[논문]고층건물의 멀티 기둥그룹에 대한 부등기둥축소량의 최적보정기법

김영민

고층건물의 멀티 기둥그룹에 대한 부등기둥축소량의 최적보정기법
Optimal Compensation of Differential Column Shortening in Tall Buildings for Multi Column Groups 원문보기 논문타임라인

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.21 no.2, 2008년, pp.189 - 197

김영민 (㈜ 마이다스아이티 기술연구소)

초록
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본 연구에서는 3개 이상의 기둥그룹에 대해서도 일반적으로 적용 가능한 기둥축소량의 최적보정기법을 제안하고, 이를 실제 시공된 건물에 적용하여 그 적용성을 평가하였다. 제안된 최적보정기법은 성능 및 시공상의 제약조건을 만족하면서 보정개소를 최소한으로 할 수 있는 층그룹 및 이때의 보정량을 산정하며, 상대보정뿐만 아니라 절대보정을 고려한 혼합보정도 가능하다. 최적보정에는 시뮬레이티드 어닐링(simulated annealing)이 주요 알고리즘으로 사용되었다. 제안된 기법을 실제 축소량 보정이 수행된 61층 건물에 적용한 결과, 보정량을 쉽게 산출할 수 있고 또한 실무방식보다 보정개소를 줄일 수 있어 적용성이 뛰어남을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study presents optimal compensation algorithm of differential column shortening for more than two column groups. The proposed algorithm produces the minimum story groups and their compensation thicknesses which satisfy constraint conditions on performance and construction and enables not only the relative compensation but also the mixed compensation considering absolute shortening. The simulated annealing algorithm is used as the main optimization technique. The applicability of the proposed algorithm was verified by applying it to the 61-storey building where compensation of differential column shortening had already been performed. Using, the proposed algorithm compensation was performed easily and the number of compensation was less than the field method.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 Park이 제시한 두 개의 기둥그룹에 대한 기둥축소량 최적보정 알고리즘(Park, 2003)을 바탕으로 이를 3개 이상의 기둥그룹에 적용가능하며 동시에 다양한 성능 및 시공상의 제약조건을 만족하도록 확장하였다. 이때, 미리 정의된 수평그룹인 기둥그룹에 대해 최적의 수직 층그룹과각 층그룹의 보정량을 설계변수로 설정하였다.
특정 층에서 보정할 필요가 있다. 본 논문에서는 유사한 축소 경향을 보이는 기둥들로 구성된 기둥그룹에 대해, 주어진 제약조건을 만족하면서 집중보정을 최소화 할 수 있는 최적의 층그룹 및 이때의 보정량 산정을 위한 최적 보정기법을 제안하였다.

가설 설정

표 2와 표 3은 각각 세 개의 기둥그룹에 대한 상대보정과 혼합보정의 예이다. 각 기둥그룹은 하나의 기둥으로 이루어져 있고 기둥그룹 A, B간과 기둥그룹 B, C간에는 각각 수평부재로 연결되어 있다고 가정하였다. 연결된 기둥간의 거리는 각각 1, 000mm이다.
이 때. 코아그룹 및 외주그룹은 각각 동일한 축소량을 가지는 것으로 가정하였다. 일반적으로 코 아는 이를 구성하는 벽체 또는 기둥들이 유사한 축소량을 가지는 것으로 가정해도 무리는 없으나, 외주그룹의 기둥들은 각 분담면적에 따라 축소량 차이가 크므로 축소량의 경향에 따라서로 다른 기둥그룹으로 고려할 필요가 있다« 이에 본 논문에서는 3개 이상의 기둥그룹에 대해서도 일반적으로 적용 가능한 기둥축소량의 최적보정기법을 제안하고, 이를 실제 시공된 건물에 적용하여 그 적용성을 평가하였다.

