Response modification factors of school facilities for non-seismic RC moment frames with partial masonry infills in ‘Manual for Seismic Performance Evaluation and Retrofit of School Facilities’ published in 2018 were investigated in the preceding study. However, since previous studies are based on 2D frame analysis and limited analysis conditions, additional verification needs to be performed to further apply various conditions including orthogonal effect of seismic load. Therefore, this study is to select appropriate response modification factors of school facilities for non-seismic RC moment frames with partial masonry infills by 3D frame analysis. The results are as follows. An appropriate response modification factor for non-seismic RC moment frames with partial masonry infills is proposed as 2.5 for all cases if the period is longer than 0.6 seconds. Also if the period is less than 0.4 seconds and the ratio of shear-controlled columns is less than 30%, 2.5 is chosen too. However, if the period is less than 0.4 seconds and the ratio of shear-controlled columns is higher than 30%, the response modification factor shall be reduced to 2.0. If the period is between 0.4 and 0.6 seconds, then linearly interpolates the response correction factor.

Most school buildings consist of reinforced concrete (RC) moment frames with masonry infills. The longitudinal direction frames of those school buildings are relatively weak due to the short-column effects caused by the partial masonry infills and need to be evaluated carefully. In ‘Manual for Seismic Performance Evaluation and Retrofit of School Facilities’ published in 2018, response modification factor of 2.5 is applied to non-seismic RC moment frames with partial masonry infills, but sufficient verification of the factor has not been reported yet. Therefore, this study conducted seismic performance evaluation of planar RC moment frames with partial masonry infills in accordance with both linear analysis and nonlinear static analysis procedures presented in the manual. The evaluation results from the different procedures are compared in terms of assessed performance levels and number of members not meeting target performance objectives. Finally, appropriate response modification factors are proposed with respect to a shear-controlled column ratio.

Small-size buildings are not designed by professional structural engineers in Korea. Therefore, their seismic performance can not be exactly estimated because their member sizes and reinforcement may be over- or under-designed. A prescriptive design criteria for the small-size buildings exists, but it also provides over-designed structural members since structural analysis is not incorporated, so it is necessary to revise the prescriptive criteria. The goal of this study was to provide an information for the revision, which is seismic performance and capability of small-size reinforced concrete moment frame buildings. For the study, the state of existing small-size reinforce-concrete buildings such as member size and reinforcement was identified by investigating their structural drawings. Then, over-strength, ductility and response modification factor of the small-size reinforced concrete moment frame buildings were estimated by analytical approach along with seismic performance check. The result showed that they possess moderate over-strength and ductility, and may use slightly increased response modification factor.

In current seismic design code, steel moment frames are classified into ordinary, intermediate, and special moment frames. In the case of special moment frames which have large R-factor, economic design is possible by reducing the design lateral force. However, there is difficulty for practical application due to constraints such as strong column-weak beam requirement. This study evaluated if steel intermediate moment frame could maintain enough seismic capacity when the R-factor is increased from 4.5 to 6. As for the analytical models, steel moment frames of 3 and 5 stories were categorized into four performance groups according to seismic design category. Seismic performances of the frames were evaluated through the procedure based on FEMA P695. FEMA P695 utilizes nonlinear static analysis(pushover analysis) and nonlinear dynamic analysis(incremental dynamic analysis, IDA). In order to reflect the characteristics of Korean steel moment frames on the analytical model, the beam-column connection was modeled as weak panel zone where the collapse of panel zone was indirectly considered by checking its ultimate rotational angle after an analysis is done. The analysis result showed that the performance criteria required by FEMA P695 was satisfied when R-factor increased in all the soil conditions except SE.

본 논문에서는 푸쉬오버해석을 통해 철근콘크리트 중간모멘트골조의 반응수정계수를 확인하기 위하여 5층 구조물을 KBC2009에 맞게 구조설계 하였다. 보 및 기둥 부재의 휨모멘트-곡률 관계는 화이버 모델로 확인하였으며 보-기둥 접합부 모멘트-회전각관계는 Simple and Unified Joint Shear Behavior Model과 보-기둥 접합부 모멘트 평형관계를 이용하여 확인하였다. 푸쉬오버해석 결과보-기둥 접합부 비탄성 전단거동을 무시하는 경우 구조물의 강도가 과대평가 되었다. 반응수정계수는 내진설계범주 C에 대하여 설계한경우 평균 7.78, 내진설계범주 D에 대하여 설계한 경우 평균 3.64로 평가되었다.

