철근콘크리트 연결보 배근상세에 따른 철근콘크리트 플랫플레이트 시스템의 내진성능평가 :Seismic performance evaluation of reinforced concrete flat plate system considering reinforcing bar detailing of RC coupling beam

신동우

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신동우 (울산대학교, 蔚山大學校)

지도교수: 姜錫奉

발행연도: 2016

저작권: 울산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수2

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2016

철근콘크리트 연결보 배근상세에 따른 철근콘크리트 플랫플레이트 시스템의 내진성능평가

신동우 建築學科 2016.01 학위논문

2015

철근콘크리트 일반배근 연결보의 비탄성 해석모델

신동우 , 강석봉 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2015.05 학술대회자료

철근콘크리트 대각배근 연결보의 비탄성 해석모델

신동우 , 강석봉 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2015.05 학술대회자료

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국토교통부 주거실태조사에 따르면 우리나라 국민의 아파트 거주비율은 절반에 달하며 수요자의 다양한 주거평면 요구의 수용 및 리모델링 또는 증개축이 용이한 골조형 구조 형식으로의 전환이 불가피한 실정이다. 이러한 요구조건을 충족시킬 수 있는 시스템으로 플랫플레이트 시스템이 각광받고 있으며 이미 초고층 주상복합건물의 경우 층고 절감이 가능한 플랫플레이트 시스템이 많이 적용되고 있다.
고층구조물에서 횡력저항은 대부분이 전단벽이 담당을 하게 되며 전단벽의 특성상 발생하는 개구부로 인해 연결보의 형태로 전단벽이 연결되게 된다. 철근콘크리트 연결보는 일반배근 연결보와 대각배근 연결보로 나뉘는데 이런 배근상세에 따라서 철근콘크리트 연결보의 거동이 달라진다. 연결보의 강도, 강성도 및 연성도는 구조물 거동에 큰 영향을 미치므로 철근콘크리트 전단벽 구조물의 정확한 구조해석을 위해서는 연결보의 정확한 거동을 묘사할 필요가 있다.
본 연구에서는 푸쉬오버해석을 통해 철근콘크리트 연결보의 배근상세가 구조물의 거동에 미치는 영향을 확인하고자 한다. 플랫플레이트 슬래브, 보 및 기둥 부재는 파이버모델과 유연도 선형분포모델을 적용하여 부재 강성행렬을 유도하였으며 전단벽은 탄성 축력스프링, 비탄성 휨스프링 및 비탄성 전단스프링을 가진 하나의 선형요소로 모델링을 하고 전단벽의 길이를 표현하기 위하여 두 개의 가상보를 사용하여 모델링 하였다. 이 가상보는 FEM과 매크로모델의 비교를 통하여 가상보의 강성을 구하였다. 연결보 해석모델은 선형요소로 모델링하며 선형요소는 탄성 축력스프링, 비탄성 휨스프링 및 비탄성 전단스프링으로 구성된다. 플랫플레이트 슬래브는 유효폭과 슬래브두께만큼의 춤을 가진 보로 모델링을 하였다. 전단벽, 연결보 및 플랫플레이트 슬래브의 비탄성 휨스프링은 재료성질 및 구속효과를 고려하는 Fiber model을 이용하였고 전단벽의 비탄성스프링은 Kabeyasawa가 제안한 식과 ACI318-08의 전단강도식을 바탕으로 나타내었다. 일반배근 연결보의 비탄성 전단스프링은 천주현이 제안한 식과 Watanabe가 제안한 강도식을 바탕으로 나타내었고 대각배근 연결보의 비탄성 전단스프링은 Hindi가 제안한 식에 FEMA356의 전단변형률을 참고하여 나타내었다. 플랫플레이트 슬래브 접합부는 황보진, 박영미, 한상환의 접합부 모델을 사용하여 나타내었다.
KBC2009에서 제시한 방법으로 횡하중을 산정하여 푸쉬오버해석에 적용하였다. 예제구조물은 배근상세에 따라 각각 20층과 40층 구조물로 설계하여 총 4개의 구조물로 푸쉬오버해석을 실시하였다. 해석결과 20층 일반배근 구조물은 층간변위 기준과 반응수정계수를 만족하지 못했으며 다른 구조물은 모두 기준을 만족하였다. 또한 구조물의 성능평가를 위하여 FEMA356에서 제안한 변위계수법을 사용하여 성능점을 나타내었고 FEMA356과 KBC2016(안)에서 제시한 성능수준평가 방법으로 구조물의 성능수준을 평가한 결과 모든 구조물에서 인명안전수준을 만족한 것을 확인할 수 있었다.

