• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.737-742
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• 2017

본 최근 기존의 모습과는 다른 고층건물의 형태가 대도시에서 랜드마크로서 주목을 끌고 있으며 혁신적인 건물형태에 대한 탐색은 건축분야에서 지속적으로 이루어질 것이다. 본 연구에서는 소규모의 구조체에 활용되고 있는 $Isotruss^{(R)}$ 그리드를 건물의 외주골조에 적용하여 구조적 성능을 검토하였다. 구조적 거동을 비교하기 위해 다이아그리드 구조시스템을 준거로 하였다. 동일한 규모의 16층, 32층, 48층 건물을 두가지의 구조시스템으로 설계하였다. 아이소트러스 그리드 구조 부재의 선정은 예비적 설계단계로 생각하여 다이아그리드의 강성에 기준한 설계방법을 이용하였다. 경사기둥의 각도로 아이소트러스 구조는 $59^{\circ}$, 다이아그리드 구조는 $68.2^{\circ}$로 하였다. 횡강성, 철골량, 외부골조의 횡력 부담비율, 기둥의 축력 강도비, 고유 진동수를 비교하였다. 6개의 건물 모델을 해석한 결과 두 구조시스템의 구조적 성능은 유사하나 외주골조의 횡하중 분담율이 아이소트러스 그리드 구조가 93.3%로 다이아그리드 구조의 88.7% 보다 약간 커서 코어 기둥의 배치에 있어 유리하다고 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서 제안하는 아이소트러스 그리드 시스템은 입면형태가 독특할 뿐만 아니라 기존의 구조시스템과 동등한 구조적 성능을 보유한 것으로 보인다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.419-426
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• 2020

본 연구에서는 철골편심가새골조 시스템을 대상으로 다목적최적화기법을 통해 설계를 수행하고 그 결과를 분석하였다. 최적화 설계를 위해 유전 알고리즘의 일종인 NSGA-II를 활용하였다. 여기서, 목적함수는 이율배반적 관계를 갖는 구조물량과 층간변위로 하여 최소화되고, 제약조건에는 구조기준에서 요구하는 내력비, 링크의 회전각 등을 포함하였다. 제약조건은 최적화 알고리즘 내에서 각 항목을 위반할수록 목적함수 값을 크게 증가시키는 벌금함수의 형태를 가지고 있다. 설계기준에서 EBF 시스템의 설계규정은 링크 부재만 항복이 허용되며 나머지 부재는 링크 항복 시 발생되는 부재력을 탄성상태에서 견디도록 의도한 역량설계법에 기초한다. 그러나 최적화를 통해 도출된 결과 중 일부는 구조기준의 설계조항은 만족하지만 특정층 링크에 소성변형이 집중되어 연약층을 형성함으로써 기준에서 의도하는 역량설계의 원칙을 위배하는 결과가 나타났다. 이를 해결하기 위해 모든 링크의 전단 초과강도계수 중 최대값이 최소값의 1.25배를 넘지 않도록 하는 제약식을 추가하였다. 새로운 제약식을 추가한 경우 모든 최적해는 설계기준과 역량설계의 원칙을 준수하는 것으로 나타났다. 모든 설계안에서 보 경간에 대한 링크의 길이비는 전단링크의 범주에 해당하는 10% ~ 14%였다. 전체적으로 설계안들은 링크의 초과강도 계수비가 가장 지배적인 제약으로 작용하였으며, 구조기준의 요구사항 중 층간변위와 내력비 등의 항목에서 허용치에 비해 매우 보수적으로 설계되었다.

• Advances in concrete construction
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• 제9권1호
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• pp.71-82
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• 2020

One of the most suitable methods in structural design is seismic separator. Lead-Rubber Bearing (LRB) is one of the most well-known separation systems which can be used in different types of structures. This system mitigates the earthquake acceleration prior to transferring to the structure efficiently. However, the performance of this system in concrete structures with different heights have not been evaluated thoroughly yet. This paper aims to evaluate the performance of LRB separation system in concrete structures with different heights. For this purpose, three, 16, and 23 story concrete structures are equipped by LRB and exposed to a far-field earthquake. Next, a time history analysis is conducted on each of the structures. Finally, the performance of the concrete structures is compared with each other in the term of their response to the earthquakes and the formation of plastic hinges. The results of the paper show that the rate of change in acceleration response and the ratio of drift along the height of 8 and 23 stories concrete structures are more than those of the 16-stories, and the use of LRB reduces the formation of plastic joints.

