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계측을 통한 TMD가 설치된 고층건물의 태풍시 거동분석
Typhon Behavior of a Tall Building with Tuned Mass Dampers 원문보기

전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, v.24 no.4, 2011년, pp.49 - 57  

김홍진 (경북대학교 건축공학과) ,  황재승 (전남대학교 건축공학과) ,  유은종 (한양대학교 건축공학부)

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 건물과 TMD의 상시진동계측을 위한 풍진동 모니터링 시스템은 1)건물의 X, Y-방향 및 Torsion 방향의 가속도, 2) 풍향 및 풍속, 3) TMD의 가속도 등 세 종류의 데이터를 계측하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 건물측정용 1방향가속도계 3개, 풍향풍속계 1개, 그리고 TMD 동적거동 측정용 1방향 가속도계 2개를 설치하고 데이터의 수집과 전송을 위하여 8 Channel DAQ Board 및 데이터로거와 인터넷기반 데이터 송수신 장비를 설치하였다.
  • 본 기사에서는 TMD가 설치된 건물의 태풍에 의한 풍진동 계측결과를 바탕으로 시스템식별을 통하여 동적특성을 추정하고 이를 바탕으로 TMD의 풍진동 저감성능을 분석하였다. 먼저 일반적인 시스템식별기법 및 외부하중과 무관하도록 TMD의 운동방정식을 기본으로 한 시스템기별 결과를 사용하여 TMD 및 구조물의 동특성을 추정하였다.
  • 본 기사에서는 실제로 TMD가 설치된 건물에서 태풍작용시 풍진동 계측결과를 바탕으로 시스템식별을 통하여 구조물과 TMD의 동적특성을 추정하고 이를 바탕으로 TMD의 풍진동 저감성능을 분석하였다. 대상건물은 인천송도에 위치한 지상 39층 184.

가설 설정

  • TMD-구조물 연계모드의 시스템식별은 시스템식별은 추계론적 부공간 규명법(Stochastic Subspace Identification, Peeters 등, 1999)을 사용하였고, TMD와 구조물의 절대가속도 계측결과를 함께 이용하였다. TMD-구조물 연계모드의 시스템식별을 위해 외부하중은 풍하중의 직접적인 계측이 불가함을 고려하여 백색잡음으로 가정하였다. TMD-구조물 연계모드의 1차, 2차 고유진동수(ω1, ω2)와 이를 바탕으로 식 (8)의 관계식으로부터 구한 구조물의 고유진동수(ωs)는표 4에 정리하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
TMD의 제작과 설치과정에서 중요한 것은? TMD의 제작과 설치과정에서 정확한 고유진동수의 산정은 매우 중요한데, 이는 부가질량형태의 TMD의 풍진동 제어성능이 설치되는 건물의 고유주기에 얼마나 정확히 동조되었는가에 의존하기 때문이다(Den Hartog,1956). 이를 위해 설계도에 따라 제작된 TMD를 현장에 설치하기 전에 공장에서 미리 가조립하고 자유진동실험 또는 인력가진실험을 실시하여 TMD의 고유진동수를 측정하여 설계시의 최적진동수와 비교하는 과정이 필요하며, 현장에 TMD를 설치한 후에도 진동실험 및 계측을 통해 건물과 TMD의 고유 진동수를 추정하여 TMD의 고유진동수가 건물의 고유진동수에 정확히 동조되도록 한다(이지훈 등, 2011).
Tuned Mass Damper는 어떤 장치인가? 국내에서도 풍진동에 의한 사용성의 문제를 해결하고 진동을 저감시키기 위한 방안으로 초고층 건물에 동조질량감쇠기(Tuned Mass Damper, TMD)를 설치하는 경우가 점차 증가하고 있다(김홍진, 2011). TMD는 주로 건축물의 상부층에 설치된 이동질량체의 관성력에 의하여 건물의 운동에너지를 이동질량체가 흡수하는 장치로, 설치가 용이하고 건물의 사용시 층간설치형 풍진동 제어기에 비해 제약이 적은 장점이 있다.
동조질량감쇠기의 사용이 증가하는 이유는? 국내에서도 풍진동에 의한 사용성의 문제를 해결하고 진동을 저감시키기 위한 방안으로 초고층 건물에 동조질량감쇠기(Tuned Mass Damper, TMD)를 설치하는 경우가 점차 증가하고 있다(김홍진, 2011). TMD는 주로 건축물의 상부층에 설치된 이동질량체의 관성력에 의하여 건물의 운동에너지를 이동질량체가 흡수하는 장치로, 설치가 용이하고 건물의 사용시 층간설치형 풍진동 제어기에 비해 제약이 적은 장점이 있다.
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참고문헌 (8)

  1. 김홍진, 국내 풍진동 제진장치 설치 현황, 한국풍공학회지, 15(3), 2011 

  2. Den Hartog, J. P., "Mechanical Vibrations", McGraw-Hill, New York 1956 

  3. 이지훈, 주석준, 조지성, 김홍진, 적층고무를 이용한 최소 마찰형 TMD의 현장 성능실험, 대한건축학회논문집, 27(3), 47-54, 2011 

  4. Architectural Institute of Japan (AIJ), Guidelines for the Evaluation of Habitability to Building Vibration, Tokyo, Japan, 2004 

  5. 김홍진, 조지성, 주석준, 황재승, 부가질량형 감쇠기의 현장실험을 통한 동특성추정, 한국풍공학회논문집, 14(1), 19-27, 2009 

  6. 김지영, 김주연, 김미진, 유은종, 김대영, 실측 및 해석모델에 의한 철근콘크리트조 주상복합건물의 모드특성, 한국전산구조공학회논문집, 22(3), 289-296, 2009 

  7. 황재승, 칼만 필터를 이용한 건물의 풍하중 산정 기법에 관한 연구, 대한건축학회논문집, 22(6), 3-11, 2006 

  8. Peeters, B. and De Roeck, G., Reference-based stochastic subspace identification for output-only modal analysis. Mechanical Systems and Signal Processing, 13(6), 855-878, 1999 

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