Kim, Dongbaek
(Dep. of Civil Engineering, Hnakyeong National University)
,
Lee, Byeonghoon
(Dep. of Civil Engineering, Hnakyeong National University)
,
Lee, Kwangjae
(Dep. of Civil Engineering, Hnakyeong National University)
,
Lee, Induk
(Dep. of Civil Engineering, Hnakyeong National University)
최근 공동주택은 여러 가지 원인에 의해 그 형태가 변화되고 있으며, 구조물도 벽식 형태의 구조물에서 보-기둥 형태의 구조물로 선호도가 바뀌고 있다. 따라서, 계획된 공간을 효율적으로 이용하기 위하여 구조물은 점점 더 고층화 되어가는 경향이 있다. 한국건축구조기준(KBC)에서는 이러한 고층 공동주택의 경우 내진설계 시 지진하중을 산정할 때, 구조물의 진동특성은 매우 신중하고 정밀하게 측정해야 하며, 특히 동적주기는 동적 주기는 이에 상응하는 정적 해석 시 매우 중요하므로 정밀하게 측정해야 한다. 본 연구의 주 목적은 상시 미진동 실험으로부터 얻어진 기타골조식과 전단벽식을 고려하는 경우 고층빌딩의 고유주기를 한국건축구조기준의 값과 비교하여 안전계수를 산정하고 내진성능을 평가하여, 보다 경제적인 내진설계방안을 제시하는 것이다. 또한, 연구결과 기타 골조 식은 매우 보수적으로 주기를 산정하는 것으로 나타나므로 내진설계 시 이러한 사항도 고려해야 할 것으로 사료된다.
최근 공동주택은 여러 가지 원인에 의해 그 형태가 변화되고 있으며, 구조물도 벽식 형태의 구조물에서 보-기둥 형태의 구조물로 선호도가 바뀌고 있다. 따라서, 계획된 공간을 효율적으로 이용하기 위하여 구조물은 점점 더 고층화 되어가는 경향이 있다. 한국건축구조기준(KBC)에서는 이러한 고층 공동주택의 경우 내진설계 시 지진하중을 산정할 때, 구조물의 진동특성은 매우 신중하고 정밀하게 측정해야 하며, 특히 동적주기는 동적 주기는 이에 상응하는 정적 해석 시 매우 중요하므로 정밀하게 측정해야 한다. 본 연구의 주 목적은 상시 미진동 실험으로부터 얻어진 기타골조식과 전단벽식을 고려하는 경우 고층빌딩의 고유주기를 한국건축구조기준의 값과 비교하여 안전계수를 산정하고 내진성능을 평가하여, 보다 경제적인 내진설계방안을 제시하는 것이다. 또한, 연구결과 기타 골조 식은 매우 보수적으로 주기를 산정하는 것으로 나타나므로 내진설계 시 이러한 사항도 고려해야 할 것으로 사료된다.
Recently, apartment designs are tend to be changed from the standard pattern by many causes and the beam-column structures are getting popular instead of wall structure system. Therefore, for the effective use of planed space the heights of apartment are tend to be higher and higher. According to Ko...
Recently, apartment designs are tend to be changed from the standard pattern by many causes and the beam-column structures are getting popular instead of wall structure system. Therefore, for the effective use of planed space the heights of apartment are tend to be higher and higher. According to Korea Building Code, earthquake resistance designs or seismic design for those high rise apartments must be more attentive and accurate, especially, dynamic periods of structures must be exactly measured, because those are very important for equivalent static analysis. The important subject of this study is to investigate the safety factors and seismic performance for natural period of high rise buildings by comparing the natural periods getting from ambient vibration method with those of Korea Building Code.
Recently, apartment designs are tend to be changed from the standard pattern by many causes and the beam-column structures are getting popular instead of wall structure system. Therefore, for the effective use of planed space the heights of apartment are tend to be higher and higher. According to Korea Building Code, earthquake resistance designs or seismic design for those high rise apartments must be more attentive and accurate, especially, dynamic periods of structures must be exactly measured, because those are very important for equivalent static analysis. The important subject of this study is to investigate the safety factors and seismic performance for natural period of high rise buildings by comparing the natural periods getting from ambient vibration method with those of Korea Building Code.