• Steel and Composite Structures
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• 제23권5호
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• pp.571-583
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• 2017

A kind of accordion-web RBS connection, "Tubular Web RBS (TW-RBS)" connection is proposed in this research. TW-RBS is made by replacing a part of web with a tube at the desirable location of the beam plastic hinge. This paper presents first a numerical study under cyclic load using ABAQUS finite element software. A test specimen is used for calibration and comparison of numerical results. Obtained results indicated that TW-RBS would reduce contribution of the beam web to the whole moment strength and creates a ductile fuse far from components of the beam-to-column connection. Besides, TW-RBS connection can increase story drift capacity up to 9% in the case of shallow beams which is much more than those stipulated by the current seismic codes. Furthermore, the tubular web like corrugated sheet can improve both the out-of-plane stiffness of the beam longitudinal axis and the flange stability condition due to the smaller width to thickness ratio of the beam flange in the plastic hinge region. Thus, the tubular web in the plastic hinge region improves lateral-torsional buckling stability of the beam as just local buckling of the beam flange at the center of the reduced section was observed during the tests. Also change of direction of strain in arc shape of the tubular web section is smaller than the accordion webs with sharp corners therefore the tubular web provides a better condition in terms of low-cycle fatigue than other accordion web with sharp corners.

• Earthquakes and Structures
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• 제18권3호
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• pp.367-377
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• 2020

Incremental dynamic analysis (IDA) widely uses for the collapse risk assessment procedures of buildings. In this study, an IDA-based collapse risk assessment methodology is proposed, which employs a novel approach for detecting the near-collapse (NC) limit state. The proposed approach uses the modal pushover analysis results to calculate the maximum inter-story drift ratio of the structure. This value, which is used as the upper-bound limit in the IDA process, depends on the structural characteristics and global seismic responses of the structure. In this paper, steel midrise intermediate moment resisting frames (IMRFs) have selected as case studies, and their collapse risk parameters are evaluated by the suggested methodology. The composite action of a concrete floor slab and steel beams, and the interaction between the infill walls and the frames could change the collapse mechanism of the structure. In this study, the influences of the metal deck floor and autoclaved aerated concrete (AAC) masonry infill walls with uniform distribution are investigated on the seismic collapse risk of the IMRFs using the proposed methodology. The results demonstrate that the suggested modified IDA method can accurately discover the near-collapse limit state. Also, this method leads to much fewer steps and lower calculation costs rather than the current IDA method. Moreover, the results show that the concrete slab and the AAC infill walls can change the collapse parameters of the structure and should be considered in the analytical modeling and the collapse assessment process of the steel mid-rise intermediate moment resisting frames.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제28권4호
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• pp.231-242
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• 2016

대형기둥의 제작성과 시공성을 고려한 철근콘크리트기둥-강재보 접합부의 상세를 제안하였으며, 이를 적용한 접합부의 내진성능을 연구하였다. 접합부의 보강을 위하여, 교차보, 스터드, U형 타이 등의 상세를 고려하였다. 내진성능의 평가를 위해, 2/3 스케일의 대형내부접합부에 대하여 반복가력실험을 수행하였다. 실험체들은 층간변위비 4.0%를 넘는 우수한 변형능력을 발휘하였으며, 보의 항복과 접합부의 항복이 동시에 발생하였다. 최종적으로는, 접합부의 전단파괴로 하중이 감소하였다. 실험강도는 기존 설계모델과 비교되었다.

• Earthquakes and Structures
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• 제19권5호
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• pp.347-359
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• 2020

The Mega-Sub Controlled Structure System (MSCSS), an innovative vibration passive control system for building structures, is improved by adding lead rubber bearings (LRBs) on top of the substructure. For the new system, a genetic algorithm is used to optimize the dynamic parameters and distributions of dampers and LRBs. The program uses various seismic performance indicators as optimization objectives, and corresponding results are compared. It is found that the optimization procedure for maximizing the energy dissipation ratio yields the best solutions, and optimized models have consistent seismic performances under different earthquakes. Seismic performances of optimized MSCSS models with and without LRBs, as well as the traditional Mega-Sub Structure model, are evaluated and compared under El Centro wave, Taft wave and 20 other artificial waves. In both elastic and plastic analysis, the model with LRBs shows significantly smaller story drift and horizontal acceleration than those of the other two models, and fewer plastic hinges are developed during severe earthquakes. Energy analysis also shows that LRBs installed in proper locations increase the deformation and energy dissipation of dampers, thereby significantly reduce the kinetic, potential, and hysteretic energy in the structure. However, LRBs do not have to be mounted on all the additional columns. It is also demonstrated that LRBs at unfavorable locations can decrease the energy dissipation for dampers. After LRBs are installed, the optimal damping coefficient and the optimal damping exponent of dampers are reduced to produce the best damping effect.

