[논문]경주 9.12지진의 피해 및 비구조요소 내진설계기준

이수현; 조태구; 임환택; 최병정

doi:10.5000/eesk.2016.20.7.561

경주 9.12지진의 피해 및 비구조요소 내진설계기준
Damage of Gyeongju 9.12 Earthquakes and Seismic Design Criteria for Nonstructural Elements 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.20 no.7 special, 2016년, pp.561 - 567

이수현 (경기대학교 일반대학원 건축공학과) , 조태구 (경기대학교 일반대학원 건축공학과) , 임환택 (경기대학교 플랜트건축공학과) , 최병정

Abstract ▼ AI-Helper

After the Gyeong-ju 9.12 earthquake, we found the necessity of seismic design of nonstructural element is important to reduce damages in view of properties and economic losses. This study focused on the investigation of damages including both properties and human beings. It was found that most of the damages are leaking of water pipe line, rupture of glasses, spalling of roof finishing, cracks of building, and falling from roof. It was also found that the seismic design force of nonstructural elements is taking account into the natural periods, amplification factors, response modification factors to forsee inelastic behaviors. From this studies, it is recommended that more studies are necessary on the seismic design force of nonstructural element.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 경주 지진 피해상황을 비구조요소의 관점에서 확인하고, 국내 기준에 따른 비구조요소 내진설계기준과 함께 해외기준의 비교분석을 통해 비구조요소의 내진설계를 보완할 수 있는 방안을 모색하고자 하였다.

가설 설정

건물의 용도는 주거용 및 업무용으로 사용 가능한 일반 건물로 설계하였으며, 서울지역(지진구역 Ⅰ), 중요도계수 I_E는 1.2의 내진등급 Ⅰ로 가정하였다. 내진설계범주는 D에 속하며, 층고는 1층 6 m, 2~3층 5 m, 4~8층 3.
2의 내진등급 Ⅰ로 가정하였다. 내진설계범주는 D에 속하며, 층고는 1층 6 m, 2~3층 5 m, 4~8층 3.8 m으로 총 31.2 m로 저층부(2~3F)는 주거시설, 고층부(4~8F)는 업무시설로 사용할 수 있는 복합건물로 가정하였다. 비구조요소의 높이는 각층에 위치해 있는 것으로 가정하였다.
각 기준에 따른 지진하중 산정을 위하여 변수를 설정하였다. 비구조요소는 증폭계수(a_p)의 값을 최대로 고려할 수 있는 표지판 및 광고판, 장식물 등을 가정하여 증폭계수(a_p)는 2.5로 , 비구조요소의 가동중량(W_p)은 10 kN(1 tonf)로 가정하였다. 이에 따른 변수들은 Table 6과 같이 산정하였다.
2 m로 저층부(2~3F)는 주거시설, 고층부(4~8F)는 업무시설로 사용할 수 있는 복합건물로 가정하였다. 비구조요소의 높이는 각층에 위치해 있는 것으로 가정하였다. 지진력저항시스템은 특수중심가새 골조로, 반응수정계수 R=6으로 설계하였다.

제안 방법

비구조요소의 높이는 각층에 위치해 있는 것으로 가정하였다. 지진력저항시스템은 특수중심가새 골조로, 반응수정계수 R=6으로 설계하였다.

대상 데이터

각 기준별 비구조요소 설계지진하중 비교에 앞서, 내진설계 된 8층의 기준 건물을 먼저 설계하였다. 본 건물은 중간모멘트 골조와 철골 특수 중심가새골조로 이루어진 이중 골조시스템으로 높이 31.
각 기준별 비구조요소 설계지진하중 비교에 앞서, 내진설계 된 8층의 기준 건물을 먼저 설계하였다. 본 건물은 중간모멘트 골조와 철골 특수 중심가새골조로 이루어진 이중 골조시스템으로 높이 31.2 m 8층 건물로 설계하였다.
본 지진의 영향으로 남부지방을 중심으로 30년에서 20년 정도의 연식을 가진 건물의 내·외장재가 파손되거나 균열이 발생하는 피해가 있었으며, 특히 문화재가 많은 경주에서는 100건이 넘는 문화재 피해가 보고되었다.

