KR20150114613A - Evaluation method for reliable seismic performance factor of Diagrid structural system using test data - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다이아 그리드 구조 시스템의 내진계수 평가 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인장재와 압축재로만 구성된 다이아그리드 시스템을 활용한 구조물의 내진설계에 있어 필요한 내진계수를 평가하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for evaluating the seismic coefficient of a diagrid structure system, and more particularly, to a method for evaluating a seismic coefficient required for a seismic design of a structure utilizing a diagrid system composed only of a tensile material and a compression material.
통상적으로, 건축물의 내진설계에 있어 설계지진 하중은 지진발생시의 구조물의 비탄성 거동을 설계에 반영하기 위하여 반응수정계수를 사용하여 탄성 설계스팩트럼을 감소시켜 탄성거동에서보다 저감된 설계값을 설계하중으로 사용하고 있다.Typically, the design seismic load in the seismic design of a building reduces the elastic design spectrum by using the response correction factor to reflect the inelastic behavior of the structure at the time of the earthquake to the design so that the design value is reduced from the elastic behavior to the design load I am using it.
반응수정계수란 건축물의 내진저항 시스템에 설계강도를 초과한 지진하중이 작용하더라도, 건축물이 비탄성 변형을 일으켜 붕괴되지 않는다는 것을 전제로 건축물에 가해질 수 있는 지진하중을 낮추어 주는 계수 값이다. The response correction factor is a coefficient that lowers the seismic load that can be applied to the building, assuming that the structure does not collapse due to the inelastic deformation even if the seismic load exceeds the design strength in the seismic resistance system of the building.
국내외의 다양한 건축관련 기준에서는 이러한 반응수정계수에 대하여 구조시스템마다 일정한 값을 사용하도록 기준으로 제시하고 있다.In various domestic and international architectural standards, these response correction factors are suggested to use a constant value for each structural system.
하지만 건축기준에서 제시하고 있는 구조형식별 반응수정계수 값은 매우 일반화된 구조형식에 대하여만 제시된 값이기 때문에 다양하고 복합적인 구조형식에는 적용하기 어렵다는 문제점을 가지고 있다.However, since the response correction coefficient values of the structural types proposed in the architectural standard are presented only for the generalized structural form, they are difficult to apply to various and complex structural forms.
특히 최근들어 초고층 건축물에 사용되고 있는 다이아그리드(Diagrid) 시스템과 같이 새로운 시스템의 경우 아직까지 명확하게 제시할 수 있는 반응수정계수 값이 없는 것이 현실이다. 여기서, 다이아그리드 시스템은 수직하중과 수평하중을 각각 기둥과 가새를 이용하여 저항하였던 기존 구조 방식과는 달리, 서로 연결된 대형대각가새가 수직하중과 수평하중에 모두에 대해 저항하는 구조 시스템을 지칭한다. 이는 분리된 하중 저항 메카니즘에 의해 비효율적인 부재 설계가 이루어졌던 기존의 방식과는 달리 모든 하중에 대해 대형대각가새라는 하나의 부재가 저항하여 보다 효율적이고 경제적인 고층 건축물의 설계를 가능하게 하는 장점을 구비한다. 즉, 지진하중과 같은 횡하중에 대하여는 대형대각가새 부재가 인장력과 압축력으로 저항하는 시스템으로, 이러한 방식은 기존 구조방식의 기둥-보 부재의 접합에 따른 모멘트 강성 저항방식과는 확연히 다른 구조성능을 보임을 국내외 여러 연구를 통하여 증명되어져 왔다.Especially in the case of the new system such as the Diagrid system which is used in the skyscraper recently, there is no response correction coefficient value that can be clearly presented yet. The diagrid system refers to a structural system in which large diagonal birds connected to each other resist both vertical load and horizontal load, unlike the conventional structure in which the vertical load and the horizontal load are respectively resisted using pillars and braces . This is advantageous in that it can design more efficient and economical high-rise buildings by resisting one member of large diagonal line against all loads unlike the conventional method in which inefficient members are designed by a separate load resistance mechanism Respectively. In other words, for a lateral load such as seismic load, a large diagonal new member is resisting with tensile force and compressive force, and this type of structure shows distinctly different structural performance from the moment rigidity resistance method according to the joining of the column-to- Has been proved through various researches both at home and abroad.
그러나, 현재의 구조해석 방식으로는 다이아그리드 구조물의 내진성능에 대한 명확한 평가가 어렵기 때문에 단순히 기존에 제시되었던 일반화된 구조형식에서의 반응수정계수 값을 사용하고 있을 뿐이어서, 통합된 하중 저항 메카니즘을 통하여 높은 구조성능을 발휘하는 다이아그리드 시스템의 내진성능을 지나치게 낮게 평가하는 원인이 되고 있으며, 이로 인하여 필요이상의 과도한 비용과 시간이 다이아그리드 구조물에 소비되고 있다.However, since it is difficult to clearly evaluate the seismic performance of the diagrid structure as the current structural analysis method, only the response correction coefficient value in the generalized structural form, which has been presented previously, is used, This causes the seismic performance of the diagrid system, which exhibits high structural performance, to be excessively low, which causes excessive cost and time to be consumed in the diagrid structure.
따라서 실제 다이아그리드 구조물의 여러 모델과 여러 변수 요소에 대한 고층 모델의 해석적 연구가 요구되고 있는 현실이다.
Therefore, it is a reality that analytical study of high - rise model for various models and variable elements of actual diagrid structure is required.
본 발명은 상기 와 같은 점을 감안하여 연구된 결과물로서, 다이아그리드 시스템의 하중저항 메커니즘을 반영한 내진설계에 활용될 수 있는 반응수정계수 값을 계산할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The object of the present invention is to provide a method of calculating a response correction coefficient value that can be utilized in a seismic design reflecting a load resistance mechanism of a diagrid system.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다양한 실험을 통하여 측정된 다이아그리드 노드의 구조성능을 수행하는 단계; 다이다그리드의 형상에 따른 모델링을 구축하는 단계; 구조성능 실험결과와 모델링 해석결과를 비교 검토하는 단계; 다이아그리드 구조물을 구성하는 가새부재의 각도와 형태에 따른 변수해석 단계; 상기 모델링 된 다이아그리드 노드의 구조성능을 비선형 동적해석 모델로 치환하는 단계; 상기 치환된 다이아그리드 노드를 활용한 비선형 동적해석을 수행하는 단계;를 거쳐 다이아그리드 구조물의 내진계수 값을 계산하는 해석방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a diagrid node, Constructing modeling according to the shape of the grid; Comparing structural performance test results with modeling analysis results; A step of analyzing variables according to the angle and shape of the brace member constituting the diagrid structure; Replacing the structural performance of the modeled diagrid node with a nonlinear dynamic analysis model; Performing a nonlinear dynamic analysis using the substituted diagrid node, and calculating an earthquake resistance value of the diagrid structure through the nonlinear dynamic analysis.
