표제지

국문요약

목차

제1장 서론 18

1.1. 연구의 배경 및 목적 18

1.2. 연구의 범위 및 방법 22

제2장 이론적 고찰 23

2.1. 모듈러 건축의 정의 23

2.1.1. 모듈러 건축의 분류 23

2.1.2. 모듈러 건축의 횡력저항시스템 26

2.1.3. 모듈러 건축의 접합부 28

2.2. 건축물의 내진설계 31

2.2.1. 건축물의 내진설계 개념 31

2.2.2. 건축물의 내진성능 평가방법 32

2.2.3. 모듈러 건축물의 내진설계 시 고려사항 33

2.3. 모듈러 건축물 내진성능실험 관련 선행연구 고찰 34

제3장 비선형 구조 해석을 통한 모듈러 건축물의 지진거동 분석 36

3.1. 모듈러 건축물의 구조 설계 36

3.1.1. 일반사항 36

3.1.2. 구조해석 모델링 39

3.1.3. 구조설계 결과 42

3.2. 비선형 해석을 통한 지진거동 분석 45

3.2.1. 비선형 해석 개요 45

3.2.2. 비선형해석 모델링 45

3.2.3. 비선형 해석 결과 47

3.2.4. 소결 48

제4장 모듈러 건축물의 내진성능실험 사례 분석 49

4.1. 모듈러 건축물의 내진성능평가 실험 개요 50

1) 모듈단위실험 (M) 50

2) 2D프레임단위실험 (F) 50

3) 접합부단위실험 (J) 51

4.2. 주요 실험 사례요약 53

4.3. 모듈 단위 실험 사례 57

4.3.1. Research on pretensioned modular frame test and simulations 57

4.3.2. 포스트텐션 접합 방식을 적용한 장방향 모듈러 유닛의 구조성능평가 59

4.3.3. Behavior of splice connection during transfer of vertical load in full-scale corner-supported modular building 61

4.3.4. Experimental research on the in-plane performance of discontinuous modular diaphragms 64

4.3.5. 자가 체결방식의 커넥터를 이용한 모듈러 유닛 간 접합시스템의 횡력저항성능 평가 67

4.4. 2D 프레임 단위 실험 사례 70

4.4.1. 스트랩 브레이스를 갖는 내력벽식 모듈러건축 스틸스터드 벽체의 반복하중에 대한 거동 연구 70

4.4.2. Cyclic tests on corrugated steel plate shear walls with openings in modularized-constructions 73

4.4.3. Lateral stiffness evaluation on corner supported thin walled modular steel structures 75

4.4.4. Full-scale corner-supported modular steel structures with vertical inter-module connections under cyclic loading 78

4.5. 접합부 단위 실험 사례 (외부접합부) 81

4.5.1. Experimental study of an innovative modular steel building connection 81

4.5.2. Seismic performance evaluation of the ceiling-bracket-type modular joint with various bracket parameters 84

4.5.3. Monotonic and cyclic response of bolted connections with welded cover plate for modular steel construction 87

4.5.4. Seismic behavior and moment transfer capacity of an innovative self-locking inter-module connection for modular steel building 90

4.5.5. 모듈단위 포스트텐션 접합부를 갖는 모듈러 건축물의 내진성능평가 93

4.5.6. Experimental evaluation on seismic performance of a novel plug-in modular steel structure connection system 95

4.5.7. Experimental study on bolted-cover plate corner connections for column-supported modular steel buildings 98

4.5.8. Experimental investigation on bolted inter-module connections and subassemblies of steel modular frames 101

4.5.9. Experimental study on seismic performance of modular steel construction beam-to-beam combined side column joint with blind bolted connection 104

4.6. 접합부 단위 실험 사례 (내부접합부) 108

4.6.1. Experimental study on interior connections in modular steel buildings 108

4.6.2. Seismic behavior of an innovative bolted connection with dual-slot hole for modular steel buildings 111

4.6.3. Structural Performance of a New Blind-Bolted Frame Modular Beam-Column Connection under Lateral Loading 114

4.6.4. Seismic performance of cruciform bolted joints with various reinforcing details in modular steel construction 117

4.6.5. Seismic behavior of an innovative bolted connection with dual-slot hole for modular steel buildings 120

4.6.6. Experimental study on seismic cyclic behavior of an innovative blind bolted connection joint between modules in modular steel frame 123

