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필로티형 고층 RC건물의 비선형시간이력해석
Non-linear Time History Analysis of Piloti-Type High-rise RC Buildings 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.13 no.1 = no.65, 2009년, pp.35 - 43  

고동우 (제주대학교 공과대학 건축학부) ,  이한선 (고려대학교 공과대학 건축사회환경시스템공학과)

초록
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강한 지진에 대한 필로티형 고층 철근콘크리트 건물의 거동을 묘사하기 위한 해석기법의 개발과 성능평가를 위해, 상부벽식 하부 골조형식인 필로티형 건물에 대한 1/12축소 진동대 실험결과와 OpenSees를 이용하여 실험모델에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 결과를 비교하였다. 하부골조 형식은 모두 골조로 이루어진 형태(BF)와 전단벽이 한쪽 외부골조에 치우쳐 비틀림이 발생하는 형태(ESW)의 실험체에 대해 해석연구를 수행하였다. 철근과 콘크리트의 응력-변형률관계를 정의한 후 이를 단면에 이식시킨 섬유모델을 통해 비선형거동을 나타내도록 하였으며, 벽체는 MVLEM모델을 이용하였다. 해석결과 본 논문에서 제시한 비선형 모델은 필로티층의 거동(예를 들면 필로티층의 항복강도와 강성 상부구조물의 흔들림, 거동, 그리고 축력의 변화에 따른 축강성과 전단강성의 변화)을 비교적 정확하게 묘사하였다. 그러나 MVLEM으로 벽체의 비선형거동을 구성한 결과 거시거동은 실제 모델을 잘 따랐으나, 비틀림이 주된 진동주기일 때 발생하는 벽체 횡강성의 급격한 증가와 Warping현상으로 인해 코너기둥에 발생하는 과도한 인장력은 제대로 반영하지 못하였다. 비선형 해석으로 설계부재력을 구할 경우 실제보다 약 $20{\sim}30%$ 작게 나타났는데, 이는 실험과 해석방법의 차이때문에 발생한 것으로 보이며, 비선형 거동이 과도하게 발생한 수준의 지진에 대해서는 필로티형 건물의 거동특성을 충실히 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Two types of piloti-type high-rise RC building structures having irregularity in the lower two stories were selected as prototypes, and nonlinear time history analysis was performed using OpenSees to verify the analysis technique and to investigate the seismic capacity of those buildings. One of the...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 8g인 Taft080은 강진지역에서도 드물게 발생하는 지진수준에 해당한다. 본 연구에서는 비탄성거동이 뚜렷하게 나타나는 Taft080의 해석과 실험 결과를 위주로 정리하였다.
  • 시간이력 해석의 특성상 어떤 지진파를 선택하였는가에 따라서도 차이가 발생하여 기준에서는 이와 같은 규정을 두고 있다. 본 연구에서는 해석모델이 실험결과 나타난 비선형 거동특성을 얼마나 정확히 묘사하는지 확인하기 위한 것이 목적이므로, TaftN21E파에 대한 해석결과와 실험결과 나타난 최대값을 비교함으로써 해석과 실험의 오차를 파악하였다. 표 1에서 BF와 ESW의 진동대 실험과 비선형 시간이력해석 결과 나타난 층변위와 밑면전단력의 최대값을 비교하였다.
  • 를 이용하여 진동대 실험이 수행되었던 건물에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 비선형 시간이력해석 결과와 진동대실험 결과를 비교하였다. 이 과정을 통해 필로티형 RC 건물의 비선형 해석모델의 수립방법을 검증하고, 이와 같은 해석모델의 한계와 문제점을 밝히고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하부골조 형식은 어떤 실험체에 대해 해석연구를 수행하였는가? 강한 지진에 대한 필로티형 고층 철근콘크리트 건물의 거동을 묘사하기 위한 해석기법의 개발과 성능평가를 위해, 상부벽식 하부 골조형식인 필로티형 건물에 대한 1/12축소 진동대 실험결과와 OpenSees를 이용하여 실험모델에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 결과를 비교하였다. 하부골조 형식은 모두 골조로 이루어진 형태(BF)와 전단벽이 한쪽 외부골조에 치우쳐 비틀림이 발생하는 형태(ESW)의 실험체에 대해 해석연구를 수행하였다. 철근과 콘크리트의 응력-변형률관계를 정의한 후 이를 단면에 이식시킨 섬유모델을 통해 비선형거동을 나타내도록 하였으며, 벽체는 MVLEM모델을 이용하였다.
보와 기둥을 사용한 골조형식을 가진 건물은 어떤 문제가 있는가? 이와 같은 요구사항을 만족시키기 위해 저층부의 구조형식은 보와 기둥을 사용한 골조형식으로서, 주거용도로 활용하기 위한 내력벽 형식의 상층부와는 다른 구조시스템을 적용하고 있다. 이러한 구조형식을 가진 건물은 대체로 상층부 벽이 하층부에서 중단되면서 저층부에 연층(Soft Story)과 약층(Weak Story)을 가지는 수직 비정형에 해당하며, 하층부의 벽배치가 비대칭인 경우 큰 비틀림을 받게 된다.
실험에서 축력반응의 특징은 어떻게 나타났는가? 그림 9는 ESW에서 Taft080에 대한 실험과 해석결과 나타난 각 기둥의 축력의 시간이력을 비교하고 있다. 실험에서 나타난 축력반응의 특징은 비틀림거동에 의한 Warping 현상과 지진에 직각방향으로 작용하는 전도모멘트로 인해 연약골조의 코너기둥에서 큰 인장력이 발생하고, 강한골조의 독립된 기둥에서는 지속적으로 압축력만 발생하였다. 그런데 해석결과는 강한골조의 코너기둥의 경우 압축방향일때 하중이 크게 나타나는 편향현상은 발생하였으나 실험에서와 같이 인장력만 발생하는 것은 아니었다.
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참고문헌 (16)

