슬래브 유효 휨 강성을 고려한 벽식 구조시스템의 내진성능평가 = Seismic Performance Evaluation of RC Shear Wall System Considering Effective Flexural Stiffness of Slab

국문 초록 (Abstract)

내진설계범주가 D이고 높이 60m 이상인 내력 벽식 공동주택은 특수전단벽을 사용해야 하나, 시공성과 품질확보 등 어려움이 존재하기 때문에 기술적으로 안전성이 검증된 대안적 시스템인 보통전단벽의 사용을 허용하고 있다. 현재 성능기반 내진설계 사례를 보면 벽식 구조를 설계할 때 슬래브의 휨 강성을 고려하지 않고 슬래브가 수 평 하중에 대한 강체 거동(Rigid Diaphragm)을 하는 것으로 해석하는 경우가 대다수이다. 모든 구조 부재와 접합부의 성능을 합리적으로 고려해야 비선형 해석을 통한 성능 기반 설계의 취지에 부합하다. 슬래브의 휨 강성을 고려하기 위한 대표적인 방법으로는 유한요소법(FEM)과 유 효보폭법이 있다. 유한요소법은 슬래브를 유한개의 요소로 분할하여 수치 해석하는 방법이고, 유효보폭법은 슬래브를 동일한 강성을 갖는 보로 치환하여 설계하는 방법이다. 유한요소법을 사용하여 해석하면 해석 시간이 많이 소요되기 때문에 무량판 구조의 경우 유효보폭법을 사용하여 해석하는 것이 일반적인 관행이다. 본 연구에서는 유효보폭법을 벽체-슬래브로 이루어진 벽식 구조물에 확대 적용하여 성능기반설계를 하고자 한다. 연속된 슬래브와 단부 슬래브를 고려한 Grossman (1997)과 Choi & Song (2005)의 유효보폭법을 고찰하고자 한다. 유효보폭의 정확성을 비교하기 위해 벽식 구조에서 나올 수 있는 배치인 병렬 배치, 직렬 배치, T가 배치, L자 배치로 나누어 해석하였으며, 이를 강체 거동을 한 경우와 유효보폭법을 사용한 경우, 유한요소로 해석한 경우를 비교하였다. 유효보폭법 사용의 편의를 위해 벽체의 길이와 벽체 사이의 간격을 비교하며 적절한 사용법을 찾고자 하였다. 이후 벽식 구조인 본모형에 적용하여 내진성능평가를 하였고, 유효보폭법 사용의 필요성과 슬래브 휨 강성을 고려하는 것의 중요성을 강조하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Seismic design category D and RC shear buildings with a height
exceeding 60 meters are required to use special shear walls. However, due
to difficulties such as securing construction performance and quality,
alternative system using ordinary shear walls, which have been technically
validated for safety, is permitted. Present peer reviews of performancebased seismic design often interpret slabs as exhibiting rigid diaphragm
behavior under horizontal loads without considering flexural stiffness of slab.
In performance-based design through nonlinear analysis, it is essential to
consider all structural components and connections.
To consider flexural stiffness of slabs, representative methods are Finite
Element Method (FEM) and Effective Beam Width Method. Finite element
method involves dividing slab into finite number of elements for numerical
analysis, and effective beam width method involves designing slab by
replacing them with beams of equal stiffness. In using the finite element
method for analysis, significant computational time is often required. It is
common practice to use effective beam width method for analysis of flat slab
structures. Study is aiming effective beam width method to wall-slab
systems in wall-type structures for performance-based design. Effective
beam width method includes considering continuous slabs and edge slabs, as
addressed by Grossman(1997) and Choi&Song(2005).
To compare accuracy of effective beam width method, various
configurations common in wall structures were analyzed: parallel
arrangement, series arrangement, T-shaped arrangement, and L-shaped
arrangement. These were compared with case of rigid diaphragms, case of
using effective beam method, and case of using finite element method. For
convenience of applying effective beam width method, comparisons were
wall length and spacing between walls, tried to find appropriate use. These
methods were applied to a prototype wall structure for seismic performance
evaluation. Study emphasized necessity of using effective beam width
method and considering flexural stiffness of slabs in wall structures.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 가. 연구 배경 1
• 나. 연구 목적 및 내용 3
• 2. 이론적 고찰 5
• 가. 성능기반 내진설계 5
• 1) 성능기반 내진설계 관련 기존 연구 8
• 2) 성능기반 내진설계 사례 9
• 가) 광주 선운지구 9
• 나) 광양 성황 도이지구 10
• 다) 광주 산정동 11
• 나. 유효보폭법 12
• 1) Grossman의 유효보폭법 13
• 2) Choi&Song의 유효보폭법 16
• 3. 벽체-슬래브 접합부의 유효 휨 강성 산정 비교 18
• 가. 병렬 배치 19
• 1) 병렬 연속 배치 19
• 2) 병렬 단부 배치 22
• 나. 직렬 배치 25
• 1) 직렬 연속 배치 25
• 2) 직렬 단부 배치 28
• 다. T자 배치 31
• 1) 두 벽체의 길이가 같은 경우 32
• 2) 두 벽체의 길이가 다른 경우 34
• 라. L자 배치 36
• 1) 두 벽체의 길이가 같은 경우 37
• 2) 두 벽체의 길이가 다른 경우 39
• 4. 비선형 해석을 통한 벽식 구조시스템의 내진성능 평가 42
• 가. 초기 조건 42
• 나. 고유치 해석 결과 비교 52
• 1) 층간 변위 비교 52
• 2) 해석 소요시간 비교 54
• 다. 내진성능평가 비교 55
• 1) 주기 및 질량 참여율 비교 55
• 2) 층간 변위비 검토 57
• 3) 벽체 전단력 검토 59
• 4) 전이부재 검토 62
• 가) 전이보 검토 62
• 나) 전이기둥 검토 65
• 5) Pushover 해석 69
• 5. 결론 72
• 참고문헌 74
• 영문초록 76