190417_산학연계 방재 세미나_국내 기존 학교건물의 내진보강(조성우)

(1)

국내 기존 학교건물의 내진보강

2014. 4

조 성 우

(2)

1 목

차

I. 내진성능평가 및 보강설계 업계 현황

(3)

구조안전 및 대수선

(건축법 시행령)

• 구조안전의 확인 (건축법 시행령 제32조)

건축물을 건축하거나 대수선하는 경우 해당 건축물의 설계자는 국토교통부령으로

정하는 구조기준 등에 따라 그 구조의 안전을 확인하여야 한다.

• 대수선의 범위 (건축법 시행령 제3조의2)

- 기둥을 증설 또는 해체하거나 세 개 이상 수선 또는 변경

- 보를 증설 또는 해체하거나 세 개 이상 수선 또는 변경

- 내력벽을 증설 또는 해체하거나 그 벽면적을 30제곱미터 이상 수선 또는 변경

건축주의 이익을 위해 건물의 자의적인 구조 변경 금지 취지 추정

현재의 내진보강사업은(순수하게 내진에 대한 구조안전 증진 목적) 고려되지 않은 시행령으로 보임

현행 구조기준에 따라 신축건물에 준하는 수준의 안전 확보를 의미

현행법과 현실의 간격 존재

(4)

내진성능평가 및 보강설계 관련 업체

건축구조 사무소

안전진단전문기관

• 관계전문기술자(건축구조기술사) 보유

• 건축구조 기술자들로 구성

• 신축건물 구조설계

(내진 포함)

• 기존건물 대수선 이상 구조설계

(내진 포함)

• 공사현장 구조기술지원

• 건설기술 진흥법에 따른 건축분야 기술

자들로(주로 시공 분야) 구성

• 기존건물 정밀점검/정밀안전진단 수행

• 정밀안전진단 수행 시 건축구조 기술자

참여가 현실적으로 필요

기존 건물의 현장조사 및 평가 전문

구조 해석/설계(내진 포함) 전문

기존건물 내진 성능평가/보강설계

(5)

기존건물 내진 성능평가/보강설계

• 내진성능평가 (해석)

- 일반 구조해석보다 난이도가 높음

- 기존건물과 신축건물 동일

• 내진보강설계 (설계)

- 기존건물보다 신축건물의

구조설계 난이도가 높음

건축구조 사무소

안전진단전문기관

내진 성능평가/보강설계는

건축구조 사무소에서도

과장급 이상 수행이 바람직

(6)

내진 성능평가/보강 단계

• 현장조사

• 기존자료 및 현장조사 자료 정리 (도면화 작업)

• 중력하중 평가용 기본 해석모델링 작업

• 해석모델을 바탕으로 내진성능평가 진행

• 내진보강 기본설계 진행

난이도 증가

중요도 동일

내진보강 실시설계 + 내진보강공사

건축사 참여

(7)

내진보강 실시설계 + 내진보강공사

• 기본설계 단계에서 실시설계 가능 여부 고려 필요

• 실시설계의 상세도면 작업 중요 (난이도 높음)

선진국에서는 일반 구조설계 후 상세도면 작업에 더 많은 시간 할애

(상세도면 작업 주체, 작업 비용 및 시간에 대한 사회적 인식 차이)

• 상세도면과 내진보강공사

가 내진보강사업의 화룡점정 역할

내진보강공사는 일반 건축공사보다 난이도가 높음 → 공사인력 교육?

• 현재 내진보강공사 업체: 시설물유지관리업?

(예: 앵커 설계 및 기초 보강 불가)

(8)

내진보강 실시설계 + 내진보강공사

• 보강구조체의 배치 (구조계획) - 기본설계

• 보강

구조시스템과

기존

구조시스템 사이의 횡력 전달

• 보강

부재

→ 접합부

→ 기존부재

(9)

전단벽 보강공법의 개념

GL

지진력

전단벽의 역할

⇒ 상부층에 생기는 지진력을 땅(지반)으로 전달

보강 전단벽

앵커의 역할

⇒ 기존 부재나 기초와 보강전단벽 사이의 힘 전달

기초부

_{일반적으로 파일 보강 필요}

(10)

기초부가 약한 전단벽의 거동

GL

지진력

기초부가 약한

전단벽

기초부

자중에 의한 전도저항 효과만 가능!

