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국내 학교시설물의 내진안전성 평가
Seismic Safety Evaluation of School Buildings in Korea 원문보기

敎育施設 : 韓國敎育施設學會誌 = Review of the Korean Institute of Educational Facilities, v.21 no.4, 2014년, pp.22 - 29  

이강석 (전남대 건축학부)

초록이 없습니다.

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문제 정의

  • 본 기사에서는 1980년대 표준설계도면에 의해서 건설된 학교건물을 대상으로 내진보강설계의 근간이 되는 내진성능을 비선형해석을 바탕으로 평가 및 검토하였다. 본 기사에서는 1980년대 학교건물의 내진성능을 평가하기 위해 다음에 서술하는 방법에 의해서 비선형 정적 및 동적해석을 수행하였다.

가설 설정

  • (2) 각 부재의 항복힌지의 위치는 문헌[2], [10], [11]을 참고로 다음과 같이 가정을 하며, 기둥 및 보의 접합부 등, 각 부재의 중심으로부터의 항복힌지가 발생되는 부재단까지는 강역(Rigid)으로 가정한다.
  • (5) 콘크리트블록 등의 비내력벽은 무시한다.
  • 표 3에는 등가에너지법에 의해서 추정한 각 층 복원력 특성을 나타낸다. 대상건물을 3질점계의 MDOF으로 모델링하여 비선형 동적해석을 수행하였으며, 비선형 정적해석 결과 대상건물의 파괴모드가 휨파괴로 평가되었기 때문에, 본 대상 건물을 Takeda Model (휨파괴형 모델)4)로 가정하여 표 3의 결과를 토대로 비선형 동적해석을 수행하였다. 입력지진동으로서는Elcentro(EW/NS), Hachinohe(EW/ NS) 및 Taft(EW/NS) 기존 지진파를 사용하였고, 국내 지진규모를 고려하여 입력지진동을 100gal, 150gal 및 200gal로 표준화하여 동적해석을 실시하였다.
  • 부재는 강역을 가지는 선재로 치환하며, 그림 2에 나타내는 것과 같이, 휨스프링과 전단스프링이 직렬 결합한 모델로 가정한다. 즉, 양단의 모멘트로부터 휨에 대한 강성 메트릭스를 평가하는 Giberson모델(재단 소성스프링법)7),8)로 가정한 것으로서, 부재의 재축방향의 변형은 무시를 하며, 부재의 휨은 탄성강성 kB를 가지는 탄성선재와 그 양단에 설정한 (kBP)A 및 (kBP)B의 강성을 가지는 소성회전스 프링에 의하여 평가를 하며, 변형은 그것들의 합으로 나타낸다.
  • )를 추정하여 비선형 동적해석을 수행하는 것을 권장하고 있다. 상기와 같은 연구결과를 근거로 본 기사에서는 각 골조를 양단 핀의 강한 보로 연결하여 구조물 전체를 하나의 평면골조로 비선형 정적해석5)을 수행하였으며, 해석 수행 시 부재는 강역을 가지는 선재로 치환하여 휨 스프링과 전단 스프링이 직렬 결합한 모델로 가정하였다. 또한 비선형 정적해석결과를 이용하여 대상건물을 타케다 복원력특성(Takeda Hysteresis Model)을 가지는 MDF 전단구조시스템으로 모델링하여 비선형 동적 해석을 수행하였다.
  • 부재는 강역을 가지는 선재로 치환하며, 그림 2에 나타내는 것과 같이, 휨스프링과 전단스프링이 직렬 결합한 모델로 가정한다. 즉, 양단의 모멘트로부터 휨에 대한 강성 메트릭스를 평가하는 Giberson모델(재단 소성스프링법)7),8)로 가정한 것으로서, 부재의 재축방향의 변형은 무시를 하며, 부재의 휨은 탄성강성 kB를 가지는 탄성선재와 그 양단에 설정한 (kBP)A 및 (kBP)B의 강성을 가지는 소성회전스 프링에 의하여 평가를 하며, 변형은 그것들의 합으로 나타낸다. 또한 전단변형에 대해서는 재중앙부에 설정한 비선형 전단스프링11)에 의하여 평가를 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
단변방향 1층의 경우 어느지점에서 항복이 일어나는가? 2cm 지점에서 항복이 발생했으며 이때의 내력은 약 1390kN이다. 단변방향 1층의 경우 부재각(R) 약 1/100rad., 변위 3.3cm 지점에서 항복이 일어났으며 이때의 내력은 약 2100kN으로 나타났다.
국내 1980년대 표준도면에 의해서 건설된 학교 건물을 대상으로 지진피해에 관해 검토한 결과는? (1) 비선형 해석결과, 장변방향은 부재각 R=1/150rad., 단변방향은 부재각 R=1/100rad.에서 항복하였으며, Hachinohe.NS(200gal) 입력지진동에서 장변방향 19.85 cm, 단변방향 23.3cm의 최대지진응답변위를 나타내 었다. (2) 지진피해도 판정법을 이용하여 대상학교건물의 내진안전성을 상세하게 평가한 결과 150gal이상의 지진에서 중규모 지진피해가 발생할 가능성이 예측되 며, 가까운 미래에 발생가능한 지진에 대한 대책, 즉내진보강이 시급하다고 사료된다.
지진피해도 판정법을 이용하여 대상학교건물의 내진안전성을 상세하게 평가한 결과는? (2) 지진피해도 판정법을 이용하여 대상학교건물의 내진안전성을 상세하게 평가한 결과 150gal이상의 지진에서 중규모 지진피해가 발생할 가능성이 예측되 며, 가까운 미래에 발생가능한 지진에 대한 대책, 즉내진보강이 시급하다고 사료된다.
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참고문헌 (11)

  1. 기상청홈페이지(http://www.kma.go.kr/). 

  2. Japan Building Disaster Prevention Association., Standard for Evaluation of Seismic Capacity of Existing Reinforced Concrete Buildings, Tokyo, Japan(in Japanese, revised in 1990 and 2001). 

  3. Federal Emergency Management Agency, FEMA 310 : Handbook for Seismic Evaluation of Buildings - A Prestandard, Washington D.C., 1998. 

  4. Shunsuke OTANI, "Hysteresis models of reinforced concrete for earthquake response analysis", journal of the faculty of engineering, the university of tokyo, Vol. 36, No. 2, 1981. 

  5. 이강석, 이원호, 류해상, "말뚝기초를 포함한 철근콘크리트건물의 비선형 진해석법에 관한 연구", 한국지진공학회 논문집, 제7권 2호(통권30호), 2003.4 

  6. Japan Building Disaster Prevention Association., Standard for Damage Level Classification, Tokyo, Japan(in Japanese), 2001. 

  7. Berg, G.V. and D.A. DaDeppo, "Dynamic Analysis of Elastoplastic Structures", Proc. ASCE, Vol.86, No. EM 2, 1960 

  8. Gilberson, M.F., "Two Nonlinear Beams with Definitions of Ductility", Proceedings of ASCE, Vol.95, No. ST2, 1966 

  9. Thomas Paulay, M. J. N. Priestley , Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, Wiley-Interscience, 1992, pp. 137. 

  10. 日本建築學會, "鐵筋コンクリ？ト構造計算規準.同解說", 1991 

  11. 梅村魁遍, " 鐵筋コンクリ？ト建物の動的設計法續(中層)", 技報堂, 19820호, 2003.4 

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