This study examines the seismic failure of RC low-rise building structures having irregularities at the ground story during the 15 November 2017 Pohang, Korea, earthquake, Mw = 5.4, which is the second strongest since the government began monitoring them in 1978 in South Korea. Some 2,000 private houses were damaged or destroyed in this earthquake. Particularly, serious damage to the piloti story of RC low-rise residential building structures of fewer than five stories was observed within 3 km of the epicenter with brittle shear failure of columns and walls due to severe torsional behavior. Buildings below six stories constructed before 2005 did not have to comply with seismic design requirements, so confinement detailing of columns and walls also led to inadequate performance. However, some buildings constructed after 2005 were damaged at the flexible side of the piloti story due to the high torsional irregularity. Based on these results, this study focuses on the problems of the seismic torsion design approach in current building codes.

In this study, to estimate the combination of earthquake magnitude (Mw) and distance (R) corresponding to the design spectrum defined in Korean Building Code (KBC) 2016, the response spectra predicted from the attenuation relationships with the variation of Mw (5.0~7.0) and R (10~30km) are compared with the design spectrum in KBC 2016. Four attenuation relationships, which were developed based on local site characteristics and seismological parameters in Southern Korea and Eastern North America (ENA), are used. As a result, the scenario ground motions represented by the combinations of Mw and R corresponding to the design spectrum for Seoul defined in KBC 2016 are estimated as (1) when R =10 km, Mw = 6.2~6.7; (2) when R = 15 km, Mw = 6.5~6.9; and (3) when R = 20 km, Mw = 6.7~7.1.

For earthquake loss estimation of building structures in Gangnam-Gu district in Seoul, three scenario earthquakes were selected by comparison of the response spectra of these scenario earthquakes with the design spectrum in Korean Building Code (KBC 2009), and then direct losses of the building structures in the Gangnam-Gu district under each scenario earthquake are estimated. The following conclusions are drawn from the results of damage and loss in the second scenario earthquake, which has a magnitude = 6.5 and epicentral distance =15 km: (1) The ratio of building stocks undergoing the extensive and complete damage level is 40.0% of the total. (2) The amount of direct economic losses appears approximately 19 trillion won, which is 1.2% of the national GDP of Korea. (3) About 25% of high-rise (over 10-story) RC building wall structures, were inflicted with the damage exceeding moderate level, when compared to 60% of low-rise building structures. (4) From the economical view point, the main loss, approximately 50%, was caused by the damage in the high-rise RC wall building structures.

Observations of the damages to high-rise reinforced concrete (RC) wall building structures caused by by recent earthquakes in Chile (Mw 8.8, February 2010) and New Zealand (February 2011, ML 6.3) have generally exceeded expectations. Firstly, this study estimated the seismic damage levels of 15-story RC box-type wall building structures using the analytical models calibrated by the results of a shaking table test on a 1:5 scale 10-story RC box-type wall building model. Then, the seismic fragility analysis of the prototype model was conducted by using the SAC/FEMA method and the incremental dynamic analysis (IDA). To compensate for the uncertainties and variability of ground motion and its impacts on the prototype model, in the SAC/FEMA method, a total of 61 ground motion records were selected from 20 earthquakes, with a magnitude ranging from 5.9 to 8.8 and an epicentral distance ranging from 5 to 105km. In the IDA, a total of 11 ground motion records were used based on the uniform hazard response spectrum representing a return period of 2,475 years. As a result, the probabilities that the limits of the serviceability, damage control, and collapse prevention would be exceeded were as follows: from the SAC/FEMA method: 79%, 0.3%, and 0%, respectively; and from the IDA: 57%, 1.7%, and 0%, respectively.

This paper briefly introduces the design seismic loads in Korea (KBC 2009). Then, over 10,000 recorded earthquake ground accelerograms, with their magnitude ranging from 4.0 to 8.0 and their epicentral distance ranging from 0 to 200 km, were used to examine the appropriateness of seismic load defined in Korea known as a low-to-moderate seismicity region. The following conclusions are drawn based on the results: (1) The effective peak ground accelerations (EPA) of recorded earthquake accelerograms under M ≤ 6.0 and R ≥15 km appear to be less than that of MCE in Korea for all site conditions defined in KBC 2009. (2) The design spectrum (two-thirds of the intensity of MCE) in KBC 2009 is comparable to those of earthquake records in the magnitude 6 - 7 and the epicentral distance less than 50 km. Therefore, (3) the intensity of Korean design earthquake is considered to be overly high since the Korea peninsula is generally conceived to be a low-seismicity region.

