KR20210058288A - 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
수직 및 수평 비정형성에 의해 지진에 취약한 필로티 구조를 대상으로 내진성능 평가 데이터베이스를 사전에 빠르게 구축하고, 사전에 확보된 내진성능 평가 데이터베이스를 바탕으로 내진성능을 신속하게 평가할 수 있고, 또한, 필로티 구조에 대하여 연층현상을 대표하는 단자유도모델과 비틀림현상을 대표하는 단자유도모델을 조합한 하이브리드 단자유도모델을 통해 수직 및 수평 비정형성을 고려함으로써, 기존의 복잡한 컴퓨터 모델링 및 해석 과정 없이 신속하게 동적응답 데이터베이스를 확보할 수 있으며, 또한, 기존의 내진성능 평가방법 중에서 예비평가 미적용 대상인 필로티 구조의 내진성능을 간단한 입력정보를 바탕으로 신속하게 평가할 수 있고, 이에 따라, 지진발생 사전 대응 시스템에 적합하게 적용할 수 있는, 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 수직 및 수평 비정형성에 의해 지진에 취약한 필로티 구조(Pilotis Structure)를 대상으로 수직 및 수평 비정형성을 반영한 내진성능 평가 데이터베이스(또는 필로티 구조 데이터베이스)를 사전에 구축하고, 이를 기반으로 내진성능을 평가할 필로티 구조에 대한 사용자 입력에 대응하여 필로티 구조의 내진성능을 신속하게 평가하는, 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 지진으로 인한 인명 및 경제적 손실 규모는 국외에서 발생한 강진에 의한 피해사례에서 알 수 있듯이 하나의 국가가 감당할 수 없을 정도로 큰 경우가 많고, 이에 따라, 국가차원에서의 피해를 줄이기 위한 대비가 반드시 필요하다.
국내의 경우, 환태평양 지진대에 위치하는 주변국보다 그동안 지진에 대해 비교적 안전한 지역으로 인식되었으나, 최근 기상청 통계자료에 의하면 연평균 26회의 빈도를 보이고 있고, 이중에서 유감지진횟수가 212회이며 지진규모(M)가 3이상인 지진발생이 274회로서 그 발생빈도가 증가하고 있으며, 또한, 발생지역이 확산됨에 따라 지진재해에 대한 우려가 고조되고 있다.
구체적으로, 국내의 내진설계기준은 1986년 내진설계법이 마련되었고, 1988년 내진기준이 제정된 이후 3번의 개정을 통해 지금은 내용이 강화된 신내진기준(건축구조설계기준, KBC2009)이 사용되고 있다. 또한, 그 적용범위도 3층 이상 또는 연면적 1,000㎡ 이상으로 확대되었다. 이와 같은 내진기준의 개정은 그동안 국내외에 수행되었던 지진에 대한 안전성을 확보하기 위한 연구의 결과물로서, 그 적용에 따라 새롭게 건설되는 건축물(또는 구조물)의 내진안전성은 과거에 비해 향상되고 있다.
하지만, 국내의 대다수의 중저층 건축물은 내진설계가 도입되기 이전에 건설되거나 또는 현재의 내진설계기준에 의해 설계되지 않은 것들로서, 이러한 건축물들의 내진성능에 의문점이 있다. 이를 해소시키기 위해서는 우선 건축물이 보유하고 있는 내진성능을 효과적으로 평가할 수 있는 내진성능 평가방법이 필요하며, 이를 바탕으로 부족한 내진성능을 향상시킬 수 있는 적절한 내진보강이 필요하다. 이러한 내진성능 평가 결과는 해당 건축물의 내진성능 보수보강 공사 수행 유무를 결정할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 건축물 내진성능 평가 방법의 동작흐름도이다.
종래의 기술에 따른 건축물 내진성능 평가는, 크게 현장조사, 예비평가, 1차 상세평가 및 2차 상세평가의 4단계에 걸쳐 개별 건축물의 내진성능을 평가하거나, 또는 구체적인 평가단계로서, 현장조사를 제외한 3단계에 걸쳐 개별 건축물의 내진성능을 평가할 수 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 건축물 내진성능 평가 방법은, 먼저, 건축물 현장 조사를 실시하고(S11), 정형 건축물인지 여부를 확인한다(S12).
다음으로, 정형 건축물인 경우, 정형 건축물에 대한 예비평가를 실시하며(S13), 이러한 예비평가 결과가 내진성능을 만족하는지 확인한다(S14). 이때, 예비평가 결과가 내진성능을 만족하는 경우 건축물 내진성능을 확정하지만, 예비평가 결과가 내진성능을 만족하지 않거나, 정형 건축물이 아닌 경우, 선형 해석을 통해 내진성능의 1차 상세평가를 실시한다(S15).
다음으로, 1차 상세평가 결과가 내진성능을 만족하는지 확인하고(S16), 1차 상세평가 결과가 내진성능을 만족하는 경우 건축물 내진성능을 확정하지만, 1차 상세평가 결과가 내진성능을 만족하지 않는 경우 비선형 해석을 통한 내진성능의 2차 상세평가를 실시한다(S17).
다음으로, 내진성능의 2차 상세평가를 실시한 후 건축물 내진성능을 확정하고(S18), 해당 건축물에 대한 내진보강이 필요한지 여부를 확인한다(S19).
다음으로, 해당 건축물에 대한 내진보강이 필요한 경우, 건축물 내진보강 계획을 수립하고(S20), 건축물 내진보강 시스템을 설계한다(S21).
전술한 현장조사, 예비평가, 1차 및 2차 상세평가를 통해서 하나의 건축물의 내진성능과 관련된 데이터가 생성된다. 하지만, 이러한 과정을 국내 약 700만동 건축물에 적용하여 데이터를 확보하고, 이를 바탕으로 재난 발생 전에 건축물의 구조안전을 확보하는 방법은 비현실적인 방법이라고 할 수 있다.
구체적으로, 예비평가의 경우, 간단한 자료 및 약산식을 사용하여 산정된 강도를 통해 내진성능을 보수적으로 평가한다. 이때, 예비평가에서 매우 간략화된 약산식을 사용하므로 정형 건축물에만 적용할 수 있고, 특히, 비정형 건축물인 경우 예비평가를 무시할 수 있다.
