비틀림거동 아파트구조 제진장치의 내력비에 따른 제진효과 = Damping effect according to damper's strength ratio in torsionally behaving apartment structure

국문 초록 (Abstract)

비틀림 거동을 하는 구조물의 경우 여러 복합적인 요인으로 인해 제진장치의 제진효과를 기대하기 어렵다. 하지만 건축물이 점차 대형화 되고 복잡한 구조를 요구하고 있기 때문에 이러한 건축물에 대해서도 제진구조를 적용하기 위한 연구를 진행할 필요가 있다.
한편, 제진장치는 소성화에 의한 에너지 소산을 이용하기 때문에 제진장치의 내력비와 제진효과는 상관관계를 갖는다. 선행연구에서 제진장치의 내력비와 제진효과의 상관관계에 대해 분석하였으며, 제진장치의 내력비가 높을수록 제진효과가 높다는 결론을 발표하였다. 하지만 비틀림 거동을 하는 구조물은 여러 요인으로 인해 제진장치가 정상적으로 작동하지 않을 확률이 높기 때문에, 선행연구의 결론이 비틀림 거동을 하는 구조물에도 그대로 반영되는지 확인할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 비틀림 거동을 하는 벽식구조물에 대해 인방형 제진장치를 적용하였을 때 제진장치의 내력비와 제진효과의 상관관계를 분석하였다.
해석방법은 비선형정적해석(변위계수법)을 이용하였다. 해석프로그램은 Perform 3D를 이용하였으며, 상세해석모델로 해석대상 건축물을 모사하였다. 부재의 해석모델은 파이버 모델과 집중힌지 모델을 이용하였으며(벽체-파이버 모델, 보-집중힌지 모델), 재료의 비선형 성능은 각 재료의 특성에 맞춰 정의하였다.(콘크리트-수정 Kent-Park 모델, 철근-Menegotto Pinto 모델) 제진장치는 실험값을 근거로 성능을 정의하였다.
선행연구에서 제진장치의 내력비가 높을수록 제진효과가 높다는 결론이 발표되었지만, 비틀림 거동을 하는 비정형 구조물의 경우 위와같은 결론이 그대로 반영되지 않는다는 것을 확인 할 수 있었다. 비록 예외사항도 있었지만, 비틀림 거동을 하는 구조물의 경우 제진장치의 내력비가 낮을 때 제진효과가 나타나는 경향이 있음을 확인할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In structures behaving torsionally, it is difficult to expect about damper’s damping effect because torsionally behaving structures have handicaps in seismic design. However buildings are becoming larger and more complicated, so study is necessary to apply seismic-response controlled structure to the large and complicated builidngs that behave torsionally.
Meanwhile because the damper use energy dissipation after plastic yielding, there is correlationship between damper’s strength ratio and damping effect. Previous study analyzed the correlationship between damper’s strength and damping effect, and concluded that the higher damper’s strength ratio and the higher damping effect. However, because it is probable that damper do not operate ordinarily in the structures behaving torsionally, it is necessary to confirm whether the conclusion of previous study is also reflected to the structures behaving torsionally. This study analyzed the correlationship between damper’s strength ratio and damping effect in case of wall structure(apartment) behaving torsionally and applying coupling beam damper system.
Nonlinear static analysis(Coefficient method) was used as analysis method. Perform 3D was used as analysis program, and the target building was simulated as detailed analysis model. Fiber model and concentrated hinge model was used as element analysis model(Wall-Fiber model, Beam/Column-Concentrated hinge model), and nonlinear performance of material was defined according to material characteristics(Concrete-Modified Kent-Park model, Steel-Menegotto Pinto model). Performance of the damper was defined on base of experimental datas.
Previous study concluded that the higher damper’s strength ratio is, the higher damping effect is. However, in this study, it can be confirmed that the above conclusion is not reflected to structures behaving torsionally. Although there were some exceptions, the damping effect tends to exhibit when damper’s strength ratio is low in case of structures behaving torsionally.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅵ
• 영문초록 ⅷ
• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구의 배경 1
• 1.2 관련연구의 동향 1
• 1.3 연구의 목적 2
• 1.4 연구의 범위와 방법 3
• 제 2 장 구조재의 에너지 소산능력과 제진효과의 관계 5
• 2.1 제진장치의 내력비와 제진효과 5
• 2.2 비틀림 거동을 하는 비정형 구조물의 제진 6
• 제 3 장 해석대상구조와 제진장치의 특성 8
• 3.1 해석대상구조의 특성 8
• 3.1.1 대상건축물 선정 및 설계조건 8
• 3.1.2 해석모델의 편심율 11
• 3.1.3 해석모델의 고유치 12
• 3.2 제진장치의 특성 14
• 3.2.1 인방형 전단항복 제진장치 14
• 3.2.2 강재이력댐퍼(에너지 소산장치) 17
• 제 4 장 구조물의 성능정의 및 해석모델 수립 18
• 4.1 해석프로그램 및 해석모델 18
• 4.2 제진장치의 비선형성능 정의 19
• 4.3 재료의 비선형성능 정의 22
• 4.3.1 콘크리트의 비선형성능 정의 23
• 4.3.2 철근의 비선형성능 정의 25
• 4.4 부재의 비선형성능 정의 27
• 4.4.1 벽체의 비선형성능 정의 28
• 4.4.2 보의 비선형성능 정의 30
• 4.4.3 기둥의 비선형성능 정의 31
• 제 5 장 제진장치 내력비별 제진효과 비교 32
• 5.1 제진장치 내력비에 따른 비교안 설정 32
• 5.2 내진성능 평가방법 33
• 5.2.1 비선형정적해석 33
• 5.2.2 내진성능 평가항목 35
• 5.3 비교안별 성능곡선 및 성능점 36
• 5.4 비교안별 층간변위비 44
• 5.5 비교안별 허용회전각 초과부재의 연직하중 분담율 48
• 제 6 장 결론 52
• 참고문헌 55