 표준화 하였다. 각각 지진강도수준에 따라 지진 응답해석을 실시하여 하부층 필로티 구조와 상부층 전단벽식 구조의 내력비와 응답 연성율 사이의 상관관계를 파악하였다. 최종적으로 특정 연성율을 위한 필로티 구조를 가진 저층 철근콘크리트 전단벽식 건물의 요구내력을 산정하여 요구내력 스펙트럼(Required Strength Spectrum)을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 요구내력스펙트럼은 특정 지역에서 요구하는 지진수준에 대하여 지진발생시 특정 연성율 이내로 머물게 하는 하한내력의 범위를 파악할 수 있는 등, 연구결과는 필로티 구조를 가진 철근콘크리트 전단벽식 건물의 내진성능평가 및 내진설계의 기본적인 자료로서 활용 가능하다고 사료된다.
본 연구의 목적은 하부층에 필로티 구조, 상부층에 전단벽식구조를 가진 저층 철근콘크리트 건물의 내진설계 및 내진성능 평가를 위한 기본적인 자료를 제공하는 것으로서, 비선형 지진응답해석을 실시하여 각 층의 내력과 연성율 사이의 상관관계를 파악하여, 이것들의 비율이 건물 전체의 내진성능에 어떻게 영향을 미치는가를 검토하였다. 본 연구에서는 필로티 구조를 가진 저층 철근콘크리트 전단벽식 건물의 특성을 2질점계로 치환하였으며, 하부층인 필로티 구조는 휨파괴형으로 상부층인 전단벽식 구조는 전단파괴형 시스템으로 각각 모델링하였다. 또한 각층의 복원력 특성으로는 필로티 구조는 Degrading Trilinear Model(휨파괴형), 상부층은 Origin Oriented Model(전단파괴형)을 선정하였다. 상기 복원력 특성은 각 층의 보유내력에 의하여 변화를 하며, 지진응답해석용 입력지진파로는 8개의 피해지진의 가속도 성분을 선정하여 이들 가속도 성분의 최대가속도를 0.1g, 0.2g, 0.3g로 표준화 하였다. 각각 지진강도수준에 따라 지진 응답해석을 실시하여 하부층 필로티 구조와 상부층 전단벽식 구조의 내력비와 응답 연성율 사이의 상관관계를 파악하였다. 최종적으로 특정 연성율을 위한 필로티 구조를 가진 저층 철근콘크리트 전단벽식 건물의 요구내력을 산정하여 요구내력 스펙트럼(Required Strength Spectrum)을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 요구내력스펙트럼은 특정 지역에서 요구하는 지진수준에 대하여 지진발생시 특정 연성율 이내로 머물게 하는 하한내력의 범위를 파악할 수 있는 등, 연구결과는 필로티 구조를 가진 철근콘크리트 전단벽식 건물의 내진성능평가 및 내진설계의 기본적인 자료로서 활용 가능하다고 사료된다.
The main purpose of this study is to provide a basic information for the seismic capacity evaluation and the seismic design of low-rise reinforced concrete (RC) shear wall buildings, which are comprised of a pilotis in the first story. In this study, relationships between strengths and ductilities o...
The main purpose of this study is to provide a basic information for the seismic capacity evaluation and the seismic design of low-rise reinforced concrete (RC) shear wall buildings, which are comprised of a pilotis in the first story. In this study, relationships between strengths and ductilities of each story of RC buildings with pilotis are investigated based on the nonlinear seismic response analysis. The characteristics of low-rise RC buildings with pilotis are assumed as the double degree of freedom structural systems. In order to simulate these systems, the pilotis is idealized as a degrading trilinear hysteretic model that fails in flexure and the upper story of shear wall system is idealized as a origin-oriented hysteretic model that fails in shear, respectively. Stiffness properties of both models are varied in terms of story shear coefficients and structures are subjected to various ground motion components. By analyzing these systems, interaction curves of required strengths for various levels of ductility factors are finally derived for practical purposes. The result indicates that the required strength levels derived can be used as a basic information for seismic evaluation and design criteria of low-rise reinforced concrete shear wall buildings having pilotis structure.