4.6.7. Experimental and analytical investigations on compression behaviors of rotary-connected away column-supported steel modular interior frames 126

4.7. 소결 128

제5장 모듈러 건축물의 내진성능실험 사례 분석 및 해석적 평가 129

5.1. 최대 저항 횡하중 정의 129

5.2. 실험 유형별 비선형 해석을 통한 모듈 당 최대 저항 횡하중 비교 131

5.2.1. 모듈 단위 실험 131

5.2.2. 2D 프레임 단위 실험 132

5.2.3. 접합부 단위 실험 132

5.2.4. 결과 비교 134

5.3. 실험 사례 결과 분석 135

1) 10번, 19번 실험체 138

2) 12번, 20번 실험체 139

3) 16번, 23번 실험체 140

5.4. 소결 142

제6장 모듈러 건축 내진성능평가를 위한 실험 방법 제안 144

6.1. 일반사항 144

6.2. 모듈 단위 실험 146

6.2.1. 적용 대상 146

6.2.2. 실험체 세팅 146

6.3. 2D 프레임 단위 실험 148

6.3.1. 적용 대상 148

6.3.2. 실험체 세팅 148

6.4. 접합부 단위 실험 150

6.4.1. 적용 대상 150

6.4.2. 실험체 세팅 150

6.5. 하중 프로토콜 152

1) ATC-24 (미국) 152

2) JGJ 101-96 (중국) 152

3) ANSI/AISC 341-16 & KDS 41 31 00 153

제7장 결론 155

참고문헌 157

Abstract 162

〈표 1-1〉 연구 방법 및 구성 22

〈표 3-1〉 건축물 개요 36

〈표 3-2〉 부재 규격 및 강종 37

〈표 3-3〉 구조해석 적용기준 38

〈표 3-4〉 구조해석 프로그램 및 사용재료의 설계기준강도 38

〈표 3-5〉 고정하중표 39

〈표 3-6〉 활하중표 39

〈표 3-7〉 설하중표 39

〈표 3-8〉 풍하중표 39

〈표 3-9〉 지진하중표 40

〈표 3-10〉 풍하중 검토 42

〈표 3-11〉 모드 별 주기 및 질량참여율 42

〈표 3-12〉 지진하중 검토 42

〈표 3-13〉 기둥 부재 (1~4F) 설계 결과 43

〈표 3-14〉 기둥 부재 (5~8F) 설계 결과 43

〈표 3-15〉 기둥 부재 (9~12F) 설계 결과 43

〈표 3-16〉 바닥보 부재 설계 결과 44

〈표 3-17〉 천장보 부재 설계 결과 44

〈표 3-18〉 부재별 힌지 속성 46

〈표 4-1〉 모듈당 최대 저항 횡하중 산정 기준 49

〈표 4-2〉 주요 실험 사례 요약표 53

〈표 4-3〉 실험 개요 (1번 실험, Chen 외[14]) 57

〈표 4-4〉 실험 개요 (2번 실험, 이두용 외[15]) 59

〈표 4-5〉 실험 개요 (3번 실험, Lyu 외[16]) 61

〈표 4-6〉 실험 개요 (4번 실험, Zhong 외[17]) 64

〈표 4-7〉 실험체 유형 (Zhong 외[17]) 65

〈표 4-8〉 실험 결과표 (Zhong 외[17]) 66

〈표 4-9〉 실험 개요 (5번 실험, 이재섭 외[18]) 67

〈표 4-10〉 실험 결과표 (이재섭 외[18]) 69

〈표 4-11〉 실험 개요 (6번 실험, 이두용 외[19]) 70

〈표 4-12〉 실험 결과표 (이두용 외[19]) 72

〈표 4-13〉 실험 개요 (7번 실험, Ding 외[20]) 73

〈표 4-14〉 실험체 종류 73

〈표 4-15〉 실험 결과표 (Ding 외[20]) 74

〈표 4-16〉 실험 개요 (8번 실험, Liu 외[21]) 75

〈표 4-17〉 실험 개요 (9번 실험, Liu 외[22]) 78

〈표 4-18〉 실험 개요 (10번 실험, Chen 외[23]) 81

