본 연구에서는 기존 건물의 내진성능평가 요령의 개선안을 바탕으로 비보강 조적조 건물의 내진성능을 평가하였다. 평가 절차는 예비평가, 1차상세평가, 2차상세평가의 3단계로 구성되어 있으며, 보수적인 평가로 시작하여 점차 상세한 평가를 실시한다. 본 연구의 목적은 이와 같은 단계적 평가의 실효성을 검증하고 평가결과와 조적조 벽량과의 상관관계를 분석하는 것이다. 연구를 위해 10개의 2층 비보강 조적조 건물을 선택한 후 3단계 절차를 이용하여 단계별로 성능평가를 수행하였다. 연구 결과, 예비평가와 1차상세평가간에 성능수준이 절차의 의도와 역행해서 나타났다. 따라서 앞으로 본 연구 결과에서 나타난 각 평가 단계별 문제점을 보완할 필요가 있다.
본 연구에서는 기존 건물의 내진성능평가 요령의 개선안을 바탕으로 비보강 조적조 건물의 내진성능을 평가하였다. 평가 절차는 예비평가, 1차상세평가, 2차상세평가의 3단계로 구성되어 있으며, 보수적인 평가로 시작하여 점차 상세한 평가를 실시한다. 본 연구의 목적은 이와 같은 단계적 평가의 실효성을 검증하고 평가결과와 조적조 벽량과의 상관관계를 분석하는 것이다. 연구를 위해 10개의 2층 비보강 조적조 건물을 선택한 후 3단계 절차를 이용하여 단계별로 성능평가를 수행하였다. 연구 결과, 예비평가와 1차상세평가간에 성능수준이 절차의 의도와 역행해서 나타났다. 따라서 앞으로 본 연구 결과에서 나타난 각 평가 단계별 문제점을 보완할 필요가 있다.
In this study, a seismic performance evaluation of unreinforced masonry buildings was conducted based on a revised draft of the outline of the seismic performance evaluation of existing buildings. The procedure of the performance evaluation is composed of three-steps, which are a preliminary evaluat...
In this study, a seismic performance evaluation of unreinforced masonry buildings was conducted based on a revised draft of the outline of the seismic performance evaluation of existing buildings. The procedure of the performance evaluation is composed of three-steps, which are a preliminary evaluation, a first-level detailed evaluation, and a second-level detailed evaluation, where evaluation is conservatively conducted in the beginning and then more detailed evaluations are gradually conducted. For the study, ten two-story unreinforced masonry buildings were selected and evaluated using the three-step evaluation. The result showed that the performance levels between the preliminary and the first-level detailed evaluations were reversed, which is different from the intent of the procedure. Therefore, in the near future, the problems in each evaluation step that are presented in the results of this study need to be refined.
In this study, a seismic performance evaluation of unreinforced masonry buildings was conducted based on a revised draft of the outline of the seismic performance evaluation of existing buildings. The procedure of the performance evaluation is composed of three-steps, which are a preliminary evaluation, a first-level detailed evaluation, and a second-level detailed evaluation, where evaluation is conservatively conducted in the beginning and then more detailed evaluations are gradually conducted. For the study, ten two-story unreinforced masonry buildings were selected and evaluated using the three-step evaluation. The result showed that the performance levels between the preliminary and the first-level detailed evaluations were reversed, which is different from the intent of the procedure. Therefore, in the near future, the problems in each evaluation step that are presented in the results of this study need to be refined.
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문제 정의
마지막으로 기존에 제공되지 않았던 비보강 조적조 건물의 평가에 대한 상세한 지침을 제공하고 있다. 따라서 본 연구에서는 개선된 성능평가 절차를 이용하여 비보강 조적조 건물을 평가하고 단계별 절차의 실효성을 검증하는 것을 목표로 하였다.
본 연구에서는 최근 제안된 한국시설안전공단의 기존 건축물 내진성능평가 요령 개정안의 절차를 10개의 2층 비보강 조적조 건물에 적용하여 그 실효성을 검증해보았다. 예비평가, 1차 및 2차상세평가의 3단계로 이루어진 절차는 가장 보수적으로 평가를 시작해서 점차 상세한 평가를 실시하는데, 이를 분석한 결론은 다음과 같다.
