KR20180089598A - 구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법 - Google Patents

구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축물의 구조재와 건물 내에 설치되는 비구조재의 지진취약도와 손상지표로부터 얻어지는 지진에 대한 수리비용을 고려한 내진성능평가 구성 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법은 건축물 구조재 및 비구조재의 요소정보 목록구축단계(S100); 상기 요소정보의 지진취약도를 대표할 수 있는 지진반응계수 도출단계(S200); 상기 지진반응계수를 이용하여 각 요소별로 지진에 대한 취약도평가(S301)와 손상도평가(S302)를 하여, 지진에 의해 기대되는 피해규모를 평가하는 확률기반피해규모평가단계(S300); 및 각 요소별 지진취약도와 손상도로부터 기대되는 피해규모에 따른 수리비용을 고려한 내진성능평가단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법{Configuration Method of Seismic Performance Evaluation for Building Structures Considering Repair Cost of Structural and Nonstructural Components}
본 발명은 건축물 내진성능평가 구성 방법에 관한 것이다. 구체적으로는 건축물의 구조재와 건물 내에 설치되는 비구조재의 지진취약도와 손상지표로부터 얻어지는 지진에 대한 수리비용을 고려한 내진성능평가 구성 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 건축물 요소정보별 확률적 지진취약도와 손상정도에 따른 수리비용으로부터, 이들 사이의 상관관계를 분석하여 건축물의 수리비용을 고려한 내진성능평가 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 건축물의 내진성능평가는 기둥, 보, 슬라브와 같은 구조부재를 대상으로 건축물의 준공시기에 따른 구조부재의 강도저감과 육안검사를 통해 A부터 E등급까지 평가를 진행한다.
하지만, 지진발생시 실제 인명적 재산적 피해는 구조부재의 손상보다 창문, 천장재, 설비 등과 같은 비구조요소의 비율이 더 높아 현재 내진성능평가 방식은 실제 지진에 대한 건축물의 피해를 정량적으로 고려하지 못하는 단점이 있다.
국외에서 비구조재의 지진취약도를 분석한 연구들(FEMA, "Seismic Performance Assessment of Buildings", Report No. FEMA P-58, Federal Emergency Management Agency, Sep. 2012, Washington, D.C, K. Pitilakis, S. Argyroudis, K. Kakderi, A. Argyroudi, "Systemic Seismic Vulnerability and Risk Analysis for Buildings, Lifeline Networks and Infrastructures Safety Gain", JRC Scientific and Policy Reports, SYNER-G Syntheric Document, 2013.)이 진행되었지만, 비구조요소의 손상정도와 수리비용을 고려한 통합적인 내진성능평가를 할 수 없는 단점이 있다.
또한 국내에서도 학교시설물을 대상으로 비구조재를 고려한 내진성능통합 평가 모형(박성철, 조진일, 이강석, 기성훈, 김길희, 김형준, 최소, 정태환, "학교안전강화를 위한 내진성능통합 평가 모형 개발", Report No. RR2015-38, 한국교육개발원, 2015)을 개발하였지만, 구조부재와 마찬가지로 비구조요소에 대한 육안검사를 통해 A부터 E등급까지 평가를 진행하는 것으로, 지진이 건축물 요소에 미치는 확률적인 효과를 고려하지 못하고 있다.
(문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제10-0518777호 (2005.09.26)
본 발명에 따른 건축물 내진성능평가 구성 방법은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 건축물의 구조재와 비구조재의 지진취약도와 손상지표로부터 확률기반 피해규모를 평가하고자 한다.
둘째, 지진피해규모를 고려한 내진성능평가 구성 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법은 건축물 구조재 및 비구조재의 요소정보 목록구축단계(S100); 상기 요소정보의 지진취약도를 대표할 수 있는 지진반응계수 도출단계(S200); 상기 지진반응계수를 이용하여 각 요소별로 지진에 대한 취약도평가(S301)와 손상도평가(S302)를 하여 지진에 의해 기대되는 피해규모를 평가하는 확률기반피해규모평가단계(S300); 및 각 요소별 지진취약도와 손상도로부터 기대되는 피해규모에 따른 수리비용을 고려한 내진성능평가단계(S400)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 건축물 내진성능평가 구성 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 건축물을 구성하고 있는 요소정보의 최적지진강도(Intensity Measure)와 최적지진반응계수(Engineering Demand Parameter)로부터 지진취약도를 확률적으로 평가할 수 있다.
둘째, 목표성능수준을 고려한 각 요소별 최적지진반응계수로부터 손상도지표와 이에 따른 수리비용의 상관관계를 분석하여 손상도에 따른 피해규모를 예측할 수 있다.