〈표 4-19〉 실험체 종류 82

〈표 4-20〉 실험 결과표 (Chen 외[23]) 83

〈표 4-21〉 실험 개요 (11번 실험, Lee 외[24]) 84

〈표 4-22〉 실험체 종류 (Lee 외[24]) 86

〈표 4-23〉 실험 결과표 (Lee 외[24]) 86

〈표 4-24〉 실험 개요 (12번 실험, Deng 외[25]) 87

〈표 4-25〉 실험체 종류 88

〈표 4-26〉 실험 결과표 (Deng 외[25]) 89

〈표 4-27〉 실험 개요 (13번 실험, Chen 외[26]) 90

〈표 4-28〉 실험체 종류 (Chen 외[26]) 91

〈표 4-29〉 실험 결과표 (Chen 외[26]) 92

〈표 4-30〉 실험 개요 (14번 실험, 정담이[27]) 93

〈표 4-31〉 실험체 종류 (정담이[27]) 94

〈표 4-32〉 실험 결과표 (정담이[27]) 95

〈표 4-33〉 실험 개요 (15번 실험, Zhang 외[28]) 95

〈표 4-34〉 실험체 종류 (Zhang 외[28]) 96

〈표 4-35〉 실험 개요 (16번 실험, Zhai 외[29]) 98

〈표 4-36〉 실험체 종류 (Zhai 외[29]) 99

〈표 4-37〉 실험 결과표 (Zhai 외[29]) 100

〈표 4-38〉 실험 개요 (17번 실험, Han 외[30]) 101

〈표 4-39〉 실험체 종류 (Han 외[30]) 102

〈표 4-40〉 실험 개요 (18번 실험, Yang 외[31]) 104

〈표 4-41〉 실험체 종류 (Yang 외[31]) 105

〈표 4-42〉 실험 결과표 (Yang 외[31]) 106

〈표 4-43〉 실험 개요 (19번 실험, Chen 외[32]) 108

〈표 4-44〉 실험체 종류 109

〈표 4-45〉 실험 결과표 (Chen 외[32]) 110

〈표 4-46〉 실험 개요 (20번 실험, Deng 외[33]) 111

〈표 4-47〉 실험체 종류 112

〈표 4-48〉 실험 결과표 (Deng 외[33]) 113

〈표 4-49〉 실험 개요 (21번 실험, Cho 외[34]) 114

〈표 4-50〉 실험 결과표 (Cho 외[34]) 116

〈표 4-51〉 실험 개요 (22번 실험, Yang 외[35]) 117

〈표 4-52〉 실험체 종류 (Yang 외[35]) 118

〈표 4-53〉 실험 결과표 (Yang 외[35]) 119

〈표 4-54〉 실험 개요 (23번 실험, Zhai 외[36]) 120

〈표 4-55〉 실험체 종류 (Zhai 외[36]) 121

〈표 4-56〉 실험 결과표 (Zhai 외[36]) 122

〈표 4-57〉 실험 개요 (24번 실험, Liu 외[37]) 123

〈표 4-58〉 실험체 종류 (Liu 외[37]) 124

〈표 4-59〉 실험 결과표 (Liu 외[37]) 125

〈표 4-60〉 실험 개요 (25번 실험, Khan 외[38]) 126

〈표 5-1〉 모듈당 최대 저항 횡하중 산정 기준 130

〈표 5-2〉 실험 유형별 결과 134

〈표 5-3〉 4번, 8번 실험체 결과 비교 137

〈표 5-4〉 10번, 19번 실험체 결과 비교 137

〈표 5-5〉 12번, 20번 실험체 결과 비교 137

〈표 5-6〉 16번, 23번 실험체 결과 비교 (도입 축력값이 다름) 137

〈표 6-1〉 실험 전체 요약표 145

〈표 6-2〉 실험체 유형별 특징 151

[그림 1-1] 건설 패러다임의 변화 18

[그림 1-2] 모듈러 건축 사례 19

[그림 1-3] 국내 모듈러 시장 규모 변화 19

[그림 1-4] 내진성능실험 방법 선정 예시 21

[그림 2-1] 구성 방식에 따른 분류 24

[그림 2-2] 구조 방식에 따른 분류 24

[그림 2-3] 모듈 내 횡력저항요소 26

[그림 2-4] 별도의 횡력저항시스템 27

