내진성능평가:: 서울시 강남구 근린생활시설 및 단독주택 내진성능평가

내진성능평가

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서울시 강남구 근린생활시설, 단독주택 내진성능평가

 

 

단독주택 / 근린생활시설 / 내진성능평가

 

 

 

안녕하세요, 엔글링크입니다.

 

엔글링크는 건축 구조물의 구조안전성 평가를 위한 구조안전진단이나 내진성능평가를 진행하고 있습니다.

그 외에도 구조해석, 유동해석(CFD), 열해석 등 다양한 CAE 서비스를 제공하고 있습니다. 

원하시는 서비스가 있으시면 언제든지 연락주세요.

오늘은 서울시 강남구에 위치한 근린생활시설, 단독주택 용도의 건축물에 대한 내진성능평가 사례를 소개해드리려고 합니다.

 

1. 내진성능평가의 목적

 

  해당 건축물에 대한 내진성능평가는 『기존 건축물의 내진성능 평가 및 향상요령

(2013.12:국토교통부, 한국시설안전공단)』에 따라 성능평가를 위한 현장조사 및 비선형구조해석을 실시하여 

목표 설계 지진에 대한 보유성능지수를 확인하고 필요한 경우에는 내진 보강 공법을 적용하여 보강안을 

제시하기 위해 실시되었습니다.

2. 내진성능평가를 위한 현장조사

  내진성능평가를 위하여 필요한 자료를 수집하기 위해서 현장조사를 실시했습니다. 

현장조사는 균열 및 결함조사, 구조체 조사, 콘크리트 압축강도 시험, 철근배근 상태 조사, 

콘크리트 탄산화 깊이 조사, 부동침하 변위조사, 구조물의 수평 변위 조사 총 7가지 항목에 대해 수행했습니다. 

  평가대상 건축물의 설계도서가 없는 관계로 설계도서 상의 부재크기와 실제 구조부재의 크기를 비교할 수 없었고, 

철근 배근상태 또한 비교가 불가능했습니다. 부재크기와 철근배근 상태는 현장조사 결과를 토대로 모델링에 반영하였습니다.

콘크리트 압축강도는 반발경도법에 의해 측정하였으며 평균 압축강도 23.76MPa로 연도별 콘크리트 추정 

압축강도인 21MPa를 대체로 충족하였습니다. 

탄산화 깊이 시험 결과 일부 철근에서 부식이 진행되었으나 콘크리트 성능 저하등급은 a~b등급으로 

양호한 상태로 조사되었습니다. 부동침하 변위 조사 결과 최대 변위가 허용 변위를 일부 초과하나 

바닥 마감재를 고려했을 때 문제가 없는 것으로 판단할 수 있으며, 수평 변위 또한 a등급으로 

양호한 상태라고 판단하였습니다. 

3. 내진성능목표 및 성능판정

3.1 내진등급과 성능목표

내진평가대상 건축물은 내진등급 1등급에 해당합니다. 성능목표수준은 지진위험도에 따라 결정되는 

최대예상지진(2400년 재현주기)에 대하여 구조물의 붕괴방지 요건과 최대예상지진의 2/3 * 중요도계수 1.2 수준의 

지진에 대하여 인명안전 조건을 만족해야 합니다

3.2 구조물의 성능수준별 허용 층간변형각(%)

성능목표수준에 따른 허용 층간변형각은 아래의 표와 같습니다. 

평가대상 건축물은 내진설계가 되지 않은 건축물로 LS수준에서 층간변형각(%)이 0.7%이하, 

CP수준에서 층간변형각(%)이 1.2% 이하여야 합니다.

3.3 성능수준별 중력하중저항능력

성능목표수준에 따른 판정기준은 다음과 같습니다.  

 

4. 내진성능평가 

  내진성능평가는 자료정리, 재료강도의 결정, 현장방문을 통한 조적채움벽 조사, 비정형성평가, 

예비평가, 1단계 상세평가, 2단계 상세평가의 순서로 진행됩니다. 

예비평가, 1단계 내진성능 상세평가, 2단계 내진성능 상세평가를 순차적으로 수행하는 것이 일반적이지만 

상위단계의 평가를 바로 수행할 경우, 하위 단계의 평가는 생략이 가능합니다. 

본 내진성능평가 사례에서는 예비평가, 1단계 상세평가를 생략하고 바로 2단계 내진성능상세평가를 수행했습니다.

  기존 건축물에 대한 2단계 내진성능 상세평가는 비선형 정적해석법을 사용하여 

평가 대상 건축물의 내진성능을 정확하게 평가하고 평가기준 지진으로 인해 발생할 수 있는 피해를 

정밀하게 측정하는 데 그 목적이 있습니다. 

  

  비선형 정적해석법으로는 일반적으로 푸시오버 해석기법이 사용됩니다. 

푸시오버 해석은 개별 부재의 재료비선형 거동특성을 정의한 후 횡변위를 점차 증가시켜 

부재의 강도와 비선형변형의 관계를 구하는 구조해석 기법입니다. 

고유치해석과 푸시오버 해석을 통해 건축구조물의 횡하중에 대한 저항능력을 평가할 수 있습니다.

  푸시오버 해석의 결과인 구조물의 최상층 응답변위와 밑면전단력의 상관곡선을 가속도-변위응답 관계(ADRS)의 

성능곡선(Capacity Spectrum)으로 변환합니다. 또한, 구조물에 요구되는 설계응답스펙트럼을 

가속도-변위응답 관계(ADRS)의 요구곡선(Demand diagram)으로 변환합니다. 

성능곡선과 요구곡선의 교차점이 성능점이며, 성능점과 성능목표를 비교하여 

건축물이 목표성능수준의 내진능력을 보유하고 있는지 평가합니다.

4.1 모델링 형상

4.2 성능점 검토

4.3 층간변형각 검토

4.4 중력하중저항능력 검토

① X방향

② Y방향

4.5 내진성능평가 결과

  비선형 정적해석을 수행하여 평가 대상 건축물의 내진성능을 검토한 결과, 

성능목표수준 인명안전(LS) 수준은 만족하였으나, 붕괴방지(CP) 수준은 만족하지 못하였습니다. 

중력하중저항능력 검토에서 설계스펙트럼가속도의 1.5배 수준의 지진하중이 가해질 때, 

X방향에 대하여 1층 수직부재에서 붕괴가 발생하고, Y방향에 대하여 2,3,4,5층의 수평부재에서 붕괴가 발생하여 

X,Y방향에 대한 보강이 필요한 상태로 평가되었습니다. 

5. 내진보강 검토 및 설계

  시공성, 경제성, 사용성에 대하여 전단벽 보강공법, 철골 브레이스 보강공법, 철판 보강공법, 

제진댐퍼 보강공법 등 여러가지 내진공법을 비교하여 Wall Type Easy Damper공법을 선정했습니다.

 

5.1 내진보강상세도

5.2 성능점 검토

5.3 층간변형각 검토

5.4 중력하중저항능력 검토

① X방향

② Y방향

5.5 보강 후 내진성능평가 결과

내진보강 공법이 적용된 상태로 비선형 정적해석을 수행한 결과, 평가 대상 건축물은 X,Y방향에서 모두 성능목표수준을 만족하였습니다.

 

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