병렬전단벽시스템은 횡력저항에 있어서 효율적인 구조시스템이지만, 각 독립벽체를 연결하는 연결보의 복잡한 철근상세로 인해 시공상의 어려움이 있다. ACI-318에서는 개선된 철근상세를 제안했지만, 이 또한 과도한 횡보강근으로 인해 대각철근의 중심부의 철근 배근 혼잡으로 인해 현장 적용에 어려움이 따른다. 본 연구에서는 프리캐스트를 통하여 철근 배근 오차 및 콘크리트 품질 등의 저하를 줄이고 ACI 318-11의 개선된 상세에 따른 기준 실험체와 일반대각철근을 묶음대각철근으로 대체한 철근콘크리트 연결보의 이력거동을 비교 평가하였다. 그 결과, 묶음대각철근을 적용한 실험체는 현행기준에 따른 연결보와 비교하여 유사한 이력거동을 나타냈고, 더 우수한 에너지소산능력을 나타냈다. 묶음대각철근을 적용한 철근콘크리트 연결보가 현행기준에 따르는 연결보를 대체하여 현장적용이 가능할 것으로 판단된다.
병렬전단벽시스템은 횡력저항에 있어서 효율적인 구조시스템이지만, 각 독립벽체를 연결하는 연결보의 복잡한 철근상세로 인해 시공상의 어려움이 있다. ACI-318에서는 개선된 철근상세를 제안했지만, 이 또한 과도한 횡보강근으로 인해 대각철근의 중심부의 철근 배근 혼잡으로 인해 현장 적용에 어려움이 따른다. 본 연구에서는 프리캐스트를 통하여 철근 배근 오차 및 콘크리트 품질 등의 저하를 줄이고 ACI 318-11의 개선된 상세에 따른 기준 실험체와 일반대각철근을 묶음대각철근으로 대체한 철근콘크리트 연결보의 이력거동을 비교 평가하였다. 그 결과, 묶음대각철근을 적용한 실험체는 현행기준에 따른 연결보와 비교하여 유사한 이력거동을 나타냈고, 더 우수한 에너지소산능력을 나타냈다. 묶음대각철근을 적용한 철근콘크리트 연결보가 현행기준에 따르는 연결보를 대체하여 현장적용이 가능할 것으로 판단된다.
Coupled shear walls are effective lateral force resisting system in which coupling beams link individual walls. For improving the energy dissipation capacity of coupling beams, diagonal reinforcement details were developed. However, it is difficult to construct diagonal reinforced coupling beams due...
Coupled shear walls are effective lateral force resisting system in which coupling beams link individual walls. For improving the energy dissipation capacity of coupling beams, diagonal reinforcement details were developed. However, it is difficult to construct diagonal reinforced coupling beams due to the congestion of reinforcement in the beam. For resolving the problem, this study developed precast coupling beams with bundled diagonal reinforcement. To reduce the reinforcement congestion, bundled diagonal reinforcement were placed in the coupling beam. To evaluate the cyclic performance of coupling beams with bundled diagonal reinforcement, experimental test were conducted. For this purpose, two slender specimens with an aspect ratio of 3.5 were made and tested. It was observed that the cyclic performance of the coupling beam with bundled diagonal reinforcement was similar with that of the coupling beam with normal diagonal reinforcement placed according to design code to ACI 318-11.
Coupled shear walls are effective lateral force resisting system in which coupling beams link individual walls. For improving the energy dissipation capacity of coupling beams, diagonal reinforcement details were developed. However, it is difficult to construct diagonal reinforced coupling beams due to the congestion of reinforcement in the beam. For resolving the problem, this study developed precast coupling beams with bundled diagonal reinforcement. To reduce the reinforcement congestion, bundled diagonal reinforcement were placed in the coupling beam. To evaluate the cyclic performance of coupling beams with bundled diagonal reinforcement, experimental test were conducted. For this purpose, two slender specimens with an aspect ratio of 3.5 were made and tested. It was observed that the cyclic performance of the coupling beam with bundled diagonal reinforcement was similar with that of the coupling beam with normal diagonal reinforcement placed according to design code to ACI 318-11.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 대각보강을 적용한 철근콘크리트 연결보의 내진거동을 평가하기 위해 형상비 3.5의 연결보에 대해 ACI 318 (2011)13)의 두 번째 대각철근 상세 (Fig. 1(b))를 갖는 연결보를 대상으로 시공성 및 내진성능 향상을 위해 묶음대각 철근(Bundled diagonally reinforcement) 을 사용하여 ACI 318-11의 Fig.
본 연구에서는 현행 ACI 318 (2011)에 따르는 대각철근을 갖는 철근콘크리트 연결보의 시공성을 개선하기 위해 묶음대각철근을 갖는 연결보를 제안하였다. 세장한 연결보의 묶음대각철근 상세의 적용 가능성을 확인하고자 실험을 통하여 성능을 비교평가 하였다.