종래의 기술에 따른 예비평가는 컴퓨터 해석 없이 간단한 구조계산으로 건축물의 성능을 예측할 수 있지만, 이것은 건축물에 손상이 많이 발생하는 비선형 비탄성 범위인 경우에 활용할 수 없다. 또한, 종래의 기술에 따른 예비평가는 단지 정적해석을-기반으로 하고 있으므로, 지진하중 특성을 반영할 수 없다는 문제점이 있다. 특히, 예비평가는 컴퓨터 해석 없이 사전에 건축물의 내진성능을 평가할 수 있는 유일한 방법이지만, 필로티 구조와 같이 건축물에 수직 또는 수평 비정형성이 포함된 경우에 적용할 수 없다. 즉, 필로티 구조는 예비평가 없이 1차 또는 2차 상세평가를 통해 내진성능을 평가하는데, 동적응답-기반이 아니라는 한계가 있다.
또한, 1차 상세평가의 경우, 대상 건축물에 대한 탄성해석의 결과와 부재의 강도에 m계수를 곱하여 비교하며, 주로 부재의 강도측면에서 내진성능을 평가한다. 이때, 1차 상세평가는 탄성해석을 사용하므로 구조실무자가 접근하기는 쉽지만 각 부재의 m계수를 개별적으로 구해야 하므로 작업량이 많고, 이에 따라, 엑셀시트 등으로 자동화하는 것이 필수적이다. 이러한 1차 상세평가는 비정형 건축물이나 고차모드 건축물에도 비교적 합리적인 결과를 제공하므로, 2단계 상세평가인 Pushover 해석보다 신뢰성 있는 결과를 제공할 수 있다.
또한, 2차 상세평가의 경우, 비선형 정적해석으로 불리는 Pushover 해석을 통해서 건축물의 비탄성변위와 내진성능 수준별 회전각을 비교하여 내진성능을 평가하는 방법으로서, 탄성 이후의 비탄성 구간까지 항복 이후의 소성상태까지 고려하여 평가할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 고차모드 또는 비정형 건축물인 경우, 해석 결과의 신뢰성이 많이 떨어지며, 저차모드가 지배하는 저층의 정형 건축물에 대해서만 적용할 수 있기 때문에 해석대상 범위가 매우 한정적이라는 것이 단점이라고 볼 수 있다. 따라서 2차 상세평가에 따른 고차모드 또는 비정형 건축물은 반드시 전술한 1차 상세평가와 상호 보완적으로 평가하는 것이 바람직하다.
종래의 기술에 따른 1차 및 2차 상세평가의 경우, 컴퓨터 시뮬레이션을 바탕으로 개별 건축물의 내진성능을 판단하는 것으로, 대다수의 내진성능이 미확보된 기존 필로티 구조의 내진성능을 평가하는 것은 인력, 시간, 비용 등의 한계가 있다.
한편, 필로티 구조는 건축물의 기초를 이루는 바닥면으로부터 정해진 높이로 설치되는 복수개의 기둥체로 상부 구조를 지탱하며 정해진 크기의 지상층 공간을 확보하는 구조로서, 이와 같이 확보되는 지상층 공간은 보행자나 차량의 통행공간을 제공하거나, 주차공간 등으로 활용될 수 있으므로, 일반 다가구 주택이나 아파트와 같은 건축물에 현재 많이 적용되고 있는 추세이다.
이러한 필로티 구조는 상부 구조의 저면 둘레를 따라 설치되는 기둥체의 내측에 배치되는 코어벽체를 더 구비할 수 있는데, 이와 같은 코어벽체는 상부 구조로 올라가는 계단 등으로 활용될 수 있다. 하지만, 이러한 기둥체와 코어벽체를 가지는 필로티 구조는 지진의 발생 등으로 외력을 받을 경우 변형되거나 손상될 수 있다.
도 2는 일반적인 기둥체와 코어벽체를 갖는 필로티 구조에 외력이 작용하여 손상된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 2의 a)에 도시된 바와 같이, 지진 등에 의해 외력을 받아 손상되는 필로티 구조(10)를 이루는 코어벽체(12)에 전단 균열 현상이 집중되어 코어벽체(12)가 손상된 것을 확인할 수 있다. 즉, 코어벽체(12)는 소성변형능력이 작기 때문에 지진 발생시 전단파괴가 발생되므로 내진성능이 작다.
또한, 도 2의 b)에 도시된 바와 같이, 코어벽체(12)가 기둥체(11)보다 높은 강성(Rigidity)을 가짐에 따라 기둥체(11)로 유도되는 외력은 작아지고, 이러한 기둥체(11)는 탄성변형구간 내에서 탄성 변형되는 반면, 대부분의 외력은 코어벽체(12)로 집중되어 내력이 급격하게 저하될 수 있다.
한편, 지진 발생시 필로티 구조에서 가장 흔하게 발견되는 파괴 유형으로는, 단자유도모델-기반 필로티 구조의 동적응답에 따라 수직 강성 및 질량 불균형에 의해 특정 층에 손상이 집중되는 연층현상과 평면 불균형에 의한 비틀림현상으로 구분된다.
도 3은 필로티 구조의 수직 비정형성 및 수평 비정형성을 나타내는 도면으로서, 도 3의 a)는 수직 비정형성에 따른 필로티 구조 연층현상을 나타내는 도면이고, 도 3의 b)는 수평 비정형성에 따른 편심코어를 나타내는 도면이다.
종래의 기술에 따르면, 비선형 단자유도(Single-Degree-Of-Freedom: SDOF) 모델을 이용할 경우, 도 3의 b)에 도시된 비틀림현상에 대한 고려 없이, 단지 도 3의 a)에 도시된 연층현상만을 반영한 필로티 구조의 동적응답을 예측할 수 있고, 이에 따라, 비틀림현상에 따른 수평 비정형성을 반영하지 못하고 있다.
이러한 필로티 구조의 수평 비정형성은, 도 3의 b)에 도시된 바와 같이, 벽체로 구성된 코어의 위치에 따라 그 정도가 심각해지므로, 3차원 모델링 등 복잡한 과정을 통해서 수평 비정형성에 의한 건축물의 동적 응답을 예측할 수 있다.
다시 말하면, 종래의 기술에 따른 내진성능 평가 기법 중에서 예비평가는 필로티 구조의 수직 및 수평 비정형성을 반영할 수 없고, 동적 특성을 갖는 지진 하중과 달리 정적 해석결과를 바탕으로 내진성능을 평가하는 방법이기 때문에 보다 실제에 가까운 내진성능을 예측할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 내진성능 평가 기법 중에서 1차 및 2차 상세평가는 컴퓨터 모델링과 해석을 바탕으로 하고 있으므로, 국내 기존 필로티 구조의 내진성능을 파악하기 위하여 많은 시간, 인력, 비용 등이 소모되며, 결국 지진에 신속하게 대응할 수 없다는 문제점이 있다. 다시 말하면, 국내의 필로티 구조의 대다수가 수평 비정형성을 내재하고 있다는 점에서 지진에 취약한 필로티 구조의 내진 성능을 3차원 컴퓨터 해석을 통해 평가하는 것은 많은 시간, 인력, 비용 등이 소모되므로, 추후 발생 가능한 지진에 대하여 적합한 시점에 대응이 어려울 수 있다는 문제점이 있다.
