KR101443312B1 - Method for designing a building structure and a building structure thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 토목건축구조물의 설계방법 및 그 설계방법에 의하여 제조된 토목건축구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고강도 부재를 활용하여 토목건축구조물의 내진성능을 향상시킬 수 있는 토목건축구조물의 설계방법 및 그 설계방법에 의하여 제조된 토목건축구조물 에 관한 것이다.The present invention relates to a method of designing a civil engineering building structure and a civil engineering building structure manufactured by the method. More particularly, the present invention relates to a method of designing a civil engineering building structure capable of improving seismic performance of civil engineering building structures And a civil engineering building structure manufactured by the designing method.
2000년대 초반부터 전 세계적으로 발생한 거대 지진의 피해는 지진 안전국으로 간주되어왔던 대한민국에까지 경각심을 불러일으켜, 다주택, 빌딩, 건물, 아파트 등과 같은 구조물을 지진으로부터 안전하게 보호하기 위한 대책으로 설계 시 내진설계(耐震設計)가 함께 이루어지고 있다. Since the early 2000s, damage to the earthquake has caused damage to the Republic of Korea, which has been regarded as a seismic safety agency. It is a measure to safeguard structures such as houses, buildings, buildings and apartments from earthquakes. Seismic design).
이러한 토목건축구조물의 내진성능을 향상시키기 위해, 가장 적용이 용이한 방법으로 구조부재(보, 기둥 등)의 사이즈를 키우는 구조물 부재 단면 보강 설계법이 있다. 그러나, 상기 종래의 구조물 부재 단면을 보강 설계하는 방법은, 부재 사이즈의 과다 설계 가능성이 높고, 특히 RC 구조물의 경우 과다 설계로 인한 자중증가로 P-Δ효과(P-delta effect)로 인한 2차 지진피해가 극대화 될 가능성이 높은 문제점이 있었다. In order to improve the seismic performance of such civil engineering building structures, there is a structure member section reinforcement design method which increases the size of structural members (beams, columns, etc.) by the easiest application method. However, the method of reinforcing and designing the cross-section of the conventional structure member has a high possibility of oversizing the member size. Especially, in case of the RC structure, due to the increase of the self-weight due to over design, There is a high possibility that the earthquake damage will be maximized.
또 다른, 건축구조물의 내진성능을 향상시키기 위한 방법으로, 댐퍼 등 내진장치를 적용하여 지진 시 건축구조물의 변위를 제어하는 기술이 있다. 이러한 기술의 예로 대한민국등록특허 제1011162호에는 구조물의 슬래브와 기둥 사이의 코너에 고정설치되는 내진보강장치와, 상기 내진보강장치의 수평 및 수직방향으로 구조물의 표면에 설치되는 프레임과, 상기 프레임에 고정설치되는 유압잭으로 구성된 하부판과, 상기 하부판에 삽입되는 강구와, 상기 강구의 상부에 밀착되는 상부판과, 상기 하부판과 상부판을 관통시켜 고정되는 고정핀으로 구성되며 강구의 외주면에 탄성체가 고정설치되는 내진보강장치를 이용한 구조물 내진보강공법이 개시된 바 있다. Another technique for improving the seismic performance of a building structure is to apply a seismic device such as a damper to control the displacement of a building structure during an earthquake. An example of such a technique is disclosed in Korean Patent No. 1011162, which includes an earthquake-reinforcement device fixedly installed at a corner between a slab and a column of a structure, a frame installed on the surface of the structure in the horizontal and vertical directions of the earthquake- A steel plate inserted into the lower plate, an upper plate closely attached to the upper portion of the steel ball, and a fixing pin fixed through the lower plate and the upper plate, wherein the elastic body is fixed to the outer peripheral surface of the steel ball A seismic retrofitting method using a seismic retrofitting apparatus is disclosed.
하지만, 상기한 댐퍼 등과 같은 내진장치를 이용하여 토목건축구조물의 변위를 제어하는 기술은 설계 및 해석 시 투입 시간이 과다하고, 적용 시 전문기술이 필요할 뿐만 아니라 댐퍼 종류에 따라 국내기술 적용이 불가한 문제점이 있었다. However, the technique of controlling the displacement of the civil engineering building structure by using the above-mentioned vibration damper or the like is excessive in the time of designing and analyzing, and the technical expertise is required when applying the damper. There was a problem.
즉, 종래의 내진성능을 향상시키기 위한 건축물의 설계방법은, 부재 사이즈를 필요이상으로 과다하게 설계할 가능성이 높을 뿐만 아니라 이로 인한 자중 증가로 인하여 오히려 붕괴위험이 높아지는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 댐퍼 등 내진장치를 부가하는 경우는 이러한 내진장치로 인하여 비용증가가 발생함은 물론, 해석 및 설계 시 투입되는 시간이 늘어날 뿐만 아니라, 내진장치와 같은 고도의 기술력에 대응하여 국내기술 적용이 원활하지 못한 문제점이 있었다. In other words, there is a problem that the design method of a building for improving the seismic performance of the related art has a high possibility of designing the member size excessively more than necessary, and in addition, the risk of collapse increases due to the increase of the self weight. In addition, in the case of adding a conventional earthquake-proof device such as a damper, cost increases due to the earthquake-proof device, time required for analysis and design is increased, There is a problem that the application is not smooth.
본 발명은, 토목건축구조물에 적용되는 부재의 사이즈를 증가할 필요 없이 부재항복(탄성항복) 후에도 토목건축구조물 자체의 강도/강성을 유지하게 하며, 해석 및 설계 시간을 단축시킬 수 있어 효율성 및 경제성을 향상시킬 뿐만 아니라, 설계적용이 용이한 토목건축구조물의 설계방법 및 그 설계방법에 의하여 제조된 토목건축구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention can maintain the strength / rigidity of the civil engineering building structure itself even after the member yielding (elastic yielding) without increasing the size of the member applied to the civil engineering building structure, and shorten the analysis and design time, And to provide a civil engineering building structure that can be easily applied to a design and a civil engineering building structure manufactured by the method.
본 발명의 제1측면에 의하면, 본 발명은 가해지는 지진파에 대하여 토목건축구조물의 자중과 수평하중에 의한 수평변위로 발생되는 P-Δ효과(P-delta effect)를 고려하여, 상기 토목건축구조물의 소성 후 강성저하가 발생하는 강성저하부분을 분석하는 단계 및 상기 강성저하부분에 대응하여 상기 토목건축구조물에 일반강도 부재와 상기 일반강도 부재보다 높은 항복 응력을 갖고 있는 고강도 부재를 복합적으로 적용하는 복합적용단계를 포함하는 토목건축구조물의 설계방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, in consideration of a P-delta effect (P-delta effect) generated by a horizontal displacement due to a self weight and a horizontal load of a civil engineering building structure with respect to an applied seismic wave, And a high-strength member having a higher yield stress than the general strength member in the civil engineering building structure correspondingly to the reduced stiffness portion, The present invention provides a method of designing a civil engineering building structure including a composite application step.
