KR100628538B1 - Anti-damage pc structure wall system which can ensure earthquake resistance capacity by dissipating seismic energy - Google Patents

Anti-damage pc structure wall system which can ensure earthquake resistance capacity by dissipating seismic energy Download PDF

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Abstract

본 발명은 PC 구조벽체 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 충분한 횡력저항성능 특히 내진성능 확보가 가능한 PC구조벽체 시스템에 관한 것이다. 구조벽체를 PC로 사용할 경우 접합부 성능에 한계가 있어 지금까지 PC 시스템의 건물에서도 구조벽체의 경우에는 RC로 시공하여 왔다. 그러나, PC 시스템에서의 RC 구조벽체 사용은 전체공기와 시공성에 불리한 요인으로 작용하는 문제점이 있엇다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PC structural wall system, and more particularly, to a PC structural wall system capable of ensuring sufficient lateral force resistance performance, particularly seismic performance. When the structural wall is used as a PC, there is a limit to the joint performance. Thus, the structural wall of the PC system has been constructed with RC. However, the use of RC structural walls in the PC system has a problem in that it is a disadvantage to the overall air and workability.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 조립식 공법에 있어서 기존 습식공법(RC 공법)으로 이루어지던 구조벽체를 PC화하여 조립시공함으로써 타부재와의 접합이 용이하고 시공의 효율성 및 정밀성이 향상되며, 공사기일이 감소되고 대형거푸집의 미사용으로 경제성을 향상시킬 수 있는 PC 구조벽체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 PC 구조벽체의 극한거동 특성을 반영한 에너지 소산을 극대화하여 내진성능이 확보되고, PC 단위벽체간 연결부에 별도의 철근 배근을 하지 않고도 충분한 강도를 발현할 수 있는 PC구조벽체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, in the prefabricated method by the construction of the structural wall body made of the conventional wet method (RC method) by PC and assembling construction and easy to join with the other members and the efficiency and precision of construction It is aimed to provide a PC structural wall which can be improved, the construction date is reduced, and the economic efficiency can be improved by not using the large formwork. In addition, the present invention provides a PC structural wall that can ensure sufficient seismic performance by maximizing energy dissipation reflecting the extreme behavior characteristics of the PC structural wall, and can express sufficient strength without additional reinforcement at the connection between the PC unit walls. It aims to do it.

이를 위해 본 발명은 프리캐스트 콘크리트(이하 'PC'라 함) 구조벽체에 있어서, PC로 제조되어 구조벽체로 조립설치되는 다수의 PC 단위벽체; 상기 PC 단위벽체간을 접착하는 고강도 몰탈; 상기 PC 단위벽체의 중앙부에 수직방향으로 삽입되어 포스트텐션을 가하는 포스트텐션 강봉; 및 상기 PC 단위벽체의 상하 접착면 양측에 부착고정되어 접착면에 발생되는 변형 에너지를 흡수하는 에너지 소산용 댐퍼 (damper)를 포함하는 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention is a precast concrete (hereinafter referred to as "PC") in the structural wall, a plurality of PC unit walls made of PC and assembled as a structural wall; High strength mortar for bonding between the PC unit wall; A post-tension steel rod inserted in the center of the PC unit wall in a vertical direction to apply post tension; And an energy dissipation damper attached to both sides of the upper and lower adhesive surfaces of the PC unit wall to absorb deformation energy generated on the adhesive surfaces.

본 발명에 따른 PC 구조벽체를 통해 PC 구조벽체의 접합부성능과 시공성 및 고층건물의 횡력저항성능이 확보되며, 이를 통해 공사의 전체 공기를 단축하고 건설현장의 경제성을 개선할 수 있는 이점이 있다. Through the PC structural wall according to the present invention, the joint performance and construction performance of the PC structural wall and the lateral resistance resistance of the high-rise building is secured, through which there is an advantage that can shorten the overall air of the construction and improve the economics of the construction site.

PC, 구조벽체, 내진성능, 횡력저항성능, 조립시공, 댐퍼 PC, Structural Wall, Seismic Performance, Lateral Force Resistance, Assembly, Damper

Description

에너지 소산을 통하여 내진성능확보가 가능한 손상방지형 프리케스트 콘크리트 구조벽체 시스템{anti-damage PC Structure Wall System which Can Ensure Earthquake Resistance Capacity by Dissipating Seismic Energy}Anti-damage PC Structure Wall System which Can Ensure Earthquake Resistance Capacity by Dissipating Seismic Energy

도1은 종래 RC 구조벽체 시스템의 시공과정을 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a construction process of a conventional RC structural wall system.

도2는 구조벽체의 거동특성을 도시한 것이다.2 shows the behavior of the structural wall.

도3은 PC 구조벽체의 파괴특성을 도시한 것이다.Fig. 3 shows the fracture characteristics of the PC structural wall.

도4는 내진설계 방법에 따른 지진하중 산정방법을 개략적으로 도시한 것이다. 4 schematically illustrates a seismic load calculation method according to the seismic design method.

도5는 구조물의 지진에너지 흡수량에 따른 등가감쇠계수의 산정방법을 도시한 것이다. 5 illustrates a method for calculating an equivalent damping coefficient according to the seismic energy absorption amount of the structure.

도6a는 본 발명의 일실시예에 따른 PC 구조벽체 시스템을 도시한 입면도이다. Fig. 6A is an elevation view showing a PC structural wall system according to an embodiment of the present invention.