자중

(11)

내진성능평가법

• 선형해석 (학교시설 매뉴얼에서 개발)

• m 계수법

• 비선형 정적해석

• 비선형 동적해석

비선형 해석은 수행경험이 실력을 보장하지 못함

(비선형 해석에 대한 이해보다는 프로그램 사용 숙련도만 향상 경향)

건축설계 능력 vs. CAD 프로그램 사용 능력

일반 건축구조기술자의 접근이 힘든 영역 +

건축구조기술자의 판단 영역이 너무 큼

일반 건축구조기술자의 노력에 의해 접근 가능한 영역

(12)

구조해석에 대한 오해

• 복잡한 해석이 정확한 결과를 의미하지 않음

• 건물의 해석모델 수립 시 최대한 단순화하는

것이 중요 (구조기술자의 실력)

• 해석모델은 해석 및 보강설계 동안 구조기술

자의 판단에 따라 여러 번의 수정 작업 필요

비선형 해석이 정확?

• 비선형 해석

일수록 이론을 현실로 적용하기 위해

더 많은 가정

을 필요로 함

(구조기술자의

더 많은 지식, 경험, 판단력

요구)

• 상급 기술자일수록 해석결과와 본인의 판단을 비교, 반대의 경우 해석결과에만 의존

• 비선형해석은 구조기술자가 판단을 하기 위한 다수의 해석 불가

(시간 과다 소요 및 결과 데이터 분석이 쉽지 않음)

비선형해석은 일반해석으로 대부분의 판단을 내린 후 확인 차원에서 수행 바람직

(13)

내진보강법에 대한 오해

감쇠장치(댐퍼)는 힘을 줄인다?

_{2017.11 건축구조기술사회 세미나 (오상훈 교수)}

(14)

내진보강법에 대한 오해

연성능력(변형능력) 확인 필요!

보강전보다 연성능력(변형능력, 그래프에서 X축)이 감소한다면 공법의 유효성 의문

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 하중 [kN] 변형[m]

241kN

K

₁

=19323.3[kN/m]

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 하중 [kN] 변형[m]

495kN

K

1

=102636.7[kN/m]

보강 실험체

무보강 실험체

1차 강성 :

약 5.3배 상승

내력 :

약 2.1배 상승

좋은 공법?

(15)

내진보강법에 대한 오해

보강전보다 연성능력(변형능력, 그래프에서 X축)이 감소한다면 공법의 유효성 의문

(16)

내진보강사업의 구조분야 기타사항

• 약 1990년 이전에 지어진 건물은 현재 구조기준 대비 중력에 대해서도 취약

• 2000년대 이후에 지어진 건물은 상대적으로 내진성능도 양호함

• 내진성능평가 발주 시

건축 당시의 구조도서 확보 중요

(철근강도, 상부근, 철근 크기 등 현장조사의 한계)

• 긴급대피시설도 원래 내진성능이 높은 건물 위주로 지정 필요

• 기술자들은 어느 정도만 보강하면 안전하다는 결론 도출 강요

국내의 비선형 해석 결과는 보강이 적게 나타나는 경향 있음

• 해석조건 수정에 따른 내진성능결과 조절 가능 범위가 큼

지나친 과소/과다 보강 발생 가능

(17)

16

I. 내진성능평가 및 보강설계 업계 현황

II. 전단벽 내진보강공법

(18)

II. 전단벽 내진보강공법

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

2. 전단벽 강성 저감의 의미

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물)

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(19)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ RC 전단벽 보강안의 방법

▪ 기존 골조 사이에 채움 방식

기존 전단벽

보강 전단벽

기존

골조

기존

골조

보강 전단벽

기존

골조

기존

골조

▪ 기존 골조 또는 전단벽 외부에 증설 방식 (채움이 아닌 방식)

(20)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ RC 전단벽 거동

GL

지진력

전단벽의 역할

⇒ 상부층에 생기는 지진력을 땅(지반)으로 전달

전단벽

앵커(철근)의 역할

⇒ 다른 부재나 기초와 전단벽 사이의 힘 전달

기초부

일반적으로 파일 보강 필요

해석상 일반적인 벽체의 기초 지지조건은

힌지(pinned)와 고정단(fixed)의 차이가 미미

신축/기존 건물

(21)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ RC 전단벽 거동 (기초부가 약한 경우)

GL

지진력

전단벽

기초부

자중에 의한 전도저항 효과만 가능!