또한, 본 발명의 제2측면에 의하면, 본 발명은 비선형 정적증분하중해석을 통하여 토목건축구조물의 내진성능 강화필요여부를 판단하는 단계, 상기 토목건축구조물에 내진성능 강화가 필요하다고 판단되면, 가해지는 지진파에 대하여 상기 토목건축구조물의 자중과 수평하중에 의한 상기 토목건축구조물의 무게중심에서부터의 수평변위로 발생되는 P-Δ 효과(P-delta effect)를 고려하여 상기 토목건축구조물에서 기준 층간변형각에서의 강성저하를 분석하는 단계, 상기 기준 층간변형각에서의 강성저하가 발생하면 소성 후 강성저하가 발생하는 강성저하층을 분석하는 단계, 분석된 상기 강성저하층을 고려하여 상기 토목건축구조물의 부재강도 및 층강성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 지연유도부위를 결정하는 단계, 상기 지연유도부위에 고강도 부재를 적용하고 상기 지연유도부위를 제외한 상기 토목건축구조물의 나머지 부위에 상기 고강도 부재보다 항복강도가 낮은 일반강도 부재를 복합적으로 복합 적용하는 단계 및 상기 토목건축구조물에 상기 고강도 부재와 상기 일반강도 부재를 복합적용한 후 상기 비선형 정적증분하중해석을 다시 실시하여 내진성능 강화필요여부를 다시 판단하는 단계를 포함하는 토목건축구조물의 설계방법을 제공한다. According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for evaluating the earthquake resistance of a civil engineering building structure, comprising the steps of: determining whether the earthquake-proofing performance of the civil engineering building structure is required to be improved through nonlinear static incremental load analysis; (P-delta effect) generated by horizontal displacement of the civil engineering building structure from the center of gravity of the civil engineering building structure due to the self-weight of the civil engineering building structure and the horizontal load on the earthquake- Analyzing the stiffness degradation at the angle, analyzing the stiffness-lowering layer where the stiffness degradation occurs after the firing if the stiffness degradation at the reference interstory deformation angle occurs, and analyzing the stiffness- Determining a delay inducing portion capable of preventing the member strength and the layer stiffness of the member from being lowered, And a general strength member having a lower yielding strength than that of the high strength member is applied to the remaining portion of the civil engineering building structure excluding the delay inducing portion, And performing the nonlinear static incremental load analysis again after the combined application to determine whether the seismic performance enhancement is necessary again.
또한, 본 발명의 제3측면에 의하면, 본 발명은 가해지는 지진파에 대하여 토목건축구조물의 자중과 수평하중에 의한 수평변위로 발생되는 P-Δ효과(P-delta effect)를 고려하여 분석된 상기 토목건축구조물의 소성화 후 강성저하가 발생하는 강성저하부분에 대응하여, 상기 토목건축구조물에 일반강도 부재와 상기 일반강도 부재보다 항복 응력이 높은 고강도 부재를 복합적으로 적용하여 제조된 토목건축구조물을 제공한다.According to a third aspect of the present invention, there is provided an earthquake-resistant structure for a civil engineering building structure, which is analyzed in consideration of a P-delta effect (P-delta effect) generated by horizontal displacement due to self- In response to a decrease in the rigidity of the civil engineering building structure resulting from the reduction in rigidity, the civil engineering building structure is manufactured by applying a general strength member and a high strength member having a higher yield stress than the general strength member to the civil engineering building structure to provide.
본 발명에 따른 토목건축구조물의 설계방법 및 그 설계방법에 의하여 제조된 토목건축구조물은 다음과 같은 효과를 제공한다.The civil engineering building structure according to the present invention provides the following effects.
첫째, 고강도 부재를 토목건축구조물에 경제적/합리적으로 필요한 부분에 적절하게 배치함으로써 골조부재 사이즈를 증가시키지 않고도 토목건축구조물의 강도 및 강성저하를 방지할 수 있으며, 자중증가로 인한 P-Δ효과로 인한 붕괴위험을 방지할 수 있어 내진성능을 향상시킬 수 있다. First, it is possible to prevent the strength and stiffness of the civil engineering building structure from being deteriorated without increasing the size of the frame member by appropriately arranging the high-strength member in the economically / reasonably required portion of the civil engineering building structure. So that the seismic performance can be improved.
둘째, P-Δ효과를 고려함에 있어 기존의 비선형 시간이력해석보다 해석 시간이 월등히 적은 비선형 정적증분하중해석을 실시하여 설계 및 해석 시 투입되는 시간을 줄일 수 있어, 작업성 및 경제성을 향상시킬 수 있다. Secondly, the nonlinear static incremental load analysis, which has much less analysis time than the existing nonlinear time history analysis, can be used to consider the P-Δ effect, thereby reducing the time spent in design and analysis, have.
셋째, 댐퍼 등과 같은 고도의 기술력을 갖는 부가적인 내진장치를 사용할 필요가 없어 구조가 간단하고 경제적이다. Third, there is no need to use an additional seismic device having a high technology such as a damper, so that the structure is simple and economical.
넷째, 적용에 있어 구조 설계자가 구조물 또는 건축물을 구성하는 부재의 탄성-비탄성 성질만 정확하게 이해하고 있으면 용이하게 구현할 수 있다.Fourth, it can be easily implemented if the structural designer understands only the elastic-inelastic nature of the members constituting the structure or the structure.
다섯째, 골조사이즈를 증가시키지 않고도 골조 그 자체를 이용하여 토목건축구조물의 내진성능을 향상시킬 수 있기 때문에, 더 많은 공간과 미관성을 확보할 수 있다. Fifth, since the seismic performance of the civil engineering building structure can be improved by using the frame itself without increasing the frame size, more space and beauty can be ensured.
여섯째, 내진 및 면진댐퍼와 같은 기술 적용에 비하여 구조설계자가 쉽게 이해 및 적용이 가능하다. Sixth, structural designers can easily understand and apply the technology compared to applications such as seismic and seismic damper.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 토목건축구조물의 설계방법을 나타내는 절차도이다.
도 2는 도 1의 토목건축구조물에서 층 소성화에 따른 변형집중현상이론을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 토목건축구조물의 설계방법을 실시하기 위한 기본모델을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 기본모델에 대하여 비선형 정적증분하중해석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 3의 기본모델에 비선형 시간이력해석을 시행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 도 5의 비선형 시간이력해석 결과 중 5층과 15층의 복원력 이력을 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1의 토목건축구조물의 설계방법에서 토목건축구조물의 혼용모델을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 혼용모델의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 8 및 도 9의 각 혼용모델의 복원력특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 8 및 도 9의 각 혼용모델의 P-Δ효과를 고려한 각 층 비선형 정적증분해석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 8 및 도 9의 각 혼용모델의 비선형 시간이력해석을 수행한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 도 8의 혼용모델에 증폭파를 적용하였을 경우 복원력 특성을 나타낸 그래프이다.
도 14는 도 9의 혼용모델에 증폭파를 적용하였을 경우 복원력 특성을 나타낸 그래프이다. 1 is a flowchart illustrating a method of designing a civil engineering building structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the theory of deformation concentration phenomenon according to layer plasticization in the civil engineering building structure of FIG.
3 is a view showing a basic model for implementing the designing method of the civil engineering building structure of FIG.
4 is a graph showing a nonlinear static incremental load analysis result for the basic model of FIG.
5 is a graph showing a result of performing a nonlinear time history analysis on the basic model of FIG.
FIGS. 6 and 7 are graphs showing the restoration history histories of the fifth and fifteenth layers of the nonlinear time history analysis results of FIG.
8 is a view showing a mixed model of civil engineering building structures in the method of designing the civil engineering building structure of FIG.
9 is a view showing another embodiment of the mixed model of FIG.