연구보고서, "기존 건축물 내진성능 평가 활성화를 위한 연구", 한국시설안전공단, 2013년 12월.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수직 및 수평 비정형성에 의해 지진에 취약한 필로티 구조를 대상으로 내진성능 평가 데이터베이스를 사전에 빠르게 구축하고, 사전에 확보된 내진성능 평가 데이터베이스를 바탕으로 내진성능을 신속하게 평가할 수 있는, 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 필로티 구조에 대하여 연층현상을 대표하는 단자유도모델과 비틀림현상을 대표하는 단자유도모델을 조합한 하이브리드 단자유도모델을 통해 수직 및 수평 비정형성을 고려함으로써, 기존의 복잡한 컴퓨터 모델링 및 해석 과정 없이 신속하게 동적응답 데이터베이스를 확보할 수 있는, 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 기존의 내진성능 평가방법 중에서 예비평가 미적용 대상인 필로티 구조의 내진성능을 간단한 입력정보를 바탕으로 신속하게 평가할 수 있고, 이에 따라, 지진발생 사전 대응 시스템에 적합하게 적용할 수 있는, 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템은, 필로티 구조의 구조적 특성을 반영한 입력변수를 핵심 구조정보로 입력하는 건축물 구조정보 입력모듈; 연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델을 결합한 다중 단자유도모델로서, 연층현상 및 비틀림현상 각각의 응답 기여도가 반영된 단자유도모델 각각에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 각 단자유도모델 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 추출하는 하이브리드 단자유도모델; 상기 하이브리드 단자유도모델을 통해 생성된 필로티 구조 동적응답을 기설정된 한계 상태와 비교하여 변위 및 내력 기반으로 해당 입력정보에 대한 내진성능을 평가하는 필로티 구조 내진성능 평가모듈; 및 상기 건축물 구조정보 입력모듈을 통해 입력된 핵심 구조정보 및 이에 대응하는 상기 필로티 구조 내진성능 평가모듈의 평가결과를 각각 저장하는 내진성능 평가 데이터베이스를 포함하되, 상기 하이브리드 단자유도모델은 각 동적응답의 조합을 통해 필로티 구조의 동적응답을 산정함으로써, 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 최대 동적응답을 추출하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 핵심 구조정보는 건축물의 고유주기, 강도비, 연성도 및 편심거리를 포함하고, 상기 고유주기, 강도비 및 연성도는 필로티 구조의 고유특성과 관련 있고, 상기 편심거리는 벽체로 구성된 코어 위치에 따른 평면 불균형을 대표하는 변수인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하이브리드 단자유도모델은 연성도를 반영함으로써 건축물 구조부재의 휨, 전단 및 휨-전단의 복합파괴 유형을 고려한 정밀한 동적응답을 생성할 수 있다.
여기서, 상기 하이브리드 단자유도모델은, 상기 필로티 구조의 무게중심에 대한 비선형 정적해석을 수행하여 연층현상 동적응답을 획득하는 연층현상 동적응답 획득부; 상기 필로티 구조의 강성중심에 대한 비선형 정적해석을 수행하여 비틀림현상 동적응답을 획득하는 비틀림현상 동적응답 획득부; 상기 건축물 구조정보 입력모듈에서 입력된 핵심 구조정보에 따라 지진하중 시나리오를 자동으로 구성하는 지지하중 시나리오 구성부; 연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델에 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 조합하는 모델별 동적응답 조합부; 및 상기 조합된 최대 동적응답에 따라 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 필로티 구조 동적응답을 생성하는 필로티 구조 동적응답 생성부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 연층현상 동적응답 획득부는, 필로티 구조의 무게중심에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상에 대한 고려 없이 연층현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값을 도출하는 무게중심 기반 정보 추출부; 연층현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수를 적용하여 연층현상 단자유도모델을 해석하는 연층현상 단자유도모델 해석부; 및 지진 시나리오를 반영하여 필로티 구조의 연층현상 시간이력응답을 생성하는 연층현상 시간이력응답 생성부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비틀림현상 동적응답 획득부는, 필로티 구조의 강성중심에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값을 도출하는 강성중심 기반 정보 추출부; 비틀림현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수를 적용하여 비틀림현상 단자유도모델을 해석하는 비틀림현상 단자유도모델 해석부; 및 지진 시나리오를 반영하여 필로티 구조의 비틀림현상 시간이력응답을 생성하는 비틀림현상 시간이력응답 생성부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 강성중심 기반 정보 추출부는 편심거리만큼 떨어진 지점과 무게중심에 반대방향으로 하중을 적용하여 필로티 해석모델에 대하여 비틀림을 의도적으로 유발한 후, 이를 바탕으로 비선형 스프링 파라미터의 값을 산정할 수 있다.
여기서, 상기 지진하중 시나리오는 지반 정보인 지반 등급, 지진 규모, 진앙지로부터 거리, 지진파 속성인 최대가속도를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템은, 내진성능을 평가할 필로티 구조에 대한 핵심 구조정보를 입력하여 상기 내진성능 평가 데이터베이스로부터 내진성능 평가 데이터를 조회하는 필로티 구조 사용자 입력모듈을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템은, 상기 필로티 구조 사용자 입력모듈에서 입력된 핵심 구조정보에 대응하여 상기 내진성능 평가 데이터베이스로부터 출력되는 내진성능 평가 데이터에 따라 내진성능 맵을 작성하여 출력하는 내진성능 맵 출력모듈을 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 내진성능 맵 출력모듈은 상기 핵심 구조정보를 바탕으로 지진 시나리오를 제외하고 주기-연성도-강도비-편심-내진성능 평가 결과(변위 또는 내력-기반)로 구성된 내진성능 맵을 도출할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법은, a) 건축물 구조정보 입력모듈을 통해 건축물 구조정보로서, 필로티 구조에 대한 핵심 구조정보를 입력하는 단계; b) 상기 핵심 구조정보에 따른 비선형 하이브리드 단자유도모델을 구축하고, 지진 시나리오를 자동으로 구성하는 단계; c) 하이브리드 단자유도모델 중에서 연층현상 단자유도모델을 통한 연층현상 동적응답 및 비틀림현상 단자유도모델을 통한 비틀림현상 동적응답을 각각 획득하는 단계; d) 상기 연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델에 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 조합하는 단계; e) 상기 연층현상 동적응답 및 비틀림현상 동적응답의 조합에 따른 필로티 구조의 동적응답을 생성하는 단계; f) 변위 및 내력 기반의 필로티 구조 내진성능을 평가하는 단계; 및 g) 상기 건축물 구조정보 입력모듈을 통해 입력된 핵심 구조정보 및 이에 대응하는 상기 필로티 구조 내진성능 평가모듈의 평가결과를 각각 저장하는 단계를 포함하되, 상기 하이브리드 단자유도모델은 각 동적응답의 조합을 통해 필로티 구조의 동적응답을 산정함으로써, 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 최대 동적응답을 추출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수직 및 수평 비정형성에 의해 지진에 취약한 필로티 구조를 대상으로 내진성능 평가 데이터베이스를 사전에 빠르게 구축하고, 사전에 확보된 내진성능 평가 데이터베이스를 바탕으로 내진성능을 신속하게 평가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 필로티 구조에 대하여 연층현상을 대표하는 단자유도모델과 비틀림현상을 대표하는 단자유도모델을 조합한 하이브리드 단자유도모델을 통해 수직 및 수평 비정형성을 고려함으로써, 기존의 복잡한 컴퓨터 모델링 및 해석 과정 없이 신속하게 동적응답 데이터베이스를 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 내진성능 평가방법 중에서 예비평가 미적용 대상인 필로티 구조의 내진성능을 간단한 입력정보를 바탕으로 신속하게 평가할 수 있고, 이에 따라, 지진발생 사전 대응 시스템에 적합하게 적용할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 건축물 내진성능 평가 방법의 동작흐름도이다.
