[논문]설계편심의 크기에 따른 비틀림 비정형 건물의 최종 정적편심 크기의 비교에 관한 연구

이광호; 정성훈

doi:10.5000/eesk.2012.16.5.033

설계편심의 크기에 따른 비틀림 비정형 건물의 최종 정적편심 크기의 비교에 관한 연구
A Study on the Static Eccentricities of Buildings Designed by Different Design Eccentricities 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.16 no.5 = no.87, 2012년, pp.33 - 40

초록
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지진하중에 의해 발생하는 비정형 건물의 피해를 줄이기 위하여 내진설계기준에서는 비틀림 증폭계수를 도입하였다. 이 계수는 내진설계기준에 따라 다르게 적용되었으며 같은 시기의 설계기준에서조차 다르게 적용되었다. 본 연구에서는 서로 다른 설계편심으로 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기, 연약단부의 횡강성과 비틀림 강성비를 비교하였다. 비틀림 증폭계수가 증가할수록 연약단부의 횡강성이 증가하여 건물의 최종 정적편심의 크기는 감소하였으나 이 계수가 최대값 3.0에 도달한 이후부터 건물의 최종 정적편심의 크기는 다시 증가하였다. 우발편심과 정적편심의 합에 비틀림 증폭계수를 곱하여 구한 설계편심으로 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기는 수직부재의 위치에 따라 0 또는 음수로 측정되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

To reduce the vulnerability of torsional irregular buildings caused by seismic loads, the torsional amplification factor was introduced by the seismic code. This factor has been applied differently in a variety of seismic codes. In this study, the final static eccentricity, and the lateral and torsional stiffness ratios of buildings designed with different design eccentricities were compared. The increment of the torsional amplification factor resulted in a decrement of the final static eccentricity of the building. However, after reaching the maximum value of this factor, the final static eccentricity of the building increased again. The final static eccentricity of the building designed by multiplying the sum of the inherent and accidental eccentricity by the torsional amplification factor was zero or had a minus value, depending to the position of the vertical element.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목표는 우발편심을 고려하여 설계된 건물과 이 건물에서 측정된 비틀림 증폭계수를 사용하여 증가된 설계편심으로 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기, 연약단부의 횡강성과 비틀림 강성을 비교, 평가하는 것이다. 여기서, 최종 정적편심은 건물의 설계 완료 후 건물의 질량 중심(Center of Mass, CM)과 강성 중심(Center of Rigidity, CR)간의 차이이다.

가설 설정

탄성해석이 수행되었다. 건물의 중요도 계수는 1.0, 높이는 4.0m이고 보통암 지반에 위치하고 있으며 내진설계범주는 C로 분류되었다고 가정하였다. 예제 건물의 질량 중심은 평면 중심에 위치하며 해석에 사용된 지진력 저항 시스템은 내력벽 시스템과 모멘트-저항 골조 시스템이다.
수직부재는 건물 각 방향의 단부에 위치하며(α=0.5) 건물의 격막은 강한 격막으로 분류되었다고 가정하였다.
그림 7은 형상비가 1과 2인 예제 건물의 평면과 입면을 보여주고 있다. 예제 건물의 기둥은 지반에 고정되어 있고 보는 핀접합 되어 있으며 베이당 길이는 8m로 가정하였다. 설계편심을 이용하여 건물을 설계할 때 허용 층간비를 만족하지 못할 때에는 기둥의 단면 크기를 증가시켰다.