FIG. 10 is a graph showing the restoring force characteristics of the hybrid models shown in FIGS. 8 and 9. FIG.
FIG. 11 is a graph showing the results of the nonlinear static incremental analysis of each layer considering the P-delta effect of the hybrid models of FIGS. 8 and 9. FIG.
FIG. 12 is a graph showing the results of performing nonlinear time history analysis of the mixed models of FIGS. 8 and 9.
13 is a graph showing a restoring force characteristic when an amplified wave is applied to the hybrid model of FIG.
14 is a graph showing a restoring force characteristic when an amplification wave is applied to the hybrid model of FIG.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토목건축구조물의 설계방법은, 강성저하부분을 해석하는 단계(S10)와, 복합적용하는 단계(S20)를 포함함을 알 수 있다. 여기서, 상기 강성저하부분을 해석하는 단계(S10)는, 정적증분하중해석을 실시하는 단계(S11)와, 강성저하를 분석하는 단계(S12)와, 강성저하층을 분석하는 단계(S13)와, 지연유도부위를 결정하는 단계(S14)를 포함한다.First, referring to FIG. 1, it can be seen that the method of designing civil engineering building structure according to the embodiment of the present invention includes the step of analyzing the stiffness reduction part (S10) and the step of applying the composite structure (S20). The step of analyzing the stiffness degradation portion (S10) includes a step (S11) of performing a static incremental load analysis, a step (S12) of analyzing a decrease in stiffness, a step (S13) of analyzing a stiffness reduction layer , And determining a delayed guiding site (S14).
상기 정적증분하중해석을 실시하는 단계(S11)는, 상기 토목건축구조물의 내진성능 강화필요여부를 판단하기 위하여 실시하는 것으로서, 공지의 비선형 정적증분하중해석(Push-over 해석)을 이용하여 상기 토목건축구조물의 구조해석을 실시하는 단계이다. 한편, 상기 토목건축구조물의 설계방법은 구조해석을 함에 있어 상기 비선형 정적증분하중해석을 실시하는 것을 실시예로 하였으나, 이는 바람직한 실시예로 상기한 목적을 달성할 수 있다면 상기 비선형 정적증분하중해석 외에 구조해석을 사용할 수 있음은 물론이다. The step of performing the static incremental load analysis S11 is carried out to determine whether the earthquake-proofing performance of the civil engineering building structure is required or not, and it is possible to use the known nonlinear static incremental load analysis (push-over analysis) This is the stage of structural analysis of the building structure. Meanwhile, the non-linear static incremental load analysis is performed in the structural analysis of the civil engineering building structure. However, the present invention is not limited to the nonlinear static incremental load analysis, It goes without saying that structural analysis can be used.
한편, 상기한 비선형 정적증분하중해석을 통한 분석방법은, 기존의 건축구조물의 설계 시에 사용되던 비선형 시간이력해석(Non-linear Time History Analysis)과 비교하여 해석시간 및 소요노력 등을 저감시킬 수 있기 때문에 설계의 편리함은 물론 경제적인 장점을 제공할 수 있으며, 후술되는 P-Δ효과까지 고려한다면 그 해석시간이 상당한 비선형 시간이력해석과 비교하여 해석시간 및 노력을 상당히 경감시킬 수 있다. Meanwhile, the analysis method using the nonlinear static incremental load analysis can reduce the analysis time and effort compared with the non-linear time history analysis used in the design of the existing building structure It is possible to provide economical advantages as well as design convenience. Considering the P-Δ effect described later, the analysis time and labor can be considerably reduced compared with the nonlinear time history analysis, which is considerable.
상기 강성저하를 분석하는 단계(S12)는, 상기 비선형 정적증분하중해석을 통하여 토목건축구조물에 내진성능 강화가 필요하다고 판단되면, 가해지는 지진파에 대하여 P-Δ효과(P-delta effect)를 고려하여 상기 토목건축구조물에서 기준 층간변형각에서의 건물 강성저하를 분석하는 단계이다. The step of analyzing the stiffness degradation (S12) may include considering the P-delta effect on the applied seismic waves when it is determined that the seismic performance enhancement is required for the civil engineering building structure through the nonlinear static incremental load analysis And analyzing a decrease in the building rigidity at the inter-base deformation angle in the civil engineering building structure.
여기서, 상기 P-Δ효과는, 수평하중에 의한 무게중심에서부터의 수평변위(delta)와 건물자중(P)으로 발생되는 부가적 모멘트 하중효과를 나타낸 것으로서, 고층/초고층 건물의 경우 지진세기 증가와 함께 높이에 따라 구조물의 수평변위가 증가하여 P-Δ효과가 무시하지 못할 정도로 나타날 가능성이 높다. P-Δ효과는 비선형 시간이력해석을 통하여 가장 현실적으로 예측할 수 있으나 해석 시 전문적인 기술이 요구되는 문제점이 있다. 또한, 내진성능 향상기술 중 가장 일반적으로 쓰이는 내진장치를 이용한 향상 기술은 지진에 의한 수평변위를 어느 정도 감소시켜 P-Δ효과를 억제할 수 있을지 모르나 댐퍼 용량에 따라 일정 범위를 넘어선 수평하중은 제어할 수 없으며 층강성 저하와 함께 P-Δ효과로 인한 건축물 붕괴 위험을 방지할 수 없는 문제점이 있다. 상기한 P-Δ효과는 건축학 설계에서 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. Here, the P-delta effect shows the additional moment load effect generated by the horizontal displacement (delta) and the building weight (P) from the center of gravity due to the horizontal load. In the case of the high / The horizontal displacement of the structure increases along with the height, so that the P-Δ effect is likely to be ignored. The P-Δ effect can be predicted most realistically through the analysis of nonlinear time history, but there is a problem that specialized technique is required in the analysis. In addition, the improvement technique using the most commonly used seismic resistance device among the seismic performance enhancement techniques may reduce the horizontal displacement by the earthquake to some extent to suppress the P-Δ effect. However, the horizontal load exceeding a certain range depends on the damper capacity There is a problem that the risk of collapse of the building due to the P-delta effect can not be prevented along with the decrease in the stiffness of the floor. The above-described P-delta effect is a technique known in the architectural design, and thus a detailed description thereof will be omitted.
상기 강성저하층을 분석하는 단계(S13)는, 상기 기준 층간변형각에서의 강성저하가 발생하면 소성 후 강성저하가 발생하는 강성저하층을 분석하는 단계이다. 이때 기준층간변형각 기준은 KBC(Korea building code)를 기준으로 한다. 또한, 상기 토목건축구조물의 소성은 거대 지진이 발생할 경우 부재의 소성화 현상으로 인하여 고층건물의 수평강성이 저하되는 현상을 나타낸다.The step of analyzing the stiffness-lowering layer (S13) is a step of analyzing the stiffness-lowering layer where a decrease in stiffness after firing occurs when the stiffness degradation at the reference inter-layer deformation angle occurs. At this time, the standard deviation between reference layers is based on Korea building code (KBC). In addition, the firing of the civil engineering building structure shows a phenomenon in which the horizontal stiffness of a high-rise building is deteriorated due to plasticization of a member when a large earthquake occurs.
