KR101490308B1 - 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치 - Google Patents

지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치 Download PDF

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Abstract

건축물 및 자유장에서 계측된 지진가속도 데이터를 이용하여 건축물의 건전성 평가를 위한 다양한 평가 지표를 산출하여 지진 발생시 건축물에 대한 신속하고 정확한 건전성 평가가 가능한 장치가 개시된다. 상기 장치는, 건축물의 최상층 및 최하층에 각각 설치되어 상기 건축물의 최상층 및 최하층의 지진 가속도를 각각 계측하는 제1 지진 가속도 계측기 및 제2 지진 가속도 계측기; 상기 제1 및 제2 지진 가속도 계측기에서 각각 계측된 지진 가속도를 이중 적분하여 상기 건축물의 최상층 및 최하층의 변위 데이터를 각각 생성하는 적분부; 상기 건축물의 최상층 및 최하층의 변위 데이터 및 상기 건축물의 높이를 이용하여 상기 건축물의 최대 층간 변위비를 산출하는 최대 층간 변위비 산출부; 상기 제1 및 제2 지진 가속도 계측기에서 각각 계측된 지진 가속도를 고속 푸리에 변환하여 상기 건축물의 최상층 및 최하층에서 계측된 지진 가속도를 시간 영역에서 진동수 영역의 응답함수로 변환하는 고속 푸리에 변환부; 상기 건축물의 최상층 및 최하층의 진동수 영역의 응답함수와, 사전 설정된 지진 발생 전 상기 건축물의 상시 고유진동수를 이용하여 고유진동수 변화율을 산출하는 고유진동수 변화율 산출부; 및 상기 최대 층간 변위비 및 상기 고유진동수 변화율을 사전 설정된 평가 기준과 비교하여 상기 건축물의 건전성 평가 결과를 출력하는 건축물 건전성 평가부를 포함한다.

Description

지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치{APPARATUS OF EVALUATING HEALTH OF BUILDINGS ACCORDING TO EARTHQUAKE ACCELERATION MEASURED}
본 발명은 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축물 및 자유장에서 계측된 지진가속도 데이터를 분석하여 건축물의 건전성 평가를 위한 다양한 평가 지표를 산출함으로써 지진 발생시 건축물에 대한 신속하고 정확한 건전성 평가가 가능한 건축물 건전성 평가 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다수의 건축물에 대한 계측자료를 동일한 관리기준에 의해 객관적으로 분석 및 평가할 수 있는 계측관리 시스템을 구성할 수 있도록 무차원화 된 평가지표를 생성 및 활용하는 건축물 건전성 평가 장치에 관한 것이다.
2013년 현재, 지진 발생에 따른 피해를 파악하고 시설물의 건전성을 평가하기 위해 공공시설물에 대한 지진가속도 계측 설치 및 운영기준이 마련되어 운용되고 있다.
현재 운용중인 「지진가속도계측기 설치 및 운영기준」(고시 제2010-30호, 2010. 9. 7, 제정)에 따르면 지진가속도계측기 설치대상 시설물은 크게 건축물, 공항시설, 내진 특등급의 댐 및 저수지, 현수교 및 사장교, 가스시설, 고속철도, 원자력 이용시설, 357kv이상 급의 변전소, 발전용 수력설비 및 화력설비 등의 9개로 분류할 수 있고 각 분류에 대한 상세한 설치대상 시설물들을 지정하고 있다.
또한, 각 시설물의 가속도 응답신호를 활용한 관리기준을 마련하여 해당 시설물의 특징에 따라 적절한 관리기준과 그에 따른 조치 사항을 마련해 두고 있다.
그러나, 이러한 운영 기준들은 중앙행정기관 또는 지방자치단체의 청사 등과 같은 공공건축물, 공항 댐, 대형 교량, 가스 시설, 고속철도, 원자력 이용 시설, 변전소, 발전 설비 등에 한정되어 운용되고 있으므로, 일반 시설물의 경우 시설물 안전관리를 위해서 자체적인 별도의 지진피해 즉시 판정 시스템을 운영하여야 한다. 따라서, 공공건축물의 경우는 재난발생시 종합상황실 및 대피장소로 활용될 수 있지만 일반관리자가 지진가속도 계측신호를 분석하여 건축물의 건전성을 판단하기는 어려운 실정이다.
이에 당 기술 분야에서는 일반 시설물 등과 같은 건축물에 대해서도 그에 적합한 관리기준을 설정하고 관리할 수 있는 건축물 건전성 평가 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 건축물 및 자유장에서 계측된 지진가속도 데이터를 이용하여 건축물의 건전성 평가를 위한 다양한 평가 지표를 산출하여 지진 발생시 건축물에 대한 신속하고 정확한 건전성 평가가 가능한 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다. 특히, 본 발명은 다수의 건축물에 대한 계측자료를 동일한 관리기준에 의해 객관적으로 분석 및 평가할 수 있는 평가지표를 산출하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
건축물의 최상층 및 최하층에 각각 설치되어 상기 건축물의 최상층 및 최하층의 지진 가속도를 각각 계측하는 제1 지진 가속도 계측기 및 제2 지진 가속도 계측기;
상기 제1 및 제2 지진 가속도 계측기에서 각각 계측된 지진 가속도를 고속 푸리에 변환하여 상기 건축물의 최상층 및 최하층에서 계측된 지진 가속도를 시간 영역에서 진동수 영역의 응답함수로 변환하는 고속 푸리에 변환부;
상기 제1 및 제2 지진 가속도 계측기에서 각각 계측된 지진 가속도를 이중 적분하여 상기 건축물의 최상층 및 최하층의 변위 데이터를 각각 생성하는 적분부;
상기 건축물의 최상층 및 최하층의 변위 데이터 및 상기 건축물의 높이를 이용하여 상기 건축물의 최대 층간 변위비를 산출하는 최대 층간 변위비 산출부;
상기 건축물의 최하층 진동수 영역의 응답함수에 대한 최상층의 진동수 영역의 응답함수의 비로 계산되는 전달함수의 값이 최대인 진동수를 상기 건축물의 고유진동수로 결정하고, 상기 고유진동수와 사전 설정된 지진 발생 전 상기 건축물의 상시 고유진동수를 비교하여 고유진동수 변화율을 산출하는 고유진동수 변화율 산출부; 및
상기 최대 층간 변위비 및 상기 고유진동수 변화율을 사전 설정된 평가 기준과 비교하여 상기 건축물의 건전성 평가 결과를 출력하는 건축물 건전성 평가부
