This study presents a dry precast concrete (PC) beam-column connection, and its target seismic performance level is set to be emulative to the reinforced concrete (RC) intermediate moment resisting frame system specified in ACI 318 and ASCE 7. The key features include self-sustaining ability during construction with the dry mechanical splicing method, enabling emulative connection performances and better constructability. Test specimens with code-compliant seismic details were fabricated and tested under reversed cyclic loading, which included a PC beam-column connection specimen with dry connections and an RC control specimen. The test results showed that all the specimens failed in a similar failure mode due to plastic deformations in beam members, while the hysteretic response curve of the PC specimen showed comparable and emulative performances compared to the RC specimen. Seismic performance evaluation was quantitatively addressed, and on this basis, it confirmed that the presented system can fully satisfy all the required performance for the intermediate RC moment resisting frame.

본 연구의 목적은 다양한 높이에 따른 철골 중간모멘트골조의 내진성능을 평가하는 것이다. 구조물의 내진성능은 ATC-63에서 제안한 방법론에 따라 평가되었다. 3층, 6층, 9층, 12층 중간모멘트골조의 설계는 KBC 2009에 따라 수행하였다. 접합부의 모델링은 철골 중간모멘트골조에서 요구되는 회전성능인 0.02rad을 만족하도록 모델링하였다. 연구를 수행한 결과, 구조물의 붕괴확률은 높이가 증가함에 따라 증가하였다. 특히 9층과 12층 구조물은 ATC-63에서 제시한 요구조건을 만족하지 못하였다.

This paper is the sequel of a companion paper (I. Performance Evaluation) evaluating the relation between the seismic performance of steel intermediate moment frames (IMFs) and the rotation capacity of connections. The evaluation revealed that the seismic performance of IMFs having the required minimum rotation capacity suggested in the current standards did not meet the seismic performance criteria presented in FEMA 695. Therefore, thepresent study evaluates the causes of the vulnerable seismic performance for steel IMFs and proposes alternatives to satisfy the seismic performance suggested in FEMA 695. To that goal, the results of nonlinear analysis, which are the pushover analysis and the incremental dynamic analysis, are examined and evaluated. As a result, high-rise IMF systems are seen to have the lower collapse margin ratio after connection fracture than row-rise IMF systems and, the actual response isfound to compared tothedesign drift ratio acting on design load design. Finally, the minimum design load values are proposed to meet the seismic performance suggested in FEMA 695 for IMF systems having vulnerable seismic performance.

The current AISC341-10 standard specifiesa value of 0.02 radian for the minimum rotation capacity of connections for the intermediate steel moment frame system. However, despite of the advances realized in the domains of performance evaluation method and analysis method, research onthe minimum rotation capacity of the intermediate steel moment frame systemsatisfying the seismic performance has not been conducted in detail. In this study, the intermediate moment frame systemisdesigned with respect to current standards and the seismic performance in accordance with the rotational capacity of connections is evaluated using the seismic performance evaluation method presented in FEMA-P695. The minimum rotation capacity of intermediate steel moment frames required to satisfy seismic performance as well as the major design values affecting the seismic performance of moment frame areestimated. To that goal, the design parameters are selected and various target frames are designed. The analysis models of the main nonlinear elements are also developed for evaluating seismic performance. The resultsshow that the 20-story structure doesnot meet the seismic performance even if it satisfies the rotation capacity of 0.02 radian.

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.

In this study, 5-story structures were designed in accordance with KBC2009 for inelastic time history analysis of RC IMRF. Bending moment-curvature relationship for beam and column was identified with fiber model and bending moment-rotation relationship for beam-column joint was calculated with simple and unified joint shear behavior model and moment equilibrium relationship for the joint. The hysteretic behavior was simulated with three-parameter model suggested in IDARC program. The analytical results showed that the inelastic shear behavior of the joint could be neglected in the structural design for seismic design category C but the structure of category D did not satisfy the criteria of FEMA 356 for collapse prevention performance level.

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.

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.

The collapse probability of a structure designed according to the current domestic seismic design code, KBC 2009 is evaluated by the risk integral which simultaneously considers the seismic hazard curves and the probabilistic distribution of a structural collapse capacity. The evaluation shows that the prototype frames considering in this paper present different collapse probabilities in 50 years according to the heights and locations, although they are designed according to the same design requirements for steel intermediate moment resisting frames prescribed in KBC 2009.

최근 초고층 건물의 수가 증가하면서 건축 및 토목 구조물의 내진 및 내풍 설계의 중요성이 점차 강조되고 있다. 본 연구에서는 중력하중을 지지하는 대상 구조물에 대하여 지진하중 및 풍하중의 작용 전후를 비교하고 그 영향을 요구 강재량으로 평가 하였다. 본 연구에서는 서로 다른 높이를 갖는 다수의 철골 중간모멘트 골조를 대상으로 내진 및 내풍 설계를 수행하여 높이에 따른 영향을 평가 하였다. 본 연구를 진행함에 있어 평면의 형상은 SAC Project (Gupta and Krawinker, 1999)를 참고하였다. 3, 6, 9, 12, 15층 총 5가지 높이의 구조물에 대하여 해석을 진행하였으며 층고는 4m로 하였다. 사용한 지진하중은 등가정적해석법을 이용하여 정적 지진하중을 사용하였고 풍하중은 KBC2009에 따른 정적 풍하중을 사용하였다. 각각의 대상구조물의 강재량을 비교해본 결과, 구조물의 높이가 증가함에 따라 풍하중과 지진하중의 영향이 커지는 경향을 보이고, 풍하중 영향의 증가폭이 더 빠르게 커짐을 알 수 있다. 이는 높이가 높아질수록 지진하중에 대한 고려와 함께 풍하중에 의한 효과를 고려해야할 필요가 있음을 의미한다.

철골 중간모멘트골조는 강한 지반운동에 대하여 적합한 저항능력을 확보하기 위한 지진력저항시스템으로서 일반적으로 사용되고 있다.하지만 국내의 대다수 중⋅저층 철골건축물은 내진설계가 도입되기 이전에 건설되었거나 현재의 내진설계기준의 요구조건을 준수하지 않은 것들로, 이러한 건물들이 가지는 내진성능에는 의문점이 존재한다. 이와 같은 문제점의 인식에 기반하여 본 연구에서는 국내 철골 중간모멘트골조의 내진성능에 대한 정량적 제시를 목표로 우선 층수 종류, 지진에 대한 보유내력, 부재 연성도, 제진장치의 유무를 변수로 하여표본 건물을 설계하였다. 표본 건물의 내진 성능과 붕괴 매커니즘은 비선형 정적해석과 증분동적해석으로부터 획득한 붕괴여유비와 붕괴확률을 이용하여 분석하였다. 해석결과를 통하여 현행 국내기준에 따라 내진설계된 신축건물은 설계지진에 대해 충분한 내진성능을 가졌으며, 이에 반해 구조부재의 연성저감이 발생하거나 낮은 설계 밑면전단력에 대한 저항력을 가진 기존건물의 경우에는 높은 붕괴확률을 가지며목표로 한 내진성능을 만족시키지 못하는 것으로 나타났다. 이와 같은 내진성능을 충족시키지 못하는 내진설계 도입 이전의 건물에 대해서에너지 소산장치를 통해 보강하게 되면 장치의 에너지 소산능력뿐만 아니라 소성힌지의 재분배를 통해 붕괴확률 및 내진성능이 신축건물수준으로 향상되었다.