The ductility of the system based on the capacity of each structural member constituting the seismic force-resisting system is a significant factor determining the structure’s seismic performance. This study aims to provide a procedure to supplement the current seismic design criteria to secure the system’s ductility and improve the seismic performance of the steel ordinary moment frames. For the study, a nonlinear analysis was performed on the 9- and 15-story model buildings, and the formation of collapse mechanisms and damage distribution for dynamic loads were analyzed. As a result of analyzing the nonlinear response and damage distribution of the steel ordinary moment frame, local collapse due to the concentration of structural damage was observed in the case where the influence of the higher mode was dominant. In this study, a procedure to improve the seismic performance and avoid inferior dynamic response was proposed by limiting the strength ratio of the column. The proposed procedure effectively improved the seismic performance of steel ordinary moment frames by reducing the probability of local collapse.

New buildings have been designed using different seismic design standards that have been revised. However, the seismic performance of existing buildings is evaluated through the same performance evaluation guidelines. Existing buildings may not satisfy the performance targets suggested in the current guidelines, but there are practical limitations to discriminating the existing buildings with poor seismic performance through a full investigation. In this regard, to classify buildings with poor seismic performance according to the applied standard, this study aimed to evaluate performance-based investigation of the seismic design proposals of buildings with different design standards. The target buildings were set as RC ordinary moment frames for office occupancy. Changes in seismic design criteria by period were analyzed, and the design spectrum changes of reinforced concrete ordinary moment resisting frames were compared to analyze the seismic load acting on the building during design. The seismic design plan was derived through structural analysis of the target model, compared the member force and cross-sectional performance, and a preliminary evaluation of the seismic performance was performed to analyze the performance level through DCR. As a result of the seismic performance analysis through the derived design, the reinforced concrete ordinary moment frame design based on AIK 2000 has an insufficient seismic performance level, so buildings built before 2005 are likely to need seismic reinforcement.

This paper presents the resizing method of columns and beams that considers column-to-beam strength ratios to simultaneously control the initial stiffness and ductility of steel moment frames. The proposed method minimizes the top-floor displacement of a structure while satisfying the constraint conditions with respect to the total structural weight and column-to-beam strength ratios. The design variable considered in this method is the sectional area of structural members, and the sequential quadratic programming(SQP) technique is used to obtain optimal results from the problem formulation. The unit load method is applied to determine the displacement participation factor of each member for the top floor lateral displacement; based on this, the sectional area of each member undergoes a resizing process to minimize the top-floor lateral displacement. Resizing members by using the displacement participation factor of each member leads to increasing the initial stiffness of the structure. Additionally, the proposed method enables the ductility control of a structure by adjusting the column-to-beam strength ratio. The applicability of the proposed optimal drift design method is validated by applying it to the steel moment frame example. As a result, it is confirmed that the initial stiffness and ductility could be controlled by the proposed method without the repetitive structural analysis and the increment of structural weights.

본 연구에서는 철골모멘트골조의 보-힌지 붕괴모드를 유도하는 최적 내진설계기법을 제안한다. 이는 유전자알고리즘을 사용하며, 기둥의 소성힌지 발생을 억제하는 제약조건을 설정하여 보-힌지 붕괴모드를 유도한다. 제안하는 기법은 구조물량를 최소화하고 에너지소산능력을 최대화하는 목적함수를 사용한다. 제안하는 기법은 9층 철골모멘트골조 예제 적용을 통해 검증한다. 예제 적용을 통해 철골모멘트골조의 보-힌지 붕괴모드를 유도하기 위해 요구되는 기둥-보 강도비를 평가한다. 패널존에 대한 3가지 모델링 기법을 각각 적용하여 모델링 조건에 따른 휨강도비 영향이 추가적으로 검토된다.

현재 국내 철골 모멘트골조 접합부는 대부분 공장제작으로 품질관리가 잘 이루어져 연성능력이 상당한 수준이다. 문헌에 의하면 국내 접합부는 미국 철강협회에서 철골 중간모멘트골조에 대해 제시한 성능 기준을 충분히 만족하고 있다. 그런데 이전 설계기준인 KBC2005에서는 철골모멘트골조에 연성모멘트골조 하나만을 제공하였으나 현 KBC2009 기준은 보통, 중간, 특수모멘트골조로 다양하게 제공하고 있다. 여기서 국내 접합부 형식을 그대로 사용했을 때 어떤 시스템이 적합한지 조사할 필요성이 있다. 따라서 본 연구에서는 KBC2005의 연성모멘트골조와 KBC2009의 중간모멘트골조의 거동을 비교하여 국내에 적합한 설계 방법을 찾고자 하였다. 연구 결과 기존 연성모멘트골조의 설계 계수를 따르더라도 성능목표를 충분히 만족하는 것으로 나타났다.

현행 내진설계기준에서 RBS-B 접합부는 오직 중간모켄트골조(IMF) 시스템에서만 사용이 허용된다. 본 연구는 현행설계규준에 따라 설계한 RBS-B 접합부를 갖는 철골 모멘트골조 시스템의 내진성능평가를 수행하였다. 이를 위하여 층수(3층, 6층, 9층), 경간너비(6m, 9m), 내진설계범주(SDC C_{max}, SDC C_{min})으로 구성된 12개의 RBS-B접합부를 갖는 철골모멘트골조 건물을 설계하였고 RBS-B 접합부의 비선형 이력거동을 잘 모사하는 접합부 모델을 개발하였다. 설계된 대상골조는 ATC-63에 의해 개발된 내진성능평가방법에 따라 내진성능평가를 수행하였다. 또한 본 연구는 저자가 이전연구에서 제안한 새로운 설계법에 따라 설계된 IMF 시스템의 내진성능평가를 수행하였다. 그 결과 현행규준에 따라 설계한 몇 개의 대상골조가 적절한 붕괴여유비를 보유하지 못하였다. 반면에 새로운 설계절차에 따라 설계된 대상골조는 적절한 붕괴여유비를 보유하였다.

