본 논문에서는 유한요소해석을 통한 모듈러 구조물 접합부의 힌지접합부 연구에 관하여 소개한다. 모듈러 구조물은 모듈과 모듈을 적층하는 방식으로 공사를 진행하여 단위 모듈간의 기둥 및 보의 일체성을 기대하기 어려운 특성을 가지고 있다. 그러나 현 모듈러 설 계 시 이러한 구조적 특성을 무시하고 횡력에 대한 모멘트전달을 고려하여 기존 강구조와 동일한 방식으로 해석하고 있다. 더구나 모 멘트접합을 체결하기위해 모듈러 외부뿐만 아니라 내부에서 볼트 체결이 이루어져 조립 후 마감을 추가하는 불합리한 상황도 발생한 다. 이러한 일체성을 기대하기 어려운 특성을 고려하기 위하여 힌지접합을 활용한 모듈러구조시스템을 제안하였다. 논문에서는 기존 의 모멘트접합부에서 힌지접합부로 변경하였을 때 하중의 전달을 확인하기 위하여 이전 다른 연구에서 활용되었던 가위 모델을 변형 한 변형 가위 모델을 고안하여 접합부의 기본 이론을 제안·검토하였고, 기본을 바탕으로 계산된 결과는 구조해석 프로그램인 마이다 스 젠과 비교하여 검증하였다. 추가적으로 기존 모멘트접합부로 설계되었던 모듈러구조물을 힌지접합부로 변경하여 부재내력 및 사 용성을 검토하였다.

모듈러 건축물은 철근콘크리트 및 철골 구조물에 비하여 상대적으로 경량이고, 단위 모듈간 기둥의 일체성을 기대하기 어려운 구조적 특성을 가진다. 이와 같은 구조적 특성은 모듈러 건축물의 높이가 높아짐에 따라 바람 및 지진과 같은 횡력저항성능에 직접적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 횡력저항성능을 향상시키기 위해 긴장재를 활용한 모듈러 구조시스템을 제안하였다. 모듈러 구조시스템을 구성하는 주요 요소인 포스트텐션 기둥-바닥 접합부는 셀프 센터링 거동을 유도하기 위한 형상 및 상세를 가진다. 포스트텐션 기 둥-바닥 접합부의 이력 거동을 상세히 파악하기 위해 유한요소해석을 수행하였으며, 그 결과 초기 긴장력 및 보-기둥 접합부의 접합 조건에 따라 이력 거동은 확연한 차이를 보이는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 복강판-모듈러 시스템과 같이 구조 기준에 명시되지 않은 새로운 시스템의 반응수정계수를 산정하는 절차를 제안하였다. 기본 개념은 구조성능 실험결과를 바탕으로 모델링 된 시스템의 비선형 정적 해석 곡선으로부터 세부 구성요소인 초과강도계수와 연성계수의 도출하고, 단자유도 시스템으로 간주하고 평가된 반응수정계수를 다자유도 동적 거동을 고려한 다자유도 밑면전단 수정계수로 수정하여 시스템의 최종적인 반응수정계수를 결정하는 것이다. 제안한 절차에 따라 이중골조시스템으로 설계된 2층부터 5층까지의 복강판-모듈러 시스템에 대해 평가한 결과, 최종적인 반응수정계수는 5층(층고 4m기준)을 복강판-모듈러 시스템의 적용 가능한 층수의 상한으로 하여 4로 결정하는 것이 타당할 것으로 판단하였다.

모듈러 구조물은 관행적으로 철골 모멘트 저항골조와 유사한 횡력저항성능을 가진다는 가정하에 내진 설계된다. 하지만 모듈러 구 조물은 중첩된 구조 부재와 단위 모듈의 체결을 위한 복잡한 접합 상세를 가지기 때문에 철골 모멘트 골조와 다른 하중 전달 메커니즘을 가진 다. 본 연구에서는 중첩된 구조 부재 효과와 접합부의 거동 특성을 고려하여 총 4개의 구조해석 모델을 수립하였으며, 수립된 해석 모델을 이용 하여 3층과 5층 표본 건물에 대한 비선형 정적 해석을 수행하였다. 표본 건물은 중첩된 구조 부재와 접합부의 이력 거동에 대한 모델링 방법에 따라 강성 및 강도의 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 중첩된 구조 부재를 완전 합성, 모듈 간 접합부를 강접합으로 고려하여 설계된 모듈러 구조물은 횡 강성 및 강도가 과대 평가되는 것으로 나타났다. 뿐만 아니라 해석 결과를 통해 3층 이상의 모듈러 구조물은 철골 모멘트 저항골조 와 비교하여 상대적으로 적은 초과 강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.

This study investigates the geodesic dome based on an icosahedron and development of joint modules that make up a dome structure in order to model the modular dome using the wood-plastic composite member with 70% of wooden fiber contests. The purpose of this work is used as a basis for verification of structural performance of WPC in the real structures.