Analytical Study on Structural Behaviors of Post-Tensioned Column-Base Connections for Steel Modular Structures

Kyung-Suk Choi, Dong-Hyeon Shin, Hyung-Joon Kim
2020 Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea  
1. 서 론 공장에서 미리 제작된 개별 단위 모듈을 현장으로 운반, 적 층 및 체결을 하는 모듈러 건축물은 공장생산으로 인해 효율적 인 품질 관리가 가능하며, 공사기간을 단축시키고, 해체 및 재 사용이 가능한 장점을 가진다. 하지만 기존 철근콘크리트 및 철골 구조물에 비하여 상대적으로 경량이고, 분절된 상·하부 단위 모듈의 기둥을 단순히 볼트 접합하기 때문에 기둥의 일체 성을 기대하기 어려운 구조적 특성을 가진다. 이와 같은 구조 적 특성은 모듈러 건축물의 높이가 높아짐에 따라 바람 및 지 진과 같은 횡력 저항성능에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 모듈러 건축물의 공법과 구조적 특성을 고려하여 횡력 저항성 능을 확보하기 위한 시도 및 연구가 최근 다양하게 이루어지고 있다. 국외에서 시공된 고층 모듈러 건축물의 경우, 대부분의 횡 력을 저항하는 주 구조요소인 철근콘크리트 전단벽 혹은 철골 가새 골조에 단위 모듈을 접합하는 복합 구조시스템이 주로 사 용되었다(Gorgolewski et
more » ... al., 2001; Lawson et al., 2012). 하지 만 복합 구조 시스템은 주 횡력저항시스템이 우선적으로 시공 되어야 하기때문에 모듈러 건축물 공법의 장점 중 하나인 공기 단축의 효율이 다소 떨어진다. Annan 등(2008; 2009)은 추가적인 횡력저항시스템 없이 모 듈러 건축물의 횡력저항성능을 확보하기 위해 단위 모듈을 X 형 가새 부재로 보강하고, 상․하 모듈을 부분 용접 접합하는 모 Abstract Modular structures are relatively lightweight compared to reinforced-concrete or steel structures. However, it is difficult to achieve structural integrity between the columns of unit modules in a modular structure, which causes undesirable effects on the lateral force resistance capacity against wind and earthquake loads. This is more prominent in modular structures whose overall heights are greater. Hence, a post-tensioned modular structural system is proposed herein to improve the lateral force resistance capacity of a typical modular structure. A post-tensioned column-base connection, which is the main component of the proposed modular structural system, is configured with shapes and characteristics that allow inducing self-centering behaviors. Finite element analysis was then performed to investigate the hysteretic behaviors of the post-tensioned column-base connection. The analysis results show that the hysteretic behaviors are significantly affected by the initial tension forces and beam-column connection details at the base.
doi:10.7734/coseik.2020.33.6.427 fatcat:6ymreqsyxjc3hf7fhdgjrwj4pu