The main purpose of this study is to provide a basic information for the seismic capacity evaluation and the seismic design of low-rise reinforced concrete (RC) shear wall buildings, which are comprised of a pilotis in the first story. In this study, relationships between strengths and ductilities of each story of RC buildings with pilotis are investigated based on the nonlinear seismic response analysis. The characteristics of low-rise RC buildings with pilotis are assumed as the double degree of freedom structural systems. In order to simulate these systems, the pilotis is idealized as a degrading trilinear hysteretic model that fails in flexure and the upper story of shear wall system is idealized as a origin-oriented hysteretic model that fails in shear, respectively. Stiffness properties of both models are varied in terms of story shear coefficients and structures are subjected to various ground motion components. By analyzing these systems, interaction curves of required strengths for various levels of ductility factors are finally derived for practical purposes. The result indicates that the required strength levels derived can be used as a basic information for seismic evaluation and design criteria of low-rise reinforced concrete shear wall buildings having pilotis structure.
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문제 정의
본 연구에서는 1층에 필로티 구조를 가지는 저층 RC 전단벽식 건물의 내진성능 평가 및 내진설계를 위한 기본적인 자료를 얻는 것을 주목적으로, 비선형 지진응답해석을 실시하여 하부 필로티 구조 및 상부 전단벽식 구조의 내력과 연성율 사이의 상관관계를 파악하여, 이것들의 비율이 건물 전체의 내진성능에 어떻게 영향을 미치는가를 검토한다. 최종적으로 특정 연성율을 위한 필로티 구조를 가진 저층 RC 전단벽식 건물의 요구내력을 최종적으로 산정하여 요구 내력 스펙트럼을 제안한다.
가설 설정
감쇠는 내부점성감쇠(Viscous Damping)로서 식 (1)의 감쇠계수를 C, 및 C/는 식 (4)에 나타내는 것과 같이 순간 회전진동수 (3)를 이용하여 결정하였으며, 감쇠율任)은 RC 건물의 진동 특성을 고려하여 3%로 하였다(이3). 또한 식(])의 운동방정식의 해를 계산하기위한 수치적분법은 Newmark-P Method (B=1/6)SJ7)를 사용하였으며, 건물높이(h)는 각층 3.5m로 가정하였다.
실제 구조물은 입체적으로 복잡하게 진동을 하지만, 본 연구에서는 수평방향의 지진력만 고려를 하며 전단파괴형 부재, 특히 전단벽의 불균등 배치에 의한 뒤틀림, 또는 전단 벽의 파괴에 잇따른 내력 뒤틀림은 없는 것으로 가정한다. 또한 일반적으로 전단벽이 배치된 저층 RC 건물은 경계보및 직교보 등의 항복에 의하여 전단벽의 종국내력이 도달 못하는 경우라든지, Sway 및 Rocking의 영향에 의하여 고유 주기가 크게 늘어나는 등의 진동특성이 기초.
또한 일반적으로 전단벽이 배치된 저층 RC 건물은 경계보및 직교보 등의 항복에 의하여 전단벽의 종국내력이 도달 못하는 경우라든지, Sway 및 Rocking의 영향에 의하여 고유 주기가 크게 늘어나는 등의 진동특성이 기초. 지반의 성질에 좌우되는 경우도 있지만, 본 연구에서는 이들의 특성을 무시를 하며 기초를 고정으로 가정한다.
제안 방법
내력, 즉 전단력계수 c!y 및 0“를 0.1 ~ 1.0(0.1간격) 의 범위로 각각 변화를 시켜 비선형 지진응답해석을 실시하였다. 그림 4~그림 6은 El Centro.
상기 2가지 부재의 복원력특성은 각 부재의 보유 내력에 의하여 변화를 하며, 구조물의 입력지진파로서는 8개의 전형적인 피해지진의 가속도 성분을 각각 선정하였다. 각 지진파의 강도수준에 따라 응답해석을 실시하여 필로티 구조의 휨기등과 전단벽의 내력비와 응답 연성율 사이의 상관관계를 계산하였다. 또한 실용적인 목적을 위하여 상기 상관관계를 바탕으로 특정 연성율을 위한 필로티 구조를 가진 저층 RC 전단벽식 건물의 요구내력을 최종적으로 산정하여 요구내력 스펙트럼을 제안하였다.
