[논문]파형강판벽의 등가 양방향 대각 스트럿 모델을 이용한 기존 건물의 내진성능 평가

이창환; 손주기

doi:10.9712/kass.2020.20.1.87

파형강판벽의 등가 양방향 대각 스트럿 모델을 이용한 기존 건물의 내진성능 평가
Seismic Performance Evaluation of Existing Buildings Using Equivalent Double Diagonal Strut Model for Corrugated Steel Plate Walls 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.20 no.1, 2020년, pp.87 - 94

이창환 (부경대학교 건축공학과) , 손주기 (부경대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A corrugated steel plate wall (CSPW) system is advantageous to secure the strength and stiffness required for lateral force resistance because of its high out-of-plane stability. It can also stably dissipate large amounts of energy even after peak strength. In this paper, a preliminary study has been carried out to use the CSPW system in the seismic retrofit of existing reinforced concrete (RC) moment frame buildings. The seismic performance for an example building was evaluated, and then a step-by-step retrofit design procedure for the CSPW was proposed. An equivalent analytical model of the CSPW was also introduced for a practical analysis of the retrofitted building, and the strengthening effect was finally evaluated based on the results of nonlinear analysis.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

파형강판벽으로 보강된 건물의 내진성능은 비선형동적절차(NDP)를 통해 평가하는 것이 바람직하지만 축적된 자료가 부족하여 파형강판벽에 대한 반복 이력모델은 아직 정립되지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 NSP에 따른 보강 건물의 성능 평가를 수행하고자 하였다. 본 절에서는 이를 위한 파형강판벽의 등가 해석모델도출 과정을 기술한다.
이러한 배경으로 본 논문에서는 기존 RC 모멘트골조 건물의 내진보강에 파형강판벽 시스템을 적용하기 위한 예비 연구를 수행하였다. 예제 건물을 대상으로 내진성능을 평가한 후 내진설계기준 및 기존 이론에 기반하여 제안된 파형강판벽의 보강설계 절차를 단계적으로 설명한다.
지금까지 파형강판벽과 관련된 여러 연구가 수행되었으나 시스템의 구조적 거동 특성을 규명하기 위한 내용이 주를 이루어 왔으며, 반복 이력모델은 아직 정립되지 않은 실정이다. 이에 따라 본 논문에서는 기존 RC 모멘트골조 건물의 내진보강에 파형강판벽 시스템을 적용하기 위한 예비 연구를 수행하였다.

가설 설정

보강 위치 및 개소는 구조적 대칭성, 파형강판 패널당 내력, 기능적 요인, 인접 골조 및 기초 부하 등을 고려하여 결정될 필요가 있다. 본 설계 예제에서는 이를 바탕으로 평면상 기존 조적벽 위치 3개소에 파형강판벽 보강을 실시하는 것으로 가정하였고, 구체적인 위치는 X1, X7 및 X12열에서 단변 방향 7.5m 경간(Y1과 Y2열 사이)이다. 수직적 연속성을 위해 해당 위치에 전층 보강을 수행하며, 1층을 기준으로 한 강판 패널당 V′은 식 (1)과 같이 444.
이 예제에서는 파의 경사각(θ)이 45도이고, 파형벽의 깊이(a₃)가 100mm인 단순한 형태를 가정하였다. 평판 길이(a_{제안 방법

예제 건물을 대상으로 내진성능을 평가한 후 내진설계기준 및 기존 이론에 기반하여 제안된 파형강판벽의 보강설계 절차를 단계적으로 설명한다. 또한 보강된 건물의 구조해석에 실용적으로 적용하기 위해 파형강판벽에 대한 등가 해석모델을 도입하였고, 이를 적용한 비선형해석 수행 결과로부터 보강 효과를 평가한다.

예제 건물을 대상으로 파형강판벽의 보강설계 절차를 단계적으로 제시하였고, 보강된 건물의 구조해석에 실용적으로 적용하기 위하여 양방향 대각 스트럿으로 등가화된 파형강판벽 해석모델을 제안하였다. 보강 효과를 평가하기 위하여 제안된 방법을 적용하여 비선형해석을 수행한 결과, 보강 건물에서는 소성변형이 파형강판벽에 집중되어 기존 구조 부재의 소성변형량이 크게 감소하였다.

파형강판벽은 면외로 굴곡진 형상을 하고 있는 복잡한 형태의 면부재로 NSP에 실용적으로 적용될 수 있도록 양방향 대각 스트럿으로 등가화하였다. 먼저 강판을 단일 대각 스트럿으로 변환하는 과정이 [Fig.

대상 데이터

대상 학교 건물은 긴급대피수용시설로 지정된 것으로 가정하여 중요도(특)으로 분류하였고, 건물의 기본 지진력저항시스템은 RC 보통모멘트골조로 구성된다. 지진 하중 산정을 위한 상세 조건은 [Table 1] 에 제시되며, 건축구조기준²⁾에 따라 설계밑면전단력(V)은 2,873kN 으로 산정되었다.

