반복 횡하중을 받는 장방형 기둥-슬래브접합부의 이력거동에 관한 실험적 연구

Abstract

RC 플랫 플레이트 구조는 보가 없는 바닥구조의 단순화로 거푸집과 철근 공사의 단순화 및 시공의 시스템화를 통해 가장 빠른 공기 사이클을 달성 할 수 있는 최적의 구조시스템으로 인지되고 있으며, 층고의 절감과 설비계획의 융통성, 그리고 처짐 제한 기준에 의한 슬래브 최소 두께의 확보로 층간소음 완화 등 거주성 측면에서도 우수한 장점을 지닌다. 최근에는 주거용 고층건축물에서 평면계획의 융통성을 위하여 벽체와 유사하게 형상비가 큰 wall column 형식의 장방형 기둥을 많이 사용하고 있다. 중력하중에 대한 저항구조로 사용되던 플랫 플레이트 시스템이 최근에는 횡하중의 작용을 받는 고층건물에 대한 사용도 증가하고 있으며, 보가 없는 구조적 취약점으로 인해 슬래브-기둥 접합부에서의 뚫림전단 성능 및 내진 연성 확보를 위한 연구가 활발히 진행되어 왔으나 대부분 정방형의 기둥에 지지되는 플랫 플레이트 슬래브에 관한 것이었다. 따라서 본 연구에서는 장방형 기둥-슬래브 접합부의 반복 횡하중 실험을 통해 기둥단면의 형상비 변화(c1/c2=1/2, 1/1, 2/1, 3/1)에 따른 접합부 이력거동을 확인하기 위하여 4개의 실험체를 제작하였다. 기둥 형상비에 의한 영향이 고려될 수 있도록 슬래브-기둥 접합부의 강도와 변형성능에 영향을 미치는 인자 중에서 중력전단력비(Vg/Vo)와 슬래브 유효폭 범위내의 휨철근비(), 콘크리트 압축강도 등 다른 설계조건은 모두 일정하게 하였으며, 실험결과를 통해 다음과 같은 결론이 도출되었다. 1) 모든 실험체는 층간변위비 3.0%에서 최대하중이 기록되었으며, 기둥 형상비가 감소된 실험체 S-0.5를 제외한 3개의 실험체는 최대하중에서 뚫림전단 파괴가 발생하였다. S-0.5의 경우는 최대하중 이후 6.0%까지 연성적인 파괴거동을 보이다가 뚫림전단파괴 되었다. 2) 정방형 기둥이 사용된 기준 실험체(S-1)와 비교하면 기둥 형상비가 2～3배 증가함에 따라서 강도는 15.2～57.6%, 강성은 17.6～60.7% 증가하였고 연성은 S-2에서는 약간 증가된 반면 S-3에서는 약 30% 정도 감소하는 경향을 보였다. 또한, 기둥 형상비가 0.5인 S-0.5 실험체는 S-1보다 강도와 강성이 각각 6.0%와 4.1% 감소한 반면에 연성은 50.1%로 크게 증가하는 것으로 나타났다. 3) ACI 318-05의 Drift Limit은 중력전단력비가 0.3일때 2.0% 이상의 접합부 변형능력(Connection drift capacity)을 요구하고 있는데, 실험결과는 이를 모두 만족하는 것으로 나타났으며, 기둥 형상비가 1보다 작아진 S-0.5 실험체의 경우는 기준 실험체(S-1)에 비해서 2배 이상의 변형능력을 보였다. 4) 수직전단응력과 편심전단응력을 더하여 계산되는 현행 기준식(식1)은 기둥 형상비가 0.5～2 범위에서는 17～37% 안전측인 결과를 보였으나, 형상비 3인 실험체(S-3)에서는 계산값 보다 2배 이상 높게 나타나서 위험단면 측면 길이(b1) 증가로 유발되는 모멘트 증가가 편심전단응력에 미치는 영향이 과소평가되고 있음을 알 수가 있다. 따라서 현행 설계기준식에서 기둥 형상비 증가에 따른 불균형모멘트 전달계수에 대한 재평가가 요구된다.; Reinforced concrete flat plates are commonly used structural systems. Slabs supported directly on columns provide architectural flexibility, reduced building height and more clear space due to the absence of beams. One of the most important phenomena related to flat plates is the vulnerability of these systems to punching shear failure. Sampoong Department Collapse in 1995 is an important example where failure initiated as a result of punching of a slab-column connection due to unaccounted unbalanced forces and construction errors. An experimental study was conducted to study the behavior of slab-column connections under cyclic lateral load. Test variable was aspect ratio of support column section ranged from 0.5 to 2 and other parameters which influence connection behavior such as gravity shear ratio(Vg/Vo=0.3) and flexural reinforcement ratio of slab(ρ=1.0%) were all kept constant. Strength and ductility of tested specimens were evaluated in accordance with column aspect ratio and slab reinforcement ratios. Eccentric shear stress model by current design code were also compared with experimental results.