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[국내논문] 중.저층골조에서 면진주기 설정에 따른 면진효과
Seismic Isolation Effects According to Set up the Isolation Period in the Medium and Low-rise Framed Building 원문보기

구조물진단학회지 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, v.14 no.6 = no.64, 2010년, pp.93 - 99  

천영수 (한국토지주택공사 수석연구원) ,  허무원 (DBR동일 면진제진기술연구소)

초록
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본 논문에서는 상부구조에 있어서 보-기둥 강성비 변화에 따른 골조의 특성과 상부구조와 면진층 간의 진동주기비에 따른 면진효과를 분석해 보고, 상부골조의 주기와 목표 면진주기의 설정에 따라 면진효과가 어떻게 달라지는가에 대한 정보를 제공하여 향후 면진건물을 설계하기 위한 기본계획을 세우는데 있어서 필요한 기초 자료를 제공하고자 한다. 그 결과 건물골조의 경우 유효한 면진효과를 얻기 위해서는 최소한 상부구조의 고유진동주기 대비 2.5배 이상의 면진주기를 확보하고, 목표 면진주기를 2.0초 이상으로 설정하여 설계할 것을 추천한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Seismic isolation offers an attractive approach for reducing seismic loads in the building and its components. This paper deals with the seismic isolation effects due to variation in period ratio between superstructure and isolation layer of the building. Seismic isolation effects of the moment-resi...

Keyword

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문제 정의

  • 하지만 국내의 경우에는 특수한 목적에 의한 몇몇 설계‧시공사례가 보고 되고 있을 뿐 아직까지 구체적인 설계기술은 정착되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 효과적인 면진구조를 구현하기 위한 설계기술 개발의 일환으로 건물골조와 면진층 간의 진동주기비에 따른 면진주기의 설정방법에 대하여 분석해 보고자 한다.
  • 따라서 본 논문에서는 상부구조에 있어서 보-기둥 강 성비 변화에 따른 골조의 특성과 상부구조와 면진층 간의 진동주기비에 따른 면진효과를 분석해 보고, 상부 골조의 특성과 상부골조의 주기와 목표 면진주기의 설정에 따라면진효과가 어떻게 달라지는가에 대한 정보를 제공하여 향후 면진건물을 설계하기 위한 기본계획을 세우는데 있어서 필요한 기초 자료를 제공하고자 한다.
  • 본 연구에서는 골조의 동적특성을 Roehl(1972)에 의해 제안된 바에 따라 건물의 기본진동주기(T)와 보-기둥 강성비(ρ)에 의하여 아래와 같이 정의하고, 건물의 층 높이를 h로 하고 스팬을 2h로 하는 1경간 골조로 모델링하여 골조의 특성에 따른 면진효과를 검토해 보고자 한다.
  • 면진건물의 경우 건물의 진동주기를 결정하는 강성은 면진층의 강성에 의하여 대표되기 때문에 상부구조와 면진건물의 주기 비율은 결국 상부구조와 면진층의 강성비율을 나타낸다고 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 상부 구조의 진동주기를 고정한 조건 하에서 면진건물의 진동 주기를 변화시킴으로서 상부구조와 면진층의 강성비 변화에 따른 면진효과를 검토하였다. 이 경우 면진건물의 상부구조(비 면진건물)는 상기 식 (2)의 조건을 고려하여 15층 건물의 경우 1.
  • 본 논문에서는 상부구조와 면진층 간의 진동주기비(강성비) 및 다양한 골조특성에 따른 면진효과에 대하여 살펴보았으며, 이로부터 얻은 결론은 다음과 같다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 골조의 동적특성을 Roehl(1972)에 의해 제안된 바에 따라 건물의 기본진동주기(T)와 보-기둥 강성비(ρ)에 의하여 아래와 같이 정의하고, 건물의 층 높이를 h로 하고 스팬을 2h로 하는 1경간 골조로 모델링하여 골조의 특성에 따른 면진효과를 검토해 보고자 한다. 건물의 모든 부재들은 일정한 단면을 갖고 있으며 각층의 질량과 강성의 분포는 일정한 것으로 가정한다. Fig.
  • 또한 상부구조의 감쇠는 5%의 점성감쇠를 가정하였으며, 면진층 부분은 면진장치의 이력감쇠이외에 점성감쇠는 고려하지 않았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
면진구조는 어떤 기술인가? 면진구조는 수평방향으로 작은 강성을 가지는 면진장치를 건물의 밑면에 설치하여 상부 구조를 장주기화 함으로서 건물로 유입되는 지진에너지를 감소시켜 건물을 안전하게 보호하는 기술로서, 일반적으로 상부 구조는 평행 이동 하듯 천천히 흔들리는 움직임을 갖게 되고 이에 따라 건물 각 층의 가속도 분포가 일정하게 유지되며 층간 변위가 현저하게 감소하는 효과를 얻게 된다. 하지만 면진기준을 포함하고 있는 여러 나라의 기준들에서는 상부구조와 면진층 간의 진동주기비에 따라 이러한 효과가 다르게 나타날 수 있다고 지적하고 있으며, 그에 따른 제한 규정들을 포함하고 있다(Demin Feng, 2007).
면진기술은 각국으로부터 어떻게 받아들여지고 있는가? 면진기술은 현재 세계 여러 나라에서 강진으로부터 중요한 건물들을 보호하고, 구조물의 내진성능 향상을 도모하기 위한 실무적인 해결책으로서 받아들여지고 있다. 하지만 국내의 경우에는 특수한 목적에 의한 몇몇 설계‧시공사례가 보고 되고 있을 뿐 아직까지 구체적인 설계기술은 정착되지 못하고 있는 실정이다.
다양한 골조특성에 따른 면진효과를 파악한 결과는 어떠했는가? (2) 상부구조와 면진층 간의 주기비 조건을 만족한다면 상부구조의 보-기둥 강성비로 정의되는 골조의 특성은 면진효과에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
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참고문헌 (8)

  1. 이현호, 천영수, "면진건물의 포락해석을 위한 설계용 도표 산정", 구조물진단학회지, 10권2호, 2006.3, pp.56-66 

  2. 일본도로협회, "도로교시방서 및 동 해설", 일본도로협회 편, 2002 

  3. 천영수 등, "면진기법 시험적용 및 성과분석", 주택도시연구원 연구보고서, 2005, pp.20-24 

  4. 천영수 등, "면진무량판 구조시스템 개발 및 경제성분석", 주택 도시연구원 연구보고서, 2007, pp.30-36 

  5. AASHTO, "Guide Specifications for Seismic Isolation Design", AASHTO, 2nd Ed., 1999 

  6. ASCE/SEI, "Minimum design loads for buildings and other structures", ASCE 7-05, 2005 

  7. Demin Feng, "A comparative study of seismic isolation codes worldwide", Proceedings of SIViC International Seminar, 2007, pp.1-28 

  8. Roehl, J. L., "Dynamic response of ground-excited building frames", Ph.D thesis, Rice University, Houston, Texas, 1972. Oct. 

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