Scale-Up Factor for Seismic Analysis of Building Structure for Various Coordinate Systems

In a practical engineering, the equivalent static analysis (E.S.A) and the response spectrum analysis (R.S.A) are generally used for the seismic analysis. The base shears obtained from the E.S.A are invariable no matter how the principal axes of building structures are specified on an analysis program while those from the R.S.A are variable. Accordingly, the designed member size may be changed by how an engineer specify the principal axes of a structure when the R.S.A is used. Moreover, the base shears in the normal direction to the excitation axis are sometimes produced even when an engineer performs a response spectrum analysis in only one direction. This tendency makes the base shear, which is used to calculate the scale-up factor, relatively small. Therefore the scale-up factor becomes larger and it results in uneconomical member sizes. To overcome these disadvantages of the R.S.A, an alternative has been proposed in this study. Three types of example structures were adapted in this study, i.e. bi-direction symmetric structure, one-direction antisymmetric structure and bi-direction antisymmetric structure. The seismic analyses were performed by rotating the principal axes of the example structures with respect to the global coordinate system. The design member forces calculated with the scale-up factor used in the practice were compared with those obtained by using the scale-up factor proposed in this study. It can be seen from this study that the proposed method for the scale-up factor can provide reliable and economical results regardless of the orientation of the principal axes of the structures.

건축구조물의 지진해석에서 좌표축의 설정에 따른 보정계수 산정법

실무에서 지진해석법으로 널리 쓰이는 방법은 등가정적해석법과 응답스펙트럼해석법이다. 이 중 등가정적해석법에 의한 밑면전단력은 구조물의 주축을 해석좌표축에 어떻게 배치하는가와 상관없이 일관된 값을 나타낸다. 그러나 응답스펙트럼해석은 해석좌표 축에 구조물의 주축을 다르게 배치하여 해석을 수행하면 밑면전단력이 각기 다르게 발생한다. 이는 엔지니어가 구조물을 설계함에 있어 구조물의 주축을 해석좌표축에 어떻게 설정했는지에 따라 설계부재력이 모두 달라질 수 있음을 뜻한다. 또한 응답스펙트럼해석은 지진을 가한 방향의 직각방향에서 적지 않은 응답이 발생하는 경우가 생긴다. 한방향 해석에 대한 X와 Y축을 따라 분리되는 이러한 양방향 응답은 보정계수 산정시 쓰이는 밑면전단력을 작게 만들며 이는 결과적으로 보정계수를 크게하여 과다설계의 우려가 생긴다. 내진설계시 발생하는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 수평의 강성 차이에 따라 구조물을 크게 세 가지(양방향 대칭 구조물, 한방향 비대칭구조물, 양방향 비대칭구조물)로 분류하여 각각의 경우에 대하여 간단한 모델을 선정하고 구조물의 주축을 회전시켜가면서 지진해석을 수행하였다. 각 경우의 예제구조물이 가지는 동적특성과 설계부재력을 살펴보았다. 현재 실무에서 적용되는 보정계수 산정법에 의한 설계부재력과 앞선 문제들을 해결하고자 본 논문에서 제안하는 새로운 보정계수 산정법에 의한 설계부재력을 비교하여 제안하는 보정계수 산정법의 효율성을 검토하였다. 그 결과로 새로 제안된 보정계수 산정법에 의하여 설계부재력을 산정하는 것이 내진설계시 엔지니어들이 겪을 수 있는 혼란을 덜어주며 경제적인 부재설계가 가능함을 알 수 있었다.