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증분동적해석을 통한 비보강 조적벽식 건물의 내진성능 평가
Seismic Performance Assessment of Unreinforced Masonry Wall Buildings Using Incremental Dynamic Analysis 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.17 no.3, 2013년, pp.28 - 39  

권기혁 (서울시립대학교 건축공학과) ,  김만회 (서울시립대학교 건축공학과) ,  김형준 (서울시립대학교 건축공학과)

초록
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비보강 조적벽체를 이용한 저층 건축물은 국내에 가장 흔히 볼 수 있는 주거형태이지만, 비보강 조적벽체는 높은 횡강성에 비하여 연성능력 부족 등의 이유로 지진으로부터 구조적 피해를 피하기 힘든 횡력저항시스템으로 알려져 있다. 하지만, 국내 비보강 조적벽체 전단강도와 전단강성에 대한 실험적 연구는 부족한 편이며, 실제 지진이 발생했을 비보강 조적벽체를 횡력저항요소로 사용하는 건축물의 내진성능에 대한 연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 이로 인하여 국내 비보강 조적벽체의 특성을 반영하고 있다고 볼 수 없는 FEMA 356에서 제시하고 있는 비보강 조적벽체의 전단강도와 강성을 준용하여 사용하고 있다. 본 연구에서는 우선 FEMA 356에서 제시하고 비보강 조적벽체의 전단강도와 강성을 실험결과와의 차이에 대해 기술하고, 이 차이가 현황조사와 실험데이터를 바탕으로 결정한 표본 비보강 조적조 건축물의 내진성능에 미치는 영향과 경과년수에 따른 영향을 증분동적해석을 이용하여 계산된 붕괴여유비와 구조성능의 불확실성을 표현하는 베타값을 이용하여 분석하였다. 해석결과를 통하여 FEMA 356에 의한 전단강도와 강성을 사용할 경우 조적조 건축물의 붕괴여유비와 베타값을 과소평가하는 것으로 나타났다. 하지만, 두 경우 모두 국내 내진설계기준에서 제시하는 성능기준을 만족하지 않는 것으로 나타났으며, 경과연수가 클수록 이런 현상은 뚜렷해지며, 30년 이상 경과된 조적조 건축물은 2400년 재현주기의 지진에 붕괴확률이 약 90%에 도달하는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The most common housing type in Korea is low-rise buildings with unreinforced masonry walls (UMWs) that have been known as a vulnerable seismic-force-resisting system (SFRS) due to the lack of ductility capacities compared to high lateral stiffness of an UMW. However, there are still a little experi...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구를 위하여 현재 서울시에 건립되어 있는 비보강 조적조 건축물에 대한 현황조사를 실시하였다. 현황조사 대상 건축물은 289개소 (단독주택 90개소, 다세대주택 165개소, 근린생활시설 34개소)로 용도에 따라 내진성능에 영향을 미치는 층수, 바닥면적, 벽률을 조사하였다.
  • 본 연구에서는 국내⋅외에서 수행된 비보강 조적벽체의 전단강도에 관한 실험데이터와 비보강 조적벽체의 전단강도를 예측하는데 주로 사용하는 FEMA 356의 전단강도 사이의 차이를 파악하고, 그 차이가 현황조사와 실험데이터를 바탕으로 결정한 표본 조적조 건축물의 내진성능에 미치는 영향과 경과년수에 따른 영향을 알아보았다.
  • 본 연구에서는 우선 국내외에서 수행된 비보강 조적벽체 실험데이터와 국내의 비보강 조적벽체의 전단강도를 예측하는데 주로 사용하고 있는 FEMA 356 (2000)과 비교를 통하여 서로 매우 상이함을 보여주고자 한다. 이 차이가 국내 조적조 건축물의 내진성능에 미치는 영향을 증분동적해석에 의한 내진성능평가 방법을 통하여 조사하고자 한다.