1간격) 로 변화를 시켜 비선형 지진응답해석을 실시하였다. 감쇠는 내부점성감쇠(Viscous Damping)로서 식 (1)의 감쇠계수를 C, 및 C/는 식 (4)에 나타내는 것과 같이 순간 회전진동수 (3)를 이용하여 결정하였으며, 감쇠율任)은 RC 건물의 진동 특성을 고려하여 3%로 하였다(이3). 또한 식(])의 운동방정식의 해를 계산하기위한 수치적분법은 Newmark-P Method (B=1/6)SJ7)를 사용하였으며, 건물높이(h)는 각층 3.
각 지진파의 강도수준에 따라 응답해석을 실시하여 필로티 구조의 휨기등과 전단벽의 내력비와 응답 연성율 사이의 상관관계를 계산하였다. 또한 실용적인 목적을 위하여 상기 상관관계를 바탕으로 특정 연성율을 위한 필로티 구조를 가진 저층 RC 전단벽식 건물의 요구내력을 최종적으로 산정하여 요구내력 스펙트럼을 제안하였다.
본 연구에서는 입력지진파로서 표 1에 표시한 총 8개의 기록지진 가속도 성분을 선정하였으며, 이들 가속도 성분의 최대가속도를 a=0.1g, 0.2g 및 0.3g로 각각 표준화하였으며, 각 부재의 내력은 C5y 및 를 각각 0.1 ~1.0(0.1간격) 로 변화를 시켜 비선형 지진응답해석을 실시하였다. 감쇠는 내부점성감쇠(Viscous Damping)로서 식 (1)의 감쇠계수를 C, 및 C/는 식 (4)에 나타내는 것과 같이 순간 회전진동수 (3)를 이용하여 결정하였으며, 감쇠율任)은 RC 건물의 진동 특성을 고려하여 3%로 하였다(이3).
1개로 축소시킬 수 있다. 본 연구에서는 전단벽의 복원력 특성인 Origin-Oriented Model의 변수를 전단 종국 내력(K“)으로 선정하였으며, 층전단력계수(C£)의 형식으로 실제 해석 시에는 고려하였다.
본 연구에서는 표 1에 나타낸 8개의 지진파에 대한 각각의 응답 연성율(그림 7~그림 11)의 상한값 및 평균값을 바탕으로 필로티 구조(휨파괴형 부재)를 가진 저층 RC 전단벽식(전단파괴형 부재) 건물의 요구내력 스펙트럼을 그림 12와 같이 유도하였다. 그림 12는 지진강도가 각각 a=0.
본 연구에서는 필로티 구조를 가진 저층 RC 전단벽식 건물을 대상으로 비선형 지진응답해석을 실시하여, 하부 필로티 구조 및 상부 전단벽식 구조의 내력과 연성능력 사이의 상관관계를 파악하였으며, 또한 특정 지진강도에 따른 특정연성율을 위한 요구내력을 산정하여 요구내력 스펙트럼을 제안하였다. 이상 결론을 정리하면 다음과 같다.
상기 2가지 부재의 복원력특성은 각 부재의 보유 내력에 의하여 변화를 하며, 구조물의 입력지진파로서는 8개의 전형적인 피해지진의 가속도 성분을 각각 선정하였다. 각 지진파의 강도수준에 따라 응답해석을 실시하여 필로티 구조의 휨기등과 전단벽의 내력비와 응답 연성율 사이의 상관관계를 계산하였다.
한편, 문헌 [14] 및 [15]에 의하면 휨파괴형 부재는 평균적으로 부재각 약 1/150 radian 에서 항복변위에 도달하며, 이를 고려한다면 최종적으로 독립변수는 1개로 축소시킬 수 있다. 최종적으로 Degrading Trilinear Model의 변수로서 휨항복내력(I九)을 선정하였고, 층전단력계수((有)(%;를 건물중량으로 나눈값)의 형식으로 지진응답해석을 수행하였다.