자중

cos1˚=1.000

cos5˚=0.996

cos10˚=0.985

모

멘

트

회전

기존 건물

(22)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ RC 전단벽 거동 (기초부가 약한 경우)

W = 10 tonf

2 m

5 m

W = 10 tonf

0 ton

f

10 tonf

해석상 기초 인발력 발생

→ 전단벽의 강체회전 거동 발생 가능 의미

(23)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ 매뉴얼 5.5.3 (3) 전단벽 휨모멘트 강도 약산식

= 중력하중 x 0.4 벽체 길이

전도저항 효과에 의한 휨모멘트 약산 계산에 적용 가능하나

기초에서의 허용지내력에 대한 기술자의 고려 필요

* 비선형 정적해석 모델에서는 벽체 하단부의 힌지 항복강도 적용 가능

(24)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ 기초 단면 확대로 인한 기초 보강 효과

일반적으로 인발 저항이 없으므로

“중력하중”은 동일하나 “0.4x벽체길이”가 증대되는 효과

(25)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ 허용지내력

(26)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ 기초부에서의 전단력 저항

▪ 저층건물: 기초부 바닥/측면 + 지중슬래브 바닥 등

▪ 파일기초: 파일 전단저항 + 기초부 바닥/측면 + 지하벽체 등

(27)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ 매뉴얼 11.2.1. 철근콘크리트 채움벽

보

기

둥

기

둥

후시공 앵커/철근, 전단마찰

등에 의해 전단력 전달

전단력만 전달가능한 경우

(3) 신설되는 채움벽의 철근을 기존보에 관통시키지 않는 경우 채움벽은 전단력만

을 전달하도록 구조해석되고 설계되어야 한다.

(4) 신설되는 채움벽의

철근을 기존보에 관통시키지 않는 경우 채움벽의 설계 휨

인장력은 300 mm 의 벽체 길이당 2-D10 이 발휘하는 설계인장력을 초과할

수 없다

. 또한 수직철근은 제한된 휨인장력을 충분히 발휘할 수 있도록 이음길

이 정착길이 및 부착강도가 확보되어야 한다.

(28)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ 매뉴얼 11.2.1. 철근콘크리트 채움벽

보

기

둥

기

둥

후시공 앵커/철근, 전단마찰

등에 의해 전단력 전달

(3) 신설되는 채움벽의 철근을 기존보에 관통시키지 않는 경우 채움벽은 전단력만

을 전달하도록 구조해석되고 설계되어야 한다.

(4) 신설되는 채움벽의 철근을 기존보에 관통시키지 않는 경우 채움벽의 설계 휨

인장력은 300 mm 의 벽체 길이당 2-D10 이 발휘하는 설계인장력을 초과할

수 없다. 또한 수직철근은 제한된 휨인장력을 충분히 발휘할 수 있도록 이음길

이 정착길이 및 부착강도가 확보되어야 한다.

전단력만 전달가능한 경우

(29)

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

◆ RC 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항

• PC 패널, 철골 브레이스 등 강성과 강도가 큰 보강안은 동일함

• 전단벽은 강성이 워낙 크기 때문에 일반 설계 개념에서의 저항력을 고려하는 경우

대부분 파일 보강 필요 (전도저항 효과가 아닌 경우)

GL

지진력

▪ 전단력 전달을 위한 후시공 앵커/철근 검토

⇒ 각 층 및 기초부

전단벽

▪ 축력 (압축/인발) 전달을 위한 파일과의 접합부 검토 (필요 시)

⇒ 기초부

기초부

_{일반적으로 파일 보강 필요}

보강안 수립 시 고려되지 않으면

실시설계에서 해결 불가

(30)

II. 전단벽 내진보강공법

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

2. 전단벽 강성 저감의 의미

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물)

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(31)

2. 전단벽 강성 저감의 의미

◆ 전단벽 강성 저감 설정의 의미

강성 저감은 (예: 0.5배) 연성도 (예: 2배) 증가의 의미를 내포 !

