건물의 구조변경을 통한 내진 설계 방법에 대한 탐구 [이론적 배경, 탐구 및 실험, 건물모델 제작]
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건물의 구조변경을 통한
내진 설계 방법에 대한 탐구
Ⅰ. 서론
이번 연구에서는 기존의 내진설계에서 나타나는 다양한 기법 외에 건물의 구조 자체가 가지는 진동에 대한 저항성을 확인하고, 구조에 따른 고유진동수의 조절 가능성을 제시해 지역적 특성에 따른 내진설계방법을 제시하고자 한다. 또 건축물의 구조에 따라 달라지는 지진에 대한 응답을 조사함으로 그 경향성을 찾아 구조가 가지는 특성이 내진설계에 반영될 수 있음을 제시하고자 한다.
탐구의 목적을 정리하면 다음과 같다.
첫 째, 건물의 구조에 나타나는 고유진동수의 특성을 확인하여, 지역적 특성에 따른 내진설계의 필요성을 제시한다.
두 번째, 건물의 구조가 가지는 지진에 대한 특성을 조사하여 그 경향성을 분석함으로, 건물의 구조를 통한 내진설계의 가능성을 제시한다.
Ⅱ. 이론적 배경
1. 건물에 미치는 지진의 영향
지진에 의한 지반 운동은 특정지역에 대한 지반의 변형, 속도, 가속도로 설명된다. 이러한 요소들은 지반이 진동하는 시간의 함수로 나타난다. 지진의 지속시간이 길어질수록 건물은 더 많은 에너지를 흡수하게 된다. 지진은 수초에서 수분 동안 지반운동을 변화시키는데, 이 시간 동안 건물은 지반이 흔들리는 동안 파괴되지 않고 견뎌야 한다.
건물에서 지반에 고정된 부분은 지반 운동과 비슷한 응답 형태를 나타낸다. 하지만 건물의 하부가 움직일 때 상부는 관성에 의해서 뒤로 처지는 경향을 나타내게 된다. 건물의 상부가 받는 힘은 그 부분의 질량과 가속도에 영향을 받게 된다. 건물에서는 질량이 일정하게 유지되므로 가속도가 커질수록 건물에 더 큰 힘이 작용하게 된다. 건물이 한 방향으로 움직이고 있는 지반이 갑자기 정지하는 경우를 가정하면 건물이 연성을 가지고 초기의 충격이 건물을 붕괴시키지 않고 건물의 강도를 초과하지 않는 경우 건물은 수직 또는 상부 방향으로 튕겨져 돌아올 것이다. 그러나 건물의 상부는 돌아올 때 관성에 의해 수직 위치를 지나 반대방향으로 휘어지게 된다. 앞뒤로 휘어지는 이런 과정은 건물의 높이가 증가할수록 많은 흔들림이 발생되며 초기 충격이 소산되어 건물 전체에 분산될 때까지 계속된다. 다시 말해 지반의 운동에 따라 건물은 건물의 높이, 질량, 단면적, 그리고 다른 요인들에 의하여 다양한 진동 속도와 진동수를 갖는 진자운동을 하게 된다.
Ⅲ. 탐구 설계
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