선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 에 제시된 방법론을 사용하여 대상 구조물에 대한 내진성능평가를 수행한 결과, 비틀림 비정형 기준을 적용하여 구조물의 설계한 구조물은 편심이 커질수록 구조 물의 붕괴성능이 오히려 불필요하게 증가하였다. 그러므로 본 연구에서는 구조물의 합리적인 설계를 위한 개선된 내진 설계방법을 제안하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 현행 ASCE 7-10[1] 에 따라 설계를 수행한 골조들의 성능평가를 수행하고, 설계기준상의 문제점 제기 및 개선된 설계방법 제안하고자 한다. 이를 위해서 FEMA P695 [14] 에 제시된 방법론을 사용하여 고려한 모멘트골조들에 대한 성능평가를 수행하고, 개선된 설계방법을 사용하여 동일한 과정을 반복한 뒤 두 설계방법에 따른 모멘트골조의 성능을 비교평가 하였다.
- 본 연구에서는 비틀림 비정형 구조물에 적용되는 설계기준이 구조물의 붕괴확률에 어떠한 영향을 미치는가를 분석하기 위하여, 편심의 크기가 각각 다른 3층 구조물과 층 구조물을 설계하고 비선형 모델링 및 해석을 수행하였다. 그리고 FEMA P695 [14] 에 따라 ASCE 7-10 [1] 에서 제시하고 있는 설계기준의 적정성을 평가한 후, 비틀림 비정형 건물에 대한 과도한 설계의 개선하기 위한 합리적인 대안을 제시하였다.
- 완화된 조건을 사용하여 설계를 수행한 구조물의 성능이어떻게 다른가를 분석하기 위하여, 본 연구에서는 3층 구조물을 대상을 정형구조물과 설계를 수행한 비틀림 비정형 구조물, 완화된 조건을 사용한 구조물을 대상으로 소성힌지 발생위치를 분석하였다. Fig.
제안 방법
- (1) 살펴보고자 하는 특정 내진저항시스템을 갖는 구조물을 선택하고, 대상 구조물에 대한 모델링을 수행한다.
- (3) 현행 기준에서 변위 및 안정성 설계를 수행하는데 요구하는 최대층간변위의 사용 대신 질량중심의 상대변위를 사용한 완화된 기준으로 설계와 내진성능평가를 수행하였다. 그 결과, FEMA P695 [14] 에서 요구하는 구조물의 내진성능의 확보와 동시에 불필요한 내진성능의 증가를 억제할 수 있었다.
- (5) 위의 절차에 따라 계산한 P(CollapselSMT) 값이 비교를 통하여 대상 구조물의 내진성능 만족 여부를 판단한다.
- 본 연구에서는 비틀림 비정형 구조물에 적용되는 설계기준이 구조물의 붕괴확률에 어떠한 영향을 미치는가를 분석하기 위하여, 편심의 크기가 각각 다른 3층 구조물과 층 구조물을 설계하고 비선형 모델링 및 해석을 수행하였다. 그리고 FEMA P695 [14] 에 따라 ASCE 7-10 [1] 에서 제시하고 있는 설계기준의 적정성을 평가한 후, 비틀림 비정형 건물에 대한 과도한 설계의 개선하기 위한 합리적인 대안을 제시하였다.
- 따라서 본 연구에서는 비틀림 비정형 구조물의 횡변위를 수직부재 횡변위의 최댓값이 아닌 정형 구조물에 사용되는 질량중심의 상대변위로 산정하였다. 대상 구조물중 비틀림 비정형 구조물로 분류된 구조물은 3-TP4-O, 3-TP5-O, 9-TP4-O이고, 해당 구조물들에 대하여 완화된 조건을 사용하여 설계를 수행하였다.
- 특히, ASCE 7-10 [1] 에서는 비틀림 비정형 구조물에 대한 변위 제한 검토 및 안정성계수 검토를 수행할 때, 질량중심의 상대변위가 아닌 수직부재 횡변위의 최댓값을 사용하도록 규정하고 있다. 따라서 본 연구에서는 비틀림 비정형 구조물의 횡변위를 수직부재 횡변위의 최댓값이 아닌 정형 구조물에 사용되는 질량중심의 상대변위로 산정하였다. 대상 구조물중 비틀림 비정형 구조물로 분류된 구조물은 3-TP4-O, 3-TP5-O, 9-TP4-O이고, 해당 구조물들에 대하여 완화된 조건을 사용하여 설계를 수행하였다.