이후, 상기 소성 후 강성저하가 발생하는 강성저하층이 분석되면, 상기 강성저하층에서 상기 토목건축구조물의 부재강도 및 층강성 저하를 방지할 수 있는 지연유도부위를 결정한다(S14).Thereafter, when the stiffness-lowering layer in which the stiffness degradation occurs after the firing is analyzed, a delay inducing portion capable of preventing member strength and layer stiffness degradation of the civil engineering building structure in the stiffness-lowering layer is determined (S14).
이하, 상기 지연유도부위에 대하여 살펴보기로 한다. 먼저, 상기 지연유도부위는, 제1실시예로 토목건축구조물의 전체층에 대하여 상기 강성저하층에서 최하층까지의 범위이다.Hereinafter, the delay inducing part will be described. First, the delay inducing portion is the range from the stiffness reducing layer to the lowermost layer with respect to all layers of the civil engineering building structure according to the first embodiment.
또한, 제2실시예로 상기 지연유도부위는, 상기 토목건축구조물에서 중앙골조부에 해당하는 중앙코어부이며, 이때 상기 중앙코어부는 상기 토목건축구조물의 전층에 걸쳐 형성된다.In addition, in the second embodiment, the delay inducing portion is a central core portion corresponding to a central frame portion in the civil engineering building structure, and the central core portion is formed over the entire floor of the civil engineering building structure.
또한, 제3실시예로 상기 지연유도부위는, 토목건축구조물의 전체층에 대하여 상기 강성저하층에서 최하층까지의 범위에 걸쳐 형성되되, 중앙부와 저층부를 포함한다. 상기 중앙부는 상기 토목건축구조물에서 상기 강성저하층에서 최하층의 중앙골조부에 해당한다. 상기 저층부는, 상기 강성저하층 보다 저층의 범위에서 설계에 따라 전층 또는 일부층을 포함한다.In addition, in the third embodiment, the delay guiding portion is formed over the range from the stiffness reducing layer to the lowermost layer with respect to all the layers of the civil engineering building structure, and includes the central portion and the low-level portion. And the central portion corresponds to the lowest center frame portion in the rigidity lowering layer in the civil engineering building structure. The lower layer portion includes a whole layer or some layers depending on the design in a range lower than the rigidity lower layer.
한편, 상기 일반강도 부재와 상기 고강도 부재는, 각각 항복응력을 기준으로 구분하며, 상기 고강도 부재는 상기 일반강도 부재와 비교하여 상기 항복응력이 높은 부재를 나타낸다. 나아가, 상기 일반강도 부재와 상기 고강도 부재는 상기한 조건을 만족시킬 수 있다면 일반강 및 고강도강 등 다양한 부재가 적용될 수 있으며, 상기 일반강도 부재의 강도는 항복강도 210~325MPa, 인장강도 400~490MPa 범위이고, 상기 고강도 부재의 범위는 이를 초월한 범위로 하는 것이 바람직하다. 이는 현행 KBC2009에서 항복강도 440MPa, 인장강도 570MPa까지 인정하기 때문이다. On the other hand, the general strength member and the high strength member are classified on the basis of yield stress, respectively, and the high strength member indicates the member having a high yield stress as compared with the general strength member. Further, the general strength member and the high strength member may be various members such as general steel and high strength steel as long as they can satisfy the above conditions. The strength of the general strength member is 210 to 325 MPa in tensile strength, 400 to 490 MPa in tensile strength , And the range of the high-strength member is preferably in a range exceeding this range. This is because the current yield strength of 440 MPa and the tensile strength of 570 MPa are recognized in KBC 2009.
나아가, 상기 토목건축구조물의 설계방법에 따라 적용되는 상기 일반강도 부재와 상기 고강도 부재는 토목건축구조물에서 수평부재(보)와 수직부재(기둥)를 포함하는 골조에 적용된다. Further, the general strength member and the high strength member applied according to the design method of the civil engineering building structure are applied to the frame including the horizontal member (beam) and the vertical member (column) in the civil engineering building structure.
상기 복합적용하는 단계(S20)는, 상기 지연유도부위에 고강도 부재를 적용하고 상기 지연유도부위를 제외한 상기 토목건축구조물의 나머지 부위에 일반강도 부재를 적용하여, 토목건축구조물에서 고강도 부재와 일반강도 부재를 복합적으로 복합적용하는 단계이다. In the combined application step (S20), a high-strength member is applied to the delayed guiding portion and a general strength member is applied to the remaining portions of the civil engineering building structure excluding the delayed guiding portion, Member in a complex composite application.
나아가, 상기 토목건축물의 설계방법은, 상기 토목건축구조물에 상기 고강도 부재와 상기 일반강도 부재를 복합적용한 후 상기 비선형 정적증분하중해석을 다시 실시하여 내진성능 강화필요여부를 다시 판단하여 확인하는 단계(S30)를 더 포함한다. Further, the method of designing the civil engineering building may include the steps of: applying the high strength member and the general strength member to the civil engineering building structure, and then performing the nonlinear static incremental load analysis again to determine whether seismic performance enhancement is necessary S30).
상기한 바와 같이, 상기 토목건축구조물의 설계방법은, P-Δ효과에 의한 붕괴 위험을 방지하도록 지연유도부위에 고강도 부재를 배치하여 토목건축구조물에 일반강도 부재와 고강도 부재를 복합적으로 적용함으로써, 부재의 사이즈 증가 또는 별도의 내진장치의 적용 없이도 토목건축구조물의 내진성능을 향상시킬 수 있다. As described above, the method of designing a civil engineering building structure is a method of designing a civil engineering building structure by arranging a high-strength member at a delay inducing portion so as to prevent a collapse risk due to a P-delta effect, thereby applying a general strength member and a high- The seismic performance of the civil engineering building structure can be improved without increasing the size of the member or applying a separate seismic device.
또한, 상기 토목건축구조물의 설계방법은, P-Δ효과를 고려하되, 기존의 해석 시간 및 노력이 많이 소요되었던 비선형 시간이력해석을 거치지 않고, 비선형 정적증분하중해석으로도 설계함으로써 해석시간 및 노력을 줄일 수 있어 작업성 및 효율을 향상시킬 수 있다.
In addition, the design method of the civil engineering building structure is designed by nonlinear static incremental load analysis without considering the nonlinear time history analysis which considers the P-Δ effect, The workability and efficiency can be improved.
이하에서는, 상기 토목건축구조물의 설계방법에 대한 실시예를 살펴보기로 하며, 또한 상기한 실시예에 따른 결과와 비선형 시간이력해석을 통하여 분석된 결과와 비교하여 살펴보기로 한다.
Hereinafter, an exemplary embodiment of the design method of the civil engineering building structure will be described, and the results according to the embodiment and the nonlinear time history analysis will be described in comparison with the analyzed results.
기본 이론Basic theory
우선, 구조체 부재의 탄성한계를 초과하는 수평하중이 건축구조물에 부하될 경우, 보 등 수평부재가 손상되어 수평강성이 저하되는 현상이 나타난다. 즉, 거대 지진 등으로 인해 이러한 수평강성 저하가 급속히 진행되어, 특히 초고층 골조와 같이 세장비가 큰 골조가 수평 구속력을 어느 한계치 이상 잃게 되는 경우 건축구조물 자체가 하나의 길고 세장한 커다란 기둥과 같이 거동할 나타날 가능성이 높아진다.First, when a horizontal load exceeding the elastic limit of the structural member is loaded on the building structure, the horizontal horizontal member is damaged and the horizontal stiffness is lowered. That is, the horizontal stiffness deteriorates rapidly due to a large earthquake, and in particular, when a frame having a large slenderness ratio, such as an ultra-high-rise frame, loses its horizontal restraint force beyond a certain limit, the building structure itself behaves like a long, The probability of occurrence is increased.