를 포함하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 적분부는, 상기 제1 및 제2 지진 가속도 계측기에서 각각 계측된 지진 가속도 데이터를 포함하는 신호에 대해, 특정 대역폭을 갖는 주파수 대역을 통과시키는 대역 통과 필터 및 기준선 보정을 수행하는 기준선 보정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 최대 층간 변위비 산출부는, 동일 시간에 대한 상기 건축물의 최하층과 최상층의 상대 변위의 최대값을 상기 건축물의 높이로 나눈 값에 사전 설정된 층간변위 보정계수 및 응답 보정계수를 곱하여 상기 최대 층간 변위비를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고유진동수 변화율 산출부는, 상기 고속 푸리에 변환부에서 푸리에 변환을 통하여 변환된 최하층과 최상층의 진동수 영역의 응답함수의 비를 평활화하고, 그 전달함수의 피크점을 확인하여 최대값을 갖는 진동수를 상기 건축물의 고유진동수로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고유진동수 변화율 산출부는, 상기 건축물의 상기 상시 고유진동수(
Figure 112013038313488-pat00001
)와 지진 발생시 계측된 고유진동수(
Figure 112013038313488-pat00002
)를 이용하여, 수학식 ‘
Figure 112013038313488-pat00003
’을 이용하여 상기 고유진동수 변화율(
Figure 112013038313488-pat00004
)을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 상시 고유진동수는, 지진 발생 이전, 상기 제1 지진 가속도 계측기 및 제2 지진 가속도 계측기에 의해 계측된 지진 가속도 데이터를 상기 고속 푸리에 변환부에 의해 각각 진동수 영역의 응답함수로 변환하고, 상기 고유진동수 변화율 산출부에 의해 변환된 응답함수의 비를 평활화하여 전달함수의 피크점을 확인하여 최대값을 갖는 진동수로서 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 상시 고유진동수는, 상기 건축물의 골조 종류에 따라, 건축구조기준(KBC 2009)에 제시된 건축물 고유주기의 약산식을 이용하여 고유주기를 구하고 그 역수로서 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 건축물이 구축된 지반에 설치되어 자유장의 지진 가속도를 계측하는 제3 지진 가속도 계측기; 상기 제3 지진 가속도 계측기에 의해 계측된 자유장의 지진 가속도의 수평성분의 최대값을 조합하여 상기 자유장의 수평방향 최대지반가속도를 산출하는 수평방향 최대지반가속도 산출부; 및 상기 자유장의 수평방향 최대지반 가속도와 상기 건축물의 설계 시 사전 설정되는 설계지반가속도를 이용하여 설계지반 가속도 초과율을 산출하는 설계지반가속도 초과율 산출부를 더 포함하며, 상기 건축물 건전성 평가부는, 상기 설계지반가속도 초과율을 사전 설정된 평가 기준과 비교하여 상기 건축물의 건전성 평가 결과를 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 설계지반가속도 초과율 산출부는, 건축구조설계기준에 따라 상기 건축물이 위치한 지진구역에 따른 지역계수를 설정하고, 지반조건에 따른 지반증폭계수를 적용하여 상기 건축물의 내진설계에 사용된 상기 설계지반가속도를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 수평방향 최대지반가속도 산출부는, 상기 제3 지진 가속도 계측기에서 계측된 자유장의 동서방향 지진가속도의 최대값과 남북방향 지진가속도의 최대값을 산출하고, 상기 동서방향 지진가속도의 최대값 및 상기 남북방향 지진가속도의 최대값을 SRSS(Square Root of Sum of Squares)법으로 조합하여 상기 수평방향 최대지반가속도로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 설계 최대지반 가속도 초과율 산출부는, 수학식 ‘(자유장 수평방향 최대지반가속도-설계지반가속도)/(설계지반가속도)’에 의해 설계지반가속도 초과율을 산출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다양한 평가 지표를 활용하여 지진 발생시 건축물에 대한 신속하고 정확한 건전성 평가를 수행할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 지진이 발생하거나 지진이 발생한 후, 건축물 관리자에 의한 별도의 작업이 이루어지지 않는 경우에도, 건축물에 설치된 지진 가속도 계측기에서 계측된 지진 가속도를 활용하여 건축물의 건전성을 평가할 수 있는 다양한 평가 지표에 대한 값들의 산출이 이루어지고, 해당 평가 지표에 대응되는 건전성 평가 기준과 산출된 값들의 비교 후 건축물의 건전성에 대한 평가 결과가 신속하게 이루어짐으로써 건축물 입주자들의 재산 및 생명을 사전에 보호할 수 있는 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 건축물의 건전성을 평가하기 위해 사용되는 평가지표가 절대값이 아닌 무차원화한 비율의 형태로 나타나므로 전국에 산재된 다양한 공공 건축물에 대한 계측자료를 동일한 관리기준에 의해 평가 및 비교할 수 있으므로, 업무 효율성을 향상시키고 분석의 객관성을 보장할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 지진가속도를 이용한 건축물 건전성 평가 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에서 지진가속도계측기로부터 계측된 가속도응답을 통한 최대 층간 변위비 분석 절차를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 고유진동수 변화율 분석 절차를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에서 설계지반가속도 초과율을 도출하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 지진 구역 내진설계기준연구Ⅱ에서 제시한 재현주기 2400년 최대예상지진의 유효지반가속도를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 지진가속도를 이용한 건축물 건전성 평가 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 지진가속도를 이용한 건축물 건전성 평가 장치는, 건축물(11)의 최상층 및 최하층에 각각 설치되어 건축물(11)의 최상층 및 최하층의 지진 가속도를 각각 계측하는 제1 지진 가속도 계측기(21) 및 제2 지진 가속도 계측기(22)와, 제1 및 제2 