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제안 방법
- 1차, 2차 성능판정 및 수정을 통하여 내진성능 우선도 평가 결과에 대한 보강량을 산정하였다<;표 2>.
- 기존 구조물의 내진성능을 평가하는 방법으로 정적 비탄성 해석방법(static non-linear analysis 또는 monotonic push-over analysis)을 사용하여 횡력 저항 성능을 평가하였다. push-over 해석 시 외력분포 형태는 각 방향에 대한 기본 모드 형태를 사용하여 해석을 수행하였다.
- 모든 댐퍼는 강성 및 연성률이 가급적 비슷한 값을 가지도록 설계하였으며, 슬릿개수를 조정하여 설계 시 요구되는 항복강도를 구현할 수 있다. 건물의 비틀림 현상을 방지하고 적용 댐퍼의 성능을 최대한 발휘할 수 있도록 댐퍼를 배치하였다.
- 댐퍼를 이용한 내진설계시 등가정적해석에 의한 설계 밑면전 단력을 산정하였다. 그러나 댐퍼를 이용한 내진설계는 응답제어 설계의 일종으로 비선형 동적해석을 통하여 댐퍼의 에너지소산 효과를 분석하였다.
- 내진 기준에 정하고 있는 인명 안전 레벨(Life Safety Level)을 만족하기 위한 설계 밑면 전단력을 등가정적해석법을 이용하여 구하면 5,570 kN을 얻게 되며, 이를 push-over 해석으로 얻게 될 성능점과 비교함으로써 구조물의 설계수준을 판단하게 된다.
- 댐퍼를 이용한 내진설계시 등가정적해석에 의한 설계 밑면전 단력을 산정하였다. 그러나 댐퍼를 이용한 내진설계는 응답제어 설계의 일종으로 비선형 동적해석을 통하여 댐퍼의 에너지소산 효과를 분석하였다.
- 175 g라는 값을 얻었다. 또한 건물의 총중량은 79,460.4 kN이며 장변방향(이하 X방향) 및 단변방향(이하 Y방향)에 대해 휨파괴형 부재와 전단파괴형 부재의 내력을 산정하였다. 이상에서 산정한 값들로부터 최종지진피해 판정결과는 X, Y 방향 모두 ‘대규모 피해’라는 결과를 얻었다.
- 이 결과를 바탕으로 댐퍼를 설치한 기준층 개요도를 <그림 6>에 나타내었다. 모든 댐퍼는 강성 및 연성률이 가급적 비슷한 값을 가지도록 설계하였으며, 슬릿개수를 조정하여 설계 시 요구되는 항복강도를 구현할 수 있다. 건물의 비틀림 현상을 방지하고 적용 댐퍼의 성능을 최대한 발휘할 수 있도록 댐퍼를 배치하였다.
- 본 비선형 동적해석에 사용된 지진파는 주파수 성분이 서로 다른 지진파와 지반성분이 비교적 안정된 지반에서 관측된 기록파(El-Centro NS, TAFT EW, Northridge EW)를 이용하여 KBC2005에 따라 본 구조물의 지반조건인 S c 지반의 설계스펙트럼의 EPA에 적합하게 스케일을 조정한 후 I.O 수준, L.S 수준 및 C.P 수준의 해석을 실시하였다.
-
3.1 제진장치를 이용한 보강 설계
설치가 비교적 용이하고, 유지관리 및 제작비용이 적게 드는 이력 댐퍼(hysteretic damper)를 본 구조물에 적용하였다. 댐퍼는 설계지진(L.
- 정적비탄성 해석은 기존 건물과 동일한 조건에서 해석을 수행하되 제진댐퍼의 거동은 구조해석 프로그램에서 제공하는 elasto -plastic 거동을 하는 spring요소를 사용하여 구현하였다.
대상 데이터
- 대상 구조물은 1988년 이전에 신축되었으며 콘크리트 설계강도 fck = 21 MPa, 철근 항복강도 fy = 240 MPa를 사용하였다. 해당지역은 지진지역 1, 지역계수 0.
- 본 내진보강설계 대상구조물은 철근콘크리트 기둥과 보로 구성된 전형적인 모멘트저항 시스템을 갖는, 내진상세가 적용되기 전의 구조물로 연성능력이 매우 작고 구조연한이 오래되어 강도 저하의 문제도 있는 것으로 판단된다<;그림 1>. 특히, 학교건물인 경우 지진재해가 발생할 경우 학생들의 안전을 담보할 뿐만 아니라 해당지역의 방재거점으로 활용이 가능하므로 실제 설계 지진하중 작용 시 기존의 하중 기반 설계법에 의한 보강이 아닌 구조물의 성능을 평가하여 보강하는 성능기반설계를 할 필요가 있다<표 1>.
데이터처리
- X방향 횡력지지 시스템의 동적 특성은 모드 해석(modal analysis)를 통해 구하여 에 표시하였다(Tm = 모드별 주기, Wi = 내진 설계에 고려해야 할 층 중량, Φ i, m = 모드 형상 벡터, Wm = 모드 총 중량, Fm = 모드 참여 계수).
이론/모형
- 기존 구조물의 내진성능을 평가하는 방법으로 정적 비탄성 해석방법(static non-linear analysis 또는 monotonic push-over analysis)을 사용하여 횡력 저항 성능을 평가하였다. push-over 해석 시 외력분포 형태는 각 방향에 대한 기본 모드 형태를 사용하여 해석을 수행하였다.
- 구조물의 특성과 요구 조건에 따라 목표 성능 점을 정한 후, push-over 해석을 통하여 구조물의 성능 수준과 비교함으로써 구조물의 전반적인 내진성능을 평가할 수 있다. 본 구조물은 내진 상세가 되어 있지 않으므로 push-over 해석시 각 횡력 지지 부재 즉, 기둥, 전단벽 등에 대해 항복 내력은 상용 구조해석 프로그램의 자동 계산 방법 사용하고 부재의 강성은 FEMA 273을 준용하여 결정하였다.
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