제안 방법

1) 지금까지 기둥축소량의 최적보정에 대한 연구는 2개의 기둥 그룹에 대해서만 수행되었지만, 본 연구에서는 3개 이상의 기둥그룹에 대해서도 일반적으로 적용 가능한 기둥축소량의 최적보정기법을 제안하였다. 최적보정에는 시뮬레이터드어닐링을 주요 알고리즘으로 사용하였다.
종류, 보정방법. 그리고 보정시 제약조건에 대하여 살펴보았다.
본 연구에서 제안하는 알고리즘을 이용하여 간단한 예제에 대해 집중보정법으로 상대보정과 혼합보정을 수행하였다. 표 2와 표 3은 각각 세 개의 기둥그룹에 대한 상대보정과 혼합보정의 예이다.
본 장에서는 기둥축소량의 최적보정과 관련하여 기둥축소량의 종류, 보정방법. 그리고 보정시 제약조건에 대하여 살펴보았다.
수행되었다. 이때 보정기본두께는 시공성을 고려하여 5mm로 제한되었으며, 좌우 대칭 건물이므로 대칭인 반에 대해서만 축소량해석이 수행되었다. 보정 결과는 표 5의 좌측과 같다.
시공상의 제약조건을 만족하도록 확장하였다. 이때, 미리 정의된 수평그룹인 기둥그룹에 대해 최적의 수직 층그룹과각 층그룹의 보정량을 설계변수로 설정하였다.
코아그룹 및 외주그룹은 각각 동일한 축소량을 가지는 것으로 가정하였다. 일반적으로 코 아는 이를 구성하는 벽체 또는 기둥들이 유사한 축소량을 가지는 것으로 가정해도 무리는 없으나, 외주그룹의 기둥들은 각 분담면적에 따라 축소량 차이가 크므로 축소량의 경향에 따라서로 다른 기둥그룹으로 고려할 필요가 있다« 이에 본 논문에서는 3개 이상의 기둥그룹에 대해서도 일반적으로 적용 가능한 기둥축소량의 최적보정기법을 제안하고, 이를 실제 시공된 건물에 적용하여 그 적용성을 평가하였다.
일선 구조설계 사무소에서의 기둥축소량 보정은 기존방법인 마이크로소프트 엑셀을 이용한 직관에 의존한 반복적인 방법으로 수행되었다. 이때 보정기본두께는 시공성을 고려하여 5mm로 제한되었으며, 좌우 대칭 건물이므로 대칭인 반에 대해서만 축소량해석이 수행되었다.
각 기둥 그룹의 최적 층그룹은 모든 층을 시작층으로 보정을 수행한 결과 중에서 층그룹의 개수가 가장 적은 경우이다. 제안된 알고리즘은 Fortran으로 구현하였다.
제안된 알고리즘을 실제 건물에 적용하여 그 적용성을 평가하였다. 사례 건물은 2003년도에 착공하여 2007년도에 완공된 지하 3층, 지상 61층 건물이다.
최적보정기법을 제안하였다. 최적보정에는 시뮬레이터드어닐링을 주요 알고리즘으로 사용하였다.

대상 데이터

연결된 기둥간의 거리는 각각 1, 000mm이다. 보정 제약조건으로는 허용부등처짐비는 1/240(0.417%), 보정 기본두께는 1mm이며, 혼합보정의 경우 허용절대축소량은 4mm로 제한을 두었다.
사례 건물은 2003년도에 착공하여 2007년도에 완공된 지하 3층, 지상 61층 건물이다. 기준층 평면은 그림 4와 같으며 입면은 높이에 따라 셋백된 형태로서 Cl, C₂, C₃, C₄, C₅, CIO, C₁₄, C₁₅, C₁₆, C₂₀ 기둥은 54층, 나머지 기둥은 59층, 그리고 코어벽체는 61층까지 올라간다 (마이다스아이티, 2004).

성능/효과

2) 제안된 최적보정기법은 다양한 성능 및 시공상의 제약조건을 만족하면서 보정개소를 최소한으로 할 수 있는 최적의 층그룹 및 이때의 보정량을 산정할 수 있다.
3) 제안된 기법을 실제 축소량 해석이 수행된 건물에 적용하여 효용성을 검증하였다. 검증결과 실무방식보다 보정 개소를 줄일 수 있어 적용성이 뛰어남을 확인할 수 있었다.
효용성을 검증하였다. 검증결과 실무방식보다 보정 개소를 줄일 수 있어 적용성이 뛰어남을 확인할 수 있었다. 4) 실무에서는 보정량 산정의 현실적 어려움으로 인해 상대 보정만 주로 수행하지만, 제안된 기법은 절대보정을 고려한 혼합보정도 쉽게 수행 할 수 있어 향후 실무에서의 기둥축소량 최적보정 기술에 크게 기여할 것이라 기대된다.
제안된 방법의 경우 보정 개소를 더 적게 하면서도 허용부등처짐비 조건을 만족하고 있음을 알 수 있다. 비록 보정 후의 최대 부등처짐비가 제안된 방법의 경우 0.354로서 기존 방법의 0.313보다는 약간 크지만 전반적으료는 작게 나타났으며, 죽소량 보정에서 가장 큰 비용이 들어가는 보정 개소를 줄일 수 있었다는 점에서 제안된 방법의 효과성을 확인할 수 있다.
및 부등처짐비는 표 6과 같다. 제안된 방법의 경우 보정 개소를 더 적게 하면서도 허용부등처짐비 조건을 만족하고 있음을 알 수 있다. 비록 보정 후의 최대 부등처짐비가 제안된 방법의 경우 0.
축소량 해석결과 슬래브 타설후 축소량의 전체적인 경향은 내부 기둥에서 가장 컸으며 코어벽체에서 가장 작게 나타났다. 이로 인해 부등축소량은 내부기둥과 코아벽체 사이에서 가장 컸으며, 모두 허용부등처짐비 1/240(0.
보정 결과는 표 5의 좌측과 같다. 코아그룹인 기둥그룹 C는 죽소량이 가장 작게 예측되어 보정이 수행되지 않았으며, 상대적으로 절대 축소량이 작은 기둥그룹 A는 네 군데어]서, 그리고 절대축소량이 가장 큰 기둥그룹 B는 여덟 군데에서 보정이 필요한 것으로 나타났다. 보정 후에는 모든 층에서 허용부등처짐비 기준을 만족하였다.