제안 방법

에 명기된 건물의 설계절차를 보여주고 있다. 설계자는 건물의 지역 계수, 지반 종류와 건물의 중요도에 따라 설계 스펙트럼 가속도(S_DS, S_D1)와 건물의 내진등급을 결정한 후 내진설계범주를 분류한다. 내진설계범주는 단주기 설계 스펙트럼 가속도(S_DS)와 주기 1초의 설계 스펙트럼 가속도(S_D1)에 따라 구분되며 결정된 내진설계범주가 다르면 높은 범주가 적용된다.
설계편심의 크기에 따른 예제 건물의 최종 정적편심의 크기, 건물의 비틀림 강성비와 연약단부의 횡강성비를 비교하기 위하여, 단층 예제 건물의 정적^․탄성해석이 수행되었다. 건물의 중요도 계수는 1.
0m이고 보통암 지반에 위치하고 있으며 내진설계범주는 C로 분류되었다고 가정하였다. 예제 건물의 질량 중심은 평면 중심에 위치하며 해석에 사용된 지진력 저항 시스템은 내력벽 시스템과 모멘트-저항 골조 시스템이다. 우발편심을 고려하여 설계된 건물과 증가된 설계편심으로 설계된 건물의 강측단부의 횡강성은 동일하다.
내진설계기준과 하중기준에 명기된 설계편심은 비틀림 증폭계수를 우발편심에 곱한 값에 정적편심을 더하여 구하거나 우발편심과 정적편심의 합에 곱하여 계산된다. 이처럼 크기가 서로 다른 설계편심을 이용하여 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기를 비교^․분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
횡강성에 대한 비틀림 강성비, 정적편심비와 형상비를 해석변수로 하여 예제 건물(그림 2)의 정적^․탄성해석을 수행하였으며 예제 건물의 양단부에서 측정된 최대 및 최소 층변위는 비틀림 증폭계수를 결정하는데 사용된다. α의 크기가 작아질수록 수직부재들은 건물의 단부에서 평면 중심에 위치하며 강성 중심에서 수직부재까지의 거리인 비틀림 팔길이가 짧아 건물의 비틀림 강성이 줄어들게 된다.

대상 데이터

해석에 사용된 예제 건물(그림 2)은 철근 콘크리트 보통 전단벽 건물이며 전단벽 및 슬래브에서 발생하는 면외 변형은 고려되지 않았다. 그림 4는 우발편심을 고려하여 설계된 건물의 최종 정적편심비가 10%이고 형상비가 1인 건물의 연약단부와 강측단부의 횡강성, 증가된 설계편심으로 설계된 건물의 연약단부의 횡강성의 크기를 보여주고 있다.

이론/모형

이 건물은 형상비(L/B)와 수직부재의 위치 (α)에 따른 비틀림 증폭계수의 관계를 파악하기 위하여 FEMA P-750(6)에서 사용되었다.

