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비틀림 비정형을 가지는 저층 RC 필로티 구조물의 강성중심 이동을 고려한 비틀림 모멘트 평가

Evaluation of Torsional Moment Considering Translation of Center of Rigidity in Low-Rise RC Pilotis Buildings with Torsional Irregularity

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주제분류안전공학

초록

RC 필로티 구조물은 수직 비정형과 더불어 비틀림 비정형성을 가지는 경우 지진하중에 더욱 취약하다. 현행 내진설계기준은 탄성강성을 기반으로 하는 정적편심에 따른 비틀림 모멘트를 평가하나, 구조물이 비탄성 영역에 진입하면서 발생하는 강성중심의 이동을 반영하지 못하는 한계가 있다. 본 연구는 1층 연약층 내 벽체-기둥간 강성비 및 강도비가 구조물의 비선형 거동에 미치는 영향을 파악하기위해 비선형정적해석(Push-over)을 수행하였다. 그 결과, 비탄성 거동은 강성비보다는 강도비에 의해 지배됨을 확인하였다. 벽체-기둥간 강도비가 작은 경우, 벽체가 선항복하여 강성중심이 질량중심쪽으로 이동하여 편심거리가 감소하였으나, 강도비가 큰 경우에는 약한기둥이 선항복하여 강성중심이 질량중심에서 더욱 멀어지고 편심이 증가함에 따라 비틀림 모멘트가 증가하였다. 따라서 비틀림 비정형을 가지는 필로티 구조물의 내진설계를 위해서는 연약층 내 강성 및 강도분포를 고려하여 비탄성 거동시 강성중심의 이동을 반영할 필요가 있다.

Abstract

Low-rise RC piloti buildings, which are prevalent in Korea, are particularly vulnerable to seismic load when torsional irregularity is present. Current seismic design codes evaluate torsional moment using static eccentricity based on elastic stiffness. However, this approach does not fully evaluate the actual torsional response once the structure shows the inelastic range, due to translates in the center of rigidity. This study quantitatively investigates the influence of rigidity and strength ratios between wall and column in the soft first story on the nonlinear torsional behavior of irregular piloti buildings. Analytical models with various rigidity and strength ratios are analyzed non-linear static(push-over) analysis. The results of this study show that inelastic behavior was primarily governed by the strength ratio rather than the rigidity ratio. When the wall-to-column strength ratio was low, wall yielded first, causing the center of rigidity to translate toward the center of mass and reducing torsional effects. In such cases, the current codes tended to overestimate torsional moments. Otherwise, with a high strength ratio, weaker columns yielded first, translation the center of rigidity further away from the center of mass and amplifying eccentricity. This led to torsional moments up to 10% higher than those predicted by elastic analysis, suggesting that the current design approach may be unresonable. For the safe seismic designs of torsionally irregular piloti buildings, both rigidity and strength ratios between vertical members should be considered to accurately evaluate torsional moment variations arising from inelastic translates of the center of rigidity.

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