즉, 다이아그리드 구조시스템에서 사용하는 다이아그리드 모듈의 구조성능 평가를 위한 실험 단계와; 상기 다이아그리드 모듈에 대한 유한요소 모델링 단계와; 다이아그리드 모듈에 대한 구조성능 평가실험 결과와 유한요소 모델링 해석 결과와의 비교평가 단계와; 상기 유한요소 모델링을 활용한 가새부재 각도 및 노드형태에 따른 변수해석 단계와; 상기 유한요소 모델링에서 검출된 변수를 통한 비선형 동적해석 단계와; 상기 비선형 동적해석을 통한 다이아그리드 시스템의 내진계수를 검출하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이아그리드 구조시스템의 내진계수 평가 방법을 제공한다.An experimental step for evaluating the structural performance of the diagrid module used in the diagrid structure system; A finite element modeling step for the diagrid module; A step of comparing the structural performance evaluation test result with the finite element modeling analysis result for the diagrid module; A variable analysis step according to a brace member angle and a node type using the finite element modeling; A nonlinear dynamic analysis step through the variables detected in the finite element modeling; And detecting the seismic coefficient of the diagrid system through the nonlinear dynamic analysis. The present invention also provides a method of evaluating an earthquake resistance of a diagrid structural system.
상기 다이아그리드 구조시스템의 내진계수 평가 방법에 있어서, 상기 구조시스템에서 사용하는 다이아그리드 모듈의 구조성능 평가를 위한 실험 단계는 삼각형 형태를 이루는 기본 모듈 6개가 육각형을 이루고, 중심에 한 개의 다이아그리드 노드가 위치하고, 상기 다이아그리드 노드에 6방향에서 압축력과 인장력이 작용 가능한 배치 구조를 이룰 수도 있다. In the method for evaluating the seismic coefficient of the diagrid structure system, the experimental steps for evaluating the structural performance of the diagrid module used in the structural system are as follows. Six basic modules having a triangular shape are hexagonal and one diagrid node And the diagrid node may have a configuration in which a compressive force and a tensile force can act in six directions.
상기 다이아그리드 구조시스템의 내진계수 평가 방법에 있어서, 상기 유한요소 모델링 단계는 상기 실험 단계에서 실행되는 기본 모듈 6개로 구성된 육각형 형태의 중심에 다이아그리드 노드가 위치하는 구조의 모델링을 이용하고, 상기 가새부재 각도 및 노드형태에 따른 변수 해석단계는 시공상의 필요에 의하여 변경될 수 있는 가새부재의 각도와 이에 따른 다이아그리드 노드형상의 변경을 해석에 반영할 수도 있다. In the method for evaluating an earthquake-resistance of the diagrid structure system, the finite element modeling step uses modeling of a structure in which a diagrid node is located at the center of a hexagonal shape composed of six basic modules executed in the experimental step, The analysis step according to the member angle and the node type may reflect the change of the angle of the brace member and the change of the shape of the diagrid node which can be changed according to the construction requirement.
상기 다이아그리드 구조시스템의 내진계수 평가 방법에 있어서, 상기 유한요소 모딜렝 단계에서 검출된 변수라 함은 비선형 동적해석에서 절점과 부재간의 구속조건 구현에 필요한 데이터일 수도 있다. In the method for evaluating the seismic coefficient of the diagrid structure system, the variable detected in the finite element modeling step may be data necessary for implementing the constraint condition between the node and the member in the nonlinear dynamic analysis.
본 발명은 다음과 같은 효과를 수반한다.The present invention involves the following effects.
첫번째, 본 발명의 다이아그리드 구조시스템 내진 성능 평가 방법은, 적용 범위가 확장되는 방식의 다이아그리드 구조시스템에 대하여 보다 정확한 내진 설계를 위한 내진계수 값을 제공 가능하다.First, the method of evaluating the seismic performance of the dihedral structure system of the present invention can provide an earthquake resistance value for a more accurate seismic design for a dihedral structure system in which the application range is extended.
두번째, 본 발명의 다이아그리드 구조시스템 내진 성능 평가 방법은, 건축 과정시 다이아그리드 시스템의 내지 설계 시 사용 가능한 내진계수표 제공을 가능하게 하여 구조설계사무소에서의 구조 상세 및 구조 설계를 원활히 하도록 유도할 수 있으며, 이를 통하여 국내 철강산업에서의 생산성 향상을 도모할 수도 있다. Second, the method of evaluating the seismic performance of the dihedral structure system of the present invention enables the provision of the earthquake resistance coefficient table that can be used in the design of the diagrid system during the construction process, thereby guiding the structural details and structural design in the structural design office smoothly And thus, productivity can be improved in the domestic steel industry.
세번째, 본 발명의 다이아그리드 구조시스템 내진 성능 평가 방법은, 보다 정확한 내진 설계 데이터 제공을 가능하게 하여 다이아그리드 구조시스템의 설계에 있어서 국외 의존도를 줄이고, 독자적인 방식을 통한 국내 다이아그리드 구조 시스템의 내진 설계에 있어 독자적이고 우수한 입지 확보를 가능하게 할 수도 있다. Third, the method of evaluating the seismic performance of the dihedral structure system of the present invention can provide more accurate seismic design data, thereby reducing the dependence on foreign countries in the design of the diagrid structure system and the seismic design of the domestic diagrid structural system It may be possible to secure a unique and excellent location in the area.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법의 실험 시스템을 나타내는 개략적인 선도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법의 개략적인 구성도이다.
도 3은 내진 설계시 사용되는 반응 수정 계수에 대한 선도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법의 실험 시스템을 나타내는 개략적인 선도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법의 유한요소 모델링에 대한 개략적인 선도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법의 비교 평가의 일예를 나타내는 선도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법의 비교 평가시 얻어지는 설계 변수 중 하나인 가세 각도의 예를 나타내는 선도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram showing an experimental system of a method for evaluating a seismic performance of a dihedral structure system according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic block diagram of a seismic performance evaluation method for a diagrid structural system according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the response correction coefficients used in the seismic design.
4 is a schematic diagram showing an experimental system of a method for evaluating seismic performance of a diagrid structural system according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are schematic diagrams of a finite element modeling method of a seismic performance evaluation method of a diagrid structure system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing an example of a comparative evaluation of a seismic performance evaluation method of a diagrid structure system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a tilt angle, which is one of the design variables obtained in the comparative evaluation of the seismic performance evaluation method of the diagrid structural system according to the embodiment of the present invention.