특히, 내진장치가 적용되지 않은 순수 골조 건물의 경우 제진 장치가 적용된 건물에 비하여 수평강성을 부담하는 보 및 기둥이 거대 지진 하에서 소성 항복할 가능성이 높아지고, 이에 건축구조물의 하부에 도 2와 같은 현상이 나타날 확률이 매우 높게 나타난다. Uetani와 Tagawa(1996)의 연구에서는 이와 같이 건물 하부에 변형이 과다하게 일어나는 현상을 변형집중현상(Deformation concentration)으로 정의하여 이러한 현상이 궁극적으로 건물 붕괴에 이르도록 하는 원인을 제공할 수 있음을 보여준 바 있다.In particular, in the case of a pure frame structure without a seismic isolation device, the possibility that the beams and pillars, which bear horizontal stiffness, are plastic surrendered under a large earthquake is higher than that of a building to which vibration suppression devices are applied. Is very likely to appear. Uetani and Tagawa (1996) have shown that the deformation concentration is defined as the phenomenon where excessive deformation occurs in the lower part of the building. This suggests that this phenomenon can ultimately lead to the collapse of the building. There is a bar.
이하에서 적용되는 모델로서의 구조물은 댐퍼 등의 내진장치가 적용되지 않은 철골조 건물을 대상으로 하며, 상기한 변형집중현상을 검정하기 위하여 세장비가 높은 20층 3스팬의 철골조 건물을 설계하여 거대 지진 하에서 P-Δ 효과가 골조에 미치는 영향을 조사하여 그 위험성을 검정해 보기로 한다.
In order to test the deformation concentration phenomenon, a 20-story, 3-span, steel-frame building with a high slenderness ratio was designed, The effect of -Δ effect on the frame is investigated to test the risk.
해석 개요Analysis Overview
1. 해석 조건1. Analysis conditions
P-Δ 효과에 의한 변형집중현상의 검정은 비선형 시간이력해석 방식을 통하여 시행하며, 비선형 시간이력 해석에 사용하는 프로그램은 미국 CSI사의 PERFORM-3D (V.5.0)로 하며 2차원 골조의 구속조건을 할당한다.The nonlinear time history analysis method is used for the analysis of the deformation concentration phenomenon by the P-Δ effect. The program used for the nonlinear time history analysis is PERFORM-3D (V.5.0) .
또한, 시간이력 해석 시 사용하는 지진파는 일본 공인 설계용 인공지진파 BCJ 시리즈 중 FEMA의 붕괴방지 레벨(C.P 레벨)과 동일한 응답 가속도를 가지는 BCJ L2파를 선택한다. 또한, 강구조 골조 모델의 수평강성 저하를 야기 시키기 위한 거대 지진파는 BCJ L2파를 1.5~2배 증폭시킨 지진파로 설정한다.
In addition, the seismic waves used in the time history analysis are selected from BCJ L2 waves having the same response acceleration as the collapse prevention level (CP level) of the FEMA among Japanese artificial earthquake BCJ series designed for public design. Also, a large seismic wave to cause a decrease in the horizontal stiffness of the steel frame model is set as a seismic wave amplified by 1.5 to 2 times the BCJ L2 wave.
2. 모델 개요2. Model Overview
이하에서 적용하는 모델은 20층 철골조를 대상으로 하며 최대 세장비를 위해 3-스팬(3-span) 단순 모델(10)로 설정한다. 모델(10) 형상은 도 3에 나타난 바와 같으며, 이때 부재 단면 사이즈는 표 1에 나타내고 있다.The following model is applied to a 20-story steel frame and is set as a 3-span simple model (10) for the maximum slenderness ratio. The shape of the
(1) 부재재료 : SM490(1) Member material: SM490
(2) 보 : 빌트-업(Built-up) H형강, 소성화 후 경화계수 α=0.02, 콘크리트 바닥 가정 : 강성 2배 증폭(2) Beam: Built-up H section steel, hardening coefficient after plasticization α = 0.02, Concrete floor assumption:
(3) 기둥 : 빌트업 각형 강관, 완전소성 가정 (α=0.00)(3) Column: Built-up rectangular steel pipe, assuming complete plasticity (α = 0.00)
(4) 소성화 모델 : 비선형 모델 (Bi-linear)(4) Plasticization model: Bi-linear model
(5) 바닥하중 : 50.21kN/m
(5) Floor load: 50.21 kN / m
또한, 지진하중이 재하 될 경우 구조물이 보 항복형 붕괴기구로 파괴되는 것을 유도하기 위해 보 및 기둥 사이즈는 기둥-보 소성비를 계산하여 결정한다. 한편, 상기 모델의 기둥-보 소성비는 접합 절점을 기준으로 수학식 1에 나타난 바와 같지만, 대한민국에서는 대부분 1.0으로 하여 설계할 수 있다.In addition, beam and column size are determined by calculating the column-to-plastic ratio in order to induce the structure to be destroyed by the yielding type collapse mechanism when the earthquake load is loaded. On the other hand, the column-to-plasticity ratio of the model is as shown in
수학식 1
3. 해석3. Analysis
20층 2차원 강구조 단순 라멘 모델에 대한 P-Δ효과의 영향을 검토하기 위해서 이하의 2종류의 구조해석을 실시한다.20-story two-dimensional steel structure To examine the effect of P-Δ effect on the simple rayman model, the following two types of structural analysis are performed.
(1) 비선형 정적증분하중해석 (Push-over 해석)(1) Nonlinear static incremental load analysis (push-over analysis)
(2) 비선형 시간이력해석(2) Nonlinear time history analysis
각 해석은 P-Δ 효과를 무시한 경우와, P-Δ 효과를 고려한 경우 두 가지 조건으로 실시하며 비선형 시간이력해석의 경우 지진하중으로 BCJ L2 지진파의 1.5 및 2배 증폭파를 적용한다.
Each analysis is carried out under two conditions when the P-Δ effect is ignored and when the P-Δ effect is considered. For nonlinear time history analysis, 1.5 and 2 times amplification waves of BCJ L2 seismic waves are applied under seismic loads.
해석 결과 Interpretation result
1. 비선형 정적증분해석1. Nonlinear static incremental analysis
기본 모델에 대한 비선형 정적증분해석에 대한 결과는 도 4에 나타난 바와 같이, 층간변형각 약 0.005~0.008rad에서 층 소성화가 시작되는 것을 확인할 수 있다. P-Δ효과의 영향에 대하여 살펴보면, P-Δ효과를 무시하여 해석할 경우 층 전단력은 모델 가정과 동일하게 소성화 후에도 탄성 강성의 약 0.02배의 강성을 유지하는 것이 관찰되나, P-Δ 효과를 고려하여 해석할 경우에는 자중 및 바닥하중에 의한 중력의 영향으로 회전 하중이 부가되어 소성화 후 층 전단력 강성이 부(-)의 수치로 저하되는 것이 확인된다.
