조적조 구조물은 전 세계적으로 중·저층 주거시설, 상업시설, 종교용 건축물, 학교, 관공서 등의 용도로 폭넓게 사용되어 왔다. 그러나 조적벽체는 조적개체와 모르타르의 이질재료를 접착하여 쌓는 방식의 구조벽체로 지진과 같은 횡력 발생 시 접착력을 잃거나 미끄러지면서 파괴될 수 있다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하고자 조적식 구조물의 내진보강 기법을 제안하였으며, 진동대 실험을 통하여 내진 성능을 검증하였다. 진동대 실험 결과, 본 연구에서 제안한 내진보강 기법을 이용한 벽체는 한국 건축설계기준이 제시하는 내진 기준인 0.14g와 미국 IBC에서 제시하는 내진 기준인 0.4g에서 모두 최종 파괴에 도달하지 않았다. 그러나, 0.14g 이상의 지진을 경험한 면외방향 실험체의 경우 급격한 강성저하가 관찰되어, 적절한 보수·보강이 필요할 것으로 예측된다.

최근 세계 곳곳에서 대규모 지진이 발생하여 건축물 붕괴에 따른 피해가 속출함에 따라 지진에 대비하기 위해 기존 건축물의 내진 성능을 보강방안에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나 현재 우리나라의 경우, 교육생활의 터전임과 동시에 가구 재난 발생 시 지역주민들의 응급피난장소인 학교 건축물조차 내진설계가 제대로 이루어져 있지 않고 있어, 지진 발생 시 막대한 피해가 예상된다. 현 상황을 극복하기 위해 기존 노후화 학교 건축물의 내진성능을 향상시키기 위한 적절한 보강방안이 제시되어야한다. 본 논문에서는 범용해석프로그램을 통해 기존 노후화 학교 건축물에 대한 비선형정적해석에 결과에 따른 내진보강 후 비선형 시간이력해석을 실시하여 지진하중에 의한 구조물의 비선형 거동을 규명하고 내진 보강 효과를 검증하고자 한다.

최근에 제주 근해에서의 지진발생 횟수와 지진발생 가능성의 증가로 인하여 교량 구조물의 손상 및 붕괴에 대한 사회적 관심이 대두되고 있고 교량 구조물이 손상되어 원래의 기능이 상실되거나 제한될 수 있으므로 본 연구는 제주도내의 사회적 관심에 대한 정량적 자료를 제시할 수 있다. 제주도는 다양한 식물이 자생하고, 생물의 보고라 할 수 있으며 화산폭발로 형성된 분화구, 오름 등과 다양한 식물이 결합되어 경관적 가치가 매우 높아 유네스코 세계자연유산, 세계지질공원 및 세계7대자연경관으로 지정되었다. 또한, 제주도 인구의 90% 이상이 표고 200m 이하의 해안지대에 거주하고 있으므로 제주 도심에 위치한 교량 구조물의 내진성능평가는 반드시 필요한 시점이다. 지진발생시 교량 구조물이 손상되어 원래의 기능이 상실되거나 제한되면 국제관광지로서의 위상도 손상되며 제주도 인구의 90% 이상 거주하는 해안지역에서 지진으로 인해 발생된 환자들이 병원으로의 이동이 제한될 수 있다. 본 연구는 제주도 해안도로상에 위치한 교량의 기초자료, 교량 구조물의 시스템 등을 파악하고 재료비선형해석을 수행하여 휨파괴 또는 전단파괴의 파괴형태를 고려한 하중-변위 관계를 제시하여 내진성능을 평가함을 목적으로 한다.

최근에 지진발생 횟수와 지진발생 가능성의 증가로 인하여 교량 구조물의 손상 및 붕괴에 대한 사회적 관심이 대두되고 있다. 도서지역의 경우, 인구의 90% 이상이 표고 200m 이하의 해안지대에 거주하고 있으므로 제주 도심에 위치한 교량 구조물의 내진성능평가는 반드시 필요한 시점이다. 본 연구는 도심지에 위치되는 94개의 교량에 대한 기존 교량의 내진성능을 파악하고 내진보강이 필요한 교량에 대하여 가상 강판보강 후 보강된 교각에 대하여 2차 내진성능을 평가하였다. 94개의 교량에 대한 설계지진력 작용시에 내진성능을 역량스펙트럼을 적용하여 평가하였으며 그 중 항복 및 극한상태가 기능수행 수준과 붕괴방지수준을 하회하여 내진보강이 필요한 10개의 교량에 대하여 교각 단면적의 1%만큼 강판 보강된 경우에 내진성능을 평가하였다. 보강된 10개의 교량의 경우, 항복상태 및 극한상태는 기능수행수준과 붕괴방지수준을 상회하여 설계지진력에 대하여 만족할 만한 내진성능을 나타내었다.