9 is a schematic block diagram of a seismic performance evaluation method for a diagrid structural system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법은 다이다그리드 구조 시스템에 대하여 보다 정확한 내진 설계를 가능하게 하는 설계 인자를 제공하도록 할 수 있다. 즉, 기존의 내력벽 시스템, 건물골조 시스템, 모멘트골조 시스템, 이중골조 시스템 등의 대표적인 건축 구조 시스템에 대하여 다양한 실험 등을 통하여 정확한 반응수정계수 값을 제시하고 있으며, 2가지 이상의 구조시스템이 동시 적용된 복합구조시스템의 경우에도 기둥과 보의 횡력에 대한 변위값에 대한 구조성능을 건축규정으로 제시하고 있는 등 다양하고 정확한 설계 인자를 제공하지만, 다이아그리드 시스템의 경우 2000년도 초반부터 초고층 건물에 사용된 구조시스템으로 아직까지 가새와 노드사이의 횡력에 대한 변위값에 대한 구조성능을 규정하지 못하고 있다. 따라서 기존 평가방식을 기반으로 구조설계를 진행하게 되며, 이로 인하여 낭비되는 부분이 많았고, 이를 해결하기 위하여 본 발명은 기존 구조시스템 정보 정리 및 해석모델 설정 및 설계로 국한되는 종래의 평가 프로세스와는 달리, (1) 다이아그리드 노드 성능실험 단계, (2) 다이아그리드 노드 유한요소 모델링 단계, (3) 실험결과와 해석 결과에 따른 구조성능 평가(비교) 단계, (4) 가새부재 각도 및 노드형태에 따른 변수 해석 단계의, 다이아그리드 시스템에 특화되고 구체적인 4가지 단계로 세분화 되는 구성을 취한다. The method of evaluating the seismic performance of the dihedral structure system of the present invention can provide a design factor that enables more accurate seismic design for the grid structure system. In other words, accurate response correction coefficient values are presented through various experiments on typical structural systems such as conventional bearing wall system, building frame system, moment frame system, and double frame system. In the case of the structural system, the structural performance against the lateral force of the column and the beam is presented as the building regulation. However, in the case of the diagrid system, the structure used in the skyscraper The system does not yet define the structural performance of displacement values for lateral forces between braces and nodes. Therefore, in order to solve the problem, the present invention is different from the conventional evaluation process, which is limited to the conventional structure information analysis and analysis model setting and design. (2) Diagrid node finite element modeling step, (3) Structural performance evaluation (comparison) step according to experimental result and analysis result, (4) Brace member angle and node type , Which is specialized in the diagrid system and is divided into four specific stages of the variable analysis step.
이러한 단계의 구체화되는 구성은 (1) 다이아그리드 노드와 가새에 대한 구조성능 규정 부재, (2) 한 개의 건축물에 사용되는 다양한 가새각도 및 노드형태에 대한 1:1 대응을 목적으로 한다.
The specific configurations of these steps are (1) the absence of structural performance specifications for diagrid nodes and braces, and (2) the 1: 1 correspondence of various brace angles and node shapes used in a building.
(1) 다이아그리드 골조실험(1) Diagrid frame test
본 발명의 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법를 실행하는 실험체는 4개 층 1/3 축소 모형으로 6m x 6m크기를 점유한다. 도 1 및/또는 도 4에 내진 성능 평가 실험 장치가 도시되는데, 전면 상부 노드를 최대 하중이 3,000kN인 Actuator를 사용하여 가력하였다. 반복 가력에 의해 발생할 수 있는 실험체의 면외변형을 방지하기 위해 롤러가 설치된 프레임을 실험체 양 옆에 설치하였다. 변위계는 후면 상부, 하부 노드 및 좌굴이 예상되는 가새 두곳에 횡방향으로 설치하였으며, 지점 접합부 두 곳에 설치하여 슬립에 의한 변위를 측정하였다. 스트레인 게이지는 접합부와 가새 중 응력 집중이 예상 곳에 설치하였으며, BRB 심재 변형률을 측정하기 위한 게이지는 보강재 결합 전 미리 설치하였다. 실험체 가력은 AISC Seismic Provisions(2005)에 의한 BRB 가력 프로토콜을 사용하였으며, 초반 좌굴이 예상되는 Diagrid 실험체를 고려하여 기본 프로토콜에는 없는 단계 (0.001rad, 0.002rad, 0.0045rad, 0.009rad, 0.015rad)를 추가로 계획하였다.An experimental body implementing the seismic performance evaluation method of the dihedral structure system of the present invention occupies a size of 6m x 6m with a 1/4
즉, 도 4에 도시된 바와 같은 다이아그리드 시스템 내진 성능 평가 실험 장치의 6개의 다이아그리드 모듈 (삼각형 기본모듈)이 6각형을 구성하는 골조를 기본골조로 하여 가운데 위치한 다이아그리드 노드와 그에 연결된 6개의 가새의 거동을 측정하는 것을 목표로 한다. 이때 하중은 상부 왼쪽 노드에 3000ton Actuator로 반복하중을 가해주었다. 여기서, 반복하중이란 초고층건물에 작용하는 횡력 중 풍하중과 지진하중이 반복적으로 건물에 가해지는 경우를 고려한 방식으로, Actuator에 의한 반복하중은 AISC Seismic Provisions(2005)을 기반으로 골조부재가 항복하는 시점까지 가력하였으며, 이때의 골조부재 항복이란 가해진 하중에 의하여 좌굴이 발생하여 부재변형이 일어나는 시점으로 하였다. 실험은 상부 왼쪽 노드에서의 하중에 따른 골조의 변위를 계측하였으며, 이는 유한요소 해석 결과와의 비교에 사용하였다.
That is, the six diagrid modules (triangular base modules) of the diagrid system seismic performance evaluation experimental apparatus as shown in FIG. 4 are constructed as a basic framework of a hexagonal frame, and the diagrid nodes and six The goal is to measure the behavior of the braces. At this time, the load was applied repeatedly to the upper left node with 3000 ton Actuator. In this case, the cyclic load is a method that takes into consideration the case where the wind load and the seismic load are repeatedly applied to the building during the lateral force acting on the skyscraper. The cyclic load by the actuator is based on AISC Seismic Provisions (2005) , And the yielding of the framing member at this time was defined as the point at which member deformation occurred due to the buckling caused by the applied load. In the experiment, the displacement of the frame according to the load at the upper left node was measured and used for comparison with the finite element analysis results.
(2) 다이아그리드 유한요소 해석(2) Diagrid finite element analysis
본 발명의 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법에 있어 다이아그리드 노드에 대한 실험 평가 단계가 실행된 후 해석 단계가 실행된다. 즉, 실험 단계에서 실시된 다이아그리드 노드와 동일한 구조를 유한 요소 모델링화하고, 이에 유한 요소법을 이용하여 실험에서와 동일한 반복 하중 환경 하에서 각 다아이그리도 노드와 이에 연결된 6개의 모델링화된 가새의 거동이 어떻게 변화하는지를 모델링 실행한다. 앞서 언급된 바와 같이, 해석은 실험과 동일한 조건으로 수행하였고, 여기서 동일조건이란 6개의 다이아그리드 모듈 (삼각형 기본모듈)이 6각형을 구성하는 골조를 기본골조로 하여 가운데 위치한 다이아그리드 노드와 그에 연결된 6개의 가새의 거동을 측정하는 것으로, 하중조건 역시 상부 왼쪽 노드에 AISC Seismic Provisions(2005)을 기반으로 한 반복하중을 가해주어 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 골조부재가 좌굴하는 시점에서 해석을 종료하였다. 해석결과의 데이터 역시 상부 왼쪽 노드에 가해진 하중값과 그에 따른 노드의 변위값을 확인하였다.
