벽식 아파트설계에서 전단벽과 연결보 유효강성의 영향

Abstract

도시의 인구집중에 따라 아파트 및 주상복합건물과 같은 많은 공동주택 건축물이 건설되고 있다. 일반적으로 공동주택을 대표하는 아파트는 철근콘크리트 벽식 구조 시스템으로 설계되어 시공되고 있다. 철근콘크리트 벽식구조는 전단벽과 연결보, 슬래브 부재로 구성되어 있으며, 각 부재는 강성에 큰 차이를 갖는 구조물이다. 모든 구조설계는 건축구조기준에 적합하고 구조물의 안전성을 확보하기 위해 구조해석프로그램을 이용하며 구조물의 실제 거동에 근접한 3차원 해석모델을 통해 구조해석 작업을 수행하고 있다. 하지만 철근콘크리트 벽식 아파트의 경우 각 건설사에서 자체적으로 만든 구조설계지침을 적용하여 설계되고 있는 현실이다. 건축구조기준과 건설사 구조설계지침을 비교한 결과 전단벽과 연결보의 유효강성에 차이가 있으며 철근콘크리트 벽식 아파트 설계 시 전단벽과 연결보의 유효강성이 구조물의 거동에 막대한 영향을 미치며 적용하는 유효강성에 따라 설계 값의 큰 차이의 결과를 나타낸다. 본 연구에서는 이러한 건축구조기준과 건설사 구조설계지침에서 제시한 부재 유효강성에 대해 각 CASE별로 비교분석하고 가장 합리적인 유효강성을 제안하였으며 이러한 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.

(1) 동적해석에 의한 고유주기는 전단벽과 연결보 유효강성이 작을수록 고유주기가 증가하였다. 이는 연결보의 강성이 클 경우 전단벽이 파괴 될때까지 캔틸레버형 거동을 하고 전단벽에 비해 연결보의 상대적인 강성이 작은 경우 일정하중 이후 보가 항복할 경우 전단벽은 연결보와 별개의 거동을 하여 고유주기가 증가하는 것으로 판단된다. 또한 동적해석에 의한 밑면전단력은 전단벽과 연결보 유효강성이 작아질수록 밑면전단력이 작게 산정되었으며 연결보가 없는 경우 가장 작은 밑면전단력을 나타내었다. (2) 전단벽과 연결보 유효강성이 작을수록 층간변위는 확대되었고 연결보 부재의 부재허용응력에 만족하는 유효강성으로 순차적 감소 조정한 모델에서 층간변위가 가장 작은 것으로 나타났다. 하지만, 모든 해석 모델의 경우 건축구조기준에서 정한 허용층간변위 내진등급1 (0.015=42㎜)를 만족한 것을 알수 있었다. (3) 연결보 유효강성이 작을수록 응력 부족부재의 분포는 전층에서 저층으로 분포해 나갔고, 응력 부족부재도 감소하는것을 알수 있었다. 이는 유효강성이 작을수록 지진하중에 의한 각 부재의 부재력이 작아지는 현상을 알수 있었다. 하지만 일괄적 연결보 유효강성 조정은 부재의 강성만큼 부재력을 저항하므로 유효강성이 작아질수록 저항 능력이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. (4) 전단벽과 연결보의 유효강성은 구조설계 시 적용되는 지진하중의 크기를 결정하는 요인으로 작용되는 것을 확인할 수 있다. (5) 전단벽 유효강성 0.7, 연결보 유효강성을 부재의 허용응력을 만족하도록 1.0~0.1까지 반복수행한 경우 연결보의 응력에 따른 재분배를 통해 초과 응력이 분산되어 건축구조기준에 따른 구조물의 유효단면특성을 고려한 해석방법에 가장 근접한 방법으로 판단된다. 또한 전단벽과 연결보의 유효강성 영향이 구조설계 시 작용되는 구조물의 영향을 결정하는 중요한 요인임을 확인 할 수 있다.