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접합부 저감요소 모델을 이용한 철골모멘트골조의 연쇄붕괴 저항성능 평가

Title
접합부 저감요소 모델을 이용한 철골모멘트골조의 연쇄붕괴 저항성능 평가
Other Titles
Evaluation for Resistance Performance of Progressive Collapse of Steel Moment Frame using Reduced Joint Model
Author
박기환
Advisor(s)
노삼영
Issue Date
2017-08
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
연쇄붕괴란 비정상하중으로 인한 구조물의 국부적인 손상 및 파괴가 전체의 파괴로 이어지는 현상이다. 비정상하중이란 설계단계에서 고려하지 않는 화재, 테러, 폭발, 차량의 충돌 등과 같은 일반적이지 않은 사건에 의한 하중을 의미한다. 연쇄붕괴의 주요 사례로는 해외의 경우 1968년 런던 Ronan Point Apartment의 가스폭발로 인한 붕괴사고, 1995년 미국 Alfred P. Murrah Federal Building의 차량 폭탄 테러에 의한 붕괴, 2001년 비행기의 충돌에 의해 발생한 World Trade Center의 붕괴 등이 있으며, 국내에서는 1995년 삼풍백화점 붕괴사고가 있다. 최근 세계 각지에서 크고 작은 테러가 끊이지 않고 있으며, 테러나 폭발 등의 비정상하중의 작용에 대한 구조물의 안전성 평가는 사용자나 국가적 측면에서도 중요한 관심사로 떠오르고 있다. 이에 따라, 비정상하중에 의해 국부적인 손상이 발생한 건축물의 연쇄붕괴를 방지할 수 있는 신뢰할 수 있고 효율적인 설계방법에 대한 연구가 요구된다. 국내의 경우 국토해양부에서 2010년 ‘건축물 테러예방 설계가이드라인’을 제정하였다. 바닥면적의 합계가 20,000m2 이상인 호텔, 역사, 종합병원 등과 같은 다중이용 건축물과 50층 이상 또는 200m 이상의 높이를 가지는 초고층건축물에 대하여 건축물 설계단계에서부터 테러로 인한 피해를 예방하고 피해를 최소화 할 수 있는 건축물의 설계를 유도하기 위한 지침을 제시하고 있다. 이는 건축물의 대지 및 실내계획이나 보안시설, 피난 및 설비계획 등을 위주로 다루고 있고, 테러 후 주요부재의 국부파괴 시 건축물의 붕괴를 방지할 수 있는 명확한 지침이 제시되어 있지 않아 추가적인 연구가 필요한 실정이다. 해외의 경우, 미국의 American Society of Civil Engineers(ASCE), General Services Administraion(GSA), Department of Defence(DoD)에서는 비정상하중에 의한 건축물의 연쇄붕괴 방지를 위한 해석 및 설계방법을 제시하고 있으며, 영국의 British Standards Institution(BS)에서는 비정상하중을 저항하기 위해 부재의 충분한 재료강도를 확보하고 부재 간의 결속을 강화시켜 불균형 붕괴를 방지하기 위한 지침을 제시하고 있다. 건축물의 연쇄붕괴를 방지하기 위한 설계방법으로 GSA 2003, DoD 2005, BS 5950에서는 공통적으로 대체경로법을 권고하고 있다. 이는 비정상하중에 의한 기둥이 제거되는 시나리오에 따른 현상을 반영하여 건축물의 연쇄붕괴에 대한 저항성능을 평가하는 방법으로 현재 활발히 연구가 진행 중이다. 기둥제거 시나리오에 따른 붕괴 메커니즘을 고려하여 해석을 진행하기 위해서는 기둥제거에 따른 동적효과와 접합부 및 부재 내에서 재료비선형 및 대변형 등을 반영한 비선형 동적해석을 수행하여야 가장 정확한 결과를 얻을 수 있다. 하지만 이 방법은 각각의 하중 단계마다 해석을 반복해야 하며, 해석 시간 및 비용이 많이 소비 된다는 단점이 있다. 본 연구에서는 비선형 정적해석을 이용하여 순간적인 기동제거로 인한 동적효과가 고려된 하중-변위 응답을 효율적으로 산출할 수 있는 에너지 기반 근사해석을 적용하여 비선형 동적해석을 수행하지 않고, 기둥제거에 따른 동적효과가 반영된 결과를 도출하였다. 또한, 비정상하중에 대하여 구조물의 붕괴에 저항할 수 있는 능력인 구조 강건성 지수를 산정하였다. 구조물이 예상치 못한 사건에 의해 초기 국부파괴가 발생하더라도 건물 전체의 불균형적인 붕괴로 이어지지 않는다면 해당 건물은 강건한 건물이라 판단할 수 있다. 구조 강건성 지수를 통해 서로 다른 구조시스템을 가지는 건물의 연쇄붕괴에 대한 구조적 내력 성능을 비교 할 수 있는 방법인 구조 민감지수를 제안하였다. 이는 기둥이 제거된 구조물의 중력하중을 저항할 수 있는 내력성능과 손상되지 않은 구조물의 내력성능에 대한 비율로, 민감도 지수가 클수록 기둥의 순간적인 제거에 대해 덜 민감하게 설계된 구조물이며 민감도 지수가 음수일 경우 연쇄붕괴 취약한 구조물로 판단할 수 있다.
URI
http://dcollection.hanyang.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000102646http://hdl.handle.net/20.500.11754/33119
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > ARCHITECTURAL ENGINEERING(건축시스템공학과) > Theses (Ph.D.)
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