  1. Lee, H. S. and Ko, D. W., “Shaking table tests of a high rise RC bearing-wall structure with bottom piloti stories,” Journal of Asian Architecture and Building Engineering, Vol. 1, No. 1, 2002, pp. 47-54. 

  2. Lee, H. S. and Ko, D. W., “Seismic characteristics of high-rise RC wall Buildings having different irregularities in lower stories,” Engineering Structures, Vol. 29, No. 11, 2007, pp. 3149-3167. 

  3. Ko, D. W. and Lee, H. S., “Shaking table tests on a high-rise RC building model having torsional eccentricity in soft lower storeys,” Earthquake Engng Struct. Dynamics, Vol. 35, 2006, pp. 1425-1451. 

  4. 고동우, 이한선, “1:12 축소 비정형 고층 RC건물의 비선형 거동에 대한 실험과 해석의 상관성,” 한국지진공학회 논문집, 제11권 2호, 2007, pp. 1-10. 

  5. Los Angeles Tall Buildings Structural Design Council, An alternative procedure for seismic analysis and design of tall buildings located in the los angeles region, Los Angeles Tall Buildings Structural Design Council, 2005 

  6. Michael, W., Andrew, W., and Ron, K., Recommendations for the Seismic Design of High-rise Buildings, Council on Tall Buildings and Urban Habit, 2008 

  7. OpenSees, Open System for earthquake engineering simulation(opensees.berkeley.edu), Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, 2004 

  8. 김상연, 이한선, 고동우, “상부전단벽과 하부골조로 구성된 복합구조의 설계실무현황 분석,” 한국콘크리트학회 봄 학술발표회 논문집, 제 11권, 제 1호, 1999, pp. 223-228. 

  9. 마이다스아이티, MIDAS GEN Structural Analysis Program, 마이다스아이티, 2003 

  10. 대한건축학회, 건축물설계기준, 대한건축학회, 2005. 

  11. Paulay, T. and Priestley, M. J. N. Seismic design of reinforced concrete and masonry buildings, John Willey & Sons, Inc. 1992 

  12. Orakcal, K., Wallace, J. W. and Conte, J. P., “Nonlinear modeling and analysis of slender reinforced concrete walls,” ACI Structural Journal, Vol. 101, No. 5, 2004, pp.688-698. 

  13. Ilita, R. and Bertero, V. V., Effects of amount and arrangement of wall-pannel reinforcement on hysteretic behavior of reinforced concrete walls, Earthquake Engineering Research Center Report No. UCB/EERC-80-04, 1980. 

  14. Computer & Structures, Inc., SAP 2000 Integrated finite element analysis and design of structures, Computer and Structures, Inc., Berkeley, CA., 2000 

  15. Moehle, J. P., “The tall buildings initiative for alternative seismic design,” The Structural Design of Tall and Special Buildings, Vol. 16 No. 5, 2007, pp. 559-567. 

  16. International Code Council, International Building Code, International Code Council, 2000 

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