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철골 모멘트골조로 보강된 철근콘크리트 건물의 내진성능 평가
Seismic Performance Evaluation of Non-Seismic Reinforced Concrete Buildings Strengthened by Perimeter Steel Moment Frame 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.24 no.5, 2020년, pp.233 - 241  

김선웅 (영산대학교 건축공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper is to investigate the retrofitting effect for a non-seismic reinforced concrete frame strengthened by perimeter steel moment frames with indirect integrity, which ameliorates the problems of the direct integrity method. To achieve this, first, full-scale tests were conducted to address th...

주제어

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문제 정의

  • 1) 본 연구에서는 ‘학교시설 내진성능평가 및 보강 매뉴얼’에 근거하여 다층골조에 발생 가능한 후설치 앵커를 포함하는 내진보강 접합부에 의해 긴결된 비보강 철근콘크리트 골조의 보의 수평전단균열에 의한 파괴 가능성의 확인 및 내진보강 공법의 횡저항력을 확인하기 위해 2층 실물대 반복가력실험을 수행하였다.
  • 이를 위해 실물대 실험결과를 토대로 비 내진 상세를 가지는 철근콘크리트 골조와 외부 부착형 철골 모멘트골조 내진보강공법의 내진능력을 살펴보고자 한다. 또한 비내진 상세를 가지는 철근콘크리트 골조와 본 연구에서 제시한 내진보강공법에 대한 설계강도식을 제안하고자 한다.
  • 본 연구에서는 직접접합방식에 의한 내진보강공법의 문제점을 개선한 간접접합방식을 가지는 내진보강공법의 내진보강효과를 확인하기 위해서 비보강 실험체와 외부 부착형 철골 모멘트골조를 활용한 내진보강 실험체에 대한 실험결과는 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 직접접합방식의 창호형 내진보강공법의 문제점을 개선한 간접접합방식의 신개념 외부 부착형 철골 모멘트골조 내진보강공법의 내진보강효과를 파악하고자 한다. 이를 위해 실물대 실험결과를 토대로 비 내진 상세를 가지는 철근콘크리트 골조와 외부 부착형 철골 모멘트골조 내진보강공법의 내진능력을 살펴보고자 한다.
  • 본 장에서는 실물대 실험으로부터 얻어진 외부 부착형 내진보강공법의 내진보강효과를 파악하기 위해 비보강 실험체 및 내진보강 실험체의 구조적 거동을 확인하고 설계강도식을 제안하고자 한다.
  • 본 절에서는 비내진 상세를 가지는 철근콘크리트 골조 및 외부 부착형 철골모멘트골조에 의해 내진보강된 철근콘크리트 골조의 횡저항력을 산정하기 위한 설계강도식을 제안하고자 한다.
  • 즉, 내진보강된 철근콘크리트 기둥의 유효깊이는 기둥의 기둥폭 대신에 기둥과 기초의 경계선으로부터 기둥 하부의 접합판까지의 높이로 대신한다. 이를 반영하여 내진보강 실험체의 전단강도는 식 (3)에 대입하여 횡저항력을 산정할 것을 제안하고자 한다.
  • 본 연구에서는 직접접합방식의 창호형 내진보강공법의 문제점을 개선한 간접접합방식의 신개념 외부 부착형 철골 모멘트골조 내진보강공법의 내진보강효과를 파악하고자 한다. 이를 위해 실물대 실험결과를 토대로 비 내진 상세를 가지는 철근콘크리트 골조와 외부 부착형 철골 모멘트골조 내진보강공법의 내진능력을 살펴보고자 한다. 또한 비내진 상세를 가지는 철근콘크리트 골조와 본 연구에서 제시한 내진보강공법에 대한 설계강도식을 제안하고자 한다.
  • 아울러 일종의 “창호형 내진보강공법(window-type seismic retrofitting method)”인 모멘트골조 공법 및 철골 끼움골조 공법은 철근콘크리트 골조와 철골 골조간의 상대 강성과 강도가 현저히 차이가 나므로 두 골조가 만나는 네 모서리에서 두 골조간의 이격이 가장 크게 발생한다. 하지만 두 골조 간의 일체성 확보에 후설치 앵커가 주요한 역할을 수행하는 경우에 후설치 앵커의 인장파괴 또는 전단파괴로 인해 상하 보강골조 사이의 보에 수평전단균열을 유발할 수 있으므로 2층 실물대 실험을 통해 이에 대한 구조적 안전성을 확인하도록 권고하는 것이다. 한편, ‘매뉴얼’은 기존 골조에 후설치 앵커를 시공하는 경우에 콘크리트 속에 묻혀 있는 전단철근과의 간섭이 발생할 가능성을 회피하도록 간접접합방식을 사용할 것을 권고하고 있다.

가설 설정

  • 가력기(actuator)는 골조의 최상단 보의 수평 중심선상에 일치하도록 고정하여, 외부 부착형 철골 끼움골조와 기존 철근콘크리트 골조 간에 본 연구의 간접 접합방식에 의한 구조물의 내력변화를 최대한 반영할 수 있도록 하였다. 기초부는 지반에 고정된 것으로 가정하고 실험실의 제반조건을 고려하여 강봉을 500 mm 간격으로 배치하여 반력바닥(strong floor)에 설치하였다. 실제 건물과 유사한 하중조건을 모사하기 위해서 유압잭을 활용하여 골조의 최상위 보에 축하중 50 kN을 가하여 양 기둥이 각각 25 kN을 분담하도록 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
건물의 내진보강법으로 무엇이 있는가? 건물의 내진보강법은 크게 단면증설 등을 통해 기존 구조부재의 강도를 높이는 방법, 철골 프레임 등을 구조물에 매립 또는 부착하여 건물의 연성 능력을 향상시키는 방법, 제진장치 등의 에너지 저감장치를 활용하여 외력에 대한 저항에너지를 분산시켜 구조물의 구조적 안전성을 확보하는 방법 등의 세 가지 방식으로 구분된다. 일반적으로 국내 건축주 및 발주처는 건축물 창호의 시야가 가려지는 것을 지양하고, 빠른 공기 및 기존 구조물에 대한 최소범위 내에서의 철거를 통해 업무의 연속성(business continuity project) 확보 및 빠른 공기 등을 원하기 때문에 국내에서는 건축물의 개구부에 철골 골조를 외부에 부착하는 “모멘트골조(perimeter steel moment frame)” 또는 철골 골조를 기존 골조 내부에 매입하는 “철골 끼움골조(embedded steel moment frame)”를 활용한 내진보강공법의 개발 및 적용이 활발하게 이루어지고 있다.
국내에서 개발 및 적용이 활발한 건물의 내진보강법은 무엇인가? 건물의 내진보강법은 크게 단면증설 등을 통해 기존 구조부재의 강도를 높이는 방법, 철골 프레임 등을 구조물에 매립 또는 부착하여 건물의 연성 능력을 향상시키는 방법, 제진장치 등의 에너지 저감장치를 활용하여 외력에 대한 저항에너지를 분산시켜 구조물의 구조적 안전성을 확보하는 방법 등의 세 가지 방식으로 구분된다. 일반적으로 국내 건축주 및 발주처는 건축물 창호의 시야가 가려지는 것을 지양하고, 빠른 공기 및 기존 구조물에 대한 최소범위 내에서의 철거를 통해 업무의 연속성(business continuity project) 확보 및 빠른 공기 등을 원하기 때문에 국내에서는 건축물의 개구부에 철골 골조를 외부에 부착하는 “모멘트골조(perimeter steel moment frame)” 또는 철골 골조를 기존 골조 내부에 매입하는 “철골 끼움골조(embedded steel moment frame)”를 활용한 내진보강공법의 개발 및 적용이 활발하게 이루어지고 있다.
모멘트골조 공법 및 철골 끼움골조 공법이 가지고 있는 문제점은 무엇인가? ‘학교시설 내진설계기준[9]’과 ‘학교시설 내진성능평가 및 보강 매뉴얼[10]’(이하 ‘매뉴얼’)은 기존 골조와 신설 골조간의 접합부의 성능에 따른 두 골조간의 일체성의 차이로 인해 내진보강효과의 차이가 발생하므로 2층 실물대 실험을 통해 보강골조의 내진성능효과를 검증하도록 권고하고 있다. 아울러 일종의 “창호형 내진보강공법(window-type seismic retrofitting method)”인 모멘트골조 공법 및 철골 끼움골조 공법은 철근콘크리트 골조와 철골 골조간의 상대 강성과 강도가 현저히 차이가 나므로 두 골조가 만나는 네 모서리에서 두 골조간의 이격이 가장 크게 발생한다. 하지만 두 골조 간의 일체성 확보에 후설치 앵커가 주요한 역할을 수행하는 경우에 후설치 앵커의 인장파괴 또는 전단파괴로 인해 상하 보강골조 사이의 보에 수평전단균열을 유발할 수 있으므로 2층 실물대 실험을 통해 이에 대한 구조적 안전성을 확인하도록 권고하는 것이다.
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참고문헌 (18)

  1. Korea Meteorological Administration. Earthquake Annual Report. Korea Meteorological Administration. c2017. 

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  13. HILTI Corporation. Operating instruction Hilti HIT-CT 1 with HITV. HILTI Corporation. c2012. 

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  15. Korean Agency for Technology and Standards (KATS). Standard test method for making and curing concrete specimens - KS F 2403. KATS. c2014. 

  16. Korean Agency for Technology and Standards (KATS). Standard test for compressive strength of concrete - KS F 2405. KATS. c2010. 

  17. ACI Committee 374. 374.1-05: Acceptance criteria f or moment f rames based on structural testing and commentary. American Concrete Institute (ACI). Farmington Hills, MI, USA. c2006. 

  18. ACI Committee 318. Building code requirements for structure concrete (ACI 318-14). American Concrete Institute (ACI). Farmington Hills, MI, USA. c2014. 

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