This study is to investigate the effect of a retrofitted reinforced concrete frame with non-seismic details strengthened by embedded steel moment frames with an indirect joint, which mitigates the problems of the direct joint method. First, full-scale experiments were conducted to confirm the structural behavior of a 2-story reinforced concrete frame with non-seismic details and strengthened by a steel moment frame with an indirect joint. The reinforced concrete frame with non-seismic details showed a maximum strength of 185 kN at an overall drift ratio of 1.75%. The flexural-shear failure of columns was governed, and shear cracks were concentrated at the beam-column joints. The reinforced concrete frame strengthened by the embedded steel moment frames achieved a maximum strength of 701 kN at an overall drift ratio of 1.5% so that the maximum strength was about 3.8 times that of the specimen with non-seismic details. The failure pattern of the retrofitted specimen was the loss of bond strength between the concrete and the rebars of the columns caused by a prying action of the bottom indirect joint because of lateral force. Furthermore, methods are proposed for calculation of the specified strength of the reinforced concrete frame with non-seismic details and strengthened by the steel moment frame with the indirect joint.

기존 구조물의 모델 업데이팅 기법은 주로 진동 계측을 통해 얻은 전역적 구조 응답-모달 파라미터-를 이용한다. 모달 파라미터를 이용하여 업데이트된 모델은 전역적 구조 응답을 잘 추정할 수 있지만, 부재 레벨의 안전성 평가를 위한 국부적 응답 예측에는 어려움이 있다. 구조물 내 구조 부재들의 변형률 계측을 통해 응력을 추정하고, 안전성 평가가 이루어진다. 따라서, 본 연구는 모달 파라미터 이외에 로컬 구조 부재들에 가하는 해머 가력을 통해 계측한 변형률을 추가적으로 모델 업데이팅에 이용한다. 본 연구가 제안하는 모델 업데이팅에서 목적함수는 전역적/국부적 계측 응답과 모델의 응답간의 차로 설정되며 NSGA-II를 이용하여 이를 최소화된다. 업데이트 모델에서 예측하는 변형률 응답은 철골조의 안전성 평가에 활용된다. 제안한 기법은 철골 프레임에 대한 시뮬레이션과 해머 가력 실험을 통해 검증된다.

우리나라의 건축법 시행령에서는 3층 미만 그리고 연면적 1000m2미만의 건축물을 소규모 건축물로 정의하고 있으며 내진설계 적용 대상 범위에서 제외하고 있다. 하지만 소규모 건축물에 거주하는 인구의 비율이 상당하다는 사실을 고려할 때, 소규모 건축물의내진성능을 확보하는 것은 지진 재해 경감에 있어서 중요한 부분이라고 할 수 있다. 이 논문에서는 2층 철골 건물에 비좌굴 Knee가새를적용한 예제 연구를 통해서 소규모 건물의 내진보강 전략에 대한 연구를 수행하였다. 확률론적 내진성능 목표를 바탕으로 가새의 상세를결정하였고, 이를 위해서 다양한 구조적 특성에 대한 취약성 분석 결과를 즉시 구해서 비교할 수 있는 취약성 등고선을 이용하였다. 기존에수행된 실험적, 해석적 연구결과를 바탕으로 75개의 BRKB모델을 개발하였으며, 이 중에서 예제 건축물에 대한 BRKB의 가장 효과적인보강 방안은 취약성 곡선을 이용한 내진성능의 검증과 강재의 무게를 바탕으로 결정하였다. 본 연구를 통해서 취약성 등고선을 이용한내진성능평가 방법이 확률론적 내진성능목표를 바탕으로 한 보강전략수립에 효율적으로 사용될 수 있는 것으로 나타났다.

