[논문]인접건축물의 진동제어를 위한 MR감쇠기의 위치 선정에 관한 연구

김기철; 강주원

doi:10.7781/kjoss.2012.24.1.091

인접건축물의 진동제어를 위한 MR감쇠기의 위치 선정에 관한 연구
Performance Evaluation of Vibration Control of Adjacent Buildings According to Installation Location of MR damper 원문보기

韓國鋼構造學會論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.24 no.1 = no.116, 2012년, pp.91 - 99

초록
AI-Helper

최근 인접 건축물의 진동제어와 관련된 연구가 몇몇 연구자에 의하여 수행되고 있으며 그리고 구조물의 지진동 제어를 위하여 준능동 감쇠기의 일종인 MR 감쇠기가 적용되고 있다. 본 논문에서는 MR 감쇠기의 위치에 따른 인접 건축물의 지진동 제어성능을 분석하여 MR 감쇠기의 설치에 대한 최적의 위치를 선정하고자 한다. 본 연구를 위하여 인접한 20층과 15층 건축물을 예제 구조물로 사용하였으며 이 예제 구조물은 서로 다른 고유진동수를 갖게 하였으며 예제 구조물의 지진동 제어를 위하여 Groundhook 제어기법을 적용하였다. 예제 구조물의 수치해석에 의한 지진응답 분석결과, 변위응답 제어를 위하여 인접 건축물의 최상층에 MR 감쇠기를 설치하는 것이 제어성능에 있어서 우수하며 가속도응답을 제어하기 위해서는 인접 건축물의 중간층에 MR 감쇠기를 설치하는 것이 우수한 제어성능을 보이고 있다. MR 감쇠기를 중간층에 설치할 경우에, 변위응답과 가속도응답을 동시에 제어가 가능하다. 따라서 건축물의 제어 목표에 따라서 MR 감쇠기 설치위치를 적절하게 선정해야 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In recently, the vibration control of adjacent buildings have been studied and magneto-rheological(MR) fluid dampers have been applied to seismic response control. MR dampers can be controlled with small power supplies and the dynamic range of this damping force is quite large. This MR damper is one of semi-active dampers as a new class of smart dampers. In this study, vibration control effect according to the installation location of the MR damper connected adjacent buildings has been investigated. Adjacent building structures with different natural frequencies were used as example structures. Groundhook control model is applied to determinate control force of MR damper. In this numerical analysis, it has been shown that displacement responses can be effectively controlled as adjacent buildings are connected at roof floors by MR damper. And acceleration responses can be effectively reduced when two buildings are connected at the mid-stories of adjacent buildings by MR damper. Therefore, the installation floor of the MR damper should be selected with seismic response control target.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 MR 감쇠기의 설치 위치에 따른 인접한 두 건축물의 지진응답 제어성능을 알아보고자 20층과 15층을 예제 구조물로 사용하여 수치해석을 수행하였다. MR 감쇠기 설치 위치에 따른 인접한 두 건축물의 지진응답 분석을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
이처럼 많은 연구자에 의하여 인접 건축물의 진동제어에 대한 연구가 수행되고 있으나 진동제어 장치의 설치 위치 선정에 대한 연구는 미비한 실정이며, 특히 MR 감쇠기와 같은 준능동 감쇠기의 최적 위치 선정에 대한 연구는 전무한 실정이다(김기철 등, 2011). 본 논문에서는 인접 건축물의 진동제어를 위한 준능동 제어장치로 MR 감쇠기를 적용하고 MR 감쇠기의 설치위치에 따른 인접 건축물들의 진동응답을 비교분석하여 진동제어 효과를 알아보고자 한다. 이를 위하여 다른 강성과 질량을 갖는 인접한 건축 구조 물을 예제구조물로 사용하였고 시간이력해석을 통하여 얻은 각 구조물의 변위 및 가속도 응답을 분석하였다.

가설 설정

입력 지진하중은 El Centro지진(1940)을 사용하였고 두 개의 지진하중을 KBC2009의 설계응답스펙트럼에 맞추어 조정하였다. 설계응답스펙트럼은 지역계수는 0.22, 지반종류는 SA로 가정하여 작성되었다. El Centro 지진하중의 응답스펙트럼 및 가속도 시간이력을 그림 2에 나타내었다.