후속연구

검증결과 실무방식보다 보정 개소를 줄일 수 있어 적용성이 뛰어남을 확인할 수 있었다. 4) 실무에서는 보정량 산정의 현실적 어려움으로 인해 상대 보정만 주로 수행하지만, 제안된 기법은 절대보정을 고려한 혼합보정도 쉽게 수행 할 수 있어 향후 실무에서의 기둥축소량 최적보정 기술에 크게 기여할 것이라 기대된다.
혼합보정의 경우 상대보정에 비해 계산이 복잡하여 실무에서는 쉽게 적용하기 어렵지만, 제안된 기법을 이용하면 쉽게 보정량을 산정할 수 있어 실무에서 효용성이 높을 것이라 기대된다.

참고문헌 (15)
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김영민, 김태진, 김치경 (2007) 강성등가하중을 이용한 새로운 비선형해석 알고리즘, 한국전산구조공학회 논문집, 20(6), pp.731-742

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조적 안전성에 대해서는 재료 및역학에 대한 연구에서부터 시작하여 고층건물의 경우 구조시스템과 효율적인 구조해석기법에 이르기까지 광범위하게 연구가 수행되고 있으며（정종현, 2007： 김영민 등, 2007： 김치경 등, 2007）, 사용성에 대해서도 진동에 의한 가속도의영향과 이의 제어기법（조강표 등' 2007； 윤경조 등, 2007）및 기둥축소량의 영향에 이르기까지 다양한 연구가 수행되고 있다.
김치경, 이재철 (2007) 연쇄붕괴의 동적거동을 고려한 새로운 등가정적해석 기법, 한국전산구조공학회 논문집, 20(3), pp.239-246

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조적 안전성에 대해서는 재료 및역학에 대한 연구에서부터 시작하여 고층건물의 경우 구조시스템과 효율적인 구조해석기법에 이르기까지 광범위하게 연구가 수행되고 있으며（정종현, 2007： 김영민 등, 2007： 김치경 등, 2007）, 사용성에 대해서도 진동에 의한 가속도의영향과 이의 제어기법（조강표 등' 2007； 윤경조 등, 2007）및 기둥축소량의 영향에 이르기까지 다양한 연구가 수행되고 있다.
김한수 (2005) 수분확산을 고려한 고층건물 SRC 합성기둥의 축소량 해석, 대한건축학회 논문집 구조계, 21(9), pp.79-86

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재료 및 구조적인 측면에서는 초기의 철근콘크리트 기둥의 축소량 해석에 대한 연구로부터(Fintel 등, 1969； 1987) 최근의 SRC합성기둥에 대한 연구(김한수, 2005； Kim 등, 2005)에 이르기까지 많은 연구가 수행되었다.
마이다스아이티 (2004) 더 샾 스타시티 기둥축소량 계측 및 보정 본해석 보고서, (주)마이다스아이티, p.420
소광호, 양극영 (2003) 시공성 향상을 위한 초고층 건물의 기둥축소량 보정법에 관한 연구, 대한건축학회 논문집 구조계, 19(11), pp.157-164

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철골조별로 다양한 보정공법이 개발되어 시공현장에서 적용되고 있으며, 이에 대해 체계적으로 정리한 연구도 진행된 바 있다(소광호 등, 2003).
송화철 (2004) 초고층 건물 기둥축소량 보정 및 현장계측, 대한건축학회지, 48(10), pp.52-56

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국내에서는 1990년도 중반부터 국내 건설사의 동남아 초고층건물 시공을 계기로 연구가 활발해졌으며, 2000년도 이후 국내의 초고층주상복합 건설 붐으로 연구가 폭넓게 진행되고 있다（송화철,2004）.
윤경조, 민경원, 이상현 (2007) 분산제어식 응답의존형 MR 감쇠기를 이용한 구조물의 지진응답제어, 한국전산구조공학회 논문집, 20(6), pp.761-767