As a result of the nonlinear static incremental analysis for the basic model, it is confirmed that the layer plasticization starts at an interlayer strain angle of about 0.005 to 0.008 rad, as shown in FIG. The effect of the P-Δ effect is neglected and the layer shear force remains approximately 0.02 times that of the elastic stiffness after plasticization as in the model assumption, but the P-Δ effect In the case of considering the analysis, it is confirmed that the rotational load is added due to the influence of the gravity due to the self weight and the floor load, and the stiffness of the layer after the plasticization is decreased to the negative value.
2. 비선형 시간이력해석2. Nonlinear time history analysis
상기한 조건으로 비선형 시간이력해석을 시행한 결과를 도 5에 나타내었으며, 도 5에 표기된 범례는 표 2에 나타난 바와 같다. The results of the nonlinear time history analysis under the above conditions are shown in FIG. 5, and the legend shown in FIG. 5 is shown in Table 2.
도 6은 BCJ L2 지진파의 증폭파를 이용한 비선형 시간이력해석 중 모델이 거동하는 층간변형각 이력의 최대치를 나타낸 그래프이다. 도 5에 의하면 1.5배 증폭시킨 BCJ L2 지진파 하에서부터 모델 하부에 P-Δ 효과에 의한 영향이 나타나기 시작하는 것이 확인되나, P-Δ 효과에 의한 변형집중현상은 2배 증폭된 BCJ L2 지진파에서부터 나타나고 있다.FIG. 6 is a graph showing the maximum value of the interlayer strain history during the nonlinear time history analysis using the amplification wave of the BCJ L2 seismic wave. 5 shows that the effect of the P-Δ effect starts to appear from under the BCJ L2 seismic wave amplified by 1.5 times, but the deformation concentration phenomenon by the P-Δ effect appears from the BCJ L2 seismic wave amplified twice have.
도 6과 도 7은 비선형 시간이력해석 결과 중 각각 하부층과 상부층을 대표하는 5층과 15층의 층 복원력 이력을 나타낸 그래프이며, 좌측 그래프는 P-Δ 효과를 고려하지 않은 조건에서의 해석 결과이고, 우측 그래프는 P-Δ 효과를 고려한 조건에서의 해석 결과이다. 도 6의, P-Δ 효과에 의한 영향으로 변형집중현상이 가장 명확하게 나타난 2배로 증폭시킨 BCJ L2파에서의 결과와 층 소성화가 진행되었지만 변형집중현상까지 발전하지 못한 1.5배로 증폭시킨 BCJ L2파에서의 결과를 비교하여 보면, BCJ L2의 1.5배 증폭파에서와 달리 BCJ L2의 2배 증폭파 아래에서는 5층에서 소성화가 진행된 후, 2차 강성(소성화 후 강성)이 층간변형각의 증가에 따라 우측 하부 그래프의 굵은 점선 표시된 바와 같이 점차 부(-)의 슬로프로 저감하고 있으며, 또한 복원력 그래프의 중심축도 층간변형각의 증가와 더불어 원점에서 0.01rad 이상 밀려나고 있는 것을 확인할 수 있다. FIGS. 6 and 7 are graphs showing the restoration history histories of the 5th and 15th layers representing the lower layer and the upper layer, respectively, of the results of the nonlinear time history analysis, and the left graph is the result of analysis under the condition that the P- , And the graph on the right is the result of analysis under the condition of considering the P-Δ effect. Fig. 6 shows the result of BCJ L2 wave amplified twice as amplified by the effect of P-delta effect and BCJ L2 wave amplified by 1.5 times, Compared with the 1.5 times amplification wave of BCJ L2, the secondary stiffness (poststretched stiffness) increased with increasing interlayer strain angle (-) slope as indicated by the thick dotted line in the lower right graph, and it is confirmed that the center axis of the graph of the restitution force is increased by 0.01 rad at the origin along with the increase of the interstory deformation angle.
또한, 도 7을 참조하여 같은 해석조건에서 상부 15층의 복원력 그래프를 살펴보면 P-Δ 효과를 적용하였음에도 불구하고 BCJ L2를 2배까지 증폭시킨 지진파에서도 2차 강성이 저하되지 않고 있다(우측 하부 그래프). 이는 앞서 도 2에서 건물 전체의 수평강성이 0에 가깝게 저하되어 건물 전체가 세장한 기둥과 같이 좌굴 거동을 할 때 에너지 소산법칙에 따라 상부 부재 일부는 다시 탄성 영역으로 돌아간다는 변형집중현상이론에 부합하는 것으로 보여지며, 상부층의 일부 골조 부재가 소성영역에서 다시 탄성영역으로 복원되었기 때문인 것으로 판단된다.
Referring to FIG. 7, in the graph of the resilience of the upper 15th layer under the same analysis condition, the secondary stiffness is not lowered even in a seismic wave in which BCJ L2 is amplified up to 2 times, even though the P-delta effect is applied ). This is because the horizontal stiffness of the entire building is lowered to zero in FIG. 2, so that the buckling behavior of the entire building as shown in FIG. 2 is conformed to the deformation concentration phenomenon theory that the upper part is returned to the elastic region by the energy dissipation law , And it is judged that some of the frame members of the upper layer were restored to the elastic region again in the firing region.
이하에서는, 상기한 해석 결과를 바탕으로 P-Δ 효과에 의한 하부층 변형집중현상을 방지하기 위한 방안을 살펴보기로 한다.
Hereinafter, a method for preventing the concentration of the lower layer deformation due to the P-delta effect on the basis of the above-described analysis results will be described.
하부층 변형집중현상의 억제Suppression of lower layer deformation concentration phenomenon
P-Δ 효과에 의한 변형집중현상이 일어나는 가장 큰 요인은 수평강성의 저하로 인한 수평자유도의 증가이다. 도 4 및 도 6에 의하면 수평부재가 소성화 상태에 진입하더라도 소성화 후 층강성 증가율 α가 부(-)의 값까지 저하되지 않는다면 변형집중현상이 발생하지 않음을 검정할 수 있다. 이에 P-Δ 효과에 의한 하부층 변형집중현상을 방지하기 위하여 일반강재보다 항복 응력이 1.3~1.4배 높은 고강도 강재를 이용하여 일반강재의 항복 후에도 고강도 부재가 탄성을 유지하도록 함으로써 P-Δ 효과에 의해 층강성이 저하되는 것을 방지하도록 고강도강-일반강을 혼용하여 적용한다.
The most important factor that causes the deformation concentration phenomenon due to the P-Δ effect is the increase of the horizontal degree of freedom due to the decrease of the horizontal stiffness. 4 and 6, it can be verified that even if the horizontal member enters the plasticizing state, the deformation concentration phenomenon does not occur unless the post-plasticity layer stiffness increase rate α decreases to a negative value. In order to prevent the concentration of the lower layer deformation by the P-Δ effect, the high-strength steel with yield strength 1.3 to 1.4 times higher than general steel is used to maintain the elasticity of high-strength members even after yielding of general steel. To prevent the layer stiffness from deteriorating, a combination of high-strength steel and ordinary steel is applied.
혼용설계 개요Mixed design overview
일반강 SM490으로 지정된 구조부재의 소성화가 진행된 후에도 각 층의 수평강성 증감율 소성계수 α를 일정수치 이상 높이기 위하여 일반강의 항복을 야기하는 하중 아래서도 탄성을 유지하는 고강도 강재를 혼용한 혼용모델(20,30)을 각각 도 8 및 도 9에 나타내었다. 여기서, 도 8 및 도 9에서 굵은 선으로 표시한 부분은 구성 부재에 고강도강재를 적용한 부위를 나타내며, 이때 적용하는 고강도 강재는 SM570TMC강으로 가정하였다.(20, 20, 30, 40, 50, 50, 60, 70, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, 80, and 80, 30 are shown in Figs. 8 and 9, respectively. In FIGS. 8 and 9, the portion indicated by the thick line indicates the portion where the high strength steel is applied to the structural member, and the high strength steel to be applied at this time is assumed to be the SM570TMC steel.
