고온 하에서 철근콘크리트 골조 구조체의 구조 성능에 관한 연구

Abstract

According to the technological development of high-rise and large structures, there is much interest in the safety of buildings and the performance of structures against disasters such as fire, earthquake and typhoon. Especially in recent years, large fire accidents are occurring in many times, it is important to understand thermal and structural behaviors of the normal strength concrete structures under fire. Many experimental and analytical studies have been carried out on various structural elements such as slab, beam, wall, and column. However, frame researches have not been investigated because there are many experimental and economical limitations in constructing and testing frames under fire. In addition, thermal and structural behaviors at joints are also difficult to understand in the unit members. Therefore, it is important to understand thermal and structural behaviors of the reinforced concrete frame by conducting fire tests. In the experiments, RC frame is fabricated with concrete strength of 26MPa. After curing, specimens are heated on one surface with ISO-834 standard time-temperature curve for 2 hours and temperature distributions during the fire test are measured using thermocouples inside the RC frame. To verify the experiments and to know the structural behaviors of fire damaged concrete frame, finite element(FE) models are generated for coupled temperature-displacement analyses and structural analyses. These results are applied to the designed structures, and estimated the thermal and structural behavior of buildings according to various influence factors. The results of this study can be used as a basic data for understanding the thermal and structural behavior of various building structures in the future.;기술 발전에 따른 구조물의 고층화, 대형화에 따라 화재, 지진, 태풍 등 재난에 대한 건축물의 안전도 및 구조물의 성능에 많은 관심이 생기고 있다. 특히 최근 들어 대형 화재 사고가 많이 발생함에 따라, 국내에서 주로 쓰이는 일반강도 철근콘크리트 구조물의 열적 및 구조적 거동을 파악하는 것이 중요한 문제로 대두되었다. 화재에 의한 건축물의 피해 예방 및 거동 파악을 위해 건축물을 이루고 있는 슬래브, 보, 벽체, 기둥 등 주요 부재 단위에서의 실험 및 해석적 연구가 다양하게 수행되어 왔으나, 구조체를 제작하여 실험하는 것에는 많은 실험적, 경제적 한계가 있어 각 부재를 조합한 구조체로서의 연구는 거의 수행되어지지 않고 있는 실정이다. 또한 접합부에서의 열적 및 구조적 거동 역시 부재 단위의 연구에서는 파악하기 힘들고 부재의 열적 및 구조적 거동과 접합부의 열적 및 구조적 거동의 관계를 같이 파악할 수 있는 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 슬래브, 벽체, 보, 기둥의 각 부재가 조합된 1층 규모의 일반강도 철근콘크리트 골조 구조체를 제작하여 화재실험을 수행하고, 열전대를 부착하여 실험체의 부재별, 접합부 위치별 온도분포를 확인하였다. 그 결과를 바탕으로 하여 기존에 수행되어진 단일 부재의 온도분포 결과와 비교 분석 연구를 수행하였고, 유한요소 해석프로그램인 ABAQUS 6.10-3을 사용하여 해석연구를 수행하였다. 이를 통하여 화재 중 거동과 화재 후 거동을 검증하고 예측하였다. 부재 단위에서 머무르지 않고 구조체 단위에서의 실험 연구를 통하여 구조체 단위에서의 결과를 파악하였고, 이를 실제 설계된 구조물에 적용하여 실제 구조체의 크기에서 다양한 영향인자에 따른 건축물의 열적 및 구조적 거동을 예측하였고, 이러한 연구결과를 통해 향후 다양한 건축 구조물의 열적 및 구조적 거동을 파악하는 데 기초자료로 활용할 수 있다.