가설 설정
는 1/배합비 이다. 그리고 콘크리트 벽돌 압축강도는 KS에서 규정하는 제한이 있지만 제조사별 편차를 고려하여 10MPa로 가정한다. 부재력 계산을 위한 해석에 필요한 탄성계수(Em)는 프리즘 압축강도에 따라 식 (10),(11)과 같다.
제안 방법
1차 상세평가에서는 구조설계 절차를 따르는 것이 아니라 성능에 기반을 둔 평가절차를 따르도록 하였다. 2차 상세평가는 기존과 동일한 절차를 사용하지만 보다 상세한 지침들을 추가하였다. 마지막으로 기존에 제공되지 않았던 비보강 조적조 건물의 평가에 대한 상세한 지침을 제공하고 있다.
이렇게 모델링한 조적조의 전단력과 축력을 구하여 1차 평가를 하였다. 2차평가를 위해 조적조 벽체마다 소성힌지 특성을 따로 입력시켜 pushover 해석을 통해 성능점을 구하였다. NO.
개선된 방법에서는 오로지 조적조의 강도만을 사용한 Demand/Capacity 비(DCR)로 성능 수준을 결정하였다. DCR 식은 다음과 같다.
이 방법의 결정적인 문제는 어느 한 항목의 점수가 낮더라도 총합의 점수가 높으면 등급이 좋게 나올 수 있다는 것이다. 개선된 방법은 강도만을 사용하여 구조해석 없이 간단한 수계산으로 평가하도록 하였다. 1차 상세평가에서는 구조설계 절차를 따르는 것이 아니라 성능에 기반을 둔 평가절차를 따르도록 하였다.
상세평가를 수행하기 위해서는 조적조 재료 특성이 필요하다. 모르타르 압축강도는 배합비를 1:3으로 하여 구한 값 10.4MPa을 사용하였고, 전단강도는 조적조를 양호한 수준으로 가정하여 0.2MPa, 벽돌 압축강도는 벽돌의 평균 압축강도수준(4)으로 보고 10MPa, 프리즘 압축강도는 3.6MPa, 프리즘 탄성계수는 318.9MPa을 사용하여 상세평가를 하였다.
여기서 m은 부재의 변형 능력을 반영하는 값이다. 본 논문의 주제인 비보강 조적조의 경우 ASCE41에 1.0보다 큰 m값이 지정되어 부재력을 감소시키나 국내 비보강 조적조의 열악한 상황을 고려하여 보수적으로 하중지배거동으로 간주하였다. 하중지배거동일 경우 변형 능력을 고려하는 m값은 의미가 없으나 최종 결과를 성능 수준으로 표현하기 위해 붕괴방지 수준일 때 m값을 1.
0B두께를 대체하였다. 이렇게 모델링한 조적조의 전단력과 축력을 구하여 1차 평가를 하였다. 2차평가를 위해 조적조 벽체마다 소성힌지 특성을 따로 입력시켜 pushover 해석을 통해 성능점을 구하였다.
특정 성능수준을 만족하는 벽체의 연직하중을 모두 합한 후 전체 연직하중에 대한 비를 구한다. 이를 연직하중부담율이라고 하고 이 값이 75% 이상이 되는 성능수준을 최종 성능 수준으로 판정하였다(표 4 참조).
는 i층, 전단저항력의 합으로 각 층마다 따로 구하며 W는 건물의 유효중량이다. 전단저항력은 지진 하중에 저항하는 전단응력과 단면적을 토대로 전단력의 저항여부를 중심으로 평가하며 조적조는 연성능력이 타 구조 시스템에 비해 떨어지므로 전단저항력에 0.8을 곱하여 보수적으로 평가하였다. 여기서 평균전단응력은 한국시설안전공단(4)을 따라 개구부가 없을 때 2.
