Journal of Korean Society of Steel Construction (한국강구조학회 논문집)

Korean Society of Steel Construction (한국강구조학회)
권호 표지

Inelastic Time History Analysis of an Unbraced 5-Story Steel Framed Structure for Arrangement of Semi-Rigid Connection

반강접 접합부 배치에 따른 비가새 5층 철골골조구조물의 비탄성 시간이력해석

  • 강석봉 (울산대학교 건축학부) ;
  • 김신애 (울산대학교 대학원 건축학과)
  • Received : 2010.03.15
  • Accepted : 2010.08.10
  • Published : 2010.08.27
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this study, an unbraced five-story steel-framed structure was designed in accordance with KBC2005 to understand the features of structural behavior for the arrangement of semi-rigid connections. An inelastic time history analysis of structural models was performed, wherein all the connections were idealized as fully rigid and semi-rigid. Additionally, horizontal and vertical arrangements of semi-rigid connections were used for the models. A fiber model was utilized for the moment-curvature relationship of a steel beam and a column, a three-parameter power model for the moment-rotation angle of the semi-rigid connection, and a three-parameter model for the hysteretic behavior of a steel beam, column, and connection. The base-shear force, top displacement, story drift, required ductility for the connection, maximum bending moment of the column, beam, and connection, and distribution of the plastic hinge were investigated using four earthquake excitations with peak ground acceleration for a mean return period of 2,400 years and for the maximum base-shear force in the pushover analysis of a 5% story drift. The maximum base-shear force and story drift decreased with the outer vertical distribution of the semi-rigid connection, and the required ductility for the connection decreased with the higher horizontal distribution of the semi-rigid connection. The location of the maximum story drift differed in the pushover analysis and the time history analysis, and the magnitude was overestimated in the pushover analysis. The outer vertical distribution of the semi-rigid connection was recommended for the base-shear force, story drift, and required ductility for the connection.

본 연구에서는 반강접 접합부 배치에 따른 구조물 거동특성을 파악하기 위하여 KBC2005 건축구조설계기준으로 비가새 5층 철골 구조물을 설계하여 모든 접합부를 완전 강접합부와 반강접 접합부로 이상화한 경우 그리고 반강접 접합부를 수직배치 및 수평배치한 경우에 대하여 비탄성 시간이력 구조해석을 실시하였다. 철골 보 및 기둥의 모멘트-곡률 관계는 화이버모델을 이용하여 확인하였으며 반강접 접합부의 모멘트-회전각 관계는 3-매개변수 파워모델 그리고 철골 보, 기둥 및 접합부의 이력거동은 3-매개변수 모델을 이용하여 나타내었다. 4개 지진파에 대한 재현주기 2400년 위험수준에 해당하는 최대지반가속도와 5% 층간변위에 대한 푸쉬오버 구조해석의 최대밑면전단력 발생 최대지반가속도에 대하여 시간이력 구조해석을 실시하여 밑면전단력, 지붕층 변위, 층간변위, 접합부 요구연성도, 기둥, 보 및 접합부의 최대휨모멘트 그리고 소성힌지 분포 등을 확인하였다. 반강접 접합부를 수직적으로 외부에 배치할수록 최대밑면전단력과 층간변위는 감소하며, 수평적으로 상부층에 배치할수록 접합부 요구연성도가 감소하였다. 푸쉬오버 구조해석과 시간이력 구조해석에서 최대층간변위 발생 위치가 다르고 크기는 푸쉬오버 구조해석에서 과대평가되었다. 밑면전단력, 층간변위 및 접합부 요구연성도를 위한 가장 바람직한 반강접 접합부 배치는 수직적으로 외부에 배치하는 것이다.

Keywords

References

  1. 강석봉, 김진형 (2000) 단조하중을 받는 철골구조물의 접합부 연성도에 관한 연구, 한국강구조학회 논문집, 한구강구조학회, 제12권, 제4호, pp.375-385.
  2. 강석봉, 이경석 (2004) 철골구조물 보-기둥 접합부의 이력거동을 위한 3-매개변수 모델, 2004년도 학술발표회 논문집, 한국강구조학회, 제15권, 제1호, pp.216-223.
  3. 강석봉, 이경택 (2007) 합성반강접 접합부를 갖는 2차원 8층 비가새 철골골조의 동적거동, 한국강구조학회 논문집, 한구강구조학회, 제19권, 제5호, pp.503-513.
  4. 배병갑(2009) 반강접 접합부를 가진 2차원 철골골조구조물의 고차모드 영향을 고려한 구조적 거동에 관한 연구, 석사학위논문, 울산대학교 일반대학원.
  5. 최은규, 김요숙, 신영수(2001) 고층건물에서 반강접 회전강성의 구역화 제안식에 관한 연구, 대한건축학회 학술발표논문집, 대한건축학회, 제21권, 제2호, pp.9-16.
  6. 윤성기, 김효신, 김주원(2004) 반강접 접합부의 회정강성을 고려한 철골 구조물의 동적해석. 대한건축학회 논문집, 대한건축학회, 제20권, 제8호, pp.75-82.
  7. 이지수(2000) 전단벽을 가진 고층건물의 반강접 접합부 위치와 강성에 관한 연구. 석사학위논문, 이화여자대학교 과학기술대학원.
  8. 건설교통부(1996) 내진설계기준연구 I
  9. 건설교통부(1996) 내진설계기준연구 II
  10. 대한건축학회(2005) 건축구조설계기준 KBC2005.
  11. 한국지진공학회(2007) 내진설계를 위한 구조동력학.
  12. BSI (1992) Design of steel structures, part 1.1 general rules and rules for buildings. Eurocode 3. British Standards Institution.
  13. BSSC (1997) Prestandard and commentary for The seismic rehabilitation of building. FEMA 273, BSSC.
  14. Chen, W.F. (2000) Practical analysis for semi-rigid frame design. College of Engineering. University of Hawaii.
  15. Freeman, S., Sasaki, K., and Paret, T. (1998) Multi-mode Pushover Procedure(MMP) a method to identify the effects of higher modes in a pushover analysis. Proceedings of the 6th National Conference on Earthquake Engineering, Seattle, Washington.
  16. Kishi, N., and Chen, W.F. (1986a) Steel connection data bank program. Struct. Engrg. Report No. CE-STR-86-18. School of Civ. Engrg., Purdue University. West Lafayette. Ind.
  17. Kishi, N. and Chen, W.F. (1986b) Data base of steel beam-to-column connections. Struct. Engrg. Report No. CE-STR-86-26, School of Civ. Engrg., Purdue University, West Lafayette, Ind.
  18. Kishi, N., Chen, W.F., Goto, Y. and Hasan. R. (1996) Behavior of tall buildings with mixed use of rigid and semi-rigid connections. Computers & Structures. Vol. 61, No. 6, pp.1193-1206. https://doi.org/10.1016/0045-7949(96)00052-1
  19. Richard, R.M. (1961) A study of structural systems having conservative non-linearity. thesis presented to Purdue University at West Lafayette, Ind., in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy.
  20. Uang, C.M. (1991) Establishing R and Cd factors for building seismic provisions. Journal of Structural Engineering, Vol. 117, No. 1, pp.19-28. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1991)117:1(19)