  • 7은 사용한 40개의 역사지진파의 탄성응답스펙트럼, 각 주기별 평균 탄성응답스펙트럼 (굵은 점선)과 KBC 2009 (굵은 실선, Architectural Institute of Korea, 2009)에서 제시하고 있는 설계 탄성응답스펙트럼을 비교하고 있다. 본 연구에서는 증분동적해석을 수행하여 표본 조적조 건축물의 내진성능을 파악하고자 하기 때문에, 지진파의 평균 탄성응답스펙트럼과 설계 탄성응답스펙트럼을 일치시킬 필요가 없음을 미리 밝혀둔다.
  • 이 차이가 국내 조적조 건축물의 내진성능에 미치는 영향을 증분동적해석에 의한 내진성능평가 방법을 통하여 조사하고자 한다. 아울러, 본 연구에서 사용한 표본 조적조 건축물의 시간 경과에 따른 지진에 대해 취약한 정도를 정량적으로 제시하고자 한다.
  • 본 연구에서는 우선 국내외에서 수행된 비보강 조적벽체 실험데이터와 국내의 비보강 조적벽체의 전단강도를 예측하는데 주로 사용하고 있는 FEMA 356 (2000)과 비교를 통하여 서로 매우 상이함을 보여주고자 한다. 이 차이가 국내 조적조 건축물의 내진성능에 미치는 영향을 증분동적해석에 의한 내진성능평가 방법을 통하여 조사하고자 한다. 아울러, 본 연구에서 사용한 표본 조적조 건축물의 시간 경과에 따른 지진에 대해 취약한 정도를 정량적으로 제시하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
조적조 건축물의 문제점은? 현재 남아있는 대부분의 조적조 건축물은 70~90년 사이에 지어진 낡고 노후화된 3층 이하의 건축물로서 내진설계 대상 건축물에 포함이 되어 있지 않다. 또한 조적조 건축물은 한 지역에 대규모로 밀집되어 있어 지진이 발생할 경우 대규모 피해가 예상 되고 있다. 이란 및 대만, 터키 지진 사례에서 보듯이 조적조 건축물의 경우 지진과 같은 횡하중을 받으면 다른 구조물에 비해 큰 손상을 입게 되는 것을 알 수 있다.
국내 건축구조 설계기준은 어떤 기준과 유사한가? 국내 건축구조 설계기준은 국내에 건설되는 건축물에 대하여 2400년 재현주기의 유효지반가속도를 가진 지진이 발생했을 때 건축물이 낮은 붕괴확률을 가지도록 설계되어야 함을 암시적으로 제시하고 있다. 이는 미국의 구조물 내진성능기준 (ASCE/SEI, 2005)과 유사한 건축물의 내진성능기준이다. 구조물 횡력저항시스템의 반응수정계수, 시스템 초과강도계수, 변위증폭계수와 같은 내진설계변수를 보다 합리적이며, 직접적인 방법으로 산정할 수 있는 방법론을 제시하고 있는 FEMA P695 (2008)에서는 2400년 재현 주기의 지진에 대하여 건축물은 10%보다 낮은 붕괴확률을 내진성능 기준으로 제시하고 있다.
도시의 주택난 해결을 위해 어떤 형태의 주택이 보급되었는가? 이러한 주택 공급부족현상을 해결하고자 비보강 조적조 공동주택 (연립주택)과 단독주택이 대규모로 건설되었다. 이후에도 도시의 주택난 해결을 위해 조적조 공동주택이 많이 건축되었으며, 현재에도 많은 수의 조적조 주택이 남아 서민들의 주거공간으로서 역할을 하고 있다. 현재 남아있는 대부분의 조적조 건축물은 70~90년 사이에 지어진 낡고 노후화된 3층 이하의 건축물로서 내진설계 대상 건축물에 포함이 되어 있지 않다.
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참고문헌 (18)

  1. A. J. Carr, "Ruaumoko Manual. User Manual for the 2-Dimensional Version:Ruaumoko2D Vol. 2", University of Canterbury, 2005, pp.7-86. 

  2. Architectural Institute of Korea, "Korean Building Code and Commentary", Architectural Institute of Korea, 2009, pp.479-554. (in Korean, with English abstract). 