힘

변형

일반강성

0.5x일반강성

일반 해석상 기초 지지조건 (pinned, fixed) vs. 실제 기초 지지조건과 (spring 등)

→ 실질적 벽체 강성은 pinned, fixed 지지조건에 비해 작은 효과

(32)

2. 전단벽 강성 저감의 의미

◆ 전단벽과 라멘골조 조합의 거동

밑

면

전

단

력

변형

전단벽

라멘골조

* 거동 이해를 위해 일정 연성도 이후 바로 붕괴로 단순 가정

(33)

2. 전단벽 강성 저감의 의미

밑

면

전

단

력

변형

◆ 전단벽과 라멘골조 조합의 거동

* 거동 이해를 위해 일정 연성도 이후 바로 붕괴로 단순 가정

전단벽 + 라멘골조

(34)

2. 전단벽 강성 저감의 의미

◆ 전단벽과 라멘골조 조합의 거동 (전단벽 강성 저감)

밑

면

전

단

력

변형

전단벽

라멘골조

* 거동 이해를 위해 일정 연성도 이후 바로 붕괴로 단순 가정

(35)

2. 전단벽 강성 저감의 의미

밑

면

전

단

력

변형

전단벽 + 라멘골조

* 거동 이해를 위해 일정 연성도 이후 바로 붕괴로 단순 가정

◆ 전단벽과 라멘골조 조합의 거동 (전단벽 강성 저감)

(36)

2. 전단벽 강성 저감의 의미

밑

면

전

단

력

변형

* 거동 이해를 위해 일정 연성도 이후 바로 붕괴로 단순 가정

◆ 전단벽과 라멘골조 조합의 거동 (강성 저감 비교)

일반

강성 저감

(37)

II. 전단벽 내진보강공법

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

2. 전단벽 강성 저감의 의미

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물)

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(38)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물)

◆ KBC2016 적용

(39)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물)

◆ 보정계수 및 동특성

보정계수 Cmx = 1.05, Cmy = 1.00

모드 주기 질량참여율

No. sec X-dir (%) Y-dir (%) Z-rot (%)

1 0.791 86.3 0.0 0.5 2 0.694 0.0 87.5 0.0 3 0.650 0.5 0.0 87.0 4 0.252 9.7 0.0 0.0 5 0.220 0.0 9.6 0.0 6 0.207 0.0 0.0 9.5 7 0.144 2.9 0.0 0.0 8 0.123 0.0 2.4 0.0 9 0.116 0.0 0.0 2.5

(40)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물)

◆ 보유성능지수 및 층간변형각

보유성능지수

1F ~ 2F NG

**3F ~ 4F OK * 3층은 1.03으로 여유치가 거의 없음**

층간변형각 1.05% 이내로 OK

max story drift

all nodes 0.73% Cd (Deflection Amplification Factor) 3 Ie (Importance Factor) 1.2

Story Height (mm) Drift (mm) Drift Ratio

4F 3,300 12.1 0.37% 3F 3,300 18.3 0.55% 2F 3,300 23.4 0.71% 1F 3,300 24.2 0.73% 평균강도비 횡력저항 시스템 제외 모멘트골조 보강 전단벽 내력벽, 전단벽 층 하중 방향 기둥 1) _큰보2) _허리벽 지배 강도비 RY횡력 3) 횡강성 기여도 벽체 RY횡력 횡강성 기여도 층평균 강도비 벽체 RY횡력 횡강성 기여도 4F Y 1.58 2.18 1.58 661 1.00 0.00 1.58 0.00 3F Y 1.47 1.03 1.03 1,122 1.00 0.00 1.03 0.00 2F Y 1.23 0.69 0.69 1,455 1.00 0.00 0.69 0.00 1F Y 0.98 0.58 0.58 1,642 1.00 0.00 0.58 0.00 건물 Y 보유성능지수 = 0.58

(41)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물)

◆ 반력

1.0DL+0.25LL

RY(RS)

(42)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물)

◆ 내력비 (DCR)

내력비 1.0 이상

(43)