• 한국방재학회 논문집
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• 제7권1호통권24호
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• pp.11-20
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• 2007

본 연구에서는 H형 기둥-보 접합부에서 스캘럽 주변의 파단을 피하기 위해 스캘럽을 생략하고 보와 기둥의 쉬어탭을 볼트로 체결한 후 보 플랜지의 양면에 커버 플레이트와 리브로 보강하는 방법을 제안하였다. 스캘럽을 생략함으로써 스캘럽에서의 응력집중의 빈도를 줄이고 용접부 주위에서의 취성파괴를 방지하여 건축물의 내진성능을 향상시키는데 본 연구의 목적을 둔다. 본 목적을 위해 총 4개의 실험체를 제작하고 반복 가력 실험을 실시하였다. 주요 실험변수는 패널존 강도비이고 실험체의 항복강도, 초기강성, 총소성회전에 대한각 부재의 기여도, 에너지 소산능력으로부터 제작된 실험체들이 특수모멘트골조 내진규정에 만족을 하는지와 실험에 사용된 변수에 대한 여러 영향을 밝히고자 하였다. 그 결과 모든 실험체는 층간변위 4%, 총소성회전 0.03rad.에 충분이 도달하여 1997 AISC의 내진규정에 따라 특수모멘트골조에 만족할 것이라 판단된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제30권4호
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• pp.365-382
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• 2019

In steel frame-tube structures (SFTSs) the application of flexural beam is not suitable for the beam with span-to-depth ratio lower than five because the plastic hinges at beam-ends can not be developed properly. This can lead to lower ductility and energy dissipation capacity of the SFTS. To address this problem, a replaceable shear link, acting as a ductile fuse at the mid length of deep beams, is proposed. SFTS with replaceable shear links (SFTS-RSLs) dissipate seismic energy through shear deformation of the link. In order to evaluate this proposal, buildings were designed to compare the seismic performance of SFTS-RSLs and SFTSs. Several sub-structures were selected from the design buildings and finite element models (FEMs) were established to study their hysteretic behavior. Static pushover and dynamic analyses were undertaken in comparing seismic performance of the FEMs for each building. The results indicated that the SFTS-RSL and SFTS had similar initial lateral stiffness. Compared with SFTS, SFTS-RSL had lower yield strength and maximum strength, but higher ductility and energy dissipation capacity. During earthquakes, SFTS-RSL had lower interstory drift, maximum base shear force and story shear force compared with the SFTS. Placing a shear link at the beam mid-span did not increase shear lag effects for the structure. The SFTS-RSL concentrates plasticity on the shear link. Other structural components remain elastic during seismic loading. It is expected that the SFTS-RSL will be a reliable dual resistant system. It offers the benefit of being able to repair the structure by replacing damaged shear links after earthquakes.

• 한국지진공학회논문집
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• 제15권5호
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• pp.11-24
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• 2011

고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법을 이용하여 3층 3경간 철근콘크리트 골조구조물을 수치해석모형과 물리적 분구조모형으로 나누어 실시간 하이브리드실험을 실시하였다. 물리적 부분구조모형으로는 1층 내부 비연성기둥 1개소가 선택되었고, 수치해석모형에 일축 방향의 지진하중을 시편이 심한 손상에 의하여 파괴에 이를 때까지 작용시켰다. 비선형 유한요소해석 프로그램인 Mercury가 실시간 하이브리드실험을 위하여 새로이 개발 및 적용되었다. 실험결과는 물리적 부분구조모형의 상부 수평방향 층간변위비를 OpenSees에 의한 수치해석시뮬레이션과 진동대실험의 그것과 비교하였다. 본 실험은 가장 복잡한 실시간 하이브리드실험 중의 하나이고, 하드웨어, 알고리즘 그리고 모형에 대한 기술적인 내용을 본 논문에 자세히 설명하였다. 수치해석모형의 개선, 물리적 부분구조 모형 접선강성행렬의 유한요소해석 프로그램에서의 평가 그리고 하중기반 보-요소의 요소상태결정의 연산시간을 줄이기 위한 소프트웨어의 개선이 이루어진다면 실시간 하이브리드실험과 진동대실험결과의 비교는 권장할 만하다. 그리고 "지진과 같은 동적하중하의 복잡한 구조물의 수치해석시뮬레이션"이라는 목적을 위하여 실시간 하이브리드실험은 동적하중에 대한 실험적 검증을 점진적으로 수치해석모형으로 대체하기 위한 저비용-고효율 실험법으로서의 가치를 충분히 가지고 있다고 할 수 있다.