중저층 건축물의 내진성능 및 내진보강 : 순수조적조, 조적채움벽 철근콘크리트 골조 및 강재 슬릿댐퍼 보강 철근콘크리트 골조 = Seismic capacity and seismic retrofitting of low rise buildings : unreinforced masonry, brick-infilled RC frame and steel slit damper retrofitted RC frame

국문 초록 (Abstract)

중저충 건축물의 내진성능 및 내친보강
전 세계적으로 지진발생이 잦은 빈도 및 큰규모로 발생하고 있으며, 특히 이러한 발생 지진 중 1995닌도 Hyogoken-Nambu 지진(일본), 1999년도 Chi-Chi 지진(대만) 그리고 2001년도 Seattle 지진(미국), Hiroshima 지진(일본) 등은 지진 발생 위험성이 낮은 지역으로 예상된 곳에서 발생하였으며, 지진발생에 대한 대비를 한 지역의 경우 사상자수가 극히 적었던 것을 알 수 있다. 우리나라의 경우 지진피해의 경험이 거의 없고, 이에 따라 지진발생에 따른 피해에 대한 인식이 상당히 낮은 상황으로 지진 대비방안이 준비되어 있지 않은 것이 현실이다. 그러나 계기관측이 시작된 1978년 이후 지난 27년간의 기상청 통계자료에 의하면, 총 620회 가량의 지진이 관측되었으며 연평균23회의 빈도를 나타내고 있다. 또한 최근 2004년 규모 5.2의 울진해역 지진, 2005년 규모 7.0의 후쿠오카 북서쪽 해역지진이 발생하는 등 우리나라 역시 지진에 대한 안전지역이 아니펴 건축물에 상당한 피해를 줄 수 있는 지진의 발생 가능성이 높기 때문에지진에 대한 대책마련이 시급한 상황이다 또한, 우리나라의 내진설계 기준은 1988년처음 도입되었으며, 내진설계 적용 대상 건물은 6층 이상, 연면적 10,OOOm² 건축물에한정되었다. 그러나 1999년 대만 지지지진에 의한 피해상황을 보면 대부분 중저층 건축물에 그 피해가 집중된 것으로부터 국내에도 지진발생 시 중저층 건출물에 피해가집중 될 것으로 예측되고 있다.
따라서 본 연구에서는 우기나라의 대표적인 중저층 건축물인 순수조적조 건축물 및 철근콘크리트트 모멘트 골조에 대한 내진성능 평가에 있어서 가장 중요한 평가항목인 강도지표 산정을 위한 전단내력 평가 및 내진보강 기법 개발을 위한 실험 및 해석을 수행하였다. 이를 위하여 크게 4가지, 즉 조적재료, 비보강 순수 조적조, 초적채움벽 RC프레임 그리고 강재슬릿댐퍼 내진보강 RC 프레임 등을 연구 주제로 실험적, 해석적 연구를 수행한다. 각 주제별 연구내용은 아래와 같다. 첫 번째, 조적재료의 경우 비보강 순수조적조 및 조적채움벽을 구성하며 이러한 조적벽체의 경우 조적개체인 벽돌과 교착재인 모르터의 조합으로 이루어져 있다. 비보강 순수조적벽체 및 조적채움벽의 하중저항 능력 및 변형특성 등의 내진성능을 평가하기위해서는 조적개체 압축강도, 배합비애 따른 모르터 압축강도, 벽돌종류 및 배합비에따른 프리즘 압축강도 그리고 조적조의 사인장 전단강도 등의 재료성능 평가에 관한연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 비보강 순수 조적조 및 조적채움벽의 내진성능평가 및 보수 보강기법 개발에 대한 기초자료를 마련하기 위한 연구의 일환으로 조적조에 대한 재료실험을 수행하고자 하며, 배합비에 따른 모르터 압축강도, 프리즘 압축강도 프리즘 탄성계수,그리고 사인장 전단강도에 대한 내력평가식을 제안하고자 한다. 두 번째, 비보강 조적조 건축물의 내진진단법 개발에 있어서 주요 항목인 조적벽체의전단내력을 산정하고자 국내 조적조 건축물의 현황 분석 및 비보강 조적벽체의 전단거동과 전단강도에 영향을 주는 주요 인자들을 평가하며, 이론적 선행 연구론 바탕으로형상비 축옹력 그리고 쌓기방법 등의 주요변수로 실제크기의 비보강 조적벽체 시험체를 제작하여 반복가력 실험을 수행하고자 한다 또한, 실험결과를 바탕으로 전단내력식을 제안한다. 세 번째, 중저층 건축물들의 대부분은 철근콘크리트 모멘트저항골조로 구성되며, 일반적으로 칸막이벽을 조적채움벽(Infiled Frame)으로 사용하고 있는 상황이다. 현재, 조적채움벽의 경우 단순장막벽으로 취급하여 실제 구조 설계 시에는 구조내력을 고려하지 않고 있다. 그러나 조적채움벽의 경우 .지진 발생 시 프레임 면내 횡강성을 증대시키며 강성을 높일 수 있는 장점을 가지고 있지만, 조적채움벽의 영향으로 프레임의 파괴모드가 취성적인 거동을 나타내는 단점을 지니고 있어 조적채움벽은 지진 발생 시 구조물 거동에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 평가되고 있다. 본 연구에서는 국내 중저층
