[건축] 지진에 의한 접합부 파괴 유형

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[건축] 지진에 의한 접합부 파괴 유형에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

건축건물은 이 규정에 따라 설계하도록 되어 있다. 현재 미국과 일본에서는 합력하여 성능설계법에 대한 연구를 진행하고 있으며, 일본의 기준은 적당한 규모의 지진(Moderate Earthquake)에 대해 구조물이 탄성거동을 하도록 규정되어 있다.
2..3 구조물의 파괴
고베지진으로 인해서 많은 철근콘크리트, 목조, 철골구조의 파괴가 발생하였는데, 그 중에 철골구조의 접합부 파괴형태에 대해서 주로 정리해 보았다. 고베지진으로 인해서 발생한 부위는 주두의 용접부 파단, 기둥, 보 용접부의 파단, 기둥이음 용접연결부위의 파단, 그로 인한 건물의 전도, 주각부 앵커볼트의 파괴, 후판 각형기둥의 취성파괴, 접합부의 부식파괴, 스켈럽의 파괴 등을 열거할 수 있다. 그림 13은 고베지진으로 인한 기둥 상부의 용접부위에 파괴모습을 보여주고 있으며, 주두 위의 파괴와 더불어 외장 타일의 심각한 탈락을 잘 나타내고 있다.
그림 14는 고베 지진발생으로 인한 보-기둥의 용접 접합부가 파괴되는 것을 설명하고 있다. 용접 불량으로 인한 접합부의 파괴는 미국과 일본에서 가장 많이 발생하는 파괴의 유형이다. 그림 15는 노스리지 지진에서 나타난 것과 마찬가지로 스켈럽 부위의 응력집중 현상으로 인한 파단을 설명하는 자료이다. 스켈럽의 파단은 현재는 각도와 방향을 조정하는 방향으로 연구가 진행되고 있는데, 이에 대한 철골부재의 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
구조 부재의 부식은 고베 지진에서 또 다른 심각성을 드러내고 말았다. 고베 지진의 피해상황은 일본식 내진설계의 개념과 잘 일치하고 있다. 다시 말해서 일본의 대다수의 주택과 건물들이 수직방향의 지진하중에 대해서는 상당히 강하게 설계되어 있는 반면에 수평지진하중에 대해서는 피해를 입을 수밖에 없는 실정이었다.
1981년 이후 설계된 건물에 대해서는 상당히 엄격한 지진규정이 적용되었기 때문에 그 이전 건물은 사실상 대부분 많은 피해를 입었다. 특히 새롭게 새워진 대다수의 고층 연성골조들은 일반적으로 피해를 입지 않았다. 그러나 고베시에 지어진 대다수의 건물들은 강력한 지진규정이 적용되기 이전의 기준에 근거해서 설계되었기 때문에 많은 피해를 입었다. 따라서 철골구조물의 부식으로 인한 피해는 막을 수 가 없었다. 고베시 오래된 건물의 부식으로 인한 파단은 그림 16을 통해서 알 수 있으며, 접합부의 부식이 상당히 심각했던 상황이었다. 따라서 오래된 건물의 부식은 여러 가지 방법을 통해서 조사되어야 하며, 구조부재의 기능을 다하기 위해서 신속히 보수되어야 할 것이다.
기둥의 강성을 높이기 위해 보강한 철골 단면이 국부좌굴을 일으킨 그림과 보-기둥 접합부에 소성힌지가 발생한 그림을 그림 17과 그림 18에 각각 나타내었다. 또한 고베의 지진으로 인한 접합부의 파괴유형을 살펴보면 표 6과 같이 정리할 수 있다.
형태
고베 지진의 파괴유형 특성
1
용접부 파단-기둥, 주두, 기둥-보, 이음부
2
주각부 앵커볼트 파단
3
스켈럽의 파단
4
부식으로 인한 파단
5
기둥 단면의 국부좌굴 발생
3. 맺음말
현재까지 1994년에 발생한 미국 노스리지 지진의 파괴유형과 1년만인 1995년에 발생한 일본 고베 지진의 파괴형태에 대해서 고찰해 보았다. 두 지진의 규모는 기록적인 것이어서 상당한 피해가 발생하였다. 다음의 내용으로 본 기고를 정리해 볼 수 있다.
3.1 미국 노스리지 지진의 교훈
대부분의 파괴는 용접부에서 많이 발생하였다. 현재에도 밝혀지지 않은 건물들이 많이 있는 것으로 알고 있다. 따라서 종합적인 검사 및 보수 방법에 대한 연구가 요구되고 있다. 또한 종합적인 실험 프로그램의 설립이 우리나라에서도 필요하다고 생각한다. 즉 많은 수의 부재 실험, 볼트를 이용한 웨브 접합, 용접 플랜지 등의 연구가 필요하다. 이 연구를 바탕으로 적합한 보수, 신뢰할 만한 자료의 축적을 통해서 강 모멘트 골조에 대한 성능을 향상시킬 수 있어야 한다.
3.2. 일본 고베 지진의 교훈
일본의 고베 지진에서는 건물들이 강력한 지진규정이 적용되기 이전 기준에 근거해서 설계된 건물이 대부분이었으며 오래된 건물의 부식이 심각하였다. 또한 용접부위의 파괴는 시공의 정밀성이 문제점으로 드러날 수 있기 때문에 용접결함에 대한 보완대책이 필요한 실정이다. 앞에서 언급했듯이 오래된 건물의 부식문제는 유지관리 차원에서 보수가 되어져야 할 것이다. 지진으로 인한 강구조의 접합부의 파괴를 최소화하기 위해서는 설계, 시공, 유지관리 등 모든 측면에서 충실하게 기준을 충족시키는 건설행위가 요구되는 시점이다. 우리나라의 오래된 건물은 현행 내진설계의 기준을 만족시킬 수 있도록 정부 및 학회 차원에서 중요한 건물부터 보수를 진행할 수 있는 여건을 조성해 나가야 하겠다. Y
참고문헌
1.FEMA 267, Interim Guide Line, Program to Reduce the Earthquake Hazards of Steel Moment Frames, 1995
2. Byong J. Choi, Performance Based Seismic Design of Steel Moment Resisting Frames Using Energy Approach, Ph.D. Thesis, Illinois Institute of Technology, Chicago, IL, 1998
3. FEMA 303, NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and other Structures, 1997
4. Edwin H. Gaylord, Jr. et al., Steel Structures, Mc. Graw Hill, 1992
5. Web Site, www.pusan.ac.kr. & www.seaoc.or, 2002
6. FEMA 223A, NEHRP Recommended Provosions for Seismic Regulations for New Buildings, 1995
7. FEMA 222A, NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulaitons for New Buildings, 1994

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일본 고베 지진,   지진,   접합부파괴