포항지진피해를 입은 필로티 건축물의 비선형해석 기반 지진피해모사 및 내진성능평가 :Seismic Performance Evaluation Using Nonlinear Analysis and Seismic Damage Simulation of Piloti Building Damaged by Pohang Earthquake

김지호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김지호 (숭실대학교, 숭실대학교 대학원)

지도교수: 최경규

발행연도: 2019

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

포항지진피해를 입은 필로티 건축물의 비선형해석 기반 지진피해모사 및 내진성능평가

김지호 건축학과 2019.01 학위논문

2018

포항지진으로 피해를 입은 저층 필로티 구조물의 비선형 동적해석

김지호 , 최경규 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2018.05 학술대회자료

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경주지진 및 포항지진 발생으로 많은 피해가 발생하였으며, 그 중에서도 특히 필로티 건축물에 많은 피해가 발생하였다. 조사결과 필로티 구조인 1층의 평면 형상, 기둥 단면적, 벽체 단면적이 내진성능에 영향을 미치는 주요한 요소라고 분석되었다.
최근 국내에서 필로티 건축물 내진성능 및 내진성능평가에 관한 많은 연구들이 수행되었다. 그러나 국내 필로티 건축물 특성을 고려한 연구가 부족하며, 실제 피해를 입은 건축물의 내진성능을 확인할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 포항지진으로 피해를 입은 저층 필로티 구조 건축물의 지진피해모사와 이에 기반하여 건축구조기준에 따라 재설계를 수행하고 재설계된 건축물의 내진성능평가를 수행하였다.
지진피해모사를 위하여 비선형동적해석 방법으로 내진성능평가를 수행하였다. 비선형동적해석에 사용된 지진파는 해석 대상건축물의 지반조건에 적합하게 스케일링된 포항지진 지진파를 사용하였다.
지진피해모사 해석모델은 건축물 시공 오류를 고려하여 비선형 성능정의 및 모델링을 수행하였다. 기둥과 벽의 휨 성능과 전단 성능을 ASCE 41-13과 한국콘크리트기준에 근거하여 정의하였다.(기둥: 휨-PMM 힌지, 전단-VV 힌지, 벽체: 휨-파이버 모델, 전단-전단 힌지) 또한 반복가력에 의한 에너지소산 성능 정의를 위하여 이력모델을 적용하였다.
해석결과 지진피해모사 모델은 지진피해와 유사한 피해수준이 발생하는 것을 확인하였으며, 손상된 부재의 위치 및 파괴 메커니즘의 경향이 비슷한 것을 확인하였다. 이에 따라 구조해석 프로그램을 이용한 지진피해모사가 실제피해와 근사함을 확인할 수 있었다.
해석 대상 건축물을 건축구조기준의 특별지진하중을 적용하여 부재의 재설계를 수행하였다. 지진피해모사 모델에 비하여 층간변위가 다소 감소하였으며 비정형성이 감소하였으며, 필로티 구조인 1층의 부재들이 즉시거주수준인 것으로 판단된다. 따라서 특별지진하중이 적용되어 설계되었다면 해석 대상 건축물의 지진피해가 대폭 감소하였을 것으로 예상된다.

Many damages have been occurred due to the outbreak of the Gyeongju earthquake and Pohang earthquake, especially the Piloti building. The results of the survey showed that the Piloti floor plan arrangement, column and wall area ratio are the main factors affecting seismic performance.

Recently, numbers of studies have been conducted on the seismic performance evaluation and seismic performance of Pilots in Korea. However, characteristics of the Korean Piloti was not considered. It is necessary to check the seismic performance of the damaged buildings. In this study, the seismic damage simulation was conducted low-rise Piloti buildings damaged by Pohang earthquake. And redesign was performed according to the Korea building code. The seismic performance evaluation of the redesigned buildings was conducted.

Seismic damage simulation was performed using nonlinear dynamic analysis methods. The earthquake for nonlinear dynamic analysis used Pohang earthquake wave that was scaled to meet the ground conditions of the building

Nonlinear property definition and modeling considering building construction errors in The seismic damage simulation model. Flexure and shear nonlinear properties were defined based on the criteria of ASCE 41-13 and Korean concrete institution (Column: Bending-PMM Hinge, Shear-VV Hinge, Wall: Flexural-Fibers, Shear- Nonlinear shear Hinge) In addition, a hysteresis loop model was applied to define the energy dissipating performance.

In result of the analysis, the earthquake damage simulation model occurred a similar level of damage as earthquake damage. The locations of the damaged members and the tendency of the failure mechanism are similar. Therefore, the damage from the earthquake using the structural analysis program was similar to the actual damage.

The redesign of the members was conducted by applying the special Earthquake Load of the Korea building code. In comparison to the seismic damage simulation model, inter-story drift decreased and Irregularities was reduced. It is judged that the element of the first floor is at the immediate occupancy level. Therefore, if the special earthquake load was considered, it would be expected that the seismic damage of the building damaged by Pohang earthquake would be greatly reduced.

목 차
국문초록 ⅵ
영문초록 ⅷ
제 1 장 서론 1
1.1 연구의 필요성 1
1.2 연구 범위 및 내용 4
제 2 장 기존 문헌 조사 5
2.1 기존 연구 결과 5
2.2 포항지진으로 인한 피해 8
2.2.1 필로티 건축물 8
2.2.2 공동주택(아파트) 건축물 9
2.2.3 학교 시설 10
2.2.4 비구조 요소 11
제 3 장 비선형동적해석을 이용한 지진피해모사 13
3.1 해석 대상 건축물 13
3.2 재료강도 및 유효강성 19
3.2.1 재료강도 19
3.2.2 유효강성 19
3.3 기둥 모델링 21
3.3.1 기둥의 휨 성능 정의 22
3.3.1 기둥의 전단 성능 정의 23
3.4 벽체 모델링 25
3.4.1 벽체의 휨 성능 정의 25
3.4.2 벽체의 전단 성능 정의 27
3.5 보 모델링 29
3.6 이력모델 30
3.6.1 기둥 이력모델 30
3.6.2 벽체 이력모델 31
3.6.3 보 이력모델 32
3.7 지진파 33
3.7.1 지진파 개요 33
3.7.2 지진파 입력 35
3.8 해석결과 38
3.8.1 고유치 해석 36
3.8.2 층간변위 38
3.8.3 필로티 구조의 수직 부재 검토 39
3.9 소결 46
제 4 장 건축구조기준에 따른 재설계 후 내진성능평가 47
4.1 건축구조기준에 따른 재설계 47
4.2 재설계 모델의 비선형동적해석 50
4.2.1 고유치 해석 50
4.2.2 층간변위 52
4.2.3 필로티 구조의 수직 부재 검토 54
제 5 장 결론 61
참고문헌 63

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