등가 지진하중정의

STAAD에서 Seismic Parameter에 관하여 설명하고자 합니다.

등가정적하중을 수행하기 위해서 Definitions > Seismic Definitions을 선택 후 Add... 버튼을 누릅니다.

그러면 하기와 같은 윈도창이 나타납니다.

먼저, 해석에 사용될 설계규정을 먼저 선택합니다. (IBC 2012선택)

(1) Zip Code, Latitude, Longitude는 미국의 Ss (단주기 스펙트럼 가속도) 및 S1(1초의 스펙트럼 가속도)를 위도와 경도에 따라 자동으로 불러 올 수 있게 하는 옵션입니다.

(2) 국내에서 수행되는 대부분의 프로젝트는 이에 해당되지 않을 것이므로, Zip Code, Latitude, Longitude에 각 각 0을 입력합니다. 그러면 사용자가 직접 Ss와 S1을 입력할 수 있습니다.

(3) TL을 몇초 동안의 지진하중을 만들 것인지를 정의 하는 것입니다. (TL = 12 second 이면 12초의 스펙트럼 가속도가 정의 되는 것입니다.)

(4) I(중요도계수), RX(Global X방향의 응답수정계수), RZ(Z방향 응답수정계수)

(5) Site Class 는 지반종류에 따라 단주기 지반증폭계수(Fa)와 1초주기 지반증폭계수(Fv)를 결정하기 위한 것으로서, 설계 스펙트럼 가속도(SDS, SD1)을 계산하는 데 이용됩니다. STAAD 에서 Fa 및 Fv가 0으로 정의되어 있더라도 Site Class에서 정의된 지반의 종류에 따라 자동 고려됩니다.

 

(6) CT 및 x

 등가정적 지진하중에서는 제일 먼저 밑면전단력(Base Shear)를 하기 식을 이용하여 계산하게 될 것입니다.

  V = Cs(지진응답계수)  W(건물 유효중량)

  여기서 Cs는 구조물 고유주기에 의해 결정됩니다.

  구조물 근사 고유주기를 계산하기 위해 ASCE 7-10에서는 하기 식을 사용하며, CT 및 x값은 Table 12.8-2에 의해서 결정됩니다.

  

 

그러나, STAAD에서 CT 및 x값을 비워놓고 지진하중을 정의하게 되면, STAAD는 Steel 탄성계수를 기준으로 콘크리트인지 강재인지를 판별하고 구조물 형식에 관련없이 모멘트 저항 프레임로 인지하게 됩니다.

(예, Material을 강재로 지정하고 장변방향으로 Hinged Frame, 단면 방향으로 Moment Frame으로 정의 하였지만, 지진하중 정의 에서 CT 및 x값을 정의 하지 않았으므로, Ct = 0.0028, x =0.8을 이용하여 구조물 고유주기를 산정하게됩니다.)

(7) PX, PZ

등가정적 지진하중정의에서 구조물 고유주기를 산정하기 위하여 STAAD에서는 기본적으로 (6)에서 언급한 Ta와 Rayleigh에의해 계산된 구조물 고유주기를 비교하여 가장 불리한 고유주기를 사용하게 됩니다.

 만약 하기 그림과 같이 동일한 기하학적인 특성을 가지고 있으나, 배관 지지대가 주요 구조물로서 역활을 수행하지 못하는 것으로 가정하여 보겠습니다.

ASCE(구조물 높이) 및 Rayleigh(지진하중에 의한 최대변위)방법에 의해 Case 1과 Case2의 구조물 고유주기는 같지 않게 될 것입니다.

이 때, 구조엔지니어가 미리알고 있는 구조물 고유주기를 이 구조물 해석에 적용하고자 하는 경우에 사용되는 것이 PX 및 PZ입니다.

(8) Include Accidental Load

 격막(다이아 프레임 또는 바닥판)이 유연하지 않을 경우에는 설계시 수평비틀림 모멘트를 고려하여야 합니다.

 우발 비틀림 모멘트를 적용하고자 하는 경우 이 옵션을 선택합니다. (구조물 평면 치수의 5%에 해당되는 우발 편심에 층전단력을 곱함)