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다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the current seismic design procedure, the base shear is calculated by a elastic strength demand divided by a strength reduction factor. This factor is well known as the response modification factor R which accounts for ductility, overstrength, redundancy and damping of a structural system. This study considers ductility and overstrength of a wall-type apartment buildings for investigating the R factor. That is, the R factor was determined from the product of the ductility factor(R_{μ}) and the strength factor(R_{s}). The ductility factor R_{μ} is defined by the ratio of the elastic strength demand (base shear) imposed on a SDOF system to the inelastic strength demand for a given ductility ratio. The ductility ratio is defined as the maximum displacement of a system to the yield displacement. Thus, the R_{μ} factor allows a system to behave inelastically within the target ductility ratio. This study investigates the effect of the hysteretic model of a system on R_{μ} factor. In this study three different hysteretic models, which are ① elasto-perfectly plastic, ② bilinear and ③ stiffness degradation models, are considered. Also, the effect of the target ductility ratio and the period of a system is investigated. For this purpose, the statistical studies are carried out, using forty different earthquake ground motions recorded at stiff-soil site (classified as S_{1} in UBC). Based on the results of statistical studies, the functional form of the R_{μ} factor is provided. The ductility factor R_{μ} is assumed to be a function of the characteristic parameters of each hysteretic model, target ductility ratio and structural period. The effects of each hysteretic model to the R_{μ} factor are discussed, using the established functional form of ductility factor. Strength factor was evaluated using pushover analyses on shear walls considered the number of stories in the apartment building. Additionally, the lowest values of strength factor and deformation capacity were evaluated through the experimental results of 40 shear wall specimens. Strength factor, obtained from dividing reserve strength by design strength, increased as the number of stories of a shear wall system decreased. For example, strength factor of shear wall system was 202-2.81 for 20 stories, 2.47-4.03 for 15 stories, 2.86-5.31 for 10 stories, and 4.36-12.43 for 5 stories. This result attributed from the code minimum requirements such as minimum reinforcement ratio and thickness of wall. The mean value of strength factor was evaluated as 1.35 for 40 specimens which represented optimally proportioned wall sections. The lower bound of strength factor could he estimated 1.98 by considering strain rate effect (1.05) and load factor (1.4) in addition to above va]ue of 1.35. Also, the lower value of strength factor considering load factor and strength reduction factor may be 1.56. Meanwhile, experimental study whose main variables were the lateral confinement of boundary element and sectional shape of the critical wall section, was carried out. Deformation index(ductility ratio above 3, deformation capacity 1.5%) of all specimens, which is required in design provision, were satisfied. Especially, the prototype specimen (HRI-W2) with rectangular shape and the specimen with barbell shape which represents boundary elements, have similar performances Considering workability and economy of rebar detailing, the prototype specimen with rectangular shape which reinforced according to the provision on the spacing of transverse reinforcement in a column, is more efficient lateral resistant system. Response modification factor for the shear wall system of apartment building varies with longitudinal and transverse directions and the number of stories. Response modification factor in transverse direction is 5.52-14.17 for regarding hysteretic behavior as elasto-perfectly model, and 4.68-12.43 for origin-oriented model. Response modification factor in longitudinal direction is 4.37-7.19 for elasto-perfectly model, and 3.71-6.36 for origin-oriented model. Conclusively, since Korea belongs to the moderate or nonseismic zone according to ACI 318-95, it would not be necessary to follow the column-type boundary element design, which is required in strong seismic zone by ACI and UBC provisions. There are no regulations in ACI and UBC on lateral reinforcement of a shear wall at moderate or nonseismic zone. However, considering on design and construction practice, it is reasonable to reinforce the boundary of a wall in compliance with the spacing of lateral reinforcements in a column. In this case, it is suggested that response modification factor for shear wall system may be 3.5-3.8, which is equivalent for response modification factor (Rw=6) in UBC.

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국문 초록 (Abstract)