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문제 정의
Phan and M. Celebi, 1994), 본 연구에서는 상시 미진동 실험을 통하여 철근콘크리트 벽식 구조물의 진동주기를 측정하고 이를 기존 주기 식에 적용하여 현재 설계기준에 적용하여 지진하 중을 산정할 때, 적절한 지진하중이 산정되는지에 대한 연구를 수행하였다. 이에 본 연구에서는 내진설계의 기본이 되는 공동주택 및 고층빌딩의 고유주기를 측정하여 내진성능을 평가하고 보다 경제적인 내진설계방안을 제시하고자 한다.
Celebi, 1994), 본 연구에서는 상시 미진동 실험을 통하여 철근콘크리트 벽식 구조물의 진동주기를 측정하고 이를 기존 주기 식에 적용하여 현재 설계기준에 적용하여 지진하 중을 산정할 때, 적절한 지진하중이 산정되는지에 대한 연구를 수행하였다. 이에 본 연구에서는 내진설계의 기본이 되는 공동주택 및 고층빌딩의 고유주기를 측정하여 내진성능을 평가하고 보다 경제적인 내진설계방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
실제 주기측정에 대한 연구를 수행 한 공동주택은 근래 수도권 일대에 신축되고 있는 공동주택에 대하여 수행하였는 데, 이 건물은 KBC-2009에 의한 전단벽식 구조물의 기준식으로 주기를 산정하고 적용성을 비교하기 위하여 건축물의 주기를 실측해 보았다. 실측대상구조물은 전용면적 84m2의 2세대가 연결된 17층의 정형 구조물로서 높이는 50m, 층고는 2.
대상 데이터
실제 주기측정에 대한 연구를 수행 한 공동주택은 근래 수도권 일대에 신축되고 있는 공동주택에 대하여 수행하였는 데, 이 건물은 KBC-2009에 의한 전단벽식 구조물의 기준식으로 주기를 산정하고 적용성을 비교하기 위하여 건축물의 주기를 실측해 보았다. 실측대상구조물은 전용면적 84m2의 2세대가 연결된 17층의 정형 구조물로서 높이는 50m, 층고는 2.8m이다. 실험은 장비를 설치한 후 측정기기 주변의 노이즈에 의한 진동을 최대한 저감시킨 상태에서 진행해야 한다.
데이터처리
본 실험에서 측정된 결과를 국내 구조물의 내진설계 시 적용되는 주기식에 적용하여 비교하여 보았다. 이 중 KBC-2009에 제시된 기타구조물의 식을 고려하였을 경우인 식(1)과 본 실험결과를 적용하여 Fig.
이론/모형
본 연구에 적용된 주기식은 5가지로서 KBC-2009에 제시된 식이고, KBC-2009의 기본 적용 개념식인 레일리-리츠에 의한 주기산정과 비교하여 검토하였으며, 주기식의 상세한 내용은 다음과 같다.
본 연구에서 수행한 주기 측정방법은 상시 미진동 실험인데, 이 측정법은 건축물이 상시에 가지고 있는 미진동을 측정하여 고유주기를 측정하는 방법으로 건축물에 손상을 주지 않는다는 장점을 가지고 있으며, 장시간의 데이터 측정을 통하여 많은 양의 스펙트럼평균이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 미진동에서의 스펙트럼은 실제 설계를 위한 지진 시에 비하여 그 거동이 매우 작아서 실제 지진시보다 강한 강성하에서의 건축물의 거동을 측정하게 되어 실제거동보다는 보수적인 결과치를 얻게 될 우려가 있다.
성능/효과
(1) 철근콘크리트 벽식 구조물에 대한 기존 주기 산정식을 적용하여 본 결과 최대 4배정도의 편차가 발생하므로, 적용 식에 따라 지진하중의 크기가 매우 클 것으로 판단된다. 초고층 철근콘크리트 벽식 구조물은 이전의 구조형식보다 골조가 추가되는 등 매우 복잡하므로, 기존의 간편식을 사용하는 것보다 해석에 의한 주기식을 사용하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
(2) 지진하중 산정 시 사용하는 주기값은 철근콘크리트 골조식의 경우 기존 기타골조식이나 전단벽식의 경우 모두 보수적인 값으로 산정되므로 설계 시 사용하기에 적절한 것으로 나타났다. 하지만 기타골조식을 적용할 경우 강성의 차이는 발생하지 않는 반면, 전단벽식의 경우 벽체의 강성을 고려하여 보다 정확한 값을 산정하는 것으로 나타났다.