본 논문은 전단벽과 슬래브, 인방보의 연결부재로 구성되는 독특한 구조형식으로 이루어진 국내 철근콘크리트(RC)조 공동주택의 지진거동을 정확하게 평가하기 위한 방법을 제시하기 위한 기초연구이다. 이를 위하여 인방보의 유무에 따른 RC조 전단벽식부분구조 실험체 2개에 대하여 선형 스프링모델에 의한 비선형 정적해석을 실시하고 기존의 실험결과와 비교 ‧ 분석하여 그 신뢰성을 검증하였다. 인방보가 없는 실험체의 경우, 해석결과가 실험결과에 의한 비선형 거동을 정확히 모사하고 있는 것으로 나타났다. 반면, 인방보가 있는 실험체의 경우, 해석결과의 경우, 정방향 가력시 실험결과 보다 작은 실험체의 변형으로 인방보에 의한 커플링 효과를 기대할수 없게 되면서, 해석결과가 실험결과보다 재하시의 동일 변형에서의 내력과 잔류변형 등을 작게 평가하는 것으로 나타났다.

본 논문에서는 1:5 축소 10층 내력벽식 철근콘크리트(RC) 내력벽식 공동주택의 지진모의실험의 결과를 제시한다. 실험의 결과는 다음과 같다. (1) 본 실험 모델에서 재현주기 50년 지진에 대해서는 선형 탄성응답을 보이며, 우리나라의 설계지진에 대해서는 비선형 거동을 확인할 수 있다. (2) 재현주기 2400년의 최대지진에 대해 실험체의 강성 및 강도 저하가 현저하게 나타났다. (3) 횡 관성력에 대한 주 저항은 주로 엘리베이터 홀과 계단실 벽체로부터 유래되었다. (4) 실험체의 손상 및 파괴 모드는 벽과 슬래브의 휨 거동에 의해 지배되었다. 가진의 크기가 증가 할수록 현저한 강성의 저하와 고유주기의 증가가 발생하였다.

본 연구의 목적은 지진모의실험을 위한 1:5 축소 10층 R.C. 공동주택 모델의 제작과정을 통하여, 실험체의 효율적인 설계 및 제작 과정을 개발하는 것이다. 실험체의 축소율은 가용한 진동대의 크기(5m{\times}5m)와 최대 허용무게(600kN)및 모델 철근(D3 볼트, {\phi}2 강선)의 경제성과 상용성을 고려하여 결정하였다. 모델 철근은 현장에 바로 설치하기 어렵기 때문에 철망을 제작한 후 현장에서 조립하였다. 벽체와 슬래브를 동시에 타설할 경우 거푸집의 탈형이 매우 어렵기 때문에, 벽체를 먼저 타설하고 양생 후 탈형한 뒤 슬래브 거푸집을 설치하였다. 벽체 거푸집은 반복 사용이 가능한 Slip form 형태로 한쪽은 합판, 다른 한쪽은 아크릴로 제작하여 타설시 밀실도를 확인할 수 있도록 하였다. 1:5 축소 10층 R.C. 공동주택모델을 제작하기 위해 총 제작 기간은 약 6개월이 소요되었으며, 전임 연구원 5명, 작업보조원 612명 일의 인원이 투입되었다.

본 실험 연구의 목적은 횡방향 정적가력을 통하여 2층 R.C 전단벽식 구조의 내진성능을 평가하는 것이다. 본 연구의 실험체는 대상 건물의 개구부를 가지는 T자형 벽체 1층과 2층의 일부분을 대상으로 실물크기의 3/5 크기정도로 축소하였고, 인방보의 유 무를 실험변수로한 2개의 실험체를 제작하여 횡방향의 정적가력 실험을 수행하였다. 인방보 유무에 따른 벽체의 구조적 성능 및 거동의 차이를 비교한 결과, 인방보가 있는 실험체가 인방보가 없는 실험체보다 최대내력과 연성능력 등의 내진성능이 우수한 것으로 판단되었다.

