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지진 하중을 받는 평면 비정형 건물의 편심과 손상도의 상관관계에 대한 연구
A Study on the Relationship between the Eccentricity and the Level of Damage in the Seismic Response of Buildings with Plan Irregularities 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.14 no.3 = no.73, 2010년, pp.49 - 57  

정성훈 (인하대학교 건축학부) ,  이광호 (인하대학교 건축학부)

초록
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비정형 평면을 가진 건물의 추가적인 손상의 원인이 되는 비틀림과 비정형성의 척도인 편심과의 관계에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔으나 손상도와 편심의 직접적인 관계에 대한 연구는 수행된 적이 거의 없다. 본 연구에서는 비정형 평면을 가진 건물의 복잡한 지진 응답에 적용할 수 있는 3차원 손상도 계수를 이용하여 건물의 손상도와 편심에 대한 정량적인 관계를 분석하였다. 이를 통해 건물의 편심이 커지면 최대변위는 줄어들지만 비틀림 거동이 증가하여, 손상의 집중으로 인해 전반적인 손상도 계수가 증가함이 관찰되었다. 또한, 2차원 주기가 비슷한 경우에는, 건물의 길이가 최대변위와 최대 비틀림에 미치는 영향이 작으며 이로 인해 전체 손상도 계수에도 그 영향이 미미한 것으로 관찰되었다. 해석 결과를 바탕으로 중약진 지역에서 편심의 크기가 10%, 20%, 30%인 단층 건물은 편심이 없는 건물에 비해서 각각 평균 3~5%, 13~18%, 33~47% 정도의 손상도 증가가 있을 것으로 분석하였다. 이와 같은 편심-손상도 관계는비정형 평면을 가진 건물의 내진 설계에 있어서 기본 구조 계획 수립과 내진 성능 평가에 유용한 자료가 될 것으로 생각된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Most previous research on the seismic response of structures with plan irregularities have focused on the relationship between the eccentricity and the amount of torsion. This approach cannot provide the direct relationship between the irregularity and the damage. Therefore, an investigation on the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 논문에서는 비정형 평면을 가진 건물의 복잡한 지진응답에 적용할 수 있는 3차원 손상도 계수를 이용하여 건물의 손상도와 편심에 대한 정량적인 관계를 분석하는 것을 연구의 목표로 한다.
  • 지진발생 후 현장 탐사와 여러 연구자들의 분석을 통해서 비정형 평면을 가진 건물이 정형 건물에 비해서 지진에 의한 피해를 더 많이 입는다는 것이 알려져 왔다. 이러한 현상을 정량적으로 분석하기 위해서 본 논문에서는 양방향 거동과 비틀림의 영향을 동시에 반영할 수 있는 3차원 손상도계수를 사용하여 다양한 크기의 편심을 가진 건물의 손상도를 분석하였다.