도6b은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 PC 구조벽체 시스템을 도시한 입면도이다. Fig. 6B is an elevation view showing a PC structural wall system according to another embodiment of the present invention.

도7은 본 발명에 따른 PC 구조벽체 시스템의 휨강도발현 메커니즘을 도시한 개념도이다.7 is a conceptual diagram showing the flexural strength expression mechanism of the PC structural wall system according to the present invention.

도8은 본 발명에 따른 PC 구조벽체의 손상방지 메커니즘을 나타낸 개념도이다.8 is a conceptual diagram showing a damage prevention mechanism of the PC structural wall according to the present invention.

도9는 본 발명에 따른 PC 구조벽체 시스템의 시공과정을 도시한 사시도이다.9 is a perspective view showing the construction process of the PC structural wall system according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : PC 단위벽체 20 : 고강도 몰탈10 PC unit wall 20 High strength mortar

30 : 프리스트레스 강봉 40, 40': 에너지 소산형 댐퍼30: prestressed steel bar 40, 40 ': energy dissipation damper

42 : 고정철물 43 : 보강철물42: fixed hardware 43: reinforcement

본 발명은 PC 구조벽체 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 충분한 횡력저항성능 특히 내진성능 확보가 가능한 PC 구조벽체 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PC structural wall system, and more particularly, to a PC structural wall system capable of securing sufficient lateral force resistance performance, particularly seismic performance.

콘크리트 건축공사에 있어서 현장형 습식공법(RC 공법)은 거푸집작업, 철근배근작업, 콘크리트타설, 거푸집 해체 등의 공정이 현장에서 이루어짐으로 인하여 많은 노동력과 상당한 공사기간을 요하는 문제 외에도 현장작업으로 인한 소음발생, 폐자재발생 등의 환경문제 또한 심각하다고 할 수 있다. 아울러 최근 인건비 증가, 숙련공 부족, 금융비용 상승 등으로 인하여 건축공사에 있어서 공기단축의 필요성은 점차적으로 증가되고 있다. In the concrete construction construction, the site wet method (RC method) is not only a problem that requires a lot of labor and considerable construction period, but also works such as formwork, reinforcement, concrete placement, and dismantling. Environmental problems such as noise generation and waste materials generation are also serious. In addition, the recent increase in labor costs, shortage of skilled workers, and rising financial costs have increased the necessity of air shortening in building construction.

그림 1은 종래 RC 구조벽체 시스템의 시공과정을 도시한 사시도이다. 보통 타워형 건축구조물에서 구조벽체(1)는 건물의 중앙부 계단실, 설비라인에 건설된다. 구조벽체를 건물중앙부에 설치하는 이유는 구조벽체가 구조적으로 볼 때, 바람이나 지진과 같은 횡하중에 가장 효율적으로 저항하는 부재이기 때문이다. 그런데 구조벽체는 다른 구조부재(기둥, 보, 슬래브)보다 층당건설공기가 많이 소요되기 때문에 종래 RC 구조벽체(1)의 경우 그림 1과 같이 대형거푸집(2)을 이용하여 벽체를 선시공한 후에 다른 구조부재가 후시공되는 시공방식을 일반적으로 사용하게 된다. 하지만 이러한 대형거푸집(2)을 이용한 RC 벽체 선시공 공법에서는 다음과 같은 문제점이 있다.Figure 1 is a perspective view showing the construction process of a conventional RC structural wall system. Usually, in the tower-type building structure, the structural wall 1 is constructed in the central staircase of the building, the equipment line. The reason why the structural wall is installed in the center of the building is that the structural wall is a member that most effectively resists lateral loads such as wind and earthquake. However, since the structural wall requires more construction air per floor than other structural members (columns, beams, slabs), the conventional RC structural wall (1) uses a large formwork (2) as shown in FIG. Construction methods are generally used in which the structural members are post-installed. However, the RC wall pre-construction method using such a large formwork (2) has the following problems.

첫째, 대형거푸집(2)을 이용하여 벽체를 선시공할 경우, 층당 벽체시공기간이 대략적으로 5일 정도 걸리게 된다. 그런데 최근 다른 구조부재(기둥, 보, 슬래브)는 시공방법의 발전으로 인하여 층당시공기간이 2일 정도로 단축되었다. 따라서 벽체를 선시공한다 할지라도 다른 부재와의 시공속도를 맞추기가 어려워 RC 구조벽체의 사용은 전체시스템 공기단축에 한계가 있으며, 이러한 이유에서 벽체시공기간을 단축시키는 방법을 개발할 필요성이 점차 증대되고 있다. First, when the wall is constructed using the large formwork (2), the wall construction period per floor takes about 5 days. Recently, however, other structural members (columns, beams, slabs) have been shortened by 2 days due to the development of construction methods. Therefore, it is difficult to match the construction speed with other members even if the walls are pre-installed, so the use of RC structural walls has a limitation in shortening the overall system air. For this reason, the necessity of developing a method for shortening the wall construction period is increasing. .

