비틀림 비정형을 가지는 저층 RC 필로티 구조물의 비탄성 거동에 관한 강도비 및 평면 형상비의 영향
Effects of Strength and Plan Aspect Ratios on the Inelastic Behavior of Low-rise RC Piloti Buildings with Torsional Irregularity
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초록
비틀림 비정형을 가지는 저층 RC 필로티 구조물은 지진시 병진거동과 함께 회전변형이 발생하여 더욱 취약하다. 2017년 포항지진시 다수의 피해사례를 통해 확인되었다. 본 연구는 비틀림 비정형을 가지는 필로티 구조물의 주요 설계 변수에 따른 거동 특성을 파악하고자 하였다. 이를 위해 연약층 내 벽체-기둥간 강도비와 구조물의 평면 형상비를 주요 변수로 3차원 비선형 정적해석(Push-over)을 수행하였다. 해석결과, 파괴 메커니즘은 탄성상태에서의 부재 강성에 따라 산정되는 정적편심보다는 부재간 강도비에 의해 지배됨을 확인하였다. 강도비가 작은 경우에는 벽체가 선항복하여 비틀림 거동이 억제되었으나, 강도비가 큰 경우에는 약측 기둥의 선항복으로 비틀림 거동이 증폭되었다. 이러한 차이는 항복 이후 강도중심의 이동방향을 통해서도 확인되었다. 강도비가 작은 모델은 강도중심이 질량중심쪽으로 이동하여 강도 분포의불균형이 개선되었으나, 강도비가 큰 모델에서는 강도중심이 바깥쪽으로 이동하여 불균형이 더욱 심화되었다.
Abstract
Low-rise reinforced concrete (RC) piloti buildings are highly vulnerable to torsion due to the eccentric placement of core walls, a fact confirmed by numerous failures during the 2017 Pohang earthquake. This study aims to identify the actual inelastic collapse mechanism of piloti buildings and to propose key design parameters for ensuring their seismic safety. To achieve this, a three-dimensional non-linear static analysis (push-over) is performed with the wall-to-column strength ratio (S) and the planar aspect ratio (AR) as the main variables. The results of this study showed that the collapse mechanism was dominantly governed by the strength ratio rather than the initial static eccentricity. When the strength ratio was low (S≤4), a stable, ductile failure was induced by the wall yielding first, which effectively controlled the torsional behavior. In contrast, when the strength ratio was high (S≥6), an unstable, brittle failure occurred due to the premature yielding of weak-side columns, which amplified the torsional response. This difference in collapse mechanisms was clearly identified by the post-yield movement direction of the center of strength (CS). In models with a low strength ratio, the CS moved inward toward the center of mass (CM), indicating a balanced strength distribution. Conversely, in models with a high strength ratio, the CS moved outward, indicating a worsening of the strength imbalance. These models with excessively high strength ratio and aspect ratio failed prematurely without achieving their designed strength. Therefore, it is essential to move beyond static indices like initial eccentricity. Instead the design should focus on controlling the failure sequence by maintaining a wall-to-column strength ratio of 2.0 or less.