도 2는 일반적인 기둥체와 코어벽체를 갖는 필로티 구조에 외력이 작용하여 손상된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 필로티 구조의 수직 비정형성 및 수평 비정형성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 필로티 구조의 힘-변위 관계를 도출하여 필로티 구조의 프로필을 단순화시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 무게중심-기반 정보 추출을 위한 연층현상 단자유도모델을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 강성중심-기반 정보 추출을 위한 비틀림현상 단자유도모델을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 연층현상 단자유도모델과 비틀림현상 단자유도모델이 결합된 하이브리드 단자유도모델의 동적응답 생성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 내진성능 맵을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법의 동작흐름도이다.
도 2는 일반적인 기둥체와 코어벽체를 갖는 필로티 구조에 외력이 작용하여 손상된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 필로티 구조의 수직 비정형성 및 수평 비정형성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 필로티 구조의 힘-변위 관계를 도출하여 필로티 구조의 프로필을 단순화시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 무게중심-기반 정보 추출을 위한 연층현상 단자유도모델을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 강성중심-기반 정보 추출을 위한 비틀림현상 단자유도모델을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 연층현상 단자유도모델과 비틀림현상 단자유도모델이 결합된 하이브리드 단자유도모델의 동적응답 생성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 내진성능 맵을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템은, 건축물 구조정보 입력모듈(100), 하이브리드 단자유도모델(200), 필로티 구조 내진성능 평가모듈(300), 내진성능 평가 데이터베이스(400), 필로티 구조 사용자 입력모듈(500) 및 내진성능 맵 출력모듈(600)을 포함한다.
건축물 구조정보 입력모듈(100)은 필로티 구조의 구조적 특성을 반영한 입력변수를 핵심 구조정보로 입력하며, 이때, 건축물의 고유주기(T), 강도비(SR), 연성도(파괴유형, μ) 및 편심거리(e)를 4개의 핵심 구조정보로 설정함으로써 입력변수를 단순화할 수 있다. 이때, 상기 고유주기(T), 강도비(SR) 및 연성도(μ)는 필로티 구조의 고유특성과 관련 있고, 상기 편심거리(e)는 벽체로 구성된 코어 위치에 따른 평면 불균형을 대표하는 변수이다.
하이브리드 단자유도모델(200)은 연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델을 결합한 다중 단자유도모델로서, 연층현상 및 비틀림현상 각각의 응답 기여도가 반영된 단자유도모델 각각에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 각 단자유도모델 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 추출하고, 각 동적응답의 조합을 통해 필로티 구조의 동적응답을 산정함으로써, 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 최대 동적응답을 추출한다.
구체적으로, 상기 하이브리드 단자유도모델(200)은, 연층현상 동적응답 획득부(210), 비틀림현상 동적응답 획득부(220), 지지하중 시나리오 구성부(230), 모델별 동적응답 조합부(240) 및 필로티 구조 동적응답 생성부(250)를 포함한다.
상기 연층현상 동적응답 획득부(210)는 필로티 구조의 무게중심(CM)에 대한 비선형 정적해석을 수행하도록 무게중심(CM)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상에 대한 고려 없이 연층현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K1)을 도출하며, 또한, 연층현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수, 예를 들면, M1*, H1*, ω1 등을 적용하여 연층현상 동적응답으로서, 최대 동적응답을 획득한다.
보다 구체적으로, 상기 연층현상 동적응답 획득부(210)는 무게중심 기반 정보 추출부(211), 연층현상 단자유도모델 해석부(212) 및 연층현상 시간이력응답 생성부(213)를 포함한다.
상기 무게중심 기반 정보 추출부(211)는 필로티 구조의 무게중심(CM)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상에 대한 고려 없이 연층현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K1)을 도출한다.
상기 연층현상 단자유도모델 해석부(212)는 연층현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수, 예를 들면, M1*, H1*, ω1 등을 적용한다.
상기 연층현상 시간이력응답 생성부(213)는 지진 시나리오를 반영하여 필로티 구조의 연층현상 시간이력응답을 생성한다.
비틀림현상 동적응답 획득부(220)는 필로티 구조의 강성중심(CR)에 대한 비선형 정적해석을 수행하도록 강성중심(CR)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K2)을 도출하며, 또한, 비틀림현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수, 예를 들면, M2*, H2*, ω2 등을 적용하여 비틀림현상 동적응답으로서, 최대 동적응답을 획득한다.
구체적으로, 상기 비틀림현상 동적응답 획득부(220)는 강성중심 기반 정보 추출부221), 비틀림현상 단자유도모델 해석부(222) 및 비틀림현상 시간이력응답 생성부(223)를 포함한다.
상기 강성중심 기반 정보 추출부(221)는 필로티 구조의 강성중심(CR)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K2)을 도출한다. 구체적으로, 편심거리(e) 만큼 떨어진 지점(CR)과 무게중심(CM)에 반대방향으로 하중(Load2)을 적용하여 필로티 해석모델에 대하여 비틀림을 의도적으로 유발한 후 이를 바탕으로 비선형 스프링 파라미터의 값(K2)을 산정한다.
상기 비틀림현상 단자유도모델 해석부(222)는 비틀림현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수, 예를 들면, M2*, H2*, ω2 등을 적용한다.
