건물의 질량중심과 면진층의 강성중심 차이에 따른 면진효과

허무원,천영수 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.5

In this study, we examined the seismic isolation effects due to the difference between the center of mass of the building andthe center of stiffness of isolation layer. Because the base isolation technique is a technique that is highly dependent on theperformance of seismic isolation devices installed on the seismic isolation layer, we have to examine the horizontal stiffness ofseismic isolation devices after making them. If difference between the design stiffness and the actual stiffness of the seismicisolation device occurred, a big problem may be generated in the upper members on the seismic isolation layer. The analyticalresults show that the more eccentricity increases, the more maximum response acceleration, story shear and the member forces ofthe upper part of the structure increases, and the damage is expected to be in excess. Therefore, it is recommended that if possible,isolation devices have to be designed to coincide the center of mass of the building with the center of stiffness of isolation layer. If not after making isolation devices, they need to be relocated to prevent the eccentricity. 본 연구에서는 건물의 질량중심과 면진층의 강성중심 사이의 차이에 따른 면진효과에 대하여 살펴보았다. 면진기술은 면진층에 설치되는 면진장치의 성능에 크게 의존하는 기술이므로 면진장치 제작 후 전수검사를 통하여 면진장치의 수평강성을 검토하게 되어 있다. 하지만면진장치 성능실험 시 각각의 면진장치의 품질기준은 건축기준에는 정해져 있지 않으며, 이로 인해 설계 시 적용된 강성과 실제 강성의 차이가 발생하여 면진층 상부 부재에 큰 문제를 야기할 수 있다. 연구결과, 최대응답변위의 차이는 크게 나타나지 않았으나 편심이 증가할수록 최대응답가속도, 층전단력 및 상부구조의 부재력은 크게 증가하여 일부 부재에서는 과도한 손상이 예상된다. 따라서 면진층은 실제 장치제작 후 전수검사를 실시하여 반드시 설계된 의도대로 편심이 발생하지 않도록 장치를 재배치할 필요가 있으며, 가능하다면 건물의 질량중심과 강성중심의 차이는 동일하게 설계할 것을 추천한다.

계단 설치형 카고메 감쇠시스템을 활용한 철근콘크리트 라멘조 공동주택의 지진응답 개선

허무원,천영수,이상현,황재승 한국구조물진단유지관리공학회 2018 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.22 No.5

최근 들어 건물의 내진 및 내풍 성능을 향상시키기 위하여 감쇠구조에 대한 관심이 높아지고 있다. 감쇠장치 중 저렴한 비용과 높은 에너지소산능력을 발휘하며, 설치와 유지관리가 용이하다는 장점이 있어 강재이력형 감쇠장치를 이용한 수동형 감쇠구조시스템이 널리 사용 되고 있다. 본 논문에서는 라멘구조 또는 무량판 구조에 적합한 계단 설치형 카고메 감쇠시스템(SKDS)을 제안하고자 하며, 제안된 감쇠시스템의 지진응답 개선효과에 대하여 해석적으로 검토하고자 한다. 비선형 동적해석결과 최대응답변위, 최대응답가속도 및 밑면전단력 감소로 살펴볼 때 내진구조와 비교하여 더 향상된 거동이 기대된다는 점에서 SKDS의 효과를 확인할 수 있었다. Recently, there are highly interests on structural damping to improve resistance of seismic and wind. It has been frequently used hysteresis damping devices made of steel because of economic efficiency, construction, and maintenance. This paper presents the effective reduction of seismic response by using Kagome damping system(SKDS) in rahmen system apartment building. The proposed system is designed to be activated by the relative displacement between the building and the stairs. It is performed nonlinear dynamic analysis to review the effects of earthquake response reduction for the 20-stories rahmen framed apartment building. In the analysis of the SKDS system, the reduction of maximum response displacement, maximum response acceleration and layer shear force are compared with the seismic design, and the result show that allowable story displacement is satisfied with Korean Building Code (KBC 2016).

