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초록
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2방향 중공슬래브 시스템은 슬래브 두께가 증가해도 자중은 크게 증가하지 않으면서 솔리드 슬래브에 비해서 휨강성이 크게 저하되지 않는 장점이 있다. 따라서 최근 넓은 바닥판 구조에 대한 수요가 커지면서 2방향 중공슬래브 시스템에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나 이러한 장스팬 구조의 경우 바닥판 진동의 증가에 의한 사용성에 문제가 발생할 수 있고 특히 2방향 중공슬래브의 경우 기존의 구조시스템과 동적특성이 상이하다. 따라서 본 연구에서는 기존의 라멘조 시스템과 2방향 중공슬래브 시스템의 바닥진동성능을 보행하중을 가하여 검토해 보았다. 본 연구에서는 해석의 효율성을 위하여 2방향 중공슬래브의 동적특성을 정확히 나타낼 수 있는 등가의 플레이트 모델을 사용하여 시간이력해석을 수행하였다. 해석결과를 바탕으로 일본건축학회와 미국표준협회에서 제안하는 진동성능평가 기준을 이용하여 진동성능 평가를 수행한 결과 2방향 중공슬래브가 사무실 수준의 진동성능을 만족하고 있는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Considering that the weight of a biaxial hollow slab system is not increased with an incremental increase in its thickness, and that the flexural stiffness of a biaxial hollow slab is not significantly lower than that of a general solid slab, there has been a growing need for biaxial hollow slab sys...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이런 진동성능평가를 위한 기준은 해외에 각국의 연구결과를 토대로 제정된 여러 평가 방법이 있다.(4) 본 연구에서는 일본건축학회와 미국표준협회에서 제안하는 기준으로 진동성능을 평가하였다. 본 장에서는 두 기준에 대해서 간략히 소개한다.
  • 그러나 중공형상을 정확하게 표현할 수 있을 정도의 작은 메쉬크기를 사용하여 2방향 중공 슬래브를 3차원 입체요소로 모형화할 경우에는 해석모델의 자유도수가 너무나 많아져서 해석시간이 대폭 증가하거나 경우에 따라서는 개인용 컴퓨터에서 해석이 불가능한 경우도 발생한다. 따라서 본 연구에서는 2방향 중공슬래브의 동적특성을 정확히 표현할 수 있는 등가의 플레이트 요소를 사용하여 해석을 수행하였다. 해석에 사용한 하중은 일반적인 사람의 보행 진동수인 2Hz의 진동수를 가지는 보행하중을 사용하여 진동성능평가를 수행하였고, 가장 불리한 상황에서의 슬래브의 응답을 검토하기 위하여 탁월진동수에 맞춰 공진할 수 있는 보행하중 진동수를 각 모델에 맞도록 계산하였다.
  • 또한, 정확한 형상의 표현을 위해서는 3차원입체요소의 메쉬크기를 작게 하여 모형화해야 하므로 해석모델의 자유도수가 대폭 증가하여 과도한 해석시간이 필요하거나 슬래브의 크기가 커지게 되면 경우에 따라서 해석이 불가능하게 된다. 따라서 본 연구에서는 2방향 중공슬래브의 질량과 강성 특성을 고려한 등가 플레이트요소를 사용하여 중공슬래브의 진동성능을 평가하였다.
  • 각 중공형상에 따라 Slab-A, Slab-B, Slab-C의 체적감소율이 솔리드 슬래브에 대하여 26%, 45%, 36%로 다르기 때문에 서로 동적특성이 상이할 것이다. 따라서 본 연구에서는 이 3가지 볼의 형상에 따른 2방향 중공슬래브의 진동성능 변화를 검토하였다.
  • 본 연구에서는 보행하중이 가해지는 2방향 중공슬래브의 진동성능을 평가해보기 시간이력해석을 수행하였다. 시간이력해석을 위한 감쇠비는 모든 예제모델에 대하여 3%를 적용하였다.
  • 이러한 필요성을 바탕으로 본 연구에서는 보행하중이 가해지는 2방향 중공슬래브의 시간이력해석을 수행하였고 해석결과를 바탕으로 진동성능평가를 하였다. 진동성능의 평가를 위하여 일본건축학회 제안기준(2)과 미국 표준협회(ANSI) 제안기준(3)을 사용하였다.
  • 즉, 더욱 정확한 해석결과를 얻을 수 있는 작은 메쉬크기를 사용하여 중공슬래브를 모형화한다면 오차는 더욱 줄어들 것으로 판단된다. 이상과 같이 등가의 플레이트모델이 3차원 입체요소모델의 동적특성을 비교적 정확하게 나타낼 수 있으므로 본 연구에서는 등가플레이트모델을 사용하여 2방향 중공슬래브의 진동성능을 평가한다.

가설 설정

  • 1초를 사용하였다. 해석에 사용한 보행하중은 75kg의 몸무게를 가지는 사람의 것으로 가정하였고 이를 그림 12에 나타내었다. 사람의 일반적인 보행하중의 진동수는 2Hz 정도로 알려져 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
2방향 중공슬래브 시스템은 어떤 장점이 있는가? 2방향 중공슬래브 시스템은 슬래브 두께가 증가해도 자중은 크게 증가하지 않으면서 솔리드 슬래브에 비해서 휨강성이 크게 저하되지 않는 장점이 있다. 따라서 최근 넓은 바닥판 구조에 대한 수요가 커지면서 2방향 중공슬래브 시스템에 대한 관심이 증가하고 있다.
중공슬래브는 어떤 시스템인가? 중공슬래브는 슬래브 내부에 중공을 설치하여 슬래브의자중을 줄이는 시스템으로 중공의 배치에 따라 한쪽방향으로 파이프 형태의 중공을 배치하는 1방향 중공슬래브와 양쪽 방향으로 공 형태의 중공을 배치하는 2방향 중공슬래브로 구분된다. 중공슬래브는 중공에 의해 생기는 ‘I’형태의 단면이 휨에 효율적으로 저항하므로 속이 꽉 찬 일반적인 솔리드 슬래브에 비하여 휨강성이 크게 저하되지 않는 장점이 있다.
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참고문헌 (7)

  1. 김기철, 김광만, "중공슬래브 바닥판의 진동 및 충격음 특성에 관한 실험연구," 대한건축학회논문집, 제23권, 59-69, 2007. 

  2. 日本建築學會, "建築物の振動に關する居住性能評價指針 同 解說," 1991. 

  3. ANSI S3.29, "Guide for the Evaluation of Human Exposure to Vibration in Buildings," 1983. 

  4. 이성수, 전호민, 이중원, 홍갑표, "바닥진동 평가방법에 사용된 평가척도의 비교분석," 대한건축학회논문집, 제22권, 3-10, 2006. 

  5. 최원호, 김기철, 이동근, "보행 이동하중 효과를 고려한 건물 바닥판의 진동평가," 대한건축학회학술발표논문집, 제19권, 69-74, 1999. 

  6. 박강근, 김용태, 최영화, 김한철, "공동주택 바닥판의 진동해석 및 평가," 춘계학술발표회 논문집, 한국쉘공간구조학회, 제3권, 246-255, 2006. 

  7. Chopra, Dynamics of Structures, Prentice Hall, New Jersey, 2000, pp.844. 

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