모듈러 구조물 접합부에 관한 수치해석적 연구 :A Study on the Numerical Analysis of Modular Structure Joints

김문찬

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김문찬 (홍익대학교, 홍익대학교 대학원)

지도교수: 홍기섭

발행연도: 2022

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

접합부 유한요소해석을 바탕으로 한 모듈러 구조물의 힌지접합부 수치해석적 연구

김문찬 , 홍기섭 한국전산구조공학회논문집 2022.02 학술저널

모듈러 구조물 접합부에 관한 수치해석적 연구

김문찬 건축학과 2022.01 학위논문

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모듈러 건축은 80% 이상의 공정을 공장에서 생산 후 현장에서 조립하도록 하는 공법으로 현장 시공을 감소시켜 콘크리트 양생 혹은 철골 조립부분을 최소화 하여 일반 건축물에 비해 공사시간을 단축 할 수 있는장점이 있으며, 공장에서 제작하므로 대량생산을 통한 품질향상 및 비용절감 뿐만 아니라 요즘 건축에 이슈가 되는 건축물의 재활용 및 이전 등친환경 건축분야에도 활용가능 하는 등 다양한 장점을 가지고 있어 국내외에서 주목받고 있는 건축시스템이라 할 수 있다.
현재 국내 사용되는 모듈러의 대부분의 접합부는 모멘트 접합을 이용하여 유닛들을 접합하고 있는데 기존 강구조 설계 시
사용되는 모멘트접합과 동일하게 해석하기 위함도 있으며, 아직 구조해석 및 기술의 방면에서 실험을 통한 검증자료 및 예시가 부족한 상황에서 여러 가지 방향이 제시되지 못한 점도 하나로 들 수 있을 것이다.
기존 모멘트접합부는 기존 강구조 설계 시처럼 구조해석하나 실제로는 상하부 유닛의 기둥과 보의 일체성을 확보하기 어려울 뿐만 아니라기존 모멘트 접합 시 외부의 볼트접합이 되는 부분에 더해서 내부에도볼트접합을 진행함으로써 유닛 내부 슬래브나 마감을 조립 후 시공 혹은 파손해야 되는 낭비가 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 논문에서는 모듈러 유닛간의 접합을 힌지접합으로 변경, 구조 해석하여 거동을 분석함으로써 이론과 구조해석간의 오류를 해결하고 모듈러만의 접합 방식을 제시하고자 하였다.
또한 논문에서는 기존의 모멘트접합부에서 힌지접합부로 변경 시 하중의 전달을 확인하기 위하여 이전 다른 연구에서 활용되었던 가위 모델을 변형한 변형 가위 모델을 고안하여 접합부의 기본 이론을 제안, 검토하
였고, 기본을 바탕으로 계산된 결과는 구조해석프로그램인 마이다스 젠과 비교하여 검증하였다. 추가적으로 기존 모멘트접합부로 설계되었던 모듈러구조물을 힌지접합부로 변경하여 부재내력 및 사용성을 검토하였으며, 힌지접합부를 다른 구조해석프로그램인 나스트란을 이용하여 변위-응력해석을 진행하여 접합부가 안전성을 검증하였다.

Modular construction allows more than 80% of the process to be produced in the factory and then assembled on site. Since it is manufactured in factories, it is an architectural system attracting both domestic and abroad as it has various advantages, such as quality improvement and cost reduction through mass production, as well as applying to eco-friendly construction fields such as recycling and relocation of buildings that are an issue in construction these days.
Currently, most of the bonding parts of modules used in Korea are bonded using moment bonding, which is interpreted the same as moment bonding used in the existing steel structure design, and the fact that various directions were not presented in the absence of examples may be cited.
Structural analysis of the existing moment joint is similar to that of the existing steel structure design, but in reality, it is difficult to secure the integrity of the columns and beams of the upper and lower units. It can be seen that waste that has to be constructed or damaged after assembling the internal slab or finish occurs.
To solve these problems, We tried to solve the error between theory and structural analysis by changing the joint between modular units to a hinge joint, analyzing the structure and the behavior, suggesting a joint method unique to the modular unit in this paper.
In addition, in order to confirm the transfer of load when changing from the existing moment joint to the hinge joint, this paper proposed and reviewed the basic theory of the joint by devising a deformed scissors model that modified the scissors model used in previous studies. The calculated result was verified by comparing it with MIDAS GEN, a structural analysis program. Additionally, member strength and usability were reviewed by changing the modular structure designed as an existing moment joint to a hinge joint, and displacement-stress analysis was performed on the hinge joint using NASTRAN, another structural analysis program, to verify the safety of the joint.

I. 제 1장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 2
1.2 연구 범위 및 방법 5
II. 제 2장 이론적 고찰 7
2.1 모듈러 시스템 일반사항 8
2.2 모듈러 시스템 국내외 동향 11
2.3 모듈러에 관한 이론 고찰 15
2.4 모듈러 힌지 접합부 거동 21
III. 제 3장 모듈러 구조의 접합부 비교 24
3.1 가위 모델과 유한요소해석 비교 25
3.2 이차원 모듈러 접합부 비교 28
3.3 삼차원 모듈러 접합부 비교 35
IV. 제 4장 접합부 변경 비교 및 비선형수치해석 44
4.1 기존 모듈러 접합조건 변경 검토 45
4.2 접합부 비선형수치해석 56
V. 제 5장 결 론 61
참고문헌 66
Abstract 69

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