둘째, 대형거푸집(2)을 이용하여 벽체를 선시공할 경우, 벽체와 다른 구조부재(보, 슬래브)와의 접합이 복잡하고 어려워진다. 일반적으로 선시공된 벽체와 다른 부재의 연결은 다음과 같은 방식으로 수행된다. Second, when constructing the wall using the large formwork (2), the joining of the wall and other structural members (beams, slabs) is complicated and difficult. In general, the connection of the pre-built wall with other members is carried out in the following manner.

a) 벽체 +슬래브 --> 할펜박스를 이용하여 벽체에 철근이음 a) Reinforcement to the wall using wall + slab-> Hallpen box

b) 벽체 + RC보 --> 커플러를 이용하여 벽체에 철근이음 b) Wall + RC beam-> Reinforcement to wall using coupler

c) 벽체 +철골보 --> 스틸플레이트를 이용하여 벽체에 연결  c) Wall + steel frame-> connection to the wall using steel plate

하지만 이러한 연결방식은 상기한 바와 같이 할펜박스, 커플러, 스틸플레이트를 벽체에 미리 설치해야 하는 번거로움이 있으며, 벽체에 상기 철물들을 설치하므로 인해 층당벽체시공기간의 단축이 어려워지는 문제점이 있다. 또한 상기 철물들을 현장설치함으로 정밀도에도 한계를 가질 수 밖에 없으며, 상기 철물들이 부정확한 위치에 설치될 경우 후시공되는 부재(슬래브, RC보, 철골보)와의 연결에도 큰 애로가 발생하게 된다. However, such a connection method has a problem in that the pen box, coupler, and steel plate must be installed in advance on the wall as described above, and the installation of the hardware on the wall makes it difficult to shorten the construction period per floor. In addition, the installation of the hardware inevitably has a limit in precision, and when the hardware is installed in an incorrect position, a great difficulty occurs in connection with post-installed members (slab, RC beam, steel frame beam).

셋째, 대형거푸집(2)을 사용함으로써 비용이 크게 증가한다. 현재 벽체시공을 위한 대형거푸집은 대부분 외국기술에 의존하는 실정으로 대형거푸집을 사용할 경우, 기술료 및 시공비 등이 증가하여 공사비 증가로 이어진다. Third, the cost is greatly increased by using the large formwork (2). Currently, large formwork for wall construction is mostly dependent on foreign technology, and when large formwork is used, technical fees and construction costs increase, leading to an increase in construction costs.

따라서 상기 대형거푸집(2)을 사용하지 않으면서 현장작업을 최소화하고 공사품질을 보장하는 동시에 공기를 단축시키고자 하는 노력이 진행되고 있으며, 이에 가장 부합하는 건축공사 방법으로 조립식 공법에 의한 프리캐스트 콘크리트(Precast concrete, 이하 'PC'라 함)의 활용이 주목되고 있다. Therefore, efforts are being made to minimize the on-site work and to guarantee the construction quality while reducing the air without using the large formwork (2), and precast concrete by the prefabricated construction method as the construction method most suitable to this. (Precast concrete, hereinafter referred to as 'PC') is attracting attention.

그러나, 상기 PC에 의한 조립식 공법은 지진과 같은 횡력에 대한 저항성능이 떨어지는 것으로 알려져 왔으며, 특히 구조벽체를 PC 공법으로 시공할 경우에는 접합부 성능의 한계로 인하여 내진성능에 문제가 발생하는 것으로 알려져 현재까지도 대부분의 건물들의 경우 구조벽체를 RC 공법으로 시공하고 있는 실정이다. However, the prefabricated method by PC has been known to have low resistance to lateral forces such as earthquakes, and especially when the structural wall is constructed by the PC method, it is known that problems with seismic performance occur due to the limitation of the joint performance. Even in the case of most buildings, structural walls are being constructed by the RC method.

아울러 상기와 같은 이유로 인해 PC 시스템으로 시공되는 건물에서조차 구조벽체의 경우에는 RC 공법으로 시공하는 경우가 많은데, 이렇게 PC 시스템에서의 RC 구조벽체 사용은 전체공기와 시공성에 불리한 요인으로 작용하게 된다. 즉, 구조벽체는 고층건물의 주요 횡력저항요소로서 시공하는 데에 비교적 많은 시간이 소비되어 전체 공기에 미치는 영향이 크다고 할 수 있는데, 현재와 같이 RC로 구조벽체를 시공할 경우에는 그만큼 전체 건물시스템의 공기단축에 한계를 가질 수 밖에 없게 된다.In addition, even in a building constructed as a PC system for the above reasons, structural walls are often constructed by the RC construction method. Thus, the use of RC structural walls in a PC system is a detrimental factor for overall air and workability. In other words, the structural wall is a major lateral resistance element of high-rise buildings, and it takes a relatively long time to construct. Therefore, when the structural wall is constructed with RC, the entire building system There is no choice but to limit the air shortening.

따라서, 건물의 구조벽체로 시공성과 공기단축에 유리한 PC 시스템을 적용하되, PC 구조벽체가 고층건물의 구조벽체로서의 성능을 확보할 수 있도록 PC 구조벽체의 횡력저항성능, 특히 내진성능을 개선할 필요성이 요구된다. Therefore, it is necessary to improve the lateral force resistance performance, especially the seismic performance of the PC structural wall so that the PC system, which is advantageous in construction and air shortening, can be used as the structural wall of the building. Is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 조립식 공법에 있어서 기존 습식공법(RC 공법)으로 이루어지던 구조벽체를 PC화하여 조립시공함으로써 타부재와의 접합이 용이하고 시공의 효율성 및 정밀성이 향상되며, 공사기일이 감소되고 대형거푸집의 미사용으로 경제성을 향상시킬 수 있는 PC 구조벽체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, in the prefabricated method by the construction of the structural wall body made of the conventional wet method (RC method) by PC and assembling construction and easy to join with the other members and the efficiency and precision of construction It is aimed to provide a PC structural wall which can be improved, the construction date is reduced, and the economic efficiency can be improved by not using the large formwork.

