[논문]끼움벽과 단주효과를 고려한 학교건축물의 내진성능평가

주창길; 한주연; 박태원

doi:10.7859/kief.2014.21.2.033

끼움벽과 단주효과를 고려한 학교건축물의 내진성능평가
Seismic Performance Evaluation of School Building Short Column Effect 원문보기

교육시설 : 한국교육시설학회논문집 = Journal of the Korean Institute of Educational Facilities, v.21 no.2, 2014년, pp.33 - 39

주창길 (단국대 건축공학과) , 한주연 (단국대 건축공학과) , 박태원 (단국대 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In the case of low-rise buildings in seismic performance evaluation, lateral force resistance of the pillars affects the seismic performance of the building. Evaluation of the seismic performance of the column is determined by the holding performance is evaluated by comparing the shear strength and bending strength it was destroyed bylow intensity. In case of the school building, in order to install the large windows for ventilation and lighting of the partition walls are located between the pillars. The case of the pillars of these, shear failure occurs in the event of an earthquake is often, in the seismic performance evaluation, partition wall and the wall of the shim is evaluated ignoring, pillar of the general pillars If you have to calculate the results of the seismic performance distorted that are destroyed by bending behavior can be evaluated as often. Results of the study, when assessed by distinguishing the effective length of the column, it was found that when a seismic load is applied, it is possible to accurately predict the failure mode, reliable results of seismic performance evaluation of the school building.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 학교건축물의 내진성능평가시 기둥의 종류를 분류하고, 종류별 내진성능평가결과를 제시하여, 학교건물의 내진성능을 보다 정확히 평가결과가 도출될 수 있도록 기초데이터를 제시 하고자 한다.
학교건축물에 내진성능평가를 적용할 경우, 끼움벽을 고려하는 경우, 전단성능평가식의 적용성 여부를 판단해 보기 위하여 경기도에 소재한 학교건축물을 대상으로 내진성능 평가를 수행하여 그 결과를 분석해 보았다. 내진성능을 평가하는 방법은 보유강도를 기초로 평가하는 방식을 채택하여 전단강도를 비교평가하고, 이를 통하여 기둥의 유효길이에 따른 내진성능을 검토하였다.

제안 방법

2.1에서 고려된 일본식, ACI 318-간편식, ACI 318-상세식, FEMA 356식이 각각 기둥의 전단특성을 어떻게 반영하는지 비교하기 위하여 f_ck=21MPa, f_y=300MPa, b=400mm, D=400mm인 기둥에 대하여 전단경간비, 전단철근간격, 축하중, 인장철근비의 변화에 따른 경향을 비교 평가를 수행하였다. 기둥에 있어서 전단경간비의 영향은 M/V = 0.
1에서 고려된 일본식, ACI 318-간편식, ACI 318-상세식, FEMA 356식이 각각 기둥의 전단특성을 어떻게 반영하는지 비교하기 위하여 f_ck=21MPa, f_y=300MPa, b=400mm, D=400mm인 기둥에 대하여 전단경간비, 전단철근간격, 축하중, 인장철근비의 변화에 따른 경향을 비교 평가를 수행하였다. 기둥에 있어서 전단경간비의 영향은 M/V = 0.5h_o이므로 h_o/D의 변화로 평가하였으며, 보다 상세한 모멘트와 전단력의 관계식이 필요한 ACI 상세식의 경우 전단력을 단면력의 20%수준으로 가정하여 해석을 수행하여 결과를 비교해 보았다.
학교건축물에 내진성능평가를 적용할 경우, 끼움벽을 고려하는 경우, 전단성능평가식의 적용성 여부를 판단해 보기 위하여 경기도에 소재한 학교건축물을 대상으로 내진성능 평가를 수행하여 그 결과를 분석해 보았다. 내진성능을 평가하는 방법은 보유강도를 기초로 평가하는 방식을 채택하여 전단강도를 비교평가하고, 이를 통하여 기둥의 유효길이에 따른 내진성능을 검토하였다.
또한 일본식이 전단철근비의 영향을 #로 평가하여 전단철근의 영향보다는 콘크리트나 축력등의 영향을 크게 하였으나, 미국의 코드에서 제시하는 식들은 전단철근비의 변화에 따른 영향을 크게 평가하였다. 특히, FEMA식은 전단철근간격 s가 단면의 유효깊이 d보다 크면 전단철근내부에 콘크리트가 파괴되므로 이에 대한 전단강도 기여도가 없고, s가 단면의 유효깊이 d보다는 작거나 0.
예제학교건물의 경우, [Figure 5]에 나타난 바와 같이 배치된 연직부재는 67개로 모든 기둥이 12-D19의 주근과 D10@250으로 띠근이 배근된 40×50cm의 장방형 단면을 가진 기둥으로 구성되어 있다. 이러한 기둥을 지지하중의 크기에 따라 장변방향 17개, 단변방향 17개의 형태로 분류한 후, [Figure 2]에서와 같이 장주형태의 거동을 하는 기둥의 경우 순층간 높이인 2.7m로 반영하고, 단주형태의 거동을 하는 기둥의 경우 1.2m로 반영하여 평가를 수행하였다.
장변방향(X-방향)의 평가결과를 살펴보면 일부의 기둥에서 휨파괴 양상을 나타내었으나 휨파괴와 전단파괴의 경계선상에 위치하여 휨과 전단파괴를 정확히 판정하기는 어려운 면이 있었으며, 다른 기둥들은 모두 전단파괴의 양상을 나타내었다. 이를 기초로 각 기둥의 휨파괴시 전단강도를 산정하고, 전단내력을 [Eq. 1]~[Eq. 5]에 제시한 각 기준별 전단내력을 산정하여 그 결과를 비교하여 보았다. 장변방향의 경우 [Table 1]에 나타난 것처럼 ACI의 상세 식으로 평가하면 270cm의 기둥높이를 갖는 대부분의 기둥이 휨모멘트에 의하여 파괴되며, 끼움벽에 의하여 단주 또는 극단주화 되는 기둥을 고려한 120cm로 해석한 모든 기둥은 전단파괴가 일어나는 것으로 판단되었다.

