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비선형 동적해석을 이용한 건축물 내진성능설계
Performance Based Seismic Design of Building Structures Using the Nonlinear Dynamic Analysis Methods 원문보기

전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, v.27 no.2, 2014년, pp.20 - 25  

안태상 (DRB 동일 건설기술연구소) ,  신동현 (서울시립대학교 건축공학과)

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문제 정의

  • 이에 본고에서는 비선형 동적해석을 위한 해석모델의 수립에 요구 되는 상세 모델링 방법에 대한 개념 및 절차에 대해 기술 하였다. 또한 이를 바탕으로 하여 성능목표 설정 및 평가 방법에 대해 제시하여, 이를 통하여 향후 비선형 동적해석 법을 이용한 성능기반 내진설계를 진행함에 있어 도움을 주고자 하였다.
  • 따라서 실제 발생하는 지진의 강도를 고려하여 구조물을 설계하기 위해서는 구조물의 비선형 거동을 감안하여 설계할 것이 요구되는데, 비선형 동적 해석을 적용시 재료 및 부재의 비선형 특성과 시간의존적인 특성을 반영하여 구조물의 변위, 속도 및 가속도 응답이력을 정확하게 구할 수 있다는 이점이 존재한다. 본고에서는 비선형 동적해석을 활용한 성능기반 설계시 요구되는 구조물의 상세모델링 방법과 일반적인 절차에 대해서 기술 하였다. 이를 통하여 현재 개정 중인 건축물 구조설계 기준에도 포함될 예정인 성능기반 내진설계에 대한 이해를 돕고 실무 적용성 향상에 도움이 되고자 한다.
  • 본고에서는 비선형 동적해석을 활용한 성능기반 설계시 요구되는 구조물의 상세모델링 방법과 일반적인 절차에 대해서 기술 하였다. 이를 통하여 현재 개정 중인 건축물 구조설계 기준에도 포함될 예정인 성능기반 내진설계에 대한 이해를 돕고 실무 적용성 향상에 도움이 되고자 한다.
  • 하지만 기존에 일반적으로 사용되던 해석방법과 달리 비선형 동적 해석법은 구조부재의 비선형성을 해석모델에 직접 구현하고, 구조물의 가진에 실제 지진파를 사용하기 때문에 정확한 해석모델의 수립이 필수적이라고 할 수 있다. 이에 본고에서는 비선형 동적해석을 위한 해석모델의 수립에 요구 되는 상세 모델링 방법에 대한 개념 및 절차에 대해 기술 하였다. 또한 이를 바탕으로 하여 성능목표 설정 및 평가 방법에 대해 제시하여, 이를 통하여 향후 비선형 동적해석 법을 이용한 성능기반 내진설계를 진행함에 있어 도움을 주고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비선형 시간이력해석이란 무엇인가? 비선형 시간이력해석은 구조부재의 비선형성을 해석모델에 직접 구현하고, 구조물의 가진은 실제 지진파를 사용 하는 해석법이다. 다른 해석방법에 비해서 지진을 받은 구조물의 변위, 속도, 가속도와 구조부재의 이력거동을 파악 함에 있어 가장 정확하고 신뢰도가 높은 해석방법이라 할수 있다.
국내 내진규준에 의한 내진해석법으로 무엇을 이용하고있는가? 국내 내진규준에 의한 내진해석법으로 정형구조물에는등가정적해석법(Equivalent static analysis method)을 비정형 구조물과 초고층건물에 대해서는 모드해석법을 이용하고 있으며, 이는 탄성해석에 근거하고 있다(김형근 등, 2013). 그러나 설계기준에서 정하고 있는 탄성설계 밑면전단력은구조엔지니어가 해당 구조물에 가정된 가상의 탄성 설계력을 바탕으로 설계를 진행하는 것으로 실제 구조물의 내진 저항 능력의 척도인 초기강도, 잉여력, 연성능력 역시 가상의 요소로서 평가할 수 밖에 없다는 제한사항이 존재한다.
다른 해석방법에 비해 비선형 시간이력해석의 특징은? 비선형 시간이력해석은 구조부재의 비선형성을 해석모델에 직접 구현하고, 구조물의 가진은 실제 지진파를 사용 하는 해석법이다. 다른 해석방법에 비해서 지진을 받은 구조물의 변위, 속도, 가속도와 구조부재의 이력거동을 파악 함에 있어 가장 정확하고 신뢰도가 높은 해석방법이라 할수 있다. 일반적으로 직접적분법(Direct Integration Method) 의 수치적분법을 통해서 시간의 증분에 따른 구조물의 변위 증분을 반복적인 계산으로 산정한다.
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참고문헌 (11)

  1. 장해남, 이종윤. 우리나라의 지진 현황 및 국외 지진 피해 사례, 대한토목학회지 제55권 제4호, pp133-139, 2007. 

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  2. 기상청, 2010년 1/4분기 국내외 지진발생 현황, 2010. 

  3. 김형근, 강지연, 안태상, 박진화, 황정현, 김영주, 김용구, 조영욱, 최현훈, 조성우, 공동주택 코어집중형 제진시스템 개발, SH공사 도시연구소, 2013. 

  4. ASCE STANDARD, Minimum Design Loads for Buildings and Other Structrue(ASCE 7-10), 2010. 

  5. 이동우, 임철우, 김형근, 안태상, 인방형 제진시스템의 구조 설계절차, 한국강구조학회지, pp. 58-66, 2009. 

  6. Gupta, A., and Krawinkler, H., Seismic Demands for Performance Evaluation of Steel Moment Resisting Frame Structures (SAC Task 5.4.3), John A. Blume Earthquake Engineering Research Center Rep. No. 132, Stanford University, 1999. 

  7. 이철호, 김정재, P- ${\Delta}$ 효과를 고려한 역 V형 철골 가새골조의 내진성능평가: 사례연구, 한국지진공학회 논문집, 제8권 제3호, pp. 97-103, 2004. 

    원문보기 상세보기

  8. FEMA, NEHRP guidelines for the seismic rehabilitation of buildings, FEMA273, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C., 1997. 

  9. 천영수, 박지영, 최경륜, 내진성능 향상을 위한 공동주택 제진구조시스템 개발, 공동주택의 제진구조 도입방안 연구, 한국토지주택공사 토지주택연구원, 2012. 

  10. 박지형, 철골 가새 골조의 성능기반 최적 내진설계법 개발, 연세대학교 석사학위논문, 2006. 

  11. 2009 ICC Performance Code for Buildings & Facilities, International Code Council, 2009. 

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