제안 방법

본 절에서는 인접한 두 건축물의 지진응답 분석을 통하여 MR 감쇠기의 설치위치를 선정하고 이에 따른 진동응답을 비교 분석하였다. Building 1의 가속도응답이 가장 크게 나타는 층에 MR 감쇠기를 설치한 경우(case 3)와 Building 2의 가속도응답이 가장 크게 나타는 층에 MR 감쇠기를 설치한 경우 (case 4)의 지진응답 제어성능을 분석하였다.
MR감쇠기로 연결된 인접한 건축물의 진동제어 성능을 평가하기 위하여 지진하중에 의한 동적해석을 수행하였다. 입력 지진하중은 El Centro지진(1940)을 사용하였고 두 개의 지진하중을 KBC2009의 설계응답스펙트럼에 맞추어 조정하였다.
변위응답의 경우에 최상층에서 가장 크게 나타나기 때문에 Building 1의 최상층(roof)과 Building 2의 최상층에서의 변위응답을 분석하였다. 그리고 가속도 응답의 경우에 최상층과 중간층에서 크게 나타나기 때문에 Building 1의 8층과 Building 2의 6층에서의 가속도 응답을 분석하였다.
본 절에서는 인접한 두 건축물의 진동모드 분석을 통하여 MR 감쇠기의 설치위치를 선정하고 이에 따른 진동응답을 비교 분석하였다. 모드 벡터가 가장 크게 나타나는 층수에 MR 감쇠기를 설치하는 경우(case 1)와 Building 1의 모드 벡터의 방향이 바뀌는 층에 MR 감쇠기를 설치한 경우(case 2)에 의한 진동제어 성능을 분석하였다.
예제 인접 건축물의 지진하중에 의한 최상층과 증간층에서의 변위응답과 가속도응답에 대한 시간이력 그래프를 그림 5에 나타내었다. 변위응답의 경우에 최상층에서 가장 크게 나타나기 때문에 Building 1의 최상층(roof)과 Building 2의 최상층에서의 변위응답을 분석하였다. 그리고 가속도 응답의 경우에 최상층과 중간층에서 크게 나타나기 때문에 Building 1의 8층과 Building 2의 6층에서의 가속도 응답을 분석하였다.
본 연구에서는 MR 감쇠기의 위치만을 변수로 하여 수치해석을 수행하였다. 그러나 인접한 두 건축물의 최적의 진동제어를 위해서는 MR 감쇠기의 용량, MR 감쇠기의 제어알고리즘 등에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
본 절에서는 인접한 두 건축물의 지진응답 분석을 통하여 MR 감쇠기의 설치위치를 선정하고 이에 따른 진동응답을 비교 분석하였다. Building 1의 가속도응답이 가장 크게 나타는 층에 MR 감쇠기를 설치한 경우(case 3)와 Building 2의 가속도응답이 가장 크게 나타는 층에 MR 감쇠기를 설치한 경우 (case 4)의 지진응답 제어성능을 분석하였다.
본 절에서는 인접한 두 건축물의 진동모드 분석을 통하여 MR 감쇠기의 설치위치를 선정하고 이에 따른 진동응답을 비교 분석하였다. 모드 벡터가 가장 크게 나타나는 층수에 MR 감쇠기를 설치하는 경우(case 1)와 Building 1의 모드 벡터의 방향이 바뀌는 층에 MR 감쇠기를 설치한 경우(case 2)에 의한 진동제어 성능을 분석하였다.
수치해석적으로 접근하기 위하여 인접한 두 건축물 사이의 제어가 가능한 이상적인 모델의 MR 감쇠기를 설치하였으며 지진응답을 제어하기 위해서 식(4a)와 식(4b)와 같은 변위 기반의 Groundhook 제어 알고리즘을 적용하여 MR 감쇠기의 제어력을 결정하였다.
본 논문에서는 인접 건축물의 진동제어를 위한 준능동 제어장치로 MR 감쇠기를 적용하고 MR 감쇠기의 설치위치에 따른 인접 건축물들의 진동응답을 비교분석하여 진동제어 효과를 알아보고자 한다. 이를 위하여 다른 강성과 질량을 갖는 인접한 건축 구조 물을 예제구조물로 사용하였고 시간이력해석을 통하여 얻은 각 구조물의 변위 및 가속도 응답을 분석하였다.