II. 전단벽 내진보강공법

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

2. 전단벽 강성 저감의 의미

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 2층 보강

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(44)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 2층 보강

◆ 보정계수 및 동특성

보정계수 Cmx = 1.05, Cmy =

1.45

1 0.793 86.4 0.0 0.0 2 0.385 0.0 52.9 0.0 3 0.346 0.0 0.0 47.2 4 0.255 10.0 0.0 0.1 5 0.147 2.9 0.0 0.0 6 0.119 0.0 12.9 0.0 7 0.108 0.4 0.0 3.0 8 0.106 0.2 0.0 4.6 9 0.074 0.0 28.0 0.0

* 근사고유주기 계산 시 C

_T

_y 0.073 → 0.049

(45)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 2층 보강

◆ 보정계수 및 동특성

전단벽 보강 2층

보강전

1 0.793 86.4 0.0 0.0 2 0.385 0.0 52.9 0.0 3 0.346 0.0 0.0 47.2 4 0.255 10.0 0.0 0.1 5 0.147 2.9 0.0 0.0 6 0.119 0.0 12.9 0.0 7 0.108 0.4 0.0 3.0 8 0.106 0.2 0.0 4.6 9 0.074 0.0 28.0 0.0 모드 주기 질량참여율

1 0.791 86.3 0.0 0.5 2 0.694 0.0 87.5 0.0 3 0.650 0.5 0.0 87.0 4 0.252 9.7 0.0 0.0 5 0.220 0.0 9.6 0.0 6 0.207 0.0 0.0 9.5 7 0.144 2.9 0.0 0.0 8 0.123 0.0 2.4 0.0 9 0.116 0.0 0.0 2.5

Y방향도 대칭이지만 전단벽을 2개층만 설치

→ 고차모드 발생 (비틀림 아님)

(46)

◆ 보정계수 및 동특성

전단벽 보강 2층

1 0.793 86.4 0.0 0.0 2 0.385 0.0 52.9 0.0 3 0.346 0.0 0.0 47.2 4 0.255 10.0 0.0 0.1 5 0.147 2.9 0.0 0.0 6 0.119 0.0 12.9 0.0 7 0.108 0.4 0.0 3.0 8 0.106 0.2 0.0 4.6 9 0.074 0.0 28.0 0.0

Mode No. 9

Y방향도 대칭이지만 전단벽을 2개층만 설치

→ 고차모드 발생 (비틀림 아님)

(47)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 2층 보강

◆ 보유성능지수 및 층간변형각

보유성능지수

**3F NG * 3층은 보강전 1.03으로 여유가 거의 없었음**

1F, 2F, 4F OK

층간변형각 1.05% 이내로 OK

max story drift

4F 3,300 16.8 0.51% 3F 3,300 19.2 0.58% 2F 3,300 6.5 0.20% 1F 3,300 5.7 0.17% 평균강도비 횡력저항 시스템 제외 모멘트골조 보강 전단벽 내력벽, 전단벽 층 하중 방향 기둥 1) _큰보2) _허리벽 지배 강도비 RY횡력 3) 횡강성 기여도 벽체 RY횡력 횡강성 기여도 층평균 강도비 벽체 RY횡력 횡강성 기여도 4F Y 1.18 1.18 1.18 1,121 1.00 0.00 1.18 0.00 3F Y 1.12 0.77 0.77 1,660 1.00 0.00 0.77 0.00 2F Y 2.44 1.45 1.45 244 0.11 1.58 2,001 0.89 1.56 0.00 1F Y 2.22 4.29 2.22 113 0.06 1.60 1,848 0.94 1.64 0.00 건물 Y 보유성능지수 = 0.77

(48)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 2층 보강

◆ 반력

1.0DL+0.25LL

* RY 반력은 +, - 모두 고려 필요

(49)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 2층 보강

◆ 내력비 (DCR)

내력비 1.0 이상

(50)

II. 전단벽 내진보강공법

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

2. 전단벽 강성 저감의 의미

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 3층 보강

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(51)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 3층 보강