대상 데이터

본 건축물은 경기도 시흥시에 위치한 학교건축물로 1980년에 준공되어 현재 약 35년간 사용중인 건물로 연면적 4,590m², 지하 1층~지상 4층의 철근콘크리트 라멘구조이다.

성능/효과

1) 현재 보유강도평가법에 의한 기둥의 전단내력을 평가할 때, 기둥의 유효길이를 고려하여 유효길이별로 기둥성능을 평가하여야 한다. 특히, 휨거동시 전단내력이 작게 나오는 경우, 내진성능평가결과가 왜곡 될 수 있다.
2) 내진성능평가시 조적에 의한 칸막이벽이나 끼움벽은 내진성능평가시 고려되고 있지 않으나, 보다 정확한 내진성능평가를 위해서는 칸막이벽이나 끼움벽의 역할에 따라 그 결과의 왜곡이 있으므로, 칸막이벽이나 끼움벽에 대한 고려가 반드시 필요한 것으로 나타났다.
일본식은 기둥유효길이의 변화에 따라 V_c가 38kN~106kN의 범위를 가지며, ACI 318-간편식은 98kN~165kN, ACI 318-상세식은 111kN~171kN, FEMA356식은 98kN~147kN의 범위를 가진다. ACI 318-상세식과 FEMA 356이 기둥 길이가 짧아짐에 따라 전단강도를 크게 평가하고, 일본식이 가장 작게 평가함을 알 수 있다.
일본식은 전단철근의 간격에 따라 V_s가 56kN～103kN의 범위를 가지며, ACI 318식은 34kN～114kN, FEMA 356식은 17kN～114kN의 범위를 가다. 모든 식 중에서 일본식이 전단철근의 변화에 따른 변화경향이 가장 완만하며, ACI 318 및 FEMA 356식은 전단철근의 간격에 따라 큰 폭으로 변하는 것으로 해석되었다. [Figure 4.
5d보다 클 경우, 50%정도만 기여하는 것으로 평가하였다. 일본식은 전단철근의 간격 제한이 설계기준에 포함된 1972년 이후 시공한 부재를 실험하여 얻어진 결과인데, 국내 기존 건축물 대부분의 전단철근이 0.5d보다 큰 것을 고려할 때 일본식보다는 FEMA 356식이 국내 건축물 철근콘크리트기둥의 전단강도를 평가하는데 적합할 것으로 사료된다.
로 평가하여 전단철근의 영향보다는 콘크리트나 축력등의 영향을 크게 하였으나, 미국의 코드에서 제시하는 식들은 전단철근비의 변화에 따른 영향을 크게 평가하였다. 특히, FEMA식은 전단철근간격 s가 단면의 유효깊이 d보다 크면 전단철근내부에 콘크리트가 파괴되므로 이에 대한 전단강도 기여도가 없고, s가 단면의 유효깊이 d보다는 작거나 0.5d보다 클 경우, 50%정도만 기여하는 것으로 평가하였다. 일본식은 전단철근의 간격 제한이 설계기준에 포함된 1972년 이후 시공한 부재를 실험하여 얻어진 결과인데, 국내 기존 건축물 대부분의 전단철근이 0.

