[논문]면진장치 장착 스카이 브릿지의 사용성 평가

김기철; 김현수; 김수근

doi:10.9712/kass.2017.17.2.071

면진장치 장착 스카이 브릿지의 사용성 평가
Serviceability Evaluation of Sky Bridge With Isolation Device 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.17 no.2, 2017년, pp.71 - 77

김기철 (서일대학교 건축과) , 김현수 (선문대학교 건축사회환경학부) , 김수근 (영남대학교 일반대학원 건축학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the boundary non-linear analysis of the sky bridge subjected to walking load and running load is performed. The sky bridge is installed in the mid-story between two buildings and the walking load and running load induced by pedestrians are measured by load cell. LRB is modeled as a non-linear hysteresis model to accurately represent the behavior of LRB. For the serviceability evaluation of sky bridge, the acceleration responses of sky bridge are analyzed based on ISO 2631-2 and the velocity response are analyzed based on standards Bachmann &Amann. In serviceability evaluation of this sky bridge, the pedestrian can not perceive the vibration except for resonance running loads consequently. Therefore, it is concluded that this sky bridge haven't problem in the serviceability.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구과제에서는 스카이 브릿지를 사용하고 있는 사람들의 공포감 등의 심리적 안정성에 대한 검토를 위하여 가속도 응답 기반의 사용성 평가를 수행하였다. 구조물의 사용성 평가에 널리 사용되고 있는 ISO 2631-2(AISC #11)⁷⁾ 기준에 근거하여 스카이 브릿지의 사용성을 평가하였다.
본 연구에서는 보행하중 및 달리기하중에 의한 스카이 브릿지의 사용성 평가 및 인지도 평가를 수행하기 위하여 면진장치가 장착된 스카이 브릿지의 경계비선형 시간이력해석을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

2]와 같이 4개의 납고무 면진장치(Lead Rubber Bearing, LRB)를 사용하여 건물과 연결되어 있다. 따라서 스카이 브릿지의 정확한 동적해석을 위해서 스카이 브릿지의 지점조건에 대하여 LRB의 물리적 특성을 반영하였다.
보행자 하중은 동적하중 계측 장비(Load cell)를 이용하여 계측하였으며 계측한 보행자 하중을 적용하여 스카이 브릿지의 시간이력해석을 수행하였다. 보행자에 의하여 야기되는 동적하중은 보행하중과 달리기하중으로 [Fig.
0Hz)를 기준으로 하여 최대 가속도의 % 중력가속도로 평가한다. 보행하중 및 달리기하중에 의한 스카이 브릿지의 상용성 평가를 위하여 스카이 브릿지 중앙부에서 연직방향 가속도응답을 1/3 옥타브 밴드의 중심주파수를 기준으로 하여 그래프를 나타냈다.
1차 모드 이후의 진동모드는 국부진동 모드로 전체적인 스카이 브릿지의 변위응답에 끼치는 영향은 매우 미비하나 가속도응답의 경우에 다소 영향을 끼칠 수 있다. 보행하중과 달리기하중에 의한 스카이 브릿지의 진동영향을 평가하기 위해서 1차 진동모드의 진동주기를 보행하중 및 달리기하중의 동적하중 주기를 선정하였다.
따라서 이러한 건축적 외장재의 질량은 구조체 질량과 함께 동적거동을 하게 되므로, 동적해석 시 반드시 고려해야 한다. 본 연구과제에서는 이러한 건축적 외장재를 포함한 고정하중을 질량으로 고려하여 구조해석을 수행하였으며, 스카이 브릿지의 입체트러스 골조와 건축적 외장재를 포함한 고정하중의 질량은 약 1,650kN/g으로 하였다.
스카이 브릿지의 동적특성을 분석하기 위하여 고유치해석을 수행하였으며 고유치 해석에 의한 주요 저차모드의 진동주기 및 모드형상을 [Fig. 4]에 나타내었다. 부재의 크기가 큰 강관 트러스로 구성된 스카이 브릿지는 강성이 매우 크기 때문에 1차 고유진동주기는 0.
스카이 브릿지의 사용성을 평가하기 위하여 보행하중(3인 공진 보행, 3인 일반 보행) 및 달리기하중(2인 공진 달리기)에 의한 스카이 브릿지의 진동응답을 검토하였다.
LRB의 물성치는 [Table 2]와 같다. 스카이 브릿지의 지점조건에 LRB의 물성치를 적용한 비선형 이력모델을 적용한 후 시간이력해석을 수행하였다. LRB의 비선형 이력모델은 [Fig.
연결 통로로 사용되고 있는 스카이 브릿지의 일반적인 보행 진동에 대한 인지도를 평가하기 위하여 공진 보행하중과 공진 달리기하중 그리고 일반적인 비공진 보행하중을 적용하여 스카이 브릿지의 최대 가속도응답을 분석하였다. 진동에 대한 인지도 평가는 [Table 4]와 같이 Bachmann & Ammann²⁾이 제시한 최대 가속도 인지도 평가기준을 적용하여 평가하였다^8),9).