◆ 보정계수 및 동특성

보정계수 Cmx = 1.05, Cmy =

1.33 * 근사고유주기 계산 시 C

_T

_y 0.073 → 0.049

1 0.800 86.7 0.0 0.0 2 0.264 0.0 56.0 0.0 3 0.257 9.8 0.0 0.0 4 0.215 0.0 0.0 41.5 5 0.148 2.9 0.0 0.0 6 0.113 0.0 29.3 0.0 7 0.108 0.6 0.0 0.0 8 0.085 0.0 0.0 42.7 9 0.038 0.0 13.2 0.0

(52)

◆ 보정계수 및 동특성

전단벽 보강 3층

보강전

1 0.791 86.3 0.0 0.5 2 0.694 0.0 87.5 0.0 3 0.650 0.5 0.0 87.0 4 0.252 9.7 0.0 0.0 5 0.220 0.0 9.6 0.0 6 0.207 0.0 0.0 9.5 7 0.144 2.9 0.0 0.0 8 0.123 0.0 2.4 0.0 9 0.116 0.0 0.0 2.5 모드 주기 질량참여율

1 0.800 86.7 0.0 0.0 2 0.264 0.0 56.0 0.0 3 0.257 9.8 0.0 0.0 4 0.215 0.0 0.0 41.5 5 0.148 2.9 0.0 0.0 6 0.113 0.0 29.3 0.0 7 0.108 0.6 0.0 0.0 8 0.085 0.0 0.0 42.7 9 0.038 0.0 13.2 0.0

Y방향도 대칭이지만 전단벽을 3개층만 설치

→ 고차모드 발생 (비틀림 아님)

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 3층 보강

(53)

◆ 보정계수 및 동특성

전단벽 보강 3층

Y방향도 대칭이지만 전단벽을 3개층만 설치

→ 고차모드 발생 (비틀림 아님)

Mode No. 6

1 0.800 86.7 0.0 0.0 2 0.264 0.0 56.0 0.0 3 0.257 9.8 0.0 0.0 4 0.215 0.0 0.0 41.5 5 0.148 2.9 0.0 0.0 6 0.113 0.0 29.3 0.0 7 0.108 0.6 0.0 0.0 8 0.085 0.0 0.0 42.7 9 0.038 0.0 13.2 0.0

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 3층 보강

(54)

◆ 보유성능지수 및 층간변형각

보유성능지수 1.29로 OK

층간변형각 1.05% 이내로 OK

max story drift

4F 3,300 12.4 0.37% 3F 3,300 5.5 0.17% 2F 3,300 6.7 0.20% 1F 3,300 5.8 0.18% 평균강도비 횡력저항 시스템 제외 모멘트골조 보강 전단벽 내력벽, 전단벽 층 하중 방향 기둥 1) _큰보2) _허리벽 지배 강도비 RY횡력 3) 횡강성 기여도 벽체 RY횡력 횡강성 기여도 층평균 강도비 벽체 RY횡력 횡강성 기여도 4F Y 1.29 1.30 1.29 1,133 1.00 0.00 1.29 0.00 3F Y 3.14 1.68 1.68 164 0.10 2.12 1,488 0.90 2.08 0.00 2F Y 2.82 4.12 2.82 178 0.10 1.94 1,640 0.90 2.03 0.00 1F Y 2.26 3.72 2.26 89 0.04 1.47 1,890 0.96 1.51 0.00 건물 Y 보유성능지수 = 1.29

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물) – 3층 보강

(55)

◆ 반력

1.0DL+0.25LL

RY(RS)

RY(ES)

* RY 반력은 +, - 모두 고려 필요

(56)

◆ 내력비 (DCR)

내력비 1.0 이상

내력비 0.7 이상

(57)

3층 전단벽 보강안 OK?

