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문제 정의
- 고층건물의 스카이브릿지가 설치되는 층에는 구조적 안전성을 높이기 위하여 벨트월이나 벨트트러스가 설치되는 경우가 많으므로 본 연구에서는 이러한 효과를 고려하여 등가의 모델을 개발하였다.
- 전술한 내용을 바탕으로 Ks모델은 일반적인 캔틸레버모델에 비하여 원형모델의 특성을 잘 모사하고 있는 것을 확인하였다. 그러므로 본 논문에서는 스카이브릿지로 연결된 등가모델의 구성에 Ks모델을 사용할 것을 제안한다.
- 따라서 본 연구에서는 단자유도 모델의 장점인 해석의 효율성을 유지하면서 해석결과의 정확성까지 확보할 수 있는 다자유도 등가모델을 제안하였다.
- 본 연구는 스카이브릿지로 연결된 구조물의 효율적인 동적해석을 위한 등가모델을 제안하였다. 이를 위하여 벨트월의 회전강성과 전단변형을 고려한 등가모델을 구성하고 두 동의 등가모델을 스카이브릿지로 연결하여 경계비선형 시간이력해석을 수행하였다.
- 본 연구에서 제안한 등가모델은 진동제어에 효과적인 스카이브릿지 연결시스템을 찾기 위한 경계비선형 시간이력해석을 위하여 개발한 것이다. 따라서 원형모델과 유사한 거동을 보이는 동시에 경계비선형 시간이력해석에 소요되는 시간을 최소화하여 반복적인 시간이력해석을 수행하는 것에 무리가 없어야 한다.
- 고층건물의 스카이브릿지가 설치되는 층에는 구조적 안전성을 높이기 위하여 벨트월이나 벨트트러스가 설치되는 경우가 많으므로 본 연구에서는 이러한 효과를 고려하여 등가의 모델을 개발하였다. 본 연구에서는 2008년 10월 현재 목동에 건설되고 있는 스카이브릿지로 연결된 49층 및 42층 주상복합건물을 예제구조물로 선택하여 제안한 등가모델의 정확성을 검토하고 스카이브릿지를 활용한 진동제어효과를 검토하였다. 예제구조물을 연결할 스카이브릿지의 연결시스템을 결정하기 위하여 두 개의 등가 단자유도 구조물을 이용하여 파라미터 스터디를 수행하였다.
- 본 연구에서는 전술한 문제점들을 보완하기 위하여 스카이브릿지로 연결된 구조물의 효율적인 3차원 동적해석모델을 제안하였다. 이를 위하여 원형 유한요소 해석모델의 응답과 유사한 동적 거동을 나타내는 3차원 등가 캔틸레버모델을 개발하였다.
- 즉, 그림 8에 나타낸 바와 같이 구조물이 횡력을 받을 때 발생하는 벨트월의 회전이 외부기둥의 강성으로 제어된다. 본 절에서는 벨트월의 회전강성을 포함한 캔틸레버모델(K1)을 개발한다.
- 본 절에서는 스카이브릿지로 연결된 구조물의 진동제어 가능성을 검토하기 위하여 지진하중을 사용한 시간이력해석을 수행하였다. 파라미터 연구를 위하여 예제구조물을 단자유도 모델로 단순화하였으며 스카이브릿지 연결부의 강성과 감쇠력을 다양하게 적용하였다.
- 파라미터 연구를 위하여 예제구조물을 단자유도 모델로 단순화하였으며 스카이브릿지 연결부의 강성과 감쇠력을 다양하게 적용하였다. 이를 통하여 스카이브릿지 연결부의 강성과 감쇠력에 따른 동적응답 변화를 살펴보고 단자유도 모델을 사용하였을 때의 한계점을 알아보았다. 사용한 단자유도 모델을 그림 2에 나타내었다.
가설 설정
- 횡하중을 가하였을 때 발생하는 벨트월의 변형형상을 그림 11에 나타내었다. 그림과 같이 벨트월에 발생하는 변형을 확인하기 위하여 벨트월을 제외한 부분은 강체로 가정하였다. 벨트월의 변형을 고려한 회전강성은 해석모델의 강체부분에 집중하중을 가하였을 때 발생하는 변위 △와 집중하중 P를 사용하여 구할 수 있다.
- Pi는 외부기둥의 축강성 ki와 변위 δi의 곱으로 나타낼 수 있으며, A는 외부기둥의 단면적, E는 탄성계수, L은 외부기둥의 길이, θ1은 구조물 코어 부분의 회전각이다. 이 때 벨트월의 변형은 없는 것으로 가정한다. 외부기둥에 사용되는 콘크리트의 탄성계수나 외부기둥의 단면크기가 층별로 달라질 경우 각 부분의 회전강성을 각각 나누어 다음과 같이 계산한다.
- 즉, 등가모델을 이용하여 해석시간을 원형모델의 약 1/50수준으로 감소시킬 수 있었다. 제안된 등가모델은 모든 층의 자유도가 존재한다. 그러나 등가모델을 구성하는 엔지니어의 판단으로 몇 개 층마다 선택적으로 자유도를 사용한다면 해석시간을 더욱 줄일 수 있을 것으로 생각된다.
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