지진 가속도 계측기(21, 22)에서 각각 계측된 지진 가속도를 이중 적분하여 건축물(11)의 최상층 및 최하층의 변위 데이터를 각각 생성하는 적분부(31) 및 건축물(11)의 최상층 및 최하층의 변위 데이터 및 건축물의 높이를 이용하여 최대 층간 변위비를 산출하는 최대 층간 변위비 산출부(41)와, 제1 및 제2 지진 가속도 계측기(21, 22)에서 각각 계측된 지진 가속도를 고속 푸리에 변환하여 건축물(11)의 최상층 및 최하층에서 계측된 지진 가속도를 시간 영역에서 진동수 영역의 응답함수로 변환하는 고속 푸리에 변환부(32)와, 건축물(11)의 최상층 및 최하층의 진동수 영역의 응답함수와, 사전 설정된 건축물(11)의 상시 고유진동수를 이용하여 고유진동수 변화율을 산출하는 고유진동수 변화율 산출부(42) 및 최대 층간 변위비 산출부(42)에서 산출된 최대 층간 변위비 및 고유진동수 변화율 산출부(42)에서 산출된 고유진동수 변화율을 사전 설정된 평가 기준과 비교하여 건축물(11)의 건전성 평가 결과를 출력하는 건축물 건전성 평가부(51)를 포함하여 구성될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 지진가속도를 이용한 건축물 건전성 평가 장치는, 건축물(11)이 구축된 지반(12)에 설치되어 자유장의 지진 가속도를 계측하는 제3 지진 가속도 계측기(23)와, 제3 지진 가속도 계측기(23)에 의해 계측된 자유장의 지진 가속도를 이용하여 자유장의 수평방향 최대지반가속도를 산출하는 수평방향 최대지반가속도 산출부(33) 및 자유장의 수평방향 최대지반가속도와 건축물(11)을 설계하기 위한 설계지반가속도를 이용하여 설계지반가속도 초과율을 산출하는 설계지반가속도 초과율 산출부(43)를 더 포함할 수 있다. 건축물 건전성 평가부(51)는 설계지반가속도 초과율 산출부(43)에서 산출된 설계지반가속도 초과율을 사전 설정된 평가 기준과 비교하여 건축물 건전성을 평가할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시형태에 따른 지진가속도를 이용한 건축물 건전성 평가 장치의 작용 효과에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
전술한 본 발명의 일 실시형태에 따른 지진가속도를 이용한 건축물 건전성 평가 장치의 구성에 따르면, 건축물 건전성 평가의 평가지표로서, 최대 층간 변위비, 고유진동수 변화율, 설계지반가속도 초과율을 사용한다. 이하의 설명에서는, 건축물 건전성 평가지표들에 대한 상세한 설명과 이를 도출하기 위한 본 발명의 각 구성요소간의 작용 효과에 대해 상세하게 설명한다.
지진의 발생 근원점인 진원이 해당 건축물의 부지로부터 매우 가까운 곳에서 발생하는 특별한 경우를 제외하고, 지진에 의한 지진동은 일반적으로 수평방향의 성분이 지배적이다. 따라서 지진에 의해서 건축물에 가해지는 지진력의 작용과 건축물의 거동은 수평방향으로 가정할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서 정의된 건축물 건전성 평가지표의 도출에 사용되는 건축물의 변위, 강성 및 강도는 수평방향으로 산정된다.
1. 최대 층간 변위비
변위는 건축물의 거동을 나타내는 가장 직접적인 지표이다. 하지만 동적 변위계는 지진발생으로 인한 건축물의 최대 이격거리를 사전 예측하여 제작 설치해야 하므로 설치 장소 등의 한계가 있다. 또한, 지진에 의한 변위계 자체의 움직임 때문에 정밀한 측정에 제약이 있다. 이러한 한계점 및 문제점으로 인해 실험 모델이 아닌 실제 건축물에 변위계를 부착하는 것은 현실적인 방법이 아니다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 건축물의 거동을 파악하기 위하여 기 설치된 지진가속도 계측기를 활용하여 건축물의 건전성을 평가하는 방식을 채택한다.
건축물의 변위와 손상정도의 상호관계는 건축물의 구조형식 및 규모(층 수) 등에 따라 각각 다르다. 층간변위 및 최상층의 절대변위 등의 물리량으로 건축물의 건전성을 평가하면 전국의 다양한 공공건축물에서 계측된 데이터를 객관적으로 비교평가하기가 어렵다. 따라서 본 발명의 일 실시형태에서는 전국의 계측데이터를 일정한 값으로 관리할 수 있도록 하기 위하여 절대값인 층간변위가 아닌 상대적인 비율인 층간변위비를 평가지표로 사용한다. 이를 통해 동일한 안전관리기준으로 전국의 공공건축물의 건전성을 신속하게 평가할 수 있다.
최대 층간 변위비는 층 변위의 최대값을 해당층 높이로 나눈 값이다. 비용 또는 장소의 제한으로 지진가속도 계측기는 모든 층에 설치되지 못하는 것이 일반적이므로, 본 발명의 일 실시형태에서는 최상층 최대 변위비에 층간변위비 보정계수와 응답 보정계수를 곱하여 최대 층간변위비를 산출하는 방식을 채택한다. 상기 최상층 최대 변위비는 최상층과 최하층 간의 상대변위의 최대값(
Figure 112013038313488-pat00005
)을 최상층의 높이(h)로 나누어 산출한다. 상기 최대 층간변위비는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112013038313488-pat00006
상기 수학식 1에서
Figure 112013038313488-pat00007
,
Figure 112013038313488-pat00008
, h는 각각 최대 층간변위비, 최상층 상대변위의 최대값, 최상층의 높이를 나타낸다.
Figure 112013038313488-pat00009
는 층간변위비 보정계수로 건축물의 층간변위비가 횡강성과 질량의 불균등한 분포로 인하여 최상층 최대 변위비와 차이가 나는 것을 보정한다.
Figure 112013038313488-pat00010
는 응답 보정계수로 고차모드와 비선형 응답의 영향을 반영하기 위한 계수이다.
상기 층간변위비 보정계수는 건축물의 1차 모드 층간변위비의 최대값에 최상층의 높이를 곱하여 산출하며, 하기 수학식 2에 의해 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112013038313488-pat00011
상기 수학식 2에서
Figure 112013038313488-pat00012
과
Figure 112013038313488-pat00013
은 최상층의 변위를 1로 정규화한 1차 모드형상에서 각각 해당층과 그 아래 층의 모드 변위값을 나타낸다.
Figure 112013038313488-pat00014
와
Figure 112013038313488-pat00015
는 각각 해당층의 높이와 최상층의 높이를 나타낸다. Max()는 괄호 안의 값들 중에서 최대값을 산출하는 함수이다.
