철골구조 조적채움벽,허리벽 고려안하나?
철골구조사이에 조적조로 벽체를 채운 경우
내진성능평가시 그 벽체를 모델링 하지 않는 것 같다.
그 이유에 대해 정리된 글이 있어 퍼온다.
■ CMR아이티 QNA에 올라온 글
http://www.cmrit.co.kr/sharing/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=12628583&t=board
질문 :
철골건물의 내진성능평가를 진행할 때에는 조적채움벽과 허리벽을 고려하지 않아도 되는지 문의드립니다. 통상적으로 철골건축물의 경우, 조적채움벽과 허리벽을 고려하지 않고 내진성능평가를 진행하고 있는데, 실제거동과 다르게 평가되는 부분이 있기때문에 여러가지로 논란이 되지 않나 생각됩니다. 씨엠알아이티에서는 철골조 건축물의 조적허리벽과 채움벽을 어떠한 방식으로 고려하고 있는지 문의드립니다.
답변 :
조적채움벽과 허리벽을 고려하여 내진성능평가를 진행하는 이유는 크게 2가지라고 생각됩니다.
첫째, 구조물의 주기에 영향을 끼치는 요소중 하나(조적채움벽이나 허리벽, 유효강성, 슬래브강성 등등)이기 때문입니다.
주기에 따라 응답스펙트럼상의 가속도의 크기가 달라지고 질량의 변화가 없다고 한다면, 가속도의 크기에 따라
지진하중(밑면전단력)의 크기가 달라집니다. 따라서 실제구조물의 강성에 따른 거동을 정확히 예측하기 위해서는
이러한 주기에 영향을 끼치는 요소를 고려하여 구조물의 내진성능평가가 이루어지는 것이 바람직하다고 하다고 할수 있습니다.
둘째, 조적허리벽의 압축강도는 기둥의 중간에 전단력으로 작용하여 기둥의 전단파괴를 유발합니다.
기둥의 휨파괴나 휨항복후 전단파괴에 앞서서 기둥의 전단파괴(취성파괴)는 구조물의 급격한 붕괴를 유발하기 때문에
내진성능평가와 보강설계에서는 굉장히 중요하게 다뤄지고 있습니다.
철근콘크리트구조물이라고 하면 상기 2가지 이유 때문에, 최근의 기존건축물의 내진성능평가에서는 반드시
조적채움벽과 허리벽을 고려하여 평가에 반영하고 있습니다.
그러나 문의 하신대로 철골구조물의 경우, 조적허리벽을 모델링에 고려하더라도 기둥의 전단강도가 크고 연성능력이
우수하기 때문에 전단파괴 보다는 통상적으로는 휨파괴되는 양상을 나타냅니다. 이러한 이유로 철골건물의 경우
조적허리벽과 채움벽을 모델링에서 고려하지 않고 있습니다. 그러나, 이러한 조적벽체 요소는 주기에 영향을 끼치므로
지진하중의 크기와 구조물의 강성변화가 발생하기때문에, 지진에 대한 건물의 보유내력을 과대평가할 여지가 발생합니다.
철골건물의 경우는 통상적으로 Pushover 해석을 수행하게 되면 거의 대부분의 부재들이 탄성범위내에 있는 우수한 능력을 보여줍니다.
다만, 층간변위가 허용치를 초과하여 보강을 해야하는 경우가 발생하곤 하는데 조적허리벽과 채움벽을 고려하지 않음으로 인한 실제거동의
차이를 충분히 부담할수 있는 수준이라고 생각합니다.
감사합니다.
■ 하이구조 QNA에 올라온 글
지진발생시 채움벽과 허리벽의 기능에 대하여
Question :
안녕하세요.
지진이 일어났을 때 채움벽과 허리벽의 역할을 알려주시면
정말 감사하겠습니다.
제가 알기로는 채움벽(조적벽체)이 없으면 건물자중이 감소해서
구조적으로 더 좋다고 하는데...
의견을 구하고 싶습니다. 안녕히 계세요.
Answer :
채움벽이란 기둥 사이에 시공되는 벽체로, 벽체의 재료로는 철골, 철근콘크리트, 보강된 조적, 비보강된 조적, 구속된 조적, 나무 등이 사용됩니다.
채움벽은 구조벽체로 사용할 수도 있고, 비구조벽체로 사용할 수도 있으며, 지진발생시 그들의 구조적 기능은 경우에 따라 좋을 수도 있고, 나쁠 수도 있습니다.
질문에서의 조적벽체에 의한 채움벽과 허리벽은 일반적으로 비구조요소로, 지진발생시 구조적 피해를 발생시킬 수 있는 요소로 많이 알려져 있습니다.
그러나 조적 채움벽도 구속 조적벽으로 분류되는 경우는 전단벽으로 건물에서 지진력에 대해 저항할 뿐만 아니라 다른 상황에서도 많은 도움을 줄 수 있습니다.
지진발생시 조적 채움벽 및 허리벽의 문제점을 몇 가지 살펴보면 다음과 같습니다.
① 채움벽은 수평력에 대하여 건물의 강성을 크게 하고, 부가된 강성은 진동의 고유주기를 감소시키고 이로 인한 가속도와 관성력을 증가시켜 지진력을 크게 합니다.
② 채움벽은 구조골조의 자유로운 수평변형을 구속함으로써, 골조부재에 의해 저항되는 지진력보다는 채움벽 내부에 대각 압축 스트럿과 인장력을 유발시켜 주골조 부재의 접합부에 하중을 집중시킵니다.
이로 인하여 보의 바로 아래에 있는 기둥의 상부에 전단파괴가 발생되는데, 이러한 전단파괴는 취성적이고 부분적인 건물의 붕괴를 일으킵니다.
③ 채움벽이 평면상에서 대칭으로 배치되지 않으면, 채움벽이 지진력에 대하여 강성이 매우 크기 때문에 저항중심을 변경시켜 심각한 비틀림에 대한 피해를 일으킬 수 있습니다. 이에 면외방향의 강성이 약한 조적벽체는 부분적으로 붕괴할 수 있으며, 경우에 따라 그 층이 약층 파괴를 일으킬 수 있습니다.
지진발생시 채움벽의 기능에 대한 자세한 내용은 아래의 참고서적을 참조하시기 바랍니다.
『건축가와 엔지니어를 위한 건축내진설계, 한국초고층도시건축학회 역, 대가 』, Page 211
오늘도 좋은 하루 되세요. ^^