In the method for evaluating seismic performance of the dihedral structure system of the present invention, the analysis step is executed after the experiment evaluation step for the diagrid node is executed. That is, the same structure as the diagrid node in the experimental stage is finite element modeled, and the finite element method is applied to the behavior of six modeled bracing Is modeled. As mentioned above, the analysis was carried out under the same conditions as the experiment, where the same conditions were defined as six diagrid modules (triangular base modules) connected to the center of the diagrid node As shown in Fig. 5 and Fig. 6, the loading condition is also measured by applying the cyclic load based on the AISC Seismic Provisions (2005) to the upper left node. Lt; / RTI > The data of the analysis result also confirmed the load value applied to the upper left node and the displacement value of the node accordingly.
(3) 다이아그리드 모듈에 대한 실험과 해석결과의 비교 평가(3) Comparison of experimental and analytical results for diagrid modules
본 발명의 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법 중 유한요소 해석 단계가 실행된 후, 본 발명은 동일한 다이아그리드 모듈(골조모듈)에 대한 실헐값과 해석결과의 비교평가하는 비교 평가 단계를 실행한다. 비교 평가 단계에서는 모듈의 상부 왼쪽 노드의 반복하중에 따른 변위값을 그래프로 변환하였을 때의 일치여부를 확인하는 것으로 수행하는데, 이때 도 7에 도시된 바와 같이, 해석값이 실험값에 비하여 5% 내외로 일치하도록 해석에서의 재료특성구현, 노드와 가새부재의 접합조건 등의 조건을 조정하여 해석이 실제 골조의 구조 거동을 구현할 수 있도록 하였다. 즉, 이러한 비교 평가 단계를 실행하는 제어부는 저장부에 저장된 소정의 사전 설정 오차 범위를 이용하여 해석값이 실험값에 대하여 사전 설정 오차 범위 내에 존재하는지 여부를 비교 판단하여 현재 모델링 구조가 적절한지 여부를 판단하고, 해석값이 실험값에 대하여 사전 설정 오차 범위 내에 존재하지 않는다고 판단된 경우 소정의 모델링 및 유한 요소 해석 단계 및 비교 판단 단계를 반복 실행한다. 반면, 해석값이 실험값에 대하여 사전 설정 오차 범위 내에 존재한다고 판단된 경우 제어부는 유한 요소 해석이 실행된 모델이 적절하다고 판단하고 유한 요소 해석에 사용된 모델을 잉요하여 후속 단계에서의 변수 해석 단계를 실행한다.
After the finite element analysis step of the seismic performance evaluation method of the dihedral structure system of the present invention is executed, the present invention executes a comparative evaluation step of comparing and evaluating the actual value and the analytical result for the same diagrid module (frame module). In the comparative evaluation step, it is performed by confirming whether or not the displacement value according to the repeated load of the upper left node of the module is converted into a graph. At this time, as shown in FIG. 7, the analytical value is about 5% The material properties of the analysis and the joining conditions of the node and the brace members are adjusted so that the analysis can realize the structural behavior of the actual frame. That is, the control unit executing the comparison and evaluation step compares the analysis value with the experimental value to determine whether the current modeling structure is appropriate or not by using a predetermined preset error range stored in the storage unit If it is determined that the analysis value does not exist within the preset error range with respect to the experimental value, the predetermined modeling and finite element analysis step and the comparison determination step are repeatedly executed. On the other hand, if it is determined that the analysis value is within the preset error range with respect to the experimental value, the controller determines that the model in which the finite element analysis has been performed is appropriate and analyzes the model used in the finite element analysis, .
(4) 가새부재 각도 및 노드형태에 따른 변수 해석(4) Variable analysis according to brace member angle and node type
실험 결과와 해석 결과에 대한 비교 평가 단계가 실행된 후, 본 발명의 다이아그리드 구조 시스템 내진성능 평가 방법는 다이아그리드 노드에 대하여 연결된 각 가새 부재에 대한 배치 각도 및 노드 형태에 따른 변수를 해석하는 변수 해석 단계를 실행한다. 즉, 다이아그리드 시스템에서는 삼각형 기본모듈을 구성하는 가새부재의 각도에 따라서 형태가 달라질 뿐만 아니라 각 층의 부재가 받는 하중의 크기가 달라지는데, 건물의 입면형태에 따라서 부분적으로 다른형태와 각도를 가지는 다이아그리드 기본모듈이 생길 수 있다. After the comparative evaluation step of the experimental results and the analysis results is executed, the method of evaluating the seismic performance of the diagrid structure system of the present invention is characterized in that the diagrid nodes are connected to the brace members, Step. That is, in the diagrid system, not only the shape is changed according to the angle of the brace member constituting the triangular basic module but also the magnitude of the load applied to the members of each layer is changed. A grid base module can be created.
하지만 모든 노드에 대하여 실험을 진행하기에는 현실적으로 불가능하므로, 전체에 대한 기본형태로만 실험을 진행하고, 다른 형태에 대한 다이아그리드 노드는 해석으로만 구조성능을 평가하여 그 결과값을 비선형 해석모델에 반영한다.
However, since it is not practicable to conduct experiments on all the nodes, the experiment is conducted only in the basic form as a whole, and the diagrid node for the other types evaluates the structural performance only by the analysis and reflects the result in the nonlinear analysis model .
상기와 같은 일련의 단계를 통하여 제어부는 최종적으로 다이아그리드 시스템에 대한 반응수정계수를 산출한다. 여기서, 반응수정계수(Response Modification Factor ; Factor)의 기본적인 의미는 구조물의 응답이나 반응을 수정하고 보안하는 값으로 정의되며, 다시 말해 구조물의 응답이나 반응에 대한 값은 정확한 값이 아니라는 의미이며 때문에 합리적이고 정확한 값을 설정하기 위해 수정이 필요하다는 의미이고, 그러한 수정에 사용하는 계수가 반응수정계수라고 볼 수 있다. 통상적으로 구조설계에 있어서 탄성 설계가 기본 원칙이지만 예외적으로 지진하중에 대해서는 비탄성 설계를 허용하고 있는데, 그 이유는 경제성과 안정성을 동시에 도모하기 위함이다. 즉, 내진설계에서 규정하고 있는 설계지진하중은 건물의 수명을 50년이라 할 때 건물이 위치한 지역에서 건물의 수명동안 발생 확률 10%인 지진에 대한 하중이며 이러한 지진하중의 재현주기(Return Period)를 따져보면 475년 만에 한 번 발생하는 지진하중으로 연간 발생률로 보면 0.21%이고, 이러한 지진에 대해 건물이 탄성 거동하도록 설계하는 것은 비경제적이므로 구조물의 비탄성 거동을 허용하고 있는 현행규준은 타당하다고 할 수 있다.Through the above-described series of steps, the control unit finally calculates the response correction coefficient for the diagrid system. Here, the basic meaning of Response Modification Factor (Factor) is defined as a value that corrects and secures the response or reaction of a structure. In other words, the value of the response or response of the structure is not an accurate value, And it means that a correction is necessary to set an accurate value, and a coefficient used for such correction is a reaction correction coefficient. In general, elastic design is the basic principle in structural design, but exceptionally, inelastic design is allowed for seismic loads, in order to simultaneously achieve economical efficiency and stability. That is, the design seismic load specified in the seismic design is the load for the earthquake with a probability of 10% during the life of the building in the area where the building is located and the return period of the seismic load (return period) The earthquake load which occurs once in 475 years is 0.21% at the annual rate. It is uneconomical to design the building to behave elastically in response to such an earthquake, so the current standard allowing the inelastic behavior of the structure is valid can do.
