모듈러 구조물의 해석 모델이 지진응답에 미치는 영향

Abstract

모듈러 구조물은 관행적으로 철골 모멘트 저항골조와 유사한 횡력저항성능을 가진다는 가정하에 내진 설계된다. 하지만 모듈러 구조물은 중첩된 구조 부재와 단위 모듈의 체결을 위한 복잡한 접합 상세를 가지기 때문에 철골 모멘트 골조와 다른 하중 전달 메커니즘을 가진다. 본 연구에서는 중첩된 구조 부재 효과와 접합부의 거동 특성을 고려하여 총 4개의 구조해석 모델을 수립하였으며, 수립된 해석 모델을 이용하여 3층과 5층 표본 건물에 대한 비선형 정적 해석을 수행하였다. 표본 건물은 중첩된 구조 부재와 접합부의 이력 거동에 대한 모델링 방법에 따라 강성 및 강도의 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 중첩된 구조 부재를 완전 합성, 모듈 간 접합부를 강접합으로 고려하여 설계된 모듈러 구조물은 횡 강성 및 강도가 과대 평가되는 것으로 나타났다. 뿐만 아니라 해석 결과를 통해 3층 이상의 모듈러 구조물은 철골 모멘트 저항골조와 비교하여 상대적으로 적은 초과 강도를 가지는 것을 확인할 수 있다. Seismic design of modular structures is usually carried out under the assumption that their load-carrying mechanism is similar to that of traditional steel moment-resisting frames(SMRFs). However, the load carry mechanism of modular structures would be different with that of traditional SMRFs because of their overlapped structural elements and complicated details of connections for the assembly of the unit-modules. In this study, nonlinear static analyses of 3 and 5-story prototype modular structures have been carried out with four different analytical models, which are established in consideration for the effects of overlapped elements and the hysteretic behavior of connections. Prototype structures present different lateral stiffness and strength depending on the modeling of overlapped elements and the rotational behavior of connections. For modular structures designed under assumption that overlapped structural elements are fully composite each other and connections between unit-modules are fixed, their lateral strength and stiffness can be over-estimated. Furthermore, it is known from the analysis results that modular structures with more than 3-stories would possess relatively low overstrength compared to traditional SMRFs.