성능/효과

1) 비구조요소의 피해조사는 국민안전처의 조사에 따르면 인명피해 6건, 재산피해 103건으로서 피해유형은 건물의 유리파손, 수도배관파열, 천정내장재 탈락, 건물균열 및 낙하물의 피해였다. 특히 식당 등 천정의 일부 붕괴에서 살펴보았듯이 이런 부분에 대해서도 비구조요소 내진설계 수행을 좀 더 심도있게 살펴보아야 할 것으로 판단된다.
2) 비구조요소의 설계지진하중은 KBC2-16, ASCE 41 및 IBC 2015의 경우 건물의 주기 및 비구조요소의 주기까지 설계에 고려되나 기존의 UBC 97에서는 건물에의 설치위치만 고려되었었기 때문에 높이(H)가 높아질수록 설계지진하중이 크게 나타났다.
3) 국내 비구조요소의 설계지진하중은 비구조요소의 증폭계수(ap )와 반응수정계수(R p )를 사용하여 초과강도와 비탄성거동을 고려함을 알 수 있었다. 비보강조적벽 및 표면마감재는 반응수정계수를 낮추어 사용하고 있음을 알 수 있었다.
3) 국내 비구조요소의 설계지진하중은 비구조요소의 증폭계수(ap )와 반응수정계수(R p )를 사용하여 초과강도와 비탄성거동을 고려함을 알 수 있었다. 비보강조적벽 및 표면마감재는 반응수정계수를 낮추어 사용하고 있음을 알 수 있었다. 지진하중의 분석에서는 저층에서는 Eurocode에 따른 비구조요소의 지진하중이 높았던 반면에 중층으로 올라가면서 그 값은 유사하게 일치하는 것으로 분석되었다.
설계지진하중은 처음에는 세 기준 모두 약간의 차이가 있었으나, 지붕 층에서 UBC1997이 가장 크게 산정 되었으며, KBC2016과 Eurocode는 층수가 증가할수록 비슷한 값이 산정 되었다.
비보강조적벽 및 표면마감재는 반응수정계수를 낮추어 사용하고 있음을 알 수 있었다. 지진하중의 분석에서는 저층에서는 Eurocode에 따른 비구조요소의 지진하중이 높았던 반면에 중층으로 올라가면서 그 값은 유사하게 일치하는 것으로 분석되었다. 따라서 저층에 대한 비구조요소의 지진하중에 대한 다양한 변수를 포함한 분석이 필요하다고 판단된다.

후속연구

비구조요소의 성능기반 내진설계는 건물 및 거주자 또는 기기 자체의 심각한 손상으로 인해서 많은 연쇄적인 파괴에 따른 피해를 줄 수도 있다. 따라서 건물의 설계 초기부터 목표성능을 명확히 하여 비구조요소의 사용자 및 설계자에 대한 책임도 부여할 수 있는 체계가 갖추어 져야 할 것으로 판단된다.
하지만 국내 기준의 경우 ASCE7-10 또는 41-13을 그대로 차용한 부분이 많아 우리나라의 지반 조건 및 지역에 따른 계수가 세부적으로 반영이 되어 있지 않다. 따라서 이번 경주 지진피해를 통해 우리나라 실정에 맞는 비구조요소의 내진설계 기준을 재검토해야할 것이다.
비구조요소 또한 특등급, I등급 및 II등급의 건축물내진등급과 연계하여 인명안전 및 즉시사용의 성능수준을 맞출 수 있도록 연구가 진행되어야할 것으로 판단된다. 왜냐하면 비구조요소에는 건물의 특등급 처럼 생명에 심각한 영향을 미치는 비구조요소가 있고, 비구조요소의 기능을 상실하는 요소도 있으며 지엽적인 국부적인 파손인 경우 등 있기 때문이다(김장훈, 2004).
1) 비구조요소의 피해조사는 국민안전처의 조사에 따르면 인명피해 6건, 재산피해 103건으로서 피해유형은 건물의 유리파손, 수도배관파열, 천정내장재 탈락, 건물균열 및 낙하물의 피해였다. 특히 식당 등 천정의 일부 붕괴에서 살펴보았듯이 이런 부분에 대해서도 비구조요소 내진설계 수행을 좀 더 심도있게 살펴보아야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	경주에서 발생한 5.8규모의 지진의 특징은?	8규모의 지진이 경주에서 발생했다. 이 지진은 진앙지인 경상북도 경주시는 물론 전국에서 진동이 감지되었으며, 육상지진으로는 국내에서 1978년 충북 속리산에서 규모 5.2, 충남 홍성에서 규모 5.0의 지진이 일어난 뒤 38년만에 발생한 대형 지진이다.
	한반도 관측 이래 최대인 5.8규모의 지진이 경주에서 발생한 날짜는?	2016년 9월 12일 한반도 관측 이래 최대인 5.8규모의 지진이 경주에서 발생했다.
	경주 지진의 영향으로 발생한 건물피해와 문화재 피해는?	본 지진의 영향으로 남부지방을 중심으로 30년에서 20년 정도의 연식을 가진 건물의 내·외장재가 파손되거나 균열이 발생하는 피해가 있었으며, 특히 문화재가 많은 경주에서는 100건이 넘는 문화재 피해가 보고되었다.

참고문헌 (8)

Kim JH. Seismic resistant design of non-structural components. Review of Architecture and Building Science. 2004 Aug;48(8):53-56
Chang KK, Lim YC, Seo DW. Comparison of building code for design of non-structural elements for buildings. Journal of the Architecturral Institute of Korea Structure & Construction. 2013 Jan;29(1):23-30.
Architectural Institute of Korea. Korea Building Code and Commentary. c2016.
ASCE41-13. Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings, American Society of Civil Engineers, Standards ASCE/SEI 41-13. c2014.
British Standard. Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General Rules, Seismic Actions and Rules for Buildings. BS EN1998-1. c2004.
International Code Council. IBC: International Building Code. c2015.
International Code Council. UBC; Uniform Building Code, c1997
Choi JS. Seismic Evaluation and Retrofit design of non-structural elements for Earthquake Damage Reduction, Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea. 2014 Jun;43(6):68-83.

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