The primary focus of this dissertation is the comprehensive investigation of vehicle load effects on parking structural members. For this purpose, a simplified, but effective, algorithm to obtain critical design moments for parking garage members is developed. Maintaining the uniformly distributed load concept generally adopted in the design of building structures, this dissertation introduces the equivalent vehicle load factors which can simulate the vehicle load effects without taking additional sophisticated numerical analyses. The live loading of parking structures can be quite cumbersome, requiring many different load case applications of wheel loads to determine the maximum design moments. Accordingly, the application of concentrated wheel loads, while maintaining wheel distance, has been frequently ignored in spite of its importance. The live loading of parking structures is not only computationally demanding but also requires much effort on the part of the structural designer, since each structural components must be designed to sustain live loading. Any methods or guidelines that clarify the effect of vehicle loads on parking structural members are certainly advantageous to the structural designers.
After choosing a standard design vehicle of 2.4 tons through the investigation of small to medium passenger vehicles made in Korea, finite element analyses for concentrated wheel loads were conducted by referring to the influence lines for frame elements and influence surfaces for slab members. Based on the obtained member forces, the equivalent vehicle load factors for parking garage members which represent the ratios of member forces under vehicle loads to those under uniformly distributed loads is determined. In addition, the relationships between the equivalent vehicle load factors and sectional dimensions were established by regression and used to obtain the design moments by vehicle loads. The member forces calculated by the proposed method are compared with the results of other approaches with the objective to establish the relative efficiencies of the proposed method.
오늘날 대도시를 중심으로 주차 공간과 관련된 시설물의 건설이 급증하고 있으나알려진 바와 같이 주차장 관련 시설물은 구조체의 균열을 포함한 많은 구조적인 결함을 내포하고 있어, 이를 보수, 보강하는데 적지않은 경제적인 손실이 발생하고 있는 실정이다. 이러한 주차장 관련 구조물의 하자요인은 크게 시공측면에서 콘크리트 타설중 상부 주철근의 침하, 과적작업차량의 빈번한 통행, 동바리와 거푸집의 조기제거 등의 요인과 더불어 설계측면에서 실제 작용하는 활하중은 이동하중효과와 집중하중효과를 갖는 차량하중임에도, 이를 합리적으로 반영하지 않고, 일반 건축물 구조물과 동일한 규준에 따라 규정된 등분포하중에 대해서 설계하기 때문으로 구분할 수 있다. 본 논문에서는 주차장 구조물의 구조부재에서 이러한 차량하중의 영향을 현 설계기준의 분포하중이 작용하는 경우와 비교, 검토하여 이를 바탕으로 주차장 구조물에 작용하는 차량하중에 대한 합리적인 설계 활하중 부재력을 산정할 수 있는 방법을 제시하였다. 이를 위해, 본 논문에서는 주차장 구조부재의 차량하중영향에 대한 연구를 다음과 같이 크게 세가지 분야로 구성하여 수행하였다.
첫째, 현재 교량구조물에 적용하기 위한 차량하중모델은 교량규준을 중심으로 설정되어있으나, 이를 트럭과 같이 중량차량이 주로 작용하는 교량구조물에 비해, 상대적으로 중소형 차량이 작용하는 주차장 구조물에 직접 적용하는 것은 무리이다. 따라서, 주차장 구조물에서 차량하중의 영향을 연구하기 위해서는 먼저, 주차장 구조물에 작용하는 중, 소형차량에 대한 차량하중모델을 설정할 필요가 있다. 이를 위해서, 본 논문에서는 국내에서 생산되는 중, 소형 차량의 조사와 외국의 주차장 관련 설계기준을 토대로 총중량 2.4톤의 설계기준차량을 설정하였다. 설정된 설계기준차량은 전장이 5m, 전폭이 2.5m이며, 국내 차량을 기준으로 윤거, 축거 등, 구조해석에 중요한 변수들이 결정되었다.
둘째, 설정된 설계차량하중을 국내에서 주차장 구조물의 시공시 적용되는 보-거더 구조계와 플랫 슬래브 구조계에 작용시켜, 보, 거더, 슬래브 등 주차장 구조물을 이루는 주요 구조부재에서 차량하중의 영향을 검토하였다. 특히, 플랫 슬래브 구조계에서는 차량하중적용을 위해 영향면을 각 설계주요지점에 대해 작성하였으며, 이를 바탕으로 설계기준차량하중을 적용시켜, 최대부재력을 산정하였다.
셋째, 회귀분석을 사용하여 등분포하중에 대한 부재력과 집중하중에 대한 부재력 사이의 관계를 체계화함으로써, 실무에서 차량하중을 고려한 복잡한 해석을 별도로 수행하지 않고 분포하중에 대한 해석을 통하여 차량하중에 대한 활하중 설계부재력을 얻을 수 있도록 하기 위해, 등가차량하중계수를 각 구조부재별로 제안하였다. 플랫 슬래브 구조계의 경우, 슬래브의 단변 길이, 변장비, 지판의 크기, 지판 두께, 슬래브 두께 등 다섯가지 주요 구조변수의 변화에 따라 구조계의 거동이 달라지므로, 이를 효과적으로 반영하기 위해, 최근 활발히 구조공학분야에 적용되고 있는 신경망 기법을 이용하여, 등가차량하중계수를 제안하였다.
차량하중에 대한 연구결과, 차량하중의 영향은 일반적으로 구조부재의 길이가 작을수록 크게 나타나며, 특히, 지점부의 부모멘트 부재력보다 중앙부의 정모멘트 부재력에서 그 영향이 큼을 알 수 있었다. 또한, 각 구조부재별로, 설계 부재력의 위치별로, 차량하중의 영향이 다르게 나타남을 알 수 있으며, 보-거더 구조계 슬래브의 경우에는 장변방향 중앙부 정모멘트가, 플랫 슬래브 구조계에서는 주열대 중앙점의 정모멘트 부재력이 취약함을 알 수 있었다. 나아가, 비록 작용하는 전체 하중의 크기는 차량하중의 경우가 분포하중보다 작을지라도, 더 큰 부재력을 유발시킴으로 설계시 이를 고려한 차량하중의 영향을 고려한 설계가 반드시 이루어져야 함을 확인하였다.
