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문제 정의
- 본 논문에서는 41층 초고층 내력벽식 구조물(Fig. 1)을 예제로 하여 몬테카를로 기법을 이용한 확률론적 축소량을 구하고 축소량의 분포도를 조사하여 신뢰수준별 기둥축소량을 분석하고, 현장계측치와 신뢰수준별 축소량을 비교하여 확률론적 기둥죽소량 예즉의 적용성을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 있다. 이 건물 B1 층의 내부전단 벽과 코어벽체의 수직변형량 현장 실측은 2003년 3월 3일부터 시작하여 1주의 계측 주기를 기준으로하여 수행되었으며"), 본 연구에서는 2005년 1월 5일까지 673일에 대한 계측치를 적용하였다.
- 본 논문에서 사용하게 되는 확률매개변수로는 콘크리트의 재료물성치중 변동성이 큰 콘크리트 강도, 크리프계수, 건조수축계수에 대한 요소를 선정하였다.
- 본 연구에서는 41층 초고층 내력벽식 콘크리트 건물의 기둥축소량을 확률론적 해석에 기반을 둔 몬테카를로 시뮬레이션 기법에 의해 예측하였고, 실현장 계측치와치와 확률론적 해석치를 비교 분석하였다. 각신뢰 구간별구간별 기둥축소량과 현장계측치를 비교 분석한 결과는 다음과 같다.
- 콘크리트 강도에 대한 규정은 ACI Committee 214妙에서규정하고 있는 콘크리트의 변동계수에 대한 값을 10% 이하의 우수한 값을 채택하는 것으로 하여 변동계수를 0.1 로적용하였다.
대상 데이터
- Fig. 2는 해석대상 부재를 나타내며 세대전단벽 W101, M〃02A인 두 부재와 내부 코어 W401, W409 두개 부재를 대상으로 한다. 이 부재에 대하여 확률변수가 사용된 프로그램 2)을 이용하여 탄성, 크리프, 건조수축 축소량을 계산하였으며, 기존의 결정론적 방법의 축소량 결과와 비교 .
- 사용된 재료의 특성은 Table 2에 나타나 있으며, 24층 이상의 경우에 적용된 재료의 물성치는 설계 시 사용된 강도 및 PCA에서 제안하는 재료의 물성치를 사용하였으며, 23층 이하로는 재료의 실험에 의해서 나타난 값을 해석 시반 영하였다. 그리고 해석 시 적용된 상대습도는 66%이며, 시공공정은 지하1층에서 4층까지는 30일, 5층부터 옥상층까지는 7일의 공정으로 적용되었다.
- Table 1은 적용된 확률변수의 변동계수를 나타낸다. 해석에 적용된 C 초고층 건물의 조감도는 Fig. 1에 나타나 있으며, 이 건물은 지상 41층, 지하 1층의 초고층 내력벽식 콘크리트 건물이다 m 지하 1층의 층고는 4.75 m이다.
데이터처리
- 2는 해석대상 부재를 나타내며 세대전단벽 W101, M〃02A인 두 부재와 내부 코어 W401, W409 두개 부재를 대상으로 한다. 이 부재에 대하여 확률변수가 사용된 프로그램 2)을 이용하여 탄성, 크리프, 건조수축 축소량을 계산하였으며, 기존의 결정론적 방법의 축소량 결과와 비교 . 분석하였다.
이론/모형
- 각 계수들은 다음과 같이 계산된다건조수축 식은식은 ACI Committee 209모델을 적용하였다.
- 있다. 본 연구에서는 PCA(Portland Cement Association) 에서 제안하는 기둥축소량 알고리즘을 채택하였다.
성능/효과
- 1) 실제 시공된 초고층 콘크리트 건물에 대한 기둥축소량을 몬테카를로 기법을 이용하여 확률론적으로 예측할 수 있으며, 기둥축소량 예상값을 시간 경과에 따른 신뢰 구간별로 비교하여 나타낼 수 있다.
- 2) 현장 계측치와 결정론적 해석치를 비교분석한 결과 전체적으로 오차가 나고 있으며, 오차의 비율은 24 % 〜 51 % 정도로 나타나고 있다. 이러한 현상은 저층부 보정 시 과대 또는 과소의 부정확한 보정이 이루어질 수 있으며, 과소평가될 경우에는 안전성 측면에서 부가응력을 유발하여 구조물에 영향을 주는 것을 예상할 수 있다
- 3) 신뢰 구간별 축소량 값과 현장 계측치를 비교한 결과 본 연구에 적용한 건물의 경우 90% 신뢰수준 이내에서 발생하고 있다. 즉 신뢰구간 〃土 1.
- 4) 내력벽 식 구조에서 발생되는 축소량은 강성골조구조에서 발생하는 축소량과는 달리 계측치가 해석치보다 작게 나오고 있다. 내력벽식 구조의 경우 강성골조 시스템의 수직재인 기둥보다 벽체의 단면이 크며, 또한 인접 벽체 간의 스팬 간격이 작기 때문에 인접 벽체와의 강성의 영향이 기둥보다 벽식에서 크게 작용하므로 단위 벽체의 분담 하중이 해석시 적용한 값과 차이가 나는 것으로 사료된다.
- 결정론적 해석치와 현장 계측치를 분석한 결과, 내부전단 벽에 해당하는 W101과 W202A의 차이가 비슷하게 나타났으며, 코어벽체에 해당하는 W409과 W4015] 차이도 비슷한 축소량을 보이는 것으로 나타났다. 그래프에서 나타나듯이 결정론적인 값보다 현장 계측치가 작게 나타나는데 이는 현장의 시공 시점이 실제 기준으로 잡은 계획공정보다 늦어짐으로써 결정론적 축소량의 값보다 작게 발생된것으로 평가된다.
- 해석 결과에 의하면 특히 건조수축이 초기에 많이 발생하고 있다. 계측이 실시된 내부전단벽과 코어 벽체의 경우 초기 급격한 증가를 보이다가 120일 이후에 축소량이 완만하게 진행되고 있음을 알 수 있다.
- 초고층 내력벽식 구조물 예제에서 현장계측된 변형값은 해석에 의한 결과값보다 전체적으로 작으며, 확률론적으로 신뢰수준 90% 이내의 값을 나타내었다.
후속연구
- 본 연구에서는 변형 발생이 가장 큰 지하 1개 층에 대한 계측 결과와 비교하였으며 향후 상부층의 계측 자료와 비교하여 상부층과 하부층의 결과를 고찰하여야 한다.
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