본 연구에서는 파형강판벽을 적용하기 위하여 80년도 학교교사 표준설계도(건설부 공고 제130호) 중 중교-80-92-나 유형을 대상 건물로 선정하였다. 일반 교실동 중 신축 이음으로 구분된 영역만을 대상으로 하였으며, 기존 RC 모멘트골조 건물에 대한 적용성 평가를 위해 조적벽의 구조적 기여는 무시하였다.

본 연구에서는 파형강판벽의 연성적인 거동을 기대하기 위해 설계기준항복강도(F_y)가 160MPa인 저항복점강을 적용하였으며, 이에 대한 전단항복응력(τ_y)은 92.38MPa로 산정된다. 또한 국내에서 보강을 위해 소요되는 t는 강진 지역인 일본에 비해 일반적으로 작게 되는데, 가공의 용이성을 함께 고려하여 적용 두께의 범위를 1.

이 예제에서는 파형강판벽이 완전 채움의 형태로 보강되는 것으로 적용하였으며, 보강 위치의 기둥 및 보 크기를 고려하면 파형강판벽의 순길이(l_n)와 순높이(h_n)는 각각 7,050mm와 2,700mm이다. V′에 대한 강판의 t는 전단항복에 기반한 식 (2)를 통해 검토할 수 있다.

데이터처리

파형강판벽이 배치되기에 적합한 단변 방향(Y방향)만을 성능 검토 대상으로 하였으며, 구조해석은 상용 프로그램인 ETABS¹²⁾를 이용하여 수행하였다. 고유치 해석 수행 결과, 정형 구조물의 거동을 보이는 것으로 나타나 비선형정적절차(NSP)에 따른 수평하중은 1차 모드의 형상에 비례하도록 분포시켰으며, +Y 및 -Y 양방향에 대한 개별적 검토를 수행하였다.

5배 지진에 대한 인명안전(LS) 만족을 목표로 설정하였다. 파형강판벽이 배치되기에 적합한 단변 방향(Y방향)만을 성능 검토 대상으로 하였으며, 구조해석은 상용 프로그램인 ETABS¹²⁾를 이용하여 수행하였다. 고유치 해석 수행 결과, 정형 구조물의 거동을 보이는 것으로 나타나 비선형정적절차(NSP)에 따른 수평하중은 1차 모드의 형상에 비례하도록 분포시켰으며, +Y 및 -Y 양방향에 대한 개별적 검토를 수행하였다.

이론/모형

6% 초과한 것이지만 건물의 잉여 강도는 매우 작은 것으로 평가되었다. 본 연구에서는 공동주택 성능기반 내진설계 지침¹⁴⁾에 제시된 권고 기준에 따라 건물이 1.5 이상의 초과강도계수(Ω)를 확보하도록 하였다. 보강을 위한 파형강판벽의 기본적인 요구 강도 또한 이 목표 기준에 근거하여 설정하였으며, 상세한 설계 절차는 3장에서 제시된다.

성능곡선 정의를 위한 추가적인 모델링 파라미터와 허용 기준은 ASCE 41¹⁷⁾에서 강판전단벽(Steel plate shear walls)에 대해 규정된 값을 사용하여 NSP를 수행하였다.

한국시설안전공단 요령¹³⁾을 참조하여 본 건물의 LS에 대한 허용층간변위비는 1.0%로 설정하였다. 대상 건물의 층간변위비 검토 결과는 [Table 2]에 요약되어 있다.}

성능/효과

보강 효과를 평가하기 위하여 제안된 방법을 적용하여 비선형해석을 수행한 결과, 보강 건물에서는 소성변형이 파형강판벽에 집중되어 기존 구조 부재의 소성변형량이 크게 감소하였다. 또한 건물의 초과강도는 증가하고, 층간변위비는 감소하는 등 파형강판벽 보강을 통해 기존 RC 모멘트 골조 건물의 내진성능이 효과적으로 향상될 수 있음을 확인하였다.
예제 건물을 대상으로 파형강판벽의 보강설계 절차를 단계적으로 제시하였고, 보강된 건물의 구조해석에 실용적으로 적용하기 위하여 양방향 대각 스트럿으로 등가화된 파형강판벽 해석모델을 제안하였다. 보강 효과를 평가하기 위하여 제안된 방법을 적용하여 비선형해석을 수행한 결과, 보강 건물에서는 소성변형이 파형강판벽에 집중되어 기존 구조 부재의 소성변형량이 크게 감소하였다. 또한 건물의 초과강도는 증가하고, 층간변위비는 감소하는 등 파형강판벽 보강을 통해 기존 RC 모멘트 골조 건물의 내진성능이 효과적으로 향상될 수 있음을 확인하였다.

