내진성능평가 보강방안

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내진성능평가보고서에서 분석이 필요한 항목을 서술하시오. 보강방법 중 강도 및 강성증가, 연성증가, 하중저감 방법에 대해 서술하시오.

정답:

분석이 필요한 항목

1. 기존시설의 보유성능의 재평가 및 분석
   • 보유성능이 적설할 시 사업종료
   • 보강량의 수준파악
2. 목표성능 미달부재의 강도비와 평면입면상 분포분석
   • 보강량 파악 및 면적, 국부적인지 파악
3. 가능한 보강계획 및 방법고려
   • 보유성능이 낮은 경우 : 전단벽 설치 등 집중보강(시스템보강) 고려
   • 제한적인 보강만 필요할 경우 : 개별보강 고려
4. 경제성, 공사기간의 비교
5. 중력하중에 대한 보강
   • 해당부재에 보강을 해야하므로 보강위치 조정 어려움
   • 중력과 지진 모두 효율적인 보강방법을 선택하는 것이 바람직
   • 내력이 부족하여도 현장조사를 통하여 해당 사용조건을 유지하는 전제로 사용가능

내진성능평가 보강방안 종류

학교시설 내진성능평가 및 보강메뉴얼 10.2 ~11

1. 철근콘크리트 채움벽 신설
2. 전단벽 증설 및 신설
3. 기둥날개벽 설치
4. 모멘트골조 설치 후 일체거동
5. 철골 끼움골조 삽입하여 보강
6. 철골 가새골조 설치
7. 철골 끼움가새 설치
8. 부축벽 신설
9. 강관 채움벽 신설
10. 기둥과 내력벽 신설
11. 충전벽 증설
12. 프리캐스트 콘크리트 벽체 추가

강도 및 강성보강

1. 강도가 부족한 경우 각 부재를 보강하거나 구조시스템을 신설한다. 강도의 증가는 강성의 증가를 수반하므로 지진하중을 증가시킬수 있으므로 검토가 필요하다.
2. 부재신설방법(시스템보강 또는 집중보강)
   1. 내진벽 보강, 가새골조 보강, 모멘트 저항골조 보강, 버트레스 보강
   2. 전단벽, 채움벽 가새골조의 설치 : 구조물의 강도를 증가시키고 내력이 부족한 부재들의 요구하중을 감소시킨다.
   3. 성능점이 형성되지 않았을 경우 성능점을 형성시키기 용이하다.
   4. 신설부재는 하중의 전달경로와 분포를 변화시키고, 구조물 전체의 하중증가를 유발하므로 기존부재와 기초의 안전성을 검토해야 한다.
   5. 일반적으로 기초보강이나 신설이 필수적이므로 시공성을 고려
   6. 부재설치를 위해 개구부를 없애거나 외관을 변경하여야 하므로 건축주 및 건축사와 긴밀한 협의가 요구
3. 기존부재 보강방법(개별보강)
   1. 기둥보강(날개벽, 기둥단면 증가 등), 보보강(강판보강, FRP보강 등)
   2. 신설공법에 비해 건물외관과 사용성에 미치는 영향이 작은 반면, 개소수가 많아지면 시공성이 저하되어 경제성이 떨어진다.
   3. 중력하중에 대한 보강이 요구되는 경우에 효율적
4. 기타고려 사항
   1. 주기 감소 → 응답지진력 증가
   2. 연성능력 그대로 강도, 강성 증가 → 내진성능향상
   3. 하중의 전달경로와 분포를 변화, 구조물 하중 증가 → 기존부재의 안전성 검토
   4. 전단벽, 가새, 부착벽 설치시 기초보강 요구, 인장력이 발생하지 않는 보강채택
   5. 끼움골조로 보강시 해석과 강도평가 시의 힘의 흐름의 적정성을 면밀히 검토한다.

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연성보강

1. 구속보강(기둥보강, 보보강), 부분강성감소 보강, 탄소섬유보강, 강판보강
2. 연성(변형능력)을 향상시킴으로써 요구하중의 크기를 감소시킬 수 있다.
3. 보강에 따른 일부 강도 증가가 기대된다.
4. 구조물의 연성을 증가시키기 위해서는 해당되는 모든 구조부재의 연성보강이 필요하다 따라서 비내진구조의 보강방법으로 적절하지 않으며 내진구조에서 국부적으로 연성능력이 부족한 경우에 사용
5. 보강재료에 따라 강도증가와 연성증가를 동시에 고려할 수 있는 방법이 있으나 보강부재에 연성증가 효과가 국한되므로 전체시스템의 연성능력 향상에는 한계가 있다.
6. 보강개소의 증가에 따라 공기증가 및 건축마감 등 복구비용이 증가한다.

