모듈러 건축물은 철근콘크리트 및 철골 구조물에 비하여 상대적으로 경량이고, 단위 모듈간 기둥의 일체성을 기대하기 어려운 구조적 특성을 가진다. 이와 같은 구조적 특성은 모듈러 건축물의 높이가 높아짐에 따라 바람 및 지진과 같은 횡력저항성능에 직접적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 횡력저항성능을 향상시키기 위해 긴장재를 활용한 모듈러 구조시스템을 제안하였다. 모듈러 구조시스템을 구성하는 주요 요소인 포스트텐션 기둥-바닥 접합부는 셀프 센터링 거동을 유도하기 위한 형상 및 상세를 가진다. 포스트텐션 기 둥-바닥 접합부의 이력 거동을 상세히 파악하기 위해 유한요소해석을 수행하였으며, 그 결과 초기 긴장력 및 보-기둥 접합부의 접합 조건에 따라 이력 거동은 확연한 차이를 보이는 것으로 나타났다.

주각부는 상부의 강구조와 철근콘크리트조 기초의 접합부로써 매우 중요한 부분이다. 현재 국내외 강구조 골조 공사에서 사용되는 주각부의 형식은 크게 구분하여 노출형 주각부 근권형 주각부, 매입형 주각부라고 할 수 있다. 이 중에서 부재의 재사용 및 재활용을 최우선으로 고려한다면 노출형 주각부가 가장 유리하다. 본 연구에서는 이러한 노출형 주각부의 시공 성능 및 역학적 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 형태의 강구조 선형상 노출형 주각부를 개발하고, 구조 성능 평가를 위한 탄소성 재하실험을 수행하였다. 그 결과 개발된 신형상 노출형 주각부는 수평 방향과 수직 방향의 시공 오차를 현장에서 간단히 흡수하여 기존 노출형 주각부의 시공 불량을 사전에 방지함으로써 구조 성능을 발휘한다. 또한 에너지 흡수형 고력볼트를 사용함으로써 변형 성능이 증가함을 알 수 있었다.

일반적으로 모멘트 지지 강구조물은 유한요소법에 의해 이상화되고 해석되어 왔으며 기둥과 기둥의 연결부, 기둥과 보의 접합부의 정확한 비선형 해석 결과를 위해 많은 노력을 해온 반면에 기둥의 지지부에 대한 해석은 고정단 또는 힌지로 간단하게 이루어져 왔다 그러나 실제로 기둥의 지지부는 고정단도 힌지도 아닌 그 중간인 반강성으로 거동한다. 본 논문에서는 이러한 기둥 지지부를 반강성모델을 이용해서 해석하고 그 결과를 고찰하여 기둥 지지부의 강성 및 강도의 변화가 미치는 영향을 평가하였다. 미국 시방서에 의해 설계된 전형적인 두개의 3층 모멘트지지 강구조물을 이미 개발된 강성도법 및 유연도법에 기초한 7iber 유한 요소를 사용하여 해석하였다. 기등의 지지부는 고정단과 힌지사이에 있는 반강성 지지부를 모델하기 위해 다양한 강성도를 갖는 회전 스프링을 사용하였다. 실제의 기둥 지지부와 가깝게 모델된 반강성 지지부를 갖는 구조물의 해석 결과는 고정지지부를 갖는 구조물과 어느 정도 비슷한 결과를 보여주었다. 또한 pushover 해석과 비선형 시간 이력 해석을 통해 기둥 지지부의 강성도가 감소함에 따라 1층 보의 소요 처짐각(rotational demand)이 증가하는 현상이 관찰되었다 시공상의 문제 및 노화로 인한 기동 지지부의 강성도 감소는1층의 접합부에 대한 소요 터짐각의 증가를 유발하고 그것은 곧 soft-story mechanism을 유발하게 된다.

소규모 철골조건축물의 접합상세에 대한 현장조사에 따르면 지진하중에 의한 횡적 안전성 및 안정성 확보가 불충분할 것으로 예상되는 임의 접합상세가 현장에서 적용되는 것으로 조사되었다. 이에 따라 본 연구에서는 소규모 강구조건축물의 노출형 주각부 약축 연결부의 반복이력 실험을 통해 문제점을 분석하고, 이를 바탕으로 내진성능을 향상시킬 수 있는 접합상세의 개발을 위해 일련의 실험연구를 수행하였다. 본 실험결과에 의하면, 국내에서 흔히 사용되는 노출형 주각부 약축방향 접합부의 이력거동은 앵커볼트가 콘크리트로부터 점진적으로 인발됨에 따라 베이스플레이트와 앵커볼트사이에 이격거리가 누적되어 하중역전구간에서 “Rocking” 현상이 발생되어 내진성능이 매우 낮은 것으로 조사되었다. 이와 같은 문제점을 개선하기 위하하여 앵커볼트의 콘크리트에 대한 부착 유/무와 개수 및 배열형태 등을 변수로 한 성능 개선 실험체에 대한 일련의 반복 이력 실험을 수행하였으며, 최종적으로 소규모철골조 건축물의 노출형 주각부에 고강도 전산볼트형 앵커볼트를 8개로 3열로 배치하는 상세의 적용을 통하여 하중지지능력과 에너지분산능력 측면에서 내진성능이 크게 개선된 것을 확인할 수 있었다.