또한, 본 발명은 PC 구조벽체의 극한거동 특성을 반영한 에너지 소산을 극대화하여 내진성능이 확보되고, PC 단위벽체간 연결에 있어서 별도의 철근 배근을 하지 않고도 충분한 강도를 발현할 수 있는 PC구조벽체를 제공하는 것을 목적으로 한 다.In addition, the present invention maximizes the energy dissipation reflecting the extreme behavior characteristics of the PC structural wall to ensure the seismic performance, and PC structural wall that can express sufficient strength without additional reinforcement in the connection between PC unit walls It is intended to provide.

본 발명은 프리케스트 콘크리트(이하 'PC'라 함) 구조벽체에 있어서, PC로 제조되어 구조벽체로 조립설치되는 다수의 PC 단위벽체; 상기 PC 단위벽체간을 접착하는 고강도 몰탈; 상기 PC 단위벽체의 중앙부에 수직방향으로 삽입되어 포스트텐션을 가하는 포스트텐션 강봉; 및 상기 PC 단위벽체의 상하 접착면 양측에 부착고정되어 접착면에 발생되는 변형 에너지를 흡수하는 에너지 소산용 댐퍼(damper)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a precast concrete (hereinafter referred to as "PC") in the structural wall, a plurality of PC unit walls made of PC and assembled into a structural wall; High strength mortar for bonding between the PC unit wall; A post-tension steel rod inserted in the center of the PC unit wall in a vertical direction to apply post tension; And an energy dissipation damper attached to both sides of the upper and lower adhesive surfaces of the PC unit wall to absorb deformation energy generated at the adhesive surface.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 자세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도2는 구조벽체의 거동특성을 도시한 것이다. 지진이나 바람과 같은 횡하중에 저항하는 구조벽체는 도면에 도시된 바와 같이 벽체하부에서 가장 큰 모멘트를 받게 된다. 또한 지진에 효과적으로 저항하기 위해서는 벽체의 변형성능이 중요한데, 이또한 벽체 하부의 소성힌지 영역에서의 변형능력이 벽체의 변형성능을 좌우하게 된다. 따라서 구조벽체가 횡하중, 특히 지진에 대해서 안정적인 저항성능을 발휘하려면 벽체하부 소성힌지 영역이 충분한 강도와 변형성능을 발휘할 수 있어야 한다. 2 shows the behavior of the structural wall. Structural walls that resist lateral loads such as earthquakes or winds receive the greatest moments in the lower part of the wall, as shown in the figure. In addition, in order to effectively resist earthquakes, the deformation performance of the wall is important. Also, the deformation performance in the plastic hinge region of the lower part of the wall determines the deformation performance of the wall. Therefore, in order for structural walls to exhibit stable resistance against lateral loads, especially earthquakes, the plastic hinge region under the walls must be able to exhibit sufficient strength and deformation performance.

일반적인 성능실험결과 PC 구조벽체의 경우 RC 구조벽체보다 내진성능이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 그 이유는 벽체하부 부분에서 국부적인 파괴가 조기에 발생하기 때문이다. 도3은 PC 구조벽체의 파괴특성을 도시한 것으로, 도면에 도시된 PC 구조벽체는 PC 단위벽체 사이의 수직철근을 스플라이스 슬리브와 같은 연결철물로 연결하고 PC 단위벽체의 접합을 위하여 PC 단위벽체 사이를 그라우팅 처리(20, 고강도 몰탈)한 것이다. As a result of general performance test, PC structural walls are known to have lower seismic performance than RC structural walls. The reason is that local breakdown occurs prematurely in the lower part of the wall. Figure 3 shows the fracture characteristics of the PC structural wall, the PC structural wall shown in the figure is connected to the vertical reinforcing bar between the PC unit wall with the connecting hardware such as splice sleeve and PC unit wall for joining the PC unit wall The grouting process (20, high strength mortar) was carried out between them.

지진과 같은 횡하중이 구조벽체에 전달되면 벽체하부에 가장 큰 휨모멘트가 발생하게 된다. 이때, 최하단 접합부에서 국부적인 파괴가 발생한다. 특히, 일반적으로 단위벽체보다 그라우팅된 고강도 몰탈(20) 부분이 구조일체성이 부족한 바 벽체에서 충분한 강도를 발휘하기 전에 압축을 받는 고강도 몰탈(20')부분에서 조기파괴가 이루어진다. 이때 상기 압축을 받는 고강도 몰탈(20')부분은 압축력뿐만 아니라 전단력도 받게 되어 고강도 몰탈(20')의 조기 파괴가 가속화된다. 또한 접합부에서 국부적인 파괴가 발생하다보니 인장철근에 변형이 집중되어 벽체가 충분히 변형성능을 발휘할 수 없게 된다. When a lateral load such as an earthquake is transmitted to the structural wall, the greatest bending moment is generated under the wall. At this time, local breakdown occurs at the lowermost junction. In particular, the high-strength mortar (20) portion grouted than the unit wall generally lacks structural integrity bar premature destruction in the high-strength mortar (20 ') portion is subjected to compression before exerting sufficient strength in the wall. At this time, the high-strength mortar 20 'portion subjected to the compression receives not only the compressive force but also the shear force, thereby accelerating premature destruction of the high-strength mortar 20'. In addition, since local fracture occurs at the joint, deformation is concentrated in the reinforcing bar, so that the wall cannot exhibit sufficient deformation performance.