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내진요구저감방안

• 감쇠장치, 면진장치, 자중감소

1. 면진장치 적용 시 구조적 특징
   • 면진층 변위집중
   • 건축물 장주기화
   • 면진층의 면진장치에 의한 연성능력 크게 증가
   • 면진층 감쇠에 따른 요구스펙트럼 축소
   • 시공시 가설계획과 면진층 거동에 따른 건축상세 및 설비에 대한 설계비용 증대
2. 감쇠장치 보강 - 감쇠장치에 의한 소성변형 구현
   • 주로 브레이스, 강판벽 등과 조합 설치
   • 감쇠장치의 감쇠증가로 요구스펙트럼 축소 - 성능점 형성
   • 응답지진력의 크기는 크게 증가하지 않음.
   • 학교는 채움벽과 허리벽으로 변형능력이 작으므로 감쇠장치의 역할 기대가 어려움

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기존 철근콘크리트 부재의 보강

학교시설 내진성능평가 및 보강 메뉴얼 제12장

기둥 보강(12.2.1)

주철근와 폐쇄형 후프를 배치하고 콘크리트를 증타설한다. 기둥의 휨모멘트, 전단력 및 축방향 강도와 연성을 향상시킬 목적으로 사용 추가되는 수직철근은 단면의 코너에 배치하여 상하층과 기초까지 연속이 되도록 설계 시공한다. 이 때 폐쇄형 후프는 90도 135도 후크를 갖는 횡보강근 2개로 이뤄진 폐쇄형 후프 사용 가능

기둥 날개벽

기둥의 좌우에 일정한 크기의 날개벽을 설치하여 내진성능을 향상시킨다. 수직철근이 상하층에 연속되어 배치할 수 있도록 날개벽의 위치를 정해야한다. 관통하지 않는 경우 압축력만 받는 날개벽으로 설계. 한쪽의 날개벽만 유요한 것으로 고려. 전단에 대해서는 양쪽 날개벽 고려

기둥 철판보강

기둥 단면에 철판을 감은 후 기둥과 철판 사이에 모르타르 또는 에폭시로 충전하여 기둥의 전단강도와 연성의 향상 목적으로 사용

기둥 띠철판 감기

기존 기둥에 띠철판을 감아 연성 향상

기둥 탄소섬유보강

기둥 둘레에 탄소섬유를 붙여 기둥의 압축강도 및 연성 향상

보의 보강 12.2.2

보의 강판보강

보의 하단에 강판을 붙여 휨강도 향상, 측면에 붙여 전단강도 향상

보의 탄소섬유보강

보의 하부에 탄소섬유를 붙여 보의 휨강도를 향상, 측면에 붙여 전단강도 향상

벽체 보강 12.2.3

벽체의 콘크리트 단면증설

벽체의 단면적을 증대시켜, 휨 및 전단강도를 향상 추가 수직철근은 상하층에 연속되도록 시공 기둥과 연결되는 경우에는 수평철근을 기둥에 정착

벽체의 탄소섬유보강

벽의 한쪽 또는 양쪽에 탄소섬유를 붙여 면내 전단력을 향상 벽체 면에 수평방향으로 탄소섬유를 붙여 벽체 전단성능을 증가시킴으로써 주철근 항복 이후의 연성거동을 확보할 수 있도록 한다. 개구부 상부의 인방 또는 연결보의 경우 주로 부재길이 수직방향으로 탄소섬유를 붙여 보강한다.

다이아프램 슬래브 보강 12.2.4

슬래브 두께 증가

두께를 증가시켜 휨 및 전단강도를 증대시켜 다이아프램 작용을 확보할 수 있다. 슬래브 표면을 거칠게 처리하거나 다월 철근을 추가하여 기존 슬래브 및 수직재와 보강재 간 일체성 확보 필요

슬래브 접합부 보강

슬래브와 수직재 사이 접합부에 철물 삽입, 콘크리트 추가 타설로 접합부의 휨 및 전단성능, 연성능력 등을 향상

익스펜션 조인트의 슬래브 보강

익스펜션 조인트로 분리된 두 구조체의 일체형 거동이 필요한 경우, 양쪽 슬래브를 연결한다. 슬래브의 철근이 연속되도록 충분한 이음길이를 사용하여야 하며, 연결 부위에 콘크리트 또는 모르타르를 타설하여 연결한다.

시공시 주요 고려사항 12.2.5

1. 신구콘크리트의 접합을 위하여 기존 기둥이나 보의 피복콘크리트를 제거한 후, 적절한 강도의 콘크리트 또는 모르타르를 타설하여 일체성을 확보한다.
2. 기존 콘크리트 일부 제거 또는 파취 시에 존치하고자 하는 콘크리트에 손상이 발생하지 않도록 주의하여야 한다.
3. 기존 철근콘크리트 부재 단면에 철근, 강판, 섬유보강제, 콘크리트 등을 사용하여 단면증가를 위해 덧댐으로 보강하는 방법에서는 모재 표면을 거칠게 처리하거나 필요시 전단연결재를 적용하는 등 계면의 부착강도를 확보하여야 한다.

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