상기 비틀림현상 시간이력응답 생성부(223)는 지진 시나리오를 반영하여 필로티 구조의 비틀림현상 시간이력응답을 생성한다.
지지하중 시나리오 구성부(230)는 상기 건축물 구조정보 입력모듈(100)에서 입력된 핵심 구조정보에 따라 지진하중 시나리오를 자동으로 구성한다. 여기서, 지진하중 시나리오는 지반 정보인 지반 등급, 지진 규모, 진앙지로부터 거리, 지진파 속성인 최대가속도 등을 포함하며, 추후 발생 가능한 지진 시나리오를 모두 고려할 수 있다.
모델별 동적응답 조합부(240)는 연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델에 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 조합한다.
필로티 구조 동적응답 생성부(250)는 상기 조합된 최대 동적응답에 따라 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 필로티 구조 동적응답을 생성한다.
또한, 필로티 구조 내진성능 평가모듈(300)은 상기 하이브리드 단자유도모델(200)을 통해 생성된 필로티 구조 동적응답을 기설정된 한계 상태와 비교하여 변위(층간변위비) 및 내력(DCR) 기반으로 해당 입력정보에 대한 내진성능을 평가한다.
내진성능 평가 데이터베이스(400)는 상기 건축물 구조정보 입력모듈(100)을 통해 입력된 핵심 구조정보 및 이에 대응하는 상기 필로티 구조 내진성능 평가모듈(300)의 평가결과를 각각 저장한다. 구체적으로, 건축물의 핵심 구조정보인, 주기, 연성도, 강도비, 편심과 상기 지진하중 시나리오를 변경하고, 전술한 과정을 사용자가 지정한 범위 내에서 반복 수행함으로써, 필로티 구조에 대한 광범위한 내진성능 평가 데이터베이스를 구축할 수 있다.
필로티 구조 사용자 입력모듈(500)은 내진성능을 평가할 필로티 구조에 대한 핵심 구조정보를 입력하여 상기 내진성능 평가 데이터베이스(400)로부터 내진성능 평가 데이터를 조회한다.
내진성능 맵 출력모듈(600)은 상기 필로티 구조 사용자 입력모듈(500)에서 입력된 핵심 구조정보에 대응하여 상기 내진성능 평가 데이터베이스(400)로부터 출력되는 내진성능 평가 데이터에 따라 내진성능 맵을 작성하여 출력한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템은, 건축물의 핵심 구조정보 변경 및 지진 시나리오에 따른 모델링 및 해석, 내진성능 평가 등의 일련의 과정을 프로그래밍을 통해 자동화하고, 또한, 단자유도모델을 활용함으로써 종래 기술 대비 빠른 속도로 필로티 구조의 데이터를 확보하여 내진성능을 평가할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 필로티 구조의 힘-변위 관계를 도출하여 필로티 구조의 프로필을 단순화시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템의 경우, 필로티 구조(700)로부터 힘-변위 관계를 도출할 수 있으며, 이때, 건축물의 고유주기(T), 강도비(SR), 연성도(μ) 및 편심거리(e)를 4개의 핵심 구조정보로 설정함으로써 입력변수를 단순화할 수 있다. 이때, 상기 고유주기(T), 강도비(SR) 및 연성도(μ)는 필로티 구조의 고유특성과 관련 있고, 상기 편심거리(e)는 벽체로 구성된 코어 위치에 따른 평면 불균형을 대표하는 변수이다. 다시 말하면, 건축물 구조정보인 건축물 구조 프로필 중에서 초기강성은 고유주기(T)로 단순화시키고, 항복/최대변위는 연성도(μ)로 단순화시키며, 항복강도는 강도비(SR)로 단순화시킬 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 무게중심-기반 정보 추출을 위한 연층현상 단자유도모델을 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 강성중심-기반 정보 추출을 위한 비틀림현상 단자유도모델을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 무게중심-기반 정보 추출을 위한 연층현상 단자유도모델의 경우, 필로티 구조의 무게중심(CM)에 대한 비선형 정적해석을 수행하도록 무게중심(CM)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상에 대한 고려 없이 연층현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K1)을 도출하며, 또한, 연층현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수, 예를 들면, M1*, H1*, ω1 등을 적용하여 연층현상 동적응답으로서, 최대 동적응답을 획득한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 강성중심-기반 정보 추출을 위한 비틀림현상 단자유도모델의 경우, 필로티 구조의 강성중심(CR)에 대한 비선형 정적해석을 수행하도록 강성중심(CR)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K2)을 도출하며, 또한, 비틀림현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수, 예를 들면, M2*, H2*, ω2 등을 적용하여 비틀림현상 동적응답으로서, 최대 동적응답을 획득한다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 연층현상 단자유도모델과 비틀림현상 단자유도모델이 결합된 하이브리드 단자유도모델의 동적응답 생성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 하이브리드 단자유도모델(200)은 연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델을 결합한 다중 단자유도모델로서, 연층현상 및 비틀림현상 각각의 응답 기여도가 반영된 단자유도모델 각각에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 각 단자유도모델 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 추출하고, 각 동적응답의 조합을 통해 필로티 구조의 동적응답을 산정함으로써, 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 최대 동적응답을 추출한다. 이때, 상기 하이브리드 단자유도모델(200)은 단순 비선형 해석모델이기 때문에 별도의 컴퓨터 해석 없이 자동으로 사전에 동적응답을 신속하게 획득할 수 있다.
또한, 하이브리드 단자유도모델(200)은 연성도(μ)를 반영함으로써 건축물 구조부재의 휨, 전단 및 휨-전단의 복합파괴 유형을 고려한 정밀한 동적응답을 생성할 수 있다. 즉, 연층현상과 비틀림현상을 반영할 수 있는 각각의 단자유도모델을 적용하고, 각각의 단자유도모델에 대한 응답을 조합하는 하이브리드 단자유도모델을 구현함으로써 필로티 구조의 연층현상 및 비틀림현상의 최대 동적응답을 빠르게 생성할 수 있다.
