문제 정의

• 후)구조 시스템이">구조시스템이 활용되기도 한다. 본 논문에서는 실제 초고층건물의 설계조건과 동일한 오프셋 아웃리거 구조에서 아웃리거의 정량적인 최적위치를 조사하기 위하여, 대상이 되는 초고층건물의 설계조건을 만족하도록 계획설계(Schematic design) 수준의 구조설계를 한 후에 아웃리거에 연결된 기둥의 강성, 아웃리거의 평면상 위치, 아웃리거의 설치 높이 등을 해석변수로 선택하여 구조해석을 진행하고, 그 구조해석의 결과를 분석하였다. 본 논문은 80층 규모의 본 연구논문에서는 오프셋 아웃리거 구조시스템의 최적 설치위치를 찾는 것을 목표로 오프셋 아웃리거 또는 코어 아웃리거 구조시스템이 설치된 80층 건물을 모델로 하여 아웃리거에 연결된 기둥의 강성, 아웃리거의 평면상 위치, 아웃리거의 설치 높이 등을 변수로 한 구조해석을 수행하고, 그 구조해석의 결과를 분석하여 다음과 같은 결론에 도달하였다.
• 본 연구는 오프셋 아웃리거 구조시스템에서 아웃리거의 최적 설치위치를 찾기 위하여 구조해석 모델을 설정하였다. Fig.
• 또한 Table 2는 구조재료를 표시하였다. 본 연구에서는 오프셋 아웃리거 구조시스템에서 아웃리거의 최적위치에 대한 정량적인 파악을 위하여, 해석 변수로 아웃리거의 평면상 위치, 아웃리거에 연결된기둥의 축강성(EA, 여기서 E는 기둥 재료의 탄성계수이고 A는 기둥의 단면적), 아웃리거의 배치높이를 Table 3과 같이 정하였다. 본 논문에서 저자는 2013년에 건물의 코어에 있는 전단벽과 건물의 외곽에 위치한 기둥을 직접 잇는 코어 아웃리거(Core outrigger)구조시스템을 둔 초고층건물에서 아웃리거 구조의 최적위치를 탐색하는 것을 목적으로 아웃리거의 위치와 대표적인 구조부재의 강성 등을 주요 변수로 한 구조해석을 실시한 후에 그 해석결과를 검토하였다(Kim, 2013). 기존의 대표적인 연구 결과(Smith and Salim, 1981; Taranath, 1997)에서는 초고층 아웃리거