에서는 조적조에 맞는 재료특성을 user로 따로 입력 시켜 주었다. 조적벽 두께를 0.1m로 하여 콘크리트 단면 설계가 자동으로 수행되지 않게 하면서 대신 조적조 벽체의 탄성계수를 2배로 늘려 조적조 1.0B두께를 대체하였다. 이렇게 모델링한 조적조의 전단력과 축력을 구하여 1차 평가를 하였다.
한국시설안전공단(3)을 제외한 나머지는 모두 일본의 내진성능 평가기법과 기본적 맥락을 같이 하고 있다. 즉, 조적조 구조체의 해석 모델 작성을 통한 구조해석 없이 간단한 식들로 평가를 수행하였다. 이 방법은 복잡한 구조 해석을 통하지 않고서 성능평가를 수행할 수 있는 장점이 있으나 판정 기준이 국내와 맞지 않을 수 있다.
대상 데이터
방재연구소(1)에서는 기존연구(12)로부터 조적조 건물을 선정하여 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 그 중 예제건물로 2층 조적조 건물 10개를 선정하였다(표 6 참조).
로부터 조적조 건물을 선정하여 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 그 중 예제건물로 2층 조적조 건물 10개를 선정하였다(표 6 참조). 이는 단독주택, 다세대주택, 근린생활시설로 구성되어 있으며 2.
이론/모형
2건물 예비평가 결과는 표 7 및 표 8과 같다. 1, 2차 상세평가는 구조 모델 작성 및 해석이 필요하기 때문에 김태완, 민찬기(13)와 같이 MIDAS GEN 프로그램(14)을 이용하였다. 평가를 위해 KBC2009(7)를 이용하였고 기본변수로 지진구역Ⅰ,Ⅱ, 지반종류(SC, SD), 반응수정계수는 평가용이므로 1.
강체회전파괴 시 전단강도(Vr)는 한국시설안전공단(4)에서 제시한 식을 따랐으며 가로줄눈파괴 시 전단강도(Vbjs)는 FEMA356(9)의 식을 SI 단위로 변환하여 사용하였다. 두 파괴모드의 전단강도 식은 다음과 같다.
기존과 동일하게 역량스펙트럼법을 이용하여 성능을 평가한다.(10),(11) 역량스펙트럼법을 통해 성능점을 산정한 후 성능점에 해당하는 층간변위각을 구한다.
8을 곱하여 보수적으로 평가하였다. 여기서 평균전단응력은 한국시설안전공단(4)을 따라 개구부가 없을 때 2.0MPa, 개구부가 있을 때 1.0MPa을 사용하였다. 이 값은 경과 년 수와 재료상태에 따라서 표 1과 같은 보정계수를 곱한다.
여기서 c는 최대강도에 대한 파괴될 때의 강도 비, d는 최대 강도에 도달할 때의 변형비, e는 파괴되는 시점의 변형비이다. 이 값들은 ASCE41(8)을 기본으로 하면서 국내 조적조 실태를 반영하여 보수적으로 책정하였다.
)를 비교하여 내진성능을 평가한다. 이 방법은 ASCE41(8)을 따랐으며 수식은 다음과 같다.
1, 2차 상세평가는 구조 모델 작성 및 해석이 필요하기 때문에 김태완, 민찬기(13)와 같이 MIDAS GEN 프로그램(14)을 이용하였다. 평가를 위해 KBC2009(7)를 이용하였고 기본변수로 지진구역Ⅰ,Ⅱ, 지반종류(SC, SD), 반응수정계수는 평가용이므로 1.0을 사용하였다.
성능/효과
1차와 2차상세평가 결과는 방침대로 2차로 갈수록 성능 수준이 좋게 나타났다. 물론 이 결과의 원인은 1차상세평가의 결과가 매우 좋지 않게 나타난 것일 수 있다.
2. 조적조 건물의 성능 수준은 X, Y축 건물 길이, 건물 면적, 벽체 수 및 위치 등과 같은 변수와 큰 상관관계가 없었다. 이들 변수보다는 지진구역 및 지반조건, 즉 횡력의 크기가 더욱 성능수준 결정에 영향을 미쳤다.
3. 3단계로 이루어진 내진성능평가 절차의 비보강 조적조 건물에 대한 적용성은 현재 매우 높지 않은 것으로 판단된다. 앞으로 본 연구 결과에서 나타난 각 평가 단계별 문제점을 보완할 필요가 있다.
