강재 댐퍼 보강 시 효율적인 초기 설계 방법에 대한 연구

Abstract

국내에서 내진 보강사업이 추진됨에 따라 많은 건축물에 철골 브레이스, 철근 콘크리트 전단벽과 같은 일반 내진 보강공법이 도입되고 있다. 이 일반 내진 보강공법은 지진 발생 시 인명에 대한 안전은 확보할 수 있으나 건축물의 소성 변형 및 균열로 인한 복구 비용이 크게 발생하게 되는 한계점이 있다. 하지만 강재 댐퍼 보강공법을 도입하면 지진 발생 시 지진에너지의 대부분을 강재 댐퍼가 흡수하게 되므로 기존 건축물에는 소성 변형 및 균열이 최소한으로 발생하게 된다. 그러므로 강재 댐퍼 보강공법은 일반 내진 보강공법 대비 복구 비용이 최소화될 수 있는 장점이 존재한다. 단, 이 강재 댐퍼가 보강된 건축물은 건축물 내진설계기준(2019)에 따라 비선형 시간이력해석을 수행해야 하므로 상당한 노력과 시간이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 비선형 정적해석을 활용하여 목표성능을 만족하는 데 필요한 강재 댐퍼의 수와 배치 위치를 개략적으로 산정할 수 있는 초기 설계 방법을 제시하였다. 그리하여 본 논문에서는 제안한 방법을 3층의 예제 건물에 적용하여 내진 보강의 초기설계안을 결정한 후, 기준에서 요구하는 비선형 동적해석을 수행하여 초기 설계에 의한 보강안이 적절한지 검토하였다.

| As earthquake-resistant reinforcement projects are promoted in Korea, general earthquake-resistant reinforcement methods such as steel brace and reinforced concrete shear walls are being introduced in many buildings. This general earthquake-resistant reinforcement method can ensure safety against human life in the event of an earthquake, but there is a limitation in that recovery costs are greatly incurred due to plastic deformation and cracking of buildings. However if the steel damper reinforcement method is introduced, the steel damper absorbs most of the seismic energy in the event of an earthquake, so plastic deformation and cracks are minimized in existing buildings. Therefore the steel damper reinforcement method has the advantage of minimizing the recovery cost compared to the general earthquake-resistant reinforcement method. However the analysis of buildings reinforced with this steel damper requires considerable effort and time as nonlinear time history analysis must be performed in accordance with the Building Seismic Design Standards (2019). Therefore, in this study, an initial design method was presented that can approximately calculate the number and location of the required steel dampers using nonlinear static analysis. In this paper, after determining the seismic reinforcement plan by applying the initial design method to the example building on the third floor, non-linear dynamic analysis required by the criteria was performed to examine whether the reinforcement plan by the initial design was appropriate.