Performance Based Design for Reinforced Concrete Structures Using Pushover Analysis

Abstract

최근 많은 나라에서 성능기반설계에 대한 관심을 가지고 있다. 이에 따라 국내에서도 구조물의 성능에 중점을 둔 성능기반설계의 개념 및 절차의 확립이 필요한 실정이다. 성능기반설계의 개념은 새로운 구조설계 방법이 아닌 극한강도 설계법, 한계상태 설계법 등과 같은 기존의 설계방법을 이용하여 초기 설계를 한 후 설계된 구조물의 성능평가를 수행하는 방법이다. 성능기반설계를 위해 FEMA 273, ATC-40, SEAOC 2000 등과 같은 여러 연구단체에서 성능 목표와 성능 수준에 대한 정의를 하고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 연구단체에서 정의하고 있는 성능 목표 및 성능 수준을 비교·분석하였고, 구조물의 성능을 평가하기 위한 성능평가방법 중 비선형 정적해석에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 성능기반설계에 대한 절차를 확립하기 위해 5층 빌딩 구조물을 IBC 2006의 절차에 따라 설계를 하였고, 설계된 구조물의 성능평가를 위해 ATC-40, FEMA-273 그리고 FEMA-440에서 제안하고 있는 능력스펙트럼법, 변위계수법, 개선된 능력스펙트럼법 등을 사용하였다. 비선형 정적해석을 수행하고 위해 Zeus NL 프로그램을 사용하였다. 성능기반설계는 성능점이나 목표변위를 찾는 것을 목표로 하고 있고, 구조물의 성능평가는 구조물 전체에 대한 성능평가와 부재에 대한 성능평가로 이루어져 있다. 본 연구에서 설계된 구조물은 구조물 전체에 대한 성능평가에서는 앞에서 언급한 세가지 방법 모두 만족하였지만 부재에 대한 성능평가에서는 한계값을 초과하는 것을 알 수 있었다. 따라서 이 구조물의 초과된 부재에 대한 보강을 수행함으로써 최종 목표인 성능기반설계 절차를 확립하였다.; Performance Based Design interested in foreign countries is needed to be introduced and adopted to interior of the country to design structures exactly considered performance of structures and design. It is not concept of new design methods. It is the design method that estimates performance evaluation of structures using convention methods such as ultimate strength design and limit state design. There are various definition of performance objective and performance level for performance based design. In the study performance objective and performance level suggested by several research institutes were compared and nonlinear static analysis for performance evaluation methods were presented. 5 story building structure designed by procedure of IBC 2006 was presented to establish procedure of performance based design and estimated using capacity spectrum method in ATC-40, displacement coefficient method in FEMA-273 and improved capacity spectrum method in FEMA-440 as nonlinear static analysis. Pushover analysis for structural capacity was done by nonlinear static analysis program, Zeus NL. Objective for performance based design is to find the performance point or target displacement as the maximum roof displacement for structures. Performance evaluation of structures is divided as global limit and element and component limit. As a result of performance evaluation for 5 story building performance points estimated by three nonlinear static methods were satisfied however element and component evaluation based on plastic rotation angle exceeded limit values defined by FEMA-273. Then the building was redesigned or strengthened for elements exceeded in limit values. In this study confinement and transverse steel of first and second stories increased for retrofit of the building.