한편, RC 벽체의 경우에는 벽체하부에서 벽체 폭의 절반가량을 소성힌지영역으로 확보하여 변형이 넓은 영역에서 발생하며 이로 인하여 충분한 변형성능을 발휘하는 데 반하여, PC 구조벽체의 경우에는 충분한 변형성능을 발휘하지 못하여 내진성능에 문제가 발생할 수 있다. 따라서 PC 구조벽체가 안정적인 내진성능을 발휘하려면 RC 벽체 이상의 충분한 강도와 변형능력을 확보해야 하며 이를 위해서는 PC 구조벽체 하부가 충분한 강도와 변형성능을 발휘할 수 있어야 한다.On the other hand, in the case of RC wall, about half of the width of the wall is secured in the plastic hinge area in the lower part of the wall, so that deformation occurs in a wide area. Therefore, sufficient deformation performance is exhibited in the case of PC structural wall. Failure to do so may cause problems in seismic performance. Therefore, in order for the PC structural walls to exhibit stable seismic performance, sufficient strength and deformation capacity over RC walls must be secured. For this purpose, the lower part of the PC structural walls must be able to exhibit sufficient strength and deformation performance.

도4는 기존 내진설계방법(a)과 새로운 개념의 내진설계방법(b)에서 지진하중을 산정하는 방법을 대략적으로 나타낸 것이다. 기존 내진설계방법(Newmark and Hall Method, 도4a 참조)에서 지진하중과 직접적으로 비례하는 설계가속도(Sa)는 구조물의 주기(T)와 변형능력(μ)에 의해서 결정된다. 하지만 상기 방법은 구조물의 비선형특성을 정확하게 반영하지 못하여 내진안정성의 확보에 문제가 있다는 평가를 받아왔다. 4 schematically shows a method of estimating earthquake loads in the existing seismic design method (a) and the new concept of seismic design method (b). In the existing seismic design method (see Newmark and Hall Method, Fig. 4a), the design acceleration (S a ) directly proportional to the earthquake load is determined by the period (T) and the deformation capacity ( μ ) of the structure. However, the method has been evaluated as having a problem in securing seismic stability because it does not accurately reflect the nonlinear characteristics of the structure.

최근에는 구조물의 내진안정성 확보를 위해 성능스펙트럼방법(CSM, Capacity Spectrum Method), 직접변위설계방법(DDBD, Direct Displacement Based Design)과 같은 새로운 내진설계방법(도4b 참조)들이 개발되어 사용이 점진적으로 증가하는 추세이다. 이러한 새로운 내진설계방법들은 비선형특성을 정확히 반영하기 위하여 구조물의 변형능력(μ)과 주기(T) 뿐만이 아니라 에너지 소산능력을 설계가속도(Sa)산정에 반영한다. 이러한 새로운 설계방법들은 설계가속도(Sa)를 산정하는데 있어 에너지 소산능력을 반영하기 위하여 등가감쇠계수(ξ eq )를 도입하는데, 등가감쇠계수는 도5와 같이 지진에너지를 많이 흡수할 수 있는 건물(type B)에서는 큰 값을 가지고 에너지 흡수량이 크지 않은 건물(type C)에서는 작은 값을 가진다.Recently, in order to secure the seismic stability of structures, new seismic design methods (see Fig. 4b) such as Performance Spectrum Method (CSM) and Direct Displacement Based Design (DDBD) have been developed. The trend is increasing. These new seismic design methods reflect energy dissipation capacity (S a ) as well as the deformation capacity ( μ ) and period (T) of the structure to accurately reflect the nonlinear characteristics. These new design methods introduce an equivalent damping coefficient ( ξ eq ) to reflect the energy dissipation capacity in estimating the design acceleration (S a ). The equivalent damping coefficient is a building that can absorb a lot of seismic energy as It has a large value in (type B) and a small value in buildings (type C) where energy absorption is not large.

즉, 도4 및 도5에서 볼 수 있듯이 지진에너지 흡수량이 많은 건축구조물은 등가감쇠계수(ξ eq )가 커지게 되고, 등가감쇠계수(ξ eq )가 큰 구조물은 지진하중(설계가속도(Sa))가 작아지게 되어 안전한 내진성능을 발휘할 수 있다. 따라서 PC 구조벽체도 큰 에너지 소산량을 발휘하게 되면 상대적으로 작은 지진하중이 건물에 부과되어 안전한 내진성능을 확보할 수 있게 된다. That is, FIG. 4 and as seen in five building structures the seismic energy absorption number is an equivalent damping coefficient (ξ eq) becomes large, a large structure equivalent damping coefficient (ξ eq) are seismic loads (the design acceleration (S a )) Becomes smaller, so it can exhibit safe seismic performance. Therefore, when the PC structural wall also exhibits a large amount of energy dissipation, a relatively small earthquake load is imposed on the building to secure safe seismic performance.

