비선형 증분동적해석을 통한 철골 중간모멘트 골조의 붕괴성능 평가
Collapse Capacity Evaluation of Steel Intermediate Moment Frames Using Incremental Dynamic Analysis
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초록
철골 중간모멘트골조는 강한 지반운동에 대하여 적합한 저항능력을 확보하기 위한 지진력저항시스템으로서 일반적으로 사용되고 있다. 하지만 국내의 대다수 중⋅저층 철골건축물은 내진설계가 도입되기 이전에 건설되었거나 현재의 내진설계기준의 요구조건을 준수하지 않은 것들로, 이러한 건물들이 가지는 내진성능에는 의문점이 존재한다. 이와 같은 문제점의 인식에 기반하여 본 연구에서는 국내 철골 중간모멘트골조의 내진성능에 대한 정량적 제시를 목표로 우선 층수 종류, 지진에 대한 보유내력, 부재 연성도, 제진장치의 유무를 변수로 하여표본 건물을 설계하였다. 표본 건물의 내진 성능과 붕괴 매커니즘은 비선형 정적해석과 증분동적해석으로부터 획득한 붕괴여유비와 붕괴확률을 이용하여 분석하였다. 해석결과를 통하여 현행 국내기준에 따라 내진설계된 신축건물은 설계지진에 대해 충분한 내진성능을 가졌으며,이에 반해 구조부재의 연성저감이 발생하거나 낮은 설계 밑면전단력에 대한 저항력을 가진 기존건물의 경우에는 높은 붕괴확률을 가지며목표로 한 내진성능을 만족시키지 못하는 것으로 나타났다. 이와 같은 내진성능을 충족시키지 못하는 내진설계 도입 이전의 건물에 대해서에너지 소산장치를 통해 보강하게 되면 장치의 에너지 소산능력뿐만 아니라 소성힌지의 재분배를 통해 붕괴확률 및 내진성능이 신축건물수준으로 향상되었다.
Abstract
Steel intermediate moment frames (IMFs) have been generally used as seismic load resisting systems (SLRSs) of a building toprovide resistances against strong ground shaking. However, most of low and mid-rise steel buildings in Korea were constructedduring pre-seismic code era or before the introduction of well-organized current seismic codes. It has been recognized that theseismic performance of these steel IMFs is still questionable. In order to respond to such a question, this study quantitativelyinvestigates the seismic capacities of steel IMFs. Prototype models are built according to the number of stories, the levels of elasticseismic design base shear and the ductilities of structural components. Also, the other prototype models employing hystereticenergy dissipating devices (HEDDs) are considered. The collapse mechanism and the seismic performance of the prototype modelsare then described based on the results obtained from nonlinear-static and incremental-dynamic analyses. The seismic performanceof the prototype models is assessed from collapse margin ratio (CMR) and collapse probability. From the assessment, the prototypemodel representing new steel IMFs has enough seismic capacities while, the prototype models representing existing steel IMFsprovide higher collapse probabilities. From the analytic results of the prototype models retrofitted with HEDDs, the HEDDsenhance the seismic performance and collapse capacity of the existing steel IMFs. This is due to the energy dissipating capacityof the HEDDs and the redistribution of plastic hinges.
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