유사동적실험에 의한 외부접합형 카고메 트러스 제진장치가 설치된 RC 라멘조 공동주택의 내진성능 평가

허무원,천영수,황재승,이강석 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.1

Recently a new damper system with Kogome truss structure was developed and its mechanical properties were verified based on the laboratory test. This paper presents a Kagome truss damper external connection method for seismic strengthening of RC frame structural system. The Kagome external connection method, proposed in this study, consisted of building structure, Kagome damper and support system. The method is capable of reducing earthquake energy on the basis of the dynamic interaction between external support and building structures using Kagome damper. The pseudo-dynamic test, designed using a existing RC frame apartment for pilot application of LH corporation, was carried out in order to verify the seismic strengthening effects of the proposed method in terms of the maximum load carrying capacity and response ductility. Test results revealed that the proposed Kagome damper method installed in RC frame enhanced conspicuously the strength and displacement capacities, and the method can resist markedly under the large scaled earthquake intensity level. 최근 새로운 3차원 와이어 다공질 형태의 카고메 트러스 이력형 제진장치가 개발되어, 건축물의 내진성능 개선을 위한 제진장치로서의적용가능성이 재료실험을 통하여 검증되었다. 본 연구에서는 카고메 트러스 이력형 제진장치를 RC 라멘조 공동주택에 외부접합 한 새로운제진구조시스템을 제안하였다. 카고메 외부접합형 제진구조시스템은 대상건물, 카고메 제진장치, 지지구조물로 구성되어 있으며, 기존 층간에 설치된 제진시스템과 달리 외부 지지 구조물과 대상 건축물의 상호작용을 이용하여 제진장치가 지진 에너지를 흡수하는 시스템이다. 본연구에서 제안한 카고메 외부접합형 제진공법의 유효성을 검증 할 목적으로 LH공사 시범적용용 RC 라멘조 20층 공동주택의 골조를 대상으로 유사동적실험을 실시하여 내진성능 개선효과를 검토하였다. 그 결과, 국내에서 발생 가능한 지진규모 (200gal)에서 비보강 골조는 중규모의 지진피해가 예상되었지만, 카고메 외부접합형 제진보강법으로 보강한 골조는 경미한 지진피해가 예상되었으며, 대규모 지진(300gal)을 상정한 경우에도 중규모 이하의 지진피해가 예상되어 본 연구에서 개발한 카고메 제진보강법의 내진성능 개선 효과의 유효성이검증되었다고 사료된다.

콘크리트에 매립된 카고메 감쇠시스템의 내진거동평가

허무원,이상현,김종호,황재승 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.23 No.2

Recently, there has been a tendency to improve seismic performance of building structure by installing a steel hysteretic damping device which is economically efficient and easy to install and maintain. However, for a reinforced concrete building, a set of complicated connecting hardware and braces to fix the steel hysteretic damping device yields deteriorated reliability in damping performance. Therefore, this study presents a method of directly embedding a Kagome damper, which was investigated in previous researches, into a concrete structure without additional connecting hardware. Moreover, in this study, a series of experiments conducted to provide a basis of the Kagome damper by confirming the seismic behavior for various embedded lengths. As a result, in a group of the embedded length of 1.0, the dampers were pulled out, while concrete breakout occurs. In a group of 2.0, neither pull-out nor concrete breakout occurred, while the dampers show stable behavior. Moreover, the buried length of 2.0 has 1.3 times better energy dissipation capacity. The system presented in this study can reduce the cost and period for installing, omitting making additional hardware. 최근 들어 우리나라에서도 설치와 유지관리가 용이하며 경제성이 뛰어난 강재이력형 감쇠장치를 적용하여 내진성능을 확보하고자 하는 건물들이 다수 건설되고 있다. 하지만 이러한 강재이력형 감쇠장치가 철근콘크리트 건물에 적용되는 경우 감쇠장치를 설치하기 위한 연결구조물은 전체적인 시스템을 복잡하게 만들어 감쇠장치의 신뢰도를 저하시키는 요소가 되기도 한다. 이에 본 연구에서는 기존연구에서 개발된 카고메 감쇠장치를 대상으로 별도의 연결구조 없이 철근콘크리트 지지구조물에 감쇠장치를 직접 매립할 수 있는 시스템을 제안하고자 하며, 매립길이에 따른 내진거동을 확인하여 동 시스템의 정립을 위한 기초자료를 제공하고자 한다. 실험결과, 1.0 매립길이 실험체의 경우 카고메 감쇠장치 매립부분에서 콘 파괴와 유사한 형태의 뽑힘이 발생하였다. 반면, 2.0 매립길이를 확보한 실험체는 실험 종료 시까지 뽑힘 및 콘 파괴 없이 안정적인 이력거동을 나타내었고 1.0 매립길이 대비 2.0 매립길이가 약 1.3배의 향상된 에너지소산능력을 나타내었다. 본 연구에서 제안하는 시스템을 적용할 경우, 기존 설치방법 변경에 따른 기타 철물 제작 비용을 줄일 수 있으며, 시공 시에도 부수적인 철물 시공을 줄여 공기를 단축할 수 있다.