건축물의 내진설계는 미리 산정된 횡력을 사용하여 선형해석을 수행하고 여기에서 구한 부재력에 대하여 내진저항요소를 설계하는 것이 일반적이며, 이러한 횡력은 허용응력설계법 또는 강도설계법에 따라 각각 다르게 적용된다. 미국의 Uniform Building Code(ICBO, 1991)는 허용응력설계법으로 적용할 수 있는 횡력을 규정하고 있으며, NEHRP 규정(BSSC, 1991)에서는 강도설계법에 의한 횡력을 정의하고 있다. 건축물의 내진설계에 사용되는 설계지진하중은 구조물이 탄성적으로 거동하기 위하여 필요한 수평강도를 산정하는데, 여기서 등가정적해석법을 사용하는 경우에 지진하중은 밑면전단력(base shear)이라는 값으로 적용하게 되어 있다. 밑면전단력은 구조물이 지진하중에 대해 탄성영역에서 거동하기 위해 필요한 수평강도를 반응수정계수로 나누어줌으로써 산정할 수 있다. The seismic design of a building is generally performed by using a pre-calculated lateral force, and the seismic resistance element is designed for the member force obtained here. These lateral forces are applied differently according to the allowable stress design method or the strength design method. The US Uniform Building Code (ICBO, 1991) specifies the lateral forces that can be applied with acceptable stress design, while the NEHRP specification (BSSC, 1991) defines the lateral force by the strength design method. The design seismic load used for the seismic design of a building is to calculate the horizontal strength required for the structure to behave elastically, where the seismic load is applied as the value of the base shear when using the equivalent static analysis method have. The bottom shear force can be estimated by dividing the horizontal strength required for the structure to behave in the elastic region against the seismic load by the response correction factor.
이러한 목적을 위하여 설계지진하중의 산정시 반응수정계수를 도입하여 도 3에 도시된 바와 같이, 탄성 상태의 강도요구량을 낮추어 주는데, 국내 건축물하중 기준에서는 아래와 같은 산술식으로 반응수정계수를 적용하고 있고, 반응수정계수는 밑면전단력 식에서와 같이 분모에 위치하여 지진력을 감소시키는 역할을 한다. For this purpose, the response correction factor is introduced in the calculation of the design seismic load to reduce the intensity requirement of the elastic state as shown in FIG. 3. In the domestic building load standard, the response correction coefficient is applied in the following arithmetic expression , And the response correction factor is located in the denominator as shown in the bottom shear force equation and serves to reduce seismic force.
여기서, V:밑면전단력, Cs:지진응답계수, W:전체 건물의 유효중량, SD1,SDS:응답스펙트럼 가속도, IE:중요도 계수, T: : 구조물의 고유진동주기를 나타낸다.Where V is the floor shear force, Cs is the seismic response coefficient, W is the effective weight of the entire building, SD1 is the response spectrum acceleration, IE is the importance coefficient, and T is the natural frequency of the structure.
요약해 보면 반응수정계수는 구조물이 지진하중에 대해 선형탄성 거동을 하기 위해 지녀야 하는 소요강도를 낮추는 기능을 하여 궁극적으로는 구조물이 비탄성 거동을 할 수 있게 해주는 역할을 하며 그 값은 밑면설계전단력에 대한 탄성요구강도의 비로 정의될 수 있다. In summary, the response correction factor serves to lower the required strength of a structure to have a linear elastic behavior with respect to seismic loads, ultimately allowing the structure to perform inelastic behavior, Can be defined as the ratio of the elastic demand strength to the elastic demand strength.
종래의 내진 설계 관련, 1988년부터 고층건물에 대하여 내진규정을 적용해 오고 있으나 지진에 대한 경험부족으로 대부분의 외국기준을 준용하여 사용하는 실정으로 설계상의 절차(Design Procedure)뿐 아니라 기준내의 설계계수(Design Parameters) 또한 명확성에 있어 결여된 부분이 많은 것이 현실이었고, 1988년 이후로 국내 내진설계 기준은 12년 이상을 아무런 변화없이 적용되어 왔으나, 당시 국내에서 발생한 잦은 지진으로 한반도에서의 지진위험도에 대한 인식을 새롭게 바꾸어 놓았으며 1996년 12월 13일 발생한 강원도 영월지방의 지진을 계기로 건교부에서는 내진 규정을 강화하기로 하였으며, 국내 내진공학은 계속해서 발전을 이루었다. Since 1988, earthquake regulations have been applied to high-rise buildings in relation to conventional seismic design. However, due to lack of experience of earthquakes, most of the foreign standards are used in accordance with the design procedure. Design parameters have also been lacking in clarity. Since 1988, domestic seismic design standards have been applied for over 12 years without any change. However, due to frequent earthquakes in Korea at that time, And the earthquake in Yeongwol province of Gangwon province on December 13, 1996, the Ministry of Construction and Transportation decided to strengthen the earthquake regulations and domestic seismic engineering continued to develop.