이론/모형

본 연구과제에서는 스카이 브릿지를 사용하고 있는 사람들의 공포감 등의 심리적 안정성에 대한 검토를 위하여 가속도 응답 기반의 사용성 평가를 수행하였다. 구조물의 사용성 평가에 널리 사용되고 있는 ISO 2631-2(AISC #11)⁷⁾ 기준에 근거하여 스카이 브릿지의 사용성을 평가하였다.
진동에 대한 인지도 평가는 [Table 4]와 같이 Bachmann & Ammann2)이 제시한 최대 가속도 인지도 평가기준을 적용하여 평가하였다8),9).

성능/효과

대상 스카이 브릿지에 대한 진동영향 평가를 수행한 결과, 인위적으로 공진이 발생하는 경우를 제외하고 보행자가 진동을 인지하지 못하므로 스카이 브릿지의 사용성에 문제가 없을 것으로 판단된다.
일반 보행하중의 경우 최대 가속도가 24.3mm/sec²으로 진동을 인지하지 못하는 수준을 보이고 있으며, 공진 보행하중의 경우 최대 가속도가 75.7mm/sec²으로 진동을 약간 인지하는 수준 그리고 공진 달리기하중의 경우에 최대 가속도 363mm/sec²으로 진동을 확실히 인지하는 수준으로 나타났다.

후속연구

스카이 브릿지 받침부에 정착된 면진장치의 비선형 이력모델 적용을 통하여 스카이 브릿지의 정확한 진동해석이 가능하다. 그리고 보행자에 의하여 야기되는 보행하중과 달리기하중의 적용을 통하여 스카이 브릿지 진동에 대한 객관적인 진동영향 평가가 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스카이 브릿지란?	스카이 브릿지는 일반적으로 인접한 고층건물 사이를 연결하기 위해 설치되는 구조물이다. 주로 두 건물 사이에 화재와 같은 비상시 대피 및 피난 통로의 용도로 스카이 브릿지가 많이 설치된다.
	사람의 움직임에 의하여 야기되는 스카이 브릿지 진동에 사용성은 문제가 없을 것으로 판단되는 근거는?	보행하중 및 달리기하중에 의한 진동(가속도)응답이 ISO 2631-2 기준의 ‘Indoor Footbridges’ 기준치를 벗어나지 않는다. 따라서 사람의 움직임에 의하여 야기되는 스카이 브릿지 진동에 사용성은 문제가 없을 것으로 판단된다.
	스카이 브릿지는 주로 어떤 용도로 설치되는가?	스카이 브릿지는 일반적으로 인접한 고층건물 사이를 연결하기 위해 설치되는 구조물이다. 주로 두 건물 사이에 화재와 같은 비상시 대피 및 피난 통로의 용도로 스카이 브릿지가 많이 설치된다. 본 스카이 브릿지는 건물의 저층부에 연결되어 있어 보행자의 이동통로 및 휴게공간으로 계획되어 있다.

참고문헌 (9)

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원문보기 상세보기
Ellingwood B and Tallin A. (1984), Structural Serviceability: Floor Vibrations, Journal of Structural Engineering Division, ASEC, Vol.110, No.2, pp.401-417

상세보기
Hyun-Su Kim (2009), Efficient Dynamic Analysis of High-rise Buildings Having Belt Walls Connected by a Sky-Bridge, Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, Vol.22, No.3, pp.231-242
Rainer J.H. and Pernica G. (1986), Vertical Dynamic Forces from Footsteps. Noise and Vibration Section, Division of Building Research. National Research Council Canada. pp.12-21.
International Standard Organization, ISO 2631-2, valuation of human exposure to whole body vibration - Part 2
Bachmann H., Ammann W (1987), Vibrations in Structures Induced by Man and Machines, Structural Engineering Documents 3e. IABSE. pp.14-26.
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