대상 데이터

초고층 건축물이 인접하여 있는 경우에 지진하중 또는 풍하중과 같은 동적하중에 의한 충돌이 일어날 가능성이 매우 크다. 본 논문에서는 MR 감쇠기 설치 위치에 따른 인접한 건축물의 진동제어 성능을 알아보기 위한 것으로 예제 인접건 축물은 그림 1과 같이 각층별 집중질량, 강성을 갖는 20층과 15층 건축물로 선정하였다.

이론/모형

예제 인접건축물의 집중질량과 강성은 표 1과 같다. MR 감쇠기의 특성을 반영한 다양한 모델들이 수치해석에 적용되고 있으나 본 논문에서는 단순 Bouc-Wen 모델을 사용하였다. 식 1은 단순 Bouc-Wen 모델에 대한 것으로 MR감쇠기의 이력특성을 모델링할 수 있다.
z는 이력특성을 모사하기 위한 무차원 변수이고 , α는 MR의 대한 영향의 크기를 조정하는 상수이다(이상현 등, 2004). 그리고 식 2와 식 3과 같이 groundhook 제어기법을 적용하여 MR감쇠기의 감쇠력 제어하였다.
MR감쇠기로 연결된 인접한 건축물의 진동제어 성능을 평가하기 위하여 지진하중에 의한 동적해석을 수행하였다. 입력 지진하중은 El Centro지진(1940)을 사용하였고 두 개의 지진하중을 KBC2009의 설계응답스펙트럼에 맞추어 조정하였다. 설계응답스펙트럼은 지역계수는 0.

성능/효과

둘째, 인접한 두 건축물의 가속도응답 제어에 있어서 MR 감쇠기를 건축물의 중간층에 설치할 경우에 가장 효과적인 것을 확인할 수 있었다.
셋째, MR 감쇠기를 증간층에 설치할 경우에 변위응답이 제어되고 동시에 가속도응답도 제어되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 인접한 두 건축물의 지진응답 제어에 있어서 일반적으로 MR 감쇠기를 중간층에 설치하는 것이 효과적이다.
첫째, 인접한 두 건축물의 변위응답 제어에 있어서 최상층에 MR 감쇠기를 설치하는 것이 가장 효과적이나 MR 감쇠기 설치위치에 따라서 변위응답 제어성능의 차이는 매우 미비한 것을 알 수 있었다.