최근 세계적으로 뉴질랜드 크라이스트처치 지진(규모 6.3), 아이티 지진(규모 7.0), 중국 쓰촨성 지진(규모 7.9) 등의 지진발생 횟수가 증가하고 지진규모도 대형화 되는 추세이며, 우리나라에서도 대형지진발생 가능성이 제기되고 있다. 지진이 발생할 경우 국내 기존 저층건축물의 대부분을 차지하고 있는 조적조 건축물의 피해가 상당할 것으로 예상된다. 조적조 건축물은 연직하중에 대해서는 상당한 저항력을 가지고 있으나, 연성능력이 부족하여 지진 등과 같은 횡하중에 대하여 매우 취약한 단점을 가지고 있다. 그러나 조적조 건축물은 지진에 대한 예방책이 마련되어 있지 않은 실정이며, 이러한 피해를 막기 위해서 조적벽체의 내진성능 평가 및 국내 실정에 적합한 내진보강기법의 개발이 절실히 필요하다. 조적조 건축물의 내진성능을 확보하기 위해서 선행연구1)에서 지진취약부 보강을 위한 보강공법이 제안되었다. 본 연구에서는 제안된 내진보강공법의 적용유무에 따른 비보강/내진보강 조적벽체의 파괴모드 및 내진성능을 파악하고 실험결과 분석을 통해 제안된 내진보강공법의 효과를 검증하고자 한다. 조적벽체의 내진성능을 파악하기 위한 실험을 통해 조적벽체의 개구부 유무에 따른 파괴양상과 전단내력의 변화 등을 관찰하고, 제안된 내진보강방법을 적용한 변수 실험을 통해 제안된 공법이 내진성능에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 내진보강방법은 지진취약부 보강 위주로 설계되었으며, 기존의 조적조 건축물의 내진보강방법을 조사하여 시공성 및 경제성 면에서 뛰어난 면외방향 보강을 위한 메탈라스와 지진취약부를 보강하는 강판을 부착하는 형태를 사용하였다. 비보강 조적벽체는 Rocking과 Sliding에 의한 파괴와 개구부가 있는 시험체의 경우에는 개구부 전단균열이 발생하였다. 비보강 조적벽체의 실험결과를 분석하여 메탈라스와 강판으로 보강하는 방법을 제안하였다. 제안된 내진보강방법을 적용한 조적벽체는 비보강 조적벽체 정적실험에 비해서 강성, 강도, 연성능력 면에서 우수하였다.

지난 3월 일본 동북부에서 발생한 규모 9.0의 대지진과 뉴질랜드 크라이스트처치에서 발생한 규모 6.3의 강진은 지진 발생 증가 및 규모의 대형화로 엄청난 피해를 안겨 주었다. 따라서 국내의 저층건축물에 대한 내진안전성 확보의 검증이 필요한데, 이를 위해서는 먼저 대상건물의 내진성능을 정확히 평가하는 것이 중요하다. 국내에서 기존건축물의 내진성능평가 기법이 연구되기 시작한지 20여년이 흘렀고, 그동안 다양한 평가방법이 제안되었다. 그러나 제안된 평가방법은 미국이나 일본의 평가방법을 도입 및 수정하는 내용이 주가 되어 국내실정에 맞지 않는 부분도 많이 발견되었다. 본 연구에서는 국내외에 제안된 평가법을 바탕으로 기존의 방법을 개선하여 국내실정에 적합한 내진성능평가절차를 제안하였다. 또한 제안된 평가절차에 관한 일부의 예제를 통하여 내진성능평가결과를 확인하였다.

현재 국내의 경우 내진설계가 되어 있지 않은 건물들이 많다는 점을 감안하면 특히 예상 발생 지진에 대하여 건물의 내진안전성을 확보하기 위해서는 먼저 대상건물의 내진성능을 정확히 평가하는 것이 중요하다. 국내에서 기존건축물의 내진성능평가 기법이 연구되기 시작한지 20여년이 흘렀고, 그동안 다양한 평가방법이 제안되었다. 그러나 제안된 평가방법은 미국이나 일본의 평가방법을 도입 및 수정하는 내용이 주가 되어 국내실정에 맞지 않는 부분도 많이 발견되었다. 따라서 국내에서 제안된 기존 건축물의 내진성능 평가기법에 관한 연구는 아직까지 초보적인 단계라고 할 수 있다. 국내의 내진기준은 신축 건축물들에 적합한 것으로, 내진기준이 정립되기 이전의 건축물들에 대한 평가기법이 여전히 부족한 상태이다. 본 연구에서는 국내외의 내진성능평가법을 분석하고 장단점을 파악하는 것이 목적이며, 미국, 일본 및 국내의 내진성능평가법을 요약하고 비교하였다.