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조적 안전성에 대해서는 재료 및역학에 대한 연구에서부터 시작하여 고층건물의 경우 구조시스템과 효율적인 구조해석기법에 이르기까지 광범위하게 연구가 수행되고 있으며（정종현, 2007： 김영민 등, 2007： 김치경 등, 2007）, 사용성에 대해서도 진동에 의한 가속도의영향과 이의 제어기법（조강표 등' 2007； 윤경조 등, 2007）및 기둥축소량의 영향에 이르기까지 다양한 연구가 수행되고 있다.
정종현 (2007) 초고층건물의 초기 구조설계를 위한 횡강성 증가율 예측, 한국전산구조공학회 논문집, 20(4), pp.453-462

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조적 안전성에 대해서는 재료 및역학에 대한 연구에서부터 시작하여 고층건물의 경우 구조시스템과 효율적인 구조해석기법에 이르기까지 광범위하게 연구가 수행되고 있으며（정종현, 2007： 김영민 등, 2007： 김치경 등, 2007）, 사용성에 대해서도 진동에 의한 가속도의영향과 이의 제어기법（조강표 등' 2007； 윤경조 등, 2007）및 기둥축소량의 영향에 이르기까지 다양한 연구가 수행되고 있다.
조강표, 신성우, 정승환, 조수연 (2007) 고층 건축물의 수평진동에 대한 거주자의 지각임계가속도, 한국전산구조공학회논문집, 20(3), pp.371-377

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조적 안전성에 대해서는 재료 및역학에 대한 연구에서부터 시작하여 고층건물의 경우 구조시스템과 효율적인 구조해석기법에 이르기까지 광범위하게 연구가 수행되고 있으며（정종현, 2007： 김영민 등, 2007： 김치경 등, 2007）, 사용성에 대해서도 진동에 의한 가속도의영향과 이의 제어기법（조강표 등' 2007； 윤경조 등, 2007）및 기둥축소량의 영향에 이르기까지 다양한 연구가 수행되고 있다.
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재료 및 구조적인 측면에서는 초기의 철근콘크리트 기둥의 축소량 해석에 대한 연구로부터(Fintel 등, 1969； 1987) 최근의 SRC합성기둥에 대한 연구(김한수, 2005； Kim 등, 2005)에 이르기까지 많은 연구가 수행되었다.
Fintel M., Ghosh S.K., Iyengar H. (1987) Column shortening in tall buildings-Prediction and compensation, Portland Cement Association, Skokie, Illinois, USA

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재료 및 구조적인 측면에서는 초기의 철근콘크리트 기둥의 축소량 해석에 대한 연구로부터(Fintel 등, 1969； 1987) 최근의 SRC합성기둥에 대한 연구(김한수, 2005； Kim 등, 2005)에 이르기까지 많은 연구가 수행되었다.
Kim H.S., Cho S.H. (2005) Column shortening of concrete cores and composite columns in tall buildings, The structural design of tall and special buildings, 14(2), pp.175-190

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재료 및 구조적인 측면에서는 초기의 철근콘크리트 기둥의 축소량 해석에 대한 연구로부터(Fintel 등, 1969； 1987) 최근의 SRC합성기둥에 대한 연구(김한수, 2005； Kim 등, 2005)에 이르기까지 많은 연구가 수행되었다.
Kirkpatrick C.D., Gelatt, Vecchi M.P. (1983) Optimization by simulated annealing. Science, 220, pp.671-680

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가장 핵심이 되는 층그룹의 층 증가조건은, 대상 층그룹에서 층을 하나씩 증가시킬 때 주어진 제약조건을 만족하여야하며, 이러한 경우에 시뮬레이터드 어닐링 (Kirkpatrick,1983)을 수행하여 식 (4)의 우변으로 나타낸 목적함수값이감소하거나, 또는 목적함수값이 증가하지만 난수로 발생시킨확률이 특정 확률 이하일 때 증가시킨다.
Park H.S. (2003) Optimal compensation of differential column shortening in high-rise buildings, The structural design of tall and special buildings, 12(1), pp.49-66

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본 논문에서는 Park이 제시한 두 개의 기둥그룹에 대한기둥축소량 최적보정 알고리즘(Park, 2003)을 바탕으로 이를 3개 이상의 기둥그룹에 적용가능하며 동시에 다양한 성능및 시공상의 제약조건을 만족하도록 확장하였다.
Taranath B.S. (1997) Steel concrete and composite design of tall buildings, McGraw-Hill, NY

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보정개소에 따라서는 집중보정법과 분산보정법이 있다. 집중보정법은 여러 층의 누적된 축소량을 특정층에서 보정하는방법이고(Taranath, 1997).

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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