[그림 2-5] 부재 간 접합 방식 28

[그림 2-6] 접합부 위치에 따른 모듈 간 접합부 분류 29

[그림 2-7] 접합 방법에 따른 분류 30

[그림 2-8] 재료적 특성 33

[그림 3-1] 모듈 타입 37

[그림 3-2] 기준층 평면 38

[그림 3-3] 구조해석 모델링 41

[그림 3-4] FEMA에 따른 소성힌지 특성 46

[그림 3-5] 캔틸레버 기둥의 P-△ 효과 47

[그림 3-6] 하중-층간변위각 그래프 48

[그림 4-1] 모듈단위 실험 및 프레임단위 실험 개념도 51

[그림 4-2] 접합부 단위 실험 개념도 52

[그림 4-3] 실험 컨셉 및 접합부 디테일 (Chen 외[14]) 58

[그림 4-4] 실험체 세팅 (Chen 외[14]) 58

[그림 4-5] 주요 실험 결과 (Chen 외[14]) 59

[그림 4-6] 실험체 컨셉 및 도면 (이두용 외[15]) 60

[그림 4-7] 실험 결과 (이두용 외[15]) 61

[그림 4-8] 접합부 형상 (Lyu 외[16]) 62

[그림 4-9] 실험체 세팅 (Lyu 외[16]) 62

[그림 4-10] 주요 실험 결과 (Lyu 외[16]) 63

[그림 4-11] 모듈 간 접합부 구성 (Zhong 외[17]) 65

[그림 4-12] 실험체 세팅 (Zhong 외[17]) 66

[그림 4-13] 실험체별 하중-변위 곡선 (Zhong 외[17]) 66

[그림 4-14] 자가체결형 커넥터 개념 (이재섭 외[18]) 67

[그림 4-15] 실험 개념 및 세팅 (이재섭 외[18]) 68

[그림 4-16] 실험체별 하중-변위 그래프 (이재섭 외[18]) 69

[그림 4-17] 실험체 종류 (이두용 외[19]) 71

[그림 4-18] 실험체 세팅 (이두용 외[19]) 71

[그림 4-19] 실험체별 하중-변위 곡선 (이두용 외[19]) 72

[그림 4-20] 실험 컨셉 및 사진 (Ding 외[20]) 74

[그림 4-21] 주요 실험 결과 (Ding 외[20]) 74

[그림 4-22] 모듈 간 접합 프로세스 (Liu 외[21]) 76

[그림 4-23] 단일층 프레임 형상 (Liu 외[21]) 76

[그림 4-24] 실험 컨셉 및 세팅 (Liu 외[21]) 77

[그림 4-25] 실험체별 하중-변위 곡선 (Liu 외[21]) 78

[그림 4-26] 접합부 구성 (Liu 외[22]) 79

[그림 4-27] 실험체 세팅 (Liu 외[22]) 80

[그림 4-28] 주요 실험 결과 (Liu 외[22]) 80

[그림 4-29] 실험 컨셉 및 접합부 디테일 (Chen 외[23]) 82

[그림 4-30] 실험체 세팅 (Chen 외[23]) 83

[그림 4-31] 실험체별 하중-변위 곡선 (Chen 외[23]) 84

[그림 4-32] 접합부 컨셉 (Lee 외[24]) 85

[그림 4-33] 실험체 세팅 (Lee 외[24]) 86

[그림 4-34] 실험체별 모멘트-회전각 그래프 (Lee 외[24]) 87

[그림 4-35] 공장과 현장에서의 접합부 작업 (Deng 외[25]) 88

[그림 4-36] 접합부 보강 방법 (Deng 외[25]) 89

[그림 4-37] 실험체 세팅 (Deng 외[25]) 89

[그림 4-38] 실험체별 모멘트-층간변위각 그래프 (Deng 외[25]) 90

[그림 4-39] 접합부 구성 (Chen 외[26]) 91

[그림 4-40] 실험 컨셉 및 사진 (Chen 외[26]) 92

[그림 4-41] 주요 실험 결과 (Chen 외[26]) 92

[그림 4-42] 실험 컨셉 및 접합부 구성 (정담이[27]) 93

[그림 4-43] 실험체 세팅 (정담이[27]) 94

[그림 4-44] 실험체별 하중-변위 곡선 (정담이[27]) 95

[그림 4-45] 접합부 구성 (Zhang 외[28]) 96

