건축물의 지하구조 내진설계 프로그램 ConBasement에 대한

 

지하외벽시스템의 면내 전단력 분포 분석과 검증

2020년 5월 7일

이 리포트(첨부 파일)는 원래 ConBasement 사용자를 위해 작성되었으나 일부 내용이 구조전문가 모두에게 도움이 될 것 같아서 자료를 공유하도록 하였습니다.

일반적으로 건축물의 지하구조는 내부 모멘트골조, 지하층을 둘러싼 지하외벽 및 바닥격막으로 구성되어 있다. 지하구조에서 모멘트골조는 지하외벽에 비해 횡력저항강성이 현저히 작기 때문에 대부분의 횡력은 지하외벽시스템으로 전달된다. 이러한 배경으로 건축구조기준 14.6(6)에서도 “지하구조에 대한 근사적인 설계방법으로, 설계지진토압을 포함하는 모든 횡하중을 횡하중에 평행한 외벽이 지지하도록 설계할 수 있다.”라고 기술하고 있다. 이를 근거로 하여 지하구조의 지진력저항시스템은 지하층을 둘러싼 지하외벽으로 구성된 전단벽시스템이 층전단력의 100%를 저항한다고 간주할 수 있으므로 ConBasement에서도 내부모멘트골조의 구조요소는 무시하고 해석한다.

 

지하외벽구조의 내진설계는 지상구조물의 안전에도 큰 영향을 주므로 중요한 설계분야이다. 또한 국내의 지하외벽의 배치형상은 매우 다양하며 비정형인 경우가 많다. 따라서 ConBasement에 의한 지하외벽의 소요설계전단력 산정결과를 검증할 필요가 있다.

 

비정형으로 배치된 지하외벽의 전단력분포도 명확하게 검증할 수 있도록 다음과 같이 지하외벽 배치 형상들을 설정하여, ConBasement에 의한 전단력 분포결과를 검증하였다.

 

 

[지하외벽 배치형상]

검증 1. 원형으로 배치된 지하외벽구조시스템

검증 2. 정3각형으로 배치된 지하외벽구조시스템

검증 3. 정8각형으로 배치된 지하외벽구조시스템

검증 4. 별모양 다각형으로 배치된 지하외벽구조시스템

검증 5. 계단형상(0도 및 90도)으로 배치된 지하외벽구조시스템

 

[해석 방법]

각 전단벽의 전단력을 산정하는 방법은 건축물의 지하구조 내진설계 지침(대한건축학회, Rev.1)의 8.1(5)에 규정한 “지하구조물에 작용하는 지진동하중은 무한강성의 슬래브 다이아프램으로 연결된 지하벽체가 지지하는 것을 원칙으로 한다.”를 근거로 하여 횡력에 대한 해당 층 각 전단벽의 횡변위가 동일하다는 가정과 전단벽의 상대강성을 이용한다. 또한, 전단벽의 면외강성은 구조해석에 고려하지 않는 조건으로 한다.

횡력에 대한 전단벽시스템 해석에는 탄성해석법을 사용하였다.

 

[검증 방법]

ConBasement의 해석결과를 전통적으로 사용하고 있는 횡력분배를 위한 이론적 해석방법에 의한 산정결과와 국내에 널리 사용하고 있는 범용 해석프로그램의 산정결과들을 상호 비교하여 검증한다.

 

[비교 기준값]

Excel을 이용한 이론적 해석방법(부록-1 참조)에 의해 산정한 결과를 기준으로 한다.

첨부한 pdf파일에 "건축물의 지하구조 내진설계 프로그램 ConBasement에 대한 지하외벽시스템의 면내 전단력 분포 분석과 검증" report 전문이 포함되어 있습니다. 

2020년 5월 24일

NEWTECH 뉴테크구조기술사사무소 대표 김승원 드림

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