Performance Based Design / Evaluation 개요

• 성능기반 내진설계란?

  성능기반 내진설계의 목적

  • KDS 41 17 00 15.1

    • 비선형 해석법을 사용하여 구조물의 초과 강도와 비탄성변형능력을

      보다 정밀하게 구조 모델링에 고려하여

      구조물이 주어진 목표 성능수준을 정확하게 달성하도록 설계하는 기법

      

  • 전통적인 구조설계는 재료의 항복강도로 탄성설계.

  • 왜 성능기반설계가 등장??

    • 아파트들의 고층화 + 내진설계범주 D

      → 철근콘크리트 특수전단벽 적용 필요.

      → 시공 난이도 ↑ + 물량 ↑ → 공사비 ↑↑↑ (품질 확보도 어려움)

      → 피하고 싶다.

    • 기술적으로 안정성이 검증된 대안적 구조시스템과 내진상세에 대해 정밀한 비선형 구조해석을 수행한 후,

      목표성능수준을 만족시키는 것이 검증된다면, 대안적 설계의 적용을 허용.

      (구조물의 내진성능을 정확하게 평가하여 신뢰성을 확보하는 것이 중요)

  • 전통적인 내진설계와 성능기반설계의 비교

  	전통적인 내진설계	성능기반설계
  설계 목표	최소 기준의 지진력에 대해 구조물이 붕괴하지 않도록 설계	구조물의 성능을 설정하고, 다양한 지진 수준에서 요구 성능을 충족
  지진강도	일정 수준의 설계 지진에 대한 저항을 고려	다양한 지진 강도 (소규모~대규모)에서 성능 평가
  설계방법	코드 기반 설계 (건축 기준 코드에 따른 경험적 방법)	비선형 해석 및 정밀한 분석 기법 사용 (실제 성능 기반)
  해석 도구	주로 선형 해석 방법 사용	비선형 해석, 시뮬레이션 등을 통해 실제 구조 성능 예측
  기대성능	주어진 기준의 지진 하중에서 붕괴 방지	다양한 지진 조건에서 구조물의 성능을 미리 정의하고 달성
  재료강도	항복강도	기대강도
  설계유연성	설계 기준에 따라 제한적인 설계 자유도	성능 요구사항에 따라 다양한 설계가 가능

• 성능기반 내진설계의 흐름 <AIK-G-001-2021>

Performance Based Design

성능기반 설계는 왜 하는가?

1. 기존 Response Spectrum에 의한 해석은 건물 시스템에 따라 반응수정계수(R)로 지진하중을 감소시켜 탄성영역에서 설계를 진행

   1. R값은 건물 시스템에 따라 “이정도 지진하중을 줄여서 탄성설계를 해도 건물의 항복 이후 거동까지 고려하면 괜찮네?”라는 값
   2. 당연히 건물 시스템이 내진상세를 강화할수록 R값도 커짐

      1. 특수전단벽 R > 보통전단벽 R

         

2. 다만 이 R값은 1978년 ATC 3-06에 의해 제안된 값으로 과거 관측된 구조물의 성능 수준 및 전문가들의 경험으로 제안된 값

3. 기술력이 발전됨에 따라 복잡하고 고층건물이 많아지면서 이 값이 맞아?에 대해 명확히 대답할 수 있는 사람은 없음

4. 여러 Case의(층 별) 구조해석을 통해 계산된 R값과 기준에서 제시한 R값에는 많은 차이가 있음

   1. 이중골조-보통전단벽 시스템(R:5.5)

      

      송호산, 정우진; 골조시스템에 따른 반응수정계수 연구, 2012.

5. 그래서 성능설계를 하는 것이고, 미국 LA는 강제규정이 있음

누가 하고싶어 하나?

1. 현재 MIDAS GEN의 SPD는 국내 AIK기준에 맞게 기획&개발됨
2. AIK기준은 미국 ASCE41 을 기반으로 만들어진 기준으로, 상대적으로 수월하게 ASCE기준 탑재가 가능할 것으로 예상됨
3. 추가로 미국 서부 Englekirk라는 성능기반설계를 미국 서부에서 가장 많이 하는(자체적으로….?) 업체의 인터뷰를 요약하면 아래와 같음
   1. 현재 Perform-3D를 활용하여 성능기반설계를 하고 있으나 불필요한 작업이 너무 많고 UI,UX가 좋지 않아 대안을 찾고싶다.
   2. ETABS로도 해보았으나 자체 값 검증을 했을 때, 신뢰할 수 없어 사용하지 않고 있음
   3. MIDAS GEN이 된다면 우리한테 기회를 주면 값 검증까지 해보겠다.

GEN - SPD (AIK-G-001-2021) : 현재

1. 기존 SPE(Seismic Performance Evaluation)의 구성과 거의 동일함