본 연구의 목적은 에너지 흡수형 강재 댐퍼를 이용하여 손상순서를 제어함으로써 주구조체를 재사용 할 수 있는 철골조시스템을 개발하고, 지진응답특성을 파악하는 것이다. 이를 위하여 강재 댐퍼의 형상을 제안하고, 제안된 강재 댐퍼의 변형 형상과 응력 분포를 알아보기 위하여 범용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS(ver.10.0)을 이용한 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 또한 지진응답특성을 파악하기 위하여 실대형 사이즈 5.4m×2.4m의 1층 철골조 실험체 4개를 설계 및 제작하여 유사동적 지진응답실험을 수행하였다. 본 연구에서 제안하는 강재 댐퍼를 제진요소로 사용하는 경우, 주구조체에 비하여 높은 강성을 갖는 댐퍼가 소폭의 변위에 먼저 소성화함으로써 이력에 의한 지진에너지를 흡수할 수 있으며, 지진응답에서 유리한 것이 판명되었다.

본 연구는 강진 시 소성화 범위를 최소화하여 장수명 철골구조를 실현하는 구조시스템을 제안하고 지진응답특성을 실증적으로 파악하는 것을 연구목적으로 한다. 이를 위하여, 실대형 1층 철골조 실험체 2개를 설계 및 제작하여 가동적 지진응답실험을 수행하였다. 실험결과에 의하면 본 연구에서 제안한 철골구조시스템은 이력형 강재댐퍼, 보-기둥접합부 순서로 붕괴모드가 발생하였으며 지진응답시간 중 그 외의 주변 프레임은 탄성 상태에 머무르는 것을 확인하였다.

본 논문은 유닛 모듈러를 구성하는 주구조체인 각형강관 기둥과 냉간성형 LEB C-형강 보가 볼트 접합된 접합부를 가진 모듈러 건물의 시공성을 평가하는 것이 연구의 목적이다. 모듈러 건축의 장점은 공사기간 단축, 경량성, 이동가능성 등으로 볼 수 있다. 반면에 유닛 또는 모듈의 운송비용이 공사비 절감 비용을 반감시킬 수 있고 많은 공장들이 외부 지역에 있으므로 이들을 도심지나 원하는 지역으로 이동하기 위해서는 비용이 추가된다. 그리고 유닛이나 모듈 설치에 크레인 등의 장비 사용으로 인해 시공비용이 증가될 수 있는 단점들이 존재한다. 본 연구에서는 앞서 연구한 모듈형상에 근거하여 해체조립이 용이한 모듈러 건축물의 시공사례를 통하여 공기, 비용 등 측면에서 기존 연구와 비교분석을 진행하여 모듈러 건물의 시공성을 평가하고자 한다.

최근 구조물의 국부적인 손상이 전체적인 붕괴로 이어지는 연쇄붕괴 현상에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연쇄붕괴에 관한 기존의 연구는 대부분 해석변수의 불확실성을 포함하지 않는 확정론적인 방법이므로, 해석결과에 대한 신뢰도를 알 수 없다. 본 논문에서는 재료의 항복강도, 활하중의 크기, 감쇠비, 탄성계수 등치 설계변수들이 기둥이 제거됨에 따라 발생하는 수직변위에 영향을 미치는 민감도를 분석하였다. 이를 위하여 몬테카를로 시뮬레이션, 일계이차법, 토네이도 다이어그램의 세 가지 해석기법을 적용하였다. 비선형정적 해석결과에 의하면 난수로 설정한 해석변수들 중에서 보의 항복강도가 수직변위의 변동폭이 가장 컸으며, 비선형동적해석의 경우 보의 항복강도와 감쇠비가 서로 유사한 변동폭을 가지는 것으로 나타났다.

본 논문은 유닛 모듈러를 구성하는 주구조체인 각형강관 기둥과 냉간성형 LEB C-형강 보로 볼트 접합된 접합부의 거동을 실험적으로 평가하는 것이 연구의 목적이다. 접합부에서 기둥과 LEB C-형강 보를 접합하기 위한 브라켓의 두께변화, LEB C-형강 보와 브라켓 접합부 볼트 개수 등의 주요변수에 대한 실험을 통하여 기둥-보 접합부의 내력증대와 변형성상 및 파괴모드 변화 등을 고찰하였다. 실험결과, 접합부의 보강형상과 관계없이 또한 접합부의 파괴 없이 LEB C-형강 보의 국부좌굴강도가 지배하는 것으로 파악되었으며, 브라켓 두께 크기에 따라 내력과 강성이 조금 높게 나타남을 알 수 있었다. 또한 접합부에 사용된 볼트 수량에 관계없이 강성면에서 큰 차이를 나타내지 않았으며 LEB C-형강과 브라켓을 볼트접합으로 반강접합의 역학적 거동 가능성을 확인하였다.

