공간구조의 지붕을 지지하는 기둥상단부에 탄소성기구를 설치하여 설계 하중을 초과하는 지진동이 가해졌을 때 이 기구의 탄소성 이력거동을 통하여 지진에너지가 흡수되는 효과를 검토한다. 이 효과로 지붕트러스로 전달되는 지진에너지가 저감되는 것을 입증하고 이러한 원리를 공간구조물의 제진설계에 활용할 수 있음을 입증한다. 트러스 형식의 지붕구조에 설계하중 이상의 외력이 가해지는 경우에는 구성부재의 좌굴파괴로 인한 건물전체의 취성붕괴가 예상되기 때문에 이러한 상황에서 구조안전성을 확보하는 설계법이 요망되며, 이 논문은 트러스 지붕에 전달되는 지진에너지를 감소시키는 설계방법을 제안하고 있다.

기존의 철근콘크리트 부재의 이력모델은 실험에 기초한 경험식을 사용하여 주기거동시 나타나는 강성저하를 나타내는데 중점을 두므로, 에너지소산능력을 정확히 예측할 수 없다. 최근 다양한 설계변수의 영향을 고려하여 주기거동 동안 소산하는 에너지를 정확히 계산할 수 있는 설계식이 개발되었다. 본 연구에서는 이러한 설계식에 기초하여 휨지배 부재에 대한 에너지기초이력모델(Energy-Based Hysteretic Model)을 개발하였다. 제안된 모델은 완전한 주기거동을 할 경우 실제거동과 동일한 에너지를 소산하도록 고안된 선형모델로, 주곡선(Primary Curve)과 주기곡선(Cyclic Curve)을 근간으로 하고 다섯 가지 제하/재하 규칙을 적용하여 핀칭 및 강성저하를 수반하는 주기거동을 나타낸다. 본 연구에서는 다양한 실험과의 비교를 통하여 제안된 이력모델의 정확성과 유효성을 검증하였다. 제안된 이력모델은 간단하면서도 수치해석의 적용에 용이하므로, 정적 및 동적 비선형 해석/설계 프로그램의 개발에 사용할 수 있다

본 연구에서는 단자유도계 시스템에서 작성한 이력에너지 스펙트럼과 누적된 변위 연성비 스펙트럼을 이용하여 비좌굴 가새골조의 내진설계법을 제안하였다. 먼저 목표 연성비에 해당하는 이력에너지 스펙트럼과 누적된 연성비 스펙트럼을 작성하였다. 주어진 목표 변위를 만족하기 위하여 필요한 가새의 단면적은 이력에너지 요구량과 가새에 의하여 소산된 누적 소성에너지를 같다고 하여 산정하였다. 스펙트럼을 작성하고 설계절차의 유효성을 검증하기 위하여 20개의 지진기록을 이용하였다. 제안된 방법에 따라 설계된 3층과 8층 비좌굴 가새골조의 해석결과에 따르면 최상층 변위의 평균값이 성능 목표 변위에 잘 부합됨을 알 수 있다. 또한 층간변위는 구조물 높이에 따라 비교적 일정하였는데 이것은 손상 분포가 일정하기 때문에 바람직하다. 그러므로 제안된 에너지 설계법은 기존 강도설계법의 대안으로 비좌굴 가새골조의 신뢰할만한 설계법이라고 할 수 있다.

비선형 정적해석 및 에너지를 이용한 설계방법에서는 구조물을 등가의 단자유도계로 치환하여 해석하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 지진하중에 의한 3층, 8층, 20층 철골 모멘트저항골조(MRF), 비좌굴 가새골조(BRBF)와 힌지접합 비좌굴 가새골조 (DTBF) 구조물의 에너지 요구량을 등가 단자유도계 시스템(ESDOF)의 에너지 요구량과 비교하여 등가단자유도계로 치환하는 방법의 타당성을 검토하였다 입력에너지와 이력에너지를 산정하기 위하여 연암 지반, 연약한 토사, 단층 근처의 지반에서 계측된 60개의 지진을 사용하였으며, 모드 질량계수가 0.8보다 작은 경우 ESDOF로 변환할 때 고차모드의 효과를 고려하였다. 연구결과에 따르면 3층과 8층 MRF와 DTBF에서의 이력에너지와 입력에너지는 ESDOF의 해석결과와 비교적 잘 일치하였다. 그러나 20층 BRBF에서는 ESDOF의 결과가 본 구조물의 결과를 과소평가하는 것으로 나타났다.