According to the Korea Housing Survey conducted by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, nearly a half of the Korean people reside in apartments, and it is inevitable to convert apartments into ones in a frame-type structure that can easily accommodate various consumers’ demands for housing plans and any extension and reconstruction including remodeling. As a system good enough to meet such requirements, Flat Plate System has come into the spotlight, and this system has been already widely applied to super high-rise residential complex buildings since it can reduce the story height.
In high-rise buildings, shear walls are in charge of most of the lateral load, and due to openings created by the characteristics of shear walls, they are connected to each other in a form of coupling beam. Reinforced concrete coupling beams can be largely divided into conventional coupling beams and diagonal coupling beams, and by such reinforcing bar detailing, the behavior of reinforced concrete coupling beams may change. As the strength, stiffness and ductility of coupling beams have great effect on the behavior of structures, it is necessary to describe the exact behavior of coupling beams for an accurate structural analysis of reinforced concrete shear-wall structures.
Thus, this study aims to examine the effect of the reinforcing bar detailing of reinforced concrete coupling beams on the behavior of structures through Pushover Analysis. While inducing the stiffness matrix of flat plate slabs and beam & column members with Fiber Model and Flexibility Linear Distribution Model applied, this study conducted modeling of share walls with a single linear element that has an elastic axial strain spring, an inelastic flexural spring and an inelastic shear spring, and to express the length of a shear wall, this study conducted modeling by using two virtual beams.
The stiffness of this virtual beam was calculated by comparing FEM with the macro-model. The coupling beam analytical model was modeled with a single linear element, and the linear element was composed of an elastic axial strain spring, an inelastic flexural spring and an inelastic shear spring. The model of a flat plate slab was made with a beam that has an effective width and is as thick as the slab. The inelastic flexural spring of shear walls, coupling beams and flat plate slabs was made by using Fiber Model that considers material properties and confinement effect, while the inelastic spring of shear walls was based on the equation suggested by Kabeyasawa and the shear strength equation of ACI318-08. The inelastic shear spring of conventional coupling beams was based on the equation suggested by Cheon Ju-hyun and the strength equation suggested by Watanabe, and the inelastic shear spring of diagonal coupling beams was made by referring to the shear strain of FEMA356 in addition to the equation suggested by Hindi. The flat plate slab joint was made by using the joint model developed by Hwang Bo-jin, Park Young-mi and Han Sang-hwan.
The lateral load was calculated in the way suggested by KBC2009 and applied to Pushover Analysis. As example structures, this study designed a total of 4 structures of 20 stories and 40 stories respectively by the reinforcing bar detailing and conducted Pushover Analysis. As a result of the analysis, the 20-story conventional coupling beam structure failed to satisfy the inter-story drift standard and the response modification factor, but the remaining structures all met all the standards. Besides, for the performance evaluation of every structure, this study used the displacement coefficient method suggested by FEMA356, and as a result of evaluating the performance level of every structure with the performance level evaluation method suggested by FEMA356 and KBC2016, this study found out that all the structures satisfied the life safety level.

1. 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용 2
1.3 연구방법 2
2. 해석모델 4
2.1 휨모멘트 ? 곡률 해석모델 4
2.1.1 응력-변형률 관계 4
2.1.2 Fiber model 4
2.1.3 삼선형 해석모델 6
2.2 전단력 - 전단변형 해석모델 6
2.2.1 전단벽 6
2.2.2 철근콘크리트 연결보 7
2.3 플랫플레이트 접합부 해석모델 7
2.3.1 플랫플레이트-기둥 접합부 7
2.3.2 플랫플레이트-전단벽 접합부 8
2.4 비탄성 부재 강성행렬 8
3. 철근콘크리트 전단벽 10
3.1 해석모델 10
3.2 해석모델 검증 12
3.3 3D 전단벽 검증 15
4. 철근콘크리트 연결보 18
4.1 일반배근 연결보 18
4.1.1 해석모델 18
4.1.2 해석모델 검증 20
4.2 대각배근 연결보 23
4.2.1 해석모델 23
4.2.2 해석모델 검증 25
5. 플랫플레이트 접합부 해석모델 28
5.1 플랫플레이트 슬래브 해석모델 28
5.2 플랫플레이트 ? 기둥 접합부 해석모델 29
5.2.1 해석모델 29
5.2.2 해석모델 검증 31
5.3 플랫플레이트 ? 전단벽 접합부 해석모델 35
5.3.1 해석모델 35
6. 구조설계 38
6.1 설계개요 38
6.2 설계하중 39
6.3 구조설계 결과 40
7. 전단벽 매크로모델 검증 45
7.1 모델링 45
7.1.1 매크로모델 45
7.1.2 유한요소모델 45
7.2 매크로모델 검증 46
7.2.1 층변위 46
7.2.2 부재 오차율 ? 횜모멘트 비 47
7.3 검증 결과 51
8. 비탄성 정적해석(푸쉬오버해석) 52
8.1 한계상태 53
8.1.1 구조해석 결과 53
8.1.2 설계계수 68
8.2 성능점 71
8.2.1 성능점 산정 71
8.2.2 구조해석 결과 73
9. 결론 81
참고문헌 83

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