중공 슬래브의 국부지압강도에 대한 시공안전성 평가

허무원,윤정환,황규석,윤성호,박태원 한국구조물진단유지관리공학회 2018 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.22 No.2

Hollow Core Slab is a very efficient system that can reduce weight and its use has increased. Void slab is a concrete slab that has voids substituted with void material. Because of its saved volume of concrete, void slab can reduce weight of slabs. Also, it can't only save concrete but also can reduce carbon-emission. However, because of the unclear bearing strength at the part of void substituted with voiding material, several problems occur in constructing field. In this study, void slab including void material was built and local bearing strength test was carried out for 3 types of load(truck load, support load and Jack support load). As a result, bearing strength of void neck and upper void material is more than allowable load. And also, bearing strength of specimens with using deck and not using deck are also over allowable loads. 중공슬래브는 휨 성능에 영향을 미치지 않는 부분의 콘크리트 단면을 삭제하고 중공재로 치환함으로써 중공재 부피만큼 콘크리트가 줄어들어 자중 감소효과를 가져오는 장점이 있다. 또한, 콘크리트의 물량절감뿐 아니라 친환경적 측면에서 이산화탄소의 배출도 저감할 수 있어 효과적이다. 하지만, 중공재로 치환한 부분의 지압강도가 명확하지 현장 적용 시에 여러 가지 문제점이 발생한다. 이에 본 연구에서는 중공재가 포함된 중공슬래브를 제작하여 각 타입별(트럭 하중 적용 시, 동바리 하중 적용 시 및 잭 서포트 하중 적용 시)로 국부지압강도 실험을 수행하여 중공슬래브 국부 지압강도의 안전성을 평가하고자 한다. 트럭하중 적용 시, 동바리 하중 적용 시 및 잭 서포트 하중 적용 시의 실험결과 중공재 연결부위 및 중공재 상부의 지압강도는 모든 실험체에서 허용 하중 이상을 보유한 것으로 나타났다. 또한 데크 적용 유무에 따른 실험결과도 모두 허용 하중을 초과하여 안정성을 확보하는 것으로 나타났다.

외부부착형 BCM공법으로 보강된 철근콘크리트 기둥의 내진보강

허무원,박태원,이상현,박현수,Hur, Moo-Won,Park, Tae-Won,Lee, Sang-Hyun,Park, Hyun-Soo 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.5

본 연구는 내진설계가 되어 있지 않은 필로티 건축물의 부족한 횡력을 보강할 수 있는 외부부착형 내진보강공법(Binding Column Method, BCM)을 제안하였다. 또한, 제안된 내진보강공법을 대상으로 보강실험체 4개, 기준 실험체 1개를 제작하여 반복가력 실험을 통하여 보강 전·후의 내진성능향상 효과를 검토하였다. 실험 결과, 기준 실험체(SC1)는 급격한 강도저하와 함께 취성적인 전단파괴의 양상을 나타낸 반면, BCM 공법을 적용한 실험체(SC2, SC3, SC4, SC5)는 강도 및 강성의 증가와 함께 에너지 흡수 능력이 큰 타원형의 이력특성을 나타내었다. 또한, 간격이 좁고 토크가 크며, L자형 강판의 두께가 두꺼울수록 보강효과가 향상됨을 알 수 있다. BCM공법 중 전단보강간격이 작고, 조임력 값이 크며, 연결철물이 두꺼운 SC4실험체가 가장 뛰어난 내진성능보강 효과를 나타내었다.