한편, 종래 1997년 한국지진공학회(Earthquake Engineering Society of Korea ; EESK)에서 내진설계상위개념과 관련하여 수행한 내진설계기준 연구를 통해 EESK 97를 제시하였는데, 이 방법은 UBC 97 방법을 채택하여 작성되었으며 지진의 세기를 우리나라 수준에 맞도록 조정한 것이고, 1997년에 1차 개정작업이 시작되었고 2000년에 「건축물의 구조기준 등에 관한 규칙」과 「건축물하중기준고시」 등 AIK 2000을 통해서 소폭의 개정작업이 이루어졌으나, 기본적인 골격은 그대로 유지하고 있었고, AIK 2000에서는 우리나라의 다른 하중기준들과 함께 내진설계기준도 일부 개정되었으며 허용응력수준의 지진하중을 사용하였으며, AIK 2000과 UBC 94의 지반조건에 따른 탄성스펙트럼을 비교해보면 단주기일 때 지진하중은 UBC 94가 크지만 장주기 영역에서는 오히려 AIK 2000이 더 크게 나타났다. 이것은 고증건물에 대한 안전을 고려한 것임을 알 수 있는데, 앞에서 살펴본 바와 같이 AIK 1988은 기본적으로 ATC 3-06과 UBC 85를 참고하여 작성된 것이였으며, AIK 2000의 기본 구성은 AIK 1988과 같고 일부분만 보완한 것이다. 그러나 그 후 발전된 내진공학의 내용을 제대로 수용하고 있지 못하고, 우리나라에서 새롭게 적용되고 있는 구조시스템을 반영하기에는 부족한 점이 많았다. 따라서 새롭게 변화된 내진공학의 기술수준과 설계개념을 도입하고 다양한 구조 시스템의 발전에 부응하기 위해 2002년부터 다시 시작된 내진설계 기준 개선을 위한 연구를 통해 새로운 내진기준을 제시하였으며, 그 결과는 2005년에 제정된 「건축구조설계 기준(2005년, 건설교통부 고시)」(KBC 2005) 의 "3.6절 지진하중"에 반영되었다. KBC 2005의 경우 지진하중은 EESK 1997에서 제안한 것을 사용하고 설계방법에 있어서는 IBC 2000에 의한 방법을 따르도록 하고 있다. IBC 2000의 내진 설계개념을 대폭 수용하되 우리나라의 현실적인 상황을 고려하여 수용하였다. KBC 2005에서 구조설계법으로는 허용응력도설계법, 강도설계법 또는 한계상태설계법에 의하거나 건설교통부장관이 이와 동등 이상의 성능을 확보할 수 있다고 인정하는 구조설계법에 따르도록 하고 있으며 허용응력도설계법, 강도설계법 또는 한계상태설계법으로 구분하여 기술하고 있으며, KBC 2005 내진설계기준의 뿌리가 되는 IBC 2000은 내진공학 분야의 세계적인 추세라 할 수 있는 성능기반설계법(Performance Based Seismic Design)을 완전히 수용하고 있지는 않지만 하중산정에서 최대지진(Maximum Considered Earthquake)과 설계지진(Design Earthquake)을 고려하므로 기존 기준들에 비하여, 성능기반설계법(PBSD)에 근접하였다. The EESK 97 was proposed by the Earthquake Engineering Society of Korea (EESK) in 1997, which is based on the seismic design criteria study on the upper concept of seismic design. The first revision work was started in 1997, and in 2000, a small amendment was made through AIK 2000, including the "Rules on Structural Standards of Buildings" and "Building Load Standards" In AIK 2000, some seismic design standards were revised along with other Korean load criteria, and seismic loads with allowable stress levels were used. The ground conditions of AIK 2000 and UBC 94 were used. In comparison of the elastic spectrum, the seismic load is large at UBC 94, but in the long period, AIK 2000 is larger appear. As mentioned above, AIK 1988 was basically based on ATC 3-06 and UBC 85. The basic structure of AIK 2000 is the same as AIK 1988, will be. However, it has not been able to properly accommodate the contents of developed earthquake engineering, and it is not enough to reflect the newly applied structural system in Korea. Therefore, new seismic reference standards were proposed through the study of improvement of seismic design criteria, which was resumed in 2002, in order to introduce the newly changed technical level and design concept of seismic engineering and to meet the development of various structural systems. It was reflected in "Section 3.6 earthquake load" of the "Architectural Structural Design Standard (2005, Ministry of Construction and Transportation Notice)" (KBC 2005) enacted. In case of KBC 2005, the earthquake load proposed in EESK 1997 is used and the design method is to follow IBC 2000 method. The concept of seismic design of IBC 2000 is accepted widely, but it is accepted considering the real situation of Korea. In KBC 2005, the structural design method is based on the permissible stress design method, the strength design method or the limit state design method, or the structural design method, which the Minister of Construction and Transportation recognizes that the performance is equivalent to or better than the allowable stress design method, The IBC 2000, which is the root of the KBC 2005 seismic design criteria, does not completely accept the performance based seismic design, which is a global trend in the seismic engineering field. However, Because it considers Maximum Considered Earthquake and Design Earthquake, it approaches the performance based design method (PBSD) compared to existing standards.
아래 표1에서는 우리나라 내진설계기준에서 설계 밑면 전단력을 구하는 방법의 변화가 도시된다. Table 1 below shows the change in the method of obtaining the design base shear force in the seismic design criteria of Korea.
/설계법Design basis
/ Design method
허용응력수준AIK 1988
Allowable stress level
또는,
or,
S 지반계수 (3개 그룹)A area coefficient (0.12, 0.08)
S ground coefficient (3 groups)
강도설계수준EESK 97
Strength design level
지반분류 : 6개 그룹Ca Cv earthquake group
Soil classification: 6 groups
허용응력수준AIK 2000
Allowable stress level
S:지반계수 (4개 그룹)A area coefficient (0.11, 0.07)
S: Ground coefficient (4 groups)
강도설계수준KBC2005
Strength design level
지반분류 : 5개 그룹SD1, SDS: Response spectrum acceleration
Soil classification: 5 groups
표 3.1에서 , I,IE는 중요도 계수, R은 반응수정계수, W는 유효 건물질량, 그리고 T는 구조물의 고유진동주기이다. EESK 97 연구보고서는 내진설계 상위개념만 규정하여 실제 하위내진기준으로 시행되지는 못하였고,최근 국내에서는 KBC 2008 개정안이 진행 중에 있다. 이번 KBC 2008 (안)에서는 주로 지진하중의 표기의 국제화 추세의 반영과 국내 지반특성을 기준에 반영하고자 하였다. 이외에도 IBC 등의 기준을 참고하여 불합리하게 높게 산정되거나 잘못된 부분은 일부 수정을 하였다. KBC 2005 부터는 2400년 지진하중의 2/3배를 설계하중으로 하고 하중계수를 곱하지 않게 되었다. 그러나 KBC 2005 제정 당시 국내 상위 기준(건축물의 구조기준 등에 관한 규칙)에 지진구역에 따른 지역계수가 정의되어 있었기 때문에 재현주기에 맞는 지역계수(표0306.3.1 참조)들을 표면적으로 사용하지 못하였다. 내진설계의 국제적인 추세를 반영하여 KBC 2008(안)에서는 기준이 되는 지진하중을 2400년 재현주기로 설정되었음을 표현하고자 하였다. 2400년 재현주기에 대한 개념은 이미 KBC 2005(안)에 반영이 되었기 때문에 단지 KBC 2008(안)에서 표현상의 변화만 필요하였다. 이상을 요약하여 정리하면 KBC 2008에서 내진설계 지진하중의 크기를 재현주기 500년에서 2400년으로 증가함으로 외형적으로 하중이 증가하는 것처럼 보이지만 실제의 크기는 KBC 2005와 변동이 없도록 개정작업을 수행한 것이라고 할 수 있다.In Table 3.1, I, IE are the importance coefficients, R is the response correction factor, W is the effective building mass, and T is the natural vibration period of the structure. The EESK 97 research report only defined the upper concept of the seismic design, so it could not be implemented under the actual lower seismic criteria. Recently, KBC 2008 revision plan is underway in Korea. In this KBC 2008 (plan), we tried to reflect the internationalization tendency of earthquake load notation and the characteristics of domestic soil in the standard. In addition, IBC and other standards have been unreasonably high or incorrectly revised. From KBC 2005, the design load was 2/3 times the 2400 earthquake load, and the load factor was not multiplied. However, at the time of the enactment of KBC 2005, local factors were defined according to the seismic zones in the upper standard (the rules on the structure standards of buildings, etc.), so the area coefficient appropriate for the repetition period (see Table 0306.3.1) could not be used on the surface. Reflecting the international trend of seismic design, KBC 2008 tried to express that the standard earthquake load was set to the 2400 repetition period. Since the concept of the 2400 repetition cycle has already been reflected in KBC 2005, it was only necessary to change the expression in KBC 2008. In summary, the magnitude of the seismic design seismic load increased from 500 to 2400 in KBC 2008, so the load seems to increase externally, but the actual size was revised so as not to change with KBC 2005 It can be said that.