조적조 건축물이 지진에 취약하다는 것은 이미 널리 알려져 있는 사실이다. 그에 따른 보강공법의 개발 또한 활발히 진행되어왔다. 그러나 대부분의 보강공법이 외벽보다는 내벽 위주로 개발되어져왔다. 이는 국내의 경우 외벽은 공간쌓기 방식으로 조적되어 외측에는 소성벽돌을 내측에는 시멘트벽돌을 사용하기 때문에 외측의 보강으로 인한 미관손상 및 중간에 단열층으로 인하여 보강이 수월하지 않기 때문이다. 그러나 국내외의 조적조 건출물의 피해상황을 분석해 보면 외벽의 면외거동으로 인한 붕괴가 대부분이다. 따라서 본 연구에서는 외벽체의 보강공법을 제안하고 제안된 보강공법의 내진성능을 실험을 통하여 검증한다. 시험체는 전면벽체와 개구부 있는 벽체를 대상으로 보강의 유무를 변수로 설정하여 총 4개의 시험체를 대상으로 한다. 실험 결과 무보강 전면벽체와 개구부 있는 시험체는 최종변위에서 면외거동이 발생하였으나, 본 연구에서 제안한 보강방법에 의해 보강된 시험체는 내력의 상승은 없었지만 면외로의 거동이 발생하기 않았으며 누적에너지 소산량이 큰 것으로 나타났다.

최근 전 세계적으로 지진의 발생 횟수가 증가하고 그 규모도 대형화 되면서 우리나라에서도 대형지진발생 가능성이 제기되고 있다. 우리나라 저층 구조물의 50% 이상을 차지하는 비보강 조적조 건축물은 노후화되었고 내진설계가 적용되지 않았을 뿐만 아니라 구조형식 자체가 중력저항형식으로 지진하중에 매우 취약한 구조이기 때문이다. 지진이 발생할 경우, 조적조 건축물의 붕괴로 인하여 막대한 인명피해 및 재산피해가 발생할 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 실물크기의 2층 조적조 건물을 대상으로 선행연구1)에서 제안된 내진보강공법의 적용유무에 따른 진동대 실험을 수행하여 비보강 및 내진보강 조적조 건물의 거동 및 파괴형상과 제안된 내진보강방법의 내진성능을 평가하는 것을 본 연구의 주된 목적으로 한다. 실험체는 실대형 조적조 건물을 진동대의 크기 및 용량을 고려하여 2층으로 계획하였고, 4면의 벽체에 대하여 벽체의 크기, 개구부의 유무, 개구부의 크기 및 위치를 변수로 하여 제작하였다. 내진보강 실험체는 선행연구1)에서 제안된 바와 같이 지진 취약부 및 면외방향으로 메탈라스 및 강판 띠를 설치하여 내진보강 하여 제작하였다. 지진파는 El-Centro NS파(1940년, PGA＝350gal)로 최대가속도를 기준으로 실험체의 파괴모드를 고려하여 스케일을 증가시키면서 가진하였다. 비내진보강 실험체는 개구부 전단균열, 바닥슬래브-벽체 접합부파괴가 주된 파괴형태로 나타났으며, 가진스케일 증가에 따라 균열이 확장되며 최종파괴에 이르렀다. 내진보강 실험체는 지진취약부 집중보강으로 인해 개구부 전단균열은 미미하였고, 가진스케일의 증가에 따라 실험체 전체의 강체거동에 의해 바닥슬래브-벽체의 파괴에 의해 실험이 종료되었다. 내진보강 실험체는 비내진 실험체에 비해서 변위응답이 2배이상 증가하여 연성능력이 향상되었고, 가속도 응답도 약 20%이상의 응답 저감효과를 보였다. 입력에너지 또한 비보강 실험체에 비해 4배 이상의 에너지 흡수능력을 보여 우수한 내진보강효과가 발휘된 것으로 나타났다.

