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문제 정의
- 본 논문에는 중약진 지역에 있는 고층건물의 스마트 최상층 면진시스템을 구성하는 MR 감쇠기의 용량과 면진층 감쇠비, 구조부재와 감쇠기 사용량 뿐만 아니라 지진하중에 대한 구조물의 응답도 동시에 최소화해야 하는 다목적 최적화 문제로 구성된다. 이것은 지진하중에 대한 응답을 줄여서 구조적 안전성을 확보해야하는 목적과 구조부재 및 스마트 제어장치 등의 사용량을 줄여서 경제적 효율성을 극대화시켜야하는 목적으로 크게 정리될 수 있다.
- 다목적유전자알고리즘인 NSGA-II를 이용한 최적화 작업에서 최적화는 1000세대까지 수행하였고 한 세대는 200개의 개체로 이루어지도록 구성하였다. 본 논문에서는 5개의 목적 함수에 대하여 다목적 최적화작업을 수행하기 때문에 보다 넓은 지역의 해를 검색할 수 있도록 개체의 수를 비교적 많게 설정하였다. 최적화 결과 5개의 목적함수 중에서 구조물의 물량을 대표하는 obj1과 구조물의 응답을 대표하는 obj5에 대하여 파레토 최적해집합을 Fig.
- 본 논문에서는 제안된 스마트 최상층 면진시스템의 지진 응답 제어성능을 검토하기 위하여 일반적으로 사용되는 수동 면진시스템의 진동제어성능과 비교하고자 한다. 이를 위하여 MR 감쇠기 대신에 점성감쇠기를 사용하는 수동 최상층 면진시스템을 구성하였다.
- 본 논문에서는 중약진지역에 있는 구조물과 스마트 최상층 면진시스템의 통합최적설계에 대한 연구를 수행하기 위하여 중약진지역의 특성을 나타내는 인공 지반운동성분을 생성하였다. 이를 위하여 KBC2009 설계기준에 근거하여 설계응답스펙트럼을 작성하였고 이때 지역계수는 0.
- 본 논문에서는 지진하중을 받는 구조물의 구조설계에 있어서 예제구조물과 스마트 제어시스템의 다목적 통합최적화에 대한 가능성을 검토하였다. 최적화과정을 통하여 구조물및 제어시스템의 물량과 구조물의 지진응답을 동시에 적절 하게 줄일 수 있는 파레토 최적해집합을 얻을 수 있었다.
- 이때, 추가적인 감쇠장치의 제어성능은 대상구조물 특성의 변화 없이 검토된다. 본 연구에서는 구조물과 스마트 제어장치의 다목적 통합최적화를 수행하였고 스마트 최상층 면진시스템이 설치된 구조물의 구조물량 저감의 가능성을 분석하였다. 이를 위하여 20층 예제구조물이 사용되었으며 MR 감쇠기와 저감쇠 탄성베어링을 사용하여 스마트 면진시스템을 구성하였다.
- 본 연구에서는 전술한 바와 같이 구조물과 제어시스템의 설계변수를 동시에 최적화할 수 있는 통합최적설계기법을 적용하기 위하여 스마트 최상층 면진시스템에 사용되는 MR 감쇠기의 제어용량과 면진층의 감쇠비를 스마트 제어시스템의 설계변수로 선택하였다. 이와 더불어 예제 구조물의 강성과 추가적인 수동감쇠기의 용량을 구조물의 설계변수로 선택하였다.
- 본 연구에서는 전술한 바와 같이 예제구조물의 부재와 감쇠기 및 스마트 제어시스템의 용량뿐만 아니라 구조물의 응답도 동시에 최소화하는 다목적 최적화를 수행하였다. 이를 위하여 Table 1에 나타낸 5개의 목적함수를 다목적 최적화에 사용하였다.
- 5에 나타낸 바와 같이 탄성베어링과 MR 감쇠기로 구성하여 면진층에 설치된다. 스마트 최상층 면진시스템의 제어성능을 비교하기 위하여 수동 최상층 면진시스템의 제어성능을 검토하였다. 이를 위하여 그림에 나타낸 스마트 최상층 면진시스템에서 MR 감쇠기 대신에 적절한 용량의 점성감쇠기를 사용하여 수동 최상층 면진시스템을 구성하였다.
- 이에 본 연구에서는 지진하중을 받는 구조물과 스마트 진동제어시스템, 수동제어시스템 및 구조부재의 사용량에 대하여 통합최적설계를 수행하고 그 효용성을 검토하고자 한다. 지진하중을 받는 고층건물의 지진응답 제어를 위해서 스마트 최상층 면진시스템이 제안된 바 있다 (Kim and Kang, 2012).
가설 설정
- 5에 나타낸 20층 예제구조물을 사용하였다. Fig. 5에서 보는 바와 같이 20층의 전형적인 전단빌딩모델을 기본 예제구조물로 사용하였으며 이 모델의 20층과 19층 사이에 면진시스템이 설치되는 것으로 가정하였다. 스마트 면진시스템은 Fig.
- , 2004)을 사용하였다. 이 알고리즘은 빌딩 구조물의 응답을 감소시키기 위하여 감쇠기를 구조물과 땅 (그라운드) 사이에 연결한 가상의 시스템을 가정한 후 스마트 최상층 면진 시스템이 이러한 가상의 그라운드훅 감쇠기의 감쇠력을 모사하도록 MR 감쇠기의 감쇠력을 조절한다.
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