연결보를 프리캐스트(precast) 부재로 제작함으로써 공장 생산의 장점을 부각시킬 수 있게 되고 연결보의 품질 유지 및 시공성 개선을 통해 연결보의 프리캐스트 부재 생산 가능성을 평가하고자 한다.
제안 방법
10-11) 국내에서는 권현욱 등12) 이 두 번째 대각철근 상세(Fig. 1(b))에 대해 묶음대각철근을 이용하여 형상비 2.0의 연결보 실험을 통해 단순화된 철근상세를 갖는 연결보의 성능을 평가하였다.
대상 데이터
SD-3.5 실험체는 형상비(Ln/h) 3.5, 폭(width) 250 mm, 높이(height) 300 mm, 연결보 길이(Ln) 1050 mm이고, 실험체 제작에 사용된 횡철근 및 횡구속 철근은 D13 (12.7 mm) 을 사용하였다.
연결보와 스터브 접합면의 미끄러짐 방지와 일체화를 통해 원활한 하중을 전달되도록 하기 위해 연결보 양 끝단에 50 mm의 전단 키(shear key)를 설치하고, 단면 중심에 ‘U’ 형 철근을 추가로 배치하여 접합부를 보강하였다. 실험 시 스터브가 연결보보다 먼저 항복하여 실험체 지장이 생길 경우를 방지하기 위해 스터브 부분에 충분한 철근 보강을 하였고, 연결보 부분의 압축강도는 40 MPa, 스터브 부분은 60 MPa로 제작하였다.
압축강도 공시체는 직경 100 mm, 높이 200 mm로 제작하였다. 압축강도 시험은 KS F 2405에 따라 진행하였으며, 연결보 실험체와 동일한 조건 하에서 현장 양생하였다.
6(a)에 압축강도 시험 결과의 평균값으로 얻은 응력-변형률 곡선을 나타내었다. 연결보 실험체에 사용한 철근은 설계항복강도 420 MPa의 D13 (12.7 mm), D25 (25.4 mm) 철근이고, 인장 시험결과를 통하여 얻은 기계적 특성을 Fig. 6(b)와 Table 1에 정리하였다.
데이터처리
5 실험체의 대각철근과 같은 직경의 철근을 상하로 결속한 묶음대각 철근을 사용한 실험체이다. 묶음대각 철근을 적용한 실험체를 통하여 ACI 318-11의 기준에 따라 제작된 연결보와의 이력거동 차이 및 내진성능에 대해 비교 및 평가하였다. 실험체에 사용된 대각철근량은 평균전단응력이#(MPa)가 되도록 D25 (25.
본 연구에서는 현행 ACI 318 (2011)에 따르는 대각철근을 갖는 철근콘크리트 연결보의 시공성을 개선하기 위해 묶음대각철근을 갖는 연결보를 제안하였다. 세장한 연결보의 묶음대각철근 상세의 적용 가능성을 확인하고자 실험을 통하여 성능을 비교평가 하였다. 연구를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.
이론/모형
3에 나타난 바와 같이 실험체의 대각철근을 묶음대각 철근으로 설정하였다. 두 개의 실험체는 모두 형상비 3.5로 제작되었으며, 기준 실험체인 SD-3.5는 ACI 318-11의 설계 기준에 따라 제작하였다.
압축강도 공시체는 직경 100 mm, 높이 200 mm로 제작하였다. 압축강도 시험은 KS F 2405에 따라 진행하였으며, 연결보 실험체와 동일한 조건 하에서 현장 양생하였다.
형상비가 2에서 4 사이인 연결보는 대각보강 및 수평 보강을 둘 다 허용하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 ACI 318-11에서 제시하는 Fig. 1(b)에 나타난 배근 방법에 따라 수평 및 횡구속 철근을 기초로 하여 2개의 실험체를 제작하였다.
실험을 통해 얻은 각 실험체별 이력곡선을 분석하여 얻은 항복하중(Vy), 항복변위각(Θy), 최대하중(Vu), 최대변위각(Θu), 파괴시 하중(Vf), 파괴시변위각(Θf), 연성비(μ)를 Table 2에 정리하였다. 항복변위 각과 파괴변위각은 Pan and Moehle (1989)14)가 산정한 방법에 따라 하중-변위 곡선 관계에서 항복변위각은 원점과 최대하중의 2/3에 해당하는 점을 잇는 직선이 최대강도의 값과 접하는 교점에 해당하는 변위각으로 산정하였다. 최대변위각은 최대하중 이후 80% 감소할 때의 하중에 대한 변위각을 나타내었으며, 파괴변위각은 실험체가 최종파괴 되어 하중이 급격히 감소할 때의 변위각으로 산정하였다.