와이어로프와 T형 강판을 이용한 비부착공법의 내진성능을 평가하기 위해 중심 축하중과 반복 횡하중을 받는 5개의 보강된 기둥과 무보강 기둥을 실험하였다. 주요 변수는 T형 강판의 정착방법과 피복 모르터의 유․무이다. 실험결과 T형 강판이 정착된 기둥의 하중분배로 인한 휨 내력 및 연성 증가를 확인할 수 있었다. 그러나 T형 강판이 정착되지 않은 기둥은 연성 증가에는 효과적이지만 T형 강판으로 하중이 분배되지 않았다. 피복 모르터가 있는 보강된 기둥은 효과적인 초기 강성 및 휨 내력 증가를 보였지만 연성증가에는 불리하였다. 단면분할법을 이용해 예측한 보강된 기둥의 최대 휨 내력은 등가응력블럭을 사용하여 예측한 ACI 318-05 기준보다 실험결과를 예측하였다.

비내진상세 골조는 낮은 횡저항성을 가지고 있어 큰 변형을 경험하게 되는 반면, 벽체는 높은 강성으로 인해 낮은 변형에서도 전단에 의해 파괴된다. 따라서 이러한 골조와 벽체가 동시에 거동할 경우 발생하는 거동특성은 개개 부재에서의 거동특성과 매우 다르게 된다. 본 연구에서는 끼움벽에 노치를 둘 경우 내진거동특성을 평가하고자 배근상세를 변수로 하였다. 이 때 노치로 인해 벽체 중앙부에 손상이 집중되는 것을 방지하기 위하여 변형경화형 시멘트 복합체(SHCC)를 사용하였다. 실험결과, SHCC 끼움벽은 다수의 미세균열을 형성하였으나, 대각보강근을 갖는 PIW-ND 실험체가 PIW-NC 실험체에 비해 낮은 변형능력, 강성 및 에너지소산능력을 보였다.

본 연구에서는 주거용 무량판구조의 내진성능을 개선하기 위한 면진적용 가능성을 평가하였으며, 시간이력 해석을 위한 지진기록 사용에 대한 문제점을 제시하였다. 면진층 강성 및 주기 평가 및 포락해석법을 적용하여 면진전 비틀림 모드가 강한 구조물을 면진시스템 적용으로 내진성능을 개선하였다. 지진기록 사용 및 크기 조절효과의 적정성을 평가하기 위하여 DBE, MCE, ASCE 7-05의 1.4DBE 의해 크기를 조정한 시간이력 해석결과를 비교한 결과, 구조물의 지반조건과 유사한 조건에서 관측된 지진기록 및 지진기록의 응답이 설계규준 응답스펙트럼의 평균±표준편차 범위 안에 있는 기록을 사용하는 것이 적절한 것으로 판단된다.

1988년 이전에 건설된 벽식 구조 아파트는 내진규정의 적용을 받지 않아 리모델링을 위해서는 현행법규에 적합한 내진보강이 필요하다. 본 연구에서는 벽체 신설 공법에 의한 내진 보강효과를 분석하기 위하여, 개발된 리모델링 건축 평면 내에서 전단벽의 신설이 가능한 위치별 보강 효과와 벽량 및 벽두께의 변화에 따른 내진 보강 효과를 분석하도록 하였다. 내진성능의 평가는 층간 횡 변위를 이용하여 허용 층간변위의 만족여부에 의하여 분석하였으며, 건축물의 구조 모델은 슬래브의 횡 방향 기여도를 고려한 유효보 모델을 사용하였다. 본 연구의 결과에 따르면 리모델링 시 단위 모듈별 내진보강이 가능하며, 전단벽의 신설 위치와 벽량에 따라 건물 건체의 거동에 영향을 받는 것을 확인 할 수 있다.

다자유도의 교량에 횡방향 지진하중을 받는 경우, 교량의 내진성능설계 및 성능평가를 위한 두 가지 비선형 등가 정적해석절차를 제시하였다. 빌딩구조물에 대한 FEMA-273의 변위계수법과 ATC에서 채택하고 있는 역량스펙트럼법을 개선하여 다자유도 연속교량의 내진성능평가에 적용토록 제시하였다. 수정된 두 방법들에 대한 적합성을 시간이력 동적해석과 비교토록 하였다. 다자유도 교량의 교축직각방향 관성력 분포를 합리적으로 반영하기 위하여, 수평방향 지진하중의 분포형태에 따른 모드 및 스펙트럴 하중분포를 적용토록 하였다. 철근 콘크리트 교각 부재는 하중-기초법에 의한 비선형 층상화 골조 유한요소 모델을 사용하여 교량 구조물을 모델링 하였다.