건축물 중 포적채움벽이 있는 철근콘크리트 모멘트 저항 골조 건물의 내진성능 평가를위한 연구의 일환으로 비 구조요소로 사용되는 조적채움벽치 순수프레임에 대한 기여도를 평가한다따지막으로, 내진보강 기법의 선정에 있어 우리나라의 경우 중약진 지역에 위치해 있기 때문에 내진보강 시스템에 경제적인 부담을 고려하지 않을 수 없으며, 따라서 건물의 재사용과 장기사용을 위해서 지진 손상 후 기둥과 같은 주요 부재의 손상 등을 방지할 필요가 있다. 이를 위한 내진보강 기법으로 강도 및 연성을 동시에 충족시키는 강재슬릿 댐퍼 보강을 계획하였으며. 본 연구에서는 탄성강성이 높고, 소성변형능력이 뛰어난 강재 슬릿형 댐퍼를 에너지 흡수 장치로 부착한 비내진 철근콘크리트조 골조의 구조적 특성을 실험적으로 검토함으로써 우리나라 실정에 맞는 제진구조 시스템을 모색하고, 기초자료를 제시한다. 이상과 같은 연구를 통하여 다음과 같은 결골을 얻었다. 1. 조 적 재 료
(1) 프리즘 압축강도 평가식을 f'm=0.45f'(brick)+0.16f'(mortar),-26으로 제안하였으며, 본제안식에 따른 실험/예측에 대한 평균은 1.033, 표준편차 0.155로 나타남으로써본 제안식이 프리즘 압축강도를 예측함에 있어 적절한 것으로 사료된다. (2) 조적벽체의 허용압축응력에 대한 허용 프리즘 압축강도는 대략 56kgf/cm², 이에따는 용적배합비는 1:3.3으로 나타났지만, 현장 배합비 1:5를 사용하는 실정이므로 추후 공사 시 관리가 필요할 것으로 사료된다.(3) URM 및 IF에 사용하는 낮은 범위의 f'dt를 프리즘 압축강도와의 상관관계로 나타내에 안전측으로 0.7f'm으로 제시하고자 한다2. 비보강 순수조적조
(1) 축응력과 전단응력은 제곱근에 비례, 0.5B 시험체와 1.OB 시험체의 실힘결과 전
단응력은 단면적에 비례하지 않는 것으로 평가되었다. 또한 형상비와 전단응력은
선형적인 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
(2) 본실험결과, 기존실험결과의희귀분석을통해 V(TC.R)=180αP½(1/H)(1+f(a)/0.5f'(m)로 전단 강도식을 제안 하였으며, 실험값/제안값 비가 1.01, 상관계수 R이 0.99로 비교적 정확하게 전단강도를 예측하고 있는 것으로 나타났다.
(3) 본 실험 결과 및 제안식을 통하여 5층 비보강 조적조 건물을 대상으로 각 층의 개구부가 없는 벽체에 대한 평균전단응력을 제시하였다.
3. 조적채움벽 RC프레임
(1) BE-F-1시험체의 경우 휨 항복형으로 설계되엇지만, 동일 프레임에 조적채움벽이 있는 IF-F-1 시험체의 경우 전단 항복형으로 거동하는 것으로 나타났다.
(2)조적채움벽 설치에 따라 최대강도는 2.39배 가량 향상되었지만, 변형능력에 있어서는 0.5배 가량 저감되는 양상을 보였다. 에너지 흡수능력에 있어서 9% 내외의 근소한 차이가 발생하였다.
(3)조적채움벽의 기여도를 평균전단응력도 4.0kgf/cm²로 제시하며, 실험결과에 대해 85~97% 범위의 값으로 상대적으로 안전하게 평가하는 것으로 사료된다.
4.강재 슬릿댐퍼 보강 RC프레임
(1)강재슬릿댐퍼 보강에 의해서 강성이 증가한 댐퍼보강 시험체의 최대내력은 비보강 실험체에 비해 약 2.5배 증가되며, 기둥철근의 항복까지 보강 시험체의 에너지 흡수능력은 댐퍼부와 골조의 접합부에 슬립이 발생하지 않을 경우 비보강 시험체의 에너지 흡수 능력에 비해 13.1배 증가된다.
(2) 강재 슬릿댐퍼를 부착한 보강골조는 댐퍼의 슬릿이 최종 파단한 후 철근이 항보함으로써 골조의 재사용 및 장기사용이 가능하며, 댐퍼 파단 후 골조 항복의 설계 의도가 슬립에 의해 바뀔 수 있기 때무에 댐퍼와 골조의 접합 상세에 대하 계속적인 연구가 필요하다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론
• 1.1 연구배경 및 목적
• 1.2 연구내용 및 범위
• 1.3 연구내용의 구성제
• 2 장 기존 연구 현황
• 2.1 일반사항
• 2.2 중저층 건축물의 내진진단
• 2.2.1 비보강 순수조적조
• 2.2.2 조적채움벽 RC 프레임
• 2.3 중저층 건축물의 내진보강
• 2.3.1 비보강 순수조적조
• 2.3.2 RC 프레임제
• 3 장 실험
• 3.1 일반사항
• 3.2 조적조 재료실험
• 3.2.1 조적개체 압축강도
• 3.2.2 모르터 압축강도
• 3.2.3 프리즘 압축강도 및 탄성계수
• 3.2.4 조적조 사인장 전단강도
• 3.3 순수조적조
• 3.3.1 시험체 계획 및 실험방법
• 3.3.2 실험길과 및 분석
• 3.3.3 전단강도식 제안
• 3.4 조적채움벽 RC 프레임
• 3.4.1 시험체 계획 및 실험방법
• 3.4.2 실험결과 및 분석
• 3.4.3 펑균전단응력도 및 전단강도식 제안
• 3.5 강재 슬릿댐퍼 보강 RC 프레임
• 3.5.1 시험체 계획 및 실험방법
• 3.5.2 실험결과 및 분석
• 3.5.3 강재 슬릿댐퍼 보강 기여도
• 제 4 장 요약 및 결론
• 4.1 요약
• 4.2 결론
• 참고문헌