가설 설정

  • (b) Case B : 영향면적 (A1)은 두 가지 경우 (Case A와Case C)사이에서 보간법으로 결정되어진다. A1의 값은해당 평면골조의 손상도에 따라 분포면적 (A1,min ; CaseA)과 붕괴면적 (A1,max ; Case C)사이의 값으로 정해지며 다음과 같이 표현된다.
  • 비정형 평면을 가진 건물의 3차원 지진 응답을 바탕으로손상도를 분석하고 편심과의 관계를 조사하기 위하여 비선형 동적 시간이력 해석이 수행되었다. 각 건물에 15개의 지진파 (표 2)를 적용하였으며, 예제 건물의 편심이 정의되는 방향에 직각인 Y방향 (그림 5)을 지진파의 진행 방향으로 가정하였다.
  • 이를 고려하기 위하여 이 연구에서는 3차원 건물을 골조선을 따라 평면적으로 분해하여 손상도 분석을 수행하는 방법을 적용하였다. 건물의 횡저항 구조요소의 기본 단위를 평면 골조로 가정하여, 그림 1과 같이 전체 구조물을 분해하였다. 여기서, 평면 골조 분해는 원래 구조물을 물리적으로 분리하는 것이 아니라 손상도 측정을 위한 기초 관찰 범위를 횡저항 요소의 기본 단위인 평면 골조로 한정하는 방법이다.
  • 는 각각 분포면적과 붕괴면적이다. 붕괴에 이르는 최대 손상도 계수 Dmax는 1.0이며, 경미한 손상수준은Dm=0으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지진에 의한 피해 사례 조사 및 해석적인 연구를 통해 평면 비정형성을 가진 건물의 손상도에 관한 어떤 사실이 확인되어 왔는가? 지진에 의한 피해사례 조사 및 해석적인 연구를 통해서 평면 비정형성을 가진 건물이 유사한 조건의 정형 건물보다 더 높은 손상 정도를 보인다는 사실이 확인되어 왔다. 이를 설계에 반영하기 위해서, 여러 나라의 내진설계 규준에는 건물 평면의 비정형성을 제한하거나 비정형 건물에 대해서보다 정밀한 해석을 수행하도록 하는 조항들이 존재한다.
건물의 비틀림 거동에 손상이 집중되는 이유는 무엇인가? 평면 비정형성으로 인한 추가적인 손상의 원인은 다음과 같이 정리될 수 있다. 건물의 비틀림 거동은 평면상에서 횡강성이 상대적으로 낮은 부분의 횡변위를 증가시키게 되므로 이 부분에 손상이 집중된다. 이와 같은 지진 응답을 보이는 건물은 손상이 평면상에 고르게 분포된 건물에 비해서 구조적으로 불리하다.
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참고문헌 (13)

  1. Federal Emergency Management Agency, NEHRP Guidelines for the seismic rehabilitation of buidlings, Report FEMA 273, Washington D.C., 2-29-31, 1997. 

  2. British Standards Institution, Eurocode 8 : Design of Structures for Earthquake Resistance - Park 1: General rules, seismic actions and rules for buildings, EN 1998-1:2004, BSI, London, 49-50, 2004. 

  3. De La Llera, J., and Chopra, A., “Understanding the inelastic seismic behavior of asymmetric plan buildings,” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 24(4), 549-72, 1995. 

  4. Emrah Erduran, “Assessment of current nonlinear static porcedures on the estimation of torsional effects in low-rise frame building,” Engineering Structures, 30(9), 2548-2558, 2008. 

  5. Park, Y.J., and Ang, A.H-S., “Mechanical seismic damage model for reinforced concrete,” J. Struct. Eng., 111(4), 722-739, 1985. 

  6. Chung, Y.S., Meyer, C., and Shinozuka, M., “Modeling of concrete damage,” Structural Journal, ACI, 86(3), 326-340, 1989. 

  7. Bracci, J.M., Reinhorn, A.M., Mander, J.B., and Kunnath, S.K., Deterministic model for seismic damage evaluation of RC Structures, Rep. NCEER-89-0033, National Center for Earthquake Engineering Research, State Univ. of New York, Buffalo, 1989. 

  8. Banon, H., Biggs, J.M., and Irvine, H.M., “Seismic damage in reinforced concrete frames,” J. Struct. Eng., 107(9), 1713-1729, 1981. 

  9. Roufaiel, M.S.L., and Meyer, C., “Analytical modeling of hysteretic behavior of R/C Frames,” J. Struct. Eng., 113(3), 429-444, 1987. 

  10. Park, Y.J., Ang, A.H-S., and Wen, Y.K., “Damage-limiting a seismic design of buildings”, Earthquake Spectra, 3(1), 1-26, 1987 

  11. Kunnath, S.K., Reinhorn, A.M., and Park, Y.J., “Analytical modeling of inelastic seismic response of RC structure,” J. Struct. Eng., 116(4), 996-1017, 1990. 

  12. Jeong, S.H., and Elnashai A.S., “Analytical modeling of inelastic seismic response of RC structure,” J. Struct. Eng., 132(9), 1482-1490, 2006. 

  13. Elnashai AS, Papanikolaou, V., and Lee, D.H., ZEUS-NL User Manual, University of Illinois at Urbana -Champaign/Mid-America Earthquake Center, 2002. 

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