이때, 상기 혼용설계에서의 고강도강 배치는 건물 전체의 복원력 특성을 나타낸 도 10에서 나타나는 것과 같이 비선형 정적증분해석을 통해 건물 전체의 소성화 후 강성 증감율 α가 P-Δ 효과를 고려한 경우에도 층간변형각 약 0.01rad까지 부(-)의 값으로 떨어지지 않도록 하는 것을 기준으로 한다. 한편, 각 혼용설계 모델의 세부사항은 다음과 같다.
10, which shows the restoring force characteristics of the entire building, the non-linear static incremental analysis shows that the stiffness increase rate α after plasticization of the entire building, even when considering the P-Δ effect, (-) value up to about 0.01 rad. The details of each hybrid design model are as follows.
(1) 혼용모델1(20;ALT-1) : 정중앙 스팬을 코어(Core)로 가정하여 코어부분에 고강도강 SM570TMC 적용(1) Mixed model 1 (20; ALT-1): Assuming the center span is the core, apply the high strength steel SM570TMC to the core part.
(2) 혼용모델2(30;ALT-2) : 기본모델에서 소성화 후 강성저하가 확연히 나타나는 10층 이하에 코어부분을 중심으로 고강도강 SM570TMC 적용(2) Hybrid Model 2 (30; ALT-2): High strength steel SM570TMC is applied around the core part with less than 10 layers,
혼용설계 모델 개요Mixed Design Model Overview
혼용모델(20,30)의 각 부재 단면은 도 3의 기본모델(10)의 보 항복형 파괴기구를 유지하기 위하여 기본모델(10)과 동일하게 설정하며, 부재의 소성화 모델은 일반강재 SM490과 동일한 비선형 부재 (Bi-linear)로 가정한다.
The cross section of each of the
혼용 설계 해석개요Hybrid Design Analysis Overview
P-Δ 효과가 구조물에 끼치는 영향을 검정하기 위하여 혼용모델(20,30)은 기본모델(10)에 행한 동일한 해석을 시행한다.
To test the effect of the P-Δ effect on the structure, the mixed model (20,30) performs the same analysis on the basic model (10).
혼용 설계 해석 결과Mixed design analysis results
1) 비선형 정적증분해석1) Nonlinear static incremental analysis
혼용모델(20,30)의 P-Δ 효과를 고려한 각 층 비선형 정적증분해석 결과를 도 11에 나타내었다. 도면을 참조하면, 상기한 기본모델(10)에 대한 비선형 정적증분해석 결과인 도 4 (b)와 비교하여 볼 때 전체적으로 최대 층전단력도 늘어나지만, 소성화 후 P-Δ 효과에 의해 수평강성이 급격히 저하되는 층수가 줄어드는 것이 확인되며, 층 강성이 부(-)의 값으로 변하기 시작하는 층간변형각도 증가하는 것이 확인된다.
The nonlinear static incremental analysis results of each layer considering the P-delta effect of the mixed models (20, 30) are shown in FIG. Referring to FIG. 4, the maximum layer shear force as a whole is increased in comparison with the result of nonlinear static incremental analysis of the basic model (10), but the horizontal stiffness due to the P- It is confirmed that the number of layers which are rapidly decreased decreases and that the interlayer strain angle at which the layer stiffness starts to change to a negative value increases.
2) 비선형 시간이력해석2) Nonlinear time history analysis
P-Δ 효과에 의한 구조물 하부층의 변형집중현상을 억제하기 위한 혼용모델(20,30)의 유효성을 검토하기 위하여 비선형 시간이력해석을 수행한 결과를 도 12에 나타낸다. 이는, P-Δ 효과에 의한 구조물 하부층의 변형집중현상이 탁월하게 나타난 BCJ L2의 2배 증폭파를 적용한 해석결과 중 층간변형각 이력의 최대값을 나타낸 그래프이다. 도면을 참조하면, P-Δ 효과의 고려 유무에 따라 결과에 약간의 차가 발생하지만 동일 지진하중에서 기본모델(10)에 나타난 하부층 변형집중현상은 억제된 것을 알 수 있다.Figure 12 shows the results of nonlinear time history analysis in order to examine the effectiveness of the mixed model (20,30) to suppress the deformation concentration phenomenon in the structure lower layer due to the P-delta effect. This is a graph showing the maximum value of the interlayer deformation history among the analysis results using the double amplification wave of BCJ L2 in which the deformation concentration phenomenon of the lower layer due to the P-Δ effect is excellent. Referring to the drawings, it can be seen that there is a slight difference in results depending on whether or not the P-Δ effect is considered, but the lower layer deformation concentration phenomenon shown in the
도 13 및 도 14는 BCJ L2의 2배 증폭파를 적용하였을 때 각 혼용모델(20,30)이 나타내는 복원력 특성을 제시한 그래프이다. 도 13 및 도 14는 하부층과 상부층을 대표하는 5층과 15층의 층 복원력을 나타내고 있으며, 도 5 및 도 7과 마찬가지로 좌측은 P-Δ 효과를 무시한 해석 결과를, 우측은 P-Δ 효과를 고려한 해석결과를 나타낸다. 여기서, 도 13은 혼용모델1(20)을, 도 14는 혼용모델2(30)를 적용한 결과이다.13 and 14 are graphs showing the restoring force characteristics exhibited by the
도면을 참조하면, 혼용모델(20,30)에서는 P-Δ 효과를 고려한 해석에서도 소성화 후 층강성의 저하나 복원력 중심축의 이동 등이 관찰되지 않음을 알 수 있다. 또한, 기본모델(10)에서 P-Δ 효과 고려 시 하부층 변형집중현상이 발견되었던 5층의 층강성 이력을 살펴보면 P-Δ 효과를 고려한 해석 하에서도 기본모델(10)의 경우와는 달리 소성화 후 층강성이 모델의 부재가정과 동일하게 탄성강성의 약 0.02배를 유지하는 것이 확인된다.
Referring to the drawings, it can be seen that, in the
결 론conclusion
상기한 바에 따르면, 일반강과 함께 일반강보다 항복강도가 높은 고강도강을 복합 사용하면, 토목건축구조물의 부재가 소성화 상태로 진입한 이후 P-Δ 효과에 의해 야기되는 층 강성의 저하를 효과적으로 지연시킬 수 있다. 또한, 혼용설계에서 사용되는 고강도 강재와 일반 강재의 탄성계수는 동일하므로 어느 부위를 고강도 강으로 교체하여도 모델의 탄성 고유주기가 변하지 않는다는 장점이 있다.
According to the above description, when a high-strength steel having a higher yield strength than ordinary steel is used together with a general steel, it is possible to effectively delay the deterioration of the layer stiffness caused by the P-delta effect after the member of the civil engineering building structure enters the burn- . In addition, since the elastic modulus of the high strength steel used in the hybrid design is the same as that of the general steel, there is an advantage that the elastic inherent period of the model does not change even if the high strength steel is replaced with any part.