본 발명의 다이아그리드 시스템 구조 내진 평가 방법에 있어 계밑면전단력을 산정하는 방법은 KBC 2005 방법과 더불어 지진응답계수 Cs의 최소값을 아래 식과 같이 축소하였다.In the seismic evaluation method of the diagrid system structure according to the present invention, the method of calculating the shear force of the system under the KBC 2005 method is reduced as shown in the following equation.
보다 구체적으로, 본 발명의 다이아그리드 시스템에 대한 내진 성능 평가 방법에서 도출되는 다이아그리드 시스템에 대한 반응수정 계수는 다음과 같은 과정을 통하여 평가 산출될 수 있다. 먼저, 통상적인 반응수정계수의 경우 철골 가새골조 구조물에 대하여 수행한 실험결과를 이용하여 이러한 구조시스템에 대한 밑면전단력-지붕층 변위의 관계와 반응수정계수를 설정는데, 여기서 제시된 반응수정계수에 대한 식이 바로 보유강도(Reserve Strength), 연성(Ductility), 점성감쇠(Viscous Damping)로 각각 분할한 것으로 다음과 같이 평가하였다.
More specifically, the response correction coefficient for the diagrid system derived from the seismic performance evaluation method for the diagrid system of the present invention can be evaluated through the following process. First, the relationship between the base shear force and the roof layer displacement and the reaction correction factor for the structural system are set by using the experimental results of the steel braced frame structure for the normal response correction factor. The diaper was divided into Reserve Strength, Ductility and Viscous Damping, which were evaluated as follows.
: 강도계수(Strength Factor) : Strength Factor
: 연성계수(Ductility Factor) : Ductility Factor
: 감쇠계수(Damping Factor) : Damping Factor
위와 같은 제안된 산정식에서는 골조 시스템의 평면형상과 수직적인 강성분포에서 비롯되는 불균일성을 배제하고 있으나, 이에 반해서 일본의 설계규정(Building Standard Law ; BSL)은 2단계 설계과정에서 불균일성(Irregularity)을 평가하여 설계 지진력을 증가시켜줌으로써 실질적으로 감소된 반응수정계수를 사용하는 효과를 보여주고 있다. 불균일한 평면이나 강성을 갖는 골조 시스템을 설계할 때는 더 큰 값의 설계밑면전단력을 사용하도록 함으로써 불균일한 골조시스템의 사용을 억제하는 효과를 실제로 기대할 수 있고, 아울러 이러한 건물에서 나타나는 비선형 응답거동과 관련한 불확실성을 감소시킬 수 있을 것이다.However, the Japanese Building Standard Law (BSL) does not address irregularities in the two-stage design process. In addition, the proposed design formula eliminates the non-uniformity of the frame structure and the vertical stiffness distribution. And the design seismic force is increased, so that the effect of using the substantially reduced response correction coefficient is shown. In designing a framing system with uneven planes or stiffness, the use of a larger value of the design base shear force can be expected to have the effect of restraining the use of a non-uniform framing system. In addition, It may reduce uncertainty.
먼저, 강도계수(Rs)는 비선형 정적해석(Nonlinear Static Analysis 또는 Pushover Analysis)을 통한 결과를 통해 산정할 수 있다. 비선형 정적해석은 건물 또는 골조 시스템의 보유내력을 평가할 수 있는 해석 방법이다. 비선형 정적해석을 통해 건물의 밑면전단력-지붕층 변위의 관계를 작성하여 건물의 밑면전단력(Vo)을 산정한다. 건물의 초과강도(Overstrength)는 설계밑면전단력(Vd)과 건물의 최대 밑면전단력(Vo)사이의 차로서 구해진다.First, the intensity factor (Rs) can be estimated from the results of a nonlinear static analysis or pushover analysis. Nonlinear static analysis is an analytical method that can evaluate the holding strength of a building or frame system. The shear force (Vo) of the building is calculated by using the nonlinear static analysis to establish the relationship between the floor shear force and roof layer displacement of the building. The overstrength of the building is obtained as the difference between the design base shear force (Vd) and the maximum floor shear force (Vo) of the building.
연성계수(Ductility Factor ;Rμ)는 구조물의 비탄성 거동을 고려한 연성비()에 대한 계수로 내진설계의 개념과 가장 잘 부합되는 요소로서, 구조물은 비탄성 변형을 통해 에너지를 흡수할 수 있기 때문에 구조물이 탄성영역에서 지탱할 수 있는 횡하중보다 더 큰 하중도 지지할 수 있는데 이러한 영향을 반영하는 계수가 연성계수이며 식으로써 표현하면 아래와 같다.The Ductility Factor (Rμ) is a factor for the ductility ratio () taking into account the inelastic behavior of the structure and is the most consistent factor with the concept of seismic design. Since the structure can absorb energy through inelastic deformation, A load that is larger than the lateral load that can be sustained in the elastic region can be supported. The coefficient reflecting this effect is the ductility coefficient.
여기서 Cy는 구조물의 전체중량(W)에 대한 구조물의 비탄성 한계 밑면전단력 비를 의미하며 Ceu는 구조물의 전체 중량에 대한 구조물의 탄성 한계 밑면전단력의 비를 의미한다.
Where Cy is the inelastic limit bottom shear force ratio of the structure to the total weight of the structure (W) and Ceu is the ratio of the bottom limit shear force of the structure to the total weight of the structure.