안전한 내진설계를 위해서는 각 부재에 요구되는 소성변형 요구량을 정확히 예측하여야 한다. 본 연구에서는 등가정적내진설계에 쉽게 활용할 수 있도록, 복잡한 비선형해석 없이 탄성해석을 사용하여 모멘트골조 부재의 소성변형을 평가하는 방법을 개발하였다. 각 부재의 소성변형은 부재 강성과 탄성해석 결과로부터 직접 결정되는 층간변위비 요구량 및 모멘트 재분배 등의 설계 변수로부터 결정된다. 제안된 방법을 8층 2경간의 모멘트골조에 적용하고, 비선형해석을 통하여 제안된 방법의 정확성을 검증하였다. 검증결과, 제안된 방법은 비선형거동에 의한 층간변위비 요구량과 각 부재의 소성변형 요구량을 정확히 평가하였다. 제안된 방법은 부재연성설계와 같은 신축건물의 내진설계에 활용할 수 있을 뿐만 아니라 기존건물의 내진성능평가에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

최근에 수행된 보 플랜지 절취형 (Reduced Beam Section, RBS) 내진 철골모멘트접합부의 실험 결과에 의하면, 보 웨브를 볼트 접합한 시험체는 보 웨브를 용접 접합한 시험체에 비해서 조기에 스캘럽을 가로지르는 취성파단이 발생하는 열등한 내진성능을 보였다. 실험결과에 의할 때, 이러한 접합부 취성파괴가 발생하는 주요 원인은 웨브 볼트의 슬립과 고전 휨이론에 의한 예측과는 전혀 다른 응력 전달메카니즘에 의한 스캘럽 부근의 응력집중 때문으로 사료된다. 이는 고전 휨이론에 기초한 전통적 보 웨브 볼트접합부의 설계법을 재검토할 필요가 있음을 시사하는 것이다. 본 연구를 통하여 고전 휨이론에 기초한 현행의 보 웨브 설계법에 문제가 있음을 지적하였다. 실험 및 해석결과를 바탕으로 RBS 접합부의 실제 응력전달경로에 부합되는 새로운 보 웨브 볼트접합 설계법을 제안하였다.

본 논문에서는 리브로 보강된 철골 모멘트 접합부의 내진설계법 정립을 위한 등가 스트럿 모델을 제시하였다. 리브 보강 접합부의 응력전달 메커니즘은 고전 휨이론에 의한 예측과는 전혀 다르며, 리브는 리브의 기울기 방향으로 스트럿 거동을 보임을 유한요소해석에 의해 밝혔다. 리브를 스트럿 요소로 파악하여 리브 접합부의 실용설계에 활용될 수 있는 등가 스트럿 모델링 방안을 제시하였다.

본 연구에서는 용접 수평헌치로 보강된 철골 모멘트 접합부의 내진설계법을 제시하고자 한다. 최근의 실험결과에 의하면 보의 하부를 수평헌치로 용접하는 방안은 취약한 내진성능이 드러나 기존 철골 모멘트 접합부의 내진보강이나 내진성능이 뛰어난 건물의 구축에 매우 효과적임을 알 수 있다. 용점 삼각헌치로 보강된 접합부의 설계법은 최근에 미국의 연구자들에 의해 제시된 바가 있다. 그러나 이 설계법은 응력 전달 메커니즘이 상이한 수평헌티 접합부의 설계에는 적용될수 없다. 본 논문에서는 우선 수평헌치와 보의 상호작용 및 변형의 적합 조건을 고려하여 도출된 단순화된 해석적 응력전달 모형을 간략히 기술한다. 이를 기초로 수평헌치 접합부의 단계별 내진 설계절차를 제안한다. 아울러 헌티단부의 응력집중을 줄이는데 매우 효과적인 디테일도 제시하고자 한다.

몇 가지의 예를 들어 점진적 붕괴가 내진설계의 중요한 설계기준이 될 수 있다는 것과 이와 관련하여 Shakedown 해석이 한 구조설계 도구로 사용될 수 있다는 사실이 밝혀진다. 이 Shakedown 해석기법을 사용하여 비선형 계획에 의한 최적 구조설계 프로그램이 개발되었는데, 이것은: (i) 탄성응력과 처짐에 대한 제약조건: (ii) 점진적 붕괴와 약충붕괴의 방지를 위한 제약조건: 그리고 (iii) 구조물의 기본주기에 대한 제약조건을 수용하고 있다. 마지막으로 내진설계의 모든 요구조건을 만족시키는 최적설계를 얻기 위하여, 이 개발된 프로그램을 이용한 5-단계 설계방법론이 제시되고 있다.

The Recent earthquake damage of surrounding countries is increasing, occurrence of frequent earthquakes in the country, thus, the interest about the seismic performance of the structure is increasing. Korea, was established in 2008 earthquake measures method, KBC2009 was also amended by design standards. KBC2009 based seismic design and seismic strengthening has become mandatory, Design of the building before the current seismic design standards must be satisfied in KBC2009. Therefore, ATC-40, FEMA-273 and seismic performance evaluation of Korea Infrastructure Safety Corporation will conduct the seismic performance evaluation at the Previous design code building.