조적허리벽으로 인한 기둥의 단주효과(내진성능평가 수행 시 중요)

안녕하세요 오늘은 내진성능평가를 수행할 때 꼭 고려해야 할 것이 조적허리벽으로 인한 기둥의 단주효과입니다. 내진성능평가에서는 해당 내용이 굉장히 중요하고 조적허리벽의 유무에 따라 구조물의 연성도 차이가 매우 크게 나타납니다. 그러므로 해당 내용을 꼭 알고 넘어가는 것이 중요합니다.

 

<목차>

-조적허리벽이란?

-조적허리벽이 구조물에 미치는 영향

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[조적허리벽이란?]

조적허리벽은 주로 외벽 창호아래에 채우고있는 비구조요소입니다. 그래서 구조설계 시 해석모델에 하중으로만 반영하고 별도의 모델링을 수행하지 않습니다. (실제로는 구조기준에서 모델링하라고 되어 있음)

 

하지만 이러한 비구조요소인 조적허리벽은 지진과 같은 큰 횡력이 작용할 때 건물의 성능에 큰 영향을 미친다는 것이 이전의 지진(경주지진, 포항지진 등)을 통해 확인되었습니다.

 

학교시설 조적허리벽 / 출처 : 기존 비보강 조적벽체를 갖는 학교건축물의 내진거동 평가(2012.08, 정우성)

 

그렇기 때문에 내진성능평가 매뉴얼에서는 조적허리벽을 해석모델에 반영하여 구조물의 내진성능을 평가하는 방법에 대해 제시되어 있습니다. 

 

그렇다면 조적허리벽이 구조물에 어떤 영향을 미치는지 많은 연구논문들을 통해서 확인해 보겠습니다.

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[조적허리벽이 구조물에 미치는 영향]

조적허리벽은 기둥사이에 설치되어 단주효과를 일으킵니다. 여기서 계속 언급되는 단주효과는 기둥의 유효길이가 조적허리벽으로 인해 줄어들어 기둥의 파괴모드가 휨파괴가 아닌 전단 또는 전단-휨파괴모드로 발생하는 것을 말합니다. 

조적허리벽으로 인한 기둥의 단주효과 발생 거동

 

위의 그림은 조적허리벽으로 인해서 기둥의 단주효과가 나타나는것을 보여줍니다. 조적허리벽으로 구속된 기둥하부는 탄성상태로 거동을 하게 되고 조적허리벽으로 구속되지 않은 영역의 기둥이 짧아진 기둥처럼 거동을 하게 됩니다. 이것이 단주효과 입니다. 조금더 정확하게 설명하기 위해 아래의 그림으로 설명드리겠습니다. 

 

기둥의 단주효과

 

만약에 긴 기둥과 짧은 기둥이 동일한 횡변위를 가지게 하기 위해서는 짧은 기둥에 더 큰 전단력이 발생합니다. 이로 인해 취성적인 전단파괴가 지배적인 거동이 됩니다. 취성적인 거동을 한다면 기둥의 연성능력이 저하되고 지진에 대한 내진성능을 확보하기 어렵습니다.

 

조적허리벽으로 인한 기둥의 단주효과 발생(2017 포항지진)

 

그렇기 때문에 내진성능평가에서는 이러한 조적허리벽을 모델링해야합니다. 그 방법 중 하나가 등가대각압축가새(equivalent diagonal strut)입니다. 해당 내용은 FEMA 356에서 제시하는 방법이며 현재 우리나라의 내진성능평가 매뉴얼과 많은 연구에서도 해당 방법을 사용하여 해석모델을 수립하고 있습니다.

조적허리벽의 해석모델

 

해석모델의 사용되는 등가대각압축가새의 강성과 모델링에 대한 방법은 MOE2021, KISTEC2021에서 확인할 수 있습니다.

 

하지만 대부분의 실무에서 활용되는 MIDAS GEN 프로그램을 사용하면 자동으로 물성치에 맞는 등가대각압축가새를 형성할 수 있습니다. 그렇기때문에 해당 내용에 대해서 모르고 그냥 반복적으로 툴만 다룰 수 있으니 해당 부분의 내용을 공부해 보시는 것도 추천드립니다.

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오늘은 조적허리벽으로 인한 기둥의 단주효과에 대해서 글을 작성해 보았습니다. 내진성능평가를 수행할 때 해당 내용을 꼭 이해하시고 해석모델 수립에 적절한 조적허리벽 등가대각압축가새를 반영해야 합니다. 또한, 조적허리벽으로 인한 연성능력의 저하를 방지하기 위해 내진보강방법으로 조적허리벽을 철거하거나 허리벽의 양단부를 잘라내는 방법도 있습니다! 오늘도 글을 읽어주셔서 감사합니다!😊