(58)

II. 전단벽 내진보강공법

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

2. 전단벽 강성 저감의 의미

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물)

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(59)

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

◆ RC 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항

• PC 패널, 철골 브레이스 등 강성과 강도가 큰 보강안은 동일함

• 전단벽은 강성이 워낙 크기 때문에 일반 설계 개념에서의 저항력을 고려하는 경우

대부분 파일 보강 필요 (전도저항 효과가 아닌 경우)

GL

지진력

▪ 전단력 전달을 위한 후시공 앵커/철근 검토

⇒ 각 층 및 기초부

전단벽

▪ 축력 (압축/인발) 전달을 위한 파일과의 접합부 검토 (필요 시)

⇒ 기초부

기초부

_{일반적으로 파일 보강 필요}

보강안 수립 시 고려되지 않으면

실시설계에서 해결 불가

(60)

◆ 전단벽 3층 보강 검토

RY(ES) – Fz (kN)

RY(RS) – Fz (kN)

(61)

◆ 전단벽 3층 보강 검토

7500

3300

744 kN

76? kN

125? kN

945 kN

1092 kN

반력값으로부터 추정하거나

골조와 이격시켜 모델링

약 1000 kN 전단력 전달이 (후시공 앵커/철근)

상부층과 하부층에서 가능한지 확인 필요 !

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

(62)

◆ 전단벽 3층 보강 검토

RY(RS) – My (kN-m)

RY(RS) – Fz (kN)

**EY(RS*) – My (kN-m)**

**Fz * H = My ?**

EY로 모멘트 분포를 보면 각 층별로 역모멘트 발생

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

(63)

◆ 전단벽 3층 보강 검토 – 전단벽을 외부로 이격시킨 경우

이격하지 않은 모델링보다 합리적이고 보수적인 방안일 수 있음 !

이격하더라도 벽체와 기존 건물간 Z 방향 Link를 걸면 이격하지 않은 것과 같음 !

(64)

1 0.800 86.7 0.0 0.0 2 0.336 0.0 67.4 0.0 3 0.259 5.9 0.0 22.5 4 0.256 4.0 0.0 33.1 5 0.148 2.9 0.0 0.0 6 0.133 0.0 15.3 0.0 7 0.112 0.0 0.0 25.3 8 0.108 0.6 0.0 0.4 9 0.045 0.0 14.8 0.0 모드 주기 질량참여율

1 0.800 86.7 0.0 0.0 2 0.264 0.0 56.0 0.0 3 0.257 9.8 0.0 0.0 4 0.215 0.0 0.0 41.5 5 0.148 2.9 0.0 0.0 6 0.113 0.0 29.3 0.0 7 0.108 0.6 0.0 0.0 8 0.085 0.0 0.0 42.7 9 0.038 0.0 13.2 0.0

◆ 전단벽 3층 보강 검토 – 전단벽을 외부로 이격시킨 경우

전단벽 보강 3층 - 이격

전단벽 보강 3층

이격한 경우 주기가 길어지고, 고차모드의 영향이 줄어듬

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

(65)

◆ 전단벽 3층 보강 검토 – 전단벽을 외부로 이격시킨 경우

[ Combined = My ]

* 전층에서 My 지배

전단벽 보강 3층 - 이격

전단벽 보강 3층

[ Combined = My ]

* 2F, 3F은 Fz가 지배

NG !

OK

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

(66)

◆ 전단벽 3층 보강 검토 – 전단벽을 외부로 이격시킨 경우

RY(RS) – My (kN-m)

RY(RS) – Fz (kN)

**Fz * H = My**

모멘트 분포도를 보면 모멘트가 연속됨

RY(RS) – My (kN-m)

RY(RS) – Fz (kN)

**Fz * H ≠ My**

모멘트 분포도를 보면 역모멘트 발생

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

이격하지 않은 기존 3층

(67)

◆ 전단벽 3층 보강 검토 – 전단벽을 외부로 이격시킨 경우

기둥

벽체

기둥+벽체

RY(RS) 반력 (kN)

전단력과 수직 반력 모두 유사 !

RY(RS) 반력 (kN)

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

이격하지 않은 기존 3층

(68)

◆ 전단벽 3층 보강 검토 – 전단벽을 외부로 이격시킨 경우

3층 높이(약 10 m)에 걸쳐 2.5 mm 의 미끄러짐 발생 가능이면

→ 이격시킨 경우의 해석이 합리적 !