성능/효과
1) ACI318-11에서 요구하는 상세에 따른 철근콘크리트 연결보 실험체 SD-3.5는 ACI 318-11에서 제시하는 공칭전단강도 이상의 전단강도를 나타냈고, 변위각 5%까지 강도의 저감 없이 안정적인 변형능력을 보유하며 우수한 내진성능을 나타내었다.
2) 대각철근을 묶음대각철근으로 적용한 BD-3.5 실험체 역시 변위각 6%까지 심각한 강도의 저감 없이 안정적인 변형능력을 보유하였고, 기준실험체 SD-3.5 보다 정(+) 가력시 6%, 부(-) 가력 시 13% 높은 전단강도를 확인하였다. 이는 묶음대각철근의 사용으 로 인한 대각철근의 경사각(α)이 증가하며 연결보의 전단강도 증가에 영향을 미친 것으로 판단된다.
3) 묶음대각철근을 적용한 BD-3.5 실험체는 기준실험 체인 SD-3.5 실험체와 비교하여 유사한 이력거동 및 강성저하의 특성을 나타냈고, 더 우수한 에너지 소산능력을 보여주었다. 형상비가 큰 연결보는 상대적으로 더 복잡한 철근배근으로 인해 시공상 어 려움이 많지만, 묶음대각철근을 사용할 경우 강도 및 연성은 유지되고 시공성은 개선될 것이라 판단된다.
4) 현장생산에서의 시공성 및 연결보의 품질 문제점을 해결하기 위해 프리캐스트 부재로 생산함으로써 공 기단축 및 연결보의 품질 확보 가능성을 확인하였 다. 따라서 본 연구에서 제안하는 묶음대각철근 상세를 적용한 철근콘크리트 연결보는 내진성능 및 시공성을 개선할 수 있다고 판단된다.
4) 현장생산에서의 시공성 및 연결보의 품질 문제점을 해결하기 위해 프리캐스트 부재로 생산함으로써 공 기단축 및 연결보의 품질 확보 가능성을 확인하였 다. 따라서 본 연구에서 제안하는 묶음대각철근 상세를 적용한 철근콘크리트 연결보는 내진성능 및 시공성을 개선할 수 있다고 판단된다.
5 실험체와 비교하여 유사한 이력거동 및 강성저하의 특성을 나타냈고, 더 우수한 에너지 소산능력을 보여주었다. 형상비가 큰 연결보는 상대적으로 더 복잡한 철근배근으로 인해 시공상 어 려움이 많지만, 묶음대각철근을 사용할 경우 강도 및 연성은 유지되고 시공성은 개선될 것이라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연결보의 확보해야 할 필요조건은?
특히 지진이 발생하였을 경우 병렬전단벽 시스 템의 변형이 증폭되어 연결보에서 큰 전단변형이 발생하 게 된다. 연결보는 병렬 전단벽 시스템의 내진성능을 결 정짓는 중요한 요소 중 하나로써, 독립벽체 하부에서 소 성힌지가 발생하기 이전에 건물 높이 전체에 걸쳐 연결 보에서 소성힌지가 발생하도록 적당한 철근 상세를 통해 충분한 강도와 강성을 확보해야 한다. 1) 지진 발생 시 일 반 보의 형태로 배근된 연결보는 벽체와의 접합면에서 미끄러짐 전단 파괴(sliding shear failure)가 발생할 수 있다.
구조용 콘크리트 벽체의 특징은?
구조용 콘크리트 벽체는 건물 평면 중심 부근, 개구부, 창문 등이 요구되는 곳에 배치되고 이로 인해 연결보로 연결된 전단벽 시스템(coupled shear wall system)은 개별 벽체들보다 추가 수평강성 등을 얻을 수 있어 높은 강성 과 내진성능을 보유하고 있기 때문에 횡력 저항에 효율 적이다. 특히 지진이 발생하였을 경우 병렬전단벽 시스 템의 변형이 증폭되어 연결보에서 큰 전단변형이 발생하 게 된다.
구조용 콘크리트 벽체의 경우 지진이 발생할 경우 어떤 변형이 발생하게 되는가?
구조용 콘크리트 벽체는 건물 평면 중심 부근, 개구부, 창문 등이 요구되는 곳에 배치되고 이로 인해 연결보로 연결된 전단벽 시스템(coupled shear wall system)은 개별 벽체들보다 추가 수평강성 등을 얻을 수 있어 높은 강성 과 내진성능을 보유하고 있기 때문에 횡력 저항에 효율 적이다. 특히 지진이 발생하였을 경우 병렬전단벽 시스 템의 변형이 증폭되어 연결보에서 큰 전단변형이 발생하 게 된다. 연결보는 병렬 전단벽 시스템의 내진성능을 결 정짓는 중요한 요소 중 하나로써, 독립벽체 하부에서 소 성힌지가 발생하기 이전에 건물 높이 전체에 걸쳐 연결 보에서 소성힌지가 발생하도록 적당한 철근 상세를 통해 충분한 강도와 강성을 확보해야 한다.
참고문헌 (14)
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