최종적으로 특정 연성율을 위한 필로티 구조를 가진 저층 RC 전단벽식 건물의 요구내력을 최종적으로 산정하여 요구 내력 스펙트럼을 제안한다.
이론/모형
본 연구에서는 전단벽의 복원력 특성으로서 Umemura⑼에 의해 제안된 Origin-Oriented Model을 사용하였다(그림 3(b) 참조). Origin-Oriented Model도 7개의 변수, 즉 ksl, ks2, ksu, Vsc, Vsu, 6SC, 5SU 가운데, 4개의 변수 匸c, 匕”, 8SC, 6SJ 에 의해 결정되어진다.
본 연구에서는 필로티 구조 휨파괴형 부재(휨기둥)의 복원력 특성으로 그림 3 (a) 에 나타낸 Degrading Trilinear Model(9-13) 을 선정하였다. 이 모델은 복원력을 결정하는 7개의 변수, 즉 kfl, kf2, kfy, Vfc, Vfy, 6fc, 6切 가운데, 4개의 변수*( Vfc, Vfy, 队, 晩)에 의하여 결정되어진다.
성능/효과
(1) 설정된 8개의 지진파에 따른 응답연성율을 비교한 결과 저층 RC 건물에 거대한 피해를 준 Hachinohe 지진파 (1968년 일본)가 전반적으로 큰 응답을 나타낸 반면, Kobe 지진파(1995년 일본)가 상대적으로 작은 응답을 나타내었다.
(2) 내력변화에 따른 복원력특성을 분석하여 얻은 응답 연성율에서 하부 필로티 구조의 내력이 커질수록 상부 벽식구조의 지진응답이 점점 커지는 경향을 나타내었다 (하부 필로티 구조의 응답은 작아짐). 이는 휨파괴형 하부층이 입력지진동에 비해 충분한 내력을 확보하고 있으면 대부분의 지진에너지는 상부층으로 전달되어 상부층에 지진에너지가 집중되기 때문이라고 판단된다.
후속연구
(3) 본 연구에서 유도한 요구내력은 특정지진수준에 대하여 특정 연성율을 초과하지 못하게 하는 하한내력의 범위를 파악할 수 있으며, 또한 기존 필로티 구조를 가진 저층 철근콘크리트 전단벽식 건물의 특정지진수준에 대한 응답연성율을 파악할 수 있는 등, 이 유도결과는 필로티 구조를 가진 저층 RC 전단벽식 건물의 내진 성능평가 및 내진설계의 기본적인 자료로서 활용 가능하다고 사료된다.
(4) 향후, 필로티 구조를 가진 저층 RC 전단벽식 건물과 지진피해 정도와의 상관관계를 파악하여 이것들이 건물 전체의 손상에 어떻게 영향을 미치는가를 검토할 필요성이 있으며, 또한 본 연구에서 유도한 요구내력과 비교. 검토하여 내진성능이 확보되는 내력영역 및 불확실한 영역을 제안 할 필요성이 있다고 사료된다.
. 또한 상기 요구내력 스펙트럼은 현존하는 필로티 구조를 가지는 저층 RC 전단벽식 건물의 내진성능을 효과적으로 평가가 가능하며, 또한 내진보강을 위한 기본적인 자료로서도 활용이 가능하다. 국내 .
본 연구에서 제안한 요구내력 스펙트럼은 필로티를 가진 저층 RC 전단벽식 건물의 내진성능평가 및 내진설계를 위한 기본적인 자료로서 활용가능하다고 판단된다.
그러나 주지의 사실로 동적해석법은 고도의 전문지식을 필요로 하는 복잡한 과정을 수행해야만 하며, 성능 수준을 만족하지 못하면 반복하여 재검토를 해야 한다. 필로티 구조를 가지는 RC 전단벽식 건물의 내진설계를 위한 기본 계획단계에서 설정한 변형능력(특정 연성율^ 머물게 하기 위한 내력 범위를 평가할 수 있는 카테고리, 즉요구내력주') 스펙트럼(Required Strength Spectrum) 등을 이용한다면 효율적으로 내진설계가 가능하리라 판단된다. .
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