  제안 방법

  • Fig. 9에 전단벽으로부터 10 m 거리를 둔 열인 2라인과 5라인에 아웃리거를 배치하는 것을 제외하고 앞에서 설명한 코어 아웃리거 구조시스템의 표준모델과 동일하게 구조부재를 배치한 오프셋 아웃리거 구조시스템 모델(이하, 10 m 오프셋 아웃리거 표준모델)에서 아웃리거 위치를 변수로 채택하여 구조해석을 진행하여서 아웃리거 위치에 따른 최상층의 수평변위 분포를 표시하였다. Fig.
  • 여기서 기둥, 보, 전단벽에 대한 단면은 10층 간격으로 나누어서 설계하였다. 그리고 기본모델에서 아웃리거구조에 대한 최적위치를 탐색하기 위하여 아웃리거 구조만을 최상층에서 시작하여 최하층으로 5층 간격으로 움직이면서 구조해석을 수행하였다. 위에서 설명한 것과 같이 5층 간격으로 실시한 결과 중에서 최상층 수평변위가 최소가 되는 아웃리거를 설치한 위치 근처에 대해서는 보다 정확한 결과를 찾기 위하여 1층 간격으로 구조해석을 진행하였다.
  • 후)대상 건물의">대상건물의 최상층에 생기는 수평변위는 풍하중에 대해서 수평변위의 제한값이 되는 H/400(H는 건물의 높이)에 1% 이내 한도에 있도록 구조요소를 조정하였다. 또한 후)제한 값이">제한값이 되는 H/400(H는 건물의 높이)에 1% 이내 한도에 있도록 구조요소를 조정하였다. 또한 지진하중에 대한 안전성을 확인하기 위하여 등가정적해석과 응답스펙트럼해석도 수행하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 구조해석 대상건물의 20층, 40층, 60층에서 직접 전단벽과 이어지는 코어 아웃리거 구조시스템을 배치한 경우(이하, 기본모델)에 대하여 KBC 설계기준(ArchitecturalInstitute of Korea, 2009)에 맞추어 구조설계를 수행하였다. 후)설치 위치에">설치위치에 따라 최상층에 발생하는 수평변위 분포를 보여주고 있다. 앞에서 언급한 해석에서는 대상건물의 바닥을 실제건물 조건에 부합되도록 슬래브가 콘크리트의 설계 압축강도(f_ck) 24 MPa, 두께 210 mm로 면내력과 면외력을 지지할 수 있도록 바닥판을 유연 격막(Flexible diaphragm)으로 모델링을 하였다.
  • 후)기본 모델에">기본모델에 대한 기둥, 보, 아웃리거에 대한 단면 리스트는 Table 4, 전단벽 단면 리스트는 Table 5에 각각 정리하여 나타내었다. 여기서 기둥, 보, 전단벽에 대한 단면은 10층 간격으로 나누어서 설계하였다. 그리고 후)기둥의 축강성을">기둥의 축강성을 채택한 것은 기존 연구(Smith and Salim, 1981)를 참고로 하였다. 여기서 대상모델인 건물의 평면에서 전단벽에 직접 이어지는 3라인과 4라인에 아웃리거 구조를 설치한 경우, 전단벽으로부터 10 m 거리에 위치한 2라인과 5라인 열에 아웃리거 구조를 설치한 경우(Fig. 3), 전단벽으로부터 20 m거리에 위치한 1라인과 6라인 열에 아웃리거 구조를 설치한 경우(Fig. 4)에 대하여 각각 모델을 정하였다. 그리고 Fig.
  • 후)오프셋아웃리거">오프셋 아웃리거 구조시스템이 배치된 초고층건물에서 아웃리거의 최적 설치위치를 알기 위하여 아웃리거의 평면상 위치, 아웃리거의 설치높이, 아웃리거에 연결된 기둥의 강성 등을 변수로 설정한 구조해석을 수행하였다. 여기서는 본 논문에 대한 구조해석의 결과를 정리하고 분석하였다.
  • 후)움직이면서 구조해석을">움직이면서 구조해석을 수행하였다. 위에서 설명한 것과 같이 5층 간격으로 실시한 결과 중에서 최상층 수평변위가 최소가 되는 아웃리거를 설치한 위치 근처에 대해서는 보다 정확한 결과를 찾기 위하여 1층 간격으로 구조해석을 진행하였다. Fig.

  대상 데이터

  • 후)구조 모델링에서">구조모델링에서 기둥 부재는 원형 강관, 보와 아웃리거 부재는 철골 H형강으로 하였고, 대상건물의 코어 부분에는 철근콘크리트 전단벽을 배치하였다. 후)대상건물은 서울에">대상건물은 서울에 있는 업무시설로 하였고, 해석모델에 사용한 설계하중의 개요는 Table 1에서 보여주고 있다. 또한 Table 2는 구조재료를 표시하였다.
  • 후)대상 건물의">대상건물의 층수는 80개층, 1개층의 높이는 각각 4 m로 계획함에 따라서 건물의 높이는 320 m가 되었다. Fig.
  • 후)해석 변수로">해석변수로 선택하여 구조해석을 진행하고, 그 구조해석의 결과를 분석하였다. 본 논문은 80층 규모의 초고층건물을 대상으로 수행하였고, 구조해석과 구조설계는 MIDAS-Gen 2017(2017)을 이용하였다.

  데이터처리

  • Fig. 14에서 아웃리거의 최적 위치에 대하여 대표적인 기존 연구결과인 Smith의 제안식(Smith and Salim, 1981)과 본 논문의 해석 결과를 비교분석하였다. Smith의 식에서는 ω(코어에 위치한

    이론/모형

    • 후)배치 높이를">배치높이를 Table 3과 같이 정하였다. 본 논문에서 해석변수로 아웃리거에 연결된 기둥의 축강성을 채택한 것은 기존 연구(Smith and Salim, 1981)를 참고로 하였다. 여기서