후속연구

본 연구에서는 MR 감쇠기의 위치만을 변수로 하여 수치해석을 수행하였다. 그러나 인접한 두 건축물의 최적의 진동제어를 위해서는 MR 감쇠기의 용량, MR 감쇠기의 제어알고리즘 등에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 그리고 건축물의 지진응답 제어에 있어서 다양한 장치가 적용되므로 감쇠장치에 따른 진동응답 비교 분석이 필요할 것으로 사료된다.
그러나 인접한 두 건축물의 최적의 진동제어를 위해서는 MR 감쇠기의 용량, MR 감쇠기의 제어알고리즘 등에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 그리고 건축물의 지진응답 제어에 있어서 다양한 장치가 적용되므로 감쇠장치에 따른 진동응답 비교 분석이 필요할 것으로 사료된다.
인접한 두 건축물의 지진응답을 줄이기 위하여 변위응답 및 지진응답의 분석을 통하여 MR감쇠기의 설치위치를 결정할 수 있을 것이다.
접한 두 건축물의 진동제어 효과는 두 건축물의 고유진동 주기와 진동모드형상에 의하여 영향을 받을 것이다. 인접한 두 건축물의 진동모드 벡터가 가장 크게 나타나는 위치에 MR감쇠기를 설치한다면 전체 구조물의 진동을 저감시키는데 있어서 효과적일 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초고층 건축물의 건설은 무엇의 개발로 인해 가능해졌는가?	초고층 건축물은 도심의 랜드마크적인 요구와 제한된 토지의 이용의 극대화를 위하여 많이 요구되고 있으며 이러한 사회적 및 경제적 욕구를 충족시키기 위하여 초고층 건축물의 건설이 증가되고 있는 추세이다. 초고층 건축물의 건설은 구물의 설계기술과 건설기술의 발전 그리고 성능이 뛰어난 건설자재의 개발로 인하여 가능해졌다. 그러나 이러한 초고층 건축물은 강성이 유연하고 감쇠가 작아서 지진과 바람에 의하여 진동응답이 비교적 크게 발생하여 사용자에게 불안감을 조성하는 한편 건축물의 사용성에 많은 문제를 유발시키기도 한다.
	초고층 건축물의 상반작용에 의한 충돌피해를 미연에 방지하기 위해 무엇을 시행하는가?	서로 다른 동적특성을 가지고 있는 인접한 초고층 건축물들은 상반작용(out of phase)으로 인하여 충돌 가능성이 매우 높다. 따라서 이러한 충돌 피해를 미연에 방지하기 위하여 건축물간의 인동간격을 넓히고 있으나 이는 한계가 있으며 인접한 초고층 건축물의 진동제어를 위하여 부가적인 진동제어 장치를 도입하기도 한다. 특히, 두 건축물 사이에 피난통로 및 연결통로로 활용하고 있는 연결교를 설치할 경우에 연결교를 감쇠장치로 활용하기도 한다.
	초고층 건축물은 어떤 문제를 유발시키는가?	초고층 건축물의 건설은 구물의 설계기술과 건설기술의 발전 그리고 성능이 뛰어난 건설자재의 개발로 인하여 가능해졌다. 그러나 이러한 초고층 건축물은 강성이 유연하고 감쇠가 작아서 지진과 바람에 의하여 진동응답이 비교적 크게 발생하여 사용자에게 불안감을 조성하는 한편 건축물의 사용성에 많은 문제를 유발시키기도 한다. 그리고 인동간격이 좁은 도심지 초고층 건축물에 있어서 지진하중이나 풍하중에 의한 초고층 건축물의 과도한 움직임은 인접한 초고층 건축물간의 충돌(pounding)로 인하여 구조적 손상을 일으킬 수도 있다(Shinya Soma 등, 2004).

참고문헌 (6)

김기철, 강주원, 채승훈(2011) 인접건축물의 지진응답 제어를 위한 MR 감쇠기의 복합제어 모델, 한국공간구조학회 논문집, 한국공간구조학회, 제11권, 제2호, pp. 101-110.
김현수, 양아람, 이동근, 안상경, 오정근(2008) 스카이브릿지로 연결된 고층건물의 진동제어성능평가, 한국공간구조학회논문집, 한국공간구조학회, 제8권, 제4호, pp. 91-100.

원문보기 상세보기
김현수, 박용구, 고현, 이의현, 이동근(2009) 스카이브릿지 설치위치에 따른 고층건물의 진동제어 성능평가, 한국전산구조공학회 논문집, 한국전산구조공학회, 제22권, 제3호, pp. 231-242.
옥승용, 박관순, 고현무(2006) 인접구조물의 진동제어를 위한 선형감쇠시스템의 최적설계, 한국지진공학회 논문집, 한국지진공학회, 제10권, 제3호, pp. 85-100.

원문보기 상세보기
이상현, 민경원, 이루지, 김중구(2004) 건축구조물의 지진응답제어를 위한 MR감쇠기 예비설계절차, 한국지진공학회 논문집, 한국지진공학회, Vol. 8, No. 5, pp. 55-64.

원문보기 상세보기
Shinya, S., Takashi, T., Toru, W., and Kazuto, S. (2004) Seismic response control for parallel building structures using MR damper, Nihon Kikai Gakkai Kanto Shibu Sokai Koen Ronbunshu, Vol. 10, pp. 225-232.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증