도6a 및 도6b는 본 발명의 실시예에 따른 PC 구조벽체 시스템을 도시한 것으로, 상기한 PC 구조벽체의 거동특성 및 파괴특성과 내진설계 방법을 바탕으로 집중적인 변형이 발생하는 PC 구조벽체 하부를 보강하고 지진에너지를 소산할 수 있는 댐퍼를 설치하여 내진안정성을 확보할 수 있도록 개발된 것이다. 6A and 6B illustrate a PC structural wall system according to an embodiment of the present invention, wherein the PC structural wall lower portion of the PC structural wall in which intensive deformation occurs based on the behavior characteristics, the fracture characteristics, and the seismic design method described above. It was developed to secure the seismic stability by installing a damper that can reinforce and dissipate seismic energy.

이를 위해, 본 발명에 따른 PC 구조벽체 시스템은 PC로 제조되어 구조벽체로 조립설치되는 다수의 PC 단위벽체(10)와, 상기 PC 단위벽체(10)간을 접착하는 고강도 몰탈(20)과, 상기 PC 단위벽체(10)의 중앙부에 수직방향으로 삽입되어 포스트텐션을 가하는 포스트텐션 강봉(30); 및 상기 PC 단위벽체(10)의 상하 접착면 양측에 부착고정되어 접착면에 발생되는 반복변형을 에너지로 소산할 수 있는 에너지 소산용 댐퍼(40, 40')를 포함한다.To this end, the PC structural wall system according to the present invention comprises a plurality of PC unit walls 10, which are made of PC and assembled as a structural wall, high-strength mortar (20) for bonding between the PC unit wall (10), A post-tension steel bar 30 inserted in the center portion of the PC unit wall 10 in a vertical direction to apply post tension; And energy dissipation dampers 40 and 40 'that are fixed to both sides of the upper and lower adhesive surfaces of the PC unit wall 10 so as to dissipate the repeated deformation generated on the adhesive surfaces as energy.

상기 에너지 소산용 댐퍼(40, 40')는 지진과 같은 극한 상태에서 국부적이고 집중적인 변형이 발생하는 벽체 연결부, 특히 벽체하부 연결부위(도3 참조)의 양측에 설치되는 것으로, 주기하중의 지진하에서 소성상태의 인장변형과 압축변형을 통해 큰 지진에너지를 소산시킴으로써 PC 구조벽체의 지진에너지 소산성능 및 내진성능을 크게 향상시킨다(도7 참조).The energy dissipation dampers 40 and 40 'are installed at both sides of wall connection parts, in particular, wall connection parts (see FIG. 3) where local and intensive deformation occurs in an extreme condition such as an earthquake. By dissipating large seismic energy through tensile and compressive deformation of the plastic state, the seismic energy dissipation performance and the seismic performance of the PC structural wall are greatly improved (see FIG. 7).

이때, 상기 에너지 소산용 댐퍼(40, 40')는 반복변형으로 인한 지진에너지 흡수가 용이하도록 가로방향의 홈(41)이 다수개 형성된 판상(40)으로 형성되거나, 가운데가 잘록한(41') 막대판 형상(40')으로 형성되어, 상기 PC 단위벽체(10)의 전면 양측(도6a의 40) 또는 양측면(도6b의 40')에 고정철물(42)에 의해 부착고정된다. At this time, the energy dissipation dampers (40, 40 ') is formed of a plate 40 formed with a plurality of grooves 41 in the transverse direction to facilitate the absorption of seismic energy due to repeated deformation, or the center (41') It is formed in the shape of a bar plate 40 'and is fixed to the front side of the front surface of the PC unit wall 10 (40 in Fig. 6A) or both sides (40' in Fig. 6B) by the fixing hardware 42.

도6a에 도시된 바와 같이 상기 PC 단위벽체(10)의 전면 양측에 설치되는 상기 에너지 소산용 댐퍼(40, 40')는 가능한 큰 에너지 소산을 위한 것이며, 상기와 같이 벽체 전면에 댐퍼를 부착하기 힘든 경우 도6b에 도시된 바와 같이 상기 에너지 소산용 댐퍼(40, 40')를 상기 PC 단위벽체(10)의 양측면에 설치할 수 있다. 또한, 상기 PC 단위벽체(10)의 마구리면에는 보강철물(43)을 덧대어 상기 에너지 소산용 댐퍼(40, 40')의 설치시 상기 PC 단위벽체(10)의 마구리면이 손상되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 6A, the energy dissipation dampers 40 and 40 ′ installed on both sides of the front surface of the PC unit wall 10 are for as much energy dissipation as possible, and the damper is attached to the front surface of the wall as described above. In case of difficulty, as shown in FIG. 6B, the energy dissipation dampers 40 and 40 ′ may be installed on both sides of the PC unit wall 10. In addition, a reinforcing steel 43 is attached to the surface of the PC unit wall 10 to prevent the surface of the PC unit wall 10 from being damaged when the energy dissipation dampers 40 and 40 'are installed. It is desirable to.

상기 포스트텐션 강봉(30)은 조립시공된 PC 구조벽체의 중앙부에 삽입되어 포스트텐션을 가함으로써 PC 구조벽체의 변위회복(셀프센터링)과 강도발현 기능을 하게 된다.The post tension steel bar 30 is inserted into the center portion of the assembled PC structural wall to apply post tension to perform the function of displacement recovery (self-centering) and strength expression of the PC structural wall.

이하에서는, 도7 및 도8을 참조하여 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 강도발현 및 손상방지 메커니즘을 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to Figures 7 and 8 will be described in detail the strength expression and damage prevention mechanism of the present invention having the configuration as described above.