A steel frame is one of the most commonly used structural systems due to its resistance to various types of applied loads. Many studies have been conducted to investigate the effects of connection flexibility, support conditions, and beam-to-column stiffness ratio on the story drift of a frame. Based on the results of these studies, several design guides have been proposed. This research has been conducted to predict the actual behavior of a double angle connection, and to establish its effect on the story drift and the maximum allowable load of a steel frame. For these purposes, several experimental tests were conducted and a simplified analytical model was proposed. This simplified analytical model consists of four spring elements as well as a column member. In addition, a point bracing system was proposed to control the excessive story drift of an unbraced steel frame.

국내와 같이 풍하중이 지배 횡하중으로 작용하는 중/약진대라 할지라도 초고층건물의 설계를 담당하고 있는 구조기술자는 특정세기의 잠재지진(가령 재래기 500년 정도의 설계용지진동 또는 재래기 2400년 정도의 최대한도지진)이 구조시스템에 미칠 수 있는 구조적 영향을 합리적으로 평가할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 중/약진대로 분류되는 국내의 지진환경하에서, 국내 구조사무소의 평균적 실무관행에 따라 내풍설계된 초고층 철골중심가새골조를 가정하여 지진해석을 수행하고 내진성능을 평가하였다. 내풍설계에서 요구되는 사용성 요건 및 횡력저항 철골부재에 부과돠는 폭-두께비 제한 등으로 인해 상당한 크기의 시스템 초과강도(system overstrength)가 유입됨을 확인할 수 있었다. 내풍설계과정에서 부차적으로 기인하는 이 시스템 초과강도로 인하여, 본 연구의 세장비 6 이상의 철골조 초고층 중심가새골조는 2400년 재래기의 최대한도지진에 대해서도 즉시입주 가능한 거동수준에서 탄성적으로 저항할 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 지진하중에 의하여 철골 모멘트저항골조(MRF)와 좌굴이 방지된 가새골조(BRBF) 그리고 힌지로 접합된 좌굴이 방지된 가새골조(HBRBF)에서 발생하는 층별 이력에너지의 분포에 대하여 고찰하였다. 예제 구조물의 에너지 요구량을 산정하기 위하여 다른 지반조건에서 계측된 60개의 지진기록을 사용하였다. 해석결과에 따르면 MRF와 BRBF에서의 이력에너지는 밑면에서 최대가 되고 상부층으로 갈수록 점진적으로 감소하여, 상부층에서는 부재의 이력거동이 거의 발생하지 않았다. 그러나 HBRBF에서의 층별 이력에너지는 구조물의 높이에 따라 상대적으로 균등하게 분포하였으며, 이러한 경우 손상이 한 층에 집중적으로 발생하지 않아 다른 시스템에 비하여 보다 바람직하다고 할 수 있다. 연암 지반, 연약한 토사, 단층 근처의 지반 조건에 따른 에너지의 분포형태는 거의 동일하게 나타났다.

In equivalent static nonlinear analysis and in energy-based design, the structures are generally transforrned into an equivalent SDOF system. In this study the seismic energy demands in multi story structures, such as three-, eight-, and twenty-story steel moment-resisting frames (MRF), buckling restrained braced frames (BRBF) and a damage tolerant buckIing restrained braced frame (DTBRBF), are compared with those of equivalent single degree of freedom (ESDOF) systems. Sixty earthquake ground motions recorded in different soil conditions, which are soft rock, soft soil, and near fault, were used to compute the input and hysteretic energy demands in model structures. In case the modal mass coefficient is less than 0.8, the effects of higher modes are considered in the process of converting into ESDOF. According to the analysis results, the hysteretic and input energies obtained from three story and eight story MRF and DTBF agreed well with the results from analysis of equivalent SDOF systems. However in the twenty' story BRBF the results from ESDOF underestimated those obtained from the original structures

