좌굴방지가새 적용 중고층 모듈러 건축 프리팹 철골코어 시스템의 내진성능평가
Seismic Performance Evaluation of a Prefabricated Steel Core System for Mid-to-High Rise Modular Buildings Using Buckling Restrained Braces(BRB)
- 주제(키워드) 모듈러 건축 , 내진성능 , 좌굴방지가새 , 횡력저항시스템 , 비선형 해석
- 주제(DDC) 720
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 조봉호
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 스마트융합건축학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034714
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 중고층 모듈러 건축물의 코어 시스템을 대상으로 내진성능확보가 가능한 좌굴방지가새(BRB) 적용 프리팹 철골코어 시스템을 제안하고, 구조해석 및 설계를 통해 내진성능을 평가하였다. 모듈러 건축 시장 확대에따라 국내외적으로 중고층 모듈러 건축물의 수요가 증가하고 있다. 기존의프로젝트들에서 모듈러 건축물의 주요 횡력저항시스템으로는 대부분 RC코어를적용하고 있다. 하지만 코어시스템은 공사 기간과 구조 성능, 경제성 등에미치는 영향이 매우 크다. 특히 공사 기간 단축은 건축물이 고층화 될수록 사업성공의 주요 요인이 될 것이다. 이에 본 연구에서는 좌굴방지가새 적용 프리팹 철골코어 시스템을 통해 “공기 단축” 및 “내진 성능 향상”을 확인하고자하였다. 이에 본 연구에서는 좌굴방지가새의 모델링 방법 정의, 코어 별(RC코어, ST코어-일반강재 가새 적용, ST코어-BRB 적용) 구조 해석 및 설계, 비선형 해석을 통해 좌굴방지가새 성능 검증을 수행하였다. 주요 연구 결과를요약하면 다음과 같다. 1. 좌굴방지가새 설계 시 영역에 따라 Le(탄성 영역), Lt(전이 영역), Ly(항복 영역)으로 분할하여 모델링해야 하며, 세 가지 방법-1) Le, Lt, Ly 분할방법, 2) Lr, Ly분할 방법, 3) 유효 강성 가정 방법으로 모델링 방법을 정의및제안하였다. 2. 좌굴방지가새 모델링 방법 중 Ly(항복 영역)조절이 가능하며 실제 좌굴방지가새와 보다 유사한 1) Le, Lt, Ly 분할 방법을 해석 및 설계 시에 좌굴방지가새 모델링 방법으로 선정하였다. 또한 단일 프레임 적용 시 해당 방법은KDS 14 31 60 강구조 내진설계 기준 좌굴방지시스템에서 제시하는 층간변위비 2.0배에 상당하는 변위을 만족하였다. 3. 12층 규모의 건축물을 대상으로 각 코어(RC코어, ST코어-일반강재 가새적용, ST코어-BRB적용)에 대하여 구조 설계 및 탄성 해석을 진행하였다. 설계한 건축물은 현행 기준의 사용성에 따라 풍하중에 대한 변위(L/500)와 고유치 해석, 지진하중에 의한 최대 층간변위 검토(0.015h), 부재력, 밑면전단력에대하여 분석 및 비교하였고, 위 검토를 모두 만족함을 확인하였다. 좌굴방지가새 적용 시 건물에 미치는 지진력을 감소시켜주는 것을 확인하였다. 4. 비선형 해석(Push-over analysis)을 통해 좌굴방지가새의 탄성 해석 이후거동 파악과 시스템의 보유 성능에 대하여 평가하였다. 비선형 해석 결과 X방향 지진력에 대해 변위:103.4mm, 밑면 전단력: 6246kN, Y방향 지진력에 대해변위: 180.4mm, 밑면 전단력: 8810.02kN 수준에서 좌굴방지가새가 최초 항복함을 확인하였고, 이는 성능점(X방향-변위: 9.70mm, 하중: 598.32kN, Y방향변위: 16.35mm, 하중: 368.99kN)과 비교하여 크게 웃도는 수치로, 구조물이내진 성능에 대하여 안전한 상태임을 확인하였다. 5. 좌굴방지가새는 연성 거동의 확보 가능 및 우수한 내진성능을 나타내고있다. 또한 반응수정계수(R=8.0)의 영향으로 지진력을 크게 감소시켜줄 수있다. 하지만, 건축물이 고층화됨에 따라서 풍하중이 지배할 가능성 등 다른요인들로 인하여 가새의 배치 및 개수, Ly(항복 영역)의 비율 수정 등 엔지니어의 의도로 추가적인 설계가 필요할 수 있을 것이라 판단된다.
more목차
제 1장 서 론 1
1.1. 연구의 배경 및 목적 1
1.2. 연구의 범위 및 방법 3
제 2장 이론적 고찰 4
2.1. 모듈러 건축의 정의 4
2.2. 모듈러 건축의 접합 시스템 6
2.3. 모듈러 건축의 횡력저항시스템 9
제 3장 좌굴방지가새 시스템 설계 및 모델링 25
3.1. 좌굴방지가새 시스템 설계 28
3.2. 좌굴방지가새 시스템 모델링 32
제 4장 구조 해석 및 설계 38
4.1. 구조 해석 개요 38
4.2. 구조 해석 공통 가정사항 40
4.3. 설계 하중 43
4.4. 좌굴방지가새 설계 45
4.5. 코어 별 구조 검토 57
4.6. 소결 63
제 5장 좌굴방지가새 성능 평가 64
5.1. 비선형 해석 개요 64
5.2. 비선형 해석을 통한 성능 평가 68
5.3. 성능점 확인 및 개선 방안 도출 74
제 6장 결론 75
제 7장 연구의 한계 및 향후 연구방향 76
참 고 문 헌 77
