벽기둥-벽보 시스템이 있는 고층아파트의 내진성능 (Seismic Performance of High-rise Apartment with Wall Pier-Spandrel System)

서지정보

· 발행기관 : 한국콘크리트학회
· 수록지 정보 : 콘크리트학회 논문집 / 35권 / 3호 / 305 ~ 316페이지
· 저자명 : 노지은, 안강우, 엄태성, 조성우, 박홍근

초록

외부벽보는 각층 슬래브의 외곽을 따라 설치되어 인접한 벽체를 연결하는 연결보의 한 종류로서, 아파트에는 거실, 주방 등 실의 용도에 따라 다양한 형상과 배근상세의 테두리보가 사용된다. 외부벽보는 통상 비구조요소로 치부되어 인위적으로 강성을 줄인 구조해석을 통해 설계되는데, 이 연구에서는 이러한 외부벽보를 갖는 고층 아파트의 내진성능평가를 위하여 비선형 정적/동적 해석을 수행하였다. 벽체의 모델링에는 섬유요소모델이 사용되었고, 외부벽보 및 연결보에는 모멘트힌지를 갖는 보기둥요소가 사용되었다. 외부벽보의 모멘트힌지요소의 경우 ASCE 41-17에 따라 비선형 힘-변형 관계를 결정하였는데, 형상비(길이/춤)가 2.0 이하인 경우 전단지배거동모드를 적용하고 그 외에는 휨지배거동모드를 적용하였다. 내진성능평가 결과, 고층 아파트의 외부벽보는 0.01 %의 매우 작은 층간변위비에서 휨항복 상태에 도달하였으며, 0.4 % 층간변위비에서 이미 붕괴방지 변형한계를 초과하였고, 테두리보의 이른 항복 및 붕괴로 인해 고층 아파트의 전체 횡강도은 변형이 증가함에 따라 횡보하는 경향을 보였다. 춤이 큰 외부벽보로 연결된 다수의 수직 벽체들에는 단일 켄틸레버벽체와 유사한 거동을 보였고, 결국 외부벽보의 커플링작용에 의해 부가된 인장/압축 축하중으로 인해 최외단에 위치한 수직 벽체에서는 철근 인장파단 및 콘크리트 압축파괴가 관찰되었다. 이러한 연구결과를 토대로 국내 고층 내력벽 아파트를 위한 내진설계 권고사항을 제안하였다.

영어초록

Wall spandrels, which are coupling beams used along the perimeter of each floor’s slab to connect adjacent walls in bearing-wall apartments, exhibit various aspect ratios and reinforcement details depending on their location, such as living rooms and kitchens. Wall spandrels are generally considered nonstructural elements and are designed through structural analysis with reduced stiffness. In this study, the seismic performance of a high-rise apartment with such wall spandrels was evaluated through nonlinear static/dynamic analysis. Fiber modeling was used for walls, and beam elements with moment hinges were used to model wall spandrels and coupling beams. The nonlinear modeling of wall spandrels followed the guidelines of ASCE 41-17. When the aspect ratio (i.e., length-to-depth ratio) was around 2.0, shear-controlled modeling parameters were used; otherwise, flexure-controlled parameters were used. Seismic evaluation results showed that wall spandrels experienced flexural yielding at a small interstory drift ratio of 0.01% and exceeded the deformation limit for collapse prevention at an interstory drift ratio of 0.4%. After that, the overall load-deformation behavior exhibited minor strength loss and regain in a stagnant manner. Vertical walls connected by large spandrels displayed a cantilever wall behavior, ultimately failing due to reinforcement fracture or concrete crushing caused by increased tensile or compressive axial loads. Based on these findings, design recommendations were proposed for high-rise bearing-wall apartments with large spandrels.

참고자료

· 없음