- 2 이상일 경우 현행 ASCE 7-10에서는 해당 구조물을 비틀림 비정형 구조물로 구분하도록 하고 있다. 또한 Fig. 1에서 세로축은 구조물의 붕괴확률을 나타내며, 대상 구조물을 설계 방법에 따라 비틀림 비정형 기준을 적용하여 설계를 수행한 타입 O 구조물과 정형 구조물인 Type 1 구조물과 동일한 단면을 가지는 타입 X 구조물로 분류하여 나타내었다.
- 에 따라 내진성능을 최대고려지진(Maximum considered earthquake, MCE) 지반운동에 대한 붕괴확률을 이용하여 평가하였다. 또한 골조의 내진성능을 확률에 근거하여 표현 하기 위하여 각 대상골조의 최대고려지진하중에 대한 붕괴 확률을 계산하였다.
- 에서 제시하는 내진 성능 평가 방법을 사용하여 동반연구(I, 내진설계)에서 제시한 다른 평면 유형과 단면 및 높이를 가지는 17개의 대상 골조를 대상 으로 내진 성능평가를 수행하였다. 목표 내진성능은 FEMA P695(2000)에서 성능 그룹에 대하여 요구하고 있는 0.2의 붕괴확률을 목표 내진성능으로 설정하였다. 비정형의 정도에 따른 구조물의 내진성능을 비교하기 위하여 편심의 정도가 다른 다섯 가지 평면을 선정하고, 높이에 따른 구조물의 성능비교를 위하여 3층과 9층 두 가지 경우를 고려하였다.
- 본 연구에서는 FEMA P695 [14] 에서 제시하는 내진 성능 평가 방법을 사용하여 동반연구(I, 내진설계)에서 제시한 다른 평면 유형과 단면 및 높이를 가지는 17개의 대상 골조를 대상 으로 내진 성능평가를 수행하였다. 목표 내진성능은 FEMA P695(2000)에서 성능 그룹에 대하여 요구하고 있는 0.
- 본 연구에서는 개선된 설계방법의 타당성을 평가하기 위하여 FEMA P695 [14] 에서 제시하는 내진 성능 평가 방법을 사용하여 완화된 조건을 사용하여 설계를 수행한 구조물에 대하여 내진성능평가를 수행하였으며, 비선형정석해석 및 IDA를 통하여 구한 각 계수 및 결과값을 Table 2에 정리하였다. 또한 개선된 설계방법에 따라서 단면의 붕괴성능이 적절한지 확인하기 위하여, 완화된 조건으로 설계를 수행한 구조물과 기존 구조물들의 붕괴확률을 비교한 결과를 Fig.
- 본 연구에서는 고려한 17개의 골조에 대하여 FEMA P695[14]에 따라 내진성능을 최대고려지진(Maximum considered earthquake, MCE) 지반운동에 대한 붕괴확률을 이용하여 평가하였다. 또한 골조의 내진성능을 확률에 근거하여 표현 하기 위하여 각 대상골조의 최대고려지진하중에 대한 붕괴 확률을 계산하였다.
- 2의 붕괴확률을 목표 내진성능으로 설정하였다. 비정형의 정도에 따른 구조물의 내진성능을 비교하기 위하여 편심의 정도가 다른 다섯 가지 평면을 선정하고, 높이에 따른 구조물의 성능비교를 위하여 3층과 9층 두 가지 경우를 고려하였다. 또한 현행 기준에 따른 구조물의 성능에 대한 평가를 위해 비틀림 비정형 기준의 적용 유무에 따라 구조물을 설계하였고, 비선형 시간이력해석을 수행하기 위해 Opensees(2006) [18]프로그램을 사용하였다.
- 이에 따라, 본 동반연구(I, 내진설계)에서는 현행 기준에서 요구하고 있는 비틀림 비정형 구조물에 대한 설계를 수행 하고, 시간이력해석을 통하여 수행한 설계의 타당성을 평가하였다. 이 연구에서는 건물 층수(3층, 9층), 설계 수행 여부(비틀림 비정형에 따른 추가적인 요구사항 준수 여부)를 변수로 설정하고 철골특수모멘트골조를 설계한 뒤, 시간이력 해석을 통하여 구조물의 내진성능을 평가하였다. 그 결과, 비틀림 비정형 구조물에 대한 추가적인 요구사항을 고려하여 설계한 구조물의 소성힌지의 분포는 정형 구조물의 소성 힌지 분포와 유사한 형태를 보였으며, 설계를 수행하지 않은 비틀림 비정형 구조물의 경우 한쪽의 골조로 치우친 소성힌지의 분포를 보였다.