우리나라 공동주택의 대부분을 이루는 철근콘크리트(RC) 벽식 구조의 지진에 대한 거동을 예측하기 위해 신뢰성이 있으며 사용하기 간편한 해석모델의 수립이 필요하다. 본 논문은 기 수행된 RC 전단벽 부분구조의 횡 하중 반전주기 실험결과를 기준으로 하여 PERFORM 3D에서 가용한 RC벽 요소 및 보 기둥 요소 해석모델을 응용하여 최대한 실험결과와 근접한 결과를 주는 모델을 수립하였다. 전체 및 국부거동에 있어서 이 해석결과를 실험결과와 비교함으로써 해석의 신뢰성과 한계성을 확인함과 동시에, 실험에서 파악하기 어려운 내부 저항력의 구성, 전체 구조물의 저항 메카니즘에 대한 정량적인 분석을 제시한다.

본 연구의 목적은 일정 축하중과 반복횡하중 하에서 탄소섬유시트와 비좌굴 가새로 보강된 보-기둥 시험체의 횡방향 거동 평가를 통하여 사용된 보강 방법의 구조적 성능을 검증하는 것이다. 세 개의 시험체를 비보강, 탄소섬유보강, 탄소섬유와 비좌굴 가새 보강 방법을 각각 적용하여 제작하였다. 변위에 따른 최대, 최소하중은 하중-변위 관계를 분석함으로써 평가되어지며, 하중과 강성의 관계는 비교구간의 유효강성 분석에 의해 평가된다. 실험의 수행 결과, 보강을 하지 않은 시험체에 비하여 보강을 적용한 시험체는 최대허용하중과 유효강성, 철근 항복 시 재하 횡하중, 변위연성비 등에서 상대적으로 우수한 성능을 보였다.

강한 지진에 대한 필로티형 고층 철근콘크리트 건물의 거동을 묘사하기 위한 해석기법의 개발과 성능평가를 위해, 상부벽식 하부 골조형식인 필로티형 건물에 대한 1/12축소 진동대 실험결과와 OpenSees를 이용하여 실험모델에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 결과를 비교하였다. 하부골조 형식은 모두 골조로 이루어진 형태(BF)와 전단벽이 한쪽 외부골조에 치우쳐 비틀림이 발생하는 형태(ESW)의 실험체에 대해 해석연구를 수행하였다. 철근과 콘크리트의 응력-변형률관계를 정의한 후 이를 단면에 이식시킨 섬유모델을 통해 비선형거동을 나타내도록 하였으며, 벽체는 MVLEM모델을 이용하였다. 해석결과 본 논문에서 제시한 비선형 모델은 필로티층의 거동(예를 들면 필로티층의 항복강도와 강성 상부구조물의 흔들림, 거동, 그리고 축력의 변화에 따른 축강성과 전단강성의 변화)을 비교적 정확하게 묘사하였다. 그러나 MVLEM으로 벽체의 비선형거동을 구성한 결과 거시거동은 실제 모델을 잘 따랐으나, 비틀림이 주된 진동주기일 때 발생하는 벽체 횡강성의 급격한 증가와 Warping현상으로 인해 코너기둥에 발생하는 과도한 인장력은 제대로 반영하지 못하였다. 비선형 해석으로 설계부재력을 구할 경우 실제보다 약 20{\sim}30% 작게 나타났는데, 이는 실험과 해석방법의 차이때문에 발생한 것으로 보이며, 비선형 거동이 과도하게 발생한 수준의 지진에 대해서는 필로티형 건물의 거동특성을 충실히 나타내었다.

