증분동적해석을 통한 비보강 조적벽식 건물의 내진성능 평가
Seismic Performance Assessment of Unreinforced Masonry Wall Buildings Using Incremental Dynamic Analysis
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초록
비보강 조적벽체를 이용한 저층 건축물은 국내에 가장 흔히 볼 수 있는 주거형태이지만, 비보강 조적벽체는 높은 횡강성에 비하여 연성능력 부족 등의 이유로 지진으로부터 구조적 피해를 피하기 힘든 횡력저항시스템으로 알려져 있다. 하지만, 국내 비보강 조적벽체 전단강도와전단강성에 대한 실험적 연구는 부족한 편이며, 실제 지진이 발생했을 비보강 조적벽체를 횡력저항요소로 사용하는 건축물의 내진성능에 대한연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 이로 인하여 국내 비보강 조적벽체의 특성을 반영하고 있다고 볼 수 없는 FEMA 356에서 제시하고 있는 비보강 조적벽체의 전단강도와 강성을 준용하여 사용하고 있다. 본 연구에서는 우선 FEMA 356에서 제시하고 비보강 조적벽체의 전단강도와 강성을 실험결과와의 차이에 대해 기술하고, 이 차이가 현황조사와 실험데이터를 바탕으로 결정한 표본 비보강 조적조 건축물의 내진성능에 미치는 영향과 경과년수에 따른 영향을 증분동적해석을 이용하여 계산된 붕괴여유비와 구조성능의 불확실성을 표현하는 베타값을 이용하여 분석하였다. 해석결과를 통하여 FEMA 356에 의한 전단강도와 강성을 사용할 경우 조적조 건축물의 붕괴여유비와 베타값을 과소평가하는 것으로 나타났다. 하지만, 두 경우 모두 국내 내진설계기준에서 제시하는 성능기준을 만족하지 않는 것으로 나타났으며, 경과연수가 클수록이런 현상은 뚜렷해지며, 30년 이상 경과된 조적조 건축물은 2400년 재현주기의 지진에 붕괴확률이 약 90%에 도달하는 것으로 나타났다.
Abstract
he most common housing type in Korea is low-rise buildings with unreinforced masonry walls (UMWs) that have been known as a vulnerable seismic-force-resisting system (SFRS) due to the lack of ductility capacities compared to high lateral stiffness of an UMW. However, there are still a little experimental investigation on the shear strength and stiffness of UMWs and on the seismic performance of buildings using UMWs as a SFRS. In Korea, the shear strength and stiffness of UMWs have been evaluated with the equations suggested in FEMA 356 which can not reflect the structural and material characteristics, and workmanship of domestic UMW construction. First of all, this study demonstrates the differences in shear strength and stiffness of UMWs obtained from between FEMA 356 and test results. The influence of these differences on the seismic performance of UMW buildings is then discussed with incremental dynamic analyses results of a prototype UMW building that were selected by the site survey of more than 200 UMW buildings and existing test results of UMWs. The seismic performance assessment of the prototype UMW building are analyzed based on collapse margin ratios and beta values repesenting uncertainty of seismic capacity. Analysis results show that the seismic performance of the UMW building estimated using the equations in FEMA 356 underestimates both a collapse margin ratio and a beta value compared to that estimated by test results. Whatever the estimation is carried out two cases, the seismic performance of the prototype building does not meet the criteria prescribed in a current Korean seismic code and about 90% collapse probability presents for more than 30-year-old UMW buildings under earthquakes with 2400 return years.
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