(1) 철근콘크리트 벽식 구조물에 대한 기존 주기 산정식을 적용하여 본 결과 최대 4배정도의 편차가 발생하므로, 적용 식에 따라 지진하중의 크기가 매우 클 것으로 판단된다. 초고층 철근콘크리트 벽식 구조물은 이전의 구조형식보다 골조가 추가되는 등 매우 복잡하므로, 기존의 간편식을 사용하는 것보다 해석에 의한 주기식을 사용하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
(2) 지진하중 산정 시 사용하는 주기값은 철근콘크리트 골조식의 경우 기존 기타골조식이나 전단벽식의 경우 모두 보수적인 값으로 산정되므로 설계 시 사용하기에 적절한 것으로 나타났다. 하지만 기타골조식을 적용할 경우 강성의 차이는 발생하지 않는 반면, 전단벽식의 경우 벽체의 강성을 고려하여 보다 정확한 값을 산정하는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
구조물의 진동특성을 정밀하게 평가하기 위한 방법에는 무엇이 있는가?
특히 설계 시 구조물의 동적특성요소를 반영하는 주기는 해외의 자료를 근거로 계산함으로써 우리나라의 실측결과와 상당한 차이가 있다. 구조물의 진동특성을 정밀하게 평가하기 위한 방법은 상시 미진동 실험, 강제진동실험, 자유진동실험, 지진응답 관측, 풍 응답 등이 있으며, 이중 상시 미진동 실험은 가진 원이 없이 구조물의 기본 진동주기 측정이 가능하므로(R.D Marshall, L.
본 논문에서 수행한, 높이에만 의존하는 약산식에 대한 검토 후, 실측을 통한 검증의 결과는 어떠한가?
(1) 철근콘크리트 벽식 구조물에 대한 기존 주기 산정식을 적용하여 본 결과 최대 4배정도의 편차가 발생하므로, 적용 식에 따라 지진하중의 크기가 매우 클 것으로 판단된다. 초고층 철근콘크리트 벽식 구조물은 이전의 구조형식보다 골조가 추가되는 등 매우 복잡하므로, 기존의 간편식을 사용하는 것보다 해석에 의한 주기식을 사용하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
(2) 지진하중 산정 시 사용하는 주기값은 철근콘크리트 골조식의 경우 기존 기타골조식이나 전단벽식의 경우 모두 보수적인 값으로 산정되므로 설계 시 사용하기에 적절한 것으로 나타났다. 하지만 기타골조식을 적용할 경우 강성의 차이는 발생하지 않는 반면, 전단벽식의 경우 벽체의 강성을 고려하여 보다 정확한 값을 산정하는 것으로 나타났다.
지진의 특징은 무엇인가?
지진은 대비하기 가장 어려운 재난 중에 하나이며 우리나라의 경우도 근래 진도 3 이상의 지진이 다수 관찰되고 있으므로 이에 대한 대책이 필요하다. 이에 건설교통부에서는 일정규모 이상의 건축물에 대하여 내진설계를 의무화하였는데, 현재 실무에서 사용되고 있는 내진설계의 기본개념은 구조물의 고유의 특성을 이용하여 구조물의 저항성 개념으로 설계하고 있다.
참고문헌 (6)
R.D Marshall, L.T. Phan and M. Celebi, "Full-Scale Measurement of Building Response to Ambient Vibration and the LOMA PRIETA Earthquake" Proceedings - 5th US national conference on Earthquake Engineering, Vol. 11, pp. 661-670, 1994.
Li-Hyung Lee, Kug-Kwan Chang, Young-Soo Chun, Experimental formula for the fundamental period of RC buildings with shear-wall dominant systems, The Structural Design of Tall Buildings, Vol.9, pp. 295-307, 2000.
Khan Mahmud Amanat, Ekramul Hoque, A rationale for determining the natural period of RC building frames having infill, Engineering structures, V.28, pp. 495-502, 2006.
Rakesh K. Goel, Anil K. Chopra, Period Formulas for Moment-Resisting Frame Buildings, Journal of Structural Engineering, 1997.
James L, Beck, B. Scott May, David. C. Polidori, Michale W. Vanok, Ambient vibration surveys of three steel-frame buildings strongly shaken by the 1994 northridge earthquake, California institute of Technology Report EERL No. 95-06, 1999.
Park, J. H., Lee, T.H., Effect of Uncertain N-values to Seismic Performance Evaluation of Underground Structures, Journal of The Korean Society of Disaster Information, Vol.6 No.2, 2010
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