후속연구

본 논문을 통해 수행된 연구는 향후 파형강판벽을 활용한 기존 건물의 내진보강 설계 시 기초적인 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 추가적인 실험적 연구를 통해 본 논문에서 도출된 설계식의 적용성이 확인될 필요가 있으며, 비선형동적해석 수행을 위해서는 실험연구 결과를 바탕으로 파형강판벽에 대한 반복 이력모델이 수립되어야 한다. 또한 파형강판벽과 골조의 연결부에 대한 상세 도출 및 실험적 검증을 통한 설계식이 마련될 필요가 있다.
그러나 추가적인 실험적 연구를 통해 본 논문에서 도출된 설계식의 적용성이 확인될 필요가 있으며, 비선형동적해석 수행을 위해서는 실험연구 결과를 바탕으로 파형강판벽에 대한 반복 이력모델이 수립되어야 한다. 또한 파형강판벽과 골조의 연결부에 대한 상세 도출 및 실험적 검증을 통한 설계식이 마련될 필요가 있다.
본 논문을 통해 수행된 연구는 향후 파형강판벽을 활용한 기존 건물의 내진보강 설계 시 기초적인 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 추가적인 실험적 연구를 통해 본 논문에서 도출된 설계식의 적용성이 확인될 필요가 있으며, 비선형동적해석 수행을 위해서는 실험연구 결과를 바탕으로 파형강판벽에 대한 반복 이력모델이 수립되어야 한다.

참고문헌 (17)

Ministry of the Interior and Safety (MOIS), "MOIS, Announcement of the Results of Promoting Measures for Seismic Retrofitting", Retrieved from https://www.mois.go.kr/frt/bbs/type010/commonSelectBoardArticle.do?bbsIdBBSMSTR_000000000008&nttId70403
Architectural Institute of Korea (AIK), "Korean Building Code and Commentary", AIK, 2016.
Lee, C. H., Chung, K. S., Park, J. S., Woo, W. T., & Chung, K. R. (2018). Preliminary Design Procedure of Corrugated Steel Wall Systems for Seismic Retrofit of Existing Buildings. Proceedings of the 29th Annual Conference, Korean Society of Steel Construction, Republic of Korea, pp.45-46
Mo, Y. L., & Perng, S. F., "Behavior of Framed Shearwalls Made of Corrugated Steel under Lateral Load Reversals", Advances in Structural Engineering, Vol.3, No.3, pp.255-262, 2000

상세보기
Essa, H. S., Tremblay, R., & Rogers, C. A., "Behavior of Roof Deck Diaphragms under Quasistatic Cyclic Loading", Journal of Structural Engineering, Vol.129, No.12, pp.1658-1666, 2003

상세보기
Yi, J., Gil, H., Youm, K., & Lee, H., "Interactive Shear Buckling Behavior of Trapezoidally Corrugated Steel Webs", Engineering Structures, Vol.30, No.6, pp.1659-1666, 2008

상세보기
Lho, S. H., Lee, C. H., Oh, J. T., Ju, Y. K., & Kim, S. D., "Flexural Capacity of Plate Girders with Very Slender Corrugated Webs", International Journal of Steel Structures, Vol.14, No.4, pp.731-744, 2014

상세보기
Emami, F., Mofid, M., & Vafai, A, "Experimental Study on Cyclic Behavior of Trapezoidally Corrugated Steel Shear Walls", Engineering Structures, Vol.48, pp.750-762, 2013

상세보기
Mizutani, K., Hirakawa, K., & Nakashima, M., "Construction of a 300-Meter Vertical City: Abeno Harukas", International Journal of High-Rise Buildings, Vol.4, No.3, pp.199-208, 2015

원문보기 상세보기
Takenaka Corporation. (2010, August 3). JPubb. Large Rise in the Use of "Corrugated Steel Plate Earthquake-Resisting Wall" for New Building and Renewal Work. Retrieved from http://www.jpubb.com/en/press/26931/
Hamada, A., Fukuhara, T., Ikeda, H., & Kondou, N. (2017). Innovative Seismic Retrofit Technique for Existing RC Buildings Using External Corrugated Steel Plate Walls. Proceedings of the 16th World Conference on Earthquake, Chile, pp.1-11
CSI (Computers & Structures, Inc.), "CSI Analysis Reference Manual", ETABS version 17, CSI, 2017.
Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation (KISTEC), "Guidelines for Seismic Performance Evaluation of Existing Structures (Buildings)", KISTEC, 2013.
Architectural Institute of Korea (AIK), "Guidelines for Performance-Based Seismic Design of Residential Buildings", AIK, 2017.
Luttrell, L. D., "Diaphragm Design Manual", 4th ed., Steel Deck Institute, 2015.
Bleich, F., "Buckling Strength of Metal Structures", 1st ed., McGraw-Hill, pp.1-508, 1952.
American Society of Civil Engineers (ASCE), "Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings", ASCE/SEI 41-13, 2014.

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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