WUF-B 및 RBS 접합상세에 따른 철골모멘트골조 시스템의 연쇄붕괴 저항성능 비교평가

Abstract

본 연구에서는 철골 구조물의 설계 시 가장 많이 사용되는 보통모멘트골조 및 중간모멘트골조의 연쇄붕괴 저항성능을 비교평가하기 위해 GSA 2003에 따른 기둥제거 시나리오를 수행하였다. 이때 각 횡력 저항 시스템에 적합한 WUF-B 및 RBS 접합부가 적용된 3개의 프로토타입 구조물을 KBC 2016에 따라 설계하였다. 모델링 및 해석의 신뢰성, 편의성 그리고 효율성을 고려하여 보, 기둥, 접합부 및 합성슬래브는 1차원 및 2차원 요소로 구성된 저감모델로 모델링하였고, 동적효과를 고려한 에너지 기반 근사해석을 수행하였다. 대상건물의 연쇄붕괴 저항성능은 GSA 2003, 구조 강건성 지수 및 민감도 지수로 평가하였다. 결과적으로, 세 개의 구조물 모두 GSA 2003의 현회전각 기준을 만족하였고 1개 기둥제거 시나리오에서는 충분한 저항성능이 나타났으나 2개 기둥제거 시나리오에서는 만족하지 않았다. 또한 보통모멘트골조의 결과에서 RBS 접합부가 WUF-B 접합부 보다 저항성능이 더 우수하였고, 구조시스템의 비교로 부터 보통모멘트골조가 중간모멘트골조보다 저항성능이 더 우수한 것을 확인하였다. 본 연구결과는 유사한 규모 및 형식을 갖는 구조물의 설계 시, 전산모델링 및 해석에 많은 시간이 요구되는 복잡한 계산의 수행과정 없이도 구조물의 연쇄붕괴 거동 및 저항성능을 예측할 수 있는 기초 자료로 활용될 수 있다. The purpose of tIn this study, the column removal scenarios defined by U.S. General Services Administration (GSA 2003) were performed to compare the progressive collapse resistance of ordinary moment frames (OMFs) to that of intermediate moment frames (IMFs), which are most frequently used in the design of steel structures. Three prototype structures with either welded unreinforced flange-bolted web (WUF-B) or reduced beam section (RBS) connections suitable for each of the lateral load resisting systems were designed according to KBC 2016. Considering the reliability, convenience, and efficiency of modeling and analysis, structural members (beams, columns, connections, and composite slabs) were modeled using reduced models of 1-D and 2-D elements, and energy-based approximate analyses reflecting dynamic effects were performed. The comparison of the progressive collapse resistance capacities of the buildings was based on GSA 2003, as well as the structural robustness index. All three structures satisfied the chord rotation criterion of the GSA and showed sufficient resistance capacities in the 1-column removal scenario (1-CRS), but not in the 2-column removal scenario (2-CRS). In addition, it was confirmed that the RBS connection showed better resistance capacity than the WUF-B connection in results produced by the OMFs, and that the OMFs were superior to the IMFs when comparing the structural systems. Using these results, it is possible to reduce the effort needed for complex numerical modeling and time-consuming analyses and to aid in predicting the progressive collapse resistance capacity of similar types of structures.