상기 응답 보정계수(
Figure 112014057937112-pat00016
)는 1차 모드로 예측한 건축물의 최대 층간변위비에 대한 실제 건축물의 최대 층간변위비의 비율이다. 상기 응답 보정계수의 값은 중저층 철근콘크리트 건축물의 경우 1.13, 철골골조 건축물의 경우 1.27로 가정할 수 있으며, 건축물의 지진거동 분석에 대한 연구결과(Jeong, S-H. and Elnashai, A.S., "Probabilistic Fragility Analysis Parameterized by Fundamental Response Quantities", Engineering Structures, Vol.29, No.6, pp. 1238-1251, 2007. 및 FEMA 355C, “State of the art report on systems performance of steel moment frames subject to earthquake ground shaking”. Washington (DC): Federal Emergency Management Agency; 2000. 참조)를 바탕으로 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에서 지진가속도계측기로부터 계측된 가속도응답을 통한 최대 층간변위비 분석 절차를 설명하는 도면이다.
도 2에 도시된 것과 같이, 최대 층간변위비를 도출하기 위해서는, 가속도 데이터 계측(S11), 가속도 계측자료의 노이즈 제거 및 이중적분(S12), 최상층 및 최하층 변위 데이터 비교(S13), 최대 층간변위비 산출(S14)의 단계로 이루어지는 분석과정이 적용된다.
가속도 데이터 계측 단계(S11)는 건축물(11)의 최하층 및 최상층에 설치된 지진가속도 계측기(21, 22)에 의해 각각 계측된 건축물의 최하층 및 최상층의 지진가속도 데이터를 생성하는 단계이다.
이어, 노이즈 제거 및 이중적분 단계(S12)에서는, 적분부(31)에서 지진가속도 계측기(21, 22)로부터 계측된 가속도데이터를 포함하는 신호에서 노이즈를 제거한 후 2번 적분하여 변위데이터를 산정한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시형태의 적분부(31)는 제1 및 제2 지진 가속도 계측기에서 각각 계측된 지진 가속도 데이터를 포함하는 신호에 대해, 특정 대역폭을 갖는 주파수 대역을 통과시키는 대역 통과 필터 및 기준선 보정을 수행하는 기준선 보정부를 포함할 수 있다. 상기 대역 통과 필터 및 기준선 보정부에 의해 특정 주파수 범위의 신호만을 통과시키는 대역 통과 필터링(E. R. Kanasewich, “Time Sequence Analysis in Geophysics”. University of Alberta. p. 260. 1981. 참조)과 기준선 보정(Boore, D. M, “Effect of baseline corrections on displacements and response spectra for several recordings of the 1999 Chi-Chi, Taiwan, Earthquake, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol.91, No.5, pp.1199-1211, 2001. 참조)이 이루어 짐으로써 사용하여 노이즈가 제거 될 수 있다.
이어, 최대 층간변위비 산출부(41)에서는, 최상층 및 최하층의 변위 데이터를 비교하여 최상층 최대변위를 산정한다(S13). 최상층 최대변위는 최하층 최대값과 최상층 최대값의 차이가 아닌 동일 시간에 대한 최하층과 최상층의 상대 변위 중 최대값으로 산정한다.
이어, 최대 층간변위비 산출부(41)에서는, 무차원화를 통한 최대 층간 변위비를 도출하는 단계(S14)가 진행된다. 최상층 최대변위 값 자체를 건축물의 건전성 평가지표로 활용하는 것은 적절하지 않다. 이는 건축물의 높이가 높아짐에 따라 최상층의 움직임이 증가하게 되기 때문인데, 예를 들어서 저층건물에서 5cm의 최상층 변위와 고층건물에서 5cm의 최상층 변위는 건축물의 건전성에 다른 영향을 미친다. 따라서 건축물의 건전성을 평가하기 위해서 건축물의 높이로 최상층 최대변위를 나누어 무차원화하고 층간변위비 보정계수와 응답 보정계수를 곱하여 최대 층간변위비를 산출하여 이를 이용한다.
전술한 것과 같은 과정을 통해 산출된 최대 층간변위비의 크기에 따라 지진에 노출된 건축물의 구조 건전성을 평가할 수 있다. 건축물의 건전성 평가는 건축물 건전성 평가부(51)에 의해 이루어질 수 있다. 최대 층간변위비의 크기에 따른 건축물 건전성 평가에 사용되는 평가 기준은 지진이 발생한 경우 계측된 누적 데이터의 분석, 실험적인 방법에 의해 획득된 데이터의 분석과 전문가 집단의 의견수렴 등을 바탕으로 산정된 건축물의 층간변위비와 건축물의 손상도의 상관관계를 바탕으로 결정될 수 있다. 건축물의 층간변위비와 건축물의 손상도의 상관관계는 건축물의 구조형식에 따라서 다르므로 최대 층간 변위비를 이용한 평가 기준도 건축물의 구조형식(철골 모멘트 골조, 철골 편심 가새 골조, 철근 콘크리트 골조, 철근 콘크리트 전단벽 등)에 따라 결정될 수 있다. 하기 표 1은 건전도 평가 기준의 일례를 나타낸다.