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.

본 연구는 높은 지진의 위험이 내재된 지역에 위치한 3층, 9층 그리고 20층 철골 모멘트저항골조에 대한 반응수정계수와 주기의 영향을 평가하기 위한 것이다. 각 구조물들은 IBC 2000과 KBC 2005에서 제시하고 있는 8의 반응수정계수로 설계되었고 건물에 기대되는 최소의 성능과 최대의 성능을 평가하기 위해서 상한범위와 하한범위의 설계가 고려되었다. 또한 반응수정계수에 대한 영향을 조사하기 위하여 4개의 다른 반응수정계수들이(9, 10, 11, 12) 각 구조물에 대하여 적용되었고 각 구조물의 고유주기 값 외의 4개의 다른 주기를 추가로 적용하여 구조물의 동적거동시 주기에 대한 영향을 조사하였다. 총 150개의 해석모델들은 50년 동안 2%의 초과확률(재현 주기 2500년)을 가진 20개의 지반운동에 대하여 평가되었다. 구조물의 성능평가를 위하여 정적 Pushover와 비선형 시간이력해석이 수행되었으며 구조물의 연성능력을 평가하기 위해서 변위연성요구가 고려되었다. 3층과 9층 구조물은 변위연성요구 값이 비교적 안정적인 거동을 보인 반면 20층 구조물은 동적 불안정성을 야기하는 요소에 의해 민감하게 나타나는 것으로 조사되었다.

현행 내진설계에서 반응수정계수는 탄성 밑면전단력을 저감하여 설계하중 수준을 정의하기 위한 주요 계수로 사용되고 있다. 이제까지 반응수정계수는 공학자들의 경험적인 합의에 의하여 정성적으로 설계기준에 반영하고 있다. 구조시스템에서 반응수정계수와 접합부의 가용 회전능력은 매우 밀접한 관계가 있으며, 본 논문에서는 이러한 접합부의 회전능력과 비선형 푸쉬오버 해석에 기초하여 반응수정계수를 평가하는 방법을 제시하였다. 이를 검증하기 위하여 IBC 2000에 따라 설계된 R3S 골조를 대상으로 제안 방법을 적용하였다. 또한, 다양한 지진파에 대한 비선형 시간이력 해석을 병행하여 가용 회전능력에 의거하여 산정된 반응수정계수의 타당성을 평가한 결과, 본 제안방법에 따라 정의된 반응수정계수가 충분히 보수적임을 확인하였다.

현행 약진지역의 내진설계기준은 주로 강진지역에서의 연구결과에 근거하고 있다. 하지만, 약진지역의 경우 지진하중보다는 중력하중이나 풍하중에 의해 구조설계가 지배되므로 구조물의 초과강도가 강진지역의 경우보다 증가하게 된다. 따라서 약진지역에 적합한 내진설계기준을 마련하기 위해서는 강진지역에 적용되는 반응수정계수를 약진지역에 그대로 적용할 수 있는지에 대한 검증이 필요하다. 본 연구에서는 건축구조물에 대한 소성해석을 통해 그 연성도와 초과강도를 산정하고 이에 근거하여 현행 반응수정계수의 적절성 여부를 검토하였다. 강진, 중진, 약진지역 등에서의 초과강도와 연성요구도를 비교하기 위하여 UBC-97에 근거하여 설계된 예제구조물을 선정하여 해석을 수행하였다. 해석결과에 의하면 약진지역의 초과강도가 강진지역보다 크기 때문에 동일한 반응수정계수에 대한 약진지역의 연성요구도는 강진지역에서보다 적게 된다. 따라서 동일한 반응수정계수를 이용하여 설계된 약진지역 구조물의 경우 접합부에서의 소성회전각 요구량을 강진지역의 경우에 비하여 상대적으로 저감시킬 수 있을 것이다.