본 연구에서는 단부 철근콘크리트와 중앙부 철골로 이루어진 혼합구조보의 비선형 이력거동에 대한 해석 모형을 제시하였다. 해석을 위하여 IDARC2D 프로그램을 사용하였으며, 기존의 실험결과를 대상으로 적절한 모형화 기법과 계수를 제시하였다. IDARC2D의 다각형 모형은 부재의 초기강성을 과대평가할 수 있기 때문에, 먼저 혼합구조보의 초기강성을 적절히 표현할 수 있는 새로운 혼합모형을 도입하였다. 그리고 혼합모형을 이용하여 혼합구조보의 이력거동을 적절히 표현할 수 있도록 이력거동 계수들을 제시하였다. 끝으로 해석한 결과를 실험결과와 비교평가하였으며, 초기강성은 5%이내, 강도는 10%이내의 우수한 결과를 보였다.

본 연구에서는 능력스펙트럼법을 이용하여 성능목표를 만족하기 위하여 필요한 점성 감쇠기？ 양을 간단하고 직접적인 방법으로 산정하는 방법에 관하여 연구하였다. 먼저 능력스펙트럼법을 이용하여 구조물의 비탄성 응답을 구하고 구조물의응답과 목표변위의 차이를 이용하여 필요한 유효감쇠비를 구하였다. 그리고 이러한 유효감쇠비를 이용하여 필요한 점성감쇠기의 양을 선정하였다. 본 연구에서 제안한 방법의 타당성을 검증하기 위해 10층의 철골조 건물에 세 가지 유형의 층지진하중을 가하고 제안된 절차에 따라 필요한 감쇠기의 양을 구하였다. 해석결과에 따르면 제안된 방법에 의하여 설계된 점성 감쇠기를 해석 모델에 설치하고 시간이력 해석을 수행한 결과 최대응답은 목표변위와 잘 일치함을 발견하였다.

본 연구에서는 철골조 건물의 내진 보강 방법으로 점탄성 감쇠기의 적용과 효과에 대하여 성능에 기초한 내진 설계의 관점에서 연구하였다. 먼저 단자유도계 구조물을 대상으로 입력된 지진에너지의 소산에 대한 감쇠기의 효과에 대하여 연구하였다. 설계하중으로 중력하중을 적용한 5층 건물과 중력하중과 풍하중을 적용한 10층과 20층 건물에 대하여 해석을 수행하였다. 비선형 시간이력해석을 수행하기 위하여 성능에 기초한 내진설계기준(안)에 제시된 표준 설계응답스펙트럼을 각 지반종류와 성능목표에 대하여 구성하고, 이를 바탕으로 인공지진을 생성하였다. 해석결과에 따르면 층간변위를 성능기준으로 적용하였을 때 모든 모델이 연약지반(기능수행 성능목표)을 제외한 대부분의 지반조건에서 기준안에 제시된 성능목표를 만족하였다. 또한 적당한 위치에 점탄성 감쇠기를 설치함으로써 내진성능을 향상시키고 구조물이 탄성적으로 거동하도록 유도함을 보였다.

내진 설계되지 않은 일경간-이층 철골조의 면진에 사용될 적층 고무베어링과 납-고무 베어링을 설계하여 철골조와 기초 사이에 이 면진장치들을 적용하여 지진파들에 대한 내진 성능 평가를 행하였다. 이들 면진장치들을 사용하면 철골조의 내진성능이 향상된다. 특히 적층 고무베어링의 중앙에 원통형 납을 삽입함으로써 초기강성을 증가시켜, 빈번한 사용하중 하에서 구조물에 발생하는 비교적 과도한 횡변위를 구속할 수 있으며, 강한 지진파에 대해서는 이 납이 항복함으로써 에너지 소산능력을 향상시킨다.