구조설계실무 현황을 고려한 전단벽 해석모형에 관한 고찰 (A Study on the Analytical Model of Shear Wall Considering the Current Status of Structural Design)

서지정보

· 발행기관 : 대한건축학회
· 수록지 정보 : 대한건축학회논문집 구조계 / 34권 / 9호 / 3 ~ 10페이지
· 저자명 : 정성진

초록

건축구조설계 실무현장에서는, 기둥과 기둥 및 층과 층 사이에 존재하는 전단벽(Shear Wall)을 1개의 유한요소(Finite Element)로 모형화(Modelling)하는 것이 일반적이다. 이는 건물의 해석모형을 단순화시키기 위한 방법의 일환으로 개발된 ETABS의 영향 때문인 것으로 판단된다. 최근에 들어 컴퓨터 환경이 획기적으로 발전되었으나, 건물 구조 또한 대형화되어감에 따라 전단벽을 1개의 유한요소로 모형화해야 할 필요성은 여전히 존재하고 있다. 이에 따라, 실무현장에서는 모형화 및 해석결과 분석의 용이성과 해석속도 등을 고려하여 면내회전강성을 갖는 평면응력요소(Plane Stress Element with In-Plane Rotational Stiffness–이하 전단벽요소) 1개를 사용하여 전단벽을 모형화 하는 것이 일반적이다. 유한요소해석(FEA)의 개념에서 볼 때, 전단벽을 1개의 유한요소로 모형화 할 경우, 해석결과가 정확해지지 않을 가능성이 크다. 따라서 전단벽을 1개의 유한요소로 모형화하여 해석하기 위해서는, 전단벽 해석용으로 개발된 다양한 종류의 유한요소에 대한 평가 및 관련 이론들을 지속적으로 개발할 필요가 있다. 이러한 필요에 따라, 본 연구는 전단벽을 유한요소 1개로 모형화 할 때 나타나는 문제점에 대해 분석하고 이의 개선방안을 모색하는 것을 목적으로 하고 있다. 전단벽을 1개의 유한요소로 모형화 할 때 나타나는 문제점들을 고찰하기 위해서는, 사용 요소에 대한 이론적 근거에 대한 분석이 선행되어야 한다. 그러나 실무현장에서 사용되고 있는 상용프로그램(Commercial Program)들에서는 이에 대한 이론적 근거를 명확히 밝히지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 먼저 계층변위보간식(Hierarchical Interpolation Equation)을 이용한 전단벽요소 이론에 대해 분석한 후, 이를 근거로 컴퓨터 프로그램 sNs를 작성하고 있다. 본 연구를 통해 작성된 컴퓨터 프로그램 sNs는, SAP2000, ETABS, PERFORM-3D 및 MIDAS 등 상용프로그램을 이용한 해석결과를 평가하기 위한 수치실험(Numerical Experiment)용으로 사용되고 있다. 마지막으로 1개의 유한요소로 모형화 된 전단벽의 거동분석을 위해 탄성이론에 따라 캔틸레버보의 처짐식을 유도한 후, 이를 해석결과 분석 시 이용하고 있다.

영어초록

While computer environments have been dramatically developed in recent years, as the building structures become larger, the structural analysis models are also becoming more complex. So there is still a need to model one shear wall with one finite element. From the viewpoint of the concept of FEA, if one shear wall is modeled by one finite element, the result of analysis is not likely accurate. Shear wall may be modelled with various finite elements. Among them, considering the displacement compatibility condition with the beam element connected to the shear wall, plane stress element with in-plane rotational stiffness is preferred. Therefore, in order to analyze one shear wall with one finite element accurately, it is necessary to evaluate finite elements developed for the shear wall analysis and to develop various plane stress elements with rotational stiffness continuously. According to the above mentioned need, in this study, the theory about a plane stress element using hierarchical interpolation equation is reviewed and stiffness matrix is derived. And then, a computer program using this theory is developed. Developed computer program is used for numerical experiments to evaluate the analysis results using commercial programs such as SAP2000, ETABS, PERFORM-3D and MIDAS. Finally, the deflection equation of a cantilever beam with narrow rectangular section and bent by an end load P is derived according to the elasticity theory, and it is used to for comparison with theoretical solution.

참고자료

· 없음