본 논문에서는 현행 내진설계방법에 따라 설계된 역V형 보통 가새골조 (OCBF)의 비선형 정적 해석을 수행하고, 그 결과를 바탕으로 초과강도계수, 연성계수, 반응수정계수 및 변위 증폭계수 등을 산정하였다. 해석결과에 따르면 대부분의 해석모델에서 현행 내진설계 기준에서 제시한 값보다 작은 초과강도계수 및 반응수정계수 값을 가지는 것으로 나타났다. 그러나 수직 보강 기둥 (zipper column)으로 가새를 보강한 경우 초과강도계수 및 반등수정계수는 보통 가새 구조물에 비하여 상당히 증가하는 것으로 나타났다.

초과강도계수와 연성계수는 현행 내진기준에서 사용되는 반응수정계수를 결정하기 위한 두 가지 중요한 계수이다. 본 논문에서는 다양한 층수 및 경간을 갖는 역V형 특수 중심가새골조의 비선형 정적 해석을 수행하여 초과강도계수와 연성계수를 구하고 이를 이용하여 반응 수정계수를 산정하였다. 해석결과에 따르면 저층 구조물의 경우 IBC-2000에서 제시한 값보다 큰 반응수정계수 값을 가지며, 중층 이상의 경우 기준에서 제시한 값보다 작은 값으로 나타났다. 또한 초과강도계수와 연성계수는 구조물의 높이가 감소할수록, 스팬의 길이가 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다.

반응수정계수의 핵심구성요소인 연성계수에 대하여 통계적 분석을 수행하였다. 연성계수의 체계적인 산정을 위하여 총 1,860개의 지진기록을 수집하였다. 수집된 지진기록을 지반 전단파의 평균속도에 따라 4가지로 분류하고, 탄소성 이력거동을 가지는 단자유도 구조물에 대하여 비탄성 스펙트럼을 작성하였다. 작성된 비탄성 스펙트럼으로부터 연성계수를 구하고, 변위연성비, 토질조건, 규모 및 진앙거리가 연성계수에 미지는 영향을 분석하였다. 토질 조건별로 평균연성계수를 구하고, 산정된 연성계수의 산포도를 검토하기 위하여 변동계수를 산정하였다.

반응수정계수는 구조물의 비탄성 거동을 설계에 반영하고 설계지진력 산정시 설계강도를 탄성범위 이내로 저감시키기 위한 목적으로 사용하고 있다. 그러나 설계코드에서 채택하고 있는 반응수정계수는 과거의 지진피해로부터 관찰된 보편적 구조성능에 기인한 경험치이므로, 주기에 따른 동적성능과 구조 시스템의 구성에 따른 내진성능을 정확히 대변하지 못하고 있다. 본 연구에서는 중간모멘트 연성골조를 대상으로 N2 Method를 이용하여 반응수정계수와 내진성능을 평가하였으며, 그 결과를 미국의 IBC 2000 코드와 비교하여 이론적 타당성을 검증하였다. 해석결과 코드에 제시된 반응수정계수와 잘 부합되는 것으로 나타났으나, 동일한 구조시스템의 경우에도 주기에 따라 비교적 큰 차이를 보였다. 성능목표에 따른 사용성 기준을 설정하여 IDI를 평가한 결과, 설계지진에 대한 성능목표가 건물에 대한 내진성능을 대변하기는 어려우며 PBD(Performance Based Design)에 의거한 합리적인 접근이 필요한 것으로 판단된다.

본 연구는 철근콘크리트 연성 모멘트골조의 선형.비선형 정적해석을 통한 반응수정계수와 비선형 변위량을 평가하여 합리적인 내진설계의 기초자료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 먼저 국내 내진설계 규준에 따라 각 모델을 설계한 후, 철근콘크리트 연성 모멘트골조의 반응수정계수와 비선형 변위량을 평가하였으며, 해석에 사용된 모델은 층수(10, 20, 30), 평면비(1:1, 1:2), 해석방법(2D, 3D)을 변수로 한 27개의 모델이다. 반응수정계수와 비선형 변위량의 평가는 각 모델별 선형.비선형 정적해석을 수행하여 그 결과를 비교 분석하여 산정하였다. 반응수정계수는 강도계수, 연성계수, 잉여도계수, 감쇠계수의 곱으로 산정하였고, 그 결과 해석방향의 저항골조의 수에 따라 2 스팬인 경우 3.5, 3 스팬인 경우 4.3, 4 스팬 이상인 경우에는 평면비나 층수와 상관없이 5.0에 근접한 결과를 나타내었다. 비선형 변위량은 층간변위각비(비선형 변위각/선형 변위각)에 의해 평가되었으며, 층간변위각비는 5.85에서 9.34로 나타났다.