      성능/효과

      • .3) 오프셋 아웃리거의 최적위치는 Smith가 제안한 아웃리거구조의 최적위치와 비교하면 아웃리거에 연결된 기둥 강성에 따라서 건물 높이의 17~41% 범위에서 Smith가 제안한 위치보다 건물 하부에 위치하는 것으로 나타났다.
      • 1) 오프셋아웃리거를 배치한 초고층 건물에서 최적 아웃리거의 위치는 아웃리거 구조에 연결된 기둥의 강성에 따라서 0.15~0.39 H(H는 건물의 전체 높이)에 위치하는 결과를 보였다. 오프셋 아웃리거의 2) 최적 오프셋 아웃리거 구조의 위치는 아웃리거의 평면상 위치와 아웃리거와 연결된 기둥의 축강성에 따라 차이가 나타났다. 그리고 아웃리거가 Fig. 14에서 본 해석 결과에 의한 아웃리거 구조의 최적위치는 코어 아웃리거와 오프셋 아웃리거의 경우에서 동일하게 ω값이 증가할수록, 즉 아웃리거에 연결된 외곽기둥의 강성이 증가할수록 Smith의 제안식에 의한 아웃리거의 최적위치와 차이가 줄어드는 경향을 나타내었다.
      • 8254 m(H/388)로 최소가 되었다. 그리고 10 m 오프셋 아웃리거 표준모델보다 아웃리거에 연결된 외곽기둥의 축강성을 10배, 5배, 2배로 각각 변화시킨 경우는 최상층 수평변위가 각각 0.4761 m(H/672), 0.5589 m(H/573), 0.7075 m(H/452)로 아웃리거가 100 m(0.313 H), 84 m(0.263 H), 84 m(0.263 H)에 배치되어 있을 때에 각각 최소로 나타났고, 최상층 수평변위가10 m 오프셋 아웃리거 표준모델인 경우보다 14.3~42.3% 범위에서 감소하는 결과를 보였다. 반면에 10 m 8306 m(H/385)로 최소가 되었다. 그리고 20 m 오프셋 아웃리거 표준모델보다 아웃리거에 연결된 외곽기둥의 축강성을 10배, 5배, 2배로 각각 변화시킨 경우는 최상층의 수평변위가 각각 0.5149 m(H/622), 0.5876 m(H/545), 0.7205 m(H/444)로 아웃리거가 124 m(0.388 H), 104 m(0.325 H), 84 m(0.263 H)에 각각 배치되어 있을 때에 최소로 나타났고, 이것은 20 m 오프셋 아웃리거 표준모델인 경우보다 최상층 수평변위가 13.3~38.0% 범위에서 감소하는 결과를 보였다. 반면에 20 m 후)평면상 위치와">평면상 위치와 아웃리거와 연결된 기둥의 축강성에 따라 차이가 나타났다. 그리고 아웃리거가 최적위치에 배치된 경우에서 최상층 수평 변위량은 아웃리거와 연결된 기둥의 축강성이 표준모델의 0.2배 이하인 경우를 제외하면 아웃리거가 전단벽으로부터 멀리 떨어질수록 증가하였다
      • 8053 m(H/397)로 최소가 되었다. 그리고 표준모델보다 아웃리거에 연결된 외곽기둥의 축강성을 10배, 5배, 2배로 각각 변화시킨 경우는 최상층에 발생한 수평변위가 각각 0.4413 m(H/725), 0.5221 m(H/613), 0.6752 m(H/474)로 아웃리거가 각각 96 m(0.3H), 84 m(0.263H), 72 m(0.225H)에 있을 때에 최소가 되었고, 최상층의 수평변위는 표준모델보다 16.2~45.2% 범위에서 감소하는 결과를 보였다. 반면에 2% 범위에서 감소하는 결과를 보였다. 반면에 표준모델의 경우보다 아웃리거에 연결된 외곽기둥의 축강성을 0.5배, 0.2배, 0.1배로 변화시킨 경우는 아웃리거가 각각 56 m(0.175H), 52 m(0.163H), 52 m(0.163H)에 있을 때에 최상층의 수평변위가 0.9205 m(H/348), 1.0296 m(H/311), 1.084 m(H/295)로 각각 최소가 되었고, 이것은 표준모델과 비교하면 최상층 수평변위가 14.3~34.6% 범위에서 증가하는 결과를 보였다.
      • 14에 같이 표시하였다. 상기의 그림에서 Smith가 제안한 아웃리거의 최적위치와 단순화 모델의 구조해석 결과를 비교하면 건물높이의 1.86~1.92% 정도의 차이를 보이면서 잘 일치하는 결과를 나타내었다.
      • 39 H(H는 건물의 전체 높이)에 위치하는 결과를 보였다. 오프셋 아웃리거의 최적위치는 아웃리거와 연결된 기둥의 축강성이 표준모델의 0.2배 이하인 경우를 제외하면 코어 아웃리거 구조인 경우와 비교하여 최대로 건물 높이의 8.8%까지 건물의 상부로 이동하는 결과를 보였다. 여기서 오프셋 또는 코어 아웃리거가 배치된