면진시스템을 적용한 수직증축 리모델링 공동주택의 최적 면진주기 산정

허무원,이용훈,이상현 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.23 No.3

This study presents the optimal isolation period according to the number of vertically expended stories in order to provide the basic data for the application of the seismic isolation system in the vertically expended remodeling of the aged apartment. As a result of the structural analysis, the isolation period should be at least twice the primary structure in three-story vertical expansion, three times in two-story expansion, and four times in one-story expansion for the effective application of the isolation system. On the basis of the result, the efficacy of an isolation system for the actual apartment structure, which is three-story vertically expended, was analytically verified. The maximal acceleration response on the top floor reduced by 70% and 65% of the non-isolated structure in the X and Y directions respectively. Additionally, the base shear force decreased by 30% in the both directions, compared to the non-isolated structure. 본 연구에서는 노후화된 공동주택 수직 증축 리모델링 시 면진시스템의 적용성을 검토 및 면진시스템 적용을 위한 기초자료를 제공할 목적으로 동일한 구조로 수직 증축 시 수직 층수와 면진주기에 따른 최적 면진주기를 산정하였다. 해석결과, 3개층 수직 증축 시에는 면진주기를 비면진 건물 주기의 2배 이상, 2개층 수직 증축 시에는 비면진 건물 주기의 3배 이상을 확보하여야만 충분한 면진효과를 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한, 1개층 수직 증축 시에는 비면진 건물 주기의 4배 이상을 확보하여야만 면진효과를 나타내었다. 위의 결과를 활용하여 3개층 수직증축 리모델링 대상 공동주택에 면진시스템을 적용하여 그 효과를 검증하였다. 최상층 최대응답가속도가 비면진 건물의 최대응답가속도 보다 X방향의 경우에는 약 70%로, Y방향의 경우에는 약 65%의 감소를 나타내었다. 또한, 밑면 전단력의 경우, 비면진 건물과 비교하여 X방향 및 Y방향 모두 약 30% 감소하는 것으로 나타났다.

등대구조물의 면진시스템 적용방안 연구

허무원,천영수,김동영 한국구조물진단유지관리공학회 2013 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.17 No.1

본 연구에서는 등대 구조물을 대상으로 한 면진기술 적용방안을 제시함으로써 지진에 대해 무방비상태에 놓여 있는 등대구조물의 지진안전도 확보방안을 제시하였다. 또한, 제안된 면진기술 적용방안을 활용하여 내진설계 이전에 지어진 등대를 대상으로 등대전체를 면진하였을 경우와 등대 렌즈만을 면진하였을 경우에 대하여 면진효과를 분석해 보았다. 해석결과, 등대 전체를 면진화하였을 경우 최대응답가속도와 층전단력 측면에서 충분한 면진효과를 얻은 반면, 등대 렌즈만을 면진화한 경우에는 렌즈부의 면진효과는 유효한 것으로 나타났으나 등대 자체의 안전이 확보되지 못한 상황에서는 등대의 파괴가 선행될 가능성이 있음에 주의할 필요가 있는 것으로 나타났다. 또한 등대전체와 렌즈를 동시에 면진화한 경우 비 면진구조 대비 유효한 면진효과는 나타내었지만, 최대응답가속도가 등대전체를 면진화한 경우보다 증가하는 경향을 나타내었으며, 렌즈의 면진화로 인한 층전단력의 감소가 미소함으로 이중면진의 적용으로 인한 실효성은 그 효과가 크지 않은 것으로 나타났다. In this study, seismic isolation technology to the lighthouse structure is suggested and isolation effects on response reduction are studied for three types of isolation models with the proposed seismic isolation technology. A seismic isolation system is installed on the base of the lighthouse structure in model 1, on the base of the lighthouse lens in model 2, and on the base of both of them in model 3. The dynamic time history analysis verifies that in case of model 1, the earthquake loading is greatly reduced and the accelerations of superstructure are greatly reduced. Also, the inter-story drifts are very small and can be neglected. The isolated model is in translational state and can be seen as a rigid whole. as a results, model 1 is very effective to mitigate the influence of earthquake on structures. In model 2, isolation effects are valid but special care should be taken to failure of the non-isolated lighthouse sub-structure. In model 3, isolation effects are also valid but the effects are small. model 3 is less effective than model 1.