- 에 따라 설계를 수행한 골조들의 성능평가를 수행하고, 설계기준상의 문제점 제기 및 개선된 설계방법 제안하고자 한다. 이를 위해서 FEMA P695 [14] 에 제시된 방법론을 사용하여 고려한 모멘트골조들에 대한 성능평가를 수행하고, 개선된 설계방법을 사용하여 동일한 과정을 반복한 뒤 두 설계방법에 따른 모멘트골조의 성능을 비교평가 하였다. 그리고 이러한 연구수행을 통하여 제안하는 개선된 설계방법의 타당성을 제시하였다.
- 이에 따라, 본 동반연구(I, 내진설계)에서는 현행 기준에서 요구하고 있는 비틀림 비정형 구조물에 대한 설계를 수행 하고, 시간이력해석을 통하여 수행한 설계의 타당성을 평가하였다. 이 연구에서는 건물 층수(3층, 9층), 설계 수행 여부(비틀림 비정형에 따른 추가적인 요구사항 준수 여부)를 변수로 설정하고 철골특수모멘트골조를 설계한 뒤, 시간이력 해석을 통하여 구조물의 내진성능을 평가하였다.
대상 데이터
- 지반가속도의 크기, PSA(Tn,5%)는 5%의 감쇠비를 가지고 구조물의 고유주기(Tn)를 갖는 단자유도 구조물의 유사가속도로 표현한다. 본 연구에서는 IDA를 수행하기 위하여 FEMA P695[14] 에서 제시하고 있는 22개 지반운동 가속도 세트를 사용하였다. 여기에서 CMR식 (4)를 통하여 계산할 수 있다.
이론/모형
- 비정형의 정도에 따른 구조물의 내진성능을 비교하기 위하여 편심의 정도가 다른 다섯 가지 평면을 선정하고, 높이에 따른 구조물의 성능비교를 위하여 3층과 9층 두 가지 경우를 고려하였다. 또한 현행 기준에 따른 구조물의 성능에 대한 평가를 위해 비틀림 비정형 기준의 적용 유무에 따라 구조물을 설계하였고, 비선형 시간이력해석을 수행하기 위해 Opensees(2006) [18]프로그램을 사용하였다. FEMA P695 [14] 에 따른 내진성능평 가를 수행하기 위한 각 계수의 산정과 붕괴확률 계산 결과는 Table 1에 나타내었다.
- 첫 번째는 대상 구조물의 성능 그룹이 최대고려지진 지반운동에 대하여 10% 미만의 붕괴확률을 가지는 것이고, 두 번째는 해당 지진하중 하에서 개별 구조물이 20% 미만의 붕괴확률을 가지는 것이다. 이 때 최대고려지진에서의 응답 가속도(SMT)는 ASCE 7-10[1]을 사용하여 결정할 수 있다. 이러한 내진성능평가를 수행하기 위하여 MCE에 대한 구조물의 붕괴강도 Pc가 계산되어야 하며, 이는 다음과 같은 과정을 통해 계산할 수 있다.
성능/효과
- (1) FEMA P695 [14] 에 제시된 내진성능평가 방법에 따라 대상건물의 내진성능을 평가한 결과, 정형 구조물과 동일한 단면을 가지는 구조물의 경우 편심이 증가함에 따라 내진성능이 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 현행 ASCE 7-10 [1] 의 비틀림 비정형 구조물에 대한 추가적인 요구사항을 준수하는 구조물의 경우 편심의 증가에 따라 오히려 내진성능이 증가하였으며, FEMA P695 [14] 에서 요구하는 내진성능을 보유하였다.
- (2) ASCE 7-10 [1] 의 비틀림 비정형 구조물에 대한 추가적인 요구사항을 만족하는 구조물들은 과도한 내진성능을 보유하는 경향을 보였다. 특히, 3층 비틀림 비정형 구조물인 3-TP4-O, 3-TP5-O 구조물의 경우 5%미만의 매우 낮은 붕괴확률을 보였다.
- (4) 현행 기준에 따라 설계된 구조물과 완화된 조건에 따라 설계된 구조물의 내진성능평가 결과를 비교한 결과, 3층 비틀림 비정형 구조물인 3-TP4-MC, 3-TP5-MC 구조물의 경우 정형 구조물보다 약간 높은 내진성능을 보였지만 FEMA P695 [14] 에서 요구하는 내진성능을 보유하는 것을 보였다. 또한 그 차이가 크지는 않았지만 9층비틀림 비정형 구조물인 9-TP4-MC 구조물의 경우에도 요구되는 내진성능을 확보함과 동시에 소량이지만 내진성능의 불필요한 증가를 억제할 수 있었다.