즉, 거대 수평하중 등에 의하여 수평강성이 손상된 건축물에 P-Δ 효과가 야기하는 하층부 변형집중현상은 소성화 후 약화된 2차 강성(소성화 후 강성)을 보강하는 것으로 억제 할 수 있으며, 이에 따라 상기 건축구조물의 설계방법은 2차 강성 보강을 위하여 고강도강을 복합 사용함으로써 P-Δ 효과로 인한 하부층 변형집중현상을 효과적으로 억제하는 것을 가능케 한다. That is, the lower-level deformation concentration phenomenon caused by the P-Δ effect in a building in which the horizontal stiffness is damaged due to a large horizontal load can be suppressed by reinforcing the secondary stiffness (post-plastic stiffness) weakened after plasticization, The design method of the building structure can effectively suppress the lower layer deformation concentration phenomenon due to the P-delta effect by using the high strength steel in combination for the secondary stiffening reinforcement.
또한, 상기 토목건축구조물의 설계방법은 고강도강을 전층에 적용하지 않고, P-Δ 효과의 영향이 나타나는 층, 즉 항복강도 지연유도부위에만 선택 적용하여도 하부층 변형집중현상을 억제할 수 있으며, 비선형 시간이력해석을 통하여 검정해봐도 P-Δ효과 등에 대한 부가적 피해가 나타나지 않음을 알 수 있다. In addition, the design method of the civil engineering building structure can suppress the lower layer deformation concentration phenomenon even if it is selectively applied only to the layer where the influence of the P-delta effect appears, that is, the retarding inducing portion, without applying the high strength steel to the entire layer, It can be seen from the nonlinear time history analysis that no additional damage to the P-Δ effect is observed.
상기 토목건축구조물의 설계방법은, 토목 또는 건축구조물의 제조에 적용되며, 상기한 건축구조물의 설계방법에 의하여 제조된 건축구조물은 당업자의 수준에서 다양하게 선택될 수 있는 바, 상세한 설명은 생략하기로 한다. The method of designing the civil engineering building structure is applied to the manufacture of civil engineering or building structure, and the building structure manufactured by the designing method of the building structure can be variously selected at the level of a person skilled in the art, .
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10... 기본모델 20... 혼용모델1
30... 혼용모델210 ...
30 ...
Claims (6)
상기 강성저하부분에 대응하여 상기 토목건축구조물에 일반강도 부재와 상기 일반강도 부재보다 높은 항복 응력을 갖고 있는 고강도 부재를 복합적으로 적용하는 복합적용단계를 포함하고,
상기 강성저하부분을 분석하는 단계는,
상기 P-Δ효과를 고려하여 상기 토목건축구조물에서 기준 층간변형각에서의 강성저하를 분석하는 단계;
상기 기준 층간변형각에서의 강성저하가 발생하면 소성 후 강성저하가 발생하는 강성저하층을 분석하는 단계; 및
분석된 상기 강성저하층을 고려하여 상기 토목건축구조물의 부재강도 및 층강성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 지연유도부위를 결정하는 단계를 포함하되,
상기 토목건축구조물의 층 강성이 설정 층간변형각까지 부(-)의 증감율을 가지지 않도록 상기 지연유도부위에 상기 고강도 부재가 적용되는 토목건축구조물의 설계방법. Considering the P-delta effect caused by the horizontal displacement and the self-weight of the civil engineering building structure with respect to the applied seismic wave, the stiffness degradation portion where the rigidity degradation occurs after the firing of the civil engineering building structure Analyzing through nonlinear static incremental load analysis; And
And a composite application step of applying a general strength member and a high strength member having a yield stress higher than that of the general strength member to the civil engineering building structure correspondingly to the stiffness reduction portion,
The step of analyzing the stiffness-
Analyzing a decrease in stiffness at an inter-base deformation angle in the civil engineering building structure in consideration of the P-delta effect;
Analyzing the stiffness-lowering layer in which a decrease in stiffness occurs after firing if the stiffness degradation occurs at the reference inter-story deformation angle; And
Determining a delay inducing portion that can prevent the member strength and the floor stiffness of the civil engineering building structure from being lowered in consideration of the analyzed stiffness-lowering layer,
Wherein the high strength member is applied to the delay inducing part so that the layer stiffness of the civil engineering building structure does not have a negative increase / decrease rate up to a set interlayer strain angle.
상기 토목건축구조물에 내진성능 강화가 필요하다고 판단되면, 가해지는 지진파에 대하여 상기 토목건축구조물의 자중과 수평하중에 의한 상기 토목건축구조물의 무게중심에서부터의 수평변위로 발생되는 P-Δ 효과(P-Δ effect)를 고려하여 상기 토목건축구조물에서 기준 층간변형각에서의 강성저하를 분석하는 단계;
상기 기준 층간변형각에서의 강성저하가 발생하면 소성 후 강성저하가 발생하는 강성저하층을 분석하는 단계;
분석된 상기 강성저하층을 고려하여 상기 토목건축구조물의 부재강도 및 층강성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 지연유도부위를 결정하는 단계;
상기 지연유도부위에 고강도 부재를 적용하고 상기 지연유도부위를 제외한 상기 토목건축구조물의 나머지 부위에 상기 고강도 부재 보다 항복강도가 낮은 일반강도 부재를 복합적으로 복합적용하는 단계; 및
상기 토목건축구조물에 상기 고강도 부재와 상기 일반강도 부재를 복합적용한 후 상기 비선형 정적증분하중해석을 다시 실시하여, 상기 토목건축구조물의 층 전단력 강성이 설정 층간변형각까지 부(-)의 증감율을 가지지 않을 때까지 상기 복합적용하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 토목건축구조물의 설계방법.Determining the necessity of strengthening the seismic performance of the civil engineering building structure through the nonlinear static incremental load analysis;
If the earthquake-resistant performance of the civil engineering building structure is judged to be necessary, the P-delta effect P generated by the horizontal displacement from the center of gravity of the civil engineering building structure due to the self weight of the civil engineering building structure and the horizontal load Analyzing a decrease in stiffness at an inter-standard deformation angle in the civil engineering building structure in consideration of the?
Analyzing the stiffness-lowering layer in which a decrease in stiffness occurs after firing if the stiffness degradation occurs at the reference inter-story deformation angle;
Determining a delayed guiding portion capable of preventing member strength and layered stiffness of the civil engineering building structure from being degraded considering the analyzed stiffness-lowering layer;
Applying a high-strength member to the delayed-inducing portion and applying a composite composite member having a lower yielding strength to the remaining portion of the civil engineering building structure excluding the delayed guiding portion; And
The nonlinear static incremental load analysis is repeated after applying the high strength member and the general strength member to the civil engineering building structure again so that the layer shear force stiffness of the civil engineering building structure has a negative increase / And repeating the composite application step until it is not completed.
상기 지연유도부위는,
상기 강성저하층에서 최하층까지의 범위에서 상기 토목건축구조물의 중앙부에 위치하는 중앙부와,
상기 강성저하층 보다 저층의 범위에서 전층 또는 일부층으로 형성된 저층부를 포함하는 토목건축구조물의 설계방법. The method of claim 4,
The delay-
A center portion located at a central portion of the civil engineering building structure in a range from the stiffness reducing layer to the lowermost layer,
And a lower layer formed as a whole layer or a partial layer in a range lower than the stiffness reducing layer.
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