이격하지 않은 기존 3층

(69)

II. 전단벽 내진보강공법

1. 전단벽 거동 및 보강안의 이해

2. 전단벽 강성 저감의 의미

3. 전단벽 보강안 예 (기존 건물)

4. 전단벽 보강안 적용 시 주의 사항 (기존 건물)

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(70)

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

◆ 보정계수 및 동특성

보정계수 Cmx = 1.07, Cmy = 1.00

1 0.810 86.6 0.0 0.0 2 0.480 0.0 85.8 0.0 3 0.456 0.0 0.0 86.2 4 0.263 9.8 0.0 0.0 5 0.182 0.0 10.2 0.0 6 0.174 0.0 0.0 9.9 7 0.151 2.9 0.0 0.0 8 0.111 0.6 0.0 0.0 9 0.107 0.0 3.4 0.0

전단강성 0.01

전단강성 0.015

▪ 전도저항에 의한 효과 반영 방안

탄성해석: 벽체 전단강성 저감 → 중력하중에 의한 전도모멘트 이하 확인

비선형(탄성)해석: 벽체 요소 힌지 속성에 반영 가능

→ 항복강도 = 전도저항 모멘트, Bilinear 모델 사용 후 층간변형각으로 검토

(71)

◆ 보정계수 및 동특성

1 0.810 86.6 0.0 0.0 2 0.480 0.0 85.8 0.0 3 0.456 0.0 0.0 86.2 4 0.263 9.8 0.0 0.0 5 0.182 0.0 10.2 0.0 6 0.174 0.0 0.0 9.9 7 0.151 2.9 0.0 0.0 8 0.111 0.6 0.0 0.0 9 0.107 0.0 3.4 0.0

전단강성 저감 전단벽 보강

보강전

1 0.791 86.3 0.0 0.5 2 0.694 0.0 87.5 0.0 3 0.650 0.5 0.0 87.0 4 0.252 9.7 0.0 0.0 5 0.220 0.0 9.6 0.0 6 0.207 0.0 0.0 9.5 7 0.144 2.9 0.0 0.0 8 0.123 0.0 2.4 0.0 9 0.116 0.0 0.0 2.5

주기는 줄었지만 보강전과 유사한 주요모드 질량 참여율

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(72)

◆ 보유성능지수 및 층간변형각

평균강도비 횡력저항 시스템 제외 모멘트골조 보강 전단벽 내력벽, 전단벽 층 하중 방향 기둥 1) _큰보2) 지배 강도비 RY횡력 3) 횡강성 기여도 벽체 RY횡력 횡강성 기여도 층평균 강도비 벽체 RY횡력 횡강성 기여도 4F Y 1.29 1.30 1.29 826 1.00 0.00 1.29 0.00 3F Y 3.14 1.68 1.68 795 1.00 0.00 1.68 11.09 602 0.43 2F Y 2.82 4.12 2.82 1,081 1.00 0.00 2.82 8.82 768 0.42 1F Y 2.26 3.72 2.26 1,259 1.00 0.00 2.26 7.98 841 0.40 건물 Y 보유성능지수 = 1.29

max story drift

4F 3,300 10.8 0.33% 3F 3,300 10.7 0.33% 2F 3,300 13.5 0.41% 1F 3,300 14.1 0.43%

벽체 하부 손상 또는 기초의 저항력 부족에 의한 거동

→ 평균강도비 계산 시에는 제외

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(73)

◆ 반력

1.0DL+0.25LL

RY(RS)

RY(ES)

순수 지진력(RY)에서

압축력이 중력하중 대비 크지 않음 확인

(인발은 자동적으로 발생하지 않음)

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(74)

◆ 내력비 (DCR)

내력비 1.0 이상

내력비 0.7 이상

(75)

◆ 전단벽 부재력 (My, kN-m)

EY

RY(RS)

역모멘트가 발생하나 크지 않음

(76)

◆ 전단벽 부재력 (My, kN-m)

1.0DL+0.25LL

0.4 x 884 kN x 7.5 m = 2652 kN-m

0.4 x 586 kN x 7.5 m = 1758 kN-m

RY(RS)

전도저항보다 작은 결과값 확인

5. 전도저항 효과를 활용한 전단벽 활용 (기존 건물)

(77)

◆ 전단벽 부재력 (Fy, My, kN, m)

RY(RS) - Fz

RY(RS) - My

**Fz * H ≒ My**

역모멘트가 발생은 하나 크지 않아 대체적으로 모멘트가 연속됨