또한, 필로티 구조 동적응답 생성을 위한 하이브리드 단자유도모델(200)은 복잡한 3D 컴퓨터 모델링 및 해석 과정 없이 연층현상 및 비틀림현상을 포함한 필로티 구조의 내진성능을 비교적 정확하고 빠르게 평가할 수 있으므로, 종래 기술 대비 인력, 시간, 비용 소모를 최소화할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 내진성능 맵을 예시하는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템에서 내진성능 맵 출력모듈(600)은, 상기 핵심 구조정보를 바탕으로 지진 시나리오를 제외하고 주기-연성도-강도비-편심-내진성능 평가 결과(변위 또는 내력-기반)로 구성된 내진성능 맵을 도출할 수 있으며, 이에 따라, 건축물의 핵심 구조정보 입력만으로 건축물의 내진성능을 즉시 파악할 수 있고, 추후 발생 가능한 지진 시나리오에 대한 내진성능 결정 및 이에 대한 대응방안으로서 기본 보강전략을 간단하게 구축할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템을 통해 도시형 생활 주택인 필로티 구조에 대한 내진성능 평가 데이터베이스(400)를 사전에 확보하고, 상기 내진성능 맵을 활용하여 필로티 구조의 내진성능을 평가할 수 있고, 이에 따라, 기존의 GIS, BIM 등의 플랫폼에 적용 및 연계가 용이하므로, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템을 지진 발생 사전 대응 시스템으로 활용할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템은, 수직 비정형성 및 수평 비정형성이 내재된 필로티 구조의 동적응답을 신속하게 확보할 수 있고, 해당 과정에서 모델링, 해석 및 평가 과정의 자동화를 통해 방대한 양의 내진성능 평가 데이터베이스(400)를 사전에 구축하고, 이를 바탕으로 핵심 구조정보의 입력만으로 필로티 구조의 내진성능을 즉시 평가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템은, 사용자가 정의한 입력범위 내에서 자동으로 모델링, 해석, 결과 추출과 성능평가 과정을 반복 수행하여 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 단자유도모델-기반으로 다양한 지진하중 시나리오에 대한 사전에 구축된 내진성능 평가 데이터베이스를 활용함으로써 신속하게 내진성능을 평가할 수 있다. 또한, 연층현상만 반영한 기존의 단자유도모델 대비 비틀림현상을 추가로 고려함으로써, 높은 예측 정밀도를 반영할 수 있다.
또한, 기존의 3D 컴퓨터 모델링 및 해석 과정 없이 두 개의 대표 단자유도모델을 조합한 하이브리드 단자유도모델(200)을 구현함으로써, 필로티 구조의 내진성능을 별도의 컴퓨터 해석 없이 빠른 속도로 정밀하게 예측할 수 있다.
[내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법]
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법의 동작흐름도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법은, 먼저, 건축물 구조정보(건축물 프로필)로서, 필로티 구조에 대한 핵심 구조정보를 입력한다(S110). 즉, 필로티 구조의 구조적 특성을 반영한 입력변수를 핵심 구조정보로 입력하며, 이때, 건축물의 고유주기(T), 강도비(SR), 연성도(μ) 및 편심거리(e)를 4개의 핵심 구조정보로 설정함으로써 입력변수를 단순화할 수 있다. 이때, 상기 고유주기(T), 강도비(SR) 및 연성도(μ)는 필로티 구조의 고유특성과 관련 있고, 상기 편심거리(e)는 벽체로 구성된 코어 위치에 따른 평면 불균형을 대표하는 변수이다.
다음으로, 상기 핵심 구조정보에 따른 비선형 하이브리드 단자유도모델(200)을 구축하고, 지진 시나리오를 자동으로 구성한다(S120). 여기서, 상기 하이브리드 단자유도모델(200)은 연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델을 결합한 다중 단자유도모델로서, 상기 하이브리드 단자유도모델(200)은 연층현상 및 비틀림현상 각각의 응답 기여도가 반영된 단자유도모델 각각에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 각 단자유도모델 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 추출하고, 각 동적응답의 조합을 통해 필로티 구조의 동적응답을 산정함으로써, 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 최대 동적응답을 추출한다. 또한, 상기 지진하중 시나리오는 지반 정보인 지반 등급, 지진 규모, 진앙지로부터 거리, 지진파 속성인 최대가속도 등을 포함하며, 추후 발생 가능한 지진 시나리오를 모두 고려할 수 있다.
다음으로, 연층현상 단자유도모델을 통한 연층현상 동적응답 및 비틀림현상 단자유도모델을 통한 비틀림현상 동적응답을 각각 획득한다(S130). 구체적으로, 상기 연층현상 동적응답 획득을 위해서, 필로티 구조의 무게중심(CM)에 대한 비선형 정적해석을 수행하도록 무게중심(CM)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상에 대한 고려 없이 연층현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K1)을 도출하며, 또한, 연층현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수, 예를 들면, M1*, H1*, ω1 등을 적용하여 연층현상 동적응답으로서, 최대 동적응답을 획득한다. 또한, 비틀림현상 동적응답 획득을 위해서, 필로티 구조의 강성중심(CR)에 대한 비선형 정적해석을 수행하도록 강성중심(CR)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K2)을 도출하며, 또한, 비틀림현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수, 예를 들면, M2*, H2*, ω2 등을 적용하여 비틀림현상 동적응답으로서, 최대 동적응답을 획득한다.
다음으로, 상기 획득된 연층현상 동적응답 및 비틀림현상 동적응답을 조합한다(S140). 즉, 연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델에 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 조합한다.
다음으로, 상기 연층현상 동적응답 및 비틀림현상 동적응답의 조합에 따른 필로티 구조의 동적응답을 생성한다(S150). 즉, 상기 조합된 최대 동적응답에 따라 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 필로티 구조 동적응답을 생성한다.
다음으로, 변위 및 내력 기반의 필로티 구조 내진성능을 평가한다(S160). 즉, 상기 하이브리드 단자유도모델(200)을 통해 생성된 필로티 구조 동적응답을 기설정된 한계 상태와 비교하여 변위(층간변위비) 및 내력(DCR) 기반으로 해당 입력정보에 대한 내진성능을 평가한다.
다음으로, 상기 핵심 구조정보를 가변시킬지 여부를 확인한다(S170). 만일 상기 핵심 구조정보를 가변시킬 경우, 전술한 S110 내지 S150 단계를 반복하여 수행한다.
다음으로, 상기 핵심 구조정보를 가변시키지 않을 경우, 필로티 구조 내진성능 평가를 위한 내진성능 평가 데이터베이스(400)를 구축한다(S180). 즉, 상기 건축물 구조정보 입력모듈(100)을 통해 입력된 핵심 구조정보 및 이에 대응하는 상기 필로티 구조 내진성능 평가모듈(300)의 평가결과를 각각 저장한다. 구체적으로, 건축물의 핵심 구조정보인, 주기, 연성도, 강도비, 편심과 상기 지진하중 시나리오를 변경하고, 전술한 과정을 사용자가 지정한 범위 내에서 반복 수행함으로써, 필로티 구조에 대한 광범위한 내진성능 평가 데이터베이스를 구축할 수 있다. 여기서, 지진하중 시나리오는 지반 정보인 지반 등급, 지진 규모, 진앙지로부터 거리, 지진파 속성인 최대가속도 등을 포함하며, 추후 발생 가능한 지진 시나리오를 모두 고려할 수 있다.