건축물
구조 형식		 건축물 건전도 평가 기준
안전
(Slight damage)		 점검필요
(Moderate damage)		 심한손상
(Extensive damage)		 대피
(Complete)
철골 모멘트 골조 0.44% 이하 0.44% 초과
0.7% 이하		 0.7% 초과
2.5% 이하		 2.5% 초과
5.0% 이하
철골 편심 가새 골조 0.31% 이하 0.31% 초과
0.5% 이하		 0.5% 초과
1.5% 이하		 1.5% 초과
2.0% 이하
철근 콘크리트 골조 0.5% 이하 0.5% 초과
0.1% 이하		 0.5% 초과
0.1% 이하		 2.0% 초과
4.0% 이하
철근 콘크리트 전단벽 0.25% 이하 0.25% 초과
0.5% 이하		 0.5% 초과
1.0% 이하		 1.0% 초과
2.0% 이하

2. 고유진동수 변화율
일반적으로 건축물의 손상 정도는 강성의 변화에 따라 산정된다. 하지만 이미 시공된 건축물의 정확한 강성변화를 파악하기는 매우 어렵다. 따라서 본 발명의 일 실시형태에서는 강성을 비교적 쉽게 파악할 수 있는 방법으로 고유진동수의 변화를 확인하는 방법을 사용한다. 건축물의 고유진동수는 건축물의 횡강성과 질량으로 계산되며 단위는 Hz이고, 하기 수학식 3에 의해서 구할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112013038313488-pat00017
상기 수학식 3에서
Figure 112013038313488-pat00018
,
Figure 112013038313488-pat00019
,
Figure 112013038313488-pat00020
는 각각 건축물의 고유진동수, 횡강성, 질량을 나타낸다. 건축물의 손상은 건축물의 횡강성(
Figure 112013038313488-pat00021
)을 저하시키게 되어 고유진동수(
Figure 112013038313488-pat00022
)의 변화를 유발할 수 있다. 따라서, 지진 발생 이전의 손상이 없는 건축물에서 측정된 고유진동수에 비해 지진 후의 고유진동수의 변화를 통해 건축물의 강성의 저하를 가늠할 수 있으므로, 고유진동수 변화율은 지진 발생 후 긴급 건전성평가의 분석지표로 활용될 수 있다. 고유진동수 변화율(
Figure 112013038313488-pat00023
)은 하기 수학식 4에 의해서 구할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112013038313488-pat00024
상기 수학식 4에서
Figure 112013038313488-pat00025
과
Figure 112013038313488-pat00026
은 각각 지진 발생 이전의 손상이 없는 건축물의 고유진동수와 지진 후의 건축물의 고유진동수를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 고유진동수 변화율 분석 절차를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 먼저, 고유진동수 변화율을 파악하기 위해서는 지진발생 이전 상시진동의 가속도 계측자료에 대한 고유진동수 분석이 선행되어야 한다(S21). 이후 지진에 의해 영향을 받은 상태에서의 가속도 계측자료에 대한 고유진동수 분석이 이루어진다(S22). 최종적으로, 고유진동수의 변화를 정량적으로 평가하기 위해서 지진발생 이전과 이후의 고유진동수를 비교하여 무차원 값인 고유진동수 변화율을 산정한다(S23).
지진발생 이전과 이후의 고유진동수 분석은 같은 절차에 의해 이루어진다. 건축물(11)의 최상층 및 최하층에 설치된 지진 가속도 계측기(21, 22)에 의해 가속도 데이터를 계측한 후(S211,S221), 고속 푸리에 변환부(32)에서 고속 푸리에 변환을 통하여 시간영역 가속도 데이터를 진동수 영역으로 변환시킨다(S212,S222). 고유진동수 변화율 산출부(42)에서 최하층에 대한 최상층의 진동수 영역의 응답함수의 비로 전달함수(Applied Technology Council. Tentative provisions for the development of seismic regulations for buildings. ATC3-06, Applied Technology Council, Palo Alto, CA, 1978. 참조)를 산출하고, 그 전달함수의 값이 최대가 되는 진동수를 상기 건축물의 고유진동수로 결정할 수 있다(S213,S223).
한편, 건축물의 고유진동수 변화율을 산정하기 위해서는 원래의 고유진동수를 알아야 한다. 건축물 초기(지진이 발생하지 않은 상태)의 상시 진동으로 인한 가속도 계측이 이루어져(S211) 계측값이 있는 경우에는 상시계측에 의한 가속도 데이터를 전술한 것과 같이 고속 푸리에 변환부(32)에 의해 푸리에 변환하여(S212) 고유진동수를 획득할 수 있다(S213). 반면, 건축물 초기의 상시 가속도 계측이 이루어지지 않은 경우에는 건축구조설계기준(KBC-2009, 대한건축학회, 건축구조설계기준, 2009, 대한건축학회 참조)에 제시된 고유주기 산정식을 이용하여 고유진동수를 구한다. 즉, 단계(S21)은 건축구조설계기준을 이용한 고유진동수를 산정하는 단계로 대체될 수 있다.
건축구조설계기준에는 고유진동수가 아닌 고유주기에 대한 계산식이 제시되어 있다. 따라서 계산식을 사용할 때는 역수를 사용해야 함에 주의해야 한다. 건축구조설계기준에 의한 건축물의 고유주기,
Figure 112013038313488-pat00027
는 하기 수학식 5에 의해서 구한다.
[수학식 5]
Figure 112013038313488-pat00028
상기 수학식 5에서,
Figure 112013038313488-pat00029
는 건축물의 구조 형식에 따른 상수로서, 철골모멘트골조인 경우 0.085, 철근콘크리트모멘트골조 또는 철골 편심 가새 골조인 경우 0.073, 그 외 다른 건축물에서는 0.049를 적용한다. 또한 상기 수학식 5에서,
Figure 112013038313488-pat00030
는 건축물의 밑면으로부터 최상층까지의 전체높이(m)를 나타낸다.
건축물의 고유진동수는 건축물의 구조형식, 재료, 형태, 질량 등에 따라 다르다. 따라서 이러한 다양한 건축물을 건전성을 판단하고 비교하기 위해서는 절대적인 고유진동수값 자체를 파악하기 보다는 해당 건축물의 손상이 없는 상태의 고유진동수에 대한 지진 발생 이후의 건축물 고유진동수의 변화율을 파악하는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 고유진동수 변화율 산출부(42)에서 전술한 수학식 4를 이용하여 건축물의 고유진동수 변화율을 파악(S23)하여 건축물의 강성저하를 가늠하고 지진에 의한 손상평가를 가능하게 한다.
고유진동수 변화율에 의한 건축물의 건전성 평가는 건축물 건전성 평가부(51)에 의해 이루어질 수 있다. 국내 실제 건축물의 손상 전·후 실험인 윤성원 외(윤성원, 박용, 지정환, 임재휘, 장동우, “3층 철근콘크리트조 건물의 손상전후 진동특성”, 한국공간구조학회논문집, 제9권, 제3호, pp.59~66, 2009. 참조)의 연구결과를 토대로 할 때 지진에 의한 건전성평가 기준으로 건축물의 고유진동수 변화율을 20%로 설정하는 것이 바람직할 것으로 보이며, 추후 계측데이터의 누적을 통해 이루어지는 데이터 분석결과를 토대로 새로운 안전관리기준을 재설정할 필요가 있다.