Cyclic loading tests for a total of nine test specimens were performed to evaluate the seismic performance of the exposed steel column-base plate connections. From the tests, flexural strength, deformation capacity, energy dissipation, and initial stiffness were investigated. The primary test parameters were the thickness of base-plate, embedment length of anchor bolt, the presence of hook, and rib plates. Test results showed that flexural behavior of column base-plate connection was substantially affected by the base-plate thickness, embedment length and the number of anchor bolts. On the other hand, the effect of rib plates on the increase of the flexural performance was not observed. The initial stiffness of the test specimens was about 15% of the flexural stiffness obtained by assuming that the support is fixed. As a result, even if the exposed column base-plate is designed in accordance with current design recommendations, in case that bond strength between concrete and the anchor bolts is not sufficient, the base-plate connection showed an unaccceptable load-displacement behavior.

철골기둥-베이스 플레이트 접합부의 파괴유형은 베이스 플레이트 압축면과 인장면의 휨파괴, 앵커볼트의 인장파괴, 뽑힘, 전단파 괴, 그리고 콘크리트 기초파괴 및 철골기둥의 소성힌지발생에 따른 파괴이다. 본 연구에서는 핀접합 또는 강접합으로 가정하여 설계되는 노출 형 철골기둥-베이스 플레이트 접합부가 받을 수 있는 모멘트의 크기를 구하기 위하여, 한계상태 함수를 이용하여 철골기둥-베이스 플레이트 접합부의 휨성능 및 파괴유형을 예측하고 실험결과와 비교하였다. 한계상태함수를 이용하여 노출형 철골기둥-베이스 플레이트 접합부의 휨 성능을 비교적 정확히 예측할 수 있는 범위는 축력이 있는 경우, 앵커볼트의 항복 또는 철골기둥의 항복으로 판별되었을 때이며 축력이 없는 경 우, 베이스 플레이트의 항복으로 판별된 경우이다. 파괴유형까지 같이 고려할 경우, 축력이 있으며 앵커볼트의 항복으로 판별된 경우에만 한계 상태함수의 사용이 가능하다.

In Korea, Small-size buildings are not performed structural calculation. Also it does not assess the safety about lateral loads such like earthquake. In this study, We proposed the steel column bases that can be applied to small buildings. And We analyzed the Steel Column Bases flexural behavior.

Based on AISC Design Guide-#1, limit-state function of steel column-base plate connection is defined. Comparison with test and numerical result, this method acculately predicts bending moment capacity of this connection.

In this paper, the RC column-based joint connection part carry out loading test by reinforced hollow or extended Base Plate in order to confirm that RC joint punching shear reinforcement effect of applying the Base Plate. Base Plate thickness, extension length, size, and type as the variable, Base Plate suitable for the stress distribution and shape and dimensions confirmed through experiment and then reinforcing effect was analyzed. Experimentally, vertical load transmitted to the Base Plate from column to foundation is effective to stress distribution and then, type of hollow reinforcement more efficient than a closed. Through experiment, improve performance and ductility due to reinforcement and relative to the thickness of the existing foundation reduced even showed better performance than the existing. The behavior of the reinforced specimens be able to induce from brittle to ductile. Experiment on loading to destroy performed the pattern of cracks, destruction aspect before and after reinforcement.

주각부는 압축력, 전단력, 휨모멘트에 대하여 거동하며, 특히 휨모멘트에 의해 발생되는 모멘트-회전 거동은 골조의 수평 변형과 기둥의 안정에 영향을 미치게 되어 전체 구조물 해석에 중요한 역할을 하는 비선형 거동을 하게 된다. 이에 본 연구에서는 범용 유한요소해석 프로그램인 Ansys Workbench를 이용하여 베이스 플레이트 두께 9mm, 19mm의 노출형 강재 주각부에 대하여 반복 수평하중에 대한 이력거동 및 구조적 특성을 파악하고자 하였다. 본 연구를 통해 베이스 플레이트 9mm 보다 베이스 플레이트 19mm가 초기강성, 항복강도 및 최대 모멘트가 높게 나타났으며, 베이스 플레이트 9mm는 베이스 플레이트 항복 선행형(강성 저감 모델), 베이스 플레이트 19mm는 앵커볼트 항복 선행형(점진 슬립 이력모델)으로 나타났다. 에너지 소산 성능은 베이스 플레이트 19mm의 최대 모멘트가 베이스 플레이트 9mm보다 약 2배정도 크지만 슬립 현상으로 인하여 약 0.78배 낮게 나타났다.