다음으로, 사용자 정보입력에 따른 필로티 구조 내진성능 맵을 출력한다(S190). 즉, 내진성능을 평가할 필로티 구조에 대한 핵심 구조정보를 입력하여 상기 내진성능 평가 데이터베이스(400)로부터 내진성능 평가 데이터를 조회하고, 이때, 입력된 핵심 구조정보에 대응하여 상기 내진성능 평가 데이터베이스(400)로부터 출력되는 내진성능 평가 데이터에 따라 내진성능 맵을 작성하여 출력한다. 예를 들면, 주기, 연성도, 강도비, 편심 및 평가결과(변위 및 내력)를 내진성능 맵(Map)으로 출력할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 수직 및 수평 비정형성에 의해 지진에 취약한 필로티 구조를 대상으로 내진성능 평가 데이터베이스를 사전에 빠르게 구축하고, 사전에 확보된 내진성능 평가 데이터베이스를 바탕으로 내진성능을 신속하게 평가할 수 있다. 또한, 필로티 구조에 대하여 연층현상을 대표하는 단자유도모델과 비틀림현상을 대표하는 단자유도모델을 조합한 하이브리드 단자유도모델을 통해 수직 및 수평 비정형성을 고려함으로써, 기존의 복잡한 컴퓨터 모델링 및 해석 과정 없이 신속하게 동적응답 데이터베이스를 확보할 수 있다. 또한, 기존의 내진성능 평가방법 중에서 예비평가 미적용 대상인 필로티 구조의 내진성능을 간단한 입력정보를 바탕으로 신속하게 평가할 수 있고, 이에 따라, 지진발생 사전 대응 시스템에 적합하게 적용할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 건축물 구조정보 입력모듈
200: 하이브리드 단자유도모델
300: 필로티 구조 내진성능 평가모듈 400: 내진성능 평가 데이터베이스
500: 필로티 구조 사용자 입력모듈 600: 내진성능 맵 출력모듈
700: 필로티 구조
210: 연층현상 동적응답 획득부 220: 비틀림현상 동적응답 획득부
230: 지지하중 시나리오 구성부 240: 모델별 동적응답 조합부
250: 필로티 구조 동적응답 생성부
211: 무게중심 기반 정보 추출부
212: 연층현상 단자유도모델 해석부
213: 연층현상 시간이력응답 생성부
221: 강성중심 기반 정보 추출부
222: 비틀림현상 단자유도모델 해석부
223: 비틀림현상 시간이력응답 생성부
300: 필로티 구조 내진성능 평가모듈 400: 내진성능 평가 데이터베이스
500: 필로티 구조 사용자 입력모듈 600: 내진성능 맵 출력모듈
700: 필로티 구조
210: 연층현상 동적응답 획득부 220: 비틀림현상 동적응답 획득부
230: 지지하중 시나리오 구성부 240: 모델별 동적응답 조합부
250: 필로티 구조 동적응답 생성부
211: 무게중심 기반 정보 추출부
212: 연층현상 단자유도모델 해석부
213: 연층현상 시간이력응답 생성부
221: 강성중심 기반 정보 추출부
222: 비틀림현상 단자유도모델 해석부
223: 비틀림현상 시간이력응답 생성부
Claims (20)
- 필로티 구조의 구조적 특성을 반영한 입력변수를 핵심 구조정보로 입력하는 건축물 구조정보 입력모듈(100);
연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델을 결합한 다중 단자유도모델로서, 연층현상 및 비틀림현상 각각의 응답 기여도가 반영된 단자유도모델 각각에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 각 단자유도모델 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 추출하는 하이브리드 단자유도모델(200);
상기 하이브리드 단자유도모델(200)을 통해 생성된 필로티 구조 동적응답을 기설정된 한계 상태와 비교하여 변위(층간변위비) 및 내력(DCR) 기반으로 해당 입력정보에 대한 내진성능을 평가하는 필로티 구조 내진성능 평가모듈(300); 및
상기 건축물 구조정보 입력모듈(100)을 통해 입력된 핵심 구조정보 및 이에 대응하는 상기 필로티 구조 내진성능 평가모듈(300)의 평가결과를 각각 저장하는 내진성능 평가 데이터베이스(400)를 포함하되,
상기 하이브리드 단자유도모델(200)은 각 동적응답의 조합을 통해 필로티 구조의 동적응답을 산정함으로써, 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 최대 동적응답을 추출하는 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 핵심 구조정보는 건축물의 고유주기(T), 강도비(SR), 연성도(파괴유형, μ) 및 편심거리(e)를 포함하고, 상기 고유주기(T), 강도비(SR) 및 연성도(μ)는 필로티 구조의 고유특성과 관련 있고, 상기 편심거리(e)는 벽체로 구성된 코어 위치에 따른 평면 불균형을 대표하는 변수인 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 하이브리드 단자유도모델(200)은 연성도(μ)를 반영함으로써 건축물 구조부재의 휨, 전단 및 휨-전단의 복합파괴 유형을 고려한 정밀한 동적응답을 생성하는 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 단자유도모델(200)은,
상기 필로티 구조의 무게중심(CM)에 대한 비선형 정적해석을 수행하여 연층현상 동적응답을 획득하는 연층현상 동적응답 획득부(210);
상기 필로티 구조의 강성중심(CR)에 대한 비선형 정적해석을 수행하여 비틀림현상 동적응답을 획득하는 비틀림현상 동적응답 획득부(220);
상기 건축물 구조정보 입력모듈(100)에서 입력된 핵심 구조정보에 따라 지진하중 시나리오를 자동으로 구성하는 지지하중 시나리오 구성부(230);
연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델에 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 조합하는 모델별 동적응답 조합부(240); 및
상기 조합된 최대 동적응답에 따라 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 필로티 구조 동적응답을 생성하는 필로티 구조 동적응답 생성부(250)를 포함하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - 제4항에 있어서, 상기 연층현상 동적응답 획득부(210)는,
필로티 구조의 무게중심(CM)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상에 대한 고려 없이 연층현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K1)을 도출하는 무게중심 기반 정보 추출부(211);
연층현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수를 적용하여 연층현상 단자유도모델을 해석하는 연층현상 단자유도모델 해석부(212); 및
지진 시나리오를 반영하여 필로티 구조의 연층현상 시간이력응답을 생성하는 연층현상 시간이력응답 생성부(213)를 포함하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - 제4항에 있어서, 상기 비틀림현상 동적응답 획득부(220)는,
필로티 구조의 강성중심(CR)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K2)을 도출하는 강성중심 기반 정보 추출부(221);
비틀림현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수를 적용하여 비틀림현상 단자유도모델을 해석하는 비틀림현상 단자유도모델 해석부(222); 및