본 발명의 다이아 그리드 구조 시스템의 내진계수 평가 방법은, 위에서 설명한 내진성능계수들과 붕괴여유비를 산정하고 평가하기 위한 주요 절차를 간략하게 정리하면 도 9에 도시된 바와 같다. 평가대상이 되는 구조 시스템에 대한 구조적인 특징을 파악하고 부재의 거동 특성, 재료 속성에 따른 영향 등의 관련된 정보를 종합한다. 그 정보를 바탕으로 구조 시스템의 특성을 적절히 설명할 수 있는 최적화된 해석 모델을 설계한다. 그리고 비선형 해석을 위한 지진기록데이터들을 정규화하고 MCE 지반거동과 해석모델의 주기를 이용하여 연결한다. 건물의 붕괴 평가는 비선형정적해석(Pushover Analysis)과 비선형동적해석(Response History Analysis)을 이용하여 수행된다. 비선형 정적해석은 비선형 모델의 거동을 증명하는데 사용되며 이를 통해 강도 계수(Ω)와 연성능력(μc)을 산정한다. 비선형 동적해석은 중간붕괴(Median Collapse)능력과 붕괴여유비(CMR)를 선정하기 위해 사용된다.The method for evaluating the seismic coefficient of the diagrid structure system of the present invention is as shown in FIG. 9, briefly summarizing the main procedures for estimating and evaluating the seismic performance coefficients and the collapse margin ratio described above. The structural characteristics of the structural system to be evaluated are grasped, and related information such as the behavior characteristics of the members and the influence of the material properties are synthesized. Based on the information, we design an optimized analytical model that can adequately explain the characteristics of the structural system. Then, the seismic record data for nonlinear analysis are normalized and the MCE ground behavior is connected to the analysis model cycle. Building collapse evaluation is performed using nonlinear static analysis (Pushover Analysis) and nonlinear dynamic analysis (Response History Analysis). The nonlinear static analysis is used to demonstrate the behavior of the nonlinear model and the strength factor (Ω) and ductility capacity (μc) are estimated. Nonlinear dynamic analysis is used to select median collapse capability and collapse margin ratio (CMR).
이렇게 산정된 값을 평가하기 위해 해석 과정에서의 여러 요소들에 따른 불확실성을 고려하여 보정을 한다. 보정된 값은 허용기준 값과 비교하여 평가하게 된다. 붕괴여유비의 허용 허용기준 값은 취성붕괴(Collapse Fragility)상에서 불확실하게 주어진 MCE 지반거동에 대해 인정할 수 있는 수준의 낮은 확률 구간에서 정의하고 있다. 더욱 확실한 설계 요구조건일수록 더 광범위한 실험 데이터 그리고 좀 더 세부적인 비선형 해석모델을 가진 구조 시스템일수록 더 낮은 붕괴 불확실성이 가지고, 더 작은 붕괴여유비에서 같은 수준의 인명의 안전성에 도달 할 수 있다. 평가된 결과에 따라 위 과정을 반복하면서 구조 시스템에 적합한 내진형상계수들을 선정한다. 평가된 내진성능계수는 구조 시스템의 해석모델의 특성별로 정리되어 객관적인 평가를 통해 구조시스템에 적용하게 된다.
In order to evaluate these estimated values, the uncertainties due to various factors in the analysis process are taken into consideration and corrected. The calibrated value is compared with the allowable reference value. The allowable limit value of the collapse margin is defined in the low probability interval which is acceptable for the MCE soil behavior given uncertainly on collapse fragility. The more robust design requirements, the wider the experimental data and the more structured systems with more detailed nonlinear analysis models, the lower collapse uncertainties can reach the same level of safety in the smaller collapse margin. The above procedure is repeated according to the evaluated results, and the seismic shape coefficients suitable for the structural system are selected. The estimated seismic performance coefficient is summarized by the characteristics of the analytical model of the structural system and applied to the structural system through objective evaluation.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (4)
상기 다이아그리드 모듈에 대한 유한요소 모델링 단계와;
다이아그리드 모듈에 대한 구조성능 평가실험 결과와 유한요소 모델링 해석 결과와의 비교평가 단계와;
상기 유한요소 모델링을 활용한 가새부재 각도 및 노드형태에 따른 변수해석 단계와;
상기 유한요소 모델링에서 검출된 변수를 통한 비선형 동적해석 단계와;
상기 비선형 동적해석을 통한 다이아그리드 시스템의 내진계수를 검출하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이아그리드 구조시스템의 내진계수 평가 방법.An experimental step for evaluating the structural performance of the diagrid module used in the diagrid structure system;
A finite element modeling step for the diagrid module;
A step of comparing the structural performance evaluation test result with the finite element modeling analysis result for the diagrid module;
A variable analysis step according to a brace member angle and a node type using the finite element modeling;
A nonlinear dynamic analysis step through the variables detected in the finite element modeling;
And detecting the seismic coefficient of the diagrid system through the nonlinear dynamic analysis.
청구항 1에 있어서, 상기 구조시스템에서 사용하는 다이아그리드 모듈의 구조성능 평가를 위한 실험 단계는 삼각형 형태를 이루는 기본 모듈 6개가 육각형을 이루고, 중심에 한 개의 다이아그리드 노드가 위치하고, 상기 다이아그리드 노드에 6방향에서 압축력과 인장력이 작용 가능한 배치 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 다이아그리드 구조 시스템의 내진 계수 평가 방법.The method according to claim 1,
[6] The method of claim 1, wherein, in the experimental step for evaluating the structural performance of the diagrid module used in the structural system, six triangular basic modules are hexagonal, one diagrid node is located at the center, Wherein the diaphragm structure system has an arrangement structure capable of applying compressive force and tensile force in six directions.
상기 유한요소 모델링 단계는 상기 실험 단계에서 실행되는 기본 모듈 6개로 구성된 육각형 형태의 중심에 다이아그리드 노드가 위치하는 구조의 모델링을 이용하고, 상기 가새부재 각도 및 노드형태에 따른 변수 해석단계는 시공상의 필요에 의하여 변경될 수 있는 가새부재의 각도와 이에 따른 다이아그리드 노드형상의 변경을 해석에 반영하는 것을 특징으로 하는 다이아그리드 구조 시스템의 내진 계수 평가 방법.The method according to claim 1,
Wherein the finite element modeling step uses modeling of a structure in which a diagrid node is located at a center of a hexagonal shape composed of six basic modules executed in the experiment step, Wherein the angle of the brace member and the change of the diagrid node shape that can be changed as needed are reflected in the analysis.
상기 유한요소 모딜렝 단계에서 검출된 변수라 함은 비선형 동적해석에서 절점과 부재간의 구속조건 구현에 필요한 데이터임을 특징으로 하는 다이아그리드 구조 시스템의 내진 계수 평가 방법.The method according to claim 1,
Wherein the variables detected in the finite element modeling step are data necessary for implementing a constraint condition between a node and a member in a nonlinear dynamic analysis.
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KR101657425B1 (en) | 2015-12-11 | 2016-09-20 | 연세대학교 산학협력단 | Stress distribution estimation system for structure using of terrestrial laser scanning, thereof method and health monitoring system using it |
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