3 . 설계지반가속도 초과율
지진의 발생 근원점인 진원이 해당 건축물의 부지로부터 매우 가까운 곳에서 발생하는 특별한 경우를 제외하고, 지진에 의한 지진동은 일반적으로 수평방향의 성분이 지배적이다. 따라서 지진에 의해서 건축물에 가해지는 지진력의 작용은 수평방향으로 가정할 수 있으며 이에 따라 내진설계기준에서는 일반적으로 건축물의 수평방향 강도를 규정하고 있다.
내진설계기준에서 건축물의 수평방향 강도는 설계 지진력에 대응할 수 있도록 정해지게 되는데, 이 때 설계 지진력은 예상된 지진에 대한 지진동의 세기인 설계지반가속도에 비례한다. 따라서, 건축물의 설계하중에 사용된 설계지반가속도 대비 실제 발생한 지진에 의해 자유장에서 계측된 최대지반가속도의 초과율은 지진발생 후 건축물의 건전성을 평가할 수 있는 지표로 활용될 수 있다.
설계지반가속도 초과율은 건축물 인근 자유장에서 계측한 지진가속도의 최대값이 건축설계기준에 따른 설계지반가속도를 얼마나 초과하는 지에 대한 비율로, 하기 수학식 6으로 정의된다.
[수학식 6]
Figure 112013038313488-pat00031
상기 수학식 6에서,
Figure 112013038313488-pat00032
은 지진 발생 시 계측된 자유장 지진가속도의 남북방향 최대값이고,
Figure 112013038313488-pat00033
는 지진 발생 시 계측된 자유장 지진가속도의 동서방향 최대값을 나타낸다.
Figure 112013038313488-pat00034
는 건축물의 설계하중에 사용된 설계지반가속도를 나타낸다.
설계지반가속도 초과율 분석절차는 도 4에 도시된다. 도 4는 본 발명의 일 실시형태에서 설계지반가속도 초과율을 도출하는 과정을 도시한 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 설계지반가속도 초과율을 도출하는 과정은, 지진 발생 시 자유장 계측데이터로부터 수평방향 최대지반가속도를 도출하는 단계(S41), 해당 건축물의 내진설계에 사용된 설계지반가속도를 도출하는 단계(S42) 및 단계(S41)과 단계(S42)에서 도출된 값의 비교를 통한 초과율 산정 단계(S43)에 의해 설계지반가속도 초과율을 산정한다.
수평방향 최대지반가속도 산출부(33)에서 이루어지는 수평방향 최대지반가속도를 도출하는 단계(S41)는, 건축물이 위치한 자유장에 설치된 지진가속도 계측기를 이용하여 자유장의 남북방향 및 동서방향의 가속도를 계측하고(S411), 계측된 가속도의 최대값을 최대 지반가속도로 도출하는 과정(S412)을 포함할 수 있다. 자유장에서 지진가속도의 수평성분은 남북방향과 동서방향의 두 방향으로 계측되는데 이 두 성분의 최대값들을 하나의 값으로 조합하여 최대지반가속도를 산출하고 이를 설계지반가속도와 비교한다. 최대지반가속도의 조합에는 SRSS(Square Root of Sum of Squares)방법을 사용할 수 있다. SRSS방법은 하기 수학식 7로 구할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112013038313488-pat00035
상기 수학식 7에서,
Figure 112013038313488-pat00036
은 자유장 지진가속도의 남북방향 최대값이고,
Figure 112013038313488-pat00037
는 자유장 지진가속도의 동서방향 최대값을 나타낸다. 수평 지진가속도의 남북방향 및 동서방향 성분의 최대값은 각 방향에 대하여 독립적으로 구한다.
건축물의 내진설계에 사용된 설계지반가속도를 도출하는 단계(S42)는 건축물(11)의 건축구조설계기준에 따라 먼저, 지진구역을 설정하고(S421), 지진구역에 따른 지역계수를 산정하고(S422), 지반조건에 따른 지반증폭계수를 적용하는 단계(S423)를 포함할 수 있다.
건축물의 부지가 위치한 지역을 바탕으로 지진구역을 설정하고(S421) 지역계수를 설정하는 단계(S422)는 다음과 같이 이루어질 수 있다.
건축구조설계기준(KBC-2009)에서는 내진 설계 시 지진하중 설정을 위한 절차를 제시하고 있다. 우리나라 지진구역 및 이에 따른 지역계수 값은 표 2에 따라 정해질 수 있다. 지역계수 값은 재현주기 2400년 최대예상지진이 발생했을 때 해당 지역에서 예상되는 지반진동의 크기를 g(9.81
Figure 112013038313488-pat00038
)의 단위로 나타낸 것이다.
도 5는 내진설계기준연구Ⅱ(건설교통부, 1997)에서 제시한 재현주기 2400년 최대예상지진의 유효지반가속도 분포를 나타내며, 지역계수는 상기 유효지반가속도를 이용하여 산정할 수도 있다. 상기 유효지반가속도는 g(9.81
Figure 112013038313488-pat00039
)의 %로 나타나 있으므로 100을 곱하면 지역계수로 환산된다. 도 5의 유효지반가속도 분포를 이용하여 산정한 지역계수 값이 표 2에 따라 산정된 지역계수 값의 80% 이상이 되도록 결정해야 한다.
지진구역 행정구역 지역계수
1 지진구역 2를 제외한 전 지역 0.22
2 강원도 북부, 전라남도 남서부, 제주도 0.14
※ 강원도 북부(군, 시): 홍천, 철원, 화천, 횡성, 평창, 양구, 인제, 고성, 양양, 춘천시, 속초시
※ 전라남도 남서부(군, 시): 무안, 신안, 완도, 영광, 진도, 해남, 영암, 강진, 고흥, 함평, 목포시
이어, 설계지반가속도를 산정하는 단계(S423)에서는 상기 지역계수에 지반종류에 따른 지반증폭계수를 곱하여 설계지반가속도를 산정한다. 건축구조설계기준(KBC-2009)에 제시된 지반증폭계수는 표 3에 의해서 구할 수 있다. 상기 표 3에서 지역계수의 중간값에 해당하는 지반증폭계수는 직선보간으로 구할 수 있다.
지반종류 지진지역
지역계수≤0.1 지역계수=0.2 지역계수=0.3
SA 0.8 0.8 0.8
SB 1.0 1.0 1.0
SC 1.2 1.2 1.1
SD 1.6 1.4 1.2
SE 2.5 1.9 1.3
상기 지반종류는 건축구조설계기준(KBC-2009)에 의하여 표 4와 같이 분류될 수 있다.