[그림 4-46] 실험체 세팅 (Zhang 외[28]) 97

[그림 4-47] 주요 실험 결과 (Zhang 외[28]) 97

[그림 4-48] 접합부 디테일 (Zhai 외[29]) 98

[그림 4-49] 실험체 보강 디테일 (Zhai 외[29]) 99

[그림 4-50] 실험체 세팅 (Zhai 외[29]) 100

[그림 4-51] 실험체별 모멘트-층간변위각 그래프 (Zhai 외[29]) 100

[그림 4-52] 접합부 타입별 구성 (Han 외[30]) 102

[그림 4-53] 실험체 세팅 (Han 외[30]) 103

[그림 4-54] 실험체별 하중-변위 그래프 (Han 외[30]) 103

[그림 4-55] 접합부 구성 (Yang 외[31]) 105

[그림 4-56] 실험체 디테일 (Yang 외[31]) 105

[그림 4-57] 실험 컨셉 (Yang 외[31]) 106

[그림 4-58] 주요 실험 결과 (Yang 외[31]) 107

[그림 4-59] 접합부 디테일 (Chen 외[32]) 109

[그림 4-60] 실험 컨셉 및 세팅 (Chen 외[32]) 110

[그림 4-61] 실험체별 하중-변위 곡선 (Chen 외[32]) 111

[그림 4-62] 공장과 현장에서의 접합부 작업 (Deng 외[33]) 112

[그림 4-63] 실험체별 보강 디테일 (Deng 외[33]) 113

[그림 4-64] 실험체 세팅 (Deng 외[33]) 113

[그림 4-65] 모듈 간 접합 형태 (Cho 외[34]) 115

[그림 4-66] 실험 컨셉 및 세팅 (Cho 외[34]) 115

[그림 4-67] 실험체별 하중-변위 곡선 (Cho 외[34]) 116

[그림 4-68] 접합부 위치에 따른 접합 디테일 (Yang 외[35]) 118

[그림 4-69] 실험체 세팅 (Yang 외[35]) 119

[그림 4-70] 실험체별 하중-변위각 그래프 (Yang 외[35]) 119

[그림 4-71] 접합부 디테일 (Zhai 외[36]) 121

[그림 4-72] 실험체 보강 방법 (Zhai 외[36]) 121

[그림 4-73] 실험체 세팅 (Zhai 외[36]) 122

[그림 4-74] 주요 실험 결과 (Zhai 외[36]) 122

[그림 4-75] 접합부 구성 (Liu 외[37]) 124

[그림 4-76] 실험 컨셉 및 사진 (Liu 외[37]) 125

[그림 4-77] 주요 실험 결과 (Liu 외[37]) 125

[그림 4-78] 실험체 세팅 (Khan 외[38]) 127

[그림 4-79] 실험체별 하중-변위 곡선 (Khan 외[38]) 127

[그림 5-1] 모듈 단위 실험 비선형 해석 131

[그림 5-2] 2D 프레임 단위 실험 비선형 해석 132

[그림 5-3] 외부접합부 단위 실험 비선형 해석 133

[그림 5-4] 내부접합부 단위 실험 비선형 해석 134

[그림 5-5] 실험 유형별 모듈당 최대 저항 횡하중 135

[그림 5-6] 접합부 단위 실험 모듈당 최대 저항 횡하중 136

[그림 5-7] 19번 실험체 세팅 방법 (Chen 외[32]) 138

[그림 5-8] 외부접합부 단위 실험 모델링 방법 138

[그림 5-9] 기둥 결합에 따른 비선형해석 결과 139

[그림 5-10] 20번 실험체 세팅 방법 (Deng 외[33]) 140

[그림 5-11] 축력에 따른 비선형해석 결과 141

[그림 6-1] 모듈 단위 실험체 조합 예시 146

[그림 6-2] 모듈 단위 실험 컨셉 및 사례 147

[그림 6-3] 2D프레임 단위 실험체 유형 148

[그림 6-4] 2D프레임 단위 실험 컨셉 및 사례 149

[그림 6-5] 접합부단위 실험체 유형 150

[그림 6-6] 보 단부 가정 사례 151

[그림 6-7] 기준별 제안 하중 프로토콜 154