| 연구개발개요 |
2017년 포항 지진피해사례 및 국내 중저층 필로티 건축물에 대한 기존연구를 조사한 결과, 주요 내진 취약부위는 ① 편심코어 및 벽체량 부족에 의한 필로티층 수직부재의 전단파괴, ② 저층부 불연속샛벽-전이보 연결부, ③ 상층부 상하벽체간 중심선 불일치부로 분석됨.이 중 ① 필로티층 수직부재의 경우, 최근 필로티층에 대한 보강공법이 상당히 연구되었고 특별지진하중 명시 등 관련 설계기준이 개선되어 취약성이 크게 개선됨.② 불연속샛벽-전이보 연결부와 같은 상하벽체간 면내 오프셋(상하벽체가 두께 방향으로 서로 어긋남) 전이부는 국내 주택의 특성 및 건축계획상(창 등의 개구부) 필로티 건축물에서 흔히 발생함. 해당 연결부에는 휨모멘트와 더불어 큰 직접전단력이 집중되어 조기마찰전단파괴의 우려가 높지만 잠재소성힌지영역이라 단순히 주철근의 양을 늘리면 전체 건축물의 요구강도도 함께 높아지는 악순환이 발생하므로 기술적 난제임.③ 상층부 상하벽체간 중심선 불일치부와 같은 상하벽체간 면외 오프셋(상하벽체가 면 방향으로 서로 어긋남) 전이부 역시 국내 주택의 특성 및 건축계획상(평면변화 등) 필로티 건축물에서 흔히 발생함. 하중을 전이해주는 슬래브에 큰 전단력과 휨모멘트가 집중되어 사용하중에 의한 균열 등 취성 손상이 우려되지만 구조역학적으로 응력교란영역(D영역)이라 구조설계 및 해석이 용이하지 않음.ASCE/SEI 41-17 등 해외선진기준에서는 이러한 상하벽체 전이부 내진설계를 중요하게 다루고 있으며 해당 전이부에서 국부적으로 강도 및 연성 문제가 발생할 수 있다고 명시하고 있지만, 국내에서는 건축계획상(층별 상이한 용도 및 평면구성 등) 빈번히 발생함에도 불구하고 해당 전이부에 대한 관심이 여전히 미진하여 관련연구가 시급히 필요함.
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| 연구내용 및 범위 |
(연구개발 방향)국내 중저층 필로티 건축물의 주요 취약 요인과 실무 엔지니어링 설계절차를 고려하여 종합 분석한 결과, 필로티 건축물 지진취약부 성능개선을 위한 연구개발 방향은 다음과 같음.① 필로티층 수직부재 이외의 전이취약부에 대한 내진성능개선 및 실용연구가 필요: 상하벽체간 면내 오프셋(불연속샛벽-전이보 연결부)과 상하벽체간 면외 오프셋(상하벽체 중심선 불일치부)이 대표적인 전이취약부로 분석됨.② 실용적 내진상세 및 설계기술 개발이 연구의 관건: 현장에서 철근조립 등의 추가 작업 없이 설치가 용이하도록 유닛형 철근상세가 개발되어야 하며, 기배치된 주철근 간격 및 위치에 제한받지 않고 설치가 용이하도록 간격 조정이 가능한 철근상세가 필요함. 또한 유닛형 전단철근상세 개발 시 상하부 벽체와의 정착성능 및 높은 전단ㆍ휨강도, 그리고 연성능력의 확보를 위하여 스터드형 철근 등 구조성능과 시공성을 겸비한 정착부 상세를 개발하는 것이 중요하며, 실무 엔지니어링에서 개발 상세를 간편하게 사용할 수 있도록 설계용 전산 프로그램, 설계예제 등 설계 패키지 기술개발이 필요함.③ 중저층 필로티 건물에 특화된 실용내진상세의 제품화 및 현장 시공성 검증 필요: 현장 설치 등 시공성 검증을 위하여 시작품 제작 등 실용내진상세의 제품화가 필요함. 또한 특허 등 기술저작권 추진을 통한 개발기술의 판로확보가 중요함.(추진체계)실태 및 사례조사, 이론적 분석 및 요구성능의 정의, 상세의 개발, 실험적ㆍ해석적 실증, 기술저작권 추진, 제품화ㆍ사업화를 위한 설계패키지 개발 등의 과정을 통해 내실 있는 연구가 될 수 있도록, 서울과학기술대학교와 숭실대학교, 그리고 주식회사 대주이엔씨의 학계 및 산업계 전문가가 모여 연구진을 구성하였음.중저층 필로티 건축물 상하벽체 면내외 오프셋 전이부의 전이성능 개선이라는 공통의 연구목표 아래 각 기관의 특성을 반영하여 아래와 같이 업무를 분장하였음.(주관: 서울과학기술대학교 산학협력단) 불연속샛벽-전이보 연결부 전단보강상세 및 설계식/모델링 기법 보고서- 프로토타입 건축물의 전이부별 취약성 분석 및 요구성능 도출- 불연속샛벽-전이부 연결부 실용내진상세 개발- 비선형유한요소해석 모델링 기법 구축 및 변수연구- 개발상세 적용 전이부 실험을 통한 성능실증- 현행 설계기준 및 역학이론에 기반한 기본설계식 구성 후 ANN에 기반한 최적설계식 도출- 개발 실용내진상세 시작품 제작 및 기술저작권 추진(공동: 숭실대학교 산학협력단) 슬래브용 케이지형 전단철근상세 및 설계식/모델링 기술 검증 보고서- 프로토타입 선정 및 전이부 취약성 분석- 실용내진상세 개발 및 검증- 정밀해석기반 역학모델 개발- 개발상세 적용 구조성능실험 검증- 실용내진상세 활용 설계식/모델링 기술 개발- 개발 실용내진상세 시작품 제작 및 기술저작권 추진(공동: 주식회사 대주이엔씨) 개발 공법의 시작품과 설계 패키지- 전이취약부 구조설계 사례조사- 개발상세 시작품 제작 및 경제성ㆍ시공성 분석- 개발상세에 대한 실무용 설계매뉴얼 개발 및 설계예제 작성- 기술 성숙도 달성을 위한 국토교통기술대전 출전
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