It is clear that current earthquake resistant design philosophy implicitly relies on the inelastic deformations to dissipate most of the input earthquake energy imparted into a building structure. Thus, most of building structures are expected to undergo inelastic deformations during a major earthquake. The amount and distribution of these inelastic deformations are substantially dependent on the relative strength of each structural member and dynamic characteristics of earthquake ground motions. In this thesis, seismic performance of ductile moment resisting frame structures designed based on the strong column-weak girder (SC-WG) criteria was investigated from the point of view of limiting ductility demands within desired levels. In addition, the effect of gravity load on seismic response of multistory framed structures, and its implications for earthquake resistant design were evaluated. Six earthquake ground motions were used as input ground motions which can be categorized into three groups according to their peak ground acceleration to peak ground velocity ratios.
Even though overall ductility demand is reduced considerably due to the imposition of the SC-WG criteria, maximum of ductility demands are generally not affected by this criteria, which indicates that the localized concentration of ductility demands could not be controlled by the imposition of the SC-WG criteria. This is pronounced in the case of more ductile structures, more damaging earthquake ground motions. The localized maximum is generally induced in the lower floors in a structure, which implies that response modification factor specified in current design code practice is too large. The peak ground acceleration to peak ground velocity ratio can be a simple and efficient tool to distinguish damage potential of earthquake ground motions and it can be easily implemented in code practice.
In the earlier stage of strong earthquakes, gravity load results in different bending moments at both ends of beams, so that both ends of the beams experience differential inelastic deformations as the severity of the earthquakes getting stronger. After the beams undergo significant inelastic deformations, gravity load moments in the beams are redistributed, so that the gravity load moments at both ends of beams are reduced significantly. Reduction of gravity load moments at beam ends changes the distribution of bending moment demands over the height of multistory structures. As a consequnce, after the significant amount of gravity load moment are reduced, beams in upper floors become to behave within elastic limits, while beams in lower floors of building structure continue to experience inelastic deformations. This cause excessive inelastic deformations in lower floors of multistory structures for strong earthquakes. Implications of the effect of gravity load for earthquake resistant design could be described that it may be proper to reduce the contributions of gravity load and to increase seismic load in determination of design moment. It appears that it is desirable to include the effect of gravity load moment in earthquake resistant design so as to reduce the structural damages in lower floors of multistory structures.
강한 지진이 발생하였을때 골조구조물에 발생하는 비탄성 변형의 양과 분포는 각 부재간의 상대적인 강도와 지진이 가지는 동적특성에 따라 크게 좌우된다. 본 논문에서는 첫째, 강-기둥 약-보(strong column-weak girder) 설계기준에 따라 설계된 모멘트 저항 철골구조물의 지진응답의 특성과, 둘째, 고층 구조물의 지진응답에 미치는 중력하중(gravity load)의 영향과 그것이 내진설계에서 가지는 중요성을 알아보았다.
강-기둥 약-보의 기준에 따라 구조물을 설계하면 전체적인 연성요구도는 크게 감소하지만, 설계시에 예상하던 것보다 국부적으로 크게 발생하는 연성요구도는 감소하지 않는다. 이러한 현상은 연성도가 큰 구조물인 경우에 더욱 뚜렷하게 나타났으며, 구조물에 구조적인 손상을 발생시킬 수 있는 가능성이 큰 지진의 경우에도 역시 뚜렷하게 나타났다. 그리고 이러한 경우에 구조물의 일부분에서 크게 발생하는 연성요구도의 최대값은 주로 고층 구조물의 하부층에서 발생하였다. 이 결과들로부터 현재 내진설계기준에서 제시하고 있는 반응수정계수가 과대평가되어 있다는 사실 즉, 설계지진하중의 영향이 적게 평가되고 있다는 것을 알 수 있었다. 그리고 최대 지반가속도와 최대 지반속도의 비는 지진이 구조물에 구조적인 손상을 발생시킬 수 있는 가능성을 구별할 수 있는 좋은 지표가 되며, 그 간편성을 이용하면 최대 지반가속도만을 근거로하여 설계지진을 나타내는 현재의 방법이 개선될 수 있을 것이다.
강한 지진이 발생하면 구조물에 작용하고 있던 중력하중 모멘트때문에 보의 양단에는 서로 다른 휨모멘트가 작용되며, 지진이 강해짐에 따라 보의 양단에는 서로 다른 비탄성 변형이 발생한다. 이러한 현상때문에 보가 일련의 소성변형을 겪은 후에 구조물에 작용되던 중력하중 모멘트가 재분배되어 보의 양단에서는 그 영향이 크게 감소한다. 고층 구조물의 경우에 이 현상때문에 지진발생시 유발되는 휨모멘트 요구도가 그 만큼 줄어들게 되어 고층 구조물의 상부층의 보들은 탄성 거동을 하는 반면 건물의 하부층의 보들은 비탄성 거동을 계속하여, 고층 구조물의 하부층에는 비탄성 변형이 집중될 것이다. 그 결과 강한 지진이 발생하면 구조물에 발생하는 비탄성 변형의 분포는 구조물의 연성도, 설계개념, 그리고 지진의 주파수 특성과 강진기간, 강도등에 따라 약간의 차이가 나지만, 주로 고층 구조물의 상부층보다 하부층에서 크게 발생한다. 이와같이 고층건물의 하부층에 비탄성 변형이 집중되는 현상을 피하기 위해서는, 고층건물의 내진설계과정에서 설계모멘트를 결정할 때에 현재의 방법에 의한 것보다 중력하중의 영향은 감소시키고 지진하중의 영향은 증가시키는 것이 바람직할 것이다.
