필로티 기둥의 설계 요구조건 완화방안 연구 = A Study on a Relaxation of Design Requirements for Piloti Columns

국문 초록 (Abstract)

2017년 포항 지진 이후 지진에 취약한 필로티 건축물의 내진성능을 확보하기 위한 다양한 연구가 수행되었다. 그 결과 필로티 건축물 구조설계 가이드라인이 발간되었으며, 2019년에 개정된 KDS 41 17 00에는 필로티 건축물에 대한 규정이 수록되었다. 그러나 그 중에서 필로티 기둥에 대한 규정은 강도 확보를 위해 특별지진하중의 적용을 요구할 뿐만 아니라, 연성능력 확보를 위해 전단강도 요구사항과 연성상세를 적용하도록 요구하고 있다. 특히 전단강도 요구사항과 연성상세의 수준은 특수모멘트골조 기둥의 요구조건에 준하는 높은 수준이다. 즉, 현행 규정은 실제 지진 발생 시 탄성 거동을 유지할 수 있을 정도의 충분한 강도와 비탄성 거동 단계에서 특수모멘트골조 기둥에 준하는 연성능력을 동시에 확보하도록 요구하고 있어, 이중적인 요구조건이 될 수 있으며 이는 과도한 설계를 초래할 가능성이 있다. 이에 본 연구는 필로티 기둥이 강도 확보 또는 연성능력 확보 중 하나만 충족하더라도 목표성능수준을 만족할 수 있을 것이라는 가정에 기초하여 수행되었다. 다만 연성상세 중 횡보강근 간격에 관한 사항은 본 연구의 주요 변수로 고려하지 않았다.
본 연구에서는 평면이 다른 각 필로티 건축물의 기둥들을 대상으로 특별지진하중 적용 유무와 전단강도 요구사항 적용 유무를 조합하여 총 네 가지의 경우에 대해서 설계하였고, 이에 대해 내진성능평가를 수행하였다. 내진성능평가 결과, 특별지진하중의 적용 여부와 관계없이 전단강도 요구사항을 적용한 모든 필로티 건축물의 기둥들이 목표 성능수준을 만족하는 것으로 나타났다.
이에 따라 본 연구에서는 필로티 기둥의 대안적 설계방법으로서 특별지진하중의 적용 여부와 관계없이 기둥이 전단강도 요구사항을 만족하도록 설계하되, 횡보강근 간격은 KDS 41 20 00의 관련 규정을 준수하는 방안을 제안하였다. 제안된 방법을 적용할 경우 기둥의 단면치수를 이전보다 작게 설정할 수 있어 주차 공간 확보에 유리하며, 철근량의 감소 효과도 기대할 수 있다. 다만 특별지진하중 적용의 필요성에 대한 추가적인 검토가 요구되며, 평면의 특성에 따라 연성능력 확보를 위한 요구조건을 더욱 완화할 수 있는 가능성에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Following the 2017 Pohang earthquake, extensive studies have been conducted to improve the seismic performance of piloti-type buildings, which are recognized as vulnerable to earthquake loading. As a result, design guidelines for piloti buildings were published, and provisions related to piloti structures were incorporated into the revised KDS 41 17 00 in 2019. However, the current code requirements for piloti columns impose dual demands: sufficient strength to remain elastic under design-level earthquakes through the application of special seismic load combinations, and ductile detailing requirements comparable to those of special moment frame columns to ensure adequate inelastic deformation capacity. These combined requirements may lead to overly conservative designs.
This study is based on the hypothesis that piloti columns can satisfy the target seismic performance level by fulfilling either strength requirements or ductility requirements, rather than both simultaneously. The spacing of transverse reinforcement, which is one of the ductile detailing provisions, was excluded from the primary variables of this study. Columns of piloti buildings with different plan configurations were designed for four cases by combining the application or omission of special seismic loads and shear strength requirements. Nonlinear seismic performance evaluations were then conducted for each case.
The results indicate that all piloti columns designed to satisfy the shear strength requirements achieved the target performance level, regardless of whether special seismic loads were applied. Based on these findings, this study proposes an alternative design approach for piloti columns, in which shear strength requirements are satisfied irrespective of the application of special seismic loads, while the transverse reinforcement spacing complies with the relevant provisions of KDS 41 20 00. The proposed approach allows for reduced column cross-sectional dimensions, thereby improving parking space efficiency and reducing reinforcement quantities. Nevertheless, further investigation is required to assess the necessity of special seismic load application, and additional studies are needed to explore the potential for further relaxation of ductility requirements depending on plan characteristics.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 목적 및 방법 3
• Ⅱ. 필로티 건물의 설계기준4
• 1. 건축구조기준 4
• 2. 필로티 건축물 구조설계 가이드라인 9
• Ⅲ. 예제 건물 설계 10
• 1. 평면 선정 10
• 2. 설계 방법 16
• 3. 설계 결과 19
• Ⅳ. 내진 성능 평가 28
• 1. 비선형 해석을 위한 모델링 28
• 2. 비선형 동적해석 33
• 3. 내진성능평가 결과 36
• 4. 대안적 설계방법 제안 46
• Ⅴ. 결론 47
• 참고문헌 48
• 부 록 A 50
• 부 록 B 61
• Abstract 72