지반종류 지반종류의 호칭 상부 30m에 대한 평균 지반 특성
전단파속도(m/s) 표준관입시험
(타격횟수/300m)		 비배수전단강도
(×10-3MPa)
SA 경암지반 1500 초과 - -
SB 보통암 지반 760 내지 1500
SC 매우 조밀한 토사 지반 또는 연암 지반 360 내지 760 ＞50 ＞100
SD 단단한 토사 지반 180 내지 360 15 내지 50 50 내지 100
SE 연약한 토사 지반 180 미만 ＜15 ＜50
본 발명의 일 실시형태에서는, 지진가속도 계측자료가 gal(
Figure 112013038313488-pat00040
) 단위로 나타나기 때문에 무차원화 된 지표 도출을 위해서 설계지반가속도의 단위를 통일하여 gal 단위로 맞출 필요가 있다. 따라서, g(9.81
Figure 112013038313488-pat00041
)단위로 설정된 상기 지역계수와 지반증폭계수의 곱에 981을 더 곱하여 gal 단위로 환산한다.
이어, 무차원화 과정(S43)을 통하여 지진 발생 시 계측된 자유장의 최대지반가속도와 설계지반가속도를 이용한 설계지반가속도 초과율을 도출한다. 설계지반가속도 초과율 산출부(44)는 자유장의 최대지반가속도와 설계 지반가속도를 이용하여, 전술한 도 4와 같은 무차원화를 위한 연산과정을 통해 설계지반가속도 초과율을 산출할 수 있다.
설계지반가속도 초과율에 의한 건축물의 건전성 평가는 건축물 건전성 평가부(51)에 의해 이루어질 수 있다. 건축물 건전성 평가부(51)에서 이루어지는 설계지반가속도 초과율에 따른 건축물 건전성 평가에 사용되는 평가 기준은 다음과 같이 결정될 수 있다.
지진재해대책법[대통령령 제 2136호] 제6조 및 제7조, 같은 법 시행령 제5조와 시행규칙 제2조 및 제3조에 따라 지진가속도계측기 설치 및 운영기준 [소방방재청고시 제2010-30호]이 2010년 9월 7일에 제정되었고 이를 바탕으로 현재 전국의 공공건축물에서 지진가속도를 계측·기록하도록 지진가속도 계측사업이 진행 중에 있다. 전국에 있는 공공건축물을 객관적인 지표로 일괄 평가하기 위해서 본 발명의 일 실시형태에서는 설계지반가속도 초과율을 제시하였다. 설계값과 계측값이 동일할 때의 설계지반가속도 초과율이 0%로 나타나고 이후 양수 값으로 나타나는 것은 초과 정도를 나타낸다. 예를 들어, 10%로 나타나는 것은 설계가속도를 10%로 초과한 것이고 -10%로 분석되는 것은 설계가속도의 10% 미달된 값이 계측된 것을 나타낸다. 현재 설계지반가속도는 지표의 가속도를 기준으로 제시되어 있으므로 계측된 최대값이 설계값을 넘어서는 것은 건축물의 건전성에 문제가 있을 수 있음을 알 수 있다. 따라서 설계값과 동일해지는 0%를 최대 안전상태로 보고 안전관리기준을 0%로 설정하였다. 향후 계측데이터가 누적되면 건축물의 건전성과의 상관관계 분석을 통해 안전관리기준이 더욱 합리적인 값으로 재·개정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 지진 발생 시 자유장에서 계측된 최대지반가속도가 설계지반가속도를 얼마나 초과하는 지에 대한 비율을 제시하도록 무차원화 하였다. 지역과 지반조건에 따라 달라지는 설계지반가속도에 대한 해당 지역에서 계측된 지진의 최대지반가속도를 비교하는 것은 자유장에서 계측된 최대지반가속도만을 가지고 평가하는 것보다 합리적이다. 또한 전국에서 분석된 자료를 동일한 관리기준에 의해 평가 및 비교할 수 있으므로 업무 효율성이 증대될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 지진가속도를 이용한 건축물 건전성 평가 장치 및 방법에서 건축물 건전성 평가의 지표로 사용되는 항목들에 대해 상세하게 설명하였다.
본 발명의 일 실시형태에서는 지진발생 이후 건축물의 건전성을 평가할 수 있는 방안으로 지진가속도의 다양한 분석방법을 발전시켜 다양한 평가지표를 제안하고 있다. 모든 평가지표는 절대값이 아닌 무차원화한 비율의 형태로 제시하여 전국에 산재된 공공 건축물에 대한 계측자료를 객관적인 기준으로 일괄 분석하는 작업이 가능하다. 전술한 건축물의 건전성평가에 활용될 수 있는 지표를 분석하는 절차와 각 지표에 대한 안전관리기준에서, 건축물의 일반 관리자가 지진발생시 건축물의 지진피해를 신속하게 평가하기 위한 지표로 최대 층간 변위비, 고유진동수 변화율, 설계지반가속도 초과율의 3 가지를 설명하였다.
본 발명의 일 실시형태에서는 축적된 데이터 분석을 위해 건축물 건전성 평가를 위한 기준 하기 표 5와 같이 제시할 수 있다. 이러한 기준을 이용하여 건축물 건전성 평가부는 각각의 평가지표에 기반한 건축물 건전성 평가 결과를 출력할 수 있다. 각각의 평가지표는 모두 무차원화된 비율을 제시하고 있으며, 분석절차에 100을 곱하여 백분율(%)로 나타낼 수 있다. 안전관리기준은 국내·외 안전기준 또는 실험사례를 통해 도출할 수 있으며 향후 건축물에서 계측된 지진가속도 데이터가 누적됨에 따라 재·개정 될 수 있다. 또한 계측 및 분석결과의 누적 데이터는 국내 실정에 맞는 내진구조기술을 개발하고 내진설계기준을 보완하는데 활용될 수 있다.