- 의 비틀림 비정형 설계 기준에 따라 비틀림 비정형 구조물의 횡 변위를 수직 부재의 최댓값으로 산정하여 단면설계를 수행한 구조물을 의미하며, 개선된 설계방법은 완화된 조건을 사용하여 질량 중심간의 거리로 횡변위를 산정하여 단면설계를 수행한 구조물을 의미한다. 3층 구조물을 보면, 구조물을 기존의 방식 으로 설계를 수행하였을 때 비틀림 비정형 구조물로 분류된 Type 4, Type 5의 붕괴확률이 각각 4%, 1%이었던 것에 비해, 완화된 조건을 사용하여 설계를 수행한 구조물의 경우 12%, 9%로 분괴확률이 크게 증가하였다는 것을 알 수 있다. 또한 그 크기는 Type 1, Type 2, Type 3 구조물의 붕괴확률과 큰 차이를 보이지 않았다.
- FEMA P695 [14] 에 제시된 방법론을 사용하여 대상 구조물에 대한 내진성능평가를 수행한 결과, 비틀림 비정형 기준을 적용하여 구조물의 설계한 구조물은 편심이 커질수록 구조 물의 붕괴성능이 오히려 불필요하게 증가하였다. 그러므로 본 연구에서는 구조물의 합리적인 설계를 위한 개선된 내진 설계방법을 제안하고자 한다.
- FEMA P695 [14] 에 따른 내진성능평 가를 수행하기 위한 각 계수의 산정과 붕괴확률 계산 결과는 Table 1에 나타내었다. Table 1에서 보는 바와 같이 현행 기준에 따른 설계를 수행하지 않은 3층의 3-TP4-X, 3-TP5-X 구조물과 9층의 9-TP3-X, 9-TP4-X 구조물을 제외한 모든 구조물이 0.2 미만의 붕괴확률을 가졌으며, 본 연구에서 설정한 목표 내진성능을 만족하였다.
- 그리고 비틀림 비정형 구조물에 대한 기준을 적용하여 설계를 수행한타입 O 구조물의 경우, 3층 구조물에 비하여 Type 2, Type 3, Type 4 구조물의 붕괴확률이 다소 크게 나타났지만, 3층 대상 골조와 동일하게 편심이 커질수록 대체로 감소하는 경향을 나타내었으며, 9-TP4-O 구조물의 경우에는 붕괴확률이 7%로 크게 감소하였다. 결론적으로, 평면 비정형 구조물이 현행 비틀림 비정형 기준을 통하여 설계하였을 경우에는 대상 구조물이 매우 과다한 붕괴 성능을 보유하게 된다.
- (3) 현행 기준에서 변위 및 안정성 설계를 수행하는데 요구하는 최대층간변위의 사용 대신 질량중심의 상대변위를 사용한 완화된 기준으로 설계와 내진성능평가를 수행하였다. 그 결과, FEMA P695 [14] 에서 요구하는 구조물의 내진성능의 확보와 동시에 불필요한 내진성능의 증가를 억제할 수 있었다.
- 이 연구에서는 건물 층수(3층, 9층), 설계 수행 여부(비틀림 비정형에 따른 추가적인 요구사항 준수 여부)를 변수로 설정하고 철골특수모멘트골조를 설계한 뒤, 시간이력 해석을 통하여 구조물의 내진성능을 평가하였다. 그 결과, 비틀림 비정형 구조물에 대한 추가적인 요구사항을 고려하여 설계한 구조물의 소성힌지의 분포는 정형 구조물의 소성 힌지 분포와 유사한 형태를 보였으며, 설계를 수행하지 않은 비틀림 비정형 구조물의 경우 한쪽의 골조로 치우친 소성힌지의 분포를 보였다. 또한 동일한 지진파에 대하여 요구사항을 고려한 비틀림 비정형의 구조물은 정형 구조물보다 더 큰성능을 발휘하였으며, 이를 통해 동반연구(I, 내진설계)에서 수행된 설계가 타당함을 검증하였다.
- 반면 편심을 고려한 설계를 수행한 설계 타입 O 구조물은 오히려 편심이 커질수록 붕괴확률이 감소하였다. 그리고 비틀림 비정형 구조물 로 분류된 3-TP4-O, 3-TP5-O 구조물의 붕괴확률이 각각 4%, 1%로 크게 줄어들었다. 이러한 결과는 현행 ASCE 7-10에서 비틀림 비정형으로 구분된 구조물에 대하여 추가적인 요구사항들에 따른 결과이다.