후속연구

3) 본 연구는 학교건축물 1개의 사례만을 분석하였으므로 추후 보다 많은 기초데이터를 확보하여 분석하는 추가연구가 필요할 것으로 판단된다.
당시 건설부는 대한건축학회에 용역을 수행하게 하여 우리나라 실정에 맞는 적절한 내진설계에 관한 기초연구가 시작되었다. 우리나라의 경우 역사지진과 계기지진을 토대로 하여 지진학 전문가들이 분석한 연구결과에 의하면 지진위험도가 매우 높지는 않지만, 건축물에 상당히 영향을 줄 수 있는 지진이 발생할 가능성이 있다고 알려져 있어, 우리도 지진에 대한 대책을 강구해야 할 것으로 판단된다. 이러한 연구의 결과로 1988년 내진기준이 제정되어, 6층 이상 연면적 10,000m² 이상에 대해서 내진설계를 하도록 건축법에 규정하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라 학교의 1987년 기준 전국의 학교 수는 2008년 몇개교가 되었는가?	우리나라의 경우, 1987년 기준 전국의 학교 수는 12,860개교에서 2008년 14,681개교로 크게 증가되었으며, 1988년 내진설계법 적용 이후 건립된 학교는 전체 학교 수의 약 14%에 해당되는 것으로 보고되어, 약 86%의 학교는 내진기준 제정 전에 준공되어 대부분의 학교건축물이 내진설계 적용대상에서 제외 되어 있다. 이는 학교건물이 3-4층 이내의 소형건물로 분류되어 상대적으로 지진위험도에서 안전한 건물로 분류되기 때문이다.
	1988년 내진기준 제정의 배경은?	국내 건축물의 내진설계기준은 1978년 국내에서 발생한 홍성지진과 1985년 멕시코 대지진을 계기로 지진에 대한 위험성을 인식하고, 내진설계에 대한 기준제정 필요성이 제기되었으며, 이후 내진설계기준을 제정하고 법제화하기 시작하였다. 당시 건설부는 대한건축학회에 용역을 수행하게 하여 우리나라 실정에 맞는 적절한 내진설계에 관한 기초연구가 시작되었다. 우리나라의 경우 역사지진과 계기지진을 토대로 하여 지진학 전문가들이 분석한 연구결과에 의하면 지진위험도가 매우 높지는 않지만, 건축물에 상당히 영향을 줄 수 있는 지진이 발생할 가능성이 있다고 알려져 있어, 우리도 지진에 대한 대책을 강구해야 할 것으로 판단된다. 이러한 연구의 결과로 1988년 내진기준이 제정되어, 6층 이상 연면적 10,000m2 이상에 대해서 내진설계를 하도록 건축법에 규정하였다.
	내진설계 대상건축물의 범위의 변화는?	이러한 연구의 결과로 1988년 내진기준이 제정되어, 6층 이상 연면적 10,000m2 이상에 대해서 내진설계를 하도록 건축법에 규정하였다. 이 때 제시된 내진설계 대상건축물의 범위는 점차 확대되어 1996년에는 5층 이상 연면적 5,000m2 이상으로 확대되고, 2004년에는 3층 이상 연면적 1,000m2 이상으로 확대되어, 현재에는 건축법 시행령에 층수가 3층 이상인 건축물, 연면적이 1,000m2 이상인 건축물, 국토해양부령이 정하는 지진구역안의 건축물 중 어느 하나에 해당하는 건축물을 건축하거나 대수선하는 경우에는 지진에 대한 안전여부를 확인하도록 규정하고 있다.

참고문헌 (9)

Oh, Chang-Hak, "Lesson of Wenchuan Earthquake in China", Jourmal of KSEA, Serial No.87, pp.32-35, 2008
Kim, Hye-Jin, Park, Tae-Won, Cho, Seung-Ho, Lee, Kyung-Koo, Roh, Young-Sook and Lan Chung, "Experimental study on Seismic Retrofitting Methods for school building using aramid strip" Journal of the KOSOS, Vol. 25, No. 3, pp.100-107, 2010
Applied Technology Council (ATC-33 Project), "Nehrp Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, FEMA 273", Buildings Seismic Safety Council
Applied Technology Council (ATC-43 Project), "Eval u -ation of Earthquake Damaged Concrete and Masonry Wall buildings, FEMA 306", The Partnership for Response and Recovery
Yoo, Han-Kook, Park, Tae-Won, Lee, Sang-Hyun , Lan, Chung, and Cho, Seong-Ho, "Seismic Performance Evaluation of School Buildings in Gyunggi Region Considering Seismic Hazard Map", Journal of the KOSOS, Vol. 24, No. 4, pp.66-73, 2009
Korea Concrete Institute, "Concrete Design Code", 2012
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Korea Building Code", 2009
Sinan Altin, Ozgur Anil, M. Emin Kara, Mustafa Kaya, "An experimental study on strengthening of masonry infilled RC frames using diagonal CFRP strips", Composites Part B: engineering, Vol. 39, No.4, pp. 680-693, 2008

상세보기
Sheilh, S.A. and Khoury, S.S. "A Performance -Based Approach for the Design of Confining in Tie Columns", ACI Structural Journal, pp.421-431, 1997

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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