Taft N21E 지진파를 사용하여 1:12 축소된 모델로 여러번의 진동대 실험을 저층부 2개층에 비틀림과 연층을 가지는 17층 고층 철근콘크리트 건물에 대해 지진 거동을 조사하기 위해 수행했었다. 이 거동의 주요 특징은 (1) 연약 골조가 거대한 비탄성 변형을 받은 후 변형이나 비틀림에서 비틀림 모드까지 현저한 진동의 갑작스런 변화, (2) 이러한 모드 변화에 따른 비틀림 강성의 갑작스런 증가, (3) 비틀림 모드에서 월의 요곡(warping) 거동, 그리고 (4) 진동대 거동의 반대 방향에만 생기는 전도모멘트 양상을 보여주었다. 본 연구에서는 이러한 성과를 Perform3D라는 비선형 해석 프로그램을 사용하여 위 특성을 모사하기 위해 노력하였다. 이 소프트웨어에서 가용한 비선형 모델과 함께 그의 장점과 단점을 해석 및 실험 결과의 비교를 통해 제시하였다.

세가지 형태의 고층 비정형 철근콘크리트 건물에 대해 OpenSees를 이용하여 비선형정적해석을 수행한 후, 해석결과와 진동대 실험결과를 비교하여 해석방법에 대한 검증을 수행하고, 해석결과 나타난 비정형 건물의 성능과 하부 필로티부분의 파괴양상을 분석하였다. 선정된 모델은 필로티층이 골조로만 이루어진 모델 (모델 1), 필로티층 내부중앙골조에 벽체가 있는 모델 (모델 2), 그리고, 필로티층의 한쪽 골조에 벽체가 있는 모델 (모델 3)이다. 철근과 콘크리트의 응력-변형률 관계를 섬유모델에 이식하여 비선형부분의 거동을 묘사하고, 벽체도 비선형모델을 이식한 트러스로 이루어진 MVLEM을 적용하였다. 그 결과 축력이 작용함에 따른 기둥의 전단강성변화, 벽체의 들뜸현상 등과 같이 진동대 실험에서 나타난 거동특성을 비교적 정확하게 묘사하였다. 초과강도 측면에서 하부골조에 벽체를 포함하고 있는 모델 2와 모델 3은 모델 1보다 2배 가까이 크다. 이와 같이 모델 2와 모델 3의 초과강도와 연성이 큰 이유는 모델 2와 모델 3의 경우 모델 1로 설계된 골조에 벽체가 낀 벽의 형태로 설계되었기 때문으로 보인다. 그리고, 연성의 측면에서 모델 1과 모델 3은 모델 2의 보다 1.17배 큰 것으로 나타났다. 모델 1과 모델 3의 경우 골조부분에 과도한 모멘트가 작용하여 파괴에 이른 반면, 모델 2는 하부전단벽의 전단파괴에 의해 파괴되었으며, 모델 1과 모델 3에 비하여 크게 작용한 전도모멘트로 인해 기둥에 작용하는 축력의 변화가 크게 발생하였다.

최근 우리나라에서는 건축적 또는 사회적 요구로 비정형 고층 RC건물이 급증하고 있으나, 이와 같은 건물을 내진설계하는데 요구되는 지진의 방향성과 직교성을 적응하기 위한 구체적인 방법이 제시되어 있지 않아 설계자들이 설계하는데 어려움이 있다. 따라서, 본 논문에서는 우리나라에서 실제 건설된 비정형고층 RC건물을 스펙트럼해석법과 시간이력해석법에 따라 SAP2000을 사용하여 동적해석을 수행한 후, 하부골조 기둥의 설계력을 비교함으로써 주축의 설정과 지진의 방향성을 고려하는 것이 설계력에 미치는 영향, 그리고 방향성과 직교성을 모두 만족시킬 수 있는 방법에 대해 연구하였다. 연구결과 내린 결론은 다음과 같다. 1) 지진에 직각방향 전단력이 발생하지 않는 방향을 주축으로 정의하여 설계부재력을 구하면, 동적밑면전단력 보정계수가 감소하기 때문에 X, Y축을 주축으로 정하여 설계부재력 구하였을 때보다 설계부재력이 15\%정도 작은 값을 보여주었다. 2) 100/30법에 따라 방향성을 고려하여 구한 설계부재력은 2방향 시간이력해석결과로부터 구한 최대설계부재력보다 큰 값을 보여주어 100/30법에 따라 직교성을 고려하는 방법은 타당한 것으로 나타났으나, 시간이력해석결과에서 부재력을 나타내는 벡터(P,\;M_y,\;and\;M_z) 많은 부분이 100/30법에 따라 예측한 설계부재력의 영역을 벗어났다