내진설계규정에서 제시하고 있는 반응수정계수는 보편적인 구조시스템을 대상으로 과거 지진발생시 피해와 거동특성을 관찰한 내용을 바탕으로 경험적으로 결정한 수치로써 이론 및 실험적 산출근거는 미약한 상황이다. 따라서, 현재 사용하고있는 반응수정계수는 구조시스템의 고유한 연성능력, 초과강도 및 감쇠특성 등을 합리적으로 평가함으로써 새롭게 조정되어야 할 것이다. 반응수정계수(R)의 구성요소는 강도계수(R_{S}),연성계수(R_{μ}),감쇠계수(R_{e}) 및 잉여도계수(R_{R}) 로 분할할 수 있다. 여기에서, 감쇠계수와 잉여도계수는 안전측으로서 1.0으로 설정하고 상대적으로 기여도가 큰 강도계수와 연성계수를 산정하여 이 값들을 곱한 것으로 반응수정계수를 평가할 수 있다. 본 연구의 목적은 벽식구조 아파트 건물의 전단벽 시스템을 대상으로 반응수정계수를 평가하기 위한 방안을 수립하고, 실제 아파트 건물의 전단벽 시스템을 선정하여 반응수정계수를 평가하는데 있다. 반응수정계수는 연성능력을 고려하기 위한 연성계수(R_{μ})와 초과강도의 특성을 반영하는 강도계수(R_{S})의 곱으로 평가할수 있다. 연성계수는 S₁지반에서 관측된 40개의 지진기록을 사용하여 단자유도시스템의 비선형 동적해석 결과와 다자유도 보정계수를 적용하여 산정되었다. 연성계수는 구조물의 동적 특성과 지반운동 및 이력서동의 모델링 특성에 따라 상당한 영향을 받는 것으로 평가되었다. 연성계수를 평가한 기존 연구들은 이력거동의 모델링 특성에 따라 정성적인 평가를 수행하였지만, 본 연구에서는 다양한 이력거동의 특성을 감안할 수 있도록 체계적인 연성계수 산정식을 제시하고 있다. 따라서, 이력거동의 특성, 고유주기 및 연성비에 따라 간편하게 연성계수를 산정할 수 있다.강도계수는 아파트 건물의 단위세대 전용면적과 층수를 변화시켜가면서 단변 및 장변방향의 주요 전단벽을 대상으로 정적 탄소성해석(pushover analysis)을 수행하여 평가되었다. 아울러, 40개의 전단벽 실험체에 대한 분석을 통하여 강도계수의 하한치와 전단벽이 보유하고 있는 변형능력을 평가하였다. 구조물이 실게적인 보유강도를 설계강도로 나누어준 값으로 산정되는 강도계수(R_{S})는 층수가 낮은 전단벽시스템일수록 더 큰 갋으로 평가되었다. 즉, 20층 전단벽시스템의 강도계수는 2.02~2.81, 15층 전단벽시스템의 강도계수는 2.37~4.03, 10층 전단벽시스템의 강도계수는 2.86~5.31, 5층 전단벽시스템의 강도계수는 4.36~12.43으로 평가되었다. 이러한 현상은 설계규준의 최소 벽구께 및 최소 철근비 규정에 의해서 저층건물일수록 최적설계단면 보다 더 크게 단면설계사 이루어졌기 때문이라고 판단된다. 사용재료의 설계강도를 사용하여 40개의 전단벽 실험체에 대해서 평가한 강도계수는 1.35의 평균값 (변도계수=19%)을 얻었다. 이러한 결과는 최적 설계된 전단벽을 대상으로 강도계수를 평가한 결고하고 할 수 있으며, 이 값에 추가적으로 변형율속도(=1.05)와 하중계수(=1.4)를 고려한다면 강도계수의 하한치를 1.98로 평가할 수 있다. 한편, 이러한 결과에 의하지 않고 강도계수의 최저치를 간단히 상정하면 하중계수와 휨개의 강도제감계수를 사용하여 1.56으로 평가할 수 있다. 한편, 대상 벽식구조 아파트 건물의 최하부층 전단벽을 대상으로 단부 횡보강근의 양과 단면형상을 변수로 실험을 수행하였으며, 모든 실험체가 설계규준에서 요구하는 변형지구(연성비 3 이상, 변형능력 1.5%)를 충족하는 결과를 보여주었으며, 특히 장방형 단면의 기준형 실험체와 경계부재의 설계요건을 구현한 바벨형 단면의 실험체는 유사한 수주의 구조성늘을 갖는 것으로 평가되었다. 따라서, 벽체 단부의 콘크리트를 기둥의 최소 횡보강근양에 의해 횡보강한 기준형 실험체 (HRI-W2)는 경계기둥을 설치하지 않았지만 바벨형 단면의 HRI-W7 실험체와 거의 동등한 구조성능을 보여주고 있으므로 시공성과 배근상세의 경제성을 감안할때 더 효과적인 횡력지항시스템이라고 평가할 수 있다. 대상 벽식구조 아파트 건물의 전단벽 시스템에 대한 반응수정계수는 단·장변방향 및 층수에 따라 다른 값을 갖는 것으로 나타났다. 단변방향에 대한 반응수정계수는 이력거동의 특성을 완전탄소성모델로 평가한 경우 5.52~14.17의 범위에 있는 것으로 평가되었고, 원점지향형 모델의 경우는 4.68~12.43으로 산정되었다. 아울서, 장변방향에 대해서도 완전탄소성모델을 적용한 경우 4.37~7.19의 범위로 반응수정계수를 평가할 수 있으며, 원점지향형 모델의 경우는 3.71~6.36으로 산정되었다. 결론적으로 우리나라의 경우 ACI 318-95에서 규정하고 있는 바와 같이 중·약진 지역에 대한 전단벽의 설계조건으로서 단부 횡보강근에 특별한 규정은 없지만 설계실무에서는 관례적으로 경계부재와 후프철근에 의한 횡보강을 시행하고 있는 점과 국내 시공현황을 감안해 볼 때 U형 횡보강근과 타이철근으로 기둥의 횡보강근 간격조건에 준하여 벽체의 단부를 보강하는 것이 바람직하다고 판단된다. 이 경우 전단벽 시스템의 방응수경계수는 UBC 규준에서 사용하고 있는 방응수정계수 (Rw=6)를 탄성 설계응답스펙트럼의 최대값에 대한 보정을 거쳐서 국내 벽식구조 전단벽의 반응수정계수로서 3.5-3.83의 값을 사용하는 것이 타당하리라 판단된다.

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내진설계규정에서 제시하고 있는 반응수정계수는 보편적인 구조시스템을 대상으로 과거 지진발생시 피해와 거동특성을 관찰한 내용을 바탕으로 경험적으로 결정한 수치로써 이론 및 실험...

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