본 발명에 따른 PC 구조벽체 시스템은 일반 PC 구조벽체와는 다르게 PC 단위벽체 연결부에 별도의 철근 배근을 필요로 하지 않는다. 이렇게 개발된 PC 구조벽체의 강도발현 메커니즘은 도7과 같다. 일반적으로 지진하중 재하시, PC 구조벽체의 가장 취약한 부분은 벽체 최하부의 접합부이다. 이때, 벽체의 압축력은 상기 단위벽체(10)가 부담하게 되며 이에 상응하는 인장력은 벽체중앙에 삽입되어 있는 탄성상태의 상기 프리텐션 강봉(30)과 인장단부에 설치되어 있는 상기 에너지 소산용 댐퍼(40, 40')가 부담한다. 따라서 상기와 같은 인장력과 압축력의 대응으로 전체 PC 구조벽체는 휨강도를 발휘하게 된다. 개발된 PC 구조벽체는 단위벽체의 연결부 에 별도의 복잡한 철근 배근을 필요로 하지 않는다는 장점을 가진다. The PC structural wall system according to the present invention does not require a separate reinforcing bar in the PC unit wall connection unlike the general PC structural wall. The strength expression mechanism of the PC structural wall thus developed is shown in FIG. In general, in case of earthquake load, the weakest part of the PC structural wall is the junction of the lowest part of the wall. At this time, the compressive force of the wall is the burden on the unit wall (10) and the corresponding tensile force is the energy dissipation damper (30) installed in the tension end and the pre-tension steel rod 30 is inserted into the center of the wall ( 40, 40 '). Therefore, the entire PC structural wall exhibits flexural strength in response to the above tensile and compressive forces. The developed PC structural walls have the advantage that they do not require additional complicated reinforcement at the connection of unit walls.

한편, 전단력의 경우에는 도7의 압축대에서 부담하게 된다. 일반적으로 높이가 높은 벽체의 경우, 전단력이 상대적으로 크지 않아서 별도의 보강을 필요로 하지 않으나 높이가 높지 않은 벽체의 경우 전단력이 커질 수 있다. 이러한 경우를 대비하여, 상기 PC 단위벽체(10)는 상기 PC 단위벽체(10)의 상하단 중앙부에 상호 대응되는 요철(凹凸)을 형성하고 상기 요(凹)부가 위를 향하도록 결합(도6a 참조)하여 전단력에 대한 저항성 향상시키고, 아울러 시공을 용이하게 할 수 있다. On the other hand, in the case of the shear force is a burden in the compression band of FIG. In general, in the case of a wall with a high height, the shear force is relatively large and does not require additional reinforcement, but in the case of a wall that is not a high height, the shear force may be increased. In this case, the PC unit wall 10 is formed so that the upper and lower center portions of the PC unit wall 10 correspond to each other, and the concave portions are coupled upwards (see FIG. 6A). ), The resistance to shear force can be improved, and construction can be facilitated.

도8은 본 발명에 따른 PC 구조벽체의 손상방지 메커니즘을 나타낸 도면이다. 일반적으로 RC 구조벽체는 지진 이후에 벽체 자체에 손상을 입어 보수보강이 매우 힘든 경우가 많으며 소성변형이 심한 경우에는 사용성에 심각한 문제가 발생하여 건물을 철거해야만 하는 경우가 발생한다. 그러나, 본 발명의 PC 구조벽체는 지진 이후에 에너지 소산을 위한 상기 에너지 소산용 댐퍼(40, 40')에는 큰 소성변형이 발생하지만 상기 PC 단위벽체(10)나 중앙부 프리스트레스 강봉(30)은 탄성상태에 있어서 지진 이후에 본래형태로 복원된다. 따라서, 본 발명에 다른 PC 구조벽체 시스템은 지진거동 후 구조체 자체에는 손상이 없다 할 수 있으며, 추후 상기 에너지 소산용 댐퍼(40, 40')만을 교체함으로써 손쉽게 본 구조 시스템을 보수보강할 수 있다는 매우 큰 장점이 있다. 8 is a view showing a damage prevention mechanism of the PC structural wall according to the present invention. In general, RC structural walls are damaged by the wall itself after the earthquake, which is very difficult to repair and reinforcement. In the case of severe plastic deformation, serious problems in usability occur, and the building must be demolished. However, in the PC structural wall of the present invention, a large plastic deformation occurs in the energy dissipation dampers 40 and 40 'for dissipating energy after an earthquake, but the PC unit wall 10 or the central prestressed steel bar 30 is elastic. The state is restored to its original form after the earthquake. Therefore, the PC structural wall system according to the present invention can be said that there is no damage to the structure itself after the earthquake behavior, and it is very easy to reinforce the structure system later by replacing only the energy dissipation dampers 40 and 40 '. There is a big advantage.

도9는 본 발명에 따른 PC구조벽체 시스템의 시공과정을 도시한 것으로, 본 발명에 따른 PC 단위벽체(10)는 도면에 도시된 바와 같이 크레인 등을 이용하여 코어 등과 같은 고층건물의 구조벽체(100)를 조립식으로 시공할 수 있게 되며, 이로 인해 전체 PC 구조시스템의 공기를 획기적으로 단축할 수 있게 된다.9 is a view illustrating a construction process of a PC structural wall system according to the present invention. The PC unit wall 10 according to the present invention is a structural wall of a high-rise building such as a core using a crane or the like as shown in the drawing. 100) can be prefabricated, thereby significantly reducing the air of the entire PC structural system.