지진 시나리오를 반영하여 필로티 구조의 비틀림현상 시간이력응답을 생성하는 비틀림현상 시간이력응답 생성부(223)를 포함하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 강성중심 기반 정보 추출부(221)는 편심거리(e) 만큼 떨어진 지점(CR)과 무게중심(CM)에 반대방향으로 하중(Load2)을 적용하여 필로티 해석모델에 대하여 비틀림을 의도적으로 유발한 후, 이를 바탕으로 비선형 스프링 파라미터의 값(K2)을 산정하는 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 지진하중 시나리오는 지반 정보인 지반 등급, 지진 규모, 진앙지로부터 거리, 지진파 속성인 최대가속도를 포함하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - 제1항에 있어서,
내진성능을 평가할 필로티 구조에 대한 핵심 구조정보를 입력하여 상기 내진성능 평가 데이터베이스(400)로부터 내진성능 평가 데이터를 조회하는 필로티 구조 사용자 입력모듈(500)을 추가로 포함하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 필로티 구조 사용자 입력모듈(500)에서 입력된 핵심 구조정보에 대응하여 상기 내진성능 평가 데이터베이스(400)로부터 출력되는 내진성능 평가 데이터에 따라 내진성능 맵을 작성하여 출력하는 내진성능 맵 출력모듈(600)을 추가로 포함하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 내진성능 맵 출력모듈(600)은 상기 핵심 구조정보를 바탕으로 지진 시나리오를 제외하고 주기-연성도-강도비-편심-내진성능 평가 결과(변위 또는 내력-기반)로 구성된 내진성능 맵을 도출하는 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템. - a) 건축물 구조정보 입력모듈(100)을 통해 건축물 구조정보(건축물 프로필)로서, 필로티 구조에 대한 핵심 구조정보를 입력하는 단계;
b) 상기 핵심 구조정보에 따른 비선형 하이브리드 단자유도모델(200)을 구축하고, 지진 시나리오를 자동으로 구성하는 단계;
c) 하이브리드 단자유도모델(200) 중에서 연층현상 단자유도모델을 통한 연층현상 동적응답 및 비틀림현상 단자유도모델을 통한 비틀림현상 동적응답을 각각 획득하는 단계;
d) 상기 연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델에 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 조합하는 단계;
e) 상기 연층현상 동적응답 및 비틀림현상 동적응답의 조합에 따른 필로티 구조의 동적응답을 생성하는 단계;
f) 변위 및 내력 기반의 필로티 구조 내진성능을 평가하는 단계; 및
g) 상기 건축물 구조정보 입력모듈(100)을 통해 입력된 핵심 구조정보 및 이에 대응하는 상기 필로티 구조 내진성능 평가모듈(300)의 평가결과를 각각 저장하는 단계를 포함하되,
상기 하이브리드 단자유도모델(200)은 각 동적응답의 조합을 통해 필로티 구조의 동적응답을 산정함으로써, 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 최대 동적응답을 추출하는 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법. - 제12항에 있어서,
상기 핵심 구조정보는 건축물의 고유주기(T), 강도비(SR), 연성도(파괴유형, μ) 및 편심거리(e)를 포함하고, 상기 고유주기(T), 강도비(SR) 및 연성도(μ)는 필로티 구조의 고유특성과 관련 있고, 상기 편심거리(e)는 벽체로 구성된 코어 위치에 따른 평면 불균형을 대표하는 변수인 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법. - 제13항에 있어서,
상기 하이브리드 단자유도모델(200)은 연성도(μ)를 반영함으로써 건축물 구조부재의 휨, 전단 및 휨-전단의 복합파괴 유형을 고려한 정밀한 동적응답을 생성하는 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법. - 제12항에 있어서,
상기 하이브리드 단자유도모델(200)은 연층현상 단자유도모델 및 비틀림현상 단자유도모델을 결합한 다중 단자유도모델로서, 연층현상 및 비틀림현상 각각의 응답 기여도가 반영된 단자유도모델 각각에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 각 단자유도모델 각각에 대한 응답 기여도가 반영된 최대 동적응답을 추출하고, 각 동적응답의 조합을 통해 필로티 구조의 동적응답을 산정함으로써, 필로티 구조의 내진성능 평가에 필요한 최대 동적응답을 추출하는 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법. - 제12항에 있어서,
상기 지진하중 시나리오는 지반 정보인 지반 등급, 지진 규모, 진앙지로부터 거리, 지진파 속성인 최대가속도를 포함하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법. - 제12항에 있어서,
상기 c) 단계에서, 상기 연층현상 동적응답 획득을 위해서, 필로티 구조의 무게중심(CM)에 대한 비선형 정적해석을 수행하도록 무게중심(CM)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상에 대한 고려 없이 연층현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K1)을 도출하며, 연층현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수를 적용하여 연층현상 동적응답인 최대 동적응답을 획득하는 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법. - 제12항에 있어서,
상기 c) 단계에서, 상기 비틀림현상 동적응답 획득을 위해서, 필로티 구조의 강성중심(CR)에 대한 비선형 정적해석을 수행하도록 강성중심(CR)에 대한 정보를 추출하고, 비틀림현상을 반영한 포락선을 도출한 후, 이를 바탕으로 스프링 파라미터의 값(K2)을 도출하며, 또한, 비틀림현상별 질량 참여율, 고유 진동수, 모드 벡터 등 모드 기여도에 따른 계수를 적용하여 비틀림현상 동적응답인 최대 동적응답을 획득하는 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법. - 제12항에 있어서,
상기 f) 단계에서 상기 하이브리드 단자유도모델(200)을 통해 생성된 필로티 구조 동적응답을 기설정된 한계 상태와 비교하여 변위(층간변위비) 및 내력(DCR) 기반으로 상기 핵심 구조정보에 대한 내진성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법. - 제12항에 있어서,
h) 내진성능을 평가할 필로티 구조에 대한 핵심 구조정보를 입력하여 상기 내진성능 평가 데이터베이스(400)로부터 내진성능 평가 데이터를 조회하고, 상기 입력된 핵심 구조정보에 대응하여 상기 내진성능 평가 데이터베이스(400)로부터 출력되는 내진성능 평가 데이터에 따라 내진성능 맵을 작성하여 출력하는 단계를 추가로 포함하는 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 방법.
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| KR1020190145563A KR102323721B1 (ko) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 내진성능 평가 데이터베이스-기반 필로티 구조의 내진성능 평가 시스템 및 그 방법 |
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