최근 국내에서 많이 건설되어지고 있는 주상복합 건축물은 하부의 골조형식과 상부의 벽식 구조가 결합된 구조형식을 가지고 있다 따라서 지진 발생시 동일한 형식을 가진 건축물과는 상이하고 복잡한 반응을 보이게 된다 이러한 건축물의 등가정적 해석시 국내 규준에서는 기타구조물로 분류하여 3.5 의 반응수정계수를 적용하고 있다 그러나 이 계수는 검증되어지지 않는 상태로 사용되어지고 있으므로 상당한 위험성을 내포하고 있다 본 연구에서는 단순화한 주상복합 건물의 해석 및 실제의 건물에 대한 3차원 비선형 해석을 통하여 반응수정계수를 유도하였다 유도된 반응수정계수는 ATC 기준과 우리나라 기준의 차이를 고려한 보정을 수행하였다.

지진하중과 같은 동적인 하중에 대한 다자유도 구조물의 비선형 해석은 많은양의 계산을 요구한다. 이런 계 산상의 어려움을 감소시키기 위하여 다자유도를 가진 복잡한 구조물의 비선형해석올 간략화된 동위 구조촬 (Equivalent Nonlinear System(ENS)) 올 이용해 구할 수 있는 약산법올 제시한다. 간단한 통위 구조물은 왼 구조물의 가장 중요한 구조물의 성칠올 가지고 있는데 구조물의 처음 두 개의 주기 (natural periods) 의 동적 특성 및 전체 항복변위 (global yield displacement) 를 가진다. 구조체 반웅 (response) 으로 이 논문에서는 구 조체의 전체변위 및 충간변위가 고려된다. 구조체의 전체 변위 및 충간변위를 얻기 위하여 전체 반웅수정계수 (global response scaling factor) RG 와 국부 반응수정 계수(l ocal response scaling factor) R L을 동위 구조 물 로부터 열어진 변위에 적용한다. 이 반용수정계수는 다자유도 구조물의 비선형 해석올 통하여 얻어진 변위 월 과 동위 구조물을 이용해 얻어진 변위 들 올 이용해 광범위한 회기분석 (regression analysis) 올 통 하여 구조 윌 의 연성과 첫번째 두 모드의 질량참여계수의 함수형태로 얻는다 반응수정계수를 가진 동위구조뭔음 반 뜯 기 위하여 철꼴 모멘트 연성 곧조 방식의 구조물 (Special Moment Resisting Steel Frames(SMRSF)) 음 이 논 문에서 는 고려한다. 함수형패로 표현된 반웅수정계수는 동위구조물익 반응에 적용되어 복잡한 구조물의 비선 형 반응플 얻을수있다.

철골구조에서 지진력 저항시스템으로 많이 사용되고 있는 가새골조시스템은 중심가새골조(Concentrically Braced Frames, CBF)와 편심가새골조(Eccentrically Braced Frames, EBF)로 구분하여 KBC2009 건축구조기준에서는 서로 다른 반응수정계수를 적용하여 설계하도록 되어있다. 현행 내진설계기준에서 편심가새골조에 대하여 링크 타단 접합부의 종류에 따라 모멘트 저항접합일 경우 반응수정계수는 R=8, 비모멘트 저항접합일 경우 반응수정계수 R=7로 적용하여 설계하도록 규정하고 있을 뿐 편심길이의 영향을 고려하지 않고 있다. 본 연구에서는 편심가새골조 중에서 역V형가새골조를 대상으로 비탄성 거동을 파악한 다음 편심길이에 따른 반응수정계수를 산정하여 내진설계 기준에서 제시한 값과 비교한 결과 편심가새골조에 대하여 동일한 반응수정계수를 적용하는 것은 적절하지 않음을 확인하였다.

In this study response modification factors of rectangular reinforced concrete staggered wall system (SWS) structures were evaluated according to ATC-63. The adjusted collapse margin ratios of the model structures obtained from incremental dynamic analyses turned out to be larger than the specified limit states, which implies that the analysis model structures have enough safety margin for collapse against design level earthquakes. It also was concluded that the response modification factor, 6 used in the design of the model structures was valid.