- 설계 타입 ‘X’의 구조물들은 편심이 증가할수록 붕괴확률도 증가하였으며, 9-TP3-X, 타내어 내진성능을 확보하지 못하는 것으로 나타났다. 그리고 비틀림 비정형 구조물에 대한 기준을 적용하여 설계를 수행한타입 O 구조물의 경우, 3층 구조물에 비하여 Type 2, Type 3, Type 4 구조물의 붕괴확률이 다소 크게 나타났지만, 3층 대상 골조와 동일하게 편심이 커질수록 대체로 감소하는 경향을 나타내었으며, 9-TP4-O 구조물의 경우에는 붕괴확률이 7%로 크게 감소하였다. 결론적으로, 평면 비정형 구조물이 현행 비틀림 비정형 기준을 통하여 설계하였을 경우에는 대상 구조물이 매우 과다한 붕괴 성능을 보유하게 된다.
- 4에 나타내 었다. 기존의 설계기준에 따라 설계를 수행한 Design Type O의 경우, 비틀림 비정형 구조물로 분류되는 Type 4, Type 5구조물에서 급격한 강재량의 증가가 나타났으나, 완화된 기준에 따른 개선된 설계방법의 경우 급격한 강재량의 증가없이 내진성능을 확보하는 것을 확인할 수 있었다.
- 에서 요구하는 내진성능을 보유하는 것을 보였다. 또한 그 차이가 크지는 않았지만 9층비틀림 비정형 구조물인 9-TP4-MC 구조물의 경우에도 요구되는 내진성능을 확보함과 동시에 소량이지만 내진성능의 불필요한 증가를 억제할 수 있었다.
- 그 결과, 비틀림 비정형 구조물에 대한 추가적인 요구사항을 고려하여 설계한 구조물의 소성힌지의 분포는 정형 구조물의 소성 힌지 분포와 유사한 형태를 보였으며, 설계를 수행하지 않은 비틀림 비정형 구조물의 경우 한쪽의 골조로 치우친 소성힌지의 분포를 보였다. 또한 동일한 지진파에 대하여 요구사항을 고려한 비틀림 비정형의 구조물은 정형 구조물보다 더 큰성능을 발휘하였으며, 이를 통해 동반연구(I, 내진설계)에서 수행된 설계가 타당함을 검증하였다. 하지만 해당 구조물의 내진성능이 정형 구조물에 비해 과도하게 높은 성능을 보이는 것으로 나타났다.
- 먼저 3층 구조물의 경향을 살펴보면 설계 타입 X 구조물은 편심이 커질수록 붕괴확률이 증가하였다. 특히, 비틀림 비정형 구조물로 분류된 3-TP4-X, 3-TP5-X 구조물은 붕괴확률이 0.
- 설계 타입 ‘X’의 구조물들은 편심이 증가할수록 붕괴확률도 증가하였으며, 9-TP3-X, 타내어 내진성능을 확보하지 못하는 것으로 나타났다.
- (5) 비틀림 비정형 구조물에 대하여 설계를 수행할 경우 변위 산정에 질량중심의 상대변위를 이용한 완화된 기준에 대하여 설계를 수행하여도 구조물이 충분한 내진성 능을 가진다. 즉, 정형 구조물에서처럼 질량중심으로 횡변위를 산정해도 요구 붕괴확률을 만족하며, 더욱 합리적으로 설계할 수 있다는 사실을 알 수 있다.
- 먼저 3층 구조물의 경향을 살펴보면 설계 타입 X 구조물은 편심이 커질수록 붕괴확률이 증가하였다. 특히, 비틀림 비정형 구조물로 분류된 3-TP4-X, 3-TP5-X 구조물은 붕괴확률이 0.2을 넘어 허용수준이 초과하였으며, 붕괴확률이 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 반면 편심을 고려한 설계를 수행한 설계 타입 O 구조물은 오히려 편심이 커질수록 붕괴확률이 감소하였다.
- 또한 동일한 지진파에 대하여 요구사항을 고려한 비틀림 비정형의 구조물은 정형 구조물보다 더 큰성능을 발휘하였으며, 이를 통해 동반연구(I, 내진설계)에서 수행된 설계가 타당함을 검증하였다. 하지만 해당 구조물의 내진성능이 정형 구조물에 비해 과도하게 높은 성능을 보이는 것으로 나타났다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.