최근 우리나라의 대도시에서는 주거와 상업기능을 동시에 갖는 복합용도의 건축물이 많이 건설되고 있는데, 이러한 건물은 대부분 하부골조에서 연층, 약층 또는 비틀림 비정형을 띠게 된다. 본 논문의 목적은 이러한 건물의 지진응답을 실험을 통해 관찰하는 것으로서 1:12 축소모델의 진동대 실험을 통해 다음과 같은 결론에 이르렀다. 1) 구조물의 불확실성으로 인한 우발비틀림을 예측하는 것은 정적해석에 의한 방법보다 동적해석에 의한 방법이 더 타당하였다. 2) 횡운동과 비틀림운동이 연관되어 있을 때, 전도모멘트는 지진방향 뿐만 아니라 지진방향에 수직인 방향으로도 상당부분 작용하였으며, 일반적인 해석프로그램에서 수행하는 모드해석법으로는 이와 같은 거동을 예측하기에 부적절하였다. 3) 모드형상과 BST 다이아그램을 통해 대상구조물과 같은 건물의 주요 진동모드와 파괴양상을 쉽게 예측할 수 있었다.

이 연구의 목적은 진동대를 사용한 지진모의 기술의 현상황을 살펴보고 그의 신뢰성을 검토하는 것이다. 1자유도 및 3자유도 알루미늄 전단구조 모델이 사용되었으며, 4m{\times}4m 6자유도 진동대가 1940 El centro 지진 가속도 기록(NS요소)를 재현하기 위해 수평 1방향으로 흔들어졌다. 진동대의 실제 가속도 이력과 목표 가속도 이력을 비교할 때, 전반적인 이력은 매우 흡사했으나 실제 진동의 저 주파수 영역은 목표치보다 후리에 변환 강도에서 낮은 값을 대체로 나타내고 있었다. 자유진동 및 백색파 실험은 고유주파수에 대해서는 거의 일치하는 값을 나타내고 있으나 감쇠계수에 대해서는 자유진동실험의 경우 1.4%, 백색파실험의 경우 14.8%를 나타내어 큰 차이를 보여주고 있다. 층 전단력 대 층간변위의 이력곡선으로부터 전제적으로 선형탄성거동을 나타내고 있으나 이 이력곡선의 모습이 층 강성을 한축으로 하는 타원형을 나타내어 점성감쇠의 영향을 암시하고 있다.

구조물의 최적설계에 대한 일반적인 개념이 제시되며 Gradient Projection법과 설계민감도 해석을 사용한 최 적 화 알고리즘이 논의된다. 6충 평면 철 골 구조물 의 최소무게 설 계의 예 를 통해 이 알고리즘의 적용올 예시 한다. 시스댐 전 체의 비용분석뿐만 아니라 임계 비용 및 설계민 감도 해석파 같은 이 알고리즘의 장점에 관하 여 설명한다3

프리캐스트 콘크리트(P.C) 대형판 구조물은 일체식 현장타설 철근콘크리트 구조물에 비하여 보통 접합부에서 약한 강성을 가지고 있다. 그러나 일반적으로 실무에서 이러한 P.C대형판 구조물의 특성이 고려되지 않고 있으며 일체식 구조물에서와 동일한 해석모델을 사용하고 있는 실정이다. 따라서 이러한 모델을 사용하요 얻은 해석결과는 실제 P.C구조물에서의 발생하는 것들과 매우 상이할 수 있다. 본 연구에서는 이P.C구조물의 해석에 적합한 몇가지 유한요소모델을 시도해 봄으로써 수직접합부에 실제의 낮은 전단강성을 적용함으로 인해 발생하는 구조물에서의 힘과 응력분포 및 처짐의 변화를 관찰하여 보았다. 마지막으로 실부자들을 위해 수직접합부 전단강성의 영향을 감안한 단순화된 모델이 오차범위에 대한 이해를 전제로 하여 제안되고 있다.

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.