  3. ASCE/SEI, "Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures", American Society of Civil Engineering, 2005, pp.115-117. 

  4. Chang Tai-Hee, "Experimental Study on Seismic Resistance of A Unreinforced Cement Brick Building", The Graduate School of Ajou University Master's Degree, 2002, pp.42-72. (in Korean, with English abstract) 

  5. D. P. Abrams, "Strength and Behavior of Unreinforced Masonry Elements", Earthquake Engineer 10th World, 1992, pp.3475-3480. 

  6. FEMA 356, "Prestand and Commentary for the Seisnic Rehabilitation of Buildings", BSSC, 2000, pp.7.8-7.10. 

  7. FEMA P695, "Quantification of Building Seismic Performance Factors:ATC-63 Project Report", BSSC, 2008, pp.7.1-7.14. 

  8. Kang Sung-Hoon, Hong Sung-Gul, Lee Seung-Joon, "Rocking Capacity of Unreinforced Masonry Walls", Journal of The Architectural Institute of Korea Structurs & Construction, vol. 26, No. 12, 2010, pp.45-56. (in Korean, with English abstract) 

  9. Korea Infrastructure Safety Corporation, "Development of Seismic Performance Evaluation of Buildings with Brittle Failure Models and Triple-Lateral-Force-Resisting Systems", Korea Infrastructure Safety Corporation, 2008, pp.101-120. (in Korean, with English abstract) 

  10. Korea Infrastructure Safety Corporation, "Guideline for Seismic Retrofit of Existing Building", Korea Infrastructure Safety Corporation, 2011, pp.63-66. (in Korean, with English abstract) 

  11. Kwon Ki-Hyuk, Lee Soo-Chul, Jung Won-Chul, "Proposing the Shear Force Equation of GFRP Strengthened Masonry Wall", Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, vol. 7, No. 1, 2007, pp.1-9. (in Korean, with English abstract) 

  12. Lee Bong-Keun, Lee Jung-Han, Yi Waon-Ho, Oh Sang-Hoon, Na Jung-Min, "Shear Capacity Assessment of Unreinforced Masonry wall", Proceeding of Architectural Institute of Korea, 2003 Spring Conference Structurs & Construction, vol. 23, No. 1, 2003, pp.125-128. (in Korean, with English abstract) 

  13. Lee Bong-Keun, Lee Jung-Han, Yi Waon-Ho, "Shear Capacity of Unreinforced Masonry Wall", Proceeding of Architectural Institute of Korea, 2002 Spring Conference Structurs & Construction, vol. 22, No. 2, 2002, pp.249-252. (in Korean, with English abstract) 

  14. Lee Soo-Chul, "An Experimental Study on the Improvement of Seismic Resistant Capacity for the Unreinforced Masonry Building", University of Seoul Graduate School Doctoral Dissertation, 2006, pp.7-52. (in Korean, with English abstract) 

  15. T. Manzouri, M. P. Schuller, P. B. Shing, B. Amadei, "Repair and Retrofit of Unreinforced Masonry Structures", Earthquake Spectra, vol. 12, No. 4, 1996, pp.903-922. 

  16. Yi Waon-Ho, Lee Jung-Han, Kang Dae-Eon, Yang Won-Jik, "An Experimental Study of Material Characteristics of Brick Masonry", Journal of The Architectural Institute of Korea Structurs & Construction, vol. 20, No. 12, 2004, pp.45-52. (in Korean, with English abstract) 

  17. Yi Waon-Ho, Lee Jung-Han, Oh Sang-Hoon, Yang Won-Jik, Kang Dae-Eon, "A Study on Evaluation of Shear Capacity of Unreinforced Masonry Wall", JOURNAL OF THE ARCHITECTURAL INSTITUTE OF KOREA Structurs & Construction, vol. 21, No. 10, 2005, pp.3-10. (in Korean, with English abstract) 

  18. Yu Hye-Ran, "An Experimental Study on the Structural Property of Lime Mortar used in the Modern Building Masonry brick", University of Seoul Graduate School Master's Degree, 2007, pp.66-71. (in Korean, with English abstract) 

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