평가지표 분석방식 안전관리기준(건전성평가 기준)
최대 층간 변위비 (최상층과 최하층간의 최대상대변위)/(건축물 높이)X(층간변위 보정계수)X(응답 보정계수) 철골 모멘트 골조: 0.44% 이하
철골 편심 가새 골조: 0.31% 이하
철근 콘크리트 골조: 0.5% 이하
철근 콘크리트 전단벽: 0.25% 이하
고유진동수 변화율 (지진 전 상시 고유진동수-지진 시 고유진동수)/(지진 전 상시 고유진동수) 20% 이하
설계 지반가속도 초과율 (자유장 수평방향 최대지반가속도-설계지반가속도)/(설계지반가속도) 0% 이하

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11: 건축물 12: 지반
21-23: 지진가속도 계측기 31: 적분부
32: 고속 푸리에 변환부
33: 수평방향 최대지반 가속도 산출부
41: 최대 층간 변위비 산출부
42: 고유진동수 변화율 산출부
43: 설계 지반가속도 초과율 산출부
51: 건축물 건전성 평가부

Claims (11)

  1. 건축물의 최상층 및 최하층에 각각 설치되어 상기 건축물의 최상층 및 최하층의 지진 가속도를 각각 계측하는 제1 지진 가속도 계측기 및 제2 지진 가속도 계측기;
    상기 제1 및 제2 지진 가속도 계측기에서 각각 계측된 지진 가속도를 고속 푸리에 변환하여 상기 건축물의 최상층 및 최하층에서 계측된 지진 가속도를 시간 영역에서 진동수 영역의 응답함수로 변환하는 고속 푸리에 변환부;
    상기 제1 및 제2 지진 가속도 계측기에서 각각 계측된 지진 가속도를 이중 적분하여 상기 건축물의 최상층 및 최하층의 변위 데이터를 각각 생성하는 적분부;
    상기 건축물의 최상층 및 최하층의 변위 데이터 및 상기 건축물의 높이를 이용하여 상기 건축물의 최대 층간 변위비를 산출하는 최대 층간 변위비 산출부;
    상기 건축물의 최하층 진동수 영역의 응답함수에 대한 최상층의 진동수 영역의 응답함수의 비로 계산되는 전달함수의 값이 최대인 진동수를 상기 건축물의 고유진동수로 결정하고, 상기 고유진동수와 사전 설정된 지진 발생 전 상기 건축물의 상시 고유진동수를 비교하여 고유진동수 변화율을 산출하는 고유진동수 변화율 산출부; 및
    상기 최대 층간 변위비 및 상기 고유진동수 변화율을 사전 설정된 평가 기준과 비교하여 상기 건축물의 건전성 평가 결과를 출력하는 건축물 건전성 평가부
    를 포함하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적분부는,
    상기 제1 및 제2 지진 가속도 계측기에서 각각 계측된 지진 가속도 데이터를 포함하는 신호에 대해, 특정 대역폭을 갖는 주파수 대역을 통과시키는 대역 통과 필터 및 기준선 보정을 수행하는 기준선 보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 최대 층간 변위비 산출부는,
    동일 시간에 대한 상기 건축물의 최하층과 최상층의 상대 변위의 최대값을 상기 건축물의 높이로 나눈 값에 사전 설정된 층간변위 보정계수 및 응답 보정계수를 곱하여 상기 최대 층간 변위비를 산출하는 것을 특징으로 하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고유진동수 변화율 산출부는,
    상기 고속 푸리에 변환부에서 푸리에 변환을 통하여 변환된 최하층과 최상층의 진동수 영역의 응답함수의 비를 평활화하고, 그 전달함수의 피크점을 확인하여 최대값을 갖는 진동수를 상기 건축물의 고유진동수로 결정하는 것을 특징으로 하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 고유진동수 변화율 산출부는,
    상기 건축물의 상기 상시 고유진동수(
    Figure 112013038313488-pat00042
    )와 지진 발생시 계측된 고유진동수(
    Figure 112013038313488-pat00043
    )를 이용하여, 수학식 ‘
    Figure 112013038313488-pat00044
    ’을 이용하여 상기 고유진동수 변화율(
    Figure 112013038313488-pat00045
    )을 산출하는 것을 특징으로 하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 상시 고유진동수는,
    지진 발생 이전, 상기 제1 지진 가속도 계측기 및 제2 지진 가속도 계측기에 의해 계측된 지진 가속도 데이터를 상기 고속 푸리에 변환부에 의해 각각 진동수 영역의 응답함수로 변환하고, 상기 고유진동수 변화율 산출부에 의해 변환된 응답함수의 비를 평활화하여 전달함수의 피크점을 확인하여 최대값을 갖는 진동수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 상시 고유진동수는,
    상기 건축물의 골조 종류에 따라, 건축구조기준(KBC 2009)에 제시된 건축물 고유주기의 약산식을 이용하여 고유주기를 구하고 그 역수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 건축물이 구축된 지반에 설치되어 자유장의 지진 가속도를 계측하는 제3 지진 가속도 계측기;
    상기 제3 지진 가속도 계측기에 의해 계측된 자유장의 지진 가속도의 수평성분의 최대값을 조합하여 상기 자유장의 수평방향 최대지반가속도를 산출하는 수평방향 최대지반가속도 산출부; 및
    상기 자유장의 수평방향 최대지반 가속도와 상기 건축물의 설계 시 사전 설정되는 설계지반가속도를 이용하여 설계지반 가속도 초과율을 산출하는 설계지반가속도 초과율 산출부를 포함하며,
    상기 건축물 건전성 평가부는, 상기 설계지반가속도 초과율을 사전 설정된 평가 기준과 비교하여 상기 건축물의 건전성 평가 결과를 출력하는 것을 특징으로 하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 설계지반가속도 초과율 산출부는,
    건축구조설계기준에 따라 상기 건축물이 위치한 지진구역에 따른 지역계수를 설정하고, 지반조건에 따른 지반증폭계수를 적용하여 상기 건축물의 내진설계에 사용된 상기 설계지반가속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 수평방향 최대지반가속도 산출부는,
    상기 제3 지진 가속도 계측기에서 계측된 자유장의 동서방향 지진가속도의 최대값과 남북방향 지진가속도의 최대값을 산출하고, 상기 동서방향 지진가속도의 최대값 및 상기 남북방향 지진가속도의 최대값을 SRSS(Square Root of Sum of Squares)법으로 조합하여 상기 수평방향 최대지반가속도로 결정하는 것을 특징으로 하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 설계 최대지반 가속도 초과율 산출부는,
    수학식
    ‘(자유장 수평방향 최대지반가속도-설계지반가속도)/(설계지반가속도)’에 의해 설계지반가속도 초과율을 산출하는 것을 특징으로 하는 지진가속도 계측을 통한 건축물 건전성 평가 장치.
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