[논문]병렬전단벽의 강도와 강성이 커플링보의 설계내력에 미치는 영향

윤태호; 김진상

doi:10.5762/kais.2016.17.10.743

병렬전단벽의 강도와 강성이 커플링보의 설계내력에 미치는 영향
Design Strength of Coupled Shear Wall System according to Variation of Strength and Stiffness of Coupled Shear Wall 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.10, 2016년, pp.743 - 750

초록
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본 연구에서는 초고층건물의 횡력저항 구조형식으로 널리 사용되는 병렬전단벽-커플링보 구조시스템에서 전단벽의 강도, 강성이 커플링보의 설계 강도에 미치는 영향을 분석하였다. 커플링보에 발생하는 설계내력은 코어벽체의 두께와 콘크리트의 강도가 변하더라도 층별 설계내력은 유사한 경향을 보이고 있으며, 벽체 콘크리트 강도와 두께에 따라 커플링보에 발생하는 외력은 다소 감소하는 경향이 있다. 커플링보의 설계내력은 6개 모델 전부 40층 건물에서, 10층에서 15층의 범위에서 가장 높게 발생하고 있음을 알 수 있다. 즉, 병렬전단벽의 휨변형 변곡점이 형성되는 건물높이의 0.25H~0.375H 위치에서 최대 부재력이 발생한다. 벽체두께가 증가 할수록 코어내부의 커플링보의 발생 외력은 점차 증가하는 것으로 확인되었다. 또한 벽체 두께가 두꺼워질수록 벽체의 콘크리트 강도 증가에 따른 커플링보의 부재력 변화는 적게 나타나는데, 이는 벽체 두께가 두꺼우므로 콘크리트 강도변화의 영향이 적게 미치는 것으로 분석된다. 병렬전단벽의 두께증가는 콘크리트의 강도증가보다 강성변화에 큰 영향을 미치고, 이에 따라 커플링보의 부재력 변화에도 더 큰 영향을 미치는 것으로 분석된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this research, the effects of the strength and stiffness of shear walls on the design strength of coupling beams are studied in the shear wall-coupling beam structural system widely used as the lateral-drift resistant system of high-rise buildings. The results show that the design strength of the coupling beams decreases with decreasing concrete strength and core wall thickness, but the shape remains unchanged. In all six models, the design strength of the coupling beams has the largest value at the 10~15th floors in a 40-story building. In other words, the design strength of the coupling beams has the largest value at 0.25H~0.375H where the inflection point exists. The thicker the walls, the smaller the change in the member forces. The thickness of the coupled shear walls has more influence on the design strength of the coupling beams than the concrete strength.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 고층건물의 횡변위 구조형식으로 널리 사용되는 전단벽-커플링보 구조시스템에서 전단벽의 강도, 강성이 커플링보의 설계강도에 미치는 영향을 분석 하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 병렬전단벽 구조시스템에서 병렬전단 벽의 강도, 강성이 커플링보의 설계강도에 미치는 영향을 분석하였다.

가설 설정

실제 병렬 전단벽 시스템의 거동은 Fig. 3(c)와 같이 전술한 두 가지 경우 사이에서 거동할 것이다.[10] Fig.
건물에 작용하는 지진하중은 지역계수 0.22, 지반등 급 Sc, 내진 1등급, 중요도계수 1.1, 내진설계범주 D로 하였으며, 반응수정계수는 5.0으로 가정하였다.
설계기본풍속은 서울기준으로 30.0m/s, 노풍도 A, 중요도 계수 1.1, 가스트영향계수는 2.2로 하였고, 지형에 의한 풍속할증은 없는 것으로 가정하였다.

제안 방법

본 연구에서는 수평변위의 제한 값을 CEN EC 3/1에 따라 H/400 ∼ H/500을 기준으로 검토하였으며, 최상층 횡변위 허용범위는 H/400(407.5㎜) ∼ H/500(326.0㎜)이다.

대상 데이터

대상 건물의 횡변위 시스템은 코어 시스템이며, 코어 벽체는 커플링보로 각각 연결되어 있다. 사용된 구조재료는 Table.
본 연구에서는 국내 고층건물에서 일반적인 철골모멘 트골조 + 전단벽(이중골조) 형태의 모델을 대상으로 한다. 본 연구에서 사용한 해석모델은 Fig. 3과 같이 좌측에 코어를 가지는 정방형의 평면을 가지는 40층(166m) 규모의 철골조 구조물이다. Fig.
본 연구에서는 국내 고층건물에서 일반적인 철골모멘 트골조 + 전단벽(이중골조) 형태의 모델을 대상으로 한다. 본 연구에서 사용한 해석모델은 Fig.

데이터처리

해석프로그램으로는 MIDAS GEN[11]을 사용하였고, 해석결과로부터 각 해석모델의 최상층 횡변위가 CEN EC 3/1에 규정된 허용 횡변위(H/400 ～H/500)를 만족함을 확인하였다.