한편, 상술한 본 발명은 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 즉, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.On the other hand, the present invention described above has been described with respect to specific embodiments, of course, various modifications are possible without departing from the scope of the invention. That is, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.According to the present invention as described above, there is an advantage that the following effects can be obtained.

첫째, 건축구조물의 공기단축이 가능하다. 벽체를 PC화시켜 층별로 조립하는 방식을 택할 경우, 층당 벽체시공시간이 2일 정도로 기존 RC 구조벽체보다 현저히 감소하여 건축물의 시공기간을 줄일 수 있다. 또한 층당시공기간이 다른 구조부재와 동일해져서 벽체를 미리 시공해야 하는 번거로움이 없으며 공기에 대한 유연성을 확보할 수 있게 되는 효과가 있다.First, it is possible to shorten the air of building structures. If the wall is PC-assembled and assembled by floor, the wall construction time per floor is significantly reduced to 2 days, compared to the existing RC structural walls, which can reduce the construction period of the building. In addition, the construction period per floor is the same as other structural members, there is no hassle of having to construct the wall in advance, and there is an effect of ensuring flexibility for air.

둘째, 타부재와의 접합이 용이해진다. 타부재와의 접합을 위한 철물들을 공장에서 제작하기 때문에 시공오차가 줄어들어 시공이 용이해진다. 또한 공장제작으로 인한 접합철물의 품질안정에 따른 접합부성능의 안정화를 기대할 수 있다.Second, joining with other members becomes easy. Since the hardware is manufactured at the factory for the joining with other members, the construction error is reduced and construction is easy. In addition, it can be expected to stabilize the joint performance according to the quality stability of the joining hardware due to factory manufacturing.

셋째, 경제성이 확보된다. 대형거푸집 사용이 필요없게 되어 대형거푸집 미 사용으로 인한 비용절감효과가 기대된다. Third, economic feasibility is secured. It is not necessary to use large formwork, so it is expected to reduce the cost of using large formwork.

넷째, PC 구조벽체의 극한거동 특성을 반영한 에너지 소산을 극대화하여 내진성능이 확보되고, PC 단위벽체간 연결부에 별도의 철근 배근을 하지 않고도 충분한 강도를 발현할 수 있는 효과가 있다.Fourth, the seismic performance is secured by maximizing energy dissipation reflecting the extreme behavior characteristics of the PC structural walls, and sufficient strength can be expressed without additional reinforcing bars between the PC unit walls.

다섯째, 지진 이후 PC 구조벽체에 설치된 에너지 소산형 댐퍼만을 교체하여 구조체는 손상없이 용이하게 보수보강할 수 있는 효과가 있다. Fifth, by replacing only the energy dissipation type dampers installed in the PC structural wall after the earthquake, the structure can be easily repaired without damage.

Claims (3)

프리케스트 콘크리트(이하 'PC'라 함) 구조벽체에 있어서,In precast concrete (hereinafter referred to as "PC") structural walls, PC로 제조되어 구조벽체로 조립설치되는 다수의 PC 단위벽체;A plurality of PC unit walls manufactured by PC and assembled into structural walls; 상기 PC 단위벽체간을 접착하는 고강도 몰탈;High strength mortar for bonding between the PC unit wall; 상기 PC 단위벽체의 중앙부에 수직방향으로 삽입되어 포스트텐션을 가하는 포스트텐션 강봉; 및A post-tension steel rod inserted in the center of the PC unit wall in a vertical direction to apply post tension; And 상기 PC 단위벽체의 상하 접착면 양측에 부착고정되어 접착면에 발생되는 변형 에너지를 흡수하는 에너지 소산용 댐퍼(damper)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진성능확보가 가능한 에너지소산 및 손상방지형 PC 구조벽체 시스템 An energy dissipation and damage prevention type PC structure capable of ensuring seismic performance, comprising a damper for energy dissipation fixed to both sides of the upper and lower adhesive surfaces of the PC unit wall to absorb deformation energy generated on the adhesive surfaces. Wall system 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 PC 단위벽체는 The PC unit wall is 전단보강을 위하여 상기 PC 단위벽체의 상하단 중앙부에 상호 대응되는 요철(凹凸)을 형성하고 상기 요(凹)부가 위를 향하도록 결합하는 것을 특징으로 하는 내진성능확보가 가능한 에너지소산 및 손상방지형 PC 구조벽체 시스템Formed irregularities corresponding to the upper and lower center portions of the PC unit wall for shear reinforcement, and combined with the convex portion facing upwards, energy dissipation and damage prevention type PC capable of ensuring seismic performance Structural wall systems 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 에너지 소산용 댐퍼는The energy dissipation damper 인장 에너지에 대한 흡수가 용이하도록 가로방향의 홈이 다수개 형성된 판상으로 형성되거나, 가운데가 잘록한 막대판 형상으로 형성되어,To facilitate absorption of tensile energy, it is formed in a plate shape in which a plurality of horizontal grooves are formed, or in the shape of a bar plate with a narrow center, 상기 PC 단위벽체의 전면 양측 또는 양측면에 고정철물에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 내진성능확보가 가능한 에너지소산 및 손상방지형 PC 구조벽체 시스템Energy dissipation and damage prevention type PC structural wall system capable of securing seismic performance, characterized in that the fixing unit is attached to both sides or both sides of the front surface of the PC unit wall
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102644358A (en) * 2012-04-24 2012-08-22 清华大学 Steel coupling beam capable of being replaced after strong earthquake

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