구조물의 붕괴성능을 정확하게 평가하기 위해서는 구조물과 관련된 구조부재 및 지반운동의 불확실성을 고려한 확률적 접근방식이 요구된다. 불확실성의 종류에 상관없이 불확실성은 구조물의 응답에 영향을 미치게 되는데, 구조물의 성능목표를 설정함에 있어 이러한 불확실성 전파를 예측할 필요가 있다. 최근 들어, 구조물의 붕괴성능을 평가하는 방법으로 사용되고 있는 증분동적해석은 지반운동과 관련된 임의적 불확실성을 해석과정에서 고려할 수 있다는 장점이 있으나, 확률론적 평가를 위한 또 다른 중요 요인인 인식론적 불확실성을 직접적으로 평가할 수 없다는 제한사항이 있다. 본 연구에서는 철골모멘트골조를 표본 건물로 선정하여 인식론적 불확실 요인으로 정의한 구조물의 고유감쇠, 지진중량, 구조부재의 항복강도 및 탄성계수가 구조물의 붕괴성능에 미치는 영향을 확률적으로 평가하였다. 이를 위하여 라틴 방격 추출법을 사용한 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 증분동적해석을 수행하여 구조시스템 붕괴성능의 변동성을 정량적으로 예측하였다. 해석결과, 붕괴성능의 변동성에 인식론적 불확실성을 대표하는 변수 중에서 구조물 고유감쇠의 영향이 가장 두드러지는 것으로 나타났다.

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.

본 연구에서는 2경간 합성바닥슬래브의 기여도를 반영하여 철골모멘트골조의 연쇄붕괴저항성능의 더욱 정확한 평가를 위해 사용할 수 있는 개선된 에너지기반 비선형정적 해석법을 제시하고자 한다. 이를 위해, 우선 재료적/기하학적 비선형 유한요소해석을 수행하여 2경간 합성바닥슬래브의 거동을 살펴보았다. 2경간 합성바닥슬래브의 변형형상을 이상화하여 에너지기반 해석을 위한 근사모델을 개발하였다. 제안모델은 기둥제거 시나리오하에서 2경간 합성바닥슬래브의 일방향 축인장력 및 변형에너지응답을 모델링하는데 쉽게 이용할 수 있음을 보여주고 있다.

1968년 영국의 Ronan Point 아파트에서 발생한 연쇄붕괴 이후 이에 대한 연구가 간헐적으로 진행되어 왔으며, 최근 미국의 World Trade Center 붕괴 후 연쇄붕괴에 대한 연구가 다시 활발히 진행되고 있다. 미국에서는 기존의 연구결과를 바탕으로 2003년 GSA 및 2005년 DoD에서 연쇄붕괴에 대한 설계 및 해석 지침을 제시하였다. 본 연구에서는 이러한 지침서에서 제시하고 있는 선형정적해석법과, 선형동적해석법을 사용하여 국내 설계기준에 의해 설계된 철골 모멘트저항골조에 대한 붕괴저항 성능을 조사하였다. 해석결과에 따르면 GSA 기준을 적용할 경우 횡력을 고려하지 않은 수직저항시스템은 연쇄 붕괴에 취약한 것으로 나타났으나, 지진력을 고려하여 설계된 수평저항시스템은 연쇄붕괴에 대해 안전한 결과를 얻었다. 하지만 DoD 기준에 따르면 두 시스템 모두 연쇄붕괴에 취약한 것으로 나타났다.

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.

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.

This paper presents a structural analysis method for moment-rotation capacity evaluation of press-braked steel girders and its application. The material-properties may be affected significantly due to the press-braking manufacture. Since strain-hardening induced by press-braking generally reduces the moment-rotation capacity, such the effects have to be thoroughly reviewed. The effects of the cold-working on the material properties, geometric imperfections and residual stresses were properly included into the analytical modeling. A series of nonlinear analyses were conducted for the Z-section girder models with the SM490 steel plates of 24mm thickness by using the Newton-Raphson method and the modified Riks method provided by the ABAQUS.