셋째, 이로써 건축물 요소의 손상확률과 손상도에 따른 피해규모를 고려한 현실적인 내진성능평가가 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 건축물의 구조재 및 비구조재의 요소정보목록구축단계(S100)의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법의 지진반응계수도출단계(S200)의 상세 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법의 지진취약도평가단계(S301)의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법의 손상도평가단계(S302)의 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법의 상세 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 도면을 중심으로 본 발명을 설명하고자 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법은 건축물을 구성하고 있는 기둥, 보, 슬라브와 같은 구조재 및 창호, 커튼월, 천정 등과 같은 비구조재의 요소정보목록구축단계(S100)와, 구축된 건축물 요소정보의 지진취약도를 대표할 수 있는 지진반응계수도출단계(S200)와, 지진반응계수를 이용하여 각 요소별로 지진에 대한 취약도와 손상도를 평가하여 지진에 의해 기대되는 피해규모를 평가하는 확률기반피해규모평가단계(S300)와, 상기 확률기반피해규모평가단계(S300)에서 산출된 건축물의 수리비용, 지진취약도, 목표성능수준을 이용하여 건축물의 지진에 대한 저항성능을 정량화 하는 내진성능평가단계(S400)으로 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이 건축물을 구성하는 구조재의 종류, 단면, 강도, 준공시기 등을 고려하여 구조재에 대한 요소정보목록을 구축하고, 비구조재의 종류, 구조재와의 구속상태 등을 고려하여 비구조재에 대한 요소정보목록을 구축하여, 건축물에 대한 요소정보목록을 구축한다.
도 3에 도시된 바와 같이 건축물의 구축된 요소정보목록의 지진에 대한 취약도를 효과적으로 평가하기 위해, 다음의 식을 이용하여 건축물의 위치에 따른 암반조건과 설계성능수준 및 생애주기를 고려한 재해분석을 통해 기대되는 지반운동의 최대속도를 설정한다,
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서, i는 건축물의 중요도이며, α는 수학식 2로부터 계산되는 생애주기 중 가장 큰 지진의 초과확률을 P(%)로 설정하였을 때의 계산되는 상수이며, N은 지진기록의 총 연도를 나타낸다. 우리나라의 건축구조기준에서는 N값을 50년, P를 2%를 사용하여 재현주기 2475년에 해당하는 최대예상지진을 대상으로 설계스펙트럼을 산정한다. 수학식 1로부터 F(x)로 초과확률이 계산되게 되면, 수학식 3을 이용하여 초과확률에 대한 지반운동의 최대속도
Figure pat00004
를 구할 수 있다. 지반운동의 최대속도로부터 설계스펙트럼에 해당하는 인공지진파를 생성하는 과정은 '건축구조기준 및 해설(2016)'에 자세한 설명이 있으므로 본 명세서에서는 생략하고자 한다.
건축물의 재해분석을 통해 얻어진 인공지진파로부터 구축된 요소정보목록의 지진반응을 효과적으로 측정할 수 있는 최적지진강도와 지진취약도를 대표할 수 있는 최적지진반응계수를 도출하여 도 4와 같이 건축물 요소별로 지진취약도분석을 통해 다음과 같이 건축물의 성능수준이상 지진에 대한 손상을 받을 수 있는 확률을 추정한다.
Figure pat00005
여기서, EDP는 최적지진반응계수이며, IM은 최적지진강도, DI는 건축물의 성능수준(즉시거주, 생명안전, 붕괴방지)에 따른 최적지진반응계수의 범위로 표현되는 손상지표이다. 최적지진반응계수에는 구조재는 층간변위를 선택할 수 있고, 비구조재는 종류에 따라 층간변위, 최대층가속도, 최대층속도를 선택할 수 있다. 수학식 4를 이용하여 건축물에 작용하는 지진의 강도에 따른 요소별 성능수준을 고려한 손상을 받을 확률을 계산할 수 있다.
구조재 및 비구조재의 손상정도에 따른 보수비용은 엔지니어가 손상도지표에 따라 건축물의 요소정보목록에 따른 보수비용을 정량적으로 산정할 수 있으며, 손상확률을 고려하여 최종적으로 건축물에 대한 확률적 피해에 따른 수리비용기반 내진성능평가를 할 수 있다. 이는 종래의 구조재의 육안검사만을 이용한 내진성능평가기법 보다 지진이 구조재 및 비구조재에 미치는 손상과 수리비용을 고려하여 신뢰성이 충분이 높다는 것을 알 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 :

Claims (1)

  1. 건축물 구조재 및 비구조재의 요소정보 목록구축단계(S100);
    상기 요소정보의 지진취약도를 대표할 수 있는 지진반응계수 도출단계(S200);
    상기 지진반응계수를 이용하여 각 요소별로 지진에 대한 취약도평가(S301)와 손상도평가(S302)를 하여, 지진에 의해 기대되는 피해규모를 평가하는 확률기반피해규모평가단계(S300); 및
    각 요소별 지진취약도와 손상도로부터 기대되는 피해규모에 따른 수리비용을 고려한 내진성능평가단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    구조재 및 비구조재의 수리비용을 고려한 건축물 내진성능평가 구성 방법.
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