성능/효과

1. 구조물이 비틀림 비정형 건물 유형으로 분류되었을 때 사용되는 비틀림 증폭계수는 연약단부의 횡강성과 건물의 비틀림 강성을 증가시킨다. 비틀림 증폭계수가 중가할수록 건물의 최종 정적편심의 크기는 감소하지만 이 계수가 최댓값 3.
2. 철골부재와 같이 부재의 단면치수가 데이터베이스화 되어 있고 허용 층간비를 만족하기 위하여 연약단부에 위치한 기둥의 단면크기가 증가된다면, 비틀림 증폭계수가 1.0에 가깝다고 하더라도 우발편심과 정적편심의 합에 이 계수를 곱하여 구한 설계편심으로 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기는 우발편심을 고려하여 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기에 비해 상당히 줄어든다.
3. 우발편심을 고려하여 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기가 10%이고 이 건물에서 측정된 비틀림 증폭계수를 우발편심과 정적편심의 합에 곱하여 구한 설계편심으로 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기는 수직부재의 위치에 따라 0 또는 음수로 측정되었다. 최종 정적편심의 크기가 0으로 측정된 것은 우발편심을 고려하여 설계된 비틀림 비정형 건물이 설계 완료 후 연약단부와 강측단부의 횡강성이 동일한 정형 건물로 바뀌었음을 의미한다.
4. 우발편심을 고려하여 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기가 20%이고 이 건물에서 측정된 비틀림 증폭계수를 우발편심과 정적편심의 합에 곱하여 설계편심을 구할 경우, 이 계수가 2.2를 초과하면 건물의 설계편심은 건물 밖에 위치한다. 일반적으로 지진하중에 의한 건물의 횡방향 거동의 영향은 작으나 비틀림 거동의 영향이 클 때 편심이 건물 밖에 위치한다.
증가된 설계편심으로 설계된 건물의 연약단부의 횡강성 증가비는 α의 크기가 작아질수록 커지지만 비틀림 증폭계수가 최댓값에 도달한 후 횡강성 증가비가 일정하였다.
지진에 의한 피해사례 조사 및 해석적인 연구를 통하여 비정형 건물이 정형 건물보다 지진동에 의한 피해를 더 많이 받는다는 사실이 입증되었다. 비정형 건물은 형상과 하중 경로의 불연속으로 인하여 과도한 비탄성 변형의 가능성이 있는 구조물로서 평면 비정형과 수직 비정형 건물로 분류된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 논문에서 수행한, 크기가 서로 다른 설계편심을 이용하여 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기를 비교, 분석한 결과 얻은 결론은 무엇인가?	1. 구조물이 비틀림 비정형 건물 유형으로 분류되었을 때 사용되는 비틀림 증폭계수는 연약단부의 횡강성과 건물의 비틀림 강성을 증가시킨다. 비틀림 증폭계수가 중가할수록 건물의 최종 정적편심의 크기는 감소하지만 이 계수가 최댓값 3.0에 도달한 후부터 최종 정적편심의 크기가 다시 증가한다. 2. 철골부재와 같이 부재의 단면치수가 데이터베이스화 되어 있고 허용 층간비를 만족하기 위하여 연약단부에 위치한 기둥의 단면크기가 증가된다면, 비틀림 증폭계수가 1.0에 가깝다고 하더라도 우발편심과 정적편심의 합에 이 계수를 곱하여 구한 설계편심으로 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기는 우발편심을 고려하여 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기에 비해 상당히 줄어든다. 3. 우발편심을 고려하여 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기가 10%이고 이 건물에서 측정된 비틀림 증폭계수를 우발편심과 정적편심의 합에 곱하여 구한 설계편심으로 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기는 수직부재의 위치에 따라 0 또는 음수로 측정되었다. 최종 정적편심의 크기가 0으로 측정된 것은 우발편심을 고려하여 설계된 비틀림 비정형 건물이 설계 완료 후 연약단부와 강측단부의 횡강성이 동일한 정형 건물로 바뀌었음을 의미한다. 최종 정적편심의 크기가 음수로 측정되었다는 것은 증가된 설계편심으로 설계된 후 건물의 연약단부와 강측단부의 위치가 서로 바뀌었다는 것을 의미한다. 4. 우발편심을 고려하여 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기가 20%이고 이 건물에서 측정된 비틀림 증폭계수를 우발편심과 정적편심의 합에 곱하여 설계편심을 구할 경우, 이 계수가 2.2를 초과하면 건물의 설계편심은 건물 밖에 위치한다. 일반적으로 지진하중에 의한 건물의 횡방향 거동의 영향은 작으나 비틀림 거동의 영향이 클 때 편심이 건물 밖에 위치한다.
	비정형 건물이란 무엇인가?	지진에 의한 피해사례 조사 및 해석적인 연구를 통하여 비정형 건물이 정형 건물보다 지진동에 의한 피해를 더 많이 받는다는 사실이 입증되었다. 비정형 건물은 형상과 하중 경로의 불연속으로 인하여 과도한 비탄성 변형의 가능성이 있는 구조물로서 평면 비정형과 수직 비정형 건물로 분류된다.
	지진에 의한 피해사례 조사 및 해석적인 연구를 통해 어떤 사실이 입증되었는가?	지진에 의한 피해사례 조사 및 해석적인 연구를 통하여 비정형 건물이 정형 건물보다 지진동에 의한 피해를 더 많이 받는다는 사실이 입증되었다. 비정형 건물은 형상과 하중 경로의 불연속으로 인하여 과도한 비탄성 변형의 가능성이 있는 구조물로서 평면 비정형과 수직 비정형 건물로 분류된다.

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상세보기
이명규, 조소훈, "모드 해석을 이용한 등가 지진하중에서의 설계편심," 대한토목학회논문집 A, 제22권, 제6-A호, 1259- 1269, 2002.
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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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