성능/효과

1) 부재별(LB11∼LB14)로 발생하는 층별 부재력곡선은 형태 및 변화유형이 유사한 것으로 나타났다.
2) 커플링보 중 강성중심에서 먼 위치의 LB11, LB14 부재에서 중심에 가까운 LB12, LB13부재보다 2배 이상의 휨모멘트 및 전단력이 발생하는 것으로 분석되었다.
3) 병렬전단벽의 휨변형 변곡점이 형성되는 건물높이의 0.25H~0.375H 위치에서 최대 부재력이 발생한다.
4) 벽체 두께가 두꺼워질수록 벽체의 콘크리트 강도 증가에 따른 커플링보의 부재력 변화는 적게 나타나는데, 이는 벽체 두께가 두꺼우므로 콘크리트 강도변화의 영향이 적게 미치는 것으로 분석된다.
5) 병렬전단벽의 두께증가는 콘크리트의 강도증가보다 강성변화에 큰 영향을 미치고, 이에 따라 커플링보의 부재력 변화에도 더 큰 영향을 미치는 것으로 분석된다.
모델1과 2(Fig. 5와 Fig. 6 참조)를 비교하여 보면, 벽체의 콘크리트 강도가 33.4% 증가하면 커플링보의 발생 부재력은 1.97∼4.25%정도 저하되는 것으로 나타났다.
모델 1, 3, 5의 해석결과를 비교하면, 벽체두께가 증가 할수록 코어내부의 커플링보의 발생외력은 점차 증가하는 것으로 나타난다. 벽체두께가 600mm에서 700mm로 17% 증가하면 커플링보의 부재력증가는 최대 5.3%, 800mm로 33.3% 증가하면 최대 12.3% 증가하는 것으로 분석되었다.
부재별(LB11∼LB14)로 발생하는 휨모멘트와 전단력의 크기는 코어벽체의 두께, 콘크리트 강도가 다르다 하더라도 해석상에 나타나는 층별 부재력곡선은 형태 및 변화유형이 유사한 것으로 나타났다.
커플링보 LB11, LB14부재에는 LB12, LB13부재와 비교할 때, 2배를 넘는 모멘트와 전단력이 발생하고 있는 것으로 분석되었다. 이는 발생 부재력이 구조물의 강성중심과 연관되어 있음을 의미한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고층건물에 작용하는 횡하중에 의한 수평 전단력에 저항하는 구조로서 가장 널리 사용되는 구조시스템은 무엇이 있는가?	구조물의 높이가 높아질수록 이러한 횡하중이 증가하기 때문에 횡하중에 의한 수평 전단력도 증가하게 된다. 고층건물에 작용하는 횡하중에 의한 수평 전단력에 저항하는 구조로서 가장 널리 사용되는 구조시스템의 하나는 철근콘크리트 전단벽 시스템이다[1].
	커플링보는 어떤 구조요소인가?	커플링보는 개구부 위치에서 벽체를 연결하므로, 중력하중에는 크게 영향을 받지 않으며, 대부분 횡하중에 의해 구조설계가 지배된다. 바람과 지진의 작용 시 벽체에 유발되는 저항력을 인근 벽체로 전달하여 전체 구조시스템의 횡력저항능력을 확보하는 중요한 구조요소 이다[3]. 커플링보는 RC System, SRC/Steel System 등 다양한 구성재료와 형식이 사용되고 있다[4].
	고층 건물의 구조계획 시 전단벽체를 적절하게 배치하면 어떤 효과가 나타나는가?	고층 건물의 구조계획 시 전단벽체를 적절하게 배치하면, 구조물에 작용하는 횡하중, 즉 풍하중이나 지진하중에 대하여 매우 효율적으로 저항할 수 있다. 구조물의 높이가 높아질수록 이러한 횡하중이 증가하기 때문에 횡하중에 의한 수평 전단력도 증가하게 된다.

참고문헌 (12)

Waon-Ho Yi, Hyun-Do Yun, Waon-Ho Jeon, Han-Beom Song., "Hysteretic Behavior of Steel Coupling Beam and RC Coupled Shear Wall Joining", Proceedings of Architectural Institute of Korea, vol. 20 no. 1, pp. 201-204, 2000.
Hyun-Do Yun, Waon-Shin Park, Joo-Hwa Yi, Sun-Kyung Hwang, Beyong-Chan Han, Il-Seung Yang, "Behavior characteristics of Coupled Shear Wall on Effects of coupling Beam Details", Architectural Institute of Korea, vol. 20, no. 6, pp. 19-26, 2004.
Han-Beom Song, Waon-Ho Yi, "Behavior, Reinforcing Details and Design of Steel Coupling Beams Joint in Coupled Shear Wall Systems", Architectural Institute of Korea, vol. 21 no. 12, pp. 109-118, 2005.
Jae-Hyung Joo, Applicability of SRC Coupling Beam in Tall Buildings, Yeonse University, 2006.
Ji-Yeon Yang, Behavior and Design of Steel-Concrete Composite Coupling Beam, Seoul National University, 2002.
Woan-Ho Yi, Han-Beom Song, "Inelastic Behavior of RC Shear wall and Steel Girder Shear Connection", Architectural Institute of Korea, vol. 21, no. 10, pp. 63-70, 2005.
Yu-Mi Yi, Cheol-Gyu Jeong, Seong-Hyung Yoo, Seong-Woo Shin,, "The Lateral Displacement Control Evaluation by Structural Elements of Shear Wall Structures", Architectural Institute of Korea, vol. 23, no. 10, pp. 10-17, 2007.
Kent A. Harries, Bahram M. Shahrooz, "Hybrid Coupled Wall System", ACI, 2005.
Paulay, T. Binney, "Diagonally Reinforced Coupling Beams of Shear Wall", Publication no. 42, ACI, Detroit, Michigan, pp. 579-58, 1974.
Tae-Ho Yoon, Jin-Sang Kim, "Practical Design Method for Coupling Beams of Tall Buildings with Dual Frame System", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 15, no. 1, pp. 525-532, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2014.15.1.525

원문보기 상세보기
MIDAS Information Technology Co., LTD, MIDAS/Gen V7.4.1 Users Manual, MIDAS Information Technology Co., LTD, 2011.
Architectural Institute of Korea, Korean Building Code-Structural, pp. 57-62, Architectural Institute of Korea, 2009.

저자의 다른 논문 :

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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