외부접합형 카고메 감쇠시스템을 사용한 철근콘크리트 라멘조 공동주택 비탄성 지진 응답 제어

허무원,천영수,이상현 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.3

이 논문은 지진응답을 감소시키기 위해 외부설치형 카고메 감쇠시스템의 유효성을 비선형 동적 해석 결과를 통해 나타내었다. 이 전의 연구에 의해 제안된 카고메 감쇠시스템을 활용하여 본 연구에서는 등방성, 이선형 이력특성 및 설치구성이 새롭게 제안하였다. 또한, 외부접합형 카고메 감쇠시스템의 여러 가지 효과를 15층 및 20층 철근콘크리트 라멘조 아파트를 대상으로 검증하였다. 원구조물에 대한 감쇠장 치 지지구조물의 강성비, 감쇠장치의 수량 및 설치 층수는 설계변수로 고려하였다. 수치해석결과, EKDS는 기존의 한 방향 층간에 설치되는 감 쇠시스템과 비교할 때 더 작은 수를 적용하여도 두 방향의 지진하중을 감소시키는데 매우 효과적임을 입증되었다. Various passive energy dissipation systems have been proposed and widely applied to real building structures under seismic load due to their high energy-dissipation potential and low cost for installation and maintenance. This paper presents nonlinear dynamic analysis results of the effectiveness of exterior-installed Kagome damping system(EKDS) in passively reducing seismic response. Kagome damping system proposed by previous studies has isotropic and bi-linear hysteretic characteristics and the installation configuration is newly presented in this study. The 15 and 20 story RC framed apartment buildings are used for verifying the effectiveness of the EKDS. The stiffness ratio of the damper supporting column to the original building, the number of the dampers, and the installed stories were considered as design parameters. Numerical results demonstrated that the EKDS were very effective in reducing both the two horizontal directional seismic responses by just using smaller number of exterior-installed damping system when compared to the traditional one-directional inter-story installed damping systems.

Exo-type 감쇠시스템의 강성비와 감쇠장치의 항복비에 따른 라멘조 건물의 제진효과

허무원,이상현,천영수 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.5

In this paper, the vibration control effect of the Exo-type damping system was investigated by applying the Kagome dampers to 15-story and 20-story frame structure apartment. A new Exo-type damping system composed of the dampers and supporting column was proposed in the previous work and numerical analysis were performed to investigate the effects of optimum stiffness ratio between controlled structure and supporting column, the size of damper and yield ratio of the damper. The numerical analysis results of a structure with Exo-type damping system up to the third story showed that the stiffness ratio should be higher than 7.0 and the damper device yield ratio be at least 8.0% (Vdamper/Vbase shear) to effectively reduce the base shear and the maximum drift of the uppermost story. When the Exo-type damping system was installed up to the fifth story, the stiffness ratio should be higher than 2.5 and damper device yield ratio needs to be at least 3.5% (Vdamper/Vbase shear) for obtaining the target performance. 본 논문에서는 효과적인 제진설계를 구현하기 위한 설계기술 개발의 일환으로 최근 제안된 Exo-type 감쇠시스템을 활용하여 15층과 20층의 연구 대상 건물을 대상으로 감쇠시스템의 최적 강성비와 적용된 감쇠장치의 최적 항복비에 따른 철근콘크리트 라멘조 건물의 제진효과를 검토해 보았다. 해석결과, Exo-type 감쇠시스템을 3개층 적용 시에는 대상 건물 15층과 20층 모두 밑면전단력과 최상층 최대응답변위감소라는 관점에서 유효한 제진효과를 얻기 위해서는 Exo-type 감쇠시스템과 대상 건물의 강성비는 7.0 이상 확보를 하여야 하며, 감쇠시스템에 적용된 감쇠장치의 항복비는 대상 건물의 층전단력의 약 8.0% 이상 확보할 필요가 있는 것으로 나타났다. 또한, Exo-type 감쇠시스템을 5개층 적용 시에는 대상 건물 15층과 20층 모두 Exo-type 감쇠시스템과 대상 건물의 강성비는 2.5 이상 확보 하여야 하며, 감쇠시스템에 적용된 감쇠장치의 대상 건물의 층전단력의 약 3.5%이상 확보할 필요가 있는 것으로 나타났다.