물론 이 결과의 원인은 1차상세평가의 결과가 매우 좋지 않게 나타난 것일 수 있다. 예비와 2차 상세평가의 결과를 비교하면 개선된 방법에서 추구하는 방침과 대부분 일치하는 결과를 보였다. 즉, 1차상세평가를 제외하고 예비와 2차상세평가는 점차 덜 보수적인 평가를 하려는 개선된 방법의 방침과 일치하고 있다.
이들 변수보다는 지진구역 및 지반조건, 즉 횡력의 크기가 더욱 성능수준 결정에 영향을 미쳤다. 특히, 지진 구역 I에 지반조건이 SD 인 경우에는 비보강 조적조 건물이 적절치 않은 것으로 나타났다.
후속연구
3단계로 이루어진 내진성능평가 절차의 비보강 조적조 건물에 대한 적용성은 현재 매우 높지 않은 것으로 판단된다. 앞으로 본 연구 결과에서 나타난 각 평가 단계별 문제점을 보완할 필요가 있다. 이들이 해결된다면 수많은 불확실성을 내포하고 있는 국내 비보강 조적조 건물일지라도 내진성능평가를 체계적이고 명확하게 수행할 수 있을 것이다.
앞으로 본 연구 결과에서 나타난 각 평가 단계별 문제점을 보완할 필요가 있다. 이들이 해결된다면 수많은 불확실성을 내포하고 있는 국내 비보강 조적조 건물일지라도 내진성능평가를 체계적이고 명확하게 수행할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과거에 이미 건설된 비보강 조적조 건축물들은 지진 대비로 요구되는 것은?
2000년대 이후 국내에서도 내진설계 기준을 강화하고 있지만 과거에 이미 건설된 비보강 조적조 건축물들은 지진 대비가 전혀 되어있지 않다. 따라서 비보강 조적조 건축물들의 지진에 대한 정확한 성능평가가 이루어져 적절한 보강을 해야 할 것이다. 하지만 비보강 조적조의 성능평가를 위해 반드시 필요한 재료 특성 및 해석 모델은 조적조 자체의 불확실성이 매우 커 특정한 값이나 모델을 결정하기가 쉽지 않다.
비보강 조적조 건물의 내진성능의 평가 절차는?
본 연구에서는 기존 건물의 내진성능평가 요령의 개선안을 바탕으로 비보강 조적조 건물의 내진성능을 평가하였다. 평가 절차는 예비평가, 1차상세평가, 2차상세평가의 3단계로 구성되어 있으며, 보수적인 평가로 시작하여 점차 상세한 평가를 실시한다. 본 연구의 목적은 이와 같은 단계적 평가의 실효성을 검증하고 평가결과와 조적조 벽량과의 상관관계를 분석하는 것이다.
비보강 조적조 건물의 취약성은?
비보강 조적조 건물은 철골이나 철근콘크리트 구조에 비해서 횡력에 취약하고 특히 횡보강이 안 되어 있어 지진발생시 붕괴가 발생할 가능성이 크며 붕괴로 인한 대규모 인명피해가 예상된다(그림 1 참조). 일본이나 칠레 등의 환태평양 지진대에 위치하지 않지만 강진이 발생한 중국 쓰촨성 지진의 예를 볼 때 국내에서도 물적·인적 피해를 방지하기 위한 대책 마련이 시급하다.
참고문헌 (14)
방재연구소, 비보강 조적조 건축물의 지진취약도 함수개발, 2008.
서울시립대학교, 지진방재연구소, 조적조 건축물에 대한 내진성능평가 기법, 2001.
한국시설안전공단, 기존건축물의 내진성능 평가 및 향상 요령, 2004.
한국시설안전공단, 국내 실정에 맞는 취성파괴형 및 삼중수평저항 시스템 건축물의 내진성능평가 개발, 2008.
송동엽, "국내실정에 맞는 조적조 및 중.저층 RC조 건축물의 내진성능평가기법," 한국지반환경공학회 학술발표회 논문집, 203-213, 2009.
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