초록 ▼

본 연구는 조적 채움벽과 개구부에 의해 발생하는 단주효과와 그에 따른 장변방향 취약성을 갖는 학교건축물을 대상으로 설치 용이하고 경제적인 내진보강 신기술을 개발하는 것을 목표로 한다. 개발된 신기술은 건물 외부에 설치되는 부가골조와 기존골조를 연결하는 에너지소산형 접합부로서 에너지소산능력을 효과적으로 증진시키고 부가골조의 물량을 절감할 수 있다. 제안된 에너지소산형 접합부는 LRD(Lead Rubber Damper)를 에너지소산 기구로 채택하였으며, 기존의 층간변위 대신 층변위를 활용하여 변형능력이 크지 않은 기존 학교건물에서 효과

본 연구는 조적 채움벽과 개구부에 의해 발생하는 단주효과와 그에 따른 장변방향 취약성을 갖는 학교건축물을 대상으로 설치 용이하고 경제적인 내진보강 신기술을 개발하는 것을 목표로 한다. 개발된 신기술은 건물 외부에 설치되는 부가골조와 기존골조를 연결하는 에너지소산형 접합부로서 에너지소산능력을 효과적으로 증진시키고 부가골조의 물량을 절감할 수 있다. 제안된 에너지소산형 접합부는 LRD(Lead Rubber Damper)를 에너지소산 기구로 채택하였으며, 기존의 층간변위 대신 층변위를 활용하여 변형능력이 크지 않은 기존 학교건물에서 효과적으로 감쇠장치의 에너지소산을 구현할 수 있다. 제안된 에너지소산형 접합부는 실험과 이에 기초한 구조해석을 통해 충분한 변형능력과 기존공법 대비 가새골조의 물량저 감효과를 갖고 있는 것으로 나타났다. 국내 건축물의 내진설계 현황 및 구조적 특성을 고려할 때 본 연구에서 제안 및 검증한 내진보강 공법은 향후 실제 적용을 통해 파급효과가 클 것으로 예상된다. 연차별 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
(1차년도) 부가골조 연결형 제진보강 학교건축물의 제진 응답특성 연구
국내 학교건물의 현황조사를 통해 조적채움벽을 등가스트럿으로 모델링한 학교건축물 표준모델을 도출하였으며, 비선형정적해석에 의한 내진성능평가를 통해 장단변 방향 모두 조적채움벽에 의해 기둥의 전단파괴 발생가능성이 높음을 확인하였다. 또한 감쇠장치를 적용한 조적채움벽이 있는 철근콘크리트 모멘트골조의 단자유도화 모델을 대상으로 비선형시간이력해석을 통해 감쇠장치를 적용한 내진보강의 유효성을 확인하였고, 새로운 성능지수를 제안하여 최적의 부가 강성과 감쇠를 도출하였다.
(2차년도) 학교건축물의 변위기반 부가골조 연결형 제진보강 설계기술 개발비
선형 정적해석에 의해 파악된 목표내진성능을 바탕으로 제진장치의 종별 제진성능 비교검토를 수행하였으며 변위의존형은 기존골조 응답저감에, 속도의존형은 신설골조의 설계하중 저감에 유리한 것으로 나타났다. 비선형 단자유도계 모델의 시간이력해석을 바탕으로 에너지소산형 접합부의 감쇠용량과 부가골조 강성에 따른 응답저감률 추정식을 제안하고, 이를 바탕으로 부가 감쇠와 강성의 준최적 예비설계 절차를 제시하였다. 또한 부가골조의 강성 외에 강도를 결정하기 위한 설계하중 산정 방법으로서 모드변형에너지법을 에너지소산형 접합부 형식에 적용하기 위한 방안을 제안하고 검증하였다. 마지막으로 순차적 분할설치기법을 적용하여 변위응답 수준별로 표준학교건물 모델의 에너지소산형 접합부 최적분포를 도출하였다.
(3차년도) 학교건축물의 부가골조 연결형 제진보강 실용화 기술 연구
에너지소산형 접합부의 상세를 제안하고 시작품을 제작하여 성능시험을 수행하였다. 시험체는 에너지소산형 접합부의 진동수 의존성 및 변형성능을 확인하기 위한 강재지그 부착형과, RC 골조 부착성능을 파악하기 위한 콘크리트 보-슬래브 부분 모델 부착형으로 구성되며, 공통적으로 90 mm의 변형성능과 200 kN의 강도를 보유하고, 콘크리트 구조체에 대한 부착성능도 우수한 것으로 나타났다. 또한 보통중심가새골조로 표준학교건물을 보강하는데 실험체를 적용한 해석 결과는 목표 변위수준에 따라서 강접합 형식에 비해경제성을 가지는 것으로 나타났다. 또한 단변방향 지진응답에 의한 면외거동의 요